走进计算思维

摘 要： 计算思维的提出具有划时代意义。本文从周以真教授提出的计算思维概念为起点，从分析思维模式角度出发，探讨计算思维的内涵与外延，并分析其两个基本特质，即抽象和自动化，以促进人们更加全面的了解计算思维，接受计算思维。

关键词：思维模式 计算思维 抽象 自动化

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0004-02

一、科学思维及其分类

科学思维是指人类在科学活动中形成的，以产生结论为目的思维模式，具备两个特质，即产生结论的方式方法以及验证结论准确性的标准。依照两个特质，思维模式大致分为以下三类：一是以推理和逻辑演绎为手段的逻辑思维；二是以实验-观察-归纳总结的方法得出结论的实证思维；三是以设计和系统构造为手段的现代计算思维。随着科技的飞速发展进步，传统的逻辑思维和实证思维已经难以满足人们科学研究以及解决问题的需要，在这种情况下，计算思维的作用就十分突出了。

二、计算思维的实质

计算思维并不是计算机发明之后才产生的，而是早就存在并一直发展的。“结绳记事”就可以看作是早期朴素计算思维的体现。随着科技的进步，算盘、差分机等计算工具也不断衍生，之后，电子计算机的问世给世界带来革命性变化，使得计算思维的概念从分散到聚集，更多人开始从科学思维模式的高度上研究计算思维。

美国卡内基-梅隆大学的周以真教授在前人研究的基础上，给出了系统的计算思维概念：计算思维是一种能够把问题以及解决方案表述成可以有效地可以进行信息处理形式的思维活动，即运用计算机科学的手段，进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算科学之广度的一系列思维活动。

从思维模式的高度看待计算思维，即探寻计算思维的特质是理解计算思维的关键。周以真教授提出：计算思维的两个基本特质就是抽象和自动化。因此，我们可以理解为计算思维产生结论的方法以及验证结论正确的标准即为抽象和自动化。抽象的本质即在一定程度选择性的忽略不计，集中注意力于问题的主要层次，以便最终达到控制整个系统复杂程度的目的。自动化则是对于机器而言的，即机器可以机械的、一步步地按照指令执行计算步骤。要保证机械的自动化运行，就要求在对问题抽象的过程中，进行精确的和严格的符号标记和建模，并且明确各个抽象层次间的联系。

三、计算思维的特征

1.概念化，不是程序化

计算思维作为一种思维科学，代表着一种独特的思维模式，虽然其实现是建立计算机技术上的，但并不意味着计算思维的全部是建立在计算机上的。计算思维要求对实际问题进行多个层次上的抽象，而程序设计仅仅是抽象的一个层次。

2.根本的，而不是刻板的技能

现代计算机的发展正朝着人工智能的方向一步步迈进，因此有人认为当计算机真正的实现人工智能之后，可以像人一样思维，使思维活动机械化、刻板化。但是，计算思维一种概念模式，是一种引导人们的利用计算的观念方法解决问题的思维模式，并不是一项具体的、一成不变的刻板的技能。

3.人的，不是计算机的思维

在电子计算机发明之前，就已经有了计算思维，并且出现了早期的计算工具。电子计算机的发明，给予了人类超强的计算能力，解决了众多用传统方法无法解决的问题。在这个过程中，计算机扮演的是一个执行者的角色，其具体的行动由一条条指令驱动；而人类富有想象力，设计了整个过程，解决问题的思路和方法都是人思考所得产物。

4.数学和工程思想的完美互补结合

计算科学的本质是数学，而具体实现则依靠工程学。一方面，计算科学具有很强的理论性和逻辑性，这体现了数学严谨；另一方面，计算科学又具有极强的实践性，这是解决实际问题的必然要求。计算科学的最终目的是创设一个可以和现实世界直接交流的系统，以此分析、解决实际问题。实现整个跨越，即现实世界到概念世界，再由概念世界到机器世界，以及这个过程的逆向回归，则必须运用到数学和工程学。数学提供了抽象思维，而自动化则体现了工程的思想。

5.是思想，而不是人造品

计算思维是一种科学思维模式，属于哲学的范畴。计算思维具有区别于其他科学思维模式的特质，即抽象和自动化，这是独立的科学思维的标志，是人类思想的产物，是一种解决问题的宏观的世界观和方法论，而不是计算机发明后的一个简单的衍生品。

6.面向所有人，所有地方

一方面，作为一种普适思维，计算思维不仅仅存在于计算机科学中，而是融入生活的方方面面，指导人们解决各个领域的问题；另一方面，从哲学的角度来看，不同的时代必须存在适应时代和社会的的思维模式，而信息化时代下，计算思维是的发展和普及就是一个必然的趋势，它符合信息化社会和知识经济体系的要求。

四、计算思维的理解误区

由于计算思维系统化提出的时间较晚，而且涵盖的范围广，因此对于计算思维的理解多多少少还是存在误区的。

1.计算思维不等同于算法

算法是解决一个问题所采取的方法步骤的集合，具有操作和控制结构两大要素，必须满足有穷性、正确性、零个或多个输入、至少一个输出的特性。算法是抽象思维的产物，属于一个具体的、静态的概念，但并没有达到思维模式的高度，不能把计算思维简单的等同于算法。

2.计算思维不是程序设计

计算机程序是算法运用计算机语言具体实现方式，是一个动态的概念，程序运行的过程中，计算机语言被翻译为指令，机器在指令的驱动下机械运行，最终达到解决问题的目的。但计算思维还包括诸多其他层面，不能仅仅定义为计算机程序设计。

五、结语

计算机作为一种科学思维模式，是信息化时代下新的世界观和方法论。抽象和自动化是其去别去其他思维模式的特质，多层次的抽象沟通了显示世界和机器实际，而计算过程的具体实现则依赖于自动化技术。随着高新技术的迅速发展，对于计算思维的研究也将更为深刻，当计算思维真正融入人们生活，指导各个领域的工作生活时，计算思维才真正的作为一个时代的特有的思维模式，载入史册。

参考文献

[1]王晓光.计算机逻辑抽象思维的形成与培养[J].中国科技信息.2013.22

[2]张东生、季超.从形象思维到计算思维[J].计算机教育.2012.10

[3]李廉.计算思维-概念与挑战[J].中国大学教学.2012.01

作者简介：刘星（1993.11-），汉族 ，空军工程大学，信息与导航学院，通信兵指挥专业。

赵旗（1994.08-），蒙古族，空军工程大学，信息与导航学院，通信兵指挥专业。

张宇辰（1995.11-），汉族，空军工程大学，信息与导航学院，通信工程专业。