如何探讨计算思维
1. 计算思维的定义
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 等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
2. 计算思维的本质
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 的特点是抛开现实事物的物理、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相“加”。算法也是一种抽象,也不能将两个算法简单地放在一起实现一种并行算法。
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,进而有选择的忽视某些细节,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的一步一步自动执行。为了确保机械的自动化,就需要在抽象过程中进行精确和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。
计算思维建立在计算过程的能力和限制之上,由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。
3.计算思维的关键内容
当我们必须求解一个特定的问题时,首先会问:解决这个问题有多么困难?怎样才是最佳的解决方法?当我们以计算机解决问题的视角来看待这个问题,我们需要根据计算机科学坚实的理论基础来准确地回答这些问题。同时,我们还要考虑工具的基本能力,考虑机器的指令系统、资源约束和操作环境等问题。
为了有效地求解一个问题,我们可能要进一步问:一个近似解是否就够了,是否有更简便的方法,是否允许误报和漏报?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我们知道怎样解决的问题。
计算思维是一种递归思维,是一种并行处理。它可以把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。例如,对于别名或赋予人与物多个名字的做法,它既知道其益处又了解其害处;对于间接寻址和程序调用的方法,它既知道其威力又了解其代价;它评价一个程序时,不仅仅根据其准确性和效率,还有美学的考量,而对于系统的设计,还考虑简洁和优雅。计算思维是一种多维分析推广的类型检查方法。
计算思维采用了抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统,它是一种基于关注点分离的方法(Separation of Concerns,简称SOC方法)。例如,它选择合适的方式去陈述一个问题,或者选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理;它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为;它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信息;它就是为预期的未来应用而进行数据的预取和缓存的设计。
计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维。例如,对于“死锁”,计算思维就是学习探讨在同步相互会合时如何避免“竞争条件”的情形。
计算思维利用启发式的推理来寻求解答,它可以在不确定的情况下规划、学习和调度。例如,它采用各种搜索策略来解决实际问题。计算思维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权衡。例如,它在内存和外存的使用上进行了巧妙的设计;它在数据压缩与解压缩过程中平衡时间和空间的开销。
计算思维与生活密切相关:
当你早晨上学时,把当天所需要的东西放进背包,这就是“预置和缓存”;当有人丢失自己的物品,你建议他沿着走过的路线去寻找,这就叫“回推”;在对自己租房还是买房做出决策时,这就是“在线算法”;在超市付费时,决定排哪个队,这就是“多服务器系统”的性能模型;为什么停电时你的电话还可以使用,这就是“失败无关性”和“设计冗余性”。由此可见,计算思维与人们的工作与生活密切相关,计算思维应当成为人类不可或缺的一种生存能力。
计算机科学是计算的学问,它研究什么是可计算的,怎样去计算。计算机科学不是计算机编程,像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程,还要求能够在抽象的多个层次上思维。
如何探讨计算思维
计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维。例如,对于“死锁”,计算思维就是学习探讨在同步相互会合时如何避免“竞争条件”的情形。计算思维利用启发式的推理来寻求解答,它可以在不确定的情况下规划、学习和调度。例如,它采用各种搜索策略来解决实际问题...
计算思维的六大维度是指什么?
1. 计算思维的第一个维度是计算技术的奠基性思维,即“程序思维”。它涉及对复杂功能的构造、表达与执行,以及递归思维——如何有效地表达和执行无限或重复的过程,这是计算机科学前进的方法论。2. 计算思维的第二个维度是通用计算环境的进化思维。这一维度强调计算技术在不同环境中的适应性和扩展性,以...
计算机思维能力探讨论文
但是,通过计算机基础教育的.学习,应当让学生能够了解、并理解计算思维的思考方法,计算思维能力的养成不是一朝一夕能够实现的,需要伴随着人们的不断学习才能养成的技能。2.计算机基础教育中计算思维能力培养途径探讨 之前已提到,计算思维能力的培养并不是完全打破现有的计算机基础教育的课程体系,而是通过...
...中注重学生思维能力的培养:浅谈大学生计算思维能力培养的方法_百 ...
(1)整体思维。整体思维就是思维的广阔性、高度性和整体性。站得高,看得远,既有广阔的视野又有把握全局的能力。例如在讲二氧化碳时介绍“温室效应”,讲二氧化硫时介绍酸雨的形成和危害等等。(2)逆向思维。教师在教学中对学生进行逆向思维训练,从事物的相反功能去探索、质疑,不仅加深了对知识的理解...
思想政治教育专业如何运用计算思维?
1、计算思维是人的,不是计算机的思维方式。计算思维是人类求解问题的一条途径,但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷,人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。配置了计算设备,我们就能用自己的智慧去解决那些在计算时代之前不敢尝试的问题,实现“只有想不到,没有做不到”的境界。
计算思维是哪三种之一?
包括理论思维、实验思维和计算思维。1、理论思维:指以科学的原理、概念为基础来解决问题的思维活动。例如:用“水是生命之源”的理论来解释干旱对世界万物的影响。又称逻辑思维。2、实验思维:在研究人员的尚待进一步探讨的实验中,有许多东西都是很值得注意的。无论是理论研究者还是实际工作者都应把...
计算思维对日常生活和工作学习有什么影响
1. **日常生活中的计算思维**:在日常生活中,计算思维可以帮助我们解决问题、制定决策、规划生活以及处理各种可能的情境。例如,我们可能会使用模拟和算法来决定每天的日程安排,或者使用形式逻辑来解析和解决家庭或朋友的争议。2. **工作场所中的计算思维**:在工作场所中,计算思维对于分析和解决复杂...
学会算数,不如培养数学思维,哪几个小技巧帮孩子建立数学思维方式?
在帮孩子创建数学思维训练方法以前,我们可以从提高孩子的计算思维能力下手。从总体上,我们可以在日常生活中锻练孩子算术能力、和孩子探讨有关数学相关的问题这些,以此提高孩子的计算思维能力。2.提高孩子空间思维能力室内空间思维是指孩子针对空间和时间几何图形的思维能力,室内空间思维能力高的孩子有较强的...
学会了程序设计就掌握了计算思维对吗
学会了程序设计就掌握了计算思维这种说法不对简而言之,计算思维是利用计算机科学解决问题的一种强有力的思维方式。具体阐述下计算思维的定义。当提出问题时,首先定义问题的内涵,然后利用计算的思路解决问题的方法就是计算思维。具有计算思维的人,会通过收集数据、分析数据来理解和思考问题。不仅仅体现在...
有哪些计算思维内容得以实际运用,它们是如何改变人们身边的现状_百度知 ...
可以这样说,‘计算机’作为一种文化,已渗透到社会发展的各个领域,而使得生活在这一时期的人们的思维活动中或多或少地与‘计算机’这一概念相联系,研究与之相关的思维活动与思维方式,目前,计算思维的研究正在逐步受到人们的关注,但是关注面还相对比较狭窄,要想真正实现使“每个孩子在培养解析能力时...
马云益之: 1、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、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动.2、2006年3月,美国卡内基·梅隆大...
荔波县19581103467: 计算思维的方法 - ?
马云益之: 这是一个中性的深刻的话题,不同的思维有不同的计算方式方法.我认为,从事物发展的客观规律出发,根据人择原理与测量任务的需要,选择合适的测量精度,通过简化或同化、逼近或近似、映射或投影等物理数学手段,最终用线性代数或...
荔波县19581103467: 什么是计算思维?计算思维有什么特征?与计算机是什么关系 - ?
马云益之:[答案] 1、以计算机程序运行逻辑,进行对应的思维逻辑; 2、特征是数据、结果、运算逻辑相对独立,运算逻辑可以重复运行于不同的数据源和数据集,获取稳定可靠的运算结果; 3、计算机思维严格来说只是算法,和计算机硬件本身无关,可以针对此算...
荔波县19581103467: 什么是计算思维?计算思维的本质是什么 - ?
马云益之:[答案] 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、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动. 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)教授在美国计算机权威期刊《...
荔波县19581103467: 如何学习计算思维 - ?
马云益之: 先从贯通知识的角度学习思维,再学习更为细节性的知识,即用思维引导知识的学习;
荔波县19581103467: 计算机思维的理解和看法 - ?
马云益之: 图灵已经在其《机器能够思维吗?》中很好的解释了计算机思维,但个人认为图灵测试的标准不具有可操作性,由于很难找到合适的仲裁者.人可能最终变成机器人,但机器无法变成人
荔波县19581103467: 计算思维的本质是抽象和自动化对么 - ?
马云益之:[答案] 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、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动.这个概念似乎有些抽象.结合当前计概课上学到的递归算法,我对计算思维的理解是这样的:计算思维是一种递归的思...
荔波县19581103467: 如何训练孩子们的计算思维 - ?
马云益之: 由于计算工具的逐步普及,社会生活对计算技能的要求正在逐步降低,小学教材对计算能力要求也有所调低了.但计算教学的过程是一个培养学生思维的过程,计算能力的提高,能促进学生思维能力的发展.那么我们应如何提高学生的计算能力...
荔波县19581103467: 什么是计算思维? (回答提纲:“计算思维”与我们的关系?“计算思维”对于我们的价值?试举例说明.) - ?
马云益之: 算思维是一种递归思维.它是并行处理.它是把代码译成数据又把数据译成代码.它是由推广量纲分析进行的类型检查.对于别名或赋予人与物多个名字的做法,它既知道其益处又了解其害处.对于间接寻址和程序调用的做法,它既知道其威力又了解其代价.它评价一个程序时,不仅仅根据其准确性和效率,还有美学的考量,而对于系统的设计,还考虑简洁和优雅.
荔波县19581103467: 选如何学习计算思维? - ---- - ?
马云益之: 选如何学习计算思维 先从贯通知识的角度学习思维,再学习更为细节性的知识,即用思维引导知识的学习;