计算思维——它的概念与挑战
Computation thinking will be fundamental skill used by everyone in the world by the middle of 21st century
——J. M. Wing
计算思维将是21世纪中叶全球每一个人都使用的基本技巧。
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？
计算思维就是像计算机科学家那样去思维。
Ways to think like a computer scientist
计算机科学家是怎么思维的？会不会有化学思维，生物思维，地质思维等？
计算思维是抽象和自动化，计算思维是…….
这些回答了计算思维是什么，但什么是计算思维？计算思维是随着计算机出现才出现的，还是早已存在于人类思维模式之中？
与我们经常用的物理学的思维方式，数学的思维方式有什么区别，有什么联系？
计算思维
——它的概念与挑战2011年11月6日杭州
合肥工业大学李廉
1.计算思维是人类科学思维活动固有的组成部分
2.计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
3.计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
4.计算思维对于当前研究和教学的挑战
1.计算思维是人类科学思维固有的组成部分
2.计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
3.计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
4.计算思维对于当前研究和教学的挑战
1.计算思维是人类科学思维固有的组成部分
1. 思维活动的载体是语言和文字，不通过语言和文字表达出来的思维是无意义的。
2. 思维的表达方式必须遵循一定的格式，这就是语法和语义问题。符合语法和语义规则的表达才能被其他人所理解。
3. 同时为了使别人相信自己的思维结论，又必须研究表达的方式和获得结论的理由，以使别人不去重复思维的过程而相信你的结论。这就导致思维逻辑和表达格式的研究。
1. 计算思维是人类科学思维固有的组成部分
以观察、归纳和验证为特征的实证思维，
以推理和演绎为特征的逻辑思维，
以可行和构造为特征的构造思维（计算思维）。
联想，类比，猜测也是科学活动中广泛应用的思维形式，属于另外一类的思维范畴。因为思维需要被表达出来，以被别人承认思维结果，这三种思维方式不具备这些要素。科学思维与科学活动中使用的思维是两回事。可检验性，可证伪性。
1. 计算思维是人类科学思维固有的组成部分
联想，类比，猜测也是科学活动中广泛应用的思维形式，属于另外一类的思维范畴。因为思维需要被表达出来，以被别人承认思维结果，这三种思维方式不具备这些要素。科学思维与科学活动中使用的思维是两回事。可检验性，可证伪性。
你们信不信？反正我信。
——温州动车组事故新闻发布会
1. 计算思维是人类科学思维固有的组成部分
基于物理学的实证思维，思维结论要符合三点，第一是可以解释以往的实验现象，第二是逻辑上自洽，既不能自相矛盾，第三是能够预见新的现象。即思维结论必须经得起实验的验证。
基于推理的逻辑思维，思维结论要符合一些原则，有作为推理基础的公理集合，有一个可靠和协调的推演系统（推演规则），结论要从公理集合出发，经过推演系统的合法推理达到。由于公理集合和推演系统的正确性是假设的，所以其结论相对于公理集合和推演系统是正确的。
1.计算思维是人类科学思维固有的组成部分
计算思维是表达构造和操作，因为是对于人的集体的行为，需要一个群体的共同理解，因此要具有以下的特征，有限性（可表述性），确定性（无歧义性），机械性（不因人而异）。
人类思维的这三个方面或者三个特征是明显的和各有特点的，这三个方面互相不能代替和包含，而且也覆盖了科学思维的全部内容。其他的更细的划分是可能的，但是这三个方面是最基本的。
1.计算思维是人类科学思维固有的组成部分
2.计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
3.计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
4.计算思维对于当前研究和教学的挑战
2. 计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
尽管思维可以概括为三个方面，但是对于这三个方面的认识和提出却经历了很长的时间。
关于逻辑思维的基础，开拓者是苏格拉底，柏拉图，亚里士多德，加上莱布尼茨，希尔伯特等，基本构建了现代逻辑学的体系。
他们的研究把人类逻辑思维进行了清晰化的表述和科学的表达。
2. 计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
关于实证思维，开拓者是伽利略和牛顿，开普勒。开普勒是现代科学中，第一个有意识的把对于自然观察归纳成规律，并把这种规律（用数学的形式）表示出来。
伽利略建立了现代实证主义的科学体系，强调通过观察和实验（实验是把自然现象单纯化，以保证可以仔细研究其中的一个局部）获取自然规律的法则。
牛顿把观察，归纳和推理完美的结合起来，形成了现代科学大厦的整体架构。
2. 计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
对于人类思维的第三个部分，即以能行性，构造性为特征的思维方式，即我们现在称为计算思维（构造思维）这个概念的明确和建立却经历了较长的时期。
尽管从人类思维产生的时候，结构，构造，可行这些意识就已经存在于思维之中，而且是人类经常使用和熟悉的内容，但是作为概念的提出可能是在莱布尼茨，希尔伯特等之后。
莱布尼茨提出了机械计算的概念，而希尔伯特更是建立了机械化推理的基础。这些工作把原来思维中属于构造的部分明晰地表达出来。
2 . 计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
计算思维的标志是，抽象化和自动化。形式化，程序化，机械化是其特点。因此计算思维的结论应该是构造性的，可操作的或者能行的。计算思维有别于实证思维和逻辑思维的特点，大约到了20世纪，计算思维作为一种科学概念提出。关于思维的三个方面才真正形成了相互支撑的科学体系，关于科学研究也明确提出了理论，实验和计算三大手段。
1.计算思维是人类科学思维固有的组成部分
2.计算思维的认识在现代科学的形成过程中逐步提升
3.计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
4.计算思维对于当前研究和教学的挑战
3. 计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
尽管计算思维在人类思维的早期就已经萌芽，并且一直是人类思维的重要组成部分。但是对于计算思维的研究却是进展缓慢，
在很长一段时间里，计算思维的研究是作为数学思维的一部分进行的。这里主要的原因是计算思维考虑的可构造性和可实现性，而相应的手段和工具的进展一直是缓慢的。
尽管人们提出了很多对于各种自然现象的模拟和重现方法，设计了复杂系统的构造，但都因缺乏相应的实现手段而束之高阁。由此对于计算思维本身的研究也就缺乏动力和目标。
3. 计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
计算机出现以后带来了根本的改变。由于计算机对于信息和符号的快速处理能力，使得许多原本只是理论可以实现的过程变成了实际可以实现的过程，海量数据的处理，复杂系统的模拟，大型工程的组织，借助计算机实现了从想法到产品整个过程的自动化、精确化和可控化，大大拓展了人类认知世界和解决问题的能力和范围。
机器替代人类的部分智力活动催发了对于智力活动机械化的研究热潮，凸显了计算思维的重要性，推进了对于计算思维的形式，内容和表述的深入探索。在这样的背景下，作为人类思维活动中以构造性，能行性，确定性为特征的计算思维被前所未有的受到重视，并且本身作为研究对象被广泛和仔细的研究。
3. 计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
一些属于计算思维的特点被逐步揭示出来，计算思维与逻辑思维和实证思维的差别越来越清晰化。
例如在对于指令和数据的研究中，层次性，迭代表述，循环表述，以及各种组织结构（树结构，图结构等）被明确提出来，
理论可实现和实际可实现的概念也被仔细的区别开来。
计算思维的概念，结构，格式等变得越来越明确，而且也丰富了计算思维的内容。
计算机的出现丰富了人类改造世界的手段，同时也强化了原本存在于人类思维中的计算思维的意义和作用。从思维的角度，计算机科学主要研究计算思维的概念，方法和内容，并发展成为解决问题的一种思维模式，这极大的推动了计算思维的发展。
3. 计算机的出现强化了计算思维的意义和作用
简单的概括：
思维总是以产生一个断言（a s s e r t）或结论（v e r d i c t）为目标的。
用归纳的方式（不是数学归纳），实证思维
用推理的方式，逻辑思维
用构造的方式，计算思维
（思维的全部三种形式？）