思维科学
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思维科学范文第1篇
从人类思维系统的层次结构上来看，思维可以分为个人思维和社会思维两个层次。所谓个人思维，是指人作为个体主体在个人特殊的社会实践基础上对客观现实的反映，它与个人特定的社会环境、社会经历、社会地位和智力素质有着密切联系。如同世界上没有绝对相同的两片树叶一样，在任何社会中，人们的思维也不可能完全相同，总会在形式和内容上带有个人的特异性。人类的思维活动，是以个体之间在思维方面的相互交流、相互补充、相互促进为前提的。正是因为如此，人的思维活动离不开思维交流和信息交换（包括个人与个人、个人与群体或群体与群体）。个人思维不能脱离社会思维。
何谓社会思维？马克思指出：“个人是社会的存在物。”“甚至当我从事科学之类的活动，亦即当我从事那种只是在很少的情况下才能直接同别人共同进行的活动的时候，我也是在从事社会的活动，因为我是作为人而活动的。不仅我进行活动所需的材料，——甚至思想家借以进行活动的语言本身——是作为社会的产物给予我的，而且我自身的存在也是社会的活动。”人的思维归根结底是社会思维，只不过以无数个人思维而存在。社会思维同社会心理、社会意识既有联系又有区别，它主要是讲人的思维活动的具体性。所谓社会思维，是指人作为集体主体对客观现实的反映，它是在人类社会实践和社会关系基础上，无数个人思维之间及其与集体思维之间交互作用、多元复合的观念体系。人的思维不可能完全是一个人的，它必然要受人的集体和集体中思维交流的影响，必然要接受前人或他人的间接经验和思维成果。也可以说，社会思维是人作为社会群体主体的整体思维。但它又不是社会全体成员或各种社会群体的思维的简单相加。社会思维主要是指人的思维的集体形式，当然也要联系到思维内容。从社会思维的结构层次上看，可以分为情意思维和认知思维两个基本层次。而从社会思维的主体范围上看，可以分为个人思维、群体思维和人类思维三个不同层次。
社会思维的本质是集体思维。恩格斯指出：“什么是人的思维，它是个人的思维吗？不是。但是，它仅仅作为无数亿过去、现在和未来的人的个人思维而存在。”人类思维的本质特征是在个人思维基础上形成的社会思维。因为“人们的观念和思想是关于自身的意识，关于一般人的意识，关于人们生活于其中的整个社会的意识”。每个正常的人，都能借助社会语言系统来概括感觉、提炼思想和交流感情。正是在思维交流中，个人思维为他人了解和接受，成为社会思维。钱学森教授从系统论的角度，对人的思维进行了全面、深刻的研究，提出了社会思维这一概念。他说：“人的思维是不是集体的？答案是肯定的。因为我们要认识客观世界，不单靠实践，而且还要利用过去人类创造出来的精神财富。什么知识都不用，那就回到了一百多万年以前我们祖先那里去了。所以，人的思维质量的好坏，一是靠社会实践，二是靠知识。知识是人类社会实践的一个非常重要的补充。所以，人的思维是集体的。”社会思维学就是要研究人以一个集体来思维的规律。
第一，从思维的属性看，人类思维一开始就是社会的产物，而且只要人们还存在着，它就仍然是这种产物。社会性是思维的本质属性。社会环境对人的思维能力的发展所起的重要作用，已被许多事例所证实。思维只有在人类社会环境中才能产生和发展，“五官感觉形成是以往全部世界历史的产物”。
第二，从思维进化的历史看，人类的思维一开始就是集体的。早在两千多年前，战国时代的荀子就指出，人和牛马不同的地方，就在于“人能群，彼不能群也”。人类原始思维是以集体思维为基本特征的，人类思维发展经历了从集体思维到个人思维，再到集体思维的螺旋式发展过程。
第三，从思维主体范畴的角度看，社会思维作为一个系统，包括个体思维、群体思维和人类思维三个层次。要充分发掘和开发人类思维的潜力，关键不在于探求什么个体思维自控训练的技法，而是应该把重点放在研究人作为集体来思维的规律上，即加强对社会思维学的研究，提高集体思维质量。这恐怕正是钱学森教授提出建立社会思维学的深远意义所在。
第四，从思维的内容看，人类思维的发展，一靠实践，二靠知识。人的活动是思维产生和发展的基础。社会实践是人类最基本的活动，一切人类活动都以实践为纽带，并受实践活动制约。知识作为人类对客观世界认识的结晶，是社会实践的一个非常重要的补充，对人们的思维发展，有着十分重要的作用。“才以学为本”，一个人智力水平的高低，思维质量的优劣，在很大程度上取决于他占有知识的多少。
思维科学范文第2篇
关键词：计算思维；信息技术课程；计算机
计算思维的提出
思维是人脑对于客观事物的本质及其内在联系间接的和概括的反应，是一种认识过程或心理活动。简单地说，思维是人进行思考、通过人脑的活动解决问题的能力，是人的智力在一个方面的体现。思维方式也是人类认识论研究的重要内容。
2006年3月，时任美国卡内基·梅隆大学(CMU)计算机科学系主任、现任美国基金会(MSP)计算机和信息科学与工程部(CISE)主任的周以真(Jeannette M.Wing)教授，在美国计算机权威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了计算思维（Computational Thinking）的概念：“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的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”周以真教授从思维的视角阐述计算科学，并以此来探索计算机学习的教育价值。为此，周教授撰写了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
计算思维这一概念提出后，立即得到美国教育界的广泛支持，也引起了欧洲的极大关注。目前，计算思维是当前国际计算机界广为关注的一个重要概念，也是当前计算机教育需要重点研究的课题。在美国，不仅有卡内基·梅隆大学的专题讨论，也有包括美国计算机协会（ACM）、美国国家计算机科学技术教师协会（CSTA）、美国数学研究所（AIM）等组织在内的众多团体的参与；计算思维还直接促成美国国家科学基金会（NSF）重大基金资助计划CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation）的产生，CDI计划旨在使用计算思维产生的新思想、新方法，促进美国自然科学和工程技术领域产生革命性的成果。CDI的最终研究成果将使人们的思维模式发生转变。这种以“计算思维”为核心的转变，反映在美国国家自然科学与工程，以及社会经济与技术等各个学科领域。
计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的领域。另外，英国计算机学会（BCS, British Computer Society）也组织了欧洲的专家学者对计算思维进行研讨，提出了欧洲的行动纲领。
国内有关计算思维的研究
上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的基础之上，将思维科学作为11大科学技术门类之一，与自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、人体科学、行为科学、军事科学、地理科学、建筑科学、文学艺术并列在一起。自从钱学森提出思维科学以来，各种学科在思维科学的指导下逐渐发展起来，计算学科也不例外。黄崇福教授可能是国内最早阐述计算思维的学者。1992年，黄崇福在其所著的《信息扩散原理与计算思维及其在地震工程中的应用》一书中给出了计算思维的定义：“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，逐步达到人工智能的较高目标。”
国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论一起研究的。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜教授在对计算思维和计算机方法论的研究中指出：计算思维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们的互补性很强，可以相互促进，计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反之，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高。两者之间的关系与现代数学思维和数学方法论之间的关系非常相似。
2009年7月26日，中国工程院院士、中科院计算技术研究所所长李国杰在NOI2009开幕式和NOI25周年纪念会上的讲话提到：“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的行为，它选择合适的方式去陈述一个问题，对一个问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题求解。有了计算机，我们就能用自己的智慧去解决那些计算时代之前不敢尝试的问题。”同年11月9日，在《中国信息技术已到转变发展模式关键时刻》一文中，李国杰在展望未来信息技术的发展前景时指出：“20世纪下半叶是以信息技术发明和技术创新为标志的时代，预计21世纪上半叶将兴起一场以高性能计算和仿真、网络科学、智能科学、计算思维为特征的信息科学革命，信息科学的突破可能会使21世纪下半叶出现一场新的信息技术革命。”2009年12月27日，中国计算机学会青年计算机科技论坛哈尔滨分论坛（YOCSE哈尔滨）与哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院青年沙龙共同举办了“计算思维”专题论坛的会议。哈工大计算机学院副院长王亚东教授作了题为“计算与计算思维”的报告。报告从科学技术发展的角度出发，讲述了计算思维已经和即将对各门学科产生的影响，在计算机专业的各门课程中渗透“计算思维”的设想，并倡议学者们总结计算思维有哪些类别，以及它们和各门学科、日常生活的关系。
2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了“C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声明”。
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。计算思维具有以下特性：（1）概念化，不是程序化。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。（2）根本的，不是刻板的技能。根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是，当计算机像人类一样思考之后，思维可就真的变成机械的了。（3）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，但绝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。计算机赋予人类强大的计算能力，人类应该好好地用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。（4）数学和工程思维的互补与融合。计算机科学在本质上源自数学思维，因为像所有的科学一样，其形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统，基本计算设备的限制迫使计算机科学家必须计算性地思考，不能只是数学性地思考。构建虚拟世界的自由使我们能够设计超越物理世界的各种系统。（5）是思想，不是人造物。不只是我们生产的软件硬件等人造物将以物理形式到处呈现并时时刻刻触及我们的生活，更重要的是计算概念，这种概念被人们用于求解问题、管理日常生活、与他人交流和互动。（6）面向所有的人，所有地方。当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再表现为一种显式之哲学的时候，它就将成为一种现实。就教学而言，计算思维作为一个问题解决的有效工具，应当在所有地方、所有学校的课堂教学中得到应用。
计算思维与计算机学科的方法论
正如本文第二部分所述，计算思维与计算机学科的方法论研究有很大的相似性，国内很多学者都在同时研究。计算思维和计算机学科方法论都是试图通过可计算性原理、形理算一体原理和机算设计原理，从思维和方法的高度来进行抽象，以寻求具有一定普适意义的学科价值。
所谓可计算性原理亦即计算的可行性原理。1936年，英国科学家图灵提出了计算思维领域的计算可行性问题：即怎样判断一类数学问题是否是机械可解的，或者说一些函数是否可计算。所谓形理算一体原理，是针对具体问题应用相关理论进行计算发现规律的原理。在计算思维领域，就是从物理图像和物理模型出发，寻找相应的数学工具与计算方法进行问题求解。所谓机算设计原理，就是利用物理器件和运行规则（算法）相结合完成某个任务的原理。在计算思维领域，最显著的成果就是电子计算机的创造（计算机的设计原理），比如，电子计算机构成就是五个外部设备（计算器、运算器、存储器、输入设备、输出设备）以及运用二进制和存储程序的概念来达到解决问题的目的。
尽管计算思维的学科体系尚未成熟，但在教学和培训中的应用和推广已逐步开展。一些从事计算机教育的学者在教学过程中推进计算思维能力的培养，标志性的事情包括2008年美国国家计算机科学技术教师协会（CSTA）在网上了得到美国微软公司支持的《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》（Computational Thinking: A problem solving tool for every classroom）报告。2008年，ACM在网上公布了对CS2001（美国关于大学计算机科学的教学大纲）进行中期审查的报告（CS2001 Interim Review），开始将美国卡内基·梅隆大学计算机科学系教授周以真倡导的“计算机思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算机思维的本质。美国计算机科学技术教师协会认为，计算思维应当是所有学校所有课堂教学都应当采用的一个工具。采用这个工具，教师自然会问以下几个问题：（1）人所固有的能力与局限性？计算机的计算能力与局限性？（2）问题到底有多复杂？即问题解决的时间复杂性、空间复杂性？（3）问题解决的判定条件是什么？（4）什么样的技术（各种建模技术）能被应用于当前的问题求解或讨论之中？（5）什么样的计算策略更有利于当前问题的解决？
计算机科学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具，也是计算学科认知领域的理论体系。计算机科学与技术方法论也进一步推进了大学计算思维的培养。在大学计算机学科教学中，引入计算思维关注点分离的方法解决软件工程课程中的问题求解、算法设计、软件设计等设计方法以及软件开发过程、软件项目管理和软件开发方法学等诸多方面的问题，因为作为最重要的计算思维原则之一，关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则。离散数学课堂教学中可以引导学生利用计算思维去解决离散数学中的模型与数理逻辑、递归与等价关系数目的求解、模块化与群、等价关系证明等问题。
目前，尽管计算思维已在大学教学中逐步应用，但是，计算思维本身还未成为独立的学科体系，并且在教学中的应用都是少数专家学者在进行小规模探索性的实验性教学，在培养过程中没有系统性的应用计算思维的系列方法，因此效果并不明显。
计算思维对信息技术课程的影响
尽管有关计算思维的研究目前主要在高校，在国内，也仅在为数不多的高校计算机系或计算机学院开展教学实践探索。由于计算机学科和信息技术学科有着天然的紧密联系，计算思维也会对中小学信息技术课程产生影响。
1.计算思维是每个人的基本技能
计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading, wRiting, and aRithmetic——3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。当大学计算机专业教学在尝试用计算思维开展计算机专业课程教学的时候，教授们已提出应当为大学新生开一门称为“怎么像计算机科学家一样思维”的课程，面向所有专业，而不仅仅是计算机科学专业的学生。我们应当使入大学之前的学生接触计算的方法和模型。我们应当设法激发公众对计算机领域科学探索的兴趣，传播计算机科学的快乐、崇高和力量，致力于使计算思维成为常识。从目前中小学的课程设置来看，通过信息技术课程让学生接触计算思维是最有效的途径。2000年以来，我们已经习惯于将提升学生信息素养作为信息技术课程目标，随着计算思维的引入，需要我们去探索信息素养与计算思维的关系。
2.计算思维促进信息技术学科思维的研究
目前的信息技术课程普遍存在着“只见技术不见人”和“什么实用教什么”的现象。前者反映我国课程实现中存在着过度的技术化取向问题，后者反映了功利主义的课程价值认识。其实，这两种现象所反映的本质都是相同的，即以简单技术掌握为第一要义，虽然强调了用信息技术解决实际问题，但也仅是解决如何操作软件以达到学以致用，缺乏从学生人生发展的高度看待信息技术课程所应有的价值。
笔者曾从信息技术课程中有关算法与程序设计的学习价值的角度提出算法思维是一种解决问题的过程性思维方式：算法思维就是能清楚说明问题解决的方法，能够将一个复杂的问题转化成若干子问题并将其进一步简化，以达到解决问题的目的，这也是科学和设计领域的一项重要技能；算法思维就是能清楚地理解问题解决的规则，能够认识到问题的起点、边界和限定范围，按部就班地完成任务或解决问题；算法思维就是能清楚地分析问题解决方法的优劣，能够设计与构造操作步骤更少、更经济的算法。
算法思维的提出在一定程度上解决“算法与程序设计”的学习价值不是仅对口程序员的培养，就像数学的学习不仅是培养会计一样。通过算法和程序设计的学习，学生可以体验解决问题的过程，规范的设计与工艺要求，以及人与计算机共存的思维特征。但是，算法思维是以算法为出发点，相比以计算理论出发的计算思维，有更多的局限性。因此，计算思维有利于推进信息技术课程在学科思维方面的研究，有利于学生通过信息技术课程获得终身有用的知识与能力，而不是面临过时的计算机操作步骤。
3.计算思维引发有关信息技术与计算机学科的关系思考
计算机界长期以来一直认为程序设计语言是进入计算学科领域的优秀工具，也是获得计算机重要特征的有力工具。早期中小学开展BASIC语言学习，其本意也是以认识计算机特征为目的。其存在的明显问题是缺乏学科思维，过多地关注具体语言的细节。而以应用软件为学习对象的计算机课程，虽然强调了应用，但仍然关注软件操作细节的学习，使得课程学习内容与社会上的软件培训班相差无几。随着计算机软件的丰富与普及，以及计算机操作的人性化，重视工具操作、缺乏思维和方法的计算机课程面临改革是必然的。
信息技术课程不仅在课程目标上实现了从掌握计算机知识和技能到信息素养的转变，课程形态、教学内容、教学模式、评价方式、教材等方面都有了较大的发展与改进。但是，目前的信息技术课程在处理学习内容中，“人如何处理信息”、“人如何用工具处理信息”以及“工具如何处理信息（人如何制造信息处理工具）”三者关系时把握不清，特别是对于有关计算机原理与操作的学习内容，存在既想回避又无法回避的现状，要回避是因为要避免学科教学走回原计算机课老路，但计算机作为现代信息技术的典型代表在教学中又无法回避。
信息技术和计算机都能对数据进行加工，这种加工有自动化属性。两者都反映了一个根本的问题：什么能被有效地自动进行。这也是计算思维经抽象以后反映的根本问题。计算思维将促进信息技术课程中信息技术与计算机技术的关系问题，即计算机在信息技术课程中的地位问题。
结束语
对于计算思维来讲，要成为一门学科，还有很长的路要走。目前，计算思维还不是知识形态的学科，因为其本身的概念、原理、特征、培养方法论以及创新方法论等方面的知识体系并未形成，也不是大多数学校或研究所教学内容的基本单位。这方面的学者、知识信息及学术资料所组成的实体化组织虽然正在形成，但远远未达到成熟。另外，各国的教育行政主管部门还没有完全认识到计算思维的重要性。因此，计算思维学科体系的建立任重而道远。
思维科学范文第3篇
关键词 计算思维；信息技术课程；计算机；计算教育
中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：1671-489X(2012)27-0056-02
An Approach to Effects of Computational Thinking on Information Technology Curriculum in Primary and Secondary School//Wang Rongliang
Abstract This paper explains the concept of computational thinking, and points out the importance of computational thinking on computer education. The relationship between computational thinking and information technology is discussed. Information technology curriculum will be improved under the influence of computational thinking.
Key words computational thinking; information technology curriculum; computer; computational education
Author’s address Institute of IT Education in Primary and Secondary School, East China Normal University, Shanghai, China 200062
1 计算思维辨析
2006年3月，曾任美国卡内基·梅隆大学（CMU）计算机科学系主任，现任美国基金会（MSP）计算机和信息科学与工程部（CISE）主任的周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威杂志ACM会刊Communications of the ACM杂志上，首次提出计算思维（Computational Thinking）：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[1]。
计算思维这一观念一经提出，立即得到美国教育界的广泛支持，并引起欧洲的极大关注。2007年9月19日，欧洲科学界、工业界领导者在布鲁塞尔皇家科学院召开了名为“思维科学——欧洲的下一个政策挑战”的会议[2]。2008年10月31日，我国高等学校计算机教育研究会在桂林召开关于“计算思维与计算机导论”专题学术研讨会，来自全国80多所高校，包括70多位计算机学院院长、主管教学副院长在内的近百名专家出席会议，根据“计算思维”领域的研究以及它在科技创新与教育教学中的重要作用，探讨科学思维与科学方法在计算机学科教学中的作用以及在教学过程中如何以课程为载体讲授面向学科的思维方法，以共同促进国家科学与教育事业的进步[3]。
根据周以真教授的观点，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述成一个人们知道怎样解决的问题。计算思维是一种递归思维，它把代码译成数据，又把数据译成代码；计算思维采用抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统；计算思维是按照预防、保护以及通过冗余、容错、纠错的方式从最坏情况恢复的一种思维；计算思维利用启发式推理来寻求解答，即在不确定情况下的规划、学习和调试；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。
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”；对自己租房还是买房作出决策，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；此外还有“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。
2 信息技术与计算思维的关系
信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接收、变换、识别、控制等应用技术的总称，是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息处理功能的技术。作为现代信息技术，包括通信技术、计算机技术、多媒体技术、自动控制技术和遥感技术等。当今社会，人们已经离不开信息技术。
从表现形式来看，信息技术可以应用在机械、激光、电子、生物等多个方面。现代信息技术的核心技术是计算机技术，特别是随着普适计算的发展和网络计算的普及，从本质而言，信息的自动处理越来越依赖于以CPU为核心的计算机，只是计算机的物理表现形态已不是传统意义的计算机机箱。
思维科学范文第4篇
【关键词】思维能力；物理教学；抽象思维；创新思维
近年来，关于培养学生思维能力方面的著述颇多，在物理教学方面对思维能力的培养引起了普遍的重视，尤其是新课程标准中明确指出：“要培养学生搜集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力。”教师在物理教学中，对学生进行思维能力的培养尤为重要。可以毫不夸张地说，物理教育是青年学生科学素质教育的摇篮。物理教学中，科学思维能力的培养是科学素质教育中科学思维能力培养的主渠道之一，无论是物理概念的建立或物理定律的发现，还是基础理论的创立和突破都离不开科学思维能力。
1．对抽象思维能力的培养
在物理教学中，对抽象思维的培养主要是通过在形成物理概念和建立物理规律的教学过程中完成的。
物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科。高中物理实际上还是和初中物理一样在研究力、热、电、光、原子和原子核等物理现象，而物理概念是这些现象中某一类的共同本质属性的反映，物理规律是运用物理概念进行判断、推理得到的。因此，重视物理概念的形成和物理规律的建立过程，从而使学生的抽象思维能力得到培养，关键是抓住物理概念和物理规律的“引入”和“推导”。引入不当、推导呆板、僵化，就可能变为老师武断地把学生往前“拖”，“拖不动就可能抱着学生或背着学生“走”，从而使学生变为死记结论。所以“引入”和“推导”不是看老师说了多少，而是看是否说到点子上，切中要害。如果老师进行了科学合理的设计、引入和推导，则“话不多”而学生更能理解和掌握。
“引入”的方法有：实验引入法(实验要求明显、新奇、巧妙)、类比引入法(类比要恰当、生动形象)、现象引入法(现象要典型、充分，这种方法也叫举例引入法)、问题引入法(也叫提问法，提问要富有启发性)和逻辑推理引入法。这些方法的共同点都是从生动直观到抽象概括，经过分析、综合、抽象、概括等思维活动实现由感性认识到理性认识的飞跃和升华。
2．对创造性思维能力的培养
应用逆向思维培养高中生的创造性思维能力。人们的思维活动，按照思维程序的不同，可分为两种：按事物发展的过程先后，从起因分析推断事物发展的结果，称为正向思路；按相反的程序称为逆向思维，即从事物发展的结果追溯起因。牛留信老师根据自己的教学体会总结出了从五个方面进行逆向思维：研究对象的逆向思维；条件的逆向思维;思维程序的逆向思维;因果关系的逆向思维；光路可逆的逆向思维。笔者认为，这确实符合物理教学的实际，其实逆向思维在物理教学中处处时时都可进行，并结合正向思维开展，效果会更好。下面，我们以《曲线运动》一节的教学案例来说明：
2．1 引入新课时的问.
师(引入):前面第二章我们学习了直线运动的规律，如果运动物体不是沿直线运动的话，那将做什么运动?
生(回答)：作曲线运动。
师:肯定吗?是不是一定得作曲线运动呢?
学生(犹豫)：有回答坚持说一定做曲线运动，还有的说是静止。
师：请注意我们指的是“运动物体”。
在学生终于搞清后，我让一个同学上黑板来根据物体运动的轨迹给机械运动分类，即机械运动分为直线运动和曲线运动。
2．2 对课堂教学中得到(归纳总结)的结论进行反问.
例如，当得出“一切曲线运动都是变速运动”后反问：“一切变速运动都是曲线运动吗?”
2．3 在巩固应用知识时不断地从不同的角度进行发问和反问.
可见，通过课堂上这种反问式的逆向思维陪养，不但上课效果明显了，学生们也在不知不觉中得到了思维能力的培养。
采用开放题和开放式教学提高学生的创造性思维能力。改革传统教学，其中改变唯一解题方法的传统题(或封闭题)，但适当地采用和引入一些更具发散思维的开放题，有利于培养学生的创新精神和创造性思维能力。理由是：①按照“马登理论”，学习的本质就是鉴别，又由于鉴别依赖于对差异的认识，因此，从这样的角度去分析，促进学生学习的一个重要手段，就是在教学中我们应当尽可能地扩展变异维数(或者说，学生的学习空间)；进而，又由于开放题不仅具有多种可能的(正确)解答，也具有多种可能的解题方法，因此开放题在物理教学中的应用事实上就有效地拓展了学习空间。②另外，由于常规的物理教学主要集中于收敛思维，因此，这就凸显出开放教学的一个明显的优点，即特别有利于学生发散型思维的培养。叫任何好的题目，如果没有适合形式的教学去保证，这种培养学生创造思维的可能性就不会自动转化为现实性。
例如，一质量m的小物体(可看作质点)以vo的初速度从斜面底端沿倾角为e的斜面冲上去，当它静止时离斜面底端的距离为多少?已知物体m与水平面及足够长的固定斜面间的动摩擦因素为p，且近似认为m可能受到的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。
可见，教师要进行思维教学，必须本身是问题解决(当然包括解物理习题)方面的高手，并且能够根据各种资料上的习题或网上的习题，结合生产、技术和生活等方面的物理情景编制出一些高质量的题来。
3．批判性思维能力的培养
我国著名地质学家李四光说过：“不怀疑不能见真理。”对于名家千锤百炼编写的教材要鼓励学生敢于提出自己的意见、建议和批评，形成批判性思维的习惯。要不迷信书本和权威的结论，不轻易就相信。学生作业中有错误，老师批改后找出来归类，然后让学生相互评定，找出错误原因。也可尝试学生互批作业，然后让学生报告发现的错误之处。这样就能逐渐培养学生的批判性思维能力。请看下面的例子：
一个物体，质量是2kg，受到互成1200 角的两个力fi和f2的作用，这两个力的大小都是10n，这个物体产生的加速度是多大?
分析：此题其实只要一提醒，学生很快就清楚它的“缺陷”了，可提问:“该物体受几个力呢?”学生自然会提到重力，再问：“f1与f2的方向是竖直方向、斜向上或下还是水平方向呢?”最后问：“按这样一分析本题能求出其合力吗?”然后，介绍教材编审者的意图，指出其编题粗糙。这样的习题如果想当然地按教材去解，势必束缚学生的思维。
思维科学范文第5篇
【关键词】激发提高求知欲望思维品质
要提高数学课堂教学效果，除教学语言等方面要具有较高的造诣外，最重要的是要激发学生的求知欲望，使枯燥的数学教学活动生动有趣，达到启发思维活动的目的，从而提高学生的数学思维品质。那么，在实践中如何激发学生求知欲望呢？
一、把探索的主动权还给学生
要激发学生的求知欲望，首先就要促使每个学生积极参与知识形成过程的探索，大胆摒弃过去那种教师牵着学生鼻子走的教学方法，有意识地让学生主动探索。给出一个题目，把解答过程全盘搬给学生，大部分都会明白。但这种被动接受的结果必然限制了学生的思维空间，形成思维定势，而且也容易遗忘。我们必须给学生想象的空间，发挥其创造性思维能力，鼓励学生大胆猜想，大胆实践。讲新内容，要启发引导学生去寻找结论，而不要把结论塞给他。如在讲"正弦函数的周期性"时，如果直接把公式T=2πw告诉学生，当然很简单，但他们却领略不到探索过程的艰辛与喜悦。在《正弦函数的周期》教学设计中：先引入周期函数定义后，设计一组题目由学生完成，必要时可提示他们利用周期函数定义解决：
（1） 证明：y=sinx是周期函数；
（2） T=π2是y=sinx的周期吗？并证明；
（3） 证明y=sinx的最小正周期是2π；
（4） 求y=5sinx的周期；
（5） 求y=sin2x的周期；
（6） 求y=5sin（x-π4）的周期；
（7） 求y=5sin（2x-π4）的周期。
通过以上的证明和运算，猜想y=Asin（wx+φ）（其中A，w，φ为常数，且A≠0，w>0，φ∈R）是否是周期函数？周期与哪些参数有关？最后证明总结得出结论。通过以上步骤，学生就会对正弦函数的周期有个较为深入的认识。
二、培养学生的审美观
在数学中渗透美育是新课程培养目标的需要。数学是一门艺术，数学美是一种理性的美、抽象美。它不仅给人以极大的精神享受，而且对数学美的热切信念，也给数学的发现与发展带来积极影响。让学生通过发现、认识、体验和运用显现的数学美的形式，直觉地感受到数学美震憾人心的力量，形成强烈的认知趋向和身心满足，从而使学生为追求实现数学美而自觉去钻研探索数学的奥秘。因此，在数学教学中渗透审美教育，提高学生对数学美的欣赏能力，有利于激发学生在学习数学的兴趣，还能充分发挥学生在数学的创造性潜能。
勾股定理c2=a2+b2这一简单而整齐的形式，表达了一切直角三角形边长之间的关系，其简洁性与概括性也给人以简单美的享受。
二项展开式的系数、圆、椭圆、双曲线的标准方程，正多边形、正多面体、旋转体、圆锥曲线的图像等，都给人以完善、对称的明显美感。
"黄金分割"除了自身直觉美感外，由于它的许多美妙性质还有一种奇异美，使其不仅与其它的数有密切关系，在社会、生活、艺术等方面也有广泛的应用。
数学教学中，还有许多潜在的美的因素，要留心观察，充分发掘，合理运用。如高中旧教材《代数》下册第9页中有一道例题：
已知，x，y∈R+，x+y=S，xy=P
（1） 若P是定值，则当且仅当x=y时S最小；
（2） 若S是定值，则当且仅当x=y时P最大。
虽然（1）（2）含义不同，但形式相似，结构对称，两者之间存在"对偶美"。
如此等等丰富多彩，"冷而严肃"的数学美，哪能不使我们感到要学好数学的冲动！
三、指导学生学会欣赏解题过程
解题就是实践，在实践的过程中，充满曲折、惊险和喜悦。当我们高兴地完成一个正确、完整、合理、科学的解题过程时，总有一种轻松愉悦的感觉，然后再回过头来品味一下这过程中的酸甜苦辣，从中小结方法、积累经验，不断提高解题的思维素质。
分析：要想直接求出每项的值，直觉告诉我们，这是不可能的。但由结论中各式自变量的特征：
启发我们联想、探索函数f（x）=4x4x+2的结构特点可知：
这个题目开始看起来会无从下手，到处碰壁，但在认清此函数的结构特点后，解起来就如行云流水，一泻千里，给人一种赏心悦目的感觉，特别是它的这种结构，更给人一种对称和谐的美感享受。
四、拓宽学生数学视野，提高思维品质
学生的数学视野反映学生认识数学问题的深浅度。平时教师在传授给学生基础知识和基本技能的同时，必须指导给学生掌握一些常用的数学思想和思维方法，以及归纳推理、猜想和解决实际问题的能力。
1.一题多解的训练，培养学生发散思维能力。
发散思维的特点是求异、求奇、创新。俗语："1乘以100大于100乘以1"，这是指一道题目用100种方法去做比100道题目用同一种方法做效果更好。对某一数学问题，教师若能积极引导学生从不同角度入手，以不同的思路和途径去寻求解答，不拘一格，打破常规，广开思路，寻求变异，则不仅能使学生掌握解题方法和技能，而且可养成观察、分析、探索、猜想等良好的学习习惯，对培养和锻炼学生的思维能力是很有益的。因此，一题多解的训练能使学生更好地掌握多种解题方法，达到异曲同工之妙。
例2.已知一条曲线是与两个点O（0，0）、A（3，0）距离的比为12的点的轨迹，求这条曲线的方程（《解析几何》第68页例2）。
方法1：用"五步法"求轨迹方程，这是比较常用的一般方法。
方法2：参数法，如右图：设|OM|=12|MA|=r，则M分别在以O、A为圆心的圆上运动，则x2+y2=r2，∧①
（x-3）2+y2=（2r）2，∧②
由①②消去r参数，得（x+1）2+y2=4。
此外，还可以用几何法，通过作∠OMA和其补角的角平分线，运用内、外角平分线定理，找出点M的轨迹是以点（1，0）和（-3，0）为直径端点的圆，即可得方程。
通过多种方法从不同角度考察同一个数学问题，增长了学生的见识，锻炼了学生思维的灵活性。
2.加强对结论的归纳推理，培养学生对数学统一性的认识。
归纳推理是对问题的总结提高，必须教会学生归纳推理的方法，例如：
四种圆锥曲线从某些侧面揭示了客观世界的和谐统一，它们都是平面与圆锥的截线，它们都具有rd=e的几何共性，它们都具有相似的光学性质，它们都具有统一的方程，它们都可以是天体运动的轨迹等。
柱体、锥体和台体虽然是不同的几何体，具有不同的个性，但它们都可以互相转化，体积都可以用公式V=13h（S+SS'+S'）表示。
六种三角函数各具特点，但又相互联系，它们都可以用半角的正切表示，称为万能公式。
如此等等都说明，数学是一个统一体，只要我们善于归纳推理，总能找到它们联系的纽带。
3.加强对数学知识的应用，培养学生理论联系实际的能力。
解决实际问题是学习数学的最终目的，只有能解决生活中遇到的问题，我们才会真正意识到数学的无穷魅力，这些问题实际上都可以运用数学知识来解决，这就是数学应用问题。解答这类问题，一般是从给定的材料中抽象出数量关系，构建数学模型，然后用相关数学知识求解。
例3.某县位于沙漠边缘地带，到2000年底全县的绿化率已达30%，从2001年开始，每年将出现这样的局面：原有的沙漠面积的16%被栽上树改造为绿洲，而同时原有绿洲面积的4%又被侵蚀变为沙漠。
（1） 设全县面积为1，2000年的绿洲面积为a1=310，经过1年（指2001年），绿洲面积为a2，经过n年，绿洲面积为an+1，求证：an+1=45an+425。
（2） 问至少经过多少年的努力，才能使全县的绿洲面积超过60%（年取整数）。
分析：由已知a1=310，此时沙漠面积为1-a1，可得经过一年绿洲面积为a2=a1+（1-a1）·16%-a1·4%，即a2=45a1+425，…，依此类推易得经过n年的绿洲面积为an+1=45an+425。
又结合（1）利用待定系数法，设an+1+k=45（an+k），对比上式可得k=-45，故原式可化为an+1-45=45（an-45），即数列{an-45}为首项为a1-45=310-45=-12，公比为q=45的等比数列，所以，an+1-45=-12·（45）n，即an+1=-12·（45）n+45，按要求an+1>60%，即-12·（45）n+45>35，所以得（45）n
数学不是公式、定理的堆积，数学来源于现实，将现实问题抽象、转化为数学知识，是必备的能力。所以，我们必须通过理论与实践的结合，培养学生应用数学的能力和良好的思维品质，从而使学生对数学知识的认识有一个质的飞跃。
参考文献
[1]钟善基主编，中国著名特级教师教学思想录（中学数学卷），江苏教育出版社，1996.8.
[2]钱学森主编，关于思维科学，上海人民出版社，1986.
