摘 要：計(jì)算思維作為思維科學(xué)的一個重要分支，具有其基本內(nèi)涵和外延。本文以培養(yǎng)跨學(xué)科人才計(jì)算思維能力為目標(biāo)，從思維科學(xué)的角度出發(fā)剖析計(jì)算思維的系統(tǒng)化基本特征以及其內(nèi)在規(guī)律。采用歸納和演繹推理的方法辨析計(jì)算思維和思維科學(xué)活動之間的縱向和橫向聯(lián)系。此工作有助于人們對計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育方法論上的認(rèn)識提高，對于以計(jì)算思維為核心的課程體系的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 系統(tǒng)化 思維科學(xué) 計(jì)算學(xué)科

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）04（b）-0099-02

1 什么是計(jì)算思維

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授指出[1]：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。

計(jì)算思維首先是計(jì)算學(xué)科所特有的一種思維方式，其次計(jì)算思維已經(jīng)成為各個學(xué)科共同的思維方式，已經(jīng)成為與理論思維和實(shí)驗(yàn)思維并列的第三種科學(xué)思維方式，最后也是最重要的一點(diǎn)是，計(jì)算思維正在成為當(dāng)今社會中一種重要的一般思維方式，正在成為人們生活智慧的重要組成。

2 計(jì)算思維研究現(xiàn)狀

嚴(yán)格說來，最早提出“計(jì)算思維”概念的是麻省理工學(xué)院（MIT）的Seymour Papert教授[2]，他在這篇并非以“計(jì)算思維”為核心的著述中卻無意中首次給出了“計(jì)算思維”的一些基本概念，為后來者的研究奠定了一個“計(jì)算思維”雛形。國內(nèi)學(xué)者如張曉如等[3]在20世紀(jì)90年代末也提出了“計(jì)算機(jī)思維”的概念，其內(nèi)涵和隨后周教授等提出的思想在主要方面基本一致，并可形成互補(bǔ)，他指出隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)”已不再是一個單純的計(jì)算工具的代名詞，而是信息時代高新技術(shù)的象征。但是國內(nèi)外比較公認(rèn)的最早系統(tǒng)提出“計(jì)算思維”的還是周以真教授[1]，她認(rèn)為計(jì)算思維不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，它應(yīng)當(dāng)是每個人的基本技能。在培養(yǎng)孩子們的解析能力時，我們不僅要求他們掌握基本的閱讀、寫作和算術(shù)（Reading，writing，and arithmetic，簡稱3R），并且還應(yīng)該要求他們學(xué)會基本的計(jì)算思維。

隨后桂林電子科技大學(xué)董榮勝教授在2008年全國“計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”專題學(xué)術(shù)研討會上[4]所作的主題報(bào)告分別介紹了以“計(jì)算思維”和“學(xué)科思想與方法”為基礎(chǔ)的兩類“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程，給出了兩類“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程的講授提綱，指出了它們的不同點(diǎn)以及課程講授本質(zhì)上的一致性。朱亞宗教授[5]站在人文歷史的基礎(chǔ)之上，把計(jì)算思維歸類為三大科學(xué)思維（實(shí)驗(yàn)思維、理論思維、計(jì)算思維）之一。電子科技大學(xué)的陳文宇等[6]指出了計(jì)算思維能力是形式化描述和抽象思維能力以及邏輯思維方法，在計(jì)算科學(xué)和思維兩方面說明了這樣的一種思維能力，思維能力是主體，核心是如何讓思維具有計(jì)算特征。

可以說計(jì)算思維成為當(dāng)前國際上被計(jì)算機(jī)科學(xué)界和教育界廣泛關(guān)注的一個重要課題。美國計(jì)算機(jī)協(xié)會（ACM）2008年在網(wǎng)上公布對CC2001（CS2001）進(jìn)行的中期審查報(bào)告（CS2001 Interim Review）（草案）中，就明確將“計(jì)算思維”與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計(jì)算思維的本質(zhì)。計(jì)算思維還直接促成美國國家科學(xué)基金會（NSF）重大基金資助計(jì)劃CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation，Cyber能夠?qū)崿F(xiàn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新）的產(chǎn)生，CDI計(jì)劃旨在使用計(jì)算思維（特別是在該領(lǐng)域產(chǎn)生的新思想、新方法）促進(jìn)美國自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的成果。

3 計(jì)算思維作為一般思維方式的特征

著名的認(rèn)知心理學(xué)家 Newell和 Simon（1972）把思維看作是個體在問題空間中進(jìn)行搜索的過程。這是信息加工心理學(xué)背景下的思維定義，有明顯的“系列加工”印記。在Newell和Simon看來，問題解決者會在問題情境中對問題進(jìn)行心理表征，而這一心理表征會構(gòu)建起一幅問題狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換的心理圖景，這一圖景既是符號性的，又具有一定的空間延展性，然后，問題解決者就會在心里對這一圖景進(jìn)行路徑搜索，直到將問題起始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)聯(lián)結(jié)起來，問題即得以解決。系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律的學(xué)問，它研究各種系統(tǒng)的共同特征，用數(shù)學(xué)方法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統(tǒng)的原理、原則和數(shù)學(xué)模型。Gerald M.Weinberg在《系統(tǒng)化思維導(dǎo)論》中表述系統(tǒng)化思維：“這種思維先于專門的學(xué)科知識的存在而存在——有時繞過專門的學(xué)科知識，有時又把專門的學(xué)科知識綜合起來。我們把這種思維和教育方法稱為一般系統(tǒng)論的方法。”

系統(tǒng)論的基本思想方法，就是把所研究和處理的對象，當(dāng)作一個系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動的規(guī)律性。要素重要，要素之間的關(guān)聯(lián)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）更重要；系統(tǒng)重要，系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系也重要。可以說，系統(tǒng)論首先是一種世界觀，世界是成系統(tǒng)的，整體性、動態(tài)性；其次是一種方法論，其具有結(jié)構(gòu)性、綜合性。

計(jì)算思維所涉及到的所有主體可以說都是一個復(fù)雜系統(tǒng)，所有從主體到客體的活動過程實(shí)質(zhì)上就是一個復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動過程。所以說，計(jì)算思維首先是一種系統(tǒng)思維，具有系統(tǒng)思維的系統(tǒng)化特征。例如，在計(jì)算機(jī)文本分類領(lǐng)域，一個典型的計(jì)算思維過程如下所示。

例句1：請將軍用毛毯蓋在受傷的士兵身上。

由于漢語沒有分詞標(biāo)記，詞與詞之間的界限不清，幾個詞語不同，詞長不等，意義不同的句法結(jié)構(gòu)可以共用字面統(tǒng)一而詞面不統(tǒng)一的文字形式，例句1根據(jù)不同的切詞結(jié)構(gòu)可以得到：

A.請/將軍/用毛毯蓋在受傷的士兵身上。

B.請/將/軍用毛毯/蓋在受傷的士兵身上。

我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)語義上的混亂，實(shí)際上這是計(jì)算機(jī)進(jìn)行詞法分析的結(jié)果。起初，我們認(rèn)為這種分類只涉及到了詞法問題，但實(shí)際情況更為復(fù)雜。我們不知道自己的大腦中是如何在不同的解釋中進(jìn)行選擇的，甚至有時候我們發(fā)現(xiàn)了某些含混的解釋，卻不知道還有更多種可能的歧義深藏其中。計(jì)算機(jī)在對上面的句子進(jìn)行詞法分析的時候揭示了隱藏的假設(shè)，要想選擇文法通順的句子，首先必須懂得怎樣認(rèn)識句子，要讓計(jì)算機(jī)明白無誤的理解這些選擇。因此，我們會把對一個句子的理解堆積起來：語義規(guī)則堆在語法規(guī)則之上，語法規(guī)則又堆積在詞法規(guī)則上，我們必須強(qiáng)迫自己采用系統(tǒng)化的方法去理解一個簡單的句子。

因此，計(jì)算思維具有系統(tǒng)化特征。

4 結(jié)語

思無定法。計(jì)算思維教育問題已經(jīng)引起廣大計(jì)算機(jī)教育者的關(guān)注，國內(nèi)外不少學(xué)者對其都進(jìn)行了深入研究和探討，并且找到了行之有效的方法。本文的目的是培養(yǎng)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中計(jì)算思維的形成、升華以及實(shí)用化。筆者在后續(xù)的研究中將結(jié)合大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革，深入探討當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以計(jì)算思維的培養(yǎng)為核心構(gòu)建課程模型和體系。

參考文獻(xiàn)

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