计算思维——概念与挑战

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1、中国大学教学2012年第1期计算思维——概念与挑战李廉摘要：本文从现代科学思维体系的角度，阐述了计算思维的内涵与概念、发展历史以及与实证思维、逻辑思维之间的关系。提出了计算思维是构成现代科学大厦的最基本的思维模式之一。在此基础上，本文分析了计算机基础课程教育今后改革的取向和挑战，这个挑战的主要内容是基于计算思维培养的新的教学体系建设，本文建议以循序渐进的方式推进这一计算机课程的重大改革。关键词：科学思维；计算思维；抽象；自动化；计算机课程改革；计算思维课程体系计算思维是当前一个颇受关注的涉及计算机科学本一、计算思维是人类科学思维活动固有的质问题和未来走向的基础性概念。这一概念最早是由麻

2、省理工学院（MIT）的SeymourPapert教授在1996年提出组成部分[1]的，但是把这一个概念提到前台来，成为现在受到广泛本文中所说的思维都是指科学思维，科学思维是指关注的代表人物是美国卡内基梅隆大学（CMU）的周以在人类科学活动中所使用的思维方式。与之相对应的，[2]真教授（JeannetteM.Wing）。计算思维提出了面向问还有艺术思维，宗教思维等其他思维方式，这些思维不题解决的系列观点和方法，这些观点和方法有助于人们更属于科学思维的范畴。加深刻地理解计算的本质和计算机求解问题的核心思想。人类在认识世界和改造世界的科学活动过程中离不特别是有利于解决计算机科学家与领域专家之

3、间的知识开思维活动。思维的作用不仅是作为个人产生了对于物[3]鸿沟所带来的困惑。图灵奖获得者Karp认为，自然问质世界的理解和洞察，更重要的是思维活动促进了人类题和社会问题自身的内部就蕴含丰富的属于计算的演化之间的交流，从而可以使人类获得了知识交流和传承的规律，这些演化规律伴随着物质的变换，能量的变换以及能力，这个意义的重要性是不言而喻的。早期人类表达信息的变换。因此正确提取这些信息变换，并通过恰当的思维结果的方式一定是相当模糊和凌乱的，因此早期人方式表达出来，使之成为能够利用计算机处理的形式，这类对于知识的传承是困难和缓慢的。正因为如此，人类就是基于计算思维概念的解决自然问题和社会问

4、题的基对于自身的思维活动很早就开展了研究，并且提出了一本原理论和方法论。计算机不能解决物质变换或者能量变些原则，这些原则揭示了思维活动的以下关键特点：换这样的问题，但是可以借助抽象的符号变换来计算，模1．思维活动的载体是语言和文字，不通过语言和文拟甚至预测自然系统和社会系统的演化。本文就计算思维字表达出来的思维是无意义的。的一些概念和对于计算机教育方面的挑战进行一些讨论，2．思维的表达方式必须遵循一定的格式，需要符合以期引起对于这一问题的充分关注。这些讨论针对以下的一定的语法和语义规则。只有符合语法和语义规则的表问题：达才能被其他人所理解。1．什么是计算思维？计算思维有什么特征？与计算

5、3．为了使别人相信自己的思维结论，必须采取合理机是什么关系？的表达方式，说明获得结论的理由，以使别人不去重复2．计算思维是随着计算机出现才出现的，还是早已思维的过程而相信你的结论。这就是思维逻辑。存在于人类思维模式之中？这三条原则对于人类文化传承和知识积累是十分重3．计算思维与物理学的思维方式，数学的思维方式要的，只有遵从这三条原则，人类文化才可以在一个可有什么区别，有什么联系？靠的背景下发展。人类的知识沟通才可以具备一种相互4．计算思维对于计算机科学研究以及计算机教育的信任的基础。启示。到目前为止，符合这样三条原则的思维模式大体上李廉，合肥工业大学党委书记、教授，教育部高等学校计算机

6、基础课程教学指导委员会副主任委员。7可以分为三种：规则的可靠性，因此结论的正确性是相对的，为了保证1．以观察和归纳自然（包括人类社会活动）规律为推理结论的可接受程度，人们往往要求，作为推理基础特征的实证思维。的公理体系应该是可证伪的。2．以推理和演绎为特征的逻辑思维。理解了什么是实证思维和逻辑思维，现在我们讨论3．以抽象化和自动化为特征的计算思维。计算思维什么是计算思维。计算思维是人类科学思维中，以抽象中的抽象化与数学（逻辑思维）的抽象化有不同的含义。化和自动化，或者说以形式化、程序化和机械化为特征计算思维的抽象化不仅表现为研究对象的形式化表示，的思维形式。尽管与前两个思维一样，计算思

7、维也是与也隐含这种表示应具备有限性、程序性和机械性。有些人类思维活动同步发展的思维模式，但是计算思维概念文章也把形式化、程序化和机械化作为计算思维的特征。的明确和建立却经历了较长的时期。这三种思维模式各有特点，相辅相成，共同组成了从人类思维产生的时候，形式、结构、可行这些意人类认识世界和改造世界的基本科学思维内容。识就已经存在于思维之中，而且是人类经常使用和熟悉[4]实证思维起源于物理学的研究，集大成者的代表的内容，但是作为一种科学概念的提出应