计算思维在信息管理领域的应用
学院：信息管理学院学号：2015302330029 姓名：胡启军
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。当今社会对信息管理与信息系统的理论与方法的需求越来越大, 信息管理与信息系统的研究已经成为学术界和实业界普遍关注的话题。但是中国大陆的学术界在信息管理与信息系统方面的研究主题和研究方法存在着严重的偏差。本文立足于学术研究的角度, 探讨目前中国大陆在信息管理与信息系统领域的研究现状, 文章主要搜集了国内一些期刊上发表的与信息管理与信息系统相关的学术论文, 从而研究中国大陆学术界在这一领域的研究主题和研究方法, 并且通过与国外类似的研究相对比, 找出国内在学术研究方面存在的差距, 从而为国内的研究人员对今后的研究内容和研究方法的选择提供一定的参考价值。随着社会经济的发展和高等教育发展步伐的加快, 社会需要更多的应用型创新人才, 针对信息管理与信息系统专业的特点, 对该专业的人才培养目标进行了准确定位, 提出了应用型创新人才的培养模式。
关键词计算学科计算机计算思维计算机方法论计算机科学与技术方法论
信息管理与信息系统计算思维教学研究主题研究方法
正文
1 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 M .Wing) 教授在美国计算机权威杂志, ACM 会刊《Communications of the ACM》杂志上给出, 并定义的计算思维(Computational Thinking)[ 1] 。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” [ 19] , 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: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;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[ 2] 。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。计算思维最根本的内容, 即其本质(Essence)是抽象(Abstraction)和自动化(Automation)[ 2] 。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。数学抽象的重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。堆栈(Stack)是计算学科(Computing discipline , 计算机科学、计算机工程、软件工程、信息系统、信息技术等相关专业的总称)中常见的一种抽象数据类型, 这种数据类型就不可能像数学中的整数那样进行简单的相“ 加” 。再比如, 算法也是一种抽象, 我们也不能将两个算法放在一起来实现一个并行算法。同样, 程序也是一种抽象, 这种抽象也不能随意“ 组合” 。不仅如此, 计算思维中的抽象还与其在现实世界中的最终实施有关。因此, 就不得不考虑问题处理的边界, 以及可能产生的错误。在程序的运行中, 如果磁盘满、服务没有响应、类型检验错误, 甚至出现危及人的生命时, 还要知道如何进行处理。抽象层次是计算思维中的一个重要概念, 它使我们可以根据不同的抽象层次, 进而有选择地忽视某些细节, 最终控制系统的复杂性;在分析问题时, 计算思维要求我们将注意力集中在感兴趣的抽象层次或其上下层;我们还应当了解各抽象层次之间的关系。计算思维中的抽象最终是要能够机械地一步步自动执行。为了确保机械的自动化, 就需要在抽象的过程中进行精确和严格的符号标记和建模, 同时也要求计算机系统或软件系统生产厂家能够向公众提供各种不同抽象层次之间的翻译工具。周教授对计算思维的特征进行了总结, 给出了计算思维的以下6 个特征:
(1)概念化, 不是程序化计算机科学不是计算机编程。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。为便于理解周教授的意思, 可以更进一步地说, 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[ 5] 。
(2)根本的, 不是刻板的技能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。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是, 只有当计算机科学解决了人工智能的大挑战———使计算机像人类一样思考之后, 思维可以真的变成机械的了。就时间而言, 所有已发生的智力, 其过程都是确定的;因此, 智力无非也是一种计算, 我们应当将精力集中在“ 好的”计算上, 即采用计算思维来造福人类。
(3)人的, 不是计算机的思维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的思考。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。配置了计算设备, 我们就能用自己的智慧去解决那些计算时代之前不敢尝试的问题, 实现“ 只有想不到, 没有做不到” 的境界。计算机附给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。
(4)数学和工程思维的互补与融合计算机科学在本质上源自数学思维, 因为像所有的科学一样, 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实际世界互动的系统, 基本计算设备的限制迫使计算机科学家必须计算性的思考, 而不能只是数学性的思考。构建虚拟世界的自由使我们能够超越物理世界的各种系统。数学和工程思维的互补与融合很好地体现在抽象、理论和设计 3 个学科形态(或过程)上[16-19] 。
(5)是思想, 不是人造品不只是我们生产的软硬件等人造物将以物理形式到处呈现并时时刻刻触及我们的生活, 更重要的是计算的概念, 这种概念被人们用于问题求解、日常生活的管理, 以及与他人进行交流和互动。中国科学院自动化所王飞跃教授认为: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教授所描述的高度和广度上, 也没有那样的新颖、明确和系统。周教授所描述的计算思维给我们带来了重新审视我们学科的视野, 也使我们更加重视学科所蕴含的思想与方法。这种重视, 会促成王飞跃教授所希望的, 使我们的学科产生“ 涅磐” 般的重生[4] 。
(6)面向所有的人, 所有地方当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再表现为一种显式之哲学的时候, 它就将成为现实。就教学而言, 计算思维作为一个问题解决的有效工具, 应当在所有地方, 所有学校的课堂教学中得到应用。针对不少人认为计算机科学等同于计算机编程等方面的错误认识, 周教授认为, 当我们用行动来改变这种狭隘的社会认识时, 计算思维就是一个引领计算机教育家、研究者和实践者的宏大远景。周教授呼吁:计算机科学家应该传授计算机科学的快乐、崇高和力量, 并致力于使计算思维成为人们处理问题的常识。计算思维的提出, 得到了美国教育界的广泛支持, 不仅有卡内基·梅隆大学的专题讨论, 更有包括美国数学研究所(AIM)等组织在内的众多团体的参与。2008 年6 月, 在网上公布的ACM 对CC2001(CS2001)进行的中期审查报告(CS2001 Interim Review)(草案), 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[ 6] 。2008 年 6 月, 美国计算机科学技术教师协会(CSTA)在网上发布了得到美国微软公司支持的《计算思维:一个所有课堂问题解决的工具》(Comptational Thinking :A problem-sol- ·2 ·ving too l for every classroom)报告, 对什么是计算思维进行了总结, 为便于人们了解, 还对计算思维在计算机科学、自然科学、数学、社会学科、语言艺术、美术、生命科学等学科领域方面的经典论文进行了分类[7] 。计算思维不仅影响着美国, 也影响着英国的教育, 在英国的爱丁堡大学, 人们在一连串的研讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨会, 都有不少专家讨论计算思维对他们学科的影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的领域[ 8] 。另外, 英国计算机学会(BCS , British Computer Society)也组织了欧洲的专家学者对计算思维进行研讨, 提出了欧洲的行动纲领[ 9] 。值得人们注意的是, 计算思维的提出, 不仅得到美国教育界的广泛支持, 并且还直接促成了美国国家科学基金会(NSF)重大基金资助计划CDI (Cy ber-Enabled Disco very and Innovatio n, Cy be r 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(特别是在该领域产生的新思想、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。根据CDI 的要求, 最终CDI 的研究成果, 将使人们的思维模式发生转变, 这种以“ 计算思维”为核心的转变, 要反映在美国自然科学与工程, 以及社会经济与技术等各个学科领域, 任务书认为, 这种转变将进一步保持美国在自然科学与工程等领域所具有的世界领先地位[10] 。
2 计算机方法论是什么
本文所讨论的计算机方法论, 主要指的是, 董荣胜教授与古天龙教授等人2002 年提出, 并构建的计算机科学与技术方法论(Methodology of Compute r Science and Techno log y)[ 17 ,18] 。计算机科学与技术方法论是对计算领域认识和实践过程中一般方法及其性质、特点、内在联系和变化发展进行系统研究的学问。计算机科学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具, 也是计算学科认知领域的理论体系。该理论体系建立在《计算作为一门学科》(Computing a s a discipline)报告给出的一个关于计算学科二维定义矩阵的基础上[ 11](如图 1 所示, 其中, 学科主领域已由报告给出的9个修改为CC2001 报告给出的14个)。学科主领域三个过程抽象理论设计
1.离散结构(DS)
2.程序设计基础(PF)
3.算法与复杂性(A L)
4.体系结构(A R)
5.操作系统(OS)
6.网络计算(NC)
7.程序设计语言(P L)
8.人机交互(HC)
9.图形学和可视化计算(GV)
10 .智能系统(IS)
11 .信息管理(IM)
12 .软件工程(SE)
13 .社会和职业的问题(SP)
14 .科学计算(CN)
《计算作为一门学科》报告遵循了一般科学技术方法论的思想, 它给出了计算学科二维定义矩阵(简称定义矩阵)的概念并细化了其内容。定义矩阵的一维是“ 3 个过程”(抽象、理论和设计), 另一维是主领域。特别当主领域仅为计算学科时, 定义矩阵便是《计算作为一门学科》报告中所指的“ 知识框架” 。“ 知识框架”反映了计算领域中人们的认识是从感性认识(抽象)到理性认识(理论), 再由理性认识(理论)回到实践(设计)中来的科学思维方式。在这里, 这个“ 知识框架” 是对计算学科总的概括, 它是稳定的;而“ 知识框架”的内容(值), 即各主领域及其“ 3 个过程” 的内容, 则随计算技术的发展而变化。计算学科二维定义矩阵, 是对当时计算学科的一个高度概括。因此, 我们可以将把握计算学科的本质问题归约为把握计算学科二维定义矩阵的本质问题。要把握定义矩阵的本质, 就是要分别把握定义矩阵的“ 横向”(抽象、理论和设计 3 个过程)以及“纵向”(各主领域)共有的、
能反映各主领域内在联系的思想和方法的本质。“ 横向”关系的内容, 即抽象、理论和设计 3 个过程的内在联系与发展规律的内容, 是计算机科学与技术方法论中最重要的内容。因为计算学科的基本原理不仅已被纳入抽象、理论和设计 3 个过程中, 更重要的还在于 3 个过程之间的相互作用, 推动了计算学科及其分支领域的发展。“ 横向”关系中还蕴含着学科中的科学问题。由于人们对客观世界的认识过程就是一个不断提出问题和解决问题的过程, 这种过程反映的正是抽象、理论和设计 3 个过程之间的相互作用, 因此, 科学问题与抽象、理论和设计 3 个过程在本质上是一致的, 它与“ 3 个过程” 共同构成了计算机科学与技术方法论中最重要的内容。“ 纵向”关系的内容, 即各分支领域中所具有的共同的能反映学科某一方面本质特征的内容, 既有助于我们认知计算学科, 又有助于我们更好地运用方法论中的思想从事计算领域的工作, 它是方法论中仅次于科学问题与“ 3 个过程” 的重要内容。“ 纵向”关系, 即各分支领域之间, 主要存在以下两个方面的联系:
(1)各分支领域中的某些研究内容是一致的, 比如数据库中的并发控制、缓冲区管理的思想与操作系统中的并发控制和缓冲区管理的思想是一致的。
(2)计算学科中具有方法论性质的核心概念、数学方法、系统科学方法、形式化技术、社会和职业的问题贯穿于各分支领域之中, 揭示了计算学科各分支领域的内在联系, 使计算学科各分支领域结合成一个完整的体系, 而不是一些互不相关的领域。
综上所述, 计算学科二维定义矩阵中的科学问题, 抽象、理论和设计 3 个过程(“ 横向” 关系)与计算学科中的核心概念、数学方法、系统科学方法、形式化技术、社会和职业的问题(“纵向” 关系)构成了计算学科方法论的主要内容。自此, 计算学科认知领域的理论体系———计算机科学与技术方法论已经建立。以上是理论体系的建立采用的是自然语言的描述, 对于我们学科而言, 显然不够, 人们更希望看到的是用形式化方法定义的理论体系, 董教授与古天龙教授在文献[ 17] 中借助数学的集合论, 采用公理化的方法, 给出了计算机科学与技术方法论的形式化定义。由于公理化方法主要用于回顾性的总结, 对学科中有争论的问题以及未来探索性的展望作用有限。因此, 董教授等人在计算机科学与技术方法论构建的基础上, 又增加了两个对计算学科认知有重要影响的内容, 这些内容以任务的形式加以确认:一个是对计算教育史上和当前计算教育实际中有争议的问题作出科学的分析和评论;另一个是根据计算技术发展的趋势和要求, 对计算教育中提出的新课题作出回答, 对未来的计算教育作出科学的预测。董教授认为, 原有的计算机科学与技术方法论的内容再加上现在新增的内容, 又形成了一门新的基础理论———计算教育哲学。
3 国内IMIS 目前的研究现状
3.1国内IMIS 的研究主题
参考Enrique Claver等人对信息管理与信息第 3 期俞东慧黄丽华:中国大陆信息管理与信息系统研究现状评述系统领域研究主题的分类[ 2] , 并且立足于目前国内IMIS 的研究现状, 将国内IMIS 领域的研究主题分为四大类, 分别是:
-(1)信息系统管理
-(2)信息系统开发
-(3)信息技术
-(4)信息系统应用
-(5)其他
每一个大类中又可以分成若干个主题, 如IS 管理可以分为:信息系统战略规划、信息系统战略匹配和对组织的影响、IS 人力资源管理和IT 组织、IS 评价、利用IS 提高竞争优势/战略IS 、IS 外包、IS 安全问题、其他等;IS 开发可以分为:IS 开发方法或过程、IS 实施方法或过程、数据库、IS 体系结构、IS 需求分析、其他等;关于信息技术的主题可以分为:决策支持系统(DSS)和群体决策支持系统(GDSS)、专家系统和人工智能、经理信息系统(EIS)、电子数据交换(EDI)、通讯网络、Internet 和信息高速公路、其他IT 技术等;关于信息系统应用又可以分为:业务流程重组(BPR)、电子商务(EC)、供应链管理和物流、跨组织系统(IOIS)、企业资源规划(ERP)和客户关系管理(CRM)、知识管理、其他应用等;而属于这四大类之外的我们把它归并为其他,主要包括信息系统研究等。
3.2 研究方法
研究方法是研究领域一个重要的主题, 没有一个正确适当的研究方法,很难得到所需的研究结论。研究方法有很多分类方法, 常见的一般有定性研究方法和定量研究方法、理论研究(Theoretical Study)和实证研究(Empirical Study)等。根据Enrique Claver等人对研究方法的分类, 将研究方法分为两大类:理论研究和实证研究。理论研究主要是对概念、结构和描述的研究,而不是对现实的系统性观察,即研究的重点是概念而非数据和观测。理论研究又可以分为:概念型研究、说明型研究和应用概念型研究。概念型研究主要是一些框架、模型或理论的定义以及给出相关的理由或解释;说明型研究主要提供相关的行动建议,或者是在什么样的情况下完成某种行为, 它主要作为实践的指导,重点是什么, 怎么做,而不是为什么;应用概念型研究是上述两种方法的结合。实证研究的核心在于通过对现实的观察得出有意义的研究结论, 或者对新的现象提出新的假设或者命题, 或者对已有的理论进行检验或修正。实证研究根据研究过程的不同可以分为:案例研究(Case Study)、现场研究(Field Study)、现场实验研究(Field Experiments Study)和实验室实验研究(Laboratory Experiments Study)。
4融入计算思维特征的课程教学内容
“信息系统与数据库技术”课程既区别于管理专业的“管理信息系统”课程，也不同于计算机专业的“数据库应用”课程，它兼顾两者的基本知识，同时引入软件工程思想，介绍程序设计语言和软件开发工具实现信息系统开发的方法，力求以“系统观”推动学生从信息意识、信息知识到信息能力的构建。因此教学团队首先需要思考的问题是如何优化课程教学内容，在相关知识的理论和实践、抽象和具体、难度和复杂度、开发和管理等方面平衡教学内容，使其适应普及性的计算机基础教学。计算思维的约简、规划思维是把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道解决方法的问题。利用计算思维的约简、规划思维特征方法对课程的教学内容进行整合，从知识的综DOI:10.13915/https://www.doczj.com/doc/e21202437.html,ki.fzfzjy.2014.01.022 第1 期黄雅萍，等: 融入计算思维的“信息系统与数据库技术”教学模式合应用来组织信息系统、
软件工程、数据库、程序设计等相关知识，不追求理论的深度，够用即可，注重对实用方法和先进技术的介绍，做到理论知识在应用中都有落实点。建立包括信息系统基础知识、信息系统分析设计及信息系统开发技术三大部分教学内容。其中，信息系统基础知识介绍信息系统和关系数据库的基本知识; 信息系统分析设计介绍信息系统的分析、设计和管理方法; 信息系统开发技术则介绍关系数据库管理系统SQL Server、关系数据库查询语言T-SQL、ASP．NET 技术基础，以及Web 数据库应用程序开发技术ADO．NET 和数据报表。
5融入计算思维特征的课程教学方法实施
“信息系统与数据库技术”课程知识体系完整，具有很强的理论性、实用性和创新性。将计算思维的思维特征方法融入到具体的教学过程中，一方面可以简化学习内容，降低学习难度，激发学生的学习兴趣; 另一方面，可以培养学生的计算思维能力，提高学生的计算机综合应用能力和创新能力。
1．抽象化和自动化抽象化和自动化是计算思维的重要本质［4］。抽象化是实现问题的精确表达和建模的方法，“信息系统与数据库技术”课程中的很多概念和方法都体现了抽象化的思想。例如，数据模型设计就是对现实世界中的信息进行抽象、表示和处理的方法。在进行数据库系统设计时，首先，实现从现实世界到信息世界的转化。按用户的观点进行概念模型设计，对现实世界中的具体事物进行认识抽象，形成信息世界中的概念模型。然后，实现从信息世界到机器世界的映射。按计算机观点，进行数据模型设计，将概念模型转换为某一个数据库管理系统支持的数据模型，形成机器可处理的数据结构模型。最后，利用高级语言编制数据库系统，由计算机自动实现数据管理功能［5］。如图 1 所示。在教学过程中，教师通过实例进行抽象化和自动化方法的介绍，并给学生布置相应的练习。学生通过教师的引导和反复的训练，逐渐领会抽象化和自动化的思想方法，并在解决问题的过程中提升计算思维的能力。图 1 现实世界中客观事物的抽象化和自动化
2．问题约简计算思维的约简方法是一种选择合适的方式去陈述问题，或对某个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。“信息系统与数据库技术”课程涉及的知识点很多，如何在有限的教学课时里实现总体教学目标是一个难题。在课堂教学中，将计算思维的问题约简方法融入其中，采用案例教学法，通过实例驱动和应用驱动，以理解和应用为目标，结合实例讲授基本知识，避免过于深入的抽条式的理论介绍。例如，介绍SQL Server 2005 的功能和使用方法时仅用9 学时，从数据库的创建与维护、SQL 语言与编程对象以及数据库管理与保护三个方面进行讲解。教学过程中，对数据库的基础理论知识只做一些简要讲解，对于SQL 语言与编程对象，则通过具体例子对其基本功能进行演示介绍。通过对复杂问题的约简，学生能够清晰地了解数据库管理系统的主要功能，并根据教师的思路比较轻松地完成数据库的基本操作。
3．关注点分离和递归优化计算思维的关注点分离方法就是将复杂而庞大的系统分解成多个模块或多个阶段，然后针对这些模块或阶段逐个找出解决方法，最终解决整个系统的问题［4］。以使用生命周期法开发数据库系统为例，整个数据库系统开发步骤划分为六个阶段: 需求分析、概念设计、逻辑设计、物理结构设计、
数据库实施和数据库运行维护。每个阶段的任务相互独立，具有明确的完成标志，前一个阶段完成的任务是后一个阶段的前提和基础，后一阶段的任务是前一阶段任务的更加具体化，即相邻阶段互相联系又互相承接，共同完成整个设计任务［5］。在教学过程中，将数据库系统开发过程中涉及的所有知17 纺织服装教育2014 年识点贯穿融入到具体案例“简易教务管理系统”的各个设计步骤中，例如在数据库设计过程中，将数据库概念结构设计与数据库完整性理论相联系，数据库逻辑结构设计与关系规范化理论相结合，数据库物理结构设计联系到数据库的安全性理论和方法。而在数据库实施、运行与维护教学过程中融入SQL 语言、数据库编程等知识点，力求帮助学生在掌握系统开发各阶段任务的同时，形成一个完整的知识体系，避免学生在学习过程中感觉知识点零散繁杂。使学生能够将所学的知识进行综合应用，联系实际进行信息系统综合分析、设计和实现。计算思维是一种递归和优化的思维方法。在设计一个完善的数据库应用系统过程中，数据库的设计和数据库中数据处理的设计都不可能一气呵成，需要在设计的各个阶段反复推敲和修改才能完成。如图 2 所示，计算思维的递归和优化特征被很好地融入到了数据库应用系统的设计过程中。
6计算思维方法的综合应用
综合型实验要求学生综合运用多种计算思维方法分析问题和解决问题，是计算思维方法的综合运用，具体实验要求如表 2 所示。综合型实验项目选择某一个案例，案例可以由学生结合自己生活、学习中的实际信息管理和信息服务需要，选择一些有意义或感兴趣并与课程有关的项目，自行设定项目题目; 也可以在指导教师给定的题目范围内选择。学生以每组 3 ～ 4 人的形式自由组合，成立协作学习项目小组，在教师的启发指导下，明确任务目标，运用计算思维方法分析问题，通过查阅参考书、网络教学资料等途径进行自主检索、探究，思考解决问题的方法。小组同学根据所选项目分工协作，互相启发，取长补短，综合所学的知识点，结合计算思维的系列方法，模仿简易教务管理系统的标准规范进行系统的规划、分析以及数据库概念结构设计、数据库逻辑结构设计、数据库物理结构设计，同时撰写数据库设计各阶段的技术文档。使用SQL Server 作为数据库开发环境，按照设计结果建立并维护数据库，结合ASP．NET 和C#应用开发工具创建数据库应用系统，完成项目中用户界面和处理过程的设计，使学生从中获得成功感。经过这样一个完成书本理论知识系统化的综合实践过程，不仅锻炼了学生综合运用所学知识的能力和团队协作精神，更进一步地培养了学生发现问题的能力和探索、创新精神，是计算思维方法更深层次的融入。
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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