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计算机与计算思维概述
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计算机与计算思维概述
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计算机程序与思维论文_计算机思维导论论文
学习啦【计算机论文】 编辑：斯娃
　　程序设计课程是大学生课程体系中不可或缺的重要组成部分。下面是学习啦小编为大家整理的计算机程序与思维，供大家参考。
　　计算机程序与思维论文篇一
　　计算思维与大学计算机基础
　　摘 要：计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节。本文分析了当前计算机基础教学的新形势以及计算思维的重要性，重点讨论计算思维的培养和&大学计算机基础&课程相结合，提出了以培养学生计算为核心的&大学计算机基础&课程模型。
　　关键词：计算思维;大学计算机基础;课程模型
　　计算机基础教学是培养大学生综合素质和创新能力不可或缺的重要环节。在新形势下，计算机基础教学的内涵在快速提升和不断丰富，进一步推进计算机基础教学改革、适应计算机科学技术发展的新趋势，是国家创新战略对计算机教学提出的重大要求。九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会上达成共识：要旗帜鲜明地把&计算思维能力的培养&作为计算机基础教学的核心任务[1]。
　　一、计算思维、计算透镜、计算社会科学
　　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)教授提出了&计算思维&(Computational Thinking)[2，3]，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思维活动。 她在2010年给出了计算思维的正式定义[4]：计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理代理执行。
　　李廉教授指出：计算思维是人类科学思维固有的组成部分，以可行和构造为特征。计算思维表达构造和操作，因为对于人的集体行为，需要一个群体的共同理解，因此要具有以下的特征，有限性(可表述性)、确定性(无歧义性)、机械性(不因人而异)[5]。
　　Richard M. Karp教授提出的&计算透镜&(Computational Lens)理念也提出要将计算作为一种通用的[6]，通过这种广义的计算(涉及信息处理、执行算法、关注复杂度)来描述各类过程和社会过程，从而解决各个的问题。这一理念试图将计算机科学由最初的数值计算工具、仿真与可视化技术以及后来基于网络、面向多学科的e-Science平台，变成普遍适用于自然和社会领域的通用思维模式。计算科学是一门正在兴起的综合性学科，它依赖于先进的计算机及计算技术对理论科学、大型实验、观测数据、应用科学、国防以及社会科学进行模型化、模拟与仿真、计算等。特别是对极复杂系统进行模型与程序化，然后利用计算机给出严格理论及实验无法达到的过程数据或者直接模拟出整个复杂过程的演变或者预测过程的发展趋势。对基础科学、应用科学、国防科学、社会科学以及工程技术等的发展有着不可估量的科学作用与经济效益。Karp的计算透镜是对计算机科学及计算思维的重要。
　　目前人们普遍地以各种不同形式和方式生活在各种网络中。人们频繁地收发电子邮件和使用搜索引擎，随时随地拨打移动电话和发送短信，每天刷卡乘坐交通工具，经常使用信用卡，写博客，发微博，通过SNS来维护人际关系&&以上的种种事情都留下了人们的数字印记。海量的数字印记汇聚起来就成为一幅复杂的个人和集体的行为图景，这些都是对现实社会的人及组织行为的映射，网络数据可用来分析个人和群体的行为模式，从而深化人们对生活、组织和社会的理解。随着信息化和网络化的不断普及与深入，社会动态变化的速度和规模已经提高到一个前所未有的水平，也迫切地希望利用海量数字印记掌握社会变化。从这个角度出发，将计算科学应用于社会科学便自然而然提出了计算社会科学，其主要特点是让社会科学的研究走向基于数据驱动和定量分析的道路。2009年Lazer等在Science杂志上提出了计算社会科学概念[7]，指出计算社会科学的研究涉及如下三个相互关联的问题：人们的交互方式、社会群体网络的形态及其演化规律。这三个问题的研究可以帮助人们解答很多社会问题。计算社会科学是计算思维在推动其他学科发展的典型示范。
　　计算思维、计算透镜、计算社会科学等概念的提出对计算机教学工作提出了挑战，并指明了方向：一方面要从计算思维、计算透镜、计算社会科学获取新颖和丰富的教学内容，另一方面要从计算机学科的本质和区别于其他学科的学科特点出发组织教学。理解好计算思维，围绕计算思维改进计算机基础教学，是解决上述两方面的根本。笔者认为可以将计算思维从算法思维角度简化成&合理、高效算法&，从工程思维角度简化为&合理建模、高效实施&。通过这样的简化可加深对计算思维的理解，增强在学习及教学过程中的可操作性。
　　二、国外大学计算机基础教学与计算思维
　　国外著名高校已经对计算思维的培养有了充分的认识和行动。斯坦福大学在&下个十年计算机课程开设情况&方案中提出了新的核心课程体系，包括计算机基础、计算机科学中的概率论、数据结构和算法的理论核心课程，以及包括和编程方法、计算机系统与组成、计算机系统和网络原理在内的系统核心课程。强调将计算理论和计算思维的培养纳入课程全过程。
　　卡耐基?梅隆大学的计算机科学学院也正在计划对其入门课程系列进行大的修订[8]，这不仅会影响计算机专业学生，也会影响到全校范围内选修计算机科学相关课程其他学生。修订包括：为计算机专业和非计算机专业开设的入门课程要推广计算思维的原理;针对软件的高可靠性加强高可信软件开发及方法的学习;考虑到未来程序主要利用并行计算实现高性能，着力培养学生这方面的能力。
　　在卡耐基?梅隆大学的计算机课程体系中，其入门课程共有3门，分别是15-110、15-122、15-150，如下图所示。这3门课程要围绕着计算思维进行调整。15-110 计算机科学原理作为大学第一门计算机课程，是其他计算机相关课程的基础。计算机科学原理以培养计算思维为主，不要求过多的计算机专业背景或是编程，计算机和非计算机专业的学生都可以选修。15-110已于2011年秋季开出。
　　卡耐基?梅隆大学计算机课程体系图
　　三、计算机教学应当培养学生的三种能力
　　1.计算机使用能力(Computer Literacy)。即基本的使用计算机和应用程序的能力，例如使用word编辑器，读写文件以及使用浏览器等。现在高中阶段计算机基础教学普及率逐渐提高，这类教学内容大多数学生在高中阶段早已经十分熟悉，如果在大学阶段再安排这类课程的重复教学，既浪费宝贵的教学资源又影响学生的学习。对于之前没有接受过计算机的大学新生，完全可以利用学校的教学资源相关操作。故笔者认为，计算机使用能力的培养应该从大学计算机教学体系中压缩甚至移除。
　　计算机程序与思维论文篇二
　　计算机程序设计课程中计算思维能力的培养
　　一、引言
　　随着我国的新课程改革的不断深入，对于学生的计算机的各个方面的应用能力的要求也越来越高，学生应当在计算机的操作使用方面的能力、各个应用的开放方面的能力以及相关的研究创新的能力有着非常大的提升，学生应该逐步的养成学习解决问题的思路以及方法、并且详细的理解掌握计算机是如何的实现上述算法的，即学生应该能够利用计算机进行一些有效的编程工作。此外，学生应该掌握一定的相关程序的调试能力，让计算机成为一种实用的工具，进而作为一种独特的思维方式去思考相关的问题并解决相关问题的能力。那么我们应该在计算机程序设计的教学过程中如何的对学生的思维能力进行对应的培养训练呢?这是一个非常值得教育教学工作者深入探讨的问题。
　　二、何为计算思维?
　　大家常说的的计算思维就是指运用一定的计算机科学中一些相关的概念进行相应的计算机问题求解、计算机系统的设计以及一些相关的人类行为理解等等的一系列计算思维活动。这里需要强调就是上述的思维是指人的相关思维，并不是计算机机器的思维，简要的说就是一种概念抽象化的思维方式，并不是一种简简单单的程序化的思维方式。是一种具体的思维理念，并不是一种实际的商品。这种思维的方式并不是某些计算机方面的专家特有的，而应该是作为一种每个人必备的基本技能的方式而存在。最终达到一种以计算机论的相关角度来讨论解决学科之间的一些问题以及学科的意识形态。
　　三、当前的计算机程序设计课程中的一些相关的问题
　　计算机程序设计课程相对于其他的课程有着非常大的抽象性，这就给相应的课程的教育教学工作带来一定大的难度，同时学生在刚开始学习这门课程时也能够感觉到学习比较的吃力，其中主要的问题存在于：
　　(一)一些教师对于学生的计算机程序的水平把握不够准确，往往容易出现老师用一些&专业&的态度去对待一些&非专业&的学生，这就给学生的学习任务带来了非常大的挑战。
　　(二)一些教师在教学的过程中理论课程的讲述太过繁琐，学生整体上缺乏相应的课程实践，整个计算机程序设计课程的学时相对于同种类型的科目安排的也非常的少，课程之间的时间长度也是比较的大。
　　(三)很多的课程后面的相应课后题比较的繁琐，这就给学生的课后学习带来很难度，很难使学生得到系统的。
　　(四)每个学生的计算机程序方面的水平相差比较的大，教师在整个教学的过程中对该点的认识不够清楚。此外在计算机程序课程中教师对于各个学生的个性习需求关注欠缺。
　　(五)计算机程序设计课程的属性在很大的程度上了课程存在的一些问题。计算机课程当中的程序设计语言的一些语法结构通常情况下是比较零散的，这就往往导致学生在各种语言之间关联以及总结方面造成很大的难度，计算机各种语言的实际案例也比较的零散、案例的长度相对实际的情况也是比较短小的。学生在学习的过程中经常会出现是几乎学会了所有的计算机程序的语法知识，到最后仍不知道这门计算机的语言到底能做些什么，能解决一些实际的什么问题，应该具体的解决哪些相关的问题。
　　(六)大部分的学生在计算机程序语言设计方面精力投入是不足的以及相应的也有着非常大的偏差，学生普遍的认为后肯定不会从事计算机程序开发的相关工作，所以根本就没有必要努力的学习相关的计算机程序设计课程。
　　四、计算机程序的相关计算思维能力的培养
　　针对上述存在的问题我们应该怎样培养水生的计算机思维能力呢?笔者总结应该从以下几点入手：
　　(一)计算机上机程序设计应该保证实验流程完善化。应该要求每一个学生对于相应的实验内容，严格的要按照&课前全面的预习&实验时问题的分析&程序算法的设计&程序的相关编写&最终的课程调试&的顺序进行，切实的让学生们养成一个良好的学习以及思维的习惯，逐步的进行训练、慢慢的提高学生分析问题以及解决相关问题的能力。
　　(二)教师在进行相关的答疑以及指导应该采用以引导为主。在教学以及上机实践的过程当中如果学生有一些疑问时，教师不应该直接的指出学生存在的一些问题，而是应该用一些技巧性提问的方式逐步的引导学生找到自己的问题所在。
　　(三)教师应该使学生要学的相关问题有趣化。学生学习一些常规的以及一些一成不变的问题时往往很难激起学生对于问题的学习兴趣，如果教师能将所教授的问题趣味性提高这就在很大的程度上能够激起学生学习的兴趣，提高学生学习的学习质量。
　　(四)教师在教学的过程中应注重相关的程序算法的简化以及优化。我们在教学的过程当中不能只提倡程序算法的多样化，还要逐步的对学生进行算法简化以及优化的研究，最终是学生逐步的掌握程序的简化和优化的能力。
　　(五)教师在教学的过程中应该适当的提倡程序算法的多样化。我们开计算机程序设计课程主要目的就是实现对于学生计算计算思维能力的培养和训练，如果学生全部的依照老师的相关的逻辑习惯进行程序的问题分析，那么这就是计算机程序设计课程的失败。所以，我们应该让学生学习我们教师分析问题以及解决问题的同时，适当的提倡相关算法的多样性，逐步的培养和激励学生潜在的创新意识和培养学生的问题求解的能力.
　　五、结束语
　　教师如何将计算机程序设计课程中的将语言内部的分散语法结构联系起来，充分的利用好的相关的案例，逐渐的提高学生学习的积极性，培养和锻炼学生的计算思维能力，仍是值得我们大家探索的问题。
　　计算机程序与思维论文篇三
　　在计算机教育中如何培养学生的创新能力
　　摘要：面对世界飞速发展的挑战，我们必须把增强创新能力提到关系中华民族兴衰存亡的高度来认识，如何在现代教育中推行以培养创新能力为中心的素质教育，是我们教育工作者面临的一项使命。本文从教学实践出发，从更新教育观念、创设新环境、推行问题式教学模式、发挥学生的主体性、训练思维方式和理论实际相结合六个方面阐述了在教学中如何对学生进行创新能力和创新精神的培养，为在中如何推行创新教育提供了新的思路。
　　关键词：计算机 教育 创新能力 培养
　　***主席指出：&要迎接科学技术突飞猛进和知识经济迅速兴起的挑战，最重要的是坚持创新，勇于创新&。而创新的关键在于人才，人才的成长要靠教育。因此在当前积极推行的学校素质教育中，尤其要重视学生创新能力的培养。我作为一名计算机课教师，在教学中注重了对学生创新能力的培养，不仅取得了较为明显的教学效果，而且使学生学会了进行独立思考和科学的思考，为他们以后发展为创新型人才奠定了科学的思想基础。根据几年的教学实践，我认为在计算机教学中应从以下几个方面对学生进行创新能力的培养：
　　一、作为一名计算机课教师，要不断更新教育观念，
　　1、树立全新的教育观。树立素质教育、创新教育是终身教育的教育思想、教育观念。首先，明确素质教育是以提高民族素质为宗旨的教育，是以面向全体学生、全面提高学生的基本素质，促进他们的德智体等方面生动、活泼、主动地发展为基本特征的教育。其次，明确素质教育的实施，应以培养学生的创新精神和实践能力为重点。创新教育是旨在培养创新型人才的教育，推行创新教育是全面实施素质教育的一项重要内容。再次，创新能力需要终身培养，创新动机需要终身激励，因而创新教育也是终身教育。
　　2、树立全新的教学观。现代教育技术的应用，使传统的教学组织形式和产生了重大变革。首先，传统的班级教学发展成为班级教学、小组教学、个别化教学、远距离教学、网络教学等多种组织形式的教学。其次，由原来以教师为中心的，基于知识归纳型或演绎型的讲授式教学方法转变为基于 &情景创设& 、 &主动探索& 、 &协作学习& 、 &会话协商& 、 &问题提出& 等多种新型教学方法与学习方法的综合运用。树立全新的教学观，为培养学生的创新精神创造了客观条件。
　　3、在计算机教学中，要与全新的教育、教学观念相整合。不仅要培养学生在现代信息环境下良好的价值观、道德观、意识,提高学生学习的兴趣;更要培养学生自主学习的意识和能力，培养学生的创新能力和创新精神。
　　二、创设学习新知识、新技术的环境，激发学生的创新能力
　　课堂教学是获取知识和技能的主要阵地，应当成为培养学生独立思考和创新精神的摇篮。第三次全教会&决定&指出：&加快培养具有创新精神和创造能力的高素质人才，已成为我们在未来竞争中赢得主动权、抢占制高点的关键&。而通过计算机教学创设问题的情境,不仅可以引发学生强烈的求知欲，而且还可通过变化无穷的画面刺激学生的兴奋区，为激发学生创造性思维创造有利的条件。例如我在讲授《缤纷四季》一课时，自制了课件，通过几幅不同季节的图画把学生带入特定的环境，并用动画的渐变效果完成四季形成的过程。引导学生观察不同季节的变化，体会其多变的美，培养学生细致入微的观察力和丰富的，进而激发学生热爱大自然的美好情感和创造欲望。使学生情绪高涨、跃跃欲试,一改以往那种被动沉闷的局面。而且，在教学实践中，我还体会到，把计算机引入各科教学中不仅可加大教学的密度，节省时间，而且能根据教学需求将其内容动态地加以分解、组合，生动地再现事物发生、发展的过程，使抽象的讲授形象化，既有利于突破教学的重点、难点，亦可拓宽思维空间，促进学生思维的发展。
　　三、推行问题式教学模式，培养学生的创新能力
　　问题式教学模式把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，学习者通过互相合作来解决这些问题，发现隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，从而培养学生的创新精神。古人云：&学起于思，思源于疑，小疑则小进，大疑则大知&。可见，营造 &疑& 与 &思& 的良好情境，用疑问开启学生创造思维的心靡，是培养创新能力的重要方法。在教学中，应克服扼杀学生创新精神和创新能力的教学行为，注意挖掘教材内容中潜在的教育因素，采取问题式教学模式，充分发挥学生的主体作用，创设宽松、民主、和谐;平等、富于创新精神的教学情境。要遵循教育教学的规律设计出针对性、启发性较强的问题，点燃学生求异思维的火花。对于在回答疑难问题时出现的不同主张和见解要 &沙里淘金& ，肯定其中的合理成份。要改变教师 &一言堂& 或唱 &独角戏& 的老方法，还学生以自我学习和钻研的时间与空间，鼓励学生敢于标新立异、独辟蹊径，敢于质疑发问、想象猜测，敢于打破常规、不拘一格。如在 (基本语言程序设计) 教学中，设计一些易出错的程序，让学生自己对这些程序进行分析，找出其中的错误，进一步完善程序的功能，从而开启学生的思维，培养学生的创新能力。
　　四、在计算机课教学中，要充分发挥学生的主体性和创新性。
　　主体性和创新性密不可分，创新是主体性的最高体现。没有积极主动的学习，就不能有效地培养学生的创新精神和创新能力。我们要创设各种机会，鼓励学生去主动参与，把他们智慧的火花尽量激发出来。在课堂中，由于时间有限，倾向于训练基本功，掌握基本操作，而课外则可以让学生们自由发挥，教师要有意识的加以引导，把课堂上所学的内容延伸到课外，把课外这个第二课堂变得生动活泼，增强学生学习的兴趣，使得课外成为课内所学知识有益的巩固、补充，从而促进课堂教与学，达到学以致用的效果。
　　1、在计算机技术飞速发展的今天，我在计算机教学开始时，就让他们在业余时间不断积累有关计算机的各种知识，到对计算机了解到一定程度时，我把他们积累的各种知识，定期举办成一个展览会，让学生们在这里互相交流，互习新知识、新技术，跟上时代的步伐。
　　2、我运用金山画王笔软件和窗户中的画图教学，与组共同举办了我校小学生电脑制作绘画,课外兴趣小组。电子绘图与美术教学联系紧密，它要求学生具备一定的美术基础。学生的美感越好，美术基础越扎实，那么学生用电脑创作出的作品就越佳，就越能体现学生自己的风格。我在全校同学面前展示他们的作品，肯定他们辛勤创作的成果，从而激发他们的学习热情。
　　3、我结合字模块教学，与，数学，科技,等学科共同联合举办不同主题的电子板报竞赛。关于字模块教在其他学科中丰富多彩的应用，我也做了一些实践和探索，我发现在教会学生制作课程表，写,排版等简单的操作，但还没有更深层次的应用时，学生学着学着，兴趣就不浓了。为此，我与语文、数学、科技、体育等学科教师进行探索，发现实行老师指导，让学生自己动手制作综合类电子板报，不仅可以增强学生的积极性，而且有利于扩大学生知识面，从而增强学生学习的兴趣。
　　4、我在 Powerpoint 幻灯片制作教学中，把简单的电子文稿的演示逐渐转入电子动画的创作，让学生结合自己学过的电子绘画,电子音乐进行创作，运用多种电教手段充分发挥他们的想象力，定期为学生们展示他们的动画作品，从而提高他们的创作热情和学习兴趣。
　　5、我把简单易学的电脑图片处理软件和传统的相结合，开设电脑摄影课外兴趣小组，把电脑引入摄影的后期制作，对照片进行再加工，结果学生创作出生动活泼的电脑作品，有时能把自己的照片处理成明星照，这些都极大的提高了学生学习电脑的积极性。激发了他们的创新精神。
　　6、网络为学生提供了丰富的资源，扩大了学习、讨论和交流的领域。从某种意义上说，教会学生使用网络，就是教会学生掌握 21 世纪信息化社会生存的手段。自从我校开设了课后，使学生的眼界大开，激发了他们主动获取知识的强烈欲望。都迫不及待地上网，根据兴趣去寻找自己所需要的东西。甚至有些学生还在家中和家长一起浏览学校的主页，或用电子邮件写信。许多同学还教会家里的老人上网，给他们远方的亲友发去电子邮件。
　　五、训练学生和收敛思维，培养创新能力
　　发散思维是指根据已有信息，从不同角度、不同方向思考问题，从多方面寻求多样性答案的一种思维形式，是创造性思维的核心。为走出传统教学中 &重求同，忽视求异，重集中，忽视发散思维训练& 的泥滩，教师应转变教学观念，砸碎应试教育的模式和框架，克服单纯传授知识的倾向，注重顺向思维、、多向思维的训练，培养学生思维的深刻性、批判性和创新性。具体来讲，就是要通过挖掘教材中能一题多解、一法多用、一题多变的教学内容，来引导学生的思考信息朝多种方向扩散，提出各种设想、多种解答。如在讲授 windows98 的目录操作和文件目录属性的设置后，可故意将学生以往建立的文件拷贝到一个隐含的目录中，学生上机时便发现自己的文件 &不见了& ，纷纷提出为什么?此时再适时引导学生进行分析，他们便可能找出&被删除、被更名、被设置为隐含属性、被复制到其它目录中后再删除源文件&等多种答案。教师再对他们的想法给予进一步分析，肯定其正确的方面，通过这样的学习来加深对知识的理解。 近年来，我在计算机教学中还进行创新设疑启思，不仅培养学生们的发散思维，而且还培养他们的收敛思维。收敛思维是在解题中，尽可能利用自己已有的知识和经验对众多的方法进行比较，从中确定出最佳方案。在教学中，我引导学生从不同方向利用其他学科的理论，开阔思路，找出解决问题的多种方法。然后在众多的解法中，经过归纳、判断和比较，最终得出一个最优化的结论。我在教学生如何灵活进行文字编辑时，学生要思考用几种软件把文字进行编辑，是 WORD2000 中，还是记事本中，或是窗口画图中等问题，这时，学生充分发挥了发散思维，思维活跃，思考着究尽用哪一种方法比较好呢?我抓紧时机运用学生已有的知识进行讲解，然后让学生自己进行文字编辑。这种教学方法，经过课后的检验，学生掌握得很好，能深刻地、高水平地掌握知识，并能把这些知识广泛应用到学习新知识的过程中，举一反三，提高了对知识的理解能力，使学习活动顺利进行。 因此，在计算机教学中培养学生的发散思维和收敛思维，对提高学生的创新能力有很大的帮助。发散思维和收敛思维在教学中的有机结合和应用，更有利于对学生创新能力的培养。
　　六、理论联系实际，培养创新能力
　　鼓励、指导学生大胆、灵活地运用已学知识，解决实际问题是培养学生创新精神与创新能力的有效方法。在解决实际问题的过程中，教师可组织学生开展竞赛，进行自由，互相交流方法，互相启发思路，以实现解决实际问题与培养创新能力的有机统一。其主要途径有三:一是通过解决日常生活中的实际问题。如指导学生用计算机编辑文稿，用窗口画笔画出简单的彩图和制作书签,卡片，用计算机建立自己的学习档案，帮助老师完成考试成绩的计算与管理等。二是通过辅助教学，来发挥计算机的工具性优势，淡化学科本位意识，根据现有条件尽可能地开展计算机辅助教学，向学生提供形象直观的感性知识和大量材料，这不但能帮助学生理解和巩固教学内容，还可以培养学生的想象力和直觉力。三是通过解决学习上的实际问题，学以致用，来培养学生的创新精神和创新能力。
　　当今世界，现代教育技术对教育的影响越来越深入。现代教育技术所强调的对学习过程和学习资源进行设计、开发、使用、管理和评价的理论和实践，为培养学生的创新精神和创新能力提供了新思路、新途径。在计算机教学中，我们应充分运用现代教育技术，培养学生的创新能力，为全面深化素质教育，为学生将来发展成为创新型人才奠定坚实的基础。
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1、思维与科学思维1.1 思维的基本概念思维是思维主体处理信息及意识的活动，从某种意义上来说，思维也是一种广义的计算。地球上百花芬芳，争奇斗艳。然而，无论什么样的花朵，都没有人类的思维之花那样美丽，正如恩格斯在《自然辩证法导言》中所说的，思维是精神“地球上最美丽的花朵”。那么，什么是思维呢？思维作为一种心理现象，是认识世界的一种高级反映形式。具体地说，思维（Thinking）是人脑对客观事物的一种概括的、间接的反映，它反映客观事物的本质和规律。思维是在人的实践活动中，特别是在表象的基础上，借助于语言，以知识为中介来实现。实践活动是思维的基础，表象是对客观事物的直接感知过渡到抽象思维的一个中间环节，语言是思维活动的工具。思维是由思维原料、思维主体和思维工具等组成。自然界提供思维的原料，人脑作为思维的主体，认识的反映形式形成了思维的工具，三者具备才有思维活动。思维具有概括性、间接性和能动性等特征。思维是在人的感性基础上，将一类事物的共同、本质的特征和规律抽取出来，加以概括，这就是思维的概括性。感觉和知觉只能反映事物的个别属性，而思维则能反映一类事物的本质和事物之间的规律性联系。例如，通过感觉和知觉，只能感知太阳每天从东方升起，又从西方落下。通过思维，则能揭示这种现象由于地球自转的结果。思维的间接性是指非直接的、以其他事物做媒介来反映客观事物。思维是凭借知识和经验对客观事物进行的间接反映。例如，医生根据医学知识和临床经验，通过病史询问以及一定程度的体检和辅助检查，就能判断病人内脏器官的病变情况，并确定其病因、病情和做出治疗方案。思维的能动性是一个重要的特征，它不仅能认识和反映客观世界，而且还能对客观世界进行改造。例如，人的肉眼看不到DNA分子，但人的思维却揭示了DNA分子的双螺旋结构，从而揭示了大自然潜藏的遗传密码。再如，人类不仅认识到物体离开地球所需的宇宙速度，还制造出了地球卫星和宇宙飞船飞向太空。思维有多种类型。按照思维的进程方向，思维可分为横向思维、纵向思维与发散思维、收敛思维等；按照思维的抽象程度，思维可分为直观行动思维、具体形象思维和抽象逻辑思维；按照思维的形成和应用领域，思维可分为科学思维与日常思维。所谓科学思维是指形成并运用于科学认识活动的、人脑借助信息符号对感性认识材料进行加工处理的方式与途径。一般来说，科学思维比日常思维更具有严谨性与科学性。1.2 科学思维科学思维是认识自然界、社会和人类意识的本质和客观规律性的思维活动，其思维内涵主要表现在：高度的客观性，围绕求得科学答案而展开的思维以及采取理论思维的形式。下面是科学思维的几种定义。科学思维（ScientificThinking）通常是指理性认识及其过程，即经过感性阶段获得的大量材料，通过整理和改造，形成概念、判断和推理，以便反映事物的本质和规律。科学思维是指人脑对自然界中事物的本质属性、内在规律及自然界中事物之间的联系和相互关系所做的有意识的、概括的、间接的和能动的反映，该反映以科学知识和经验为中介，体现为对多变量因果系统的信息加工过程。简而言之，科学思维是人脑对科学信息的加工活动。现代科学思维就是指主体思维的科学化，也就是与现代科学发展相适应的最佳的思维结构，与现实系统发展相一致的合理的逻辑过程，能够迅速、准确地反映客体的优化的思维方式，这三者的有机统一，就构成现代科学思维。上述各种定义虽不太一样，但都有其共同的理解。一般说来，科学思维是主体对客体理性的、逻辑的、系统的认识过程，是人脑对客观事物能动的和科学的反映。从西方的发展历程来看，科学思维的主要表现有以下几个方面：科学的理性思维理性思维是在直观感性的基础上，经过界定概念、客观推理、科学判断后形成的正确反映客观世界的本质和规律的认识过程。科学和理性的思维，其基本前提是：承认客观世界的存在是不以人的主观意志为转移的，但认识主体可以通过直观感性处理后获得客观世界内在的、本质的信息。人的认识可分为感性认识和理性认识，感性认识与人的直觉思维相联系，理性认识则与人的理性思维相关联。感性认识是理性认识的基础，理性认识是感性认识的深化。作为科学思维的表现方式之一的理性思维，其主要意义在于为认识主体认识客观事物的内在规律和本质提供手段。科学的逻辑思维逻辑思维是人类特有的一种思维方式，它是利用逻辑工具对思维内容进行抽象的思维活动。逻辑思维过程得以形式化、规则化和通用化，就是要求创造出与科学相适应的科学逻辑，如形式逻辑、数理逻辑和辩证逻辑等。科学的系统思维系统思维是指考虑到客体联系的普遍性和整体性，认识主体在认识客体的过程中，将客体视为一个相互联系的系统，以系统的观点来考察研究客体，并主要从系统的各个要素之间的联系、系统与环境的相互作用中，综合地考察客体的认识心理过程。科学的创造性思维创造性思维指的是在科学研究过程中，形成一种不受或者较少受传统思维和范式的束缚，超越常规思维、构筑新意、独树一帜、捕捉灵感或相信直觉，用以实现科学研究突破的一种思维方式。科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点，而且始终贯穿于科学研究和技术发展的全过程，是创新的灵魂。总之，科学思维是关于人们在科学探索活动中形成的、符合科学探索活动规律与需要的思维方法及其合理性原则的理论体系。科学思维的方式还包括归纳分类、正反比较、联想推测、由此及彼、删繁就简和启发借用等，而科学思维能力应包括审视能力、判误能力、浮想能力、综合能力和归纳能力等。1.3 科学思维的分类如果着眼于科学思维的具体手段及其科学求解功能，那么科学思维可分为发散求解思维、逻辑解析思维、哲理思辨思维等。发散求解思维是指人们在科学探索中不受思维工具或思维定式的制约，从多方面自由地思考问题答案，其中包括求异思维、形象思维和直觉思维等。逻辑解析思维是指人们在科学探索中自觉运用逻辑推理工具去解析问题，并由此推得问题解的思维方法，其中包括类比思维、隐喻思维、归纳思维、演绎思维和数理思维等。哲理思辨思维是指人们在科学探索中运用不同程度的思辨性哲学思维去寻求问题答案，其中包括次协调思维、系统思维和辩证思维等。如果从人类认识世界和改造世界的思维方式出发，科学思维又可分为理论思维、实验思维和计算思维三种。一般来说，理论思维、实验思维和计算思维分别对应于理论科学、实验科学和计算科学。当然，还有本文要介绍的数据思维，及其对应的数据科学。关于数据科学，可以参考一文。理论思维（TheoreticalThinking）又称逻辑思维，是指通过抽象概括，建立描述事物本质的概念，应用科学的方法探寻概念之间联系的一种思维方法。它以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。理论源于数学，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，定理和证明是它的精髓，公理化方法是最重要的理论思维方法。实验思维（ExperimentalThinking）又称实证思维，是通过观察和实验获取自然规律法则的一种思维方法。它以观察和归纳自然规律为特征，以物理学科为代表。实验思维的先驱是意大利科学家伽利略，他被人们誉为“近代科学之父”。与理论思维不同，实验思维往往需要借助某种特定的设备，使用它们来获取数据以便进行分析。计算思维（ComputationalThinking）又称构造思维，是指从具体的算法设计规范人手，通过算法过程的构造与实施来解决给定问题的一种思维方法。它以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供适当的方法，使人们能借助现代和将来的计算机，逐步实现人工智能的较高目标。诸如模式识别、决策、优化和自控等算法都属于计算思维范畴。数据思维（Data Thinking），这个概念虽然很早就有，但直到近几年，随着大数据技术的飞速发展，重新又回到了思维认识的高度。实际上，数据思维一直是人类的一种思维方式之一，而且应该比科学思维形成得更早，也更朴实。科学思维应该是在数据思维之上产生的，而且科学思维中应该也包括了数据思维，如一些基于统计的学科，其实就是大数据思维的体现和应用。2、计算思维计算思维作为人类科学思维的基本方式之一，应属于思维科学的一个专门领域。目前国际上广泛使用的计算思维概念是由美国卡内基·梅隆大学周以真教授提出的，即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行为的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。上述定义主要有以下三点内涵：求解问题中的计算思维。利用计算手段求解问题的过程是：首先要把实际的应用问题转换为数学问题，可能是一组偏微分方程（Partial Differential Equations，PDE），其次将PDE离散为一组代数方程组，然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实际的计算机中运行并求解。前两步是计算思维中的抽象，后两步是计算思维中的自动化。设计系统中的计算思维。R.Karp认为：任何自然系统和社会系统都可视为一个动态演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的交换，这种交换可以映射为符号变换，使之能用计算机实现离散的符号处理。当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范来描述，通过建立模型、设计算法和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统的演化并自动执行。理解人类行为中的计算思维。王飞跃认为：计算思维是基于可计算的手段，以定量化的方式进行的思维过程。计算思维就是能满足信息时代新的社会动力学和人类动力学要求的思维。在人类的物理世界、精神世界和人工世界等三个世界中，计算思维是建设人工世界所需要的主要思维方式。利用计算手段来研究人类的行为，可视为社会计算（Cyber-Society Computing），即通过各种信息技术手段，设计、实施和评估人与环境之间的交互。社会计算涉及人们的交互方式、社会群体的形态及其演化规律等问题。研究生命的起源与繁衍、理解人类的认识能力、了解人类与环境的交互以及国家的福利与安全等，都属于社会计算的范畴，这些都与计算思维密切相关。计算思维的详细描述是：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人们已知其解决方案的问题。计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，既能把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法。计算思维是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大、复杂系统设计的方法，是一种基于关注点分离的方法。计算思维是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模并使其易于处理的思维方法。计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错和纠错方式，从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。计算思维是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。计算思维是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折中的思维方法。计算思维的其他解释还有：Wikipedia（维基百科）计算思维是一种新的计算机科学技术广泛使用的问题求解方法，它利用算法可以高效率地求解大规模复杂问题。R. Karp计算透镜观点：在自然的、工程的和社会的系统中，很多过程都是自然计算的，它执行信息的变换，计算作为一种通用的思维方式。计算思维的本质是抽象（Abstract）和自动化（Automation）。它反映了计算的根本问题，即什么能被有效地自动进行。计算是抽象的自动执行，自动化需要某种计算机去解释抽象。从操作层面上讲，计算就是如何寻找一台计算机去求解问题，隐含地说就是要确定合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后者就是自动化。计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，可以完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。与数学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。数学抽象的特点是拋开现实事物的物理、化学和生物等特性，仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。堆栈是计算学科中常见的一种抽象数据类型，这种数据类型就不可能像数学中的整数那样进行简单的“加”运算。算法也是一种抽象，也不能将两个算法简单地放在一起构建一种并行算法。抽象层次是计算思维中的一个重要概念，它使人们可以根据不同的抽象层次，进而有选择地忽视某些细节，最终控制系统的复杂性。在分析问题时，计算思维要求将注意力集中在感兴趣的抽象层次或其上下层，还应当了解各抽象层次之间的关系。计算思维中的抽象最终是要能够机械地一步一步自动执行的。为了确保机械地自动化，就需要在抽象过程中进行精确、严格的符号标记和建模，同时也要求计算机系统或软件系统生产厂家能够向公众提供各种不同抽象层次之间的翻译工具。计算思维虽然具有计算机的许多特征，但是计算思维本身并不是计算机的专属。实际上，即使没有计算机，计算思维也会逐步发展，甚至有些内容与计算机没有关联。但是，正是由于计算机的出现，给计算思维的研究和发展带来了根本性的变化。由于计算机对信息和符号具有快速处理能力，使得许多原本只是理论上可以实现的过程变成了实际可以实现的过程。海量数据的处理、复杂系统的模拟和大型工程的组织，都可以借助计算机实现从想法到产品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。机器替代人类的部分智力活动激发了人们对于智力活动机械化的研究热潮，凸显了计算思维的重要性，推进了对计算思维的形式、内容和表述的深入探索。在这样的背景下，作岁人类思维活动中以形式化、程序化和机械化为特征的计算思维受到人们重视，并且本身作为研究对象也被广泛和深入地研究着。什么是计算，什么是可计算，什么是可行计算，计算思维的这些性质得到了前所未有地彻底研究。由此不仅推进了计算机的发展，也推进了计算思维本身的发展。在这个过程中，一些属于计算思维的特点被逐步揭示出来，计算思维与理论思维、实验思维的差别越来越清晰化。计算思维的内容得到不断的丰富和发展，例如在对指令和数据的研究中，层次性、迭代表述、循环表述以及各种组织结构被明确提出来，这些研究成果也使计算思维的具体形式和表达方式更加清晰。从思维的角度看，计算科学主要研究计算思维的概念、方法和内容，并发展成为解决问题的一种思维方式，极大地推动了计算思维的发展。计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，它应该像“读、写、算”一样成为每个人的基本技能，而不仅仅限于计算机科学家，因此每一个人都应热心于计算思维的学习和应用。计算思维这一领域提出的新思想、新方法将会促进自然科学、工程技术和社会经济等领域产生革命性的研究成果，计算思维也是创新人才的基本要求和专业素质。3、数据思维我们现在所热衷谈论的大数据首先也是一种思维方式，同时也是一种技术，一种工具。当然，这种技术和工具的运用也离不开思维方式的改变。从对事物间关系的认识层面看，人的思维方式可以分为两大类：科学思维和数据思维。数据思维注重事物间的相关关系；科学思维注重事物间的因果关系。这两种思维方式，一直伴随着人类的生活和生产，无处不在，缺一不可。因为人类会自觉不自觉地创造一些理论和模型来“解释”通过大数据思维发现的“结论”，并在此基础上做进一步的预测和分析。现代人如此，古人也不例外。维克托·尔耶·舍恩伯格在《大数据时代:生活、工作与思维的大变革》中最具洞见之处在于，他明确指出，大数据时代最大的转变就是，放弃对因果关系的渴求，而取而代之关注相关关系。也就是说只要知道“是什么”，而不需要知道“为什么”。有人说，这颠覆了千百年来人类的思维惯例，对人类的认知和与世界交流的方式提出了全新的挑战。这多少有点耸人听闻，甚至有点孤陋寡闻。数据思维比科学思维形成得更早，也一直是人类的一种重要的思维方式。科学思维应该是在数据思维的基础上发展出来的，并逐渐出现了统计学这样的应用学科。因此，很多研究人员还将数据思维更进一步细分为统计思维、决策思维、不确定思维、全样本思维，等等。我们来举几个例。牛顿发现了苹果从树上掉下来之后，是一定要落到地上的，这一结论的发现，纯粹是数据的结果——基于样本的观察和分析，无一例外。然后他就开动脑筋去“解释”这一结论。于是提出了牛顿第一定律，至于这个定律中的“万有引力”到底是如何产生的，他也不知道。完全是为了“解释”一个观察到的现象而已。再此基础上一系列的定律、理论被提出来了，甚至推动了现代物理学和天文学的飞速发展……说到数据思维，不能不提饱受争议的中医。中医发产生和发展，也是在数据思维的推动下，经过5000多年，日积月累，逐渐丰富和完善起来的。据说神农尝百草，日遇72毒，九死一生，发明了中药。纵观中医药发展史，哪个大医不是亲自尝药，亲自体会呢。品尝之后，实践之后，经过归纳总结，发明了中药理论，如四气五味理论，以及后来的脏腑阴阳理论、归经理论等等。然后再利用这些理论来指导中药的实践。虽然中医饱受科学特性的指责，但从数据思维的角度来看，确实又是有效的。大数据不仅是一种资源，也是一种方法，伴随大数据产生数据密集型科学，是继实验科学、理论科学和计算科学之后的第四种科学研究模式，这一研究模式的特点表象为不在意数据的杂乱，但强调数据的量；不要求数据精准，但看重其代表性；不刻意追求因果关系，但重视规律总结。这一模式不仅用于科学研究，更多的会用到各行各业，成为从复杂现象中透视本质的有用工具。有人担心从大数据中发现事物发展规律并预测未来的做法强调了有章可循，可能会妨碍创新。事实上检验技术创新、商业模式创新还是管理创新，不是看是否使用新的模式或颠覆性技术，而是看应用领域的开拓和市场上的引领，成功的重要因素正是符合客观规律。大数据还是一个新学科，大数据技术是指设计用于高速收集、发现和分析从多种类型的大规模数据中提取经济价值的新一代技术和体系。涉及数据存储、合并压缩、清洗过滤、格式转换、统计分析、知识发现、可视呈现、关联规则、分类聚类、序列路径和决策支持等技术。看到这里，我们肯定会想到，上面说的计算思维和数据思维有些什么关系吗？肯定是有非常紧密的关系。不过要理清，还得假以时日，毕竟大家计算思维和数据思维的认识和争议才刚开始，特别是大数据出来后，大数据思维究竟是什么，实际上也还都是一个开放的话题。但毫无疑问，“计算”和“数据”这连个信息时代的兄弟，已经被越来越多的人们所认识，并在越来越多的行业展现出威力了。“计算”和“数据”都应该是方法论。参考文献：李廉, 计算思维——概念与挑战, 中国大学教学, 2012.邬贺铨, 大数据思维, 《科学与社会》,2014.陈国良, 计算思维导论, 高等教育出版社, 2012.注：本文关于计算思维方面的材料部分来源于以上文献。
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