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大家好

对于一个古老而又年轻的概念

计算思维正在科技界

教育界萌发

激荡和蔓延

所到之处

彻底更新和改变了

现在被广泛认同的

一些思想和方法

是的

哪怕在平常的生活中

也是这样呢

前些日子 老爸要回家

他说要我赶紧

给他去网上订一张票

这让我觉得有点小小的窃喜

因为往常我一叫

他去网上买票

他总是说

你们年轻人

总是说网上网上

还是去售票窗口买踏实一些

而现在当我带他

从自动取票机取得车票之后

他认识到网上订票也挺不错

还有一次

在新华书店的时候

我看他看到喜欢的资料

总是习惯性地

拿出纸和笔记录下来

而我呢

总是拿手机拍一拍

可见

计算技术的确在

改变人们处事的思维方法

是的 计算已经无所不在

我们已经进入新的计算时代

计算思维并不是

一个哗众取宠的新概念

它在人类计算文明发展过程中

不断闪现

在人类科学思维中早已存在

只是由于计算工具的发展

计算环境的演变

计算科学的形成

计算文明的迭代

使人们认识到

计算思维的培养变得日益重要

学会运用计算学科的基础概念

方法和工具

解决客观世界的各种问题

是每个现代人

应该具备的基本素质

因而

计算思维和阅读写作一样

已经成为人类内在的

普适的 通用的

思维模式和基本能力

那么 计算思维到底是什么呢

2006年的时候

美国卡内基梅隆大学的

周以真教授在《ACM通讯》

上发表论文

“Computational Thinking”

并对其做了

较为系统的阐述后

“计算思维”这一个概念

受到了广泛的关注

并逐步形成了讨论的热潮

那么

周以真是怎么定义

“计算思维”的呢

我看她是这么阐述的

计算思维就是运用

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

它包括了反映计算机科学领域

之广度的一系列思维活动

看起来

这个概念并不复杂

但要深入透彻地理解它

恐怕并不容易

比如借助于计算机科学

里面的什么知识

求解什么问题

设计什么系统

理解人类的什么行为等等

2008年 为了更加明确地

界定“计算思维”是什么

周以真在论文

“Computational Thinking and Thinking about Computing”

进一步指出

计算思维中涉及的

“计算机科学”泛指

计算机科学 计算机工程

通信 信息科学以及信息工程

是的

在谈到物理意义下的计算机时

特别强调并不仅仅是指

今天大家所熟悉的

机械或电子计算机

还包括将来会出现的

纳米计算机

量子计算机 生物计算机

（如DNA和分子计算机）

等等

嗯

周以真还对“计算机”的概念

进行了广义的拓展

也就是说

“计算机”可以是一台机器

也很可能是一个“人”

甚至认为“计算机”是

人与机器相结合的产物

所以 周以真指出计算思维

并不依赖于具体的机器

不难看出

周以真是在一种抽象的层面

上阐述并定义“计算思维”的

关注的不是具体的计算技术

而是思想和方法

也就是说

计算思维就是讨论通过

“计算”到底能解决

什么样的问题

以及如何求解这些问题

它是一种科学方法论

为了帮助大家理解什么是

什么不是“计算思维”

周以真还特别给出了

“6个判定标准”

或者“6个特性”

一 概念化 不是程序化

二 基础的 不是机械的技能

三 人的 不是计算机的思维

四 数学和工程思维的

互补与融合

五 思想 不是人造品

六 面向所有人 所有领域

这六点看起来很简单

但确实需要深入的解读

否则就难以真正地理解

什么是“计算思维”

好的 我们来看第一点

什么是概念化 不是程序化

我们说思维实体

处于一个客观世界

称为该实体的环境

通过对环境的感知形成概念

这些概念以自然语言为载体

在思维实体中记忆 交流

从而又成为

这些思维实体的环境的一部分

通过对概念外延的拓展

和对概念内涵修正

完成思维的最基础的功能

也就是概念化

这一过程将

物理对象抽象为思维对象

包括对象本身的表示

对象性质的表示

对象间关系的表示等等

例如 我们的祖先

通过对日月星辰的长期观察

有了“天圆地方”的概念

有了

“日出东方 日落西方”

的概念

后又随这些概念的不断修正

逐步获得正确的认识

因此 概念化

是本我认知意识的表达和概括

是主观和抽象的

而程序化强调的是

处理某一问题的过程和步骤

它很客观和具体

甚至可机械执行

比如

一个会议议程

就是根据会议的客观需要

明确 具体地规定了

会议的每一项内容

会议可以按照

会议议程“机械地”开

哦 这样我就明白多了

那第二点

基础的 不是机械的技能

怎么理解呢

正常情况下

每一个人面对学习

工作和生活

都需要具备最基本的一些能力

这是一种什么样的能力呢

从大学教育的角度来说

也就是我们一直倡导

的分析问题 解决问题的能力

而不应该是机械地

刻板的 操作性的技能

说得真好

那第三点

人的 不是计算机的思维

又怎么理解呢

人的思维充满着灵感和想象力

既擅长逻辑演绎

也擅长归纳总结

还具有自由 发散 跳跃

模糊等特点

计算机思维呢 其实

图灵机非常准确地刻画了

计算机思维的特点

那就是机械 精确 收敛等等

因此

人的思维和计算机思维

具有巨大的差异

虽然计算思维是人的思维

但不是所有的“人的思维”

都是计算思维

这中间有很大的差异

比如一些我们觉得困难的事情

微积分 方程求根等等

用计算机相对简单

我们觉得容易的事情

比如视觉 移动 直觉 顿悟

用计算机来做却比较难

那么我们来看第四点

数学和工程思维的互补与融合

应该怎么理解它呢

计算思维是解决

客观世界问题的思维方法

要解决客观世界的问题

必须把抽象的

数学思维与具体的

工程思维有机地结合起来

我们知道数学是

研究数量 结构 变化 空间

以及信息等概念的一门学科

纯数学思维通常具有理想

完美 科学 抽象等特点

讨论问题的时候

还常常用到

“无穷大 无穷小”

“n维空间”

等无限和虚拟的概念

而工程思维呢

面对一个工程问题

人们必须考虑人力

物力 时间

技术等方面的限制

还要受管理 制度

环境 法律等约束

许多时候需要考虑折中和取舍

效率 可靠性 安全性等等

这就是周以真在谈到

计算思维时为什么强调折中

优化 冗余 容错等

概念的原因

哦 这样我就理解这个概念了

那么它的第五点

说它是思想而不是人造品

我们怎么来看这一点呢

思想也就是idea

一般也称为“观念”

其活动的结果 属于认识

它是客观存在反映

在人的意识中经过思维活动

而产生的结果或形成的

观点及观念体系

很显然

在这里计算思维指的是

基于计算的问题

求解的思想和方法

特别是其中的灵感和智慧

而非具体的技术

更不是人造的

计算机系统的硬件和软件

因此

它属于认识论

方法论层面上的东西

好的 那我们看看最后一点

它是这么阐述的

计算思维面向所有的人

所有的领域

我们怎么理解它

面向所有的人

所有的领域呢

首先我们必须回答的问题是

什么东西可以面向所有的人

所有的领域呢

我们知道 从技术

到科学再到哲学 越来越抽象

但应用面却越来越宽

一个具体的器件 设备

技术或者技能

不太可能面向所有的人

所有的领域的

只能是思想 方法

和能力层面上的东西

上面我们谈的是计算思维

下面我们来聊聊计算思维教育

这是两个密切相关

又不一样的话题

现在大家都认识到

每一个大学生

乃至每一个人

都应该学习

并掌握“计算思维”

那么

到底计算思维教育什么进行呢

过去

大学计算机基础教育

强调的是“纯工具论”

的技能培训

现在受“计算思维”的影响

很多高校都在做教学改革

但教学内容似乎

更倾向于计算机软硬件技术

基础的通识教育

与周以真所提倡的计算思维

有较大的差距

是的 作为高等教育基础教学

的组成部分

计算思维应该体现出

其应有的属性和特征

具体来说

一 抽象层次上的方法论教育

而非功利意义下的技能培训

当面对一个问题时

尽管行业和领域不同

但问题的解决方案

在抽象层次上具有相似性

二 创新能力培养

创新的智慧和灵感从何而来

借鉴前人在求解问题时

展现出来的智慧和灵感

在某些领域

已被使用的解决方案

完全可以应用于

创新者苦苦探索的领域

三 跨学科专业的知识融合

思想碰撞

四 自主学习能力的培养

而非知识技术的简单传授

五 兴趣 爱好的培养

调动学生内在的

学习动力与激情

六 文化熏陶

我们已经说了这么多了

那到底计算思维教育

怎么做会较好呢

我们认为

计算思维可分为广义

计算思维和狭义计算思维

广义计算思维

就是在计算

学科方法学的基础上

从哲学方法论的角度

以及更广泛的领域

来探讨计算思维的内涵

外延和应用

狭义计算思维

则从计算机科学的

理论和技术出发

讨论借助于计算机

这一特定的工具

如何求解客观世界的问题

或者说就是怎么把问题求解

过程映射成计算机程序的

思想和方法

很显然

周以真倡导的“计算思维”

更侧重于广义计算思维

它是一种基于“计算”的

特定的方法论

甚至可以说

“Computational Thinking is about idea, not technology”

因此 从教学内容设计上

我们认为至少应该

包含以下两大部分

一是面向所有的领域

所有的人

如何基于计算去求解问题

设计系统

乃至理解人类行为

二是计算机科学家面向计算时

如何求解问题的思想和方法

前者需要把计算机科学的

基础概念

与各领域人们感兴趣的

问题相结合

要求有非常广的知识面

后者需要挖掘隐藏

在一般陈述性

结论性知识和技术背后的

科学家们求解问题时

的思想和方法

并进行归纳和总结

这些思想 方法 灵感 火花

能很好地满足学生的好奇心

启迪学生的心灵与智慧

能真正地体现周以真所说的

“像计算机科学家一样思维”

说到计算思维教育

很多人都关心

“大学计算机基础”

与计算思维到底是

一种什么样的关系

以及如何处理

唐宋八大家之一的

韩愈在《师说》中指出

“师者 所以

传道授业解惑也”

可谓精辟之极 所谓传道

实乃做人之道

做事之道 做学问之道

所谓授业

应该是在课堂内外传授知识

培养能力

所谓解惑

就是帮助学生理解并解决学习

工作乃至生活上的疑问

那么就“大学计算机基础”

教学这一具体问题而言

计算思维教育应该属于

“传道”的范畴

以启迪学生心灵与智慧

正如佛法中的最高智慧是布施

而布施中的最高级别是法布施

也就是把大家的

智慧无私的分享给众生

而讲授计算机基本概念

基础知识

培养基本技能等则

属于“授业”的范畴

“道”与“术”兼而有之

而又是不同层次上的问题

切不可混为一谈

好的 那么 站在学生的角度

我们该如何学习计算思维呢

计算思维教育

重点不在计算工具

也不讲计算理论

而是揭示计算机

科学家在解决计算机

科学问题时的思维方法

阐明计算系统的价值实现

体会计算之美

如果我们能不断追问

计算机科学家面

临过什么样的问题

这些问题他们是怎么思考的

他们是怎么解决问题的

从问题到解决问题的方案

其中蕴含着怎样的思想和方法

如果我们学会理解

计算机科学家

是如何分析问题

解决问题的

并借鉴到我们的学习

工作和生活之中

甚至发明创造中来

那么我们就掌握了

计算思维的本质

原来 本课程站在计算科学

认识论和方法论基础上

梳理计算思维和计算技术

之“道”和“术”的关系

采取高级科普的深度定位

使用通俗流畅的语言和故事

广度优先

来引领学生遍历基于计算

和面向计算的典型案例

本课程将带领大家挖掘计算机

科学家思考问题的艰辛过程

理解计算在延伸人的想象力

创造力以及理解力方面蕴藏的

巨大作用与延展空间

是的 就像艺术 源于生活

高于生活 给人以美的享受

计算思维可谓 源于计算学科

高于计算学科

给人以思想与方法之熏陶

我们这门课程以慕课和

翻转课堂的方式进行教学

通过学习

促进大家增长以下

几个方面的能力

一 利用计算学科的

知识与方法解决

其他相关学科领域

问题的迁移能力

第二 清晰描述问题的表达能力

第三 构建模型

将现实问题抽象化的能力

第四 综合归纳

筛选最优解决办法的能力

第五 通过表面看本质的能力

第六 一定的计算机应用的能力

第七 捕捉细节的能力

第八 接收并创造新事物的能力

借用拜纳姆和摩尔所说的

哲学不是永恒的

哲学是与时俱进的

不管是狭义计算思维

还是广义计算思维

计算思维作为一种方法论

它也是包罗万象并与时俱进的

我们相信

以计算思维为导向的

计算机基础教学改革

将在很大程度上提升大学生的

认知境界和能力水平

让我们一起为之努力吧

好 谢谢大家