计算思维与计算机方法论
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第36卷 第1期2009年1月计算机科学Comp uter Science Vol.36No.1J an.2009到稿日期:2008209230董荣胜(1965-),教授,CCF 会员,研究方向为形式化技术、协议工程、计算学科认知理论;古天龙(1964-),教授,博士生导师,研究方向为软件规约、验证及测试、知识工程与符号计算。
本文为作者在第四届大学计算机课程报告论坛所作的专题报告。
计算思维与计算机方法论董荣胜 古天龙(桂林电子科技大学计算机与控制学院 桂林541004)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。
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中图法分类号 TP3-05 文献标识码 A Computational Thinking and Methodology of Computer Science and T echnologyDON G Rong 2sheng GU Tian 2long(School of Computer and Control ,Guilin University of Electronic Technology ,Guilin 541004,China )Abstract Although computational thinking and methodology of computer science and technology each have their own research aspects and characteristics ,obviously ,they are highly complementary with each other ,promoted by each other.Methodology of computer science and technology can further study and absorb the achievements in computational thinking conversely ,competency training of computational thinking will also be improved greatly by studying metho 2dology of computer science and technology.This paper described the relationship between computational thinking and metho 2dology of computer science and technology ,introduced the research and application of methodology of computer science and technology in China ,which construct theoretical system with the principles and methodologies of computer science as its paratively speaking ,the study on computational thinking was mainly investigated in America and Brit 2ain ,and their researches focus on its process ,essence and characteristic.Our work will help people understand compu 2tational thinking and methodology of computer science and technology and make f urther study.K eyw ords Computing discipline ,Computer ,Computational thinking ,Methodology of computer ,Methodology of com 2puter science and technology 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(ComputationalThinking )[1]。
计算机科学方法论及其计算方式的研究摘要:计算机科学与技术的方法论和计算思维是不同内容的具体学科,但二者之间有着千丝万缕的联系以及影响。
二者的研究内容和相互补充,并各自推进对方的发展。
本文研究计算机科学技术方法论和计算思维之间的关系,介绍我国计算机科学技术方法论的发展情况,对于国外研究计算思维也作一定的介绍,旨在加深对两个学科的见解以便开展更1 计算思维的含义阐述计算思维在本文中是指周以真老师定义的一个概念,是一种以计算科学为理论基础解决问题以及进行设计等行为运用的思维,是一种涵盖面极广的思维。
另一种更易懂的解释为,将一个复杂问题通过转化简约等方式重新定义,使人们找到解决方法的思维;可通过分解来设计繁杂的系统;是运用适合的方法对问题建模随后处理的思维;是一种启发式的求解过程,是用以解决问题的科学思维方法。
计算思维可以由人或机器完成,通过建立一定的模型利用具体的算法完成原本复杂的问题。
计算思维的本质是抽象以及自动化,抽象是以符号为表达方式,超时空性的,具有不同于数学科学和物理的复杂性,如堆栈和算法,并不是如数学中那样简单的数据相加组合,而是一种复杂的运算过程。
抽象在计算思维中还需要现实的参与完成,所以就必须预估可能出现的错误,并了解处理问题的方法。
计算思维还包含一个重要的问题就是抽象层次,这是一种通过层次了解复杂的方法,各层次间有着具体的联系,在执行某复杂机械系统时,通过各层次的建模来保证机械自动的运行。
周教授提出的计算思维具体有六个特点:(1)计算思维不只是有关计算机的思维,而是一个思维概念,范围广博。
(2)是一种在社会中发挥主观能动性所必须的根本性的灵活技能。
(3)不是机器的,而是人类的解决问题的思维。
(4)计算思维涵盖着工程思维、数学思维等科学思维的内容和方法。
(5)不是创造出的一个物品,而是一种思想,是人们可以利用解决问题,相互交流的思维方式。
(6)计算思维是解决问题的重要途径,应当被所有的学科运用。
计算思维
1、计算思维的概念
对于信息技术学科素养而言总共有四点,其中最关键的一点也是最难的一点就是“计算思维”。
“计算思维”是指个体运用计算机科学领域的思想方法,在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。
美国卡内基·梅隆大学周以真教授在2006年3月最早提出了计算思维的概念,他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的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
具备计算思维的学生可以从三个方面进一步描述:
(1)在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、简历结构模型、合理组织数据;
(2)通过判断、分析与综合各种信息资源,运用合理的算法形成解决问题的方案;
(3)总结利用计算机解决问题的过程与方法,并迁移到与之相关的其他问题解决中。
2、计算思维的价值
在生活和学习中,当我们遇到类似问题时,可以尝试运用计算思维的方法去分析和解决问题。
首先要能够准确地描述问题,并将问题逻辑地分解为若干求解步骤;
其次是从这些步骤中抽象出本质性的操作模型,并寻找能通过计算机等工具自动化执行实现的方案;
最后选择一种最有效的自动化方案让计算机执行,实现问题解决。
通过计算思维学习,学生可以掌握如何分析新信息和处理新问题。
这种思维方式,会带来解决问题能力的提升。
计算思维的实践可以帮助学生养成持续学习、尝试多角度解决复杂问题、甚至提出新问题的能力。
编程教育的真正目的,并不是让孩子当“码农”,而是把代码背后蕴含的“计算思维”教给孩子——这才是孩子适应21世纪人工智能时代的必备技能。
算思维、理论思维、实验思维:科技创新的三大支柱添加日期:2012-5-15 13:31:00 点击率:2303 文章来源:转载文章上传:沈李琴六大报告指出:“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力”。
的十七大明确指出:“提高自主创新能力,建设创新型国家是国家发展战略的核心,是提高综合国力的关科发财〔2008〕197号文件(关于创新方法工作的若干意见)指出:“科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点,而且始终究和技术发展的全过程,是创新的灵魂”。
学界一般认为,科学方法分为理论、实验和计算三大类。
与三大科学方法相对的是三大科学思维,理论思维以数学为基础,实验思科为基础,计算思维以计算机科学为基础。
大科学思维构成了科技创新的三大支拄。
作为三大科学思维支柱之一,并具有鲜明时代特征的计算思维,尤其应当引起我们国家的面简介这三大科学思维方式。
论思维论源于数学,理论思维支撑着所有的学科领域。
正如数学一样,定义是理论思维的灵魂,定理和证明则是它的精髓。
公理化方法是思维方法,科学界一般认为,公理化方法是世界科学技术革命推动的源头。
用公理化方法构建的理论体系称为公理系统,如欧氏几需要满足以下三个条件:无矛盾性。
这是公理系统的科学性要求,它不允许在一个公理系统中出现相互矛盾的命题,否则这个公理系统就没有任何实际的价独立性。
公理系统所有的公理都必须是独立的,即任何一个公理都不能从其他公理推导出来。
完备性。
公理系统必须是完备的,即从公理系统出发,能推出(或判定)该领域所有的命题。
了保证公理系统的无矛盾性和独立性,一般要尽可能使公理系统简单化。
简单化将使无矛盾性和独立性的证明成为可能,简单化是的目标之一。
一般而言,正确的一定是简单的(注意,这句话是单向的,反之不一定成立)。
于公理系统的完备性要求,自哥德尔发表关于形式系统的“不完备性定理”的论文后,数学家们对公理系统的完备性要求大大放宽,能完备更好,即使不完备,同样也具有重要的价值。
计算思维与计算机方法分析陈巍(吉林电子信息职业技术学院)摘要:本文首先阐述了计算思维的含义及基本特征,然后分析了计算机方法与计算机方法之间的关系,最后着重针对计算思维与计算机方法的内容和发展进行了认真得探讨分析,以供参考。
关键词:计算思维;计算机方法;探讨分析引言:计算思维和计算机方法具有各自的特色和研究内容,虽然两者属于不同的概念和学科领域,但具有很强的互补性,如果掌握充分,可以起到相互促进的作用。
而两者最大的区别在于研究重点的不同,与计算思维相比,计算机方法更注重构建计算学科认识理论体系。
因此,在实践研究过程中,不仅需要充分认识两者之间存在的区别和差异,更应该分析它们之间的互补性和关系,为研究和实际工作提供更加严谨的方法。
一、计算思维的含义及基本特征计算思维是指通过仿真、转化、嵌入以及简约等多元化的方法,将一个原本非常复杂的问题阐释成为人们知道如何解决这一问题的思维方法,是一种利用分解和抽象的方式对庞大复杂的任务进行控制的方法,吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法,建立在计算过程的能力和限制之上,其本质自动化和抽象,主要具有以下两种基本特征。
其一,计算思维不是程序化,而是概念化。
计算机科学与计算机编程存在明显的差异。
以计算机科学家的思维方式去思考,便意味着计算机科学远远不止能够为计算机编程,还必须能够多个抽象的层次上思维[1]。
其二,计算思维不是计算机的思维,而是人类的思维。
二、计算机思维与计算机方法的关系(一)计算思维与计算机方法相同之处。
计算思维与计算机方法在研究方面与现代数学思维和数学方法存在许多相同之处。
我国在计算思维与计算机方法的研究方面,一直将重点放在学科方法上,而在国外,往往更注重的是学科的思维方式。
目前,计算机方法的研究已经完成了理论知识体系的构建,其研究内容与国外计算思维方面的研究具有良好的互补性,建立在世界著名计算机组织IEEE-CS和ACM大量研究工作的基础上,容易吸收国外的先进教育理念。