计算思维之我见
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计算思维读后感《计算思维》读后感。
《计算思维》是一本由麻省理工学院媒体实验室主任塞斯·派普特(Seth P. P.)所著的畅销书。
本书以计算思维为主题,探讨了计算思维对人类思维方式和社会发展的深远影响。
通过对计算思维的解读和应用,塞斯·派普特引领读者重新审视了计算思维对于个人和社会的重要性,并提出了许多新颖的观点和思考方式。
在阅读完《计算思维》之后,我对计算思维有了更深刻的理解和认识,也对自己的思维方式和行为习惯有了一些新的思考,下面我将分享我在阅读过程中的一些感悟和体会。
首先,我被书中对计算思维的定义所吸引。
计算思维并不仅仅是指对计算机和程序的理解,更重要的是一种思维方式和方法论。
计算思维强调通过抽象、逻辑和算法等方式来解决问题,这种方法不仅可以应用在计算机科学领域,也可以在生活和工作中得到应用。
在现代社会,信息爆炸和复杂性是我们所面临的挑战,而计算思维可以帮助我们更好地理解和应对这些挑战。
通过学习计算思维,我们可以培养自己的逻辑思维能力,提高问题解决能力,更好地理解和利用信息,这对于我们的个人发展和社会进步都具有重要意义。
其次,书中对计算思维在教育领域的应用也给我留下了深刻的印象。
在当今社会,教育改革是一个亟待解决的问题,而计算思维的引入可以为教育带来新的思路和方法。
通过教授计算思维,我们可以培养学生的创造力、解决问题的能力和团队合作精神,这对于他们未来的发展是非常重要的。
同时,计算思维也可以帮助学生更好地理解和应用知识,提高学习效率和学习成绩。
因此,我认为在教育中推广计算思维是非常有必要的,这将为学生的未来发展和社会的进步带来积极的影响。
另外,书中对计算思维对社会发展的影响也给我留下了深刻的印象。
计算思维的引入可以帮助我们更好地理解和应对社会问题,促进社会的发展和进步。
例如,在医疗领域,计算思维可以帮助医生更好地诊断和治疗疾病,提高医疗水平和服务质量;在经济领域,计算思维可以帮助我们更好地分析和预测经济走势,制定更科学的经济政策。
大一计算机计算思维心得体会大一计算机计算思维心得体会范文大一计算机计算思维心得体会1当今世界的科学技术正以前所未有的速度向前发展,当今世界的科学技术正以前所未有的速度向前发展,现代社会的生产和生活方式正经受着信息技术迅猛发展浪潮的冲击。
随着计算机技术,着信息技术迅猛发展浪潮的冲击。
随着计算机技术,多媒体技术和网络技术及应用的迅速冲击发展,信息已成为经济发展的重要的战略资源和独特的生产要素,成为新的产业和行业发展,信息已成为经济发展的重要的战略资源和独特的生产要素,成为新的产业和行业,增加就业机会,加快教育的速度和知识更新的步伐等等有着不可磨灭的功劳。
增加就业机会,加快教育的速度和知识更新的步伐等等有着不可磨灭的功劳。
对现代社会的积极作用。
互联网作为网络的龙头改变了人们的生活方式,它将整个世界连为一体,不的积极作用。
互联网作为网络的龙头改变了人们的生活方式,它将整个世界连为一体,同地域,文化,语言背景和社会阶层的人们似乎生活在一个地球村中,同地域、文化、语言背景和社会阶层的人们似乎生活在一个地球村中,地区间的差异变得越来越不重要。
作为一名即将步入社会的学生,更应该有准备的去迎接这场革命,这样才越来越不重要。
作为一名即将步入社会的学生,更应该有准备的去迎接这场革命,这样才步入社会的学生能在这场革命中立于不败这地。
在20xx年xx月xx日到xx月xx 日期间,顺利的完成了生产实习,深刻的认识到网络知识与软件知识从理论转折到实践的重要性。
虽然已经经过一年的大学学习,然而大多数人对本专业的认识还是寥寥无几,在编程与软件开发以及网络工程,在很多同学心里面对于本专业一直很茫然。
通过这次实习,我对计算机专业在行业实践中的工作对象、通过这次实习,我对计算机专业在行业实践中的工作对象、面临问题及解决办法有了一个较为全面的理解。
巩固专业知识的同时也增加了行业责任感,实习的日子里也加深了同学友谊,锻炼了团队精神我真正学到了计算机教科书上所没有或者真正用到了课本上的知识,经过现场的实训,让我更好的将学习到的理论知识和实际应用结合起来了。
计算思维读后感读完《计算思维》一书,我不禁对计算思维的重要性有了更加深刻的理解。
计算思维是一种解决问题的思维方式,它强调将问题拆解为更小的子问题,并用算法和数据结构解决这些子问题。
通过将复杂问题分解为简单的步骤和过程,计算思维能够帮助我们更加有效地解决问题。
在书中,作者从算法设计、数据结构、计算模型和编程语言等方面介绍了计算思维的基本概念和原理。
其中,算法设计是计算思维的核心内容之一。
作者通过举例和讲解,生动地介绍了常见的算法设计方法,如贪心算法、动态规划算法和回溯算法等。
这些算法设计思想不仅可以应用于计算机科学中,还可以帮助我们在日常生活和工作中更加高效地解决问题。
书中还介绍了数据结构在计算思维中的重要性。
数据结构是计算思维的基础,它能够使我们更好地组织和管理数据,提高问题解决的效率。
作者通过生动的例子和图示,详细讲解了常见的数据结构,如数组、链表、栈、队列、树和图等。
通过对数据结构的学习,我们可以更好地理解问题的本质和内在规律,从而更好地解决问题。
此外,书中还详细介绍了计算模型和编程语言对计算思维的影响。
计算模型是描述计算过程的一种方式,它决定了问题如何被解决和证明。
作者通过讲解图灵机、有限自动机等计算模型,帮助读者更好地理解计算思维的本质和特点。
编程语言是计算思维的实践工具,它将计算思维转化为可执行的代码。
作者通过对不同编程语言的介绍,帮助读者选择适合自己的编程语言,并掌握基本的编程技巧。
除了理论知识,作者还通过大量的实例和练习,帮助读者提高计算思维能力。
每章末尾的习题和实践题可以帮助读者巩固所学知识,并通过实践锻炼解决问题的能力。
书中还提供了大量的参考资料和扩展阅读,方便读者深入学习和探索计算思维领域。
总的来说,读完《计算思维》一书,我收获颇多。
这本书不仅提供了理论知识,还通过实例和练习,帮助读者提高计算思维能力。
通过学习和应用计算思维,我们可以更好地解决问题,提高工作效率,拓展思维能力。
“计算机与计算思维”读后感科学界一般认为理论科学以数学为基础,实验思维以物理等学科为基础,计算思维以计算机科学为基础。
而在计算机发展日新月异的今天,计算机与计算思维也在飞速的发展着。
周以真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;然而我所认为的计算思维是有差异的,有层次性,有目的性的一系列运用计算解决问题的方法。
层次化、结构化、过程化是它的基础,智能化、工程化、人性化是基于这个基础上的衍生产物,以达到它的客观要求——网络化、移动化、信息化、服务化。
这三个层次的各种特征相互协调共同作用,缺一不可。
计算思维更是多种技能的综合,它需要科学思维,在没有证据时不轻易下结论,以科学严肃认真的态度创建新的知识,但由于知识的不断进步发展,更要求用一种发展辩证的眼光看待问题与结论;它需要逻辑思维,计算思维的主体是人而非计算机,客观要求我们在看待问题时进行逻辑思考,从已知中推出未知,从简单推出复杂,从表面现象中看到本质,而不是轻易下结论;它需要算法思维,在重复同一问题的时候,应用算法会使问题更加简单;它需要效率思维,不但要求提高速率,而且要尽可能大的提高质量;它需要创新思维,在创新无数新的算法后,可以使更多待解决的问题得到解决;它需要伦理思维,任何新技术都是双刃剑,计算机的广泛应用会带来更多安全问题,更多伦理问题,而如何处理这些问题还有待商议。
应用计算思维演化出多种多样的计算理论,其中核心理论便是自动化理论、可计算性理论和计算的复杂性理论,这些理论不同对问题的界定将问题巧妙的分为不同的门类。
这其中我认为应用意义最大的便是可计算理论,在该理论中数学建模的巧妙应用可以将许多实际问题轻松解决(例如18世纪的七桥问题),能够定义抽象计算机,把算法应用在其中。
它的过程在我看来也较为简单,首先将问题抽象成为算法,其次应用该理论,最后进行自动化设计并实现问题的解答。
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。
计算思维读后感计算思维是一种重要的思维方式,它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
计算思维不仅仅是一种计算机科学的概念,它更是一种解决问题和分析复杂情况的思维方式。
通过计算思维,我们可以更好地理解世界,解决问题,以及做出更加明智的决策。
首先,计算思维强调的是问题的分解和抽象。
在解决问题的过程中,我们经常会面对复杂的情况和大量的信息。
通过计算思维,我们可以将复杂的问题分解成更小的子问题,然后逐个解决。
同时,我们可以通过抽象的方式来忽略一些细节,从而更加集中精力解决核心问题。
这种分解和抽象的思维方式,可以帮助我们更加高效地解决问题,提高工作效率。
其次,计算思维强调的是算法和模型的应用。
在现代社会中,我们面对的问题往往是复杂的,需要系统性的分析和处理。
通过计算思维,我们可以将问题抽象成数学模型,然后利用算法来解决。
这种方式可以帮助我们更好地理解问题的本质,找到最优的解决方案。
同时,通过模型的建立和算法的应用,我们可以更好地预测未来的情况,做出更加明智的决策。
另外,计算思维还强调的是数据的重要性。
在现代社会中,数据无处不在,它包含了丰富的信息和价值。
通过计算思维,我们可以利用数据来分析问题,发现规律,做出预测。
同时,我们也可以通过数据来验证我们的假设,找到问题的根源。
数据的应用可以帮助我们更好地理解世界,做出更加准确的判断。
最后,计算思维还强调的是计算机工具的应用。
在现代社会中,计算机已经成为我们解决问题和处理信息的重要工具。
通过计算思维,我们可以利用计算机来处理大量的数据,进行复杂的计算,以及模拟各种情况。
计算机工具的应用可以帮助我们更加高效地解决问题,提高工作效率。
综上所述,计算思维是一种重要的思维方式,它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
通过计算思维,我们可以更好地理解世界,解决问题,以及做出更加明智的决策。
因此,我们应该重视计算思维的培养和应用,以提高我们的思维能力和解决问题的能力。
计算思维导论观后感最近看了计算思维导论,那感觉就像是打开了一扇通往新世界的魔法大门。
一开始,我就像个迷失在数字丛林里的小迷糊。
那些概念呀,就像一群调皮的小精灵,在我眼前晃来晃去,却怎么也抓不住它们的小尾巴。
什么算法啦,数据结构啦,听起来就超级高大上,感觉离我这种日常只知道刷手机的人超级遥远。
不过呢,随着慢慢看下去,我就发现这里面其实有很多超级有趣的东西。
就好比算法,它就像是生活中的小秘籍。
你想啊,如果把生活中的各种任务当成一道道谜题,算法就是解开这些谜题的巧妙步骤。
比如说早上起床后怎么在最短的时间内完成洗漱、吃早餐并且准备好出门的东西,这其实就是一种算法在生活中的体现。
只不过计算思维里的算法是给计算机这个聪明却又有点“死脑筋”的家伙看的,得把每一步都交代得清清楚楚,一点含糊都不行。
再说说数据结构,这就像是给数据们盖房子。
不同类型的数据就像不同性格的小居民,你得给它们安排合适的房间,这样大家才能住得舒服,找起东西来也方便。
像数组就像是集体宿舍,大家排排坐;而链表呢,就像是那种可以随意添加小房间的长走廊,每个房间之间用小链子连着,想加个新数据就像在走廊尽头再接个小房间一样容易。
我还特别佩服那些能把计算思维运用得出神入化的大神们。
他们就像是数字世界的魔法师,能让计算机按照自己的想法去做各种各样神奇的事情。
从简单的计算到复杂的模拟,感觉没有什么是他们搞不定的。
这也让我意识到,我们生活在一个被计算机包围的时代,计算思维可不仅仅是程序员们的专利,它就像一种新的魔法语言,学会了它,就好像拿到了一把能在这个数字时代畅行无阻的钥匙。
而且呀,这计算思维还特别能锻炼人的逻辑能力。
就像做数学题一样,一环扣一环,每一步都得有理有据。
以前我总是迷迷糊糊的,想事情东一榔头西一棒子,现在感觉自己的小脑袋瓜都变得有条理多了。
就像给我那团乱麻一样的思绪做了一次大扫除,把有用的东西都整整齐齐地归位了。
总的来说,看了计算思维导论,我就像是被卷入了一场数字革命的浪潮里。
数学教学培养思维能力之我见论文《培养学生计算能力之我见》培养和发展学生的思维能力是小学数学教学的重要任务之一。
因此,在数学教学中,我们要讲究方法,注意激发兴趣,挖掘教材,上好活动课,从而提高学生的思维能力。
一、挖掘教材,培养思维能力教师在备课时,要千方百计地挖掘教材中的智力因素。
如哪些知识学生已掌握,哪些知识学生还没有掌握,哪些知识学生不易理解,应该采取什么样的办法,怎样设计问题才能打开学生思维的闸门,什么问题可让学生思维深入下去等等。
此时,教师还要精心设计一些一题多解、一题多变的训练,以培养学生思维的灵活性。
例如,在教完较复杂的分数乘法应用题后,教师可设计这样的题组让学生进行训练:某村要修一条长80KM的路,第一季度修了全长的1/4,第二季度修了全长的1/5,第三季度修了全长的1/8。
根据上述条件,经过认真分析条件之间的关系后,逐步完成如下问题:①第一季度修了多少千米?②第二季度修了多少千米?③三个季度共修了多少千米?④第一季度比第二季度多修了多少千米?⑤还剩下多少千米没修?同时教师可以变换练习形式,让学生变换思维的角度。
如可以先列式,让学生根据算式与题中的条件提出相应的问题,如:①80某1/8;②80某(1/4-1/8);③80某(1/5-1/8);④80某(1/5+1/8)等等。
通过上述多层次的训练,有利于培养和发展学生的思维能力。
二、激发兴趣,培养思维能力兴趣是最好的老师,是学生学习和积极动脑筋思维的最大动力。
学生一旦对数学有了兴趣,就能产生巨大的学习动力,变“要我学”,为“我要学”,变“被动接受”为“主动探究”。
所以,在数学教学中,我们要注意激发学生的学习兴趣,让他们主动参与学习,积极动脑进行思维,从而更好地发挥学生学习的积极性、主动性和创造性,培养学生的思维能力。
例如,在教学乘法的速算时,新课伊始我首先出示一组口算题:37某101,98某74,57某201。
学生对这组口算题感到十分为难,认为很难口算。
计算思维专题学习的反思与心得
计算思想专题学习的反省与心得
这几日 , 经过计算思想专题的讲座以及对资料的查阅,对计算思
维有了一些理解。
从事信息技术教课的中小学教师,我们应当想一想将来信息技术课程改革与发展的方向和趋向是什么,我们怎样提升信息技术课程的教
学质量信息技术课程发展,周以真教授给我们提出了一个方向: “计算思想”。
什么是“计算思想” 计算思想是运用计算机科学的基础观点去求解问题、设计系统和理解人类的行为, 它选择适合的方式去陈说一个问题 , 对一个问题的有关方面建模并用最有效的方法实现问题求
解。
长久以来 , 信息科技被社会当作不过一种高科技工具, 计算机科学技术也被结构成一门专业性很强的工具学科和协助性学科; 与之相应, 计算思想也被理解为专属于计算机科学家的基本技术。
这类狭小
的认知对发展和普及信息科技极其不利。
事实上 , 计算思想远远不不过为计算机编程 , 它是在抽象的多个
层次长进行思想 , 是与读写能力同样的人类的基本思想方式。
所以,
我们应当与时俱进 , 培育每个孩子的计算思想。
1 / 1。
培养小学生计算思维之浅见计算思维是指学生对于运算符号、数字及运算规则等的理解和应用能力。
它是基础数学能力的核心内容。
在小学阶段,培养学生的计算思维是很重要的。
下面是本人的一些浅见,供教育工作者参考。
一、建立正确的数学观念学生在小学时期需要建立起正确的数学观念。
在数学学习过程中不仅是要学会运用知识和技能,更重要的是要培养学生的数学思想和方法。
要教会学生学会探究问题的方法和思想,这对于培养学生的计算思维有非常重要的作用。
二、注重知识的渗透性学生在学习数学时,不要局限于解答题目过程,要注意知识点的渗透性。
对于同一知识点,我建议教育工作者采取不同形式的教学方式,使学生在不同情境下反复接触,这样能帮助学生更好地掌握知识点,培养学生的计算思维。
三、视情况选择计算方式在数学课堂上,要鼓励学生多种计算方法,而不是规定一种计算方式来解决问题。
因为学生的认知和掌握程度不同,给学生提供多种计算方法有助于培养学生的计算思维,并且能够运用不同的计算方式来检验自己掌握的程度。
四、关注数学应用能力除了纯计算题,数学的应用在日常生活中也非常常见。
教育工作者可以设置一些有现实意义的应用题目,例如家庭学习用餐计算、购物计算,帮助学生将数学知识引入到实际生活中。
这样能够在提高学生应用能力的同时培养学生的计算思维。
五、建立思维导图为了激发学生的思维,教育工作者可以借助思维导图的方式,帮助学生整理和分类问题,从而梳理和深入思考。
思维导图能够降低学生的认知门槛,使学生在思考问题时更加灵活自如,同时也可以加强学生的记忆能力,更好地培养学生的计算思维。
综上所述,小学阶段是培养学生计算思维的重要时期。
当我们注重正确的数学观念,培养渗透性的知识,鼓励学生多样计算方式,关注数学应用能力,建立思维导图等方式,可以有效地提高学生的计算思维能力。
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。
那么,计算思维为什么这么重要呢?特别是在教育中,为什么要强调进行计算思维能力培养呢?首先,探索与创新的未来性以及知识的无限性,决定了教育,特别是本科教育的基础性特征。
笔者认为,知识基础、能力基础是人才培养中必须强调的两大基础,而且在培养过程中,二者相辅相成。
其中知识是载体,通过对知识及其发现,特别是知识发现过程中大师们的思维的学习,培养学生的思维能力以及具体化后的探索未知的能力。
所谓思维,按照一般的说法,就是在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程,是人类特有的一种精神活动以及管理。
也可以说是大脑对具体事物或用文字表述的概念进行接收、加工等,表示大脑运动的状态。
由此可见,思维能力对一个人来说是非常重要的,特别是对于“能力导向”的教育来说,强化思维能力的培养是必须的。
同时,思维必须基于一定的对象,而知识及其表示作为“对象”具有重要地位。
其次,计算范型作为人类社会的“三大科学研究范型”之一决定了计算思维的重要性。
第一是理论范型。
理论范型以理论的演绎、推理为主要研究形式,主要是逻辑思维,其典型代表为数学学科。
所以其思维形式又被称为数学思维。
第二为实验范型。
实验范型以实验、观察、数据收集、分析、归纳为主要研究形式,主要是实证思维,其典型代表为物理学科和化学学科。
所以,在国际工程教育标准中,将数学和自然科学作为工程教育的重要基础[12,13]。
第三就是计算范型。
计算范型以利用计算技术通过构建(系统)进行问题求解为主要研究形式,人们将此思维方式称为计算思维,以计算学科(通常称为计算机学科)为代表。
实际上,计算思维方式很早就有了,只是在电子计算机出现后,计算思维逐渐被认识和强化,特别是随着计算技术的迅速发展和功能的快速增强,计算思维的重要性在近几年凸显出来,使得计算机类课程成为与数学、物理并列的,实施(思维)能力培养的大学基础课的趋势逐渐被广大的教育工作者看清。
顺便需要提到的是,计算机技术的发展,为数据的搜集和利用提供了基础,基于此,有人提出了与三大范型并列的第四大范型——数据范型,并认为该范型的主要思维方式是“数据思维”[14]。
数据范型针对P级以上规模的“大数据”处理。
由于该范型采用的基本方式仍然是计算,所以,作者认为,这种范型即使存在,目前还很难独立。
各研究范型对应的思维方式如表1所示。
表1 与研究范型对应的思维方式思维方式呈现的基本对象采用的基本方式逻辑思维(数学思维)符号、定义、公式、公理、定理演绎、推理实证思维定义、定律(规律)、现象、实验、定理设计、再现、模拟、观察、归纳、分析计算思维符号、算法(程序)、模型、系统抽象(离散化、符号化、模型化)、自动计算(程序化)数据思维大数据(无结构、半结构、巨大规模)计算(统计、分布、并行)《形式语言与自动机理论教学参考书》给出了正则文法和有穷状态自动机共5种模型等价转换的典型模型计算[3],如下图所示。
实际上,在计算机类专业的课程中,类似的例子还很多。
如:编译中的LR分析器的构造、数据库系统中的基本运算、操作系统中的进程管理等。
正则语言表示模型等价转换的计算图示作为朴素计算思维能力最基本的,也是难度最大的模型计算能力的培养,可以从数学分析、离散数学(研究基本运算系统)再到形式语言与自动机理论(研究基本计算系统),构成一个梯级训练系统,引导学生把运算范围从实数域扩展到抽象集合域,同时将计算从单一具体的实例计算迁移到一般的形式化的类计算和模型计算。
作为另一条线,从程序设计、数据结构与算法再到编译原理、操作系统等,还可以进一步地培养学生计算的规划和实现能力。
既然瞄准的是计算思维能力的培养,就必须在教学中强调思想和方法的研习,更好地体现“专业技术基础课”的特征,不能将它们当成普通的“专业课”,甚至这些课程还要当作“思维体操”课——在课堂上,由教师领着做,在课后由学生自己进行练习。
三、狭义的计算思维狭义的计算思维是指“计算学科之计算思维”,以面向计算机专业人群的生产、生活等活动为主。
泛泛地讲,狭义的计算思维是基于“计算机”以及以计算机为核心的系统的研究、设计、开发、利用活动中所需要的一种适应计算机自动计算的“思维方式”,使人机的功能在互补中得到大力提升。
从这个意义上讲,计算机相关的很多“东西”都可以被“计算思维”一词涵盖。
主要有:最基本的问题描述方法——符号化、模型化;最主要的思维方法——抽象思维、逻辑思维;最基础的实现形式——程序、算法、问题表示(包括数据结构)、系统实现、操作工具……;最典型的问题求解过程——问题、形式化描述、计算机化;最基本的问题求解方法——方法论意义上的核心概念、典型方法。
我们可以用两种说法来描述,即“按照适应计算机求解问题的基本描述和思维方式考虑问题(构建计算系统、开发相适应的技术)的描述及求解”,或者“采用适应计算机求解问题的基本方式和有效方法考虑问题(构建计算系统、开发相适应的技术)的求解(描述、分析、构建)”。
这里突出的是“如何使计算机和以计算机为核心的系统具有更强的工作能力,并开发更方便的使用技术”。
在研究、设计、开发、利用四类活动中,以研究、设计为主,开发中主要指计算机专业本身所涉及的基本计算机系统、基本应用系统的开发,而利用则仅指专业活动中的利用。
狭义的计算思维除了包括朴素计算思维的内容外,还包括以下内容。
(1)计算学科方法论意义上的核心概念:抽象层次、概念和形式模型、一致性和完备性、大问题复杂性、效率、折中与决策、绑定、演化、重用、安全性、按空间排序、按时间排序;(2)相关的典型数学方法:强调用数学语言表达事务的状态、关系和过程,经推导形成解释和判断,呈现高度抽象、高精确、具有普遍意义的基本特征。
具体方法包括公理化方法、递归、归纳和迭代等构造性方法、模型化等;(3)相关的典型系统科学方法:其核心是将对象看成一个整体,思维对应于适当抽象级别,力争系统的整体优化。
一般原则是整体性、动态、最优化、模型化。
具体方法包括结构化方法、OO方法、黑箱方法、功能模拟方法、信息分析方法、自底向上、自顶向下、分治法、模块化、逐步求精等。
还包括其他一些更具体的方法。
例如:约简、转化、仿真,递归、归纳、迭代,调度、并行、串行,抽象、建模、分解、归并,规划、分层、虚拟、嵌入,保护、冗余、容错、纠错、系统恢复,启发、学习、进化,可视化、示例等。
这些内容的教学必须植根于计算学科相应的知识体系,以这些知识为载体,通过研究性教学,实现教师在对问题的研究中教,学生在对未知的探索中学。
引导学生学习问题求解和知识发现过程中大师们的思维,使他们有效地掌握这些典型的方法。
四、广义的计算思维计算机早已走出计算学科,甚至与其他学科形成新的学科。
例如,社会计算、计算物理、计算化学、计算生物学等等。
计算思维也随之走出计算学科。
所以,广义的计算思维是指“走出计算学科之计算思维”。
适应更大范围的广大人群的研究、生产、生活活动,甚至追求在人脑和电脑的有效结合中取长补短,以获得更强大的问题求解能力。
我们同样可以用两种说法加以描述:“有效利用计算机(工具)、相关思想、方法和技术以及计算环境和资源,以增强能力,提高效率”,或者“有效地利用计算技术进行问题求解,包括在科学研究与系统实现中有效地利用计算学科典型的思想与方法进行问题求解”。
这里突出的是计算机不仅作为工具,还可以有效利用相适应的意识、思想、方法、技术、环境和资源等。
在研究、设计、开发、利用四类活动中,以利用为主,然后依次为开发、设计、研究。
特别是对不同专业的人来说,这四类活动涉及的具体对象是不同的,它们与专业紧密相关,关键是意识、思想、方法、技术、工具、环境、资源等。
广义的计算思维包括狭义的计算思维,狭义的计算思维包括朴素的计算思维。