计算思维系统化特征探析

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1、计算思维系统化特征探析计算思维系统化特征探析摘要：计算思维作为思维科学的一个重要分支，具有其基本内涵和外延。本文以培养跨学科人才计算思维能力为目标，从思维科学的角度出发剖析计算思维的系统化基本特征以及其内在规律。采用归纳和演绎推理的方法辨析计算思维和思维科学活动之间的纵向和横向联系。此工作有助于人们对计算思维在大学计算机基础教育方法论上的认识提高，对于以计算思维为核心的课程体系的建设具有指导意义。关键词:计算思维系统化思维科学计算学科中图分类号：G642文献标识码：A文章编号:1673-9795(2014)04(b)-

2、0099-021什么是计算思维美国卡内基•梅隆大学周以真教授指出［lh计算思维是运用计算机科学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维首先是计算学科所特有的一种思维方式，其次计算思维已经成为各个学科共同的思维方式，已经成为与理论思维和实验思维并列的第三种科学思维方式，最后也是最重要的一点是,计算思维正在成为当今社会中一种重耍的一般思维方式，正在成为人们生活智慧的重要组成。2计算思维研究现状严格说来，最早提出“计算思维”概念的是麻省理工学院(MIT)的SeymourP

3、apert教授［2］,他在这篇并非以“计算思维”为核心的著述中却无意中首次给出了“计算思维”的一些基本概念，为后来者的研究奠定了一个“计算思维”雏形。国内学者如张晓如等［3］在20世纪90年代末也提出了“计算机思维”的概念，其内涵和随后周教授等提出的思想在主要方面基本一致，并可形成互补，他指出随着计算机科学的发展，“计算机”已不再是一个单纯的计算工具的代名词，而是信息时代高新技术的象征。但是国内外比较公认的最早系统提出“计算思维”的还是周以真教授［1］,她认为计算思维不仅仅属于计算机科学家，它应当是每个人的基本技能。在

4、培养孩子们的解析能力时，我们不仅耍求他们掌握基本的阅读、写作和算术(Reading,writing,andarithmetic，简称3R),并且还应该要求他们学会基木的计算思维。随后桂林电子科技大学董荣腔教授在2008年全国“计算思维与计算机导论”专题学术研讨会上［4］所作的主题报告分别介绍了以“计算思维”和“学科思想与方法”为基础的两类“计算机导论”课程，给出了两类“计算机导论”课程的讲授提纲，指出了它们的不同点以及课程讲授本质上的一致性。朱亚宗教授［5］站在人文历史的基础Z上,把计算思维归类为三大科学思维(实验思维

5、、理论思维、计算思维)之一。电了科技大学的陈文宇等［6］指出了计算思维能力是形式化描述和抽象思维能力以及逻辑思维方法，在计算科学和思维两方面说明了这样的一种思维能力，思维能力是主体，核心是如何让思维具有计算特征。可以说计算思维成为当前国际上被计算机科学界和教育界广泛关注的一个重要课题。美国计算机协会(ACM)2008年在网上公布对CC2001(CS2001)进行的中期审查报告(CS2001InterimReview)(草案)中，就明确将“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算思维的本质。计算

6、思维还直接促成美国国家科学基金会(NSF)重大基金资助计划CDI(Cyber-EnabledDiscoveryandInnovation,Cyber能够实现的科学发现与技术创新)的产生，CDI计划旨在使用计算思维(特别是在该领域产个的新思想、新方法)促进美国自然科学和工程技术领域产生革命性的成果。3计算思维作为一般思维方式的特征著名的认知心理学家Newell和Simon(1972)把思维看作是个体在问题空间中进行搜索的过程。这是信息加工心理学背景下的思维定义,有明显的“系列加工”印记。在Newell和Simon看來，问

7、题解决者会在问题情境中对问题进行心理表征，而这一心理表征会构建起一幅问题状态及其转换的心理图景，这一图景既是符号性的，乂具有一定的空间延展性，然后，问题解决者就会在心里对这一图景进行路径搜索，直到将问题起始状态与目标状态联结起来，问题即得以解决。系统论是研究系统的•般模式、结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型。GeraldM.Weinberg在《系统化思维导论》中表述系统化思维：“这种思维先于专门的学科知识的存在而存在一一有吋绕过专门的学

8、科知识，有吋乂把专门的学科知识综合起來。我们把这种思维和教育方法称为一般系统论的方法。”系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性。要素重要，要素之间的关联（系统结构）更重要；系统重要，系统与环境的关系也重要。可以说，系统论首先是一种世界观，