加载中…计算思维的几点整理——计算思维:一种新的学科思维方式
(2018-06-13 20:02:04)1.比如说地图查阅到哪里
2.比如说查阅哪家更好吃？
用到了最优路径，选择结构，信息意识，信息的价值判断等。
===================================
计算思维是当前国际计算机界广为关注的一个概念，也是计算机教育需要重点研究的课题
1.what
计算思维
2.研究现状
3.对中小学信息技术课程的目标，内容，方法影响。
计算思维的提出
思维是人脑对于客观事物的本质及其内在联系间接的和概括的反应，是一种认识过程或心理活动。
2006年3月，时任美国卡内基·梅隆大学(CMU)计算机科学系主任、现任美国基金会(MSP)计算机和信息科学与工程部(CISE)主任的周以真(Jeannette
M.Wing)教授，在美国计算机权威刊物《Communications of the
ACM》上，首次提出了计算思维（Computational
Thinking）的概念：“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。
周教授撰写了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
目前，计算思维是当前国际计算机界广为关注的一个重要概念，也是当前计算机教育需要重点研究的课题。
CDI计划旨在使用计算思维产生的新思想、新方法
CDI的最终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，反映在美国国家自然科学与工程，以及社会经济与技术等各个学科领域。
都有不少专家讨论计算思维对不同学科的影响。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。
国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论一起研究的。
国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论一起研究的。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜教授在对计算思维和计算机方法论的研究中指出：计算思维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们的互补性很强，可以相互促进，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；反之，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。两者之间的关系与现代数学思维和数学方法论之间的关系非常相似。
2009年7月26日，中国工程院院士、中科院计算技术研究所所长李国杰在NOI2009开幕式和NOI25周年纪念会上的讲话提到：“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，它选择合适的方式去陈述一个问题，对一个问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题求解。有了计算机，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。
哈工大计算机学院副院长王亚东教授作了题为“计算与计算思维”的报告。报告从科学技术发展的角度出发，讲述了计算思维已经和即将对各门学科产生的影响，在计算机专业的各门课程中渗透“计算思维”的设想，并倡议学者们总结计算思维有哪些类别，以及它们和各门学科、日常生活的关系。
============================================================
计算思维的关键内容
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？当我们以计算机解决问题的视角来看待这个问题，我们需要根据计算机科学坚实的理论基础来准确地回答这些问题。同时，我们还要考虑工具的基本能力，考虑机器的指令系统、资源约束和操作环境等问题。
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，是否有更简便的方法，是否允许误报和漏报？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，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。
计算机具有的特性：
1.概念化，不是程序化，想计算机科学家一样去思维，而不是码农。
2.根本的。不是刻板。每一个人发挥职能必须掌握的。现代社会。
3.是人的。不是计算机的思维。计算思维是人类求解问题的一条途径。不是人像计算机一样思考
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，其形式化基础建筑于数学之上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地思考，不能只是数学性地思考。构建虚拟世界的自由使我们能够设计超越物理世界的各种系统。
5.是思想，不是人造物。不只是我们生产的软件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，更重要的是计算概念，这种概念被人们用于求解问题、管理日常生活、与他人交流和互动。
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，它就将成为一种现实。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。
=======================================
●
计算思维与计算机学科的方法论
正如本文第二部分所述，计算思维与计算机学科的方法论研究有很大的相似性，国内很多学者都在同时研究。
计算思维和计算机学科方法论都是试图通过可计算性原理、形理算一体原理和机算设计原理，从思维和方法的高度来进行抽象，以寻求具有一定普适意义的学科价值。
1.计算性原理：所谓可计算性原理亦即计算的可行性原理
1936年，英国科学家图灵提出了计算思维领域的计算可行性问题：即怎样判断一类数学问题是否是机械可解的，或者说一些函数是否可计算
2. 形理算一体原理
是针对具体问题应用相关理论进行计算发现规律的原理。在计算思维领域，就是从物理图像和物理模型出发，寻找相应的数学工具与计算方法进行问题求解
3.机算设计原理
就是利用物理器件和运行规则（算法）相结合完成某个任务的原理。在计算思维领域，最显著的成果就是电子计算机的创造（计算机的设计原理），比如，电子计算机构成就是五个外部设备（计算器、运算器、存储器、输入设备、输出设备）以及运用二进制和存储程序的概念来达到解决问题的目的。
=====================
尽管计算思维的学科体系尚未成熟，但在教学和培训中的应用和推广已逐步开展。一些从事计算机教育的学者在教学过程中推进计算思维能力的培养，标志性的事情包括2008年美国国家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》（Computational
Thinking: A problem solving tool for every
classroom）报告。
2008年，ACM在网上公布了对CS2001（美国关于大学计算机科学的教学大纲）进行中期审查的报告（CS2001
Interim
Review），开始将美国卡内基·梅隆大学计算机科学系教授周以真倡导的“计算机思维”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机思维的本质。美国计算机科学技术教师协会认为，计算思维应当是所有学校所有课堂教学都应当采用的一个工具。采用这个工具，教师自然会问以下几个问题：
（１）人所固有的能力与局限性？计算机的计算能力与局限性？
（２）问题到底有多复杂？即问题解决的时间复杂性、空间复杂性？
（３）问题解决的判定条件是什么？
（４）什么样的技术（各种建模技术）能被应用于当前的问题求解或讨论之中？
（５）什么样的计算策略更有利于当前问题的解决？
【计算思维关注点分离】
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。计算机科学与技术方法论也进一步推进了大学计算思维的培养。在大学计算机学科教学中，引入计算思维关注点分离的方法解决软件工程课程中的问题求解、算法设计、软件设计等设计方法以及软件开发过程、软件项目管理和软件开发方法学等诸多方面的问题，因为作为最重要的计算思维原则之一，关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则。离散数学课堂教学中可以引导学生利用计算思维去解决离散数学中的模型与数理逻辑、递归与等价关系数目的求解、模块化与群、等价关系证明等问题。
培养过程中没有系统性的应用计算思维的系列方法，效果不明显。
=============================
●
计算思维对信息技术课程的影响
由于计算机学科和信息技术学科有着天然的紧密联系，计算思维也会对中小学信息技术课程产生影响。
1.计算思维是每个人的基本技能
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。
1.大学计算机专业教学在尝试用计算思维开展计算机专业课程教学
2.提出应当为大学新生开一门称为“怎么像计算机科学家一样思维”的课程，面向所有专业，
3. 我们应当使入大学之前的学生接触计算的方法和模型。我们应当设法激发公众对计算机领域科学探索的兴趣，传播计算机科学的快乐、崇高和力量，致力于使计算思维成为常识。
从目前中小学的课程设置来看，通过信息技术课程让学生接触计算思维是最有效的途径
！！！！！！！！！！2000年以来，我们已经习惯于将提升学生信息素养作为信息技术课程目标，随着计算思维的引入，需要我们去探索信息素养与计算思维的关系。
2.计算思维促进信息技术学科思维的研究
目前的信息技术课程普遍存在着“只见技术不见人”和“什么实用教什么”的现象。
错误的技术化取向问题。后者反应了功利主义课程价值认识；
简单技术掌握为第一要义，虽然强调了用信息技术解决实际问题，但也仅是解决如何操作软件以达到学以致用，缺乏从学生人生发展的高度看待信息技术课程所应有的价值。
【笔者的算法思维】
笔者曾从信息技术课程中有关算法与程序设计的学习价值的角度提出算法思维是一种解决问题的过程性思维方式：算法思维就是能清楚说明问题解决的方法，能够将一个复杂的问题转化成若干子问题并将其进一步简化，以达到解决问题的目的，这也是科学和设计领域的一项重要技能；算法思维就是能清楚地理解问题解决的规则，能够认识到问题的起点、边界和限定范围，按部就班地完成任务或解决问题；算法思维就是能清楚地分析问题解决方法的优劣，能够设计与构造操作步骤更少、更经济的算法。
算法思维的提出在一定程度上解决“算法与程序设计”的学习价值不是仅对口程序员的培养，就像数学的学习不仅是培养会计一样。通过算法和程序设计的学习，学生可以体验解决问题的过程，规范的设计与工艺要求，以及人与计算机共存的思维特征。但是，算法思维是以算法为出发点，相比以计算理论出发的计算思维，有更多的局限性。因此，计算思维有利于推进信息技术课程在学科思维方面的研究，有利于学生通过信息技术课程获得终身有用的知识与能力，而不是面临过时的计算机操作步骤。
！！！！！！！！！！【思考：好比张三丰教张无忌，具体的招式忘记了，留下的就是思维，就是方法】
3.计算思维引发有关信息技术与计算机学科的关系思考
计算机界长期以来一直认为程序设计语言是进入计算学科领域的优秀工具，也是获得计算机重要特征的有力工具。早期中小学开展BASIC语言学习，其本意也是以认识计算机特征为目的。其存在的明显问题是缺乏学科思维，过多地关注具体语言的细节。而以应用软件为学习对象的计算机课程，虽然强调了应用，但仍然关注软件操作细节的学习，使得课程学习内容与社会上的软件培训班相差无几。随着计算机软件的丰富与普及，以及计算机操作的人性化，重视工具操作、缺乏思维和方法的计算机课程面临改革是必然的。
===========================
●
结束语
对于计算思维来讲，要成为一门学科，还有很长的路要走。目前，计算思维还不是知识形态的学科，因为其本身的概念、原理、特征、培养方法论以及创新方法论等方面的知识体系并未形成，也不是大多数学校或研究所教学内容的基本单位。这方面的学者、知识信息及学术资料所组成的实体化组织虽然正在形成，但远远未达到成熟
对于计算思维来讲，要成为一门学科，还有很长的路要走。目前，计算思维还不是知识形态的学科，因为其本身的概念、原理、特征、培养方法论以及创新方法论等方面的知识体系并未形成，也不是大多数学校或研究所教学内容的基本单位。这方面的学者、知识信息及学术资料所组成的实体化组织虽然正在形成，但远远未达到成熟
然而，从计算思维中引申出的方法论，对计算机学科的教学乃至信息技术学科的教学都有重要意义。用学科方法指导信息技术课程教学，将会在一定程度上解决信息技术飞速发展与课程教学内容需要相对稳定的矛盾，并从思维和方法的高度规范与重构信息技术课程的教学内容。计算思维具有强大的创新能力，培养计算思维能力的最高目标是为了创新。但是，目前缺少应用计算思维进行创新的方法论，即如何应用计算思维进行创新。这方面的工作仍然非常艰巨。
最后仍用周以真教授的一段话作为本文的结束：“我们特别需要抓住尚未进入大学之前的听众，包括教师、父母和学生，向他们传送下面两个主要信息：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。”
=======================================================
自己的几点思考：
1.计算思维的细分可以挖的很深。方法论有待整理。如何用在高中信息技术课堂，如何联系生活。
2.周以真教授教授的论文，以及他之后的论文。其他人或组织对计算思维的研究论文。高校的开展。
3.计算思维关注点分离，深入研究。
4.《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》
5.计算思维和信息素养的相同和不同。
6.高校的计算机导论和计算思维的结合情况，可以很好的借鉴。
7.今年暑期要出论文研究和C++。python
数据与数据计算。
喜欢
0
赠金笔
前一篇：新课标
后一篇：程序设计中常用的计算思维