计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个困难的问题阐释为如何求解它的思维方法。

计算思维是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法。

计算思维是一种采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计,是基于关注点分离的方法(SoC方法)。

计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。

计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。

计算思维是利用启发式推理寻求解答,即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。

计算思维是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。

在理解计算思维时,要特别注意以下几个问题:

像计算机科学家那样去思维意味着远远不止能为计算机编程,还要求能够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关于计算机,就像音乐产业不只是关于麦克风一样。

计算思维是一种根本技能,是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。

计算思维是人类求解问题的一条途径,但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷,人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情,反过来,是计算机给了人类强大的计算能力,人类应该好好利用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。

计算思维是思想,不是人造品。计算机科学不只是将软硬件等人造物呈现给我们的生活,更重要的是计算的概念,它被人们用来求解问题、管理日常生活以及与他人进行交流和互动。

计算机科学在本质上源自数学思维,它的形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维,因为我们建造的是能够与现实世界互动的系统。所以计算思维是数学与工程思维的互补与融合。

计算思维无处不在,当计算思维真正融入人类活动的整体时,它作为一个问题解决的有效工具,人人都应掌握,处处都会被使用。自然,它应当有效地融入我们每一堂课之中。

六、计算思维在我国

计算思维不是今天才有的,它早就存在于中国的古代数学之中,只不过周以真教授使之清晰化和系统化了。

中国古代学者认为,当一个问题能够在算盘上解算的时候,这个问题就是可解的,这就是中国的“算法化”思想。吴文俊院士正是在这一基础上围绕几何定理的证明展开了研究,开拓了一个在国际上被称为“吴方法”的新领域——数学的机械化领域,吴文俊为此于年获得国家首届最高科学技术奖。

随着以计算机科学为基础的信息技术的迅猛发展,计算思维的作用日益凸显。正像天文学有了望远镜,生物学有了显微镜,音乐产业有了麦克风一样,计算思维的力量正在随着计算机速度的快速增长而被加速地放大。

计算思维的重要作用引起了中国学者与美国学者的共同注意。

由李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的《中国至2050年信息科技发展路线图》指出:

长期以来,计算机科学与技术这门学科被构造成一门专业性很强的工具学科。“工具”意味着它是一种辅助性学科,并不是主业,这种狭隘的认知对信息科技的全民普及极其有害。针对这个问题,报告认为计算思维的培育是克服“狭义工具论”的有效途径,是解决其他信息科技难题的基础[8]。

孙家广院士在《计算机科学的变革》一文中明确指出:(计算机科学界)最具有基础性和长期性的思想是计算思维[9]。

国家自然科学基金委员会信息科学部二处处长刘克教授,特别强调大学推进计算思维这一基本理念的必要性[10]。

中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟总工认为:计算思维是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式,就像识字、做算术一样;在2050年以前,让地球上每一个公民都应具备计算思维的能力[11]。

中科院自动化所王飞跃教授率先将国际同行倡导的“计算思维”引入国内,王教授翻译了周以真教授的《计算思维》一文,撰写了相关的论文《计算思维与计算文化》。他认为:在中文里,计算思维不是一个新的名词。

在中国,从小学到大学教育,计算思维经常被朦朦胧胧地使用,却一直没有提高到周以真教授所描述的高度和广度,以及那样地新颖、明确和系统。他希望我们能借“计算思维”之东风,尽快把中国世故人情的“算计文化”反正成为科学理性的“计算文化”,以提高我们民族的整体素质[12]。

教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会对计算思维的培育非常重视。2010年7月,在西安会议上,发布了《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》,确定了以计算思维为核心的计算机基础课程的教学改革[13]。

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