計(jì)算思維 大學(xué)計(jì)算教育的振興 科學(xué)工程研究的創(chuàng)新

1、計(jì)算思維： 大學(xué)計(jì)算教育的振興 科學(xué)工程研究的創(chuàng)新,陳國(guó)良,南京郵電大學(xué),2,摘要：本報(bào)告首先簡(jiǎn)單介紹一下科學(xué)與思維的概念、兩者的關(guān)系以及科學(xué)思維是一切科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的靈魂；然后詳細(xì)講解計(jì)算思維的定義、實(shí)例、特征以及對(duì)其他學(xué)科的影響；最后闡述計(jì)算思維是振興大學(xué)計(jì)算教育的途徑以及計(jì)算思維促使科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的創(chuàng)新成果。,3,目錄科學(xué)與思維科學(xué)與思維的含義人類文明進(jìn)步和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大科學(xué)科學(xué)思維計(jì)算思維

2、計(jì)算思維的定義計(jì)算思維的例子計(jì)算思維的特征計(jì)算思維對(duì)其他學(xué)科的影響計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的重要性大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題計(jì)算思維在美國(guó)：PITAC報(bào)告，BPC、CPATH和CE21計(jì)劃計(jì)算思維在我國(guó)：中國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委工作實(shí)例研究：大學(xué)計(jì)算思維課程的總體框架計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新美國(guó)NSF的EHR&CISE學(xué)部對(duì)計(jì)算思維的進(jìn)一步理解問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和

3、行為理解中的計(jì)算思維美國(guó)CISE局啟動(dòng)的CDI計(jì)劃研究示例：網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與虛擬實(shí)驗(yàn)室計(jì)算思維研究在我國(guó)結(jié)論,一、科學(xué)與思維(1),科學(xué)與思維的含義科學(xué)達(dá)爾文曾給科學(xué)下過一個(gè)定義：“科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，作出結(jié)論”?？茖W(xué)一般包含：自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)。思維思維是高級(jí)的心理活動(dòng)，是認(rèn)識(shí)的高級(jí)形式。思維是人腦對(duì)現(xiàn)實(shí)事物概括、加工、揭露本質(zhì)特征。人腦對(duì)信息的處理包括分析、抽象、綜合、概括等。人類文明進(jìn)步和科

4、學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大科學(xué)理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)三大支柱，正推動(dòng)著人類文明進(jìn)步和科技發(fā)展。該說法已被科學(xué)文獻(xiàn)廣泛引用，并在美國(guó)得到國(guó)會(huì)聽證、聯(lián)邦和私人企業(yè)報(bào)告的承同。,4,一、科學(xué)與思維(2),科學(xué)思維科學(xué)思維的含義及重要性：一般指的是理性認(rèn)識(shí)及其過程，也即經(jīng)過感性階段獲得的大量材料，通過整理和改造，形成概念、判斷和推理，以反映事物的本質(zhì)和規(guī)律。國(guó)科發(fā)財(cái)〔2008〕197號(hào)文《關(guān)于創(chuàng)新方法工作的若干意見》認(rèn)為“科學(xué)思維

5、不僅是一切科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的起點(diǎn)，而且始終貫穿于科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的全過程，是創(chuàng)新的靈魂”。(2) 科學(xué)思維一般包括： 理論思維：理論源于數(shù)學(xué)，理論思維支撐著所有的學(xué)科領(lǐng)域。正如數(shù)學(xué)一樣，定義是理論思維的靈魂，定理和證明是它的精髓。公理化方法是最重要的理論思維方法。實(shí)驗(yàn)思維：實(shí)驗(yàn)思維的先驅(qū)是意大利科學(xué)家伽利略，被人們譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。與理論思維不同，實(shí)驗(yàn)思維往往需要借助于某些特定的設(shè)備，并用它們來獲取數(shù)據(jù)以供以后的

6、分析。計(jì)算思維：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解的涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。,5,二、計(jì)算思維(1),計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維(Computational Thinking，CT)是運(yùn)用計(jì)算的基礎(chǔ)概念(Fundamental Concept)去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法(Approach)。CT的本質(zhì)是抽象(Abstract)和自動(dòng)化(Automation)。

7、它是如同所有人都具備“讀、寫、算”（簡(jiǎn)稱3R）能力一樣，都必須具備的思維能力。計(jì)算思維的例子：計(jì)算思維是通過約簡(jiǎn)、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)困難的問題闡釋成如何求解它的思維方法。計(jì)算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。計(jì)算思維是一種采用抽象和分解的方法來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是基于關(guān)注點(diǎn)分離的方法（SoC方法）。計(jì)算思維是一種選擇合

8、適的方式陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法。計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維方法。計(jì)算思維是利用啟發(fā)式推理尋求解答，即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法。計(jì)算思維是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間、在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折衷的思維方法。...,6,二、計(jì)算思維(2),3.計(jì)算思維的特征：概念化，不是程序化計(jì)算機(jī)

9、科學(xué)不是計(jì)算機(jī)編程。像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思維意味著遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止能為計(jì)算機(jī)編程，還要求能夠在抽象的多個(gè)層次上思維。計(jì)算機(jī)科學(xué)不只是關(guān)于計(jì)算機(jī)，就像音樂產(chǎn)業(yè)不只是關(guān)于麥克風(fēng)一樣。根本的，不是刻板的技能計(jì)算思維是一種根本技能，是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的?？贪宓募寄芤馕吨?jiǎn)單的機(jī)械重復(fù)。人的，不是計(jì)算機(jī)的思維計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑，但決非要使人類像計(jì)算機(jī)那樣地思考。計(jì)算機(jī)枯燥且沉悶，人類聰穎且富有想象力。是人類

10、賦予計(jì)算機(jī)激情。計(jì)算機(jī)賦予人類強(qiáng)大的計(jì)算能力，人類應(yīng)該好好的利用這種力量去解決各種需要大量計(jì)算的問題。是思想，不是人造品不只是將我們生產(chǎn)的軟硬件等人造物到處呈現(xiàn)給我們的生活，更重要的是計(jì)算的概念，它被人們用來問題求解、日常生活的管理，以及與他人進(jìn)行交流和互動(dòng)。,7,二、計(jì)算思維(3),數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維，它的形式化基礎(chǔ)建筑于數(shù)學(xué)之上。計(jì)算機(jī)科學(xué)又從本質(zhì)上源自工程思維，因?yàn)槲覀兘ㄔ斓氖悄軌蚺c實(shí)際

11、世界互動(dòng)的系統(tǒng)。所以計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。面向所有的人，所有地方當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體時(shí)，它作為一個(gè)問題解決的有效工具，人人都應(yīng)當(dāng)掌握，處處都會(huì)被使用。計(jì)算思維對(duì)其他學(xué)科的影響：事實(shí)上，我們已經(jīng)見證了計(jì)算思維對(duì)其他學(xué)科的影響。例如：計(jì)算生物學(xué)正在改變著生物學(xué)家的思考方式；計(jì)算博弈理論正在改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式；納米計(jì)算正在改變著化學(xué)家的思考方式；量子計(jì)算正在改變著物理學(xué)家的思考方式等等。計(jì)算思維正在

12、滲透到各個(gè)學(xué)科中，諸如算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這樣的術(shù)語將成為不同學(xué)科領(lǐng)域工作者的日常用語，把樹倒過來畫已經(jīng)習(xí)以為常，什么“非確定隨機(jī)算法”、“垃圾收集”這樣的術(shù)語都已司空見慣了等等。,8,二、計(jì)算思維(4),舉例：生物：霰彈槍算法（Shotgun algorithm）大大提高了人類基因組測(cè)序的速度蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可以用繩結(jié)來模擬蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)可以用計(jì)算過程來模擬細(xì)胞和電路類似，是一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)腦科學(xué)：人腦可以看作是一臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)

13、反饋循環(huán)/用機(jī)器學(xué)習(xí)方法分析功能核磁共振（ fMRI）數(shù)據(jù)化學(xué)：用原子計(jì)算探索化學(xué)現(xiàn)象用優(yōu)化和搜索算法尋找優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件和提高產(chǎn)量的物質(zhì) 地質(zhì)學(xué)：“地球是一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)” (Boulton, Edinburgh)用抽象邊界和復(fù)雜性層次模擬地球和大氣層數(shù)學(xué)：發(fā)現(xiàn) E8 李群 （E8 Lie Group）: 18位數(shù)學(xué)家，4年零77小時(shí)超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)（2千億個(gè)數(shù)字）證明四色定理,9,二、計(jì)算思維(5),工程 (電子、土

14、木、機(jī)械、航空航天等)：計(jì)算高階項(xiàng)可以提高精度，進(jìn)而降低重量、減少浪費(fèi)并節(jié)省制造成本波音777飛機(jī)完全是采用計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試的，沒有經(jīng)過風(fēng)洞測(cè)試經(jīng)濟(jì)學(xué)：自動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)制在電子商務(wù)中廣泛采用(廣告投放、在線拍賣、腎源交換等)很多麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)博士在華爾街作金融分析師社會(huì)科學(xué)：社交網(wǎng)絡(luò)是MySpace和YouTube等發(fā)展壯大的原因之一統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)被用于推薦和聲譽(yù)排名系統(tǒng)，例如Netflix和聯(lián)名信用卡等醫(yī)療：機(jī)器人

15、手術(shù)電子病歷系統(tǒng)需要隱私保護(hù)技術(shù) 可視化技術(shù)使虛擬結(jié)腸鏡檢查成為可能法學(xué)：斯坦福大學(xué)的CL方法包含了人工智能、時(shí)序邏輯、狀態(tài)機(jī)、進(jìn)程代數(shù)、Petri網(wǎng)等方面的內(nèi)容欺詐調(diào)查方面的POIROT 項(xiàng)目為歐洲的法律系統(tǒng)建立了一個(gè)詳細(xì)的本體論結(jié)構(gòu)關(guān)于犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的福爾摩斯項(xiàng)目,10,二、計(jì)算思維(6),? 娛樂：游戲電影夢(mèng)工廠用惠普的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行電影“怪物史萊克”和“馬達(dá)加斯加”的渲染工作盧卡斯電影公司用一個(gè)包含200個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)

16、據(jù)中心制作電影“加勒比海盜”? 藝術(shù)：藝術(shù)(如噴繪機(jī)器人Robotticelli)? 戲劇音樂 ? 攝影? 體育：阿姆斯特朗的自行車載計(jì)算機(jī)追蹤人車統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Synergy Sports 公司對(duì)NBA視頻進(jìn)行分析? 教育方面的啟示：大學(xué)應(yīng)該從新生課程入手--教授“象計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考”課程，而不是“某程序設(shè)計(jì)”課程讓國(guó)家和國(guó)際組織參與到教學(xué)改革中，特別是K-12、ACM、 CSTA、 CRA等? 模擬

17、：核試驗(yàn)?zāi)M/利用Exascale計(jì)算對(duì)能源和環(huán)境進(jìn)行建模和模擬基于高性能計(jì)算機(jī)用計(jì)算科學(xué)模擬颶風(fēng)，使科學(xué)家可以看到颶風(fēng)的內(nèi)部? 地震能否被有效模擬和預(yù)測(cè)？,11,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(1),大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的重要性大學(xué)通識(shí)教育（Liberal Studies）是大學(xué)人才培養(yǎng)的重要任務(wù)大學(xué)教育不能局限于基本知識(shí)傳授，要培養(yǎng)：學(xué)生的理性思維能力學(xué)生對(duì)科學(xué)精神的追求學(xué)生的高尚人格通識(shí)教育三大特征（復(fù)旦楊玉

18、良校長(zhǎng)）通識(shí)教育要同時(shí)傳遞科學(xué)精神和人文精神通識(shí)教育要展現(xiàn)不同文化、不同學(xué)科的思維方式通識(shí)教育要充分展現(xiàn)學(xué)術(shù)魅力大學(xué)計(jì)算機(jī)教育三種能力的培養(yǎng)使用計(jì)算機(jī)的基本能力（Computer Literacy）的培養(yǎng)理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的熟練能力（Computer Fluency）的培養(yǎng)訓(xùn)練有素的計(jì)算思維能力（Computational Thinking）的培養(yǎng)計(jì)算思維能力培養(yǎng)是大學(xué)通識(shí)教育的重要組成部分國(guó)家明確定位計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是和數(shù)

19、學(xué)、物理等同地位的基礎(chǔ)課程。計(jì)算機(jī)不僅為不同專業(yè)提供了解決專業(yè)問題的有效方法和手段，而且提供了一種獨(dú)特的處理問題的思維方式。熟悉使用計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)，為人們終生學(xué)習(xí)提供了廣闊的空間以及良好的學(xué)習(xí)工具與環(huán)境。,12,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(2),大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題計(jì)算機(jī)教育的危機(jī)因特網(wǎng)的普遍發(fā)展，使計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)呈現(xiàn)了泛在化、平民化的趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)的易用性和本身技術(shù)的巨大進(jìn)步，使很多人質(zhì)疑大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的必

20、要性。很多人將計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程，淡化了計(jì)算機(jī)的科學(xué)意義，削弱了計(jì)算機(jī)學(xué)科的內(nèi)涵。我國(guó)的情況“狹義工具論”的課程：“狹義工具論”認(rèn)為教計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)就是教些計(jì)算機(jī)工具及其使用方法?！皾饪s版”的教材：教材基本上是有關(guān)領(lǐng)域的濃縮版，學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后，對(duì)第一門計(jì)算機(jī)課程興趣不大，逃課率相當(dāng)高。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)學(xué)時(shí)被壓縮，教學(xué)資源配置不充分，課程面臨被裁減的危機(jī)。,13,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(3),美國(guó)的情況學(xué)生學(xué)

21、習(xí)計(jì)算機(jī)課程情況：2003年11月，美國(guó)Naval Postgraduate School的Peter Denning教授在CACM上發(fā)表《Great Principles of Computing》一文介紹了這種情況： 在大學(xué)第一門計(jì)算機(jī)課程（主要指“程序設(shè)計(jì)語言”作為第一門計(jì)算機(jī)課程）的學(xué)習(xí)過程中，有35-50%的學(xué)生中途放棄。另外，不少的學(xué)生還通過抄襲或者是作弊的方式來完成課程。畢業(yè)生的工資情況：2005年11月

22、，美國(guó)《Computing Research News》刊登的一篇名為《科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)生的工資》的報(bào)告： 早期，在美國(guó)科學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科中，計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的平均年工資最高，學(xué)士人均年工資為45,000美元，碩士人均60,000美元。,14,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(4),學(xué)生主修計(jì)算機(jī)專業(yè)情況：加州大學(xué)洛杉磯分校發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)計(jì)算專業(yè)的興趣波動(dòng)很大，2001后普遍下降。,15,三、計(jì)算思維是

23、大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(5),計(jì)算思維在美國(guó)計(jì)算思維在美國(guó)產(chǎn)生的背景：PITAC報(bào)告2005年6月，美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)咨詢委員會(huì)(President's Information Technology Advisory Committee，PITAC)給美國(guó)總統(tǒng)提交了報(bào)告《計(jì)算科學(xué)：確保美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力》(Computational Science: Ensuring America’s Competitiveness)。報(bào)告陳述

24、：雖然計(jì)算本身也是一門學(xué)科，但是其具有促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展的作用。 二十一世紀(jì)科學(xué)上最重要的、經(jīng)濟(jì)上最有前途的研究前沿都有可能通過熟練的掌握先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)和運(yùn)用計(jì)算科學(xué)而得到解決。報(bào)告認(rèn)為：如今美國(guó)又一次面臨了挑戰(zhàn)，這一次的挑戰(zhàn)比以往來得更加廣泛、復(fù)雜，也更具長(zhǎng)期性。美國(guó)還沒有認(rèn)識(shí)到計(jì)算科學(xué)在社會(huì)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、工程研究、國(guó)家安全，以及工業(yè)改革中的中心位置。這種認(rèn)識(shí)不足將危及美國(guó)的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力以及國(guó)家的安全。報(bào)告建

25、議：將計(jì)算科學(xué)長(zhǎng)期置于國(guó)家科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中心的領(lǐng)導(dǎo)地位。,16,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(6),美國(guó)NSF的BPC(Broadening Participation in Computing)計(jì)劃美國(guó)NSF的計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)和工程CISE(Computer & Information Science & Engineering)學(xué)部2006年率先啟動(dòng)了“擴(kuò)大計(jì)算參與面”計(jì)劃，它通過擴(kuò)大計(jì)算的參與對(duì)象，使更多

26、的人，特別是美國(guó)的少數(shù)民族和婦女受益。美國(guó)NSF的CPATH(CISE Pathways to Revitalized undergraduate Computing Education)計(jì)劃目標(biāo)促成造就具有基本計(jì)算思維能力的、在全球有競(jìng)爭(zhēng)力的美國(guó)勞動(dòng)大軍，確保美國(guó)在全球創(chuàng)新企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。將計(jì)算思維學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)融入到計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)、工程技術(shù)和其他領(lǐng)域的本科教育中，以增強(qiáng)開發(fā)具有計(jì)算思維能力的學(xué)生的人數(shù)。展示突破性的、可在多類學(xué)

27、校中推廣的、以計(jì)算思維為核心的本科教育模式?，F(xiàn)狀CPATH計(jì)劃認(rèn)為：盡管有的研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對(duì)此做出了卓越的、開創(chuàng)性的工作，但目前美國(guó)更多的大學(xué)計(jì)算教育仍然沿襲的是幾十年前的教學(xué)模式。,17,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(7),CPATH項(xiàng)目：2007年啟動(dòng)，當(dāng)年投入600萬美元2008年投入500萬美元2009年投入1000萬美元CPATH項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介：2009.4 - 2010.4共批準(zhǔn)26項(xiàng)，其中CT with

28、 K-12 Connection 4項(xiàng)CT in STEM(Science, Technology, Engineering and Mathematics) Disciplines 4項(xiàng)CT across All Disciplines 4項(xiàng)Tools & Resources for Undergraduate Computing Education 3項(xiàng)CT in Computing Science & En

29、gineering 11項(xiàng)美國(guó)NSF的CE21(Computing Education for 21st Century)計(jì)劃2011年度NSF啟動(dòng)了CE21計(jì)劃，計(jì)劃是建立在CPATH計(jì)劃成功的基礎(chǔ)上，其目的是提高K-14（中小學(xué)和大學(xué)一、二年級(jí)）老師與學(xué)生的計(jì)算思維能力。,18,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(8),計(jì)算思維在我國(guó)中國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委的近期工作2010.05：在合肥會(huì)議上討論了培養(yǎng)高素質(zhì)

30、的研究性人才，“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”這門課程應(yīng)該包含哪些內(nèi)容，如何將計(jì)算思維融入到這門課程中？2010.07：在西安會(huì)議上發(fā)表了《九校聯(lián)盟(C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定了以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。2010.09：在太原會(huì)議上決定了將合肥會(huì)議和西安會(huì)議中有關(guān)計(jì)算思維的討論形成書面材料，以“計(jì)算思維：確保學(xué)生創(chuàng)新能力”為主題向教育部領(lǐng)導(dǎo)諫言和申請(qǐng)立項(xiàng)研究。2010.11：在濟(jì)南會(huì)議上，將在全國(guó)更大范圍內(nèi)，深入討

31、論以計(jì)算思維為核心的基礎(chǔ)課教學(xué)改革，并將太原會(huì)議的初步材料加以討論和修改后正式上報(bào)教育部袁貴仁部長(zhǎng)，并“以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心推進(jìn)大學(xué)通識(shí)教育改革的研究與實(shí)踐”為項(xiàng)目，建議立項(xiàng)研究。2011.06：在北京“以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)”研討會(huì)上，組織有關(guān)高校圍繞“計(jì)算思維的實(shí)質(zhì)”和“如何在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的第一門課程中體現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”進(jìn)行了廣泛的討論。,19,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(9),2011.08：

32、在深圳召開了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委高層研討會(huì)（第6次工作會(huì)議），主要研究以計(jì)算思維為主題向教育部、科技部、國(guó)家自然基金委申請(qǐng)立項(xiàng)研究計(jì)算思維事宜。2011.11：在杭州召開了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委第7次工作會(huì)議，主要審定第6次工作會(huì)議確定的三個(gè)立項(xiàng)報(bào)告，最終向教育部、科技部、國(guó)家自然基金委提交正式申請(qǐng)報(bào)告。2012.01：在深圳召開了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委第8次工作會(huì)議，會(huì)議期間舉行了“計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育論壇”，深入交流了大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育的

33、方方面面，探討了計(jì)算文化、計(jì)算科學(xué)、計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育中的重要作用。2012.03：在深圳大學(xué)召開了教指委第九次工作會(huì)議，集中討論了“基于計(jì)算思維的復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算抽象理論與方法”重大項(xiàng)目立項(xiàng)建議的審定工作，會(huì)議決定在再次修改后于3月底正式向國(guó)家自然基金委提交。 2012.05：在西安計(jì)算思維課程在部分中國(guó)高校中正式開始實(shí)踐2010年秋季，在上海交通大學(xué)2011年春季，在南方科技大學(xué)2011年春季，在西安交通大學(xué)20

34、11年秋季，在深圳大學(xué)···,20,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(10),實(shí)例研究：大學(xué)計(jì)算思維課程總體框架基本框架計(jì)算理論：可計(jì)算性與計(jì)算復(fù)雜性。算法和通用程序設(shè)計(jì)語言。實(shí)踐基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)硬件和軟件最小知識(shí)集。內(nèi)容規(guī)劃計(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí)基本概念：什么是科學(xué)、思維、學(xué)科？科學(xué)與思維，理論思維，實(shí)驗(yàn)思維，計(jì)算思維?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的第三支柱：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大支柱（理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)、

35、計(jì)算科學(xué)），計(jì)算科學(xué)的作用（PITAC 2005報(bào)告），名人名言（H. Davy, 化學(xué)家)。計(jì)算科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)科：什么是計(jì)算科學(xué)？什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)？什么是計(jì)算機(jī)學(xué)科？計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的歷程（EE、CE、CS、SE、IT、IS）。計(jì)算思維：什么是計(jì)算思維？例子、主要特征（它是什么？它不是什么？）、對(duì)其他學(xué)科的影響（生物學(xué)、腦科學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、法律、娛樂、藝術(shù)、體育、教育…）。

36、熱身問題：20次猜測(cè)、七橋問題、國(guó)王的婚姻、漢諾塔、旅行商問題…,21,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(11),計(jì)算理論和計(jì)算模型人類對(duì)計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過程計(jì)算手段應(yīng)該器械化（算盤、手搖計(jì)算機(jī)、微分機(jī)、模擬機(jī)等）計(jì)算過程應(yīng)該形式化（圖靈模型）計(jì)算執(zhí)行應(yīng)該自動(dòng)化（馮·諾依曼模型）計(jì)算理論函數(shù)及其計(jì)算圖靈機(jī)通用Bare Bones語言不可計(jì)算函數(shù)與停機(jī)問題計(jì)算復(fù)雜性（多項(xiàng)式與多項(xiàng)式函數(shù)，P類問題，NP類問

37、題，NPC類問題）馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)- 機(jī)器指令與機(jī)器語言匯編語言程序的執(zhí)行舉例- 虛擬機(jī)計(jì)算的數(shù)學(xué)理論計(jì)算理論：包括算法理論、可計(jì)算性理論、計(jì)算復(fù)雜性理論等。高等邏輯：包括模型論（研究邏輯系統(tǒng)的語義，構(gòu)造形式系統(tǒng)模型）和非經(jīng)典邏輯（研究時(shí)序邏輯、模態(tài)邏輯、概率邏輯、模糊邏輯、歸納邏輯、非單調(diào)邏輯等）。形式語言與自動(dòng)機(jī)：包括形式語言（研究語言的語法(詞法和文法)和構(gòu)造性結(jié)構(gòu)）和自動(dòng)機(jī)（研

38、究各種能自動(dòng)處理符號(hào)的數(shù)學(xué)機(jī)器）。形式語義學(xué)：主要指用數(shù)學(xué)方法研究計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的語義（包括操作語義、指稱語義、公理語義和代數(shù)語義等）。計(jì)算機(jī)科學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：離散數(shù)學(xué)數(shù)理邏輯：包括命題邏輯的概念、等值演算與推理，一階邏輯的概念、等值演算與推理等。集合論：包括集合代數(shù)，二元關(guān)系，函數(shù)和集合的基數(shù)等。代數(shù)系統(tǒng)：包括代數(shù)系統(tǒng)群、環(huán)、域，格與布爾代數(shù)等。圖論：包括圖的基本概念（通路、回路、連通性、矩陣表示等）、歐拉圖與哈密爾頓圈

39、，樹，平面圖及圖的著色，支配集、覆蓋集、獨(dú)立集與匹配等。,22,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(12),算法基礎(chǔ)算法的歷史算法的定義和特征定義（求解問題的方法和步驟）特征（確定性、有窮性、可行性、輸入/輸出量等）基本的表達(dá)自然語言、流程圖、偽代碼、程序語言算法的設(shè)計(jì)數(shù)值算法與非數(shù)值算法的設(shè)計(jì)，確定性算法與隨機(jī)算法的設(shè)計(jì)算法的分析復(fù)雜度度量（時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度等）復(fù)雜度分析（最壞情況分析、平均情況分析）復(fù)

40、雜度函數(shù)（上界、下界、精確界函數(shù)）,23,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(13),通用程序設(shè)計(jì)語言目的與作用：體現(xiàn)算法的原理，表述算法的實(shí)現(xiàn)步驟。不要求語言在機(jī)器上編譯運(yùn)行。類-Algol語言：不要求變量類型說明等語句。具有描述算法實(shí)現(xiàn)最基本的語句：賦值語句、循環(huán)控制語句、基本運(yùn)算語句等。Bare Bones基本語言具有最基本的運(yùn)算語句：清零、增一、減一、循環(huán)控制等語句。具有通用性：能表示圖靈可計(jì)算函數(shù)，根據(jù)丘奇

41、-圖靈論題，任何可計(jì)算函數(shù)均可用Bare Bones語言編寫程序。Haskell純函數(shù)語言不同于描述計(jì)算如何進(jìn)行的命令式（Imperative）語言（C、Java、ada、pascal …）。函數(shù)式語言（Functional Language）（  Lisp 、Haskell、Ocam）是定義如何將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)的計(jì)算什么的語言。,24,命令式語言Haskell語言total = 0for (i=1

42、; i<=10; i++)sum[1..10] total += i,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(14),計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)布爾邏輯與門電路布爾邏輯和運(yùn)算門電路基礎(chǔ)數(shù)制與運(yùn)算各種數(shù)制的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與表示存儲(chǔ)容量單位ASCII碼原碼、反碼和補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)組成CPU主存、外存和存儲(chǔ)體系I/O設(shè)備指令系統(tǒng)及執(zhí)行,25,三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑(15),計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)軟件分類操作

43、系統(tǒng)操作系統(tǒng)的定義和功能操作系統(tǒng)的歷史、分類和常見操作系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)控制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)關(guān)系模型數(shù)據(jù)挖掘入門辦公軟件簡(jiǎn)介WordExcelPowerPointAccess教學(xué)環(huán)節(jié)課堂講授：自編參考教材課堂練習(xí)：不掉電的計(jì)算機(jī)科學(xué)課堂討論：拓展知識(shí)、前沿課程考核：筆試 ＋ 口試 ＋ 小論文,26,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(1),美國(guó)NSF的EHR&CISE學(xué)部：美國(guó)NSF的EHR(Ed

44、ucation & Human Resources)局的使命為21世紀(jì)培養(yǎng)和造就科學(xué)家、技術(shù)人員、工程師、數(shù)學(xué)家和教育工作者等范圍廣泛的、訓(xùn)練有素的勞動(dòng)大軍，以及具有科學(xué)素質(zhì)的、能夠把握科學(xué)技術(shù)的思想和工具的現(xiàn)代公民。支持所有科學(xué)與工程領(lǐng)域中的教育、研究以及基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）的開發(fā)。提升全體公民的生活質(zhì)量，提升國(guó)家的健康、繁榮、福祉和安全。美國(guó)NSF的CISE(Computer & Info

45、rmation Science & Engineering)局的使命在計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)及工程方面使美國(guó)保持世界領(lǐng)先地位。促使理解和利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和信息系統(tǒng)，為全社會(huì)提供服務(wù)。,27,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(2),對(duì)計(jì)算思維的進(jìn)一步理解：計(jì)算思維是利用泛指的計(jì)算（CS、CE、C、IS、IT等）的基礎(chǔ)概念，求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為的一種方法（Approach），是一類Analytical Thinki

46、ng。它合用（Share）了數(shù)學(xué)思維（求解問題的方法）、工程思維（設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)大型復(fù)雜系統(tǒng)）和科學(xué)思維（理解可計(jì)算性、智能、心理 和人類行為）。計(jì)算時(shí)的抽象概念比數(shù)學(xué)、物理科學(xué)中的意義要豐富和復(fù)雜；抽象是分層的（為此要定義介面和關(guān)系）；抽象最終要在受限的物理世界中實(shí)現(xiàn)的；Abstractions are the ‘mental' tools of computing. The power of the ‘mental'

47、tools is amplified by the power of ‘metal’ tools。計(jì)算是抽象的自動(dòng)執(zhí)行；自動(dòng)化隱含著需要某類計(jì)算機(jī)（可以是機(jī)器或人，或兩者的組合）去解釋抽象。從操作側(cè)面上，計(jì)算涉及到回答“如何尋找一臺(tái)計(jì)算機(jī)去求解問題？”隱含地回答此問題就是確定合適的抽象，選擇合適的某類計(jì)算機(jī)去解釋執(zhí)行該抽象，后者的過程就是自動(dòng)化。所以計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象與自動(dòng)化（2A）。計(jì)算的三種驅(qū)動(dòng)力是科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)，三者互相

48、作用影響：科學(xué)的發(fā)現(xiàn)催生技術(shù)發(fā)明促進(jìn)社會(huì)應(yīng)用；反之，技術(shù)發(fā)明產(chǎn)生新的社會(huì)應(yīng)用促進(jìn)新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。,28,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(3),問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和行為理解中的計(jì)算思維求解問題中的計(jì)算思維利用計(jì)算的手段求解問題的過程首先要把實(shí)際應(yīng)用問題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問題（可能是一組PDE）其次將PDE方程離散化為一組代數(shù)方程組然后建立模型、設(shè)計(jì)算法、編程實(shí)現(xiàn)最后在具體的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行求解計(jì)算求解問題過程中的計(jì)算思維①中的前兩步可

49、謂是計(jì)算思維中的抽象(Abstract)①中的后兩步可謂是計(jì)算思維中的自動(dòng)(Atomation)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的計(jì)算思維Karp的觀點(diǎn)：任何自然系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)都可視為一個(gè)動(dòng)態(tài)演化系統(tǒng)，演化伴隨著物質(zhì)、能量和信息的交換，這種交換可映射（也就是抽象）為符號(hào)變換，使之能利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行離散的符號(hào)處理。當(dāng)動(dòng)態(tài)演化系統(tǒng)抽象為離散符號(hào)系統(tǒng)之后，就可采用形式化的規(guī)范描述，建立模型、設(shè)計(jì)算法、開發(fā)軟件，來揭示演化的規(guī)律，并實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的演化，自動(dòng)執(zhí)行

50、，這就是計(jì)算思維中的自動(dòng)化。,29,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(4),理解人類行為中的計(jì)算思維（利用計(jì)算基礎(chǔ)概念-計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)去理解人在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的行為）人類所處的環(huán)境變遷與人類行為表現(xiàn)封建社會(huì)自給自足的封閉式環(huán)境資本主義社會(huì)的開放環(huán)境近代社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境利用計(jì)算的手段來研究人類的行為，可視為社會(huì)計(jì)算(Cyber-Society Computing)，即通過各種信息技術(shù)手段，設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)估人與環(huán)境之間的交互。社會(huì)計(jì)算

51、涉及到人們的交互方式、社會(huì)群體的形態(tài)及其演化規(guī)律等問題。研究生命的起源與繁衍，理解人類的認(rèn)識(shí)能力，了解人類與環(huán)境的交互，研究傳染病毒的結(jié)構(gòu)與傳播以及國(guó)家的福利與安全等等都屬社會(huì)計(jì)算的范疇，這些都與（計(jì)算）思維科學(xué)密切相關(guān)。使用計(jì)算思維的觀點(diǎn)對(duì)當(dāng)前社會(huì)計(jì)算中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與建模，嘗試從計(jì)算思維的角度重新認(rèn)識(shí)社會(huì)計(jì)算，找出新問題、新觀點(diǎn)和新方法等。,30,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(5),美國(guó)CISE局啟動(dòng)的CDI( Cyb

52、er-Enabled Discovery and Innovation)計(jì)劃目的、項(xiàng)目與財(cái)年2008 年NSF啟動(dòng)了“通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新”(CDI)的5年研究計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的第一個(gè)美國(guó)NSF重大計(jì)劃。目的：通過計(jì)算思維的創(chuàng)新和進(jìn)步（包括概念、方法、模型、算法、工具和系統(tǒng)等），對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生新理解、新模式，創(chuàng)造革命性的研究成果。項(xiàng)目與財(cái)年：2008 年批準(zhǔn)了共72 個(gè)項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)為4200 萬美元；2009

53、 年投入了3300 萬美元；2010年預(yù)算為5000萬美元，后增加了1637萬美元。2010年度的CDI計(jì)劃“網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)”（CPS）：CPS包括自動(dòng)汽車、智能的高效能建筑物、嵌入式醫(yī)療設(shè)備、輔助老年人的技術(shù)、提高生活質(zhì)量的機(jī)器人等。數(shù)據(jù)密集型計(jì)算探索新的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和計(jì)算抽象科學(xué)以表征和管理數(shù)據(jù)。支持科學(xué)與工程應(yīng)用中的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)提取等跨學(xué)科項(xiàng)目。開展數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)發(fā)布工具的基礎(chǔ)科學(xué)研究。新興的數(shù)據(jù)密集型計(jì)算模

54、式——云計(jì)算的研究。,31,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(6),CDI計(jì)劃支持的三大主題從數(shù)據(jù)到知識(shí)（From Data to Knowledge）：增進(jìn)人類的認(rèn)識(shí)和從豐富的異構(gòu)數(shù)字化的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生新的知識(shí)。理解自然、人工和社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性（Understanding Complexity in Natural, Built, and Social Systems）：對(duì)此三大系統(tǒng)產(chǎn)生根本性的認(rèn)識(shí)。虛擬組織（Virtual Org

55、anizations, VO）：將不同結(jié)構(gòu)、不同地域和不同文化的人群和資源聯(lián)系在一起，進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。,32,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(7),研究示例網(wǎng)絡(luò)科學(xué)（Network Science）：網(wǎng)絡(luò)科學(xué)系從經(jīng)濟(jì)理論、多尺度分析、網(wǎng)絡(luò)信息理論等衍生出來的。需要發(fā)展基礎(chǔ)理論來開發(fā)、理解、建模和分析大規(guī)模復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的工具。這樣的網(wǎng)絡(luò)，包括Internet網(wǎng)（跨地域，跨人工、社會(huì)和自然系統(tǒng)）、生物網(wǎng)絡(luò)（對(duì)它的理解還很初級(jí)）

56、和復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)（包括通信系統(tǒng)、人類大腦和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)）等。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)覆蓋了CDI的三大主題：大量跨越多時(shí)空尺度的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的知識(shí)模式。人工的、社會(huì)的和自然的網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)的交互。由網(wǎng)絡(luò)組成的虛擬組織自身在不同的交互尺度反過來來研究網(wǎng)絡(luò)。虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virtual Laboratory）高中的老師和學(xué)生可以通過所提供的建模與仿真系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室來共同探索科學(xué)。他們可在虛擬實(shí)驗(yàn)室調(diào)研有關(guān)知識(shí)；也可以與遠(yuǎn)程班級(jí)互動(dòng)。這種對(duì)科學(xué)教

57、育的創(chuàng)新方法，有賴于安全的虛擬組織的突破和多學(xué)科的交叉方法等。,33,四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新(8),計(jì)算思維研究在我國(guó)：2012年國(guó)家科技計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域備選項(xiàng)目推薦指南里的“基礎(chǔ)研究類”的先進(jìn)計(jì)算中，我國(guó)學(xué)者推薦立項(xiàng)開展“新一代軟件方法學(xué)及其對(duì)計(jì)算思維的支撐機(jī)理”的研究。中國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)從2010年下半年開始在合肥、濟(jì)南、北京、深圳和杭州等會(huì)議上分別向教育部、基金委、科技部等建議立項(xiàng)開展“計(jì)算思維

58、：確保學(xué)生創(chuàng)新能力”和“基于計(jì)算思維的復(fù)雜計(jì)算系統(tǒng)的認(rèn)知構(gòu)建”的研究。,34,五、結(jié)論(1),科學(xué)思維是一切科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新靈魂；科學(xué)思維一般包括推理思維、實(shí)證思維和計(jì)算思維；計(jì)算思維不僅能振興大學(xué)計(jì)算教育，而且會(huì)令科學(xué)與工程領(lǐng)域創(chuàng)造出革命性的(Transformative)研究成果。計(jì)算思維能改變大學(xué)計(jì)算機(jī)教育仍然沿襲幾十年的教學(xué)模式，是大學(xué)計(jì)算教育振興(Revitalized)的途徑?？膳囵B(yǎng)造就具有計(jì)算思維能力的、訓(xùn)練有素

59、的科技人才、勞動(dòng)大軍和現(xiàn)代公民。通過多學(xué)科方法，使用計(jì)算思維在計(jì)算概念、方法、模型、算法、工具與系統(tǒng)等的創(chuàng)新和進(jìn)步，或者創(chuàng)新地使用計(jì)算概念、方法、模型、算法、工具與系統(tǒng)等，對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生新理解、新模式，從而可創(chuàng)造出革命性的研究成果。計(jì)算思維代表著人們的一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的能力，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是每一個(gè)人都應(yīng)該熱心地學(xué)習(xí)和運(yùn)用它。計(jì)算思維的大學(xué)課程，不僅僅是面向計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，而是面向所有的專業(yè)。一個(gè)人可主修英語

60、或數(shù)學(xué)等，而工作可從事于各行各業(yè)；計(jì)算機(jī)科學(xué)也一樣，一個(gè)人可主修計(jì)算機(jī)科學(xué)，而接著從事任何類型的工作。我們應(yīng)當(dāng)激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣、熱愛和探索，積極傳播計(jì)算機(jī)科學(xué)的快樂、崇高和力量，致力于使計(jì)算思維成為公眾的常識(shí)，真正融入人類的一切活動(dòng)中。,35,五、結(jié)論(2),我們應(yīng)當(dāng)積極行動(dòng)起來，糾正計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程和認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)理論已完成剩下的只是工程問題的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，改變我們計(jì)算機(jī)科學(xué)的社會(huì)形象。當(dāng)我們這樣做時(shí)，計(jì)算思維就

61、是引導(dǎo)著計(jì)算機(jī)教育家、研究者和實(shí)踐者們的一個(gè)宏大愿景！“事在當(dāng)代，利在千秋”！關(guān)于計(jì)算思維的研究：計(jì)算思維是利用計(jì)算的基礎(chǔ)概念(Fundamental Concepts)求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法(Approach)。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑。盡管對(duì)計(jì)算思維的理解也有不同的看法，但是我們認(rèn)為，現(xiàn)在不必過多地討論、解釋計(jì)算思維到底是什么，而是要回答計(jì)算思維能給計(jì)算機(jī)科學(xué)帶來什么新內(nèi)容和新發(fā)展。要從計(jì)算思維的角度

62、，審視我們以前的有關(guān)研究工作，以期在此基礎(chǔ)上提出新的理論和方法，獲得一些用以往研究方法難以取得的突破性研究成果。在中文里，計(jì)算思維不是一個(gè)新名詞。在我國(guó)，從小學(xué)到大學(xué)的教育中，計(jì)算思維經(jīng)常被朦朦朧朧地使用，我們的老師在傳播科學(xué)知識(shí)時(shí)，也自覺或不自覺地在傳承著計(jì)算文化，卻一直沒有像周以真教授那樣新穎、明確和系統(tǒng)地進(jìn)行高度的概括和提升。我們傳統(tǒng)的文化中有歷史悠久的“算計(jì)”文化，褒貶不一。我們希望能借“計(jì)算思維”之東風(fēng)，盡快把傳統(tǒng)的世故人情

63、的“算計(jì)文化”反正成為現(xiàn)代科學(xué)理性的“計(jì)算文化”，以提高民族的整體素質(zhì)（王飛躍語）。,36,五、結(jié)論(3),呼吁：計(jì)算思維的研究是當(dāng)今計(jì)算學(xué)科及其相關(guān)交叉學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，希望充分利用計(jì)算思維于各自的教學(xué)與科研工作中，期望能像CDI計(jì)劃那樣取得革命性的、突破性的研究成果。建議：國(guó)家教育部、國(guó)家自然基金委、國(guó)家科技部、中國(guó)科學(xué)院等能跟上學(xué)科的發(fā)展，參照國(guó)外，特別是美國(guó)的CPATH計(jì)劃和CDI計(jì)劃，布局國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，投入足夠資金，持久地開