计算思维
姓名：李睿
摘要:
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
Abstract::
Computational thinking is a process that generalizes a solution to open ended problems. Open-ended problems encourage full, meaningful answers based on multiple variables, which require using decomposition, data representation, generalization, modeling, and algorithms found in Computational Thinking
关键词：
计算机思维，计算机网络体系结构
提出：
2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上给出，并定义的计算思维（Computational Thinking）。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
关键内容：
计算思维是一种递归思维，是一种并行处理。它可以把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。例如，对于别名或赋予人与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处；对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道其威力又了解其代价；它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。计算思维是一种多维分析推广的类型检查方法。
计算思维采用了抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统，它是一种基于关注点分离的方法（Separation of Concerns，简称SOC方法）。例如，它选择合适的方式去陈述一个问题，或者选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理；它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为；它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信息；它就是为预期的未来应用而进行数据的预取和缓存的设计。
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。例如，对于“死锁”，计算思维就是学习探讨在同步相互会合时如何避免“竞争条件”的情形。
计算思维利用启发式的推理来寻求解答，它可以在不确定的情况下规划、学习和调度。例如，它采用各种搜索策略来解决实际问题。计算思维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权衡。例如，它在内存和外存的使用上进行了巧妙的设计；它在数据压缩与解压缩过程中平衡时间和空间的开销。
计算思维与生活密切相关：当你早晨上学时，把当天所需要的东西放进背包，这就是“预置和缓存”；当有人丢失自己的物品，你建议他沿着走过的路线去寻
找，这就叫“回推”；在对自己租房还是买房做出决策时，这就是“在线算法”；在超市付费时，决定排哪个队，这就是“多服务器系统”的性能模型；为什么停电时你的电话还可以使用，这就是“失败无关性”和“设计冗余性”。由此可见，计算思维与人们的工作与生活密切相关，计算思维应当成为人类不可或缺的一种生存能力。
讨论：
周以真教授说过:智力上的挑战和引人入胜的科学问题依旧亟待理解和解决。这些问题和解答仅仅受限于我们自己的好奇心和创造力；同时一个人可以主修计算机科学而从事任何行业。一个人可以主修英语或者数学，接着从事各种各样的职业。计算机科学也一样。一个人可以主修计算机科学，接着从事医学、法律、商业、政治，以及任何类型的科学和工程，甚至艺术工作。在我看来，计算性思维实际上是一个思维的过程。计算性思维能够将一个问题清晰、抽象地描述出来，并将问题的解决方案表示为一个信息处理的流程。它是一种解决问题切入的角度。现实中针对某一问题你会发现有很多解决方案的切入角度，而我所提倡的角度就是计算性思维角度。计算思维我认为它包含了数学性思维和工程性思维，而其最重要的思维模式就是抽象话语模式。
通常所说的计算机网络体系结构，即在世界范围内统一协议，制定软件标准和硬件标准，并将计算机网络及其部件所应完成的功能精确定义，从而使不同的计算机能够在相同功能中进行信息对接。这就是计算思维的具体实现。
总结：
作为计算机专业的学生，我们应该充分理解计算思维，并将其应用到日常生活中。正如周以真教授所说我们可以主修计算机科学然后从事各方面的工作，计算思维是可以广泛融入到各行各业促进人类社会发展的一种重要思维。对于学生而言，学一点算法、计算机编程，抽象化的这种技巧，对于今后从商、搞法律、学医或者是自己创业，都会比那些没有学过计算机科学的人要更强，要更加有优势。这是因为学习抽象的语言和算法，你就会有一种新的解决问题的技能。另外有了计算性思维的人，就会知道计算能力的强大性，就知道比如说大规模的、或者很复杂的问题，其实可以发挥一些计算的能力去解决。现在大数据在任何领域都很火，我们只有通过计算技术这种能力，运用超算的基础设施，才能够去解决每一个行业大数据的挑战。像生物、医药、金融、社科、人文、还有基础科学方面，每个领域都有很多的大数据，可以从中去挖掘一些内容，靠计算算法，还有基础设计就能把这些内容挖掘出来。
参考文献：
《Communications of the ACM》周以真（Jeannette M. Wing）
基于计算思维能力培养的数据库课程教学研究 摘要：计算思维作为人类科学思维的基本方式之一，受到了国内外计算机界的广泛关注。培养计算思维能力是当前国内外大学计算机教育的重要组成部分，对计算机专业各门课程的教学提出了新的要求。文章在数据库系统课程的教学活动中引入计算思维的理念，从课堂教学和实践环节探讨了培养学生计算思维的结合点和教学方法。计算思维的本质贯穿于整个教学过程，并根据讲授的具体知识点适时引入计算思维方法，为培养学生的计算思维能力和创新能力提供了新的思路。 关键词：计算思维；数据库；教学模式；创新能力 数据库技术是计算机科学的重要分支，也是信息领域的核心技术与重要支撑。近年来，随着internet的发展与普及，基于网络和数据库技术的信息管理系统、应用系统得到了飞速的发展与深入广泛的应用，作为其后台与基础的数据库技术也在不断的发展中被赋予了新的能力，成为发展最快、应用最广的技术之一。作为传授数据库技术的重要课程，“数据库系统”也已成为国内外高校计算机及相关专业必修的核心专业基础课程。在该课程的教学中，不仅应教会学生数据库的知识本身，使学生能够正确理解数据库的基本原理，熟练掌握数据库的设计方法和应用技术，更应激发学生对数据库及相关知识的兴趣，培养学生独立探求新技术、新方法的能力和创新精神，使其成为适应能力强、富有创造才能的专门人才。
计算思维具有强大的创新能力，[1]其概念一经提出就引起了国内外科学界和教育界的广泛关注。对学生计算思维能力的培养是目前教育界研究的重要课题，acm和ieee-cs在修订后的计算机科学教程2008（computer science curriculum 2008）中明确指出应该将计算思维作为计算机科学教学的重要组成部分。[2]中国科学院院士、中国科学技术大学陈国良教授指出：[3]在大学中，计算思维不仅能振兴大学计算教育，而且会令科学与工程领域创造出革命性的研究成果。笔者在数据库课程的本科教学过程中，引入计算思维的理念，探索以培养计算思维能力为核心的新教学模式，在教学过程中以数据库知识为载体，贯通知识、能力和素质，强调创造能力和适应能力的培养，为数据库课程的教学提供新的思路。 一、计算思维 计算思维的概念是美国卡内基·梅隆大学计算机系主任周以真教授于2006年首次提出的，定义计算思维为：运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。[4]如同所有人都具备“读、写、算”能力一样，计算思维是必须具备思维能力。计算思维的本质是抽象和自动化，它们恰好反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。 具体地，计算思维包括一系列广泛的计算机科学的思维方法：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成如何求解的思维方法；是一种采用抽象和分解的方法来控制
《计算思维》课程标准 一、课程性质、定位与设计思路 （一）课程性质 计算思维是计算机软件的专业基础必修课程，课程代码为。课程学时为48课时，其中理论课32学时，上机16学时。该课程的后续课程为C#程序设计、操作系统、数据库程序设计、数据结构。本课程采用教材为：郭艳华，马海燕主编的《计算机与计算思维导论》，电子工业出版社出版。 （二）课程定位 大学计算思维课程是面向大学一年级学生开设的，与大学数学、大学物理有一样地位的通识类思维教育课程。本课程为计算机相关专业技术人员提供必要的专业基础知识和技能训练。通过本课程的学习，使学生能够了解计算机发展历程、基础知识、宏观与微观的计算机系统、信息存储的基本概念、网络世界的信息共享与计算以及计算思维问题求解思想，对计算机的历史、发展现状、未来发展趋势均获得一定了解，为后续的计算机相关课程奠定一定的基础。对于培养学生的独立思考能力、分析和解决问题的能力都起到十分重要的作用。 （三）课程设计思路 本课程标准从计算机软件技术专业的视角出发，以满足本专业就业岗位所必须具备的计算机专业基础为目标，教学内容设计通过岗位工作目标与任务分析，分解完成工作任务所必备的知识和能力，采用并列和流程相结合的教学结构，构建教学内容的任务和达到工作任务要求而组建的各项目，以及教学要求和参考教学课时数。通过实践操作、案例分析，培养学生的综合职业能力。
（四）本课程对应的职业岗位标准 本课程主要针对计算机软件行业、电子商务、信息家电、工业企业等部门，从事软件设计、开发测试、移动应用开发、数据库管理与开发等岗位的的技术技能型人才。主要工作岗位有软件开发工程师、数据库管理员、软件测试人员以及系统维护员等所有与计算机相关的岗位。 二、课程目标 （一）总目标 本课程旨在提高学生的信息素养，使同学在了解计算机相关历史、原理、发展的同时，培养学生发明和创新的能力及处理计算机问题时应有的思维方法、表达形式和行为习惯。计算思维要求学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行进一步的加工和处理，从而产生新信息。因此，在大学里推进“计算思维”这一基本理念的教育和传播工作是十分必要的，计算思维在一定程度上像是教学生“怎么像计算机科学家一样思维”，这应当作为计算机基础教学的主要任务。 （二）具体目标 1、能力目标 （1）专业能力：通过本课程学习，学生了解计算机的发展历程、计算机信息存储的理论、宏观与微观的计算机系统、网络世界的信息共享与计算、计算思维的问题求解思想、计算机发展新技术等内容。从宏观角度对这门学科有全面的了解 （2）方法能力：本门课程主要强调学生思维能力的训练，培养学生科学的认知能力，让学生理解和建立“信息、计算、智能”这三大核心科学概念，围绕计算思维的精髓培养学生掌握以“合理抽象、高效实现”为特征的构造性过程的能力；让学生了解学科发展，展示计算之美。 （3）社会能力：培养学生严谨的工作态度、团队合作精神和创新创业能力，为学生深入学习和运用专业知识与技能奠定基础，同时使毕业生在工作岗位上，表现出很强的适应性，实现学生就业与岗位的零距离。 2、知识目标 (1)了解计算机的发展历程、掌握计算机能做什么，了解什么是计算思维； (2)了解为什么计算机内部只能用0与1来表示，了解二进制如何来呈现数字世界、
计算思维 周以真 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计算思维直面机器智能的不解之谜：什么人类比计算机做得好？什么计算机比人类做得好？最基本的问题是：什么是可计算的？迄今为止我们对这些问题仍是一知半解。 计算思维可以做什么？ 计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading, wRiting, and aRithmetic——3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。 计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指令系统、资源约束和操作环境。 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问：一个近似解是否就够了，是否可以利用一下随机化，以及是否允许误报（false positive）和漏报（false negative）？计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。 计算思维是一种递归思维。它是并行处理。它是把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处。对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。 计算思维采用了抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统。它是关注的分离（SOC方法）。它是选择合适的方式去陈述一个问题，或者是选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理。它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为。它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全
计算思维之我见 摘要：教育的基础性确定了人才培养能力导向的基本要求，人类迄今所实践的三大科学研究范型更具体地给出了计算思维能力培养的指向。不同的人才未来将面对不同的问题空间，决定了他们对计算思维能力不同的要求。本文用朴素的、狭义的和广义的计算思维进行区分；而计算思维能力的培养需要建立意识、了解功能、掌握方法、会用工具，最终才能形成能力。 关键词：研究范型；思维方式；朴素计算思维；狭义计算思维；广义计算思维；能力培养 从2002年8月笔者第一次在《中国计算机科学与技术学科教程2002》中使用“计算思维”这个词描述计算机科学与技术专业人才的四大专业基本能力之一[1]，到现在已经有十余年了，后来又在编著的教材中谈到计算思维能力的培养[2-5]。其间，美国的周以真教授2006年3月在COMMUNICATIONS OF THE ACM 上发表了Computational Thinking一文[6]（王飞跃等曾将此文翻译介绍给国内读者），之后又有一些学者就计算思维发表了有关研究结果[7，8]。后来人们发现，Seymour Papert早在1996年就提出了计算思维[9]。近几年来，我国有一大批学者开始跟进研究，特别是在教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会的带领下，在我国非计算机专业计算机课程教育领域开展了颇具声势的研究与实践，对计算思维及其培养有了一些认识，取得了一些成果[10]。2012年1月30日-2月3日，2006-2010教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会联合全国高等学校计算机教育研究会和中国计算机学会教育专业委员会召开了一次主任（理事长）扩大会议，就计算思维等多个问题进行了研究，形成了“积极研究和推进计算思维能力的培养”的基本意见[11]。总体上看，人们对计算思维的认识以及如何进行计算思维能力的培养还处于相对初始的阶段，很多问题还有待进一步的研究和实践。本文将计算思维作为一种与计算机及其特有的问题求解紧密相关的思维形式，并将人们根据自己工作和生活的需要，在不同的层面上利用这种思维方法去解决问题，定义为具有计算思维能力。基于此，本文从“能力培养”及其不同要求的角度出发，将计算思维分为朴素的计算思维、狭义的计算思维和广义的计算思维，以描述不同人群对计算思维能力培养的各自侧重。 一、作为重要基础之计算思维 计算思维中的“计算”是广义的计算。随着信息化的全面推进，“计算机”变得无处不在、无事不用，网络（包括物联网等）延伸到各个角落，加上数据积累的简单化、容易化，使计算思维成为人们认识和解决问题的重要思维方式之一[11]。一个人若不具备计算思维能力，将在从业竞争中处于劣势；一个国家若不使广大受教育者得到计算思维能力的培养，在激烈竞争的国际环境中将不可能引领而处于落后地位。计算思维能力，不仅是计算机专业人员应该具备的能力，而且也是所有受教育者应该具备的能力。计算思维能力，也不简单类比于数学思维、艺术思维等人们可能追求的素质，它蕴含着一整套解决一般问题的方法与技术。
一、计算思维与项目教学法 １．计算思维。周以真教授认为，计算思维是一种以计算科学为核心，运用计算科学的基本概念进行问题求解、系统设计和行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这种思维在不久的将来，将如同人人都具备的“读、写、算”（简称“3R ”）能力一样，成为每一个人的技能组合。计算思维和理论思维、实验思维一起被称为推动人类社会文明进步和科技发展的三大科学思维。 ２．项目教学法。项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目而进行教学活动的教学方法，目前被广泛应用于教学实践中。项目教学法建立在建构主义、多元智能理论等现代教育思想、教学理论和学习理论的基础之上，有别于传统教学方法。它强调教学活动以学生为主体，学生在教师的帮助和指导下，通过探索和协作获得知识，而教师的主要任务更侧重于设计教学情境，营造学习氛围，组织和引导教学过程；它把学生引入真实的工作情景，利用“项目工程”驱动学生自主地应用已有知识和汲取新的知识去破解项目“难题”，使学生在项目计划的实施过程中发现知识、应用知识、提高技能；它允许学生在一定时间范围内自行组织和安排自己的学习行为，并且有明确而具体的成果，能够满足学生自我实现的需要。毋庸置疑，项目教学法“教、学、做”合一，“寓教于做”，尊重学生的价值，是一种能够有效激发学生的学习主动性和创造性，提高学生实践能力的先进教学方法。项目教学法的整个教学过程可以粗略地分为三个阶段：开始阶段、主体阶段和结尾阶段。在开始阶段，学生与教师一起确定项目任务，制订工作计划；在主体阶段，学生根据各自在小组中的分工以及合作形式，按照已确立的工作步骤和程序开展工作；在结尾阶段，全班同学共同分享并获得评价。 学会计算思维，是信息社会中创新的需要，是大学生创新性思维培养的重要组成部分。项目教学法采用类似科学研究与实践的方法，促进学生主动学习、自主发展，且具有较为稳定、具体 的教学活动进程，这些特点使得项目教学法具备了培养学生思维能力的良好基础。 二、基于计算思维的项目教学法需注意的问题 基于计算思维的项目教学法是指在项目教学法的相关环节中融入计算思维的训练，通过训练使学生领悟计算思维的概念，习得计算思维能力，并在计算思维的指导下更好地完成项目任务。基于计算思维的项目教学法是一种渗透式教学，它使思维训练和学科教学相统一，知识随着思维的讲解而展开，思维随着知识的贯通而形成，最终使能力随着思维的理解和训练而提高。这样的项目教学法虽然过程没有发生变化，但是内涵却更丰富了。基于计算思维的项目教学法要做到以下几点： １．使学生了解计算思维的原理和方法。适量而准确的知识有助于将无意识的习得化为有意识的学得，有助于将混沌的内隐能力转化为明晰的外显能力，从而提高学习效率。比如，关注点分离是计算思维的重要原则之一，教师可以给学生事先讲解关注点分离的概念，并举例说明作为一种普适的处理复杂问题的系统思维方法和原则，如何在完成一项复杂任务时获得恰如其分的分离视角以及简明优雅的合成策略。这样学生在接到复杂的项目任务时，就能够有意识地运用这种思维方法，把复杂项目转化成几个简单的能够完成的子项目。通过这些训练，把类似的计算思维能力内化到学生的能力结构中，使学生能够自如地应用。 ２．创设良好的计算思维环境。计算思维不是靠教师简单地传授计算思维知识和方法就能形成的，而是在某种情境中，包括思维者所处的内部环境（知识、经验、情感）和外部环境，以及内外环境相互作用下产生的。作为教师，要为计算思维的形成创设合适的思维环境。比如，通过各种载体为学生提供丰富的实例，让学生在模仿中逐渐形成计算思维能力；把学生引入真实的工作情景，激发其自觉运用计算思维的方法原则；营造宽松、和谐、民主的氛围，鼓励学生独立思考，提出问题，激发学生高涨的 ［摘要］文章提出了基于计算思维的项目教学法，认为该方法应用中需要注意计算思维知识传授、计算思维环境创设、师生的思维沟通、多元评价体系建立的问题。同时，以“ＶＦＰ程序设计”课程为例，按照项目教学法的基本流程，即项目设计、计划制订、计划实施、小组自评、展示交流和综合评价六个步骤，将基于计算思维的项目教学法在实际教学中进行了实践。 ［关键词］计算思维项目教学法 教学实践 ［作者简介］薛磊（１９６９－），女，山东青岛人，常州大学信息科学与工程学院，副教授，研究方向为数据挖掘；孙玉强（１９５６－），男，河南郑州人，常州大学数理学院院长，教授，博士，研究方向为并行计算；顾晓清（１９８１－），女，江苏常州人，常州大学信息科学与工程学院，讲师，研究方向为计算机网络、信息安全。（江苏常州 ２１３１６４） ［基金项目］本文系２０１１年常州大学教育教学研究课题“‘大工程观’下大学计算机公共基础课程改革的研究与实践”的研究 成果。 ［中图分类号］Ｇ６４２．４ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００４－３９８５（２０１２）３２－０１４８－０２ 基于计算思维的项目教学法的研究与实践 薛磊孙玉强顾晓清
计算思维的理解、必要性及其应用实例分析 1·计算思维的理解 1.计算思维的概念 2006年卡基梅陇大学周以真教授发表了一篇影响深远的题为《computational thinking》的论文，将“计算思维”这一由来已久但很陌生的词语展现给世人。文中，她使用了”硬科学”的术语对计算思维进行了描述。 我个人总结为：计算思维是一种基于数学与工程、以抽象和自动化为核心的、用于解决问题、设计程序、理解人类行为的概念。这里请注意，计算思维是一种思维，它以程序为载体，但不仅仅是编程。它着重于解决人类与机器各自计算的优势以及问题的可计算性。人类的解决思维是用有限的步骤去解决问题，讲究优化与简洁；而计算机可以从事大量的重复的精确的运算，并乐此不疲。（我是说，假如运算的循环没有造成它的机器故障的话。）那么，这个问题是否不一定需要最精确的计算而只要求满足一定的精度？如果是，就可以用计算机来计算。那么那些事可计算的，可计算性有七大原则：程序运行、传递、协调、记忆、自动化、评估与设计。【1】 2.四色问题的解决 计算思维的优势最典型的体现莫过于“四色问题”的解决： 四色问题是公认的数学难题，经历几个世纪，经历数百位数学家的努力，它仍巍然不动。后来有数学家提出四色问题可以进行分类讨论。只不过嘛，虽然这位数学家明确指出，分类的状况是有限的，仍然数字巨大，非人力所能及。而后来美国伊利诺伊大学哈肯与阿佩尔利用计算机程序对这有限而众多的情况进行了计算分析，凭借计算机“不畏重复不惧枯燥”、快速高效的优势证明了四色定理。 3.计算思维的人机分工 在计算思维的概念中，我们可以通过消减，嵌入，转换与模拟对问题进行处理，化难为易。将复杂的问题分解成简单的问题，把复杂而枯燥需要精确计算的任务交给计算机，人去解决那些被化为可以解决的问题。同时，我们可以将简单的程序、系统进行组合，得到复杂的系统发挥更大的作用。而为了达到这一目的，我们需要与计算机交流，我们需要将现象转化为符号，以便于计算机理解，同时我们将其抽象赋予不同的含义，之后通过编程赋予计算机以“思维”，让它自动地进行运行，得到新的东西，这个过程我将之称为创造。编程只是读写水平，理解系统是流畅水平而知道如何应用，如何将计算机技术用于自己从事的领域，这就是计算思维。【2】 2.重要性 1.由来 计算思维由来已久，最早可以追溯到利用计算机技术计算火炮杀伤范围来支援炮兵，之后随着硬件技术按照摩尔定律不停地发展，计算机语言越来越高级，计算机的功能越来越强大。计算机技术走进各个领域，计算机科学家与其他领域科学家一起合作，解决了许多其他领域的难题。生物领域中，科学家利用计算机模拟细胞间蛋白质的交换，基因研究者利用计算机技术发现了控制西红柿大小的基因与人体癌症的控制基因拥有相似性。生态学家利用计算机技术构建模型以研究全球气候变暖问题 (3) 2.生活的要求
计算思维论文 班级： 学号： 姓名：
计算思维论文 摘要：尽管计算思维与计算机方法论有着各自的研究内容与特色，但是，显而易见，它们的互补性很强，可以相互促进。比如，计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反过来，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高。介绍了计算思维与计算机方法论存在的密切联系，以及以学科认知理论体系构建为核心的计算机方法论在中国的研究与应用。相对而言，计算思维的研究主要在国外，主要是在美国和英国，他们研究的重点放在计算思维的过程及其实质和特征上。此工作有助于人们对计算思维与计算机方法论的认识，以及对它们展开进一步地深入研究。 1.背景： 计算思维是什么本文所指的计算思维，主要指2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真(Jeannette札Wing)教授在美国计算机权威杂志，ACM会((Communications oftheACM))杂志上给出，并定义的计算思维(ComputationalThinking)E¨。 周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。为便于理解和应用，本文将定义中的“基础概念”更换为更为具体的“思想与方法，这样，计算思维又可以更清晰地定义为：运用计算机科学的思想与方法进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。以上是关于计算思维的一个总定义，周教授为了让人们更易于理解，又将它更进一步地定义为： (1)通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的思维方法；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I是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法(SoC方法)； (2)是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；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；是利用启发式推理寻求解答，也即
我国大学MOOC大学计算机-计算思维的视角 概述题答案解析 . 概述题 第一单元什么是信息素养？信息素养包括哪些方面？ 信息素养是指人们利用网络和各种软件工具通过确定、查找、评估、组织和有效地生产、使用、交流信息，来解决实际问题或进行信息创造的能力。 信息素养包括四个方面，分别是：信息意识；信息知识；信息能力；信息道德。 什么是信息社会？信息社会有哪些主要特征？ 信息社会是指以信息技术为基础，以信息产业为支柱，以信息价值的生产为中心，以信息产品为标志的社会；信息社会是指信息产业高度发展并在产业结构中占优势的社会。信息社会的主要特征： 1、经济领域的特征 （1）在信息社会中，信息、知识成为重要的生产力要素，和物质、能量一起构成社会赖以生存的三大资源；（2）在信息社会，劳动者的知识成为基本要求，劳动力结构出现根本性的变化，从事信息职业的人数与其它部门职业的人数相比已占绝对优势；
（3）信息社会是以信息经济、知识经济为主导的经济，它有别于农业社会是以农业经济为主导，工业社会是以工业经济为主导的经济。在国民经济总产值中，信息经济所创产值与其它经济部门所创产值相比已占绝对优势；（4）能源消耗少，污染得以控制。 2、社会、文化、生活方面的特征（1）社会生活的计算机化、自动化； （2）拥有覆盖面极广的远程快速通讯网络系统以各类远程存取快捷、方便的数据中心；（3）生活模式、文化模式的多样化、个性化的加强； （4）可供个人自由支配的时间和活动的空间都有较大幅度的增加；（5）科技与人文在信息、知识的作用下更加紧密的结合起来。 3、社会观念上的特征 （1）尊重知识的价值观念成为社会之风尚； （2）社会中人具有更积极地创造未来的意识倾向；（3）人类生活不断趋向和谐，社会可持续发展。 在哲学和逻辑学上，将思维分为形象思维与逻辑思维两种主要的思维形态，对于计算思维，你如何理解？ 计算思维又叫构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表的。它是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。其本质是抽象和自动化，通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题，如同“读、写、算”能力一样，计算
计算思维 Jeannette M. Wing (周以真) (翻译：徐韵文，王飞跃, 校对：王飞跃） 它代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，每一个人，不仅仅是计算机科学家，都应热心于它的学习和运用。 计算思维是建立在计算过程的能力和限制之上的，不管这些过程是由人还是由机器执行的。计算方法和模型给了我们勇气去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计算思维直面机器智能的不解之谜：什么人类能比计算机做得更好？什么计算机能比人类做得更好？最基本的是它涉及这样的问题：什么是可计算的？今天，我们对这些问题的答案仍是一知半解。 计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。在阅读、写作和算术（英文简称3R）之外，我们应当将计算思维加到每个孩子的解析能力之中。正如印刷出版促进了3R的传播，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。 计算思维涉及运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维涵盖了反映计算机科学之广泛性的一系列思维活动。 当求解一个特定的问题时，我们会问：解决这个问题有多困难？怎样才是最佳的解决之道? 计算机科学根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表明问题的困难程度是为了考量机器——就是用来运行其解的计算工具之基本能力。我们必须考虑机器的指令系统、它的资源约束和它的操作环境。 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问：一个近似解是否就足够了，是否可以利用一下随机化，以及是否允许误正或误负。计算思维就是把一个看来困难的问题重新阐述成一个我们知道怎样解的问题，如通过约简、嵌入、转化和仿真的方法。 计算思维是一种递归思维。它是并行处理。它是把代码译成数据又把数据译成代码。它是由推广量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处。对于间接寻址和程序调用的做法，它既知道其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。 计算思维采用了抽象和分解来迎战浩大复杂的任务或者设计巨大复杂的系统。它是关注的分离。它是选择合适的方式去陈述一个问题，或者是选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理。它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为。它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信心。它就是为预期的多个
如何培养小学生数学计算思维能力 涌山小学熊国军 目前小学数学计算教学的现状令人堪忧，《数学课程标准》明确指出要学生了解四则运算的意义，掌握必要的运算和估算技能。相比较而言，老课程标准对学生计算的能力提了很多要求，如计算方法、技巧与速度等，而现在却很少提了。由于先进而简便的计算工具日益普及，社会生活对计算技能的要求正在逐步降低，因此，在我们的教学过程中发现学生的计算能力比以前下降了，主要表现在计算正确率下降、速度减慢等等。 因此，计算教学决不容忽视。如何提高学生的计算思维能力，让学生“正确、迅速、灵活、合理”地进行计算呢？在教学工作中，针对以上问题，结合自己的教学经验，总结几点心得如下: 一、发现问题，做到对症下药 一般地说，学生在练习时产生的错误，都具有相通性，又具有普遍性，在教师指导下，有些比较容易纠正和克服，有些则纠正起来就比较困难，特别是这种错误在头脑中已经生根。所以我在平日教学中善于及时了解、收集笔算中存在的问题，有预见性、有针对性地选择常见的典型错例，与学生一起分析、交流，通过集体“会诊”，达到既“治病”又“防病”的目的；对于那些形近而易错的试题，则组织对比练习，克服思维定势的消极作用，培养学生比较鉴别的能力。 纠错题型上的练习我通常这样设计对学生的要求：判断对错→找出错误处→分析错误原因→改正→总结出预防同类错误的方法。在
练习形式上安排有多种形式：可做单项练习，如判断题、找出各题错误处、改错题等练习；也可以做综合练习；可以把各类错题印在作业纸上，课上发给学生改，也可以让学生拿出自己的作业本、错题本，对自己作业中的错题重新分析订正等。 二、加强理论、法则学习来提高计算能力 正确的运算必须在透彻地理解算理的基础上，学生的头脑中算理清楚，法则记得牢固，做四则计算题时，就可以有条不紊地进行。在整数乘法中出现的错例24×5=100，很典型的反映了学生在学习算理的过程中，没有很透彻地理解乘法算理，过于粗心大意，关于乘法进位的数字该怎么处理学生是比较模糊的。再者除数是小数的除法中的两个错例:1.44÷1.8=8，11.2÷0.05=22.4。再如在用简便方法计算题：967-399=967-400=567也说明了学生对于加法的算理理解不够深刻。 要明白的顺序和运算定律的意义，运算顺序是指同级运算从左往右依次演算，在没有括号的算式里，如果有加、减，也有乘、除，要先算乘除，后算加减；有括号的要先算小括号里面的，再算中括号里面的。小学教材中主要讲了加法的交换律、结合律，减法的一个性质：“从一个数里减去两个数的和等于从这个数里依次减去两个加数。”以及乘法的交换律、结合律和分配律。这几个定律对于整数、小数和分数的运算同时适用，用途是很广泛的。两个错例中[427-（27+75）=475 ，87×2÷87×2=1，都说明了学生对于计算法则和运算定律的错误认识。
计算思维作业 1、试阐述思维的关键内容。结合本学期所学关于计算思维知识，结合自身专业 领域或日常学习与生活中的体会，讨论有哪些计算思维内容得以实际运用，它们是如何改变人们身边的现状？ 答：计算思维应当成为所有学校所有课堂教学采用的一种工具。计算思维不仅仅是计算机专业学生所拥有的思维方式，其实它慢慢地与学生的读写算能力一样，会成为人类最基本的思维方式，成为每个人拥有的最基本的能力。许多人认为计算科学就是计算机编程，就只能和计算机打交道，而计算思维也只有计算机专业的学生需要掌握。其实并非如此，恰恰相反，计算思维是一个可以引导着所有努力奋斗的人去实现自己梦想的思维模式，它不仅可以帮助你成功，而且可以让你非常明确自己需要奋斗的目标并为之努力奋斗。因此我们就知道，学计算机专业的学生并不一定将来就非得在计算机领域发展，要让学生在学习的过程中有个良好的心态，毕业找工作有个正确的定位，即使学生将来真正从事了与计算机无关的职业，也要明白绝对不是几年的学白上了、几年的专业知识白学了，学习过程中教会的并不都是些专业的理论知识，更多的是遇见问题如何分析处理以及你为人处事的能力。 2、计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行 为理解等一系列思维活动。是三大科学思维（逻辑思维、实证思维、计算思维）之一。试从计算思维的本质讨论大学生如何培育和提高自身的计算思维素养。 答：计算机科学从本质上源自工程思维,因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统[2]。目前,计算机应用已经深入到各行各业,融入人类活动的整体,解决了大量计算时代之前不敢解决的问题。实践是指计算机学科的设计过程,基础的技能是每位学生未来适应社会、为社会服务所必须掌握的。学生的应用能力一般是指编程能力和系统开发能力,它是要通过实验教学环节不断加深和加强。在这其中,不断拓展对计算思维的理解和认识是非常重要的。在这样的思维指导下,我们可以采用多样化的学习方式。例如,在计算机专业课程的学习中,教师可在给定范围后,让学生上机自由操作,支持和鼓励学生提出问题并自行解决问题,鼓励学生进行科技创业活动。这样做将有利于发挥我们的想象能力,培养我们的创造性思维。 3、关注点分离思维和系统观都是典型的计算思维，结合自身专业领域生活体 会，讨论关注点分离和系统观的运用。 答:作为最重要的基石思维之一，关注点分离式计算机科学在长期实践中确立的一项方法论原则。关注点分离是日常生活和生产中广泛使用的解决复杂问题的一种系统思维方法。大体思路是,先将复杂问题做合理的分解,再分别仔细研究问题的不同侧面(关注点),最后综合各方面的结果,合成整体的解决方案。在概念上分割整体以使实体个体化的观点。例如ｗｅｂ设计中体现了关注点分离的思想。网页中２的内容比较庞杂，ＨＴＭＬ标记语言既要标记文档的结构又要标记文档的格式，或者说是展现。最初的ＨＴＭＬ不仅标记结构也标记网页如何展现。因此，就出现了如＜Ｐ＞这样的表示结构元素混杂的局面。人们发现应该把ＨＴＭＬ进行一番清理，是ＨＴＭＬ只表示结构，而把如何展现的责任完全分离出来。
【计算机与计算思维】读后感 首先，通过阅读我了解到了计算思维的概念。2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上给出，并定义的计算思维（Computational Thinking）。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 以上是关于计算思维的一个总定义，周教授为了让人们更易于理解，又将它更进一步地定义为：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；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；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法）；是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；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；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；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衷的思维方法。计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。 同时自己去了解了一些关于计算的知识。 计算思维的优点。计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。 计算思维的内容。计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。 计算思维的操作模式。计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计算思维直面机器智能的不解之谜：什么人类比计算机做得好？什么计算机比人类做得好？最基本的问题是：什么是可计算的？迄今为止我们对这些问题仍是一知半解。 计算思维的用途。计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading, wRiting, and aRithmetic——3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了 3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。 计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指令系统、资源约束和操作环境。
基于计算思维能力培养的《医院信息系统》的教学研究 计算思维是思维过程或功能的计算模拟，是信息化时代下分析问题的重要技能之一。本文介绍了”计算思维”，并将该思维方式引入到《医院信息系统》的教学中。 标签：医院信息系统；计算思维；教学研究 随着信息化、数字化技术在医院的各项业务中的全面应用，医院信息化管理为医院的各项业务管理带来了方便、也随之带来了大量的数据，有效的管理各项医院业务和利用好各种大数据为医院后信息化管理提出了考验。《医院信息系统》课程是培养医学生掌握真实系统环境下的医院信息管理系统各个子系统的实际操作方法，因此在教学活动中强调和深化计算思维的培养，培养具有医学思维和计算思维的复合型医药专业人才，符合新时代对医学专业人才的要求。 1计算思维概述 思维方式是人类认识论研究的重要内容，钱学森曾将思维科学列入为11大科学技术门类之一，与自然科学、军事科学、社会科学等并驾齐驱[1]。在钱学森思维科学的倡导下，各种学科思维开始形成和发展，我国的计算思维也随之萌芽。而后，黄崇福1992年曾将计算思维（Computational Thinking）定义为”是思维过程或功能的计算模拟方法论其研究的目的是提供适当的方法使人们能借助现代和将来的计算机逐步达到人工智能的较高目标[2]”。但是，直到2006年，美国卡内基·梅隆大学周以真教授在计算机权威杂志《Communications of the ACM》上发表”计算思维”概念，计算思维才逐渐成为国内外计算机教育界颇为关注的热点。 周以真将”计算思维”定义为：运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。计算思维的主要特征为：概念化、是技术的根本、是人的思维方式、是数学和工程思维的互补与融合的面向所有人，所有地方的采用计算机科学的思维方法（递归、抽象与分解、冗余、容错等）[3]。 首届（2010年）”九校聯盟（C9）计算机基础课程研讨会”讨论发表了《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》，其核心要点是强调”需要把培养学生的’计算思维’能力作为计算机基础教学的核心任务”[4]。 2基于计算思维的教学体系研究 在计算思维模式的指导下，面向医学生的《医院信息系统》课程体系结构的设置与课程建设和实施，目的是培养熟练掌握医院信息系统使用技能的、并具有计算思维能力的复合型医用人才。
什么是计算思维计算思维的含义 你知道计算思维吗?计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。下面小编为你整理计算思维，希望能帮到你。 什么叫计算思维计算思维的含义 计算思维是数字时代人人都应具备的基本技能。计算思维与理论思维和实验思维一起构成了科技创新的三大支柱。 美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)Jeannette M. Wing 教授2006年3月在美国计算机权威期刊Communication of the ACM上将计算思维定义为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 计算思维具有如下特征： (1)计算思维是概念化的抽象思维，而非程序思维。 (2)计算思维是人的思维，而非机器的思维。 (3)计算思维是思想，而非人造品。 (4)计算思维与数学和工程思维互补和融合。 (5)计算思维面向所有的人，所有的领域。 (6)如同“读、写、算”一样，计算思维是一种基本技能。 计算思维教育实践途径 计算思维培养，具体到中小学教育实践中，必须要有一个依托工具和抓手。中小学信息技术课程中，如何渗透计算思维教育，可以从如下几个方面尝试。 (一)在计算机程序设计教学中渗透计算思维 通过计算机程序设计教学培养学生的计算思维，是中小学信息技术教师最容易上手的做法。对于计算思维的培养，宜选择可视化的、模块化的、易于学习的程序设计软件。 LOGO语言是一种早期的编程语言，也是一种与自然语言非常接近的编程语言，它通过“绘图”的方式来学习编程，对初学者特别是儿童进行寓教于乐的教学方式。至
计算思维 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质问题和未来走向的基础性概念。这一概念最早是由麻省理工学院(MIT)的Seymour Papert教授在1996年提出的，但是把这一个概念提到前台来，成为现在受到广泛关注的代表人物是美国卡内基梅隆大学(CMU)的周以真教授(Jeannette M.Wing)。计算思维提出了面向问题解决的系列观点和方法，这些观点和方法有助于人们更加深刻地理解计算的本质和计算机求解问题的核心思想。特别是有利于解决计算机科学家与领域专家之间的知识鸿沟所带来的困惑。图灵奖获得者Karp认为，自然问题和社会问题自身的内部就蕴含丰富的属于计算的演化规律，这些演化规律伴随着物质的变换，能量的变换以及信息的变换。因此正确提取这些信息变换，并通过恰当的方式表达出来，使之成为能够利用计算机处理的形式，这就是基于计算思维概念的解决自然问题和社会问题的基本原理论和方法论。计算机不能解决物质变换或者能量变换这样的问题，但是可以借助抽象的符号变换来计算，模拟甚至预测自然系统和社会系统的演化。本文就计算思维的一些概念和对于计算机教育方面的挑战进行一些讨论，以期引起对于这一问题的充分关注。这些讨论针对以下的问题： 1.什么是计算思维？计算思维有什么特征？与计算机是什么关系？ 2.计算思维是随着计算机出现才出现的，还是早已存在于人类思维模式之中？ 3.计算思维与物理学的思维方式，数学的思维方式有什么区别，有什么联系？ 4.计算思维对于计算机科学研究以及计算机教育的启示。一、计算思维是人类科学思维活动固有的组成部分 本文中所说的思维都是指科学思维，科学思维是指在人类科学活动中所使用的思维方式。与之相对应的，还有艺术思维，宗教思维等其他思维方式，这些思维不属于科学思维的范畴。 人类在认识世界和改造世界的科学活动过程中离不开思维活动。思维的作用不仅是作为个人产生了对于物质世界的理解和洞察，更重要的是思维活动促进了
中国大学教学 2012年第1期 7 李 廉，合肥工业大学党委书记、教授，教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会副主任委员。 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质问题和未来走向的基础性概念。这一概念最早是由麻省理工学院（MIT ）的Seymour Papert 教授在1996年提出的[1]，但是把这一个概念提到前台来，成为现在受到广泛关注的代表人物是美国卡内基梅隆大学（CMU ）的周以真教授（Jeannette M. Wing ）[2]。计算思维提出了面向问题解决的系列观点和方法，这些观点和方法有助于人们更加深刻地理解计算的本质和计算机求解问题的核心思想。特别是有利于解决计算机科学家与领域专家之间的知识鸿沟所带来的困惑。图灵奖获得者Karp 认为[3]，自然问题和社会问题自身的内部就蕴含丰富的属于计算的演化规律，这些演化规律伴随着物质的变换，能量的变换以及信息的变换。因此正确提取这些信息变换，并通过恰当的方式表达出来，使之成为能够利用计算机处理的形式，这就是基于计算思维概念的解决自然问题和社会问题的基本原理论和方法论。计算机不能解决物质变换或者能量变换这样的问题，但是可以借助抽象的符号变换来计算，模拟甚至预测自然系统和社会系统的演化。本文就计算思维的一些概念和对于计算机教育方面的挑战进行一些讨论，以期引起对于这一问题的充分关注。这些讨论针对以下的问题： 1．什么是计算思维？计算思维有什么特征？与计算机是什么关系？ 2．计算思维是随着计算机出现才出现的，还是早已存在于人类思维模式之中？ 3．计算思维与物理学的思维方式，数学的思维方式有什么区别，有什么联系？ 4．计算思维对于计算机科学研究以及计算机教育的启示。 一、计算思维是人类科学思维活动固有的 组成部分 本文中所说的思维都是指科学思维，科学思维是指在人类科学活动中所使用的思维方式。与之相对应的，还有艺术思维，宗教思维等其他思维方式，这些思维不属于科学思维的范畴。 人类在认识世界和改造世界的科学活动过程中离不开思维活动。思维的作用不仅是作为个人产生了对于物质世界的理解和洞察，更重要的是思维活动促进了人类之间的交流，从而可以使人类获得了知识交流和传承的能力，这个意义的重要性是不言而喻的。早期人类表达思维结果的方式一定是相当模糊和凌乱的，因此早期人类对于知识的传承是困难和缓慢的。正因为如此，人类对于自身的思维活动很早就开展了研究，并且提出了一些原则，这些原则揭示了思维活动的以下关键特点： 1．思维活动的载体是语言和文字，不通过语言和文字表达出来的思维是无意义的。 2．思维的表达方式必须遵循一定的格式，需要符合一定的语法和语义规则。只有符合语法和语义规则的表达才能被其他人所理解。 3．为了使别人相信自己的思维结论，必须采取合理的表达方式，说明获得结论的理由，以使别人不去重复思维的过程而相信你的结论。这就是思维逻辑。 这三条原则对于人类文化传承和知识积累是十分重要的，只有遵从这三条原则，人类文化才可以在一个可靠的背景下发展。人类的知识沟通才可以具备一种相互信任的基础。 到目前为止，符合这样三条原则的思维模式大体上