三、本組對計算思維應用的理解

1、一、本組對計算機思維的理解周以真教授關于計算思維的論述計算思維代表著一種普遍的認識和一類普適的技能，每一個人，不僅僅是計算機科學家，都應熱心于它的學習和運用。計算思維建立在計算過程的能力和限制之上，由人由機器執(zhí)行。計算方法和模型給了我們敢于去處理那些原本無法由任何個人獨自完成的問題求解和系統(tǒng)設計。計算思維直面機器智能的不解之謎：什么人類能比計算機做得更好？什么計算機能比人類做得更好？最基本的是它涉及這樣的問題：什么是可計算的？今天，我們

2、對這些問題仍是一知半解。計算思維可以做什么？計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家。我們應當使每個孩子在培養(yǎng)解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)(Readingwritingarithmetic3R)還要學會計算思維。正如印刷出版促進了3R的普及，計算和計算機也以類似的正反饋促進了計算思維的傳播。計算思維涉及運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。當我們必須求

3、解一個特定的問題時，首先會問：解決這個問題有多么困難？怎樣才是最佳的解決方法計算機科學根據(jù)堅實的理論基礎來準確地回答這些問題。表述問題的難度就工具的基本能力。必須考慮的因素包括機器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境。為了有效地求解一個問題，我們可能要進一步問：一個近似解是否就足夠了，是否可以利用一下隨機化，以及是否允許誤報(falsepostive)和漏報(falsenegative)計算思維就通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個看來困

4、難的問題重新闡釋成一個我們知道怎樣解決的問題。計算思維是一種遞歸思維。它是并行處理。它是把代碼譯成數(shù)據(jù)又把數(shù)據(jù)譯成代碼。它是由廣義量綱分析進行的類型檢查。對于別名或賦予人與物多個名字的做法，它既知道其益處又了解其害處。對于間接尋址和程序調(diào)用的做法，它既知道其威力又了解其代價。它評價一個程序時，不僅僅根據(jù)其準確性和效率，還有美學的考量，而對于系統(tǒng)的設計，還考慮簡潔和優(yōu)雅。計算思維采用了抽象和分解來迎戰(zhàn)龐大的任務或者設計巨大復雜的系統(tǒng)。它關

5、注的是分離(SOC方法)。它是選擇合適的方式去陳述一個問題，或者是選擇合適的方式對一個問題的相關方面建模使其易于處理。它是利用不變量簡明扼要且表述性地刻畫系統(tǒng)的行為。它是我們在不必理解每一個細節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個大型復雜系統(tǒng)(黑箱方法——原編者注)的信心。它就是為預期的多個用戶而進行的模塊化，它就是為預期的未來應用而進行的預置和緩存(預測執(zhí)行——原編者注)。計算思維是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式從最壞

6、情形恢復的一種思維。它稱堵塞為“死鎖”，稱約定為“界面”。計算思維就是學習在同步相互會合時如何避“只有想不到，沒有做不到”的境界。數(shù)學和工程思維的互補與融合。計算機科學在本質(zhì)上源自數(shù)學思維，因為像所有的科學一樣，其形式化解析基礎建筑于數(shù)學之上。計算機科學又從本質(zhì)上源自工程思維，因為我們建造的是能夠與實際世界互動的系統(tǒng)，基本計算設備的限制迫使計算機學家必須計算性地思考，不能只是數(shù)學性地思考。構(gòu)建虛擬世界的自由使我們能夠設計超越物理世界的各

7、種系統(tǒng)。是思想，不是人造物。不只是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)并時時刻刻觸及我們的生活，更重要的是還將有我們用以接近和求解問題、管理日常生活、與他人交流和互動的計算概念；而且，面向所有的人，所有地方。當計算思維真正融入人類活動的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學的時候，它就將成為一種現(xiàn)實。許多人將計算機科學等同于計算機編程。有些家長為他們主修計算機科學的孩子看到的只是一個狹窄的就業(yè)范圍。許多人認為計算機科學的基礎研究已經(jīng)

8、完成，剩下的只是工程問題。當我們行動起來去改變這一領域的社會形象時，計算思維就是一個引導著計算機教育家、研究者和實踐者的宏大愿景。我們特別需要走進大學之前的聽眾，包括老師、父母、學生，向他們傳送下面兩個主要信息：智力上的挑戰(zhàn)和引人入勝的科學問題依舊亟待理解和解決。這些問題和解答僅僅受限于我們的好奇心和創(chuàng)造力；同時一個人可以主修計算機科學而從事任何行業(yè)。一個人可以主修英語或者數(shù)學，接著從事各種各樣的職業(yè)。計算機科學也一樣。一個人可以主修計

9、算機科學，接著從事醫(yī)學、法律、商業(yè)、政治，以及任何類型的科學和工程，甚至藝術(shù)工作。計算機科學的教授應當為大學新生開一門稱為“怎么像計算機科學家一樣思維”的課程，面向所有專業(yè)，而不僅僅是計算機科學專業(yè)的學生。我們應當使入大學之前的學生接觸計算的方法和模型。我們應當設法激發(fā)公眾對于計算機領域中的科學探索之興趣，而不是悲嘆對其興趣的衰落或者哀泣其研究經(jīng)費的下降。所以，我們應當傳播計算機科學的快樂、崇高和力量，致力于使計算思維成為常識。個人體會