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思維科學范文第1篇

從人類思維系統的層次結構上來看，思維可以分為個人思維和社會思維兩個層次。所謂個人思維，是指人作為個體主體在個人特殊的社會實踐基礎上對客觀現實的反映，它與個人特定的社會環境、社會經歷、社會地位和智力素質有著密切聯系。如同世界上沒有絕對相同的兩片樹葉一樣，在任何社會中，人們的思維也不可能完全相同，總會在形式和內容上帶有個人的特異性。人類的思維活動，是以個體之間在思維方面的相互交流、相互補充、相互促進為前提的。正是因為如此，人的思維活動離不開思維交流和信息交換（包括個人與個人、個人與群體或群體與群體）。個人思維不能脫離社會思維。

何謂社會思維？馬克思指出：“個人是社會的存在物。”“甚至當我從事科學之類的活動，亦即當我從事那種只是在很少的情況下才能直接同別人共同進行的活動的時候，我也是在從事社會的活動，因為我是作為人而活動的。不僅我進行活動所需的材料，——甚至思想家借以進行活動的語言本身——是作為社會的產物給予我的，而且我自身的存在也是社會的活動。”人的思維歸根結底是社會思維，只不過以無數個人思維而存在。社會思維同社會心理、社會意識既有聯系又有區別，它主要是講人的思維活動的具體性。所謂社會思維，是指人作為集體主體對客觀現實的反映，它是在人類社會實踐和社會關系基礎上，無數個人思維之間及其與集體思維之間交互作用、多元復合的觀念體系。人的思維不可能完全是一個人的，它必然要受人的集體和集體中思維交流的影響，必然要接受前人或他人的間接經驗和思維成果。也可以說，社會思維是人作為社會群體主體的整體思維。但它又不是社會全體成員或各種社會群體的思維的簡單相加。社會思維主要是指人的思維的集體形式，當然也要聯系到思維內容。從社會思維的結構層次上看，可以分為情意思維和認知思維兩個基本層次。而從社會思維的主體范圍上看，可以分為個人思維、群體思維和人類思維三個不同層次。

社會思維的本質是集體思維。恩格斯指出：“什么是人的思維，它是個人的思維嗎？不是。但是，它僅僅作為無數億過去、現在和未來的人的個人思維而存在。”人類思維的本質特征是在個人思維基礎上形成的社會思維。因為“人們的觀念和思想是關于自身的意識，關于一般人的意識，關于人們生活于其中的整個社會的意識”。每個正常的人，都能借助社會語言系統來概括感覺、提煉思想和交流感情。正是在思維交流中，個人思維為他人了解和接受，成為社會思維。錢學森教授從系統論的角度，對人的思維進行了全面、深刻的研究，提出了社會思維這一概念。他說：“人的思維是不是集體的？答案是肯定的。因為我們要認識客觀世界，不單靠實踐，而且還要利用過去人類創造出來的精神財富。什么知識都不用，那就回到了一百多萬年以前我們祖先那里去了。所以，人的思維質量的好壞，一是靠社會實踐，二是靠知識。知識是人類社會實踐的一個非常重要的補充。所以，人的思維是集體的。”社會思維學就是要研究人以一個集體來思維的規律。

第一，從思維的屬性看，人類思維一開始就是社會的產物，而且只要人們還存在著，它就仍然是這種產物。社會性是思維的本質屬性。社會環境對人的思維能力的發展所起的重要作用，已被許多事例所證實。思維只有在人類社會環境中才能產生和發展，“五官感覺形成是以往全部世界歷史的產物”。

第二，從思維進化的歷史看，人類的思維一開始就是集體的。早在兩千多年前，戰國時代的荀子就指出，人和牛馬不同的地方，就在于“人能群，彼不能群也”。人類原始思維是以集體思維為基本特征的，人類思維發展經歷了從集體思維到個人思維，再到集體思維的螺旋式發展過程。

第三，從思維主體范疇的角度看，社會思維作為一個系統，包括個體思維、群體思維和人類思維三個層次。要充分發掘和開發人類思維的潛力，關鍵不在于探求什么個體思維自控訓練的技法，而是應該把重點放在研究人作為集體來思維的規律上，即加強對社會思維學的研究，提高集體思維質量。這恐怕正是錢學森教授提出建立社會思維學的深遠意義所在。

第四，從思維的內容看，人類思維的發展，一靠實踐，二靠知識。人的活動是思維產生和發展的基礎。社會實踐是人類最基本的活動，一切人類活動都以實踐為紐帶，并受實踐活動制約。知識作為人類對客觀世界認識的結晶，是社會實踐的一個非常重要的補充，對人們的思維發展，有著十分重要的作用。“才以學為本”，一個人智力水平的高低，思維質量的優劣，在很大程度上取決于他占有知識的多少。

思維科學范文第2篇

關鍵詞：計算思維；信息技術課程；計算機

計算思維的提出

思維是人腦對于客觀事物的本質及其內在聯系間接的和概括的反應，是一種認識過程或心理活動。簡單地說，思維是人進行思考、通過人腦的活動解決問題的能力，是人的智力在一個方面的體現。思維方式也是人類認識論研究的重要內容。

2006年3月，時任美國卡內基·梅隆大學(CMU)計算機科學系主任、現任美國基金會(MSP)計算機和信息科學與工程部(CISE)主任的周以真(Jeannette M.Wing)教授，在美國計算機權威刊物《Communications of the ACM》上，首次提出了計算思維（Computational Thinking）的概念：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。”周以真教授從思維的視角闡述計算科學，并以此來探索計算機學習的教育價值。為此，周教授撰寫了針對大學所有新生的“計算思維”講義，并以此作為“怎樣像計算機科學家一樣思維”課程的主要教材。

計算思維這一概念提出后，立即得到美國教育界的廣泛支持，也引起了歐洲的極大關注。目前，計算思維是當前國際計算機界廣為關注的一個重要概念，也是當前計算機教育需要重點研究的課題。在美國，不僅有卡內基·梅隆大學的專題討論，也有包括美國計算機協會（ACM）、美國國家計算機科學技術教師協會（CSTA）、美國數學研究所（AIM）等組織在內的眾多團體的參與；計算思維還直接促成美國國家科學基金會（NSF）重大基金資助計劃CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation）的產生，CDI計劃旨在使用計算思維產生的新思想、新方法，促進美國自然科學和工程技術領域產生革命性的成果。CDI的最終研究成果將使人們的思維模式發生轉變。這種以“計算思維”為核心的轉變，反映在美國國家自然科學與工程，以及社會經濟與技術等各個學科領域。

計算思維不僅影響著美國，也影響著英國的教育，在英國的愛丁堡大學，人們在一連串的研討會上探索與計算思維有關的主題。每次研討會，都有不少專家討論計算思維對不同學科的影響。研討會上所涉及的學科已延伸到哲學、物理、生物、醫學、建筑、教育等各個不同的領域。另外，英國計算機學會（BCS, British Computer Society）也組織了歐洲的專家學者對計算思維進行研討，提出了歐洲的行動綱領。

國內有關計算思維的研究

上世紀80年代，錢學森先生在總結前人的基礎之上，將思維科學作為11大科學技術門類之一，與自然科學、社會科學、數學科學、系統科學、人體科學、行為科學、軍事科學、地理科學、建筑科學、文學藝術并列在一起。自從錢學森提出思維科學以來，各種學科在思維科學的指導下逐漸發展起來，計算學科也不例外。黃崇福教授可能是國內最早闡述計算思維的學者。1992年，黃崇福在其所著的《信息擴散原理與計算思維及其在地震工程中的應用》一書中給出了計算思維的定義：“計算思維就是思維過程或功能的計算模擬方法論，其研究的目的是提供適當的方法，使人們能借助現代和將來的計算機，逐步達到人工智能的較高目標。”

國內關于計算思維的研討大部分都是在與計算機方法論一起研究的。桂林電子科技大學計算機與控制學院董榮勝教授在對計算思維和計算機方法論的研究中指出：計算思維與計算機方法論雖有各自的研究內容與特色，但它們的互補性很強，可以相互促進，計算機方法論可以對計算思維研究方面取得的成果進行再研究和吸收，最終豐富計算機方法論的內容；反之，計算思維能力的培養也可以通過計算機方法論的學習得到更大的提高。兩者之間的關系與現代數學思維和數學方法論之間的關系非常相似。

2009年7月26日，中國工程院院士、中科院計算技術研究所所長李國杰在NOI2009開幕式和NOI25周年紀念會上的講話提到：“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，它選擇合適的方式去陳述一個問題，對一個問題的相關方面建模并用最有效的辦法實現問題求解。有了計算機，我們就能用自己的智慧去解決那些計算時代之前不敢嘗試的問題。”同年11月9日，在《中國信息技術已到轉變發展模式關鍵時刻》一文中，李國杰在展望未來信息技術的發展前景時指出：“20世紀下半葉是以信息技術發明和技術創新為標志的時代，預計21世紀上半葉將興起一場以高性能計算和仿真、網絡科學、智能科學、計算思維為特征的信息科學革命，信息科學的突破可能會使21世紀下半葉出現一場新的信息技術革命。”2009年12月27日，中國計算機學會青年計算機科技論壇哈爾濱分論壇（YOCSE哈爾濱）與哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院青年沙龍共同舉辦了“計算思維”專題論壇的會議。哈工大計算機學院副院長王亞東教授作了題為“計算與計算思維”的報告。報告從科學技術發展的角度出發，講述了計算思維已經和即將對各門學科產生的影響，在計算機專業的各門課程中滲透“計算思維”的設想，并倡議學者們總結計算思維有哪些類別，以及它們和各門學科、日常生活的關系。

2010年7月19日至20日，北京大學等九所知名高校在西安交通大學舉辦了“C9高校聯盟計算機基礎課程研討會”。教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任陳國良院士親臨大會，作了“計算思維能力培養研究”的報告。大會就增強大學生計算思維能力的培養發表了“C9高校聯盟計算機基礎教學發展戰略聯合聲明”。

計算思維的關鍵內容

當我們必須求解一個特定的問題時，首先會問：解決這個問題有多么困難？怎樣才是最佳的解決方法？當我們以計算機解決問題的視角來看待這個問題，我們需要根據計算機科學堅實的理論基礎來準確地回答這些問題。同時，我們還要考慮工具的基本能力，考慮機器的指令系統、資源約束和操作環境等問題。

為了有效地求解一個問題，我們可能要進一步問：一個近似解是否就夠了，是否有更簡便的方法，是否允許誤報和漏報？計算思維就是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道怎樣解決的問題。

計算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理。它可以把代碼譯成數據又把數據譯成代碼。它是由廣義量綱分析進行的類型檢查。例如，對于別名或賦予人與物多個名字的做法，它既知道其益處又了解其害處；對于間接尋址和程序調用的方法，它既知道其威力又了解其代價；它評價一個程序時，不僅僅根據其準確性和效率，還有美學的考量，而對于系統的設計，還考慮簡潔和優雅。計算思維是一種多維分析推廣的類型檢查方法。

計算思維采用了抽象和分解來迎接龐雜的任務或者設計巨大復雜的系統，它是一種基于關注點分離的方法（Separation of Concerns，簡稱SOC方法）。例如，它選擇合適的方式去陳述一個問題，或者選擇合適的方式對一個問題的相關方面建模使其易于處理；它是利用不變量簡明扼要且表述性地刻畫系統的行為；它是我們在不必理解每一個細節的情況下就能夠安全地使用、調整和影響一個大型復雜系統的信息；它就是為預期的未來應用而進行數據的預取和緩存的設計。

計算思維是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，并從最壞情況進行系統恢復的一種思維。例如，對于“死鎖”，計算思維就是學習探討在同步相互會合時如何避免“競爭條件”的情形。

計算思維利用啟發式的推理來尋求解答，它可以在不確定的情況下規劃、學習和調度。例如，它采用各種搜索策略來解決實際問題。計算思維利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力和存儲容量之間進行權衡。例如，它在內存和外存的使用上進行了巧妙的設計；它在數據壓縮與解壓縮過程中平衡時間和空間的開銷。

計算思維與生活密切相關：當你早晨上學時，把當天所需要的東西放進背包，這就是“預置和緩存”；當有人丟失自己的物品，你建議他沿著走過的路線去尋找，這就叫“回推”；在對自己租房還是買房做出決策時，這就是“在線算法”；在超市付費時，決定排哪個隊，這就是“多服務器系統”的性能模型；為什么停電時你的電話還可以使用，這就是“失敗無關性”和“設計冗余性”。由此可見，計算思維與人們的工作與生活密切相關，計算思維應當成為人類不可或缺的一種生存能力。

計算機科學是計算的學問，它研究什么是可計算的，怎樣去計算。計算思維具有以下特性：（1）概念化，不是程序化。計算機科學不是計算機編程。像計算機科學家那樣去思維意味著遠不止能為計算機編程，還要求能夠在抽象的多個層次上思維。（2）根本的，不是刻板的技能。根本技能是每一個人為了在現代社會中發揮職能所必須掌握的。刻板技能意味著機械的重復。具有諷刺意味的是，當計算機像人類一樣思考之后，思維可就真的變成機械的了。（3）是人的，不是計算機的思維方式。計算思維是人類求解問題的一條途徑，但絕非要使人類像計算機那樣地思考。計算機枯燥且沉悶，人類聰穎且富有想象力，是人類賦予計算機激情。配置了計算設備，我們就能用自己的智慧去解決那些在計算時代之前不敢嘗試的問題。計算機賦予人類強大的計算能力，人類應該好好地用這種力量去解決各種需要大量計算的問題。（4）數學和工程思維的互補與融合。計算機科學在本質上源自數學思維，因為像所有的科學一樣，其形式化基礎建筑于數學之上。計算機科學又從本質上源自工程思維，因為我們建造的是能夠與實際世界互動的系統，基本計算設備的限制迫使計算機科學家必須計算性地思考，不能只是數學性地思考。構建虛擬世界的自由使我們能夠設計超越物理世界的各種系統。（5）是思想，不是人造物。不只是我們生產的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現并時時刻刻觸及我們的生活，更重要的是計算概念，這種概念被人們用于求解問題、管理日常生活、與他人交流和互動。（6）面向所有的人，所有地方。當計算思維真正融入人類活動的整體以致不再表現為一種顯式之哲學的時候，它就將成為一種現實。就教學而言，計算思維作為一個問題解決的有效工具，應當在所有地方、所有學校的課堂教學中得到應用。

計算思維與計算機學科的方法論

正如本文第二部分所述，計算思維與計算機學科的方法論研究有很大的相似性，國內很多學者都在同時研究。計算思維和計算機學科方法論都是試圖通過可計算性原理、形理算一體原理和機算設計原理，從思維和方法的高度來進行抽象，以尋求具有一定普適意義的學科價值。

所謂可計算性原理亦即計算的可行性原理。1936年，英國科學家圖靈提出了計算思維領域的計算可行性問題：即怎樣判斷一類數學問題是否是機械可解的，或者說一些函數是否可計算。所謂形理算一體原理，是針對具體問題應用相關理論進行計算發現規律的原理。在計算思維領域，就是從物理圖像和物理模型出發，尋找相應的數學工具與計算方法進行問題求解。所謂機算設計原理，就是利用物理器件和運行規則（算法）相結合完成某個任務的原理。在計算思維領域，最顯著的成果就是電子計算機的創造（計算機的設計原理），比如，電子計算機構成就是五個外部設備（計算器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備）以及運用二進制和存儲程序的概念來達到解決問題的目的。

盡管計算思維的學科體系尚未成熟，但在教學和培訓中的應用和推廣已逐步開展。一些從事計算機教育的學者在教學過程中推進計算思維能力的培養，標志性的事情包括2008年美國國家計算機科學技術教師協會（CSTA）在網上了得到美國微軟公司支持的《計算思維：一個所有課堂問題解決的工具》（Computational Thinking: A problem solving tool for every classroom）報告。2008年，ACM在網上公布了對CS2001（美國關于大學計算機科學的教學大綱）進行中期審查的報告（CS2001 Interim Review），開始將美國卡內基·梅隆大學計算機科學系教授周以真倡導的“計算機思維”與“計算機導論”課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計算機思維的本質。美國計算機科學技術教師協會認為，計算思維應當是所有學校所有課堂教學都應當采用的一個工具。采用這個工具，教師自然會問以下幾個問題：（1）人所固有的能力與局限性？計算機的計算能力與局限性？（2）問題到底有多復雜？即問題解決的時間復雜性、空間復雜性？（3）問題解決的判定條件是什么？（4）什么樣的技術（各種建模技術）能被應用于當前的問題求解或討論之中？（5）什么樣的計算策略更有利于當前問題的解決？

計算機科學與技術方法論是認知計算學科的方法和工具，也是計算學科認知領域的理論體系。計算機科學與技術方法論也進一步推進了大學計算思維的培養。在大學計算機學科教學中，引入計算思維關注點分離的方法解決軟件工程課程中的問題求解、算法設計、軟件設計等設計方法以及軟件開發過程、軟件項目管理和軟件開發方法學等諸多方面的問題，因為作為最重要的計算思維原則之一，關注點分離是計算科學和軟件工程在長期實踐中確立的一項方法論原則。離散數學課堂教學中可以引導學生利用計算思維去解決離散數學中的模型與數理邏輯、遞歸與等價關系數目的求解、模塊化與群、等價關系證明等問題。

目前，盡管計算思維已在大學教學中逐步應用，但是，計算思維本身還未成為獨立的學科體系，并且在教學中的應用都是少數專家學者在進行小規模探索性的實驗性教學，在培養過程中沒有系統性的應用計算思維的系列方法，因此效果并不明顯。

計算思維對信息技術課程的影響

盡管有關計算思維的研究目前主要在高校，在國內，也僅在為數不多的高校計算機系或計算機學院開展教學實踐探索。由于計算機學科和信息技術學科有著天然的緊密聯系，計算思維也會對中小學信息技術課程產生影響。

1.計算思維是每個人的基本技能

計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家。我們應當使每個孩子在培養解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術（Reading, wRiting, and aRithmetic——3R），還要學會計算思維。正如印刷出版促進了3R的普及，計算和計算機也以類似的正反饋促進了計算思維的傳播。當大學計算機專業教學在嘗試用計算思維開展計算機專業課程教學的時候，教授們已提出應當為大學新生開一門稱為“怎么像計算機科學家一樣思維”的課程，面向所有專業，而不僅僅是計算機科學專業的學生。我們應當使入大學之前的學生接觸計算的方法和模型。我們應當設法激發公眾對計算機領域科學探索的興趣，傳播計算機科學的快樂、崇高和力量，致力于使計算思維成為常識。從目前中小學的課程設置來看，通過信息技術課程讓學生接觸計算思維是最有效的途徑。2000年以來，我們已經習慣于將提升學生信息素養作為信息技術課程目標，隨著計算思維的引入，需要我們去探索信息素養與計算思維的關系。

2.計算思維促進信息技術學科思維的研究

目前的信息技術課程普遍存在著“只見技術不見人”和“什么實用教什么”的現象。前者反映我國課程實現中存在著過度的技術化取向問題，后者反映了功利主義的課程價值認識。其實，這兩種現象所反映的本質都是相同的，即以簡單技術掌握為第一要義，雖然強調了用信息技術解決實際問題，但也僅是解決如何操作軟件以達到學以致用，缺乏從學生人生發展的高度看待信息技術課程所應有的價值。

筆者曾從信息技術課程中有關算法與程序設計的學習價值的角度提出算法思維是一種解決問題的過程性思維方式：算法思維就是能清楚說明問題解決的方法，能夠將一個復雜的問題轉化成若干子問題并將其進一步簡化，以達到解決問題的目的，這也是科學和設計領域的一項重要技能；算法思維就是能清楚地理解問題解決的規則，能夠認識到問題的起點、邊界和限定范圍，按部就班地完成任務或解決問題；算法思維就是能清楚地分析問題解決方法的優劣，能夠設計與構造操作步驟更少、更經濟的算法。

算法思維的提出在一定程度上解決“算法與程序設計”的學習價值不是僅對口程序員的培養，就像數學的學習不僅是培養會計一樣。通過算法和程序設計的學習，學生可以體驗解決問題的過程，規范的設計與工藝要求，以及人與計算機共存的思維特征。但是，算法思維是以算法為出發點，相比以計算理論出發的計算思維，有更多的局限性。因此，計算思維有利于推進信息技術課程在學科思維方面的研究，有利于學生通過信息技術課程獲得終身有用的知識與能力，而不是面臨過時的計算機操作步驟。

3.計算思維引發有關信息技術與計算機學科的關系思考

計算機界長期以來一直認為程序設計語言是進入計算學科領域的優秀工具，也是獲得計算機重要特征的有力工具。早期中小學開展BASIC語言學習，其本意也是以認識計算機特征為目的。其存在的明顯問題是缺乏學科思維，過多地關注具體語言的細節。而以應用軟件為學習對象的計算機課程，雖然強調了應用，但仍然關注軟件操作細節的學習，使得課程學習內容與社會上的軟件培訓班相差無幾。隨著計算機軟件的豐富與普及，以及計算機操作的人性化，重視工具操作、缺乏思維和方法的計算機課程面臨改革是必然的。

信息技術課程不僅在課程目標上實現了從掌握計算機知識和技能到信息素養的轉變，課程形態、教學內容、教學模式、評價方式、教材等方面都有了較大的發展與改進。但是，目前的信息技術課程在處理學習內容中，“人如何處理信息”、“人如何用工具處理信息”以及“工具如何處理信息（人如何制造信息處理工具）”三者關系時把握不清，特別是對于有關計算機原理與操作的學習內容，存在既想回避又無法回避的現狀，要回避是因為要避免學科教學走回原計算機課老路，但計算機作為現代信息技術的典型代表在教學中又無法回避。

信息技術和計算機都能對數據進行加工，這種加工有自動化屬性。兩者都反映了一個根本的問題：什么能被有效地自動進行。這也是計算思維經抽象以后反映的根本問題。計算思維將促進信息技術課程中信息技術與計算機技術的關系問題，即計算機在信息技術課程中的地位問題。

結束語

對于計算思維來講，要成為一門學科，還有很長的路要走。目前，計算思維還不是知識形態的學科，因為其本身的概念、原理、特征、培養方法論以及創新方法論等方面的知識體系并未形成，也不是大多數學校或研究所教學內容的基本單位。這方面的學者、知識信息及學術資料所組成的實體化組織雖然正在形成，但遠遠未達到成熟。另外，各國的教育行政主管部門還沒有完全認識到計算思維的重要性。因此，計算思維學科體系的建立任重而道遠。

思維科學范文第3篇

關鍵詞 計算思維；信息技術課程；計算機；計算教育

中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：A 文章編號：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 計算思維辨析

2006年3月，曾任美國卡內基·梅隆大學（CMU）計算機科學系主任，現任美國基金會（MSP）計算機和信息科學與工程部（CISE）主任的周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威雜志ACM會刊Communications of the ACM雜志上，首次提出計算思維（Computational Thinking）：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1]。

計算思維這一觀念一經提出，立即得到美國教育界的廣泛支持，并引起歐洲的極大關注。2007年9月19日，歐洲科學界、工業界領導者在布魯塞爾皇家科學院召開了名為“思維科學——歐洲的下一個政策挑戰”的會議[2]。2008年10月31日，我國高等學校計算機教育研究會在桂林召開關于“計算思維與計算機導論”專題學術研討會，來自全國80多所高校，包括70多位計算機學院院長、主管教學副院長在內的近百名專家出席會議，根據“計算思維”領域的研究以及它在科技創新與教育教學中的重要作用，探討科學思維與科學方法在計算機學科教學中的作用以及在教學過程中如何以課程為載體講授面向學科的思維方法，以共同促進國家科學與教育事業的進步[3]。

根據周以真教授的觀點，計算思維就是通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡述成一個人們知道怎樣解決的問題。計算思維是一種遞歸思維，它把代碼譯成數據，又把數據譯成代碼；計算思維采用抽象和分解來迎接龐雜的任務或者設計巨大復雜的系統；計算思維是按照預防、保護以及通過冗余、容錯、糾錯的方式從最壞情況恢復的一種思維；計算思維利用啟發式推理來尋求解答，即在不確定情況下的規劃、學習和調試；計算思維利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間、在處理能力和存儲容量之間進行權衡。

計算思維與生活密切相關：當你早晨上學時，把當天所需要的東西放進背包，這就是“預置和緩存”；當有人丟失自己的物品，你建議他沿著走過的路線去尋找，這就叫“回推”；對自己租房還是買房作出決策，這就是“在線算法”；在超市付費時，決定排哪個隊，這就是“多服務器系統”的性能模型；此外還有“失敗無關性”和“設計冗余性”。由此可見，計算思維與人們的工作與生活密切相關，計算思維應當成為人類不可或缺的一種生存能力。

2 信息技術與計算思維的關系

信息技術是關于信息的產生、發送、傳輸、接收、變換、識別、控制等應用技術的總稱，是在信息科學的基本原理和方法的指導下擴展人類信息處理功能的技術。作為現代信息技術，包括通信技術、計算機技術、多媒體技術、自動控制技術和遙感技術等。當今社會，人們已經離不開信息技術。

從表現形式來看，信息技術可以應用在機械、激光、電子、生物等多個方面。現代信息技術的核心技術是計算機技術，特別是隨著普適計算的發展和網絡計算的普及，從本質而言，信息的自動處理越來越依賴于以CPU為核心的計算機，只是計算機的物理表現形態已不是傳統意義的計算機機箱。

思維科學范文第4篇

【關鍵詞】思維能力；物理教學；抽象思維；創新思維

近年來，關于培養學生思維能力方面的著述頗多，在物理教學方面對思維能力的培養引起了普遍的重視，尤其是新課程標準中明確指出：“要培養學生搜集和處理信息的能力，分析和解決問題的能力。”教師在物理教學中，對學生進行思維能力的培養尤為重要。可以毫不夸張地說，物理教育是青年學生科學素質教育的搖籃。物理教學中，科學思維能力的培養是科學素質教育中科學思維能力培養的主渠道之一，無論是物理概念的建立或物理定律的發現，還是基礎理論的創立和突破都離不開科學思維能力。

1．對抽象思維能力的培養

在物理教學中，對抽象思維的培養主要是通過在形成物理概念和建立物理規律的教學過程中完成的。

物理學是研究物質結構和運動基本規律的學科。高中物理實際上還是和初中物理一樣在研究力、熱、電、光、原子和原子核等物理現象，而物理概念是這些現象中某一類的共同本質屬性的反映，物理規律是運用物理概念進行判斷、推理得到的。因此，重視物理概念的形成和物理規律的建立過程，從而使學生的抽象思維能力得到培養，關鍵是抓住物理概念和物理規律的“引入”和“推導”。引入不當、推導呆板、僵化，就可能變為老師武斷地把學生往前“拖”，“拖不動就可能抱著學生或背著學生“走”，從而使學生變為死記結論。所以“引入”和“推導”不是看老師說了多少，而是看是否說到點子上，切中要害。如果老師進行了科學合理的設計、引入和推導，則“話不多”而學生更能理解和掌握。

“引入”的方法有：實驗引入法(實驗要求明顯、新奇、巧妙)、類比引入法(類比要恰當、生動形象)、現象引入法(現象要典型、充分，這種方法也叫舉例引入法)、問題引入法(也叫提問法，提問要富有啟發性)和邏輯推理引入法。這些方法的共同點都是從生動直觀到抽象概括，經過分析、綜合、抽象、概括等思維活動實現由感性認識到理性認識的飛躍和升華。

2．對創造性思維能力的培養

應用逆向思維培養高中生的創造性思維能力。人們的思維活動，按照思維程序的不同，可分為兩種：按事物發展的過程先后，從起因分析推斷事物發展的結果，稱為正向思路；按相反的程序稱為逆向思維，即從事物發展的結果追溯起因。牛留信老師根據自己的教學體會總結出了從五個方面進行逆向思維：研究對象的逆向思維；條件的逆向思維;思維程序的逆向思維;因果關系的逆向思維；光路可逆的逆向思維。筆者認為，這確實符合物理教學的實際，其實逆向思維在物理教學中處處時時都可進行，并結合正向思維開展，效果會更好。下面，我們以《曲線運動》一節的教學案例來說明：

2．1　引入新課時的問.

師(引入):前面第二章我們學習了直線運動的規律，如果運動物體不是沿直線運動的話，那將做什么運動?

生(回答)：作曲線運動。

師:肯定嗎?是不是一定得作曲線運動呢?

學生(猶豫)：有回答堅持說一定做曲線運動，還有的說是靜止。

師：請注意我們指的是“運動物體”。

在學生終于搞清后，我讓一個同學上黑板來根據物體運動的軌跡給機械運動分類，即機械運動分為直線運動和曲線運動。

2．2　對課堂教學中得到(歸納總結)的結論進行反問.

例如，當得出“一切曲線運動都是變速運動”后反問：“一切變速運動都是曲線運動嗎?”

2．3　在鞏固應用知識時不斷地從不同的角度進行發問和反問.

可見，通過課堂上這種反問式的逆向思維陪養，不但上課效果明顯了，學生們也在不知不覺中得到了思維能力的培養。

采用開放題和開放式教學提高學生的創造性思維能力。改革傳統教學，其中改變唯一解題方法的傳統題(或封閉題)，但適當地采用和引入一些更具發散思維的開放題，有利于培養學生的創新精神和創造性思維能力。理由是：①按照“馬登理論”，學習的本質就是鑒別，又由于鑒別依賴于對差異的認識，因此，從這樣的角度去分析，促進學生學習的一個重要手段，就是在教學中我們應當盡可能地擴展變異維數(或者說，學生的學習空間)；進而，又由于開放題不僅具有多種可能的(正確)解答，也具有多種可能的解題方法，因此開放題在物理教學中的應用事實上就有效地拓展了學習空間。②另外，由于常規的物理教學主要集中于收斂思維，因此，這就凸顯出開放教學的一個明顯的優點，即特別有利于學生發散型思維的培養。叫任何好的題目，如果沒有適合形式的教學去保證，這種培養學生創造思維的可能性就不會自動轉化為現實性。

例如，一質量m的小物體(可看作質點)以vo的初速度從斜面底端沿傾角為e的斜面沖上去，當它靜止時離斜面底端的距離為多少?已知物體m與水平面及足夠長的固定斜面間的動摩擦因素為p，且近似認為m可能受到的最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等。

可見，教師要進行思維教學，必須本身是問題解決(當然包括解物理習題)方面的高手，并且能夠根據各種資料上的習題或網上的習題，結合生產、技術和生活等方面的物理情景編制出一些高質量的題來。

3．批判性思維能力的培養

我國著名地質學家李四光說過：“不懷疑不能見真理。”對于名家千錘百煉編寫的教材要鼓勵學生敢于提出自己的意見、建議和批評，形成批判性思維的習慣。要不迷信書本和權威的結論，不輕易就相信。學生作業中有錯誤，老師批改后找出來歸類，然后讓學生相互評定，找出錯誤原因。也可嘗試學生互批作業，然后讓學生報告發現的錯誤之處。這樣就能逐漸培養學生的批判性思維能力。請看下面的例子：

一個物體，質量是2kg，受到互成1200 角的兩個力fi和f2的作用，這兩個力的大小都是10n，這個物體產生的加速度是多大?

分析：此題其實只要一提醒，學生很快就清楚它的“缺陷”了，可提問:“該物體受幾個力呢?”學生自然會提到重力，再問：“f1與f2的方向是豎直方向、斜向上或下還是水平方向呢?”最后問：“按這樣一分析本題能求出其合力嗎?”然后，介紹教材編審者的意圖，指出其編題粗糙。這樣的習題如果想當然地按教材去解，勢必束縛學生的思維。

思維科學范文第5篇

【關鍵詞】激發提高求知欲望思維品質

要提高數學課堂教學效果，除教學語言等方面要具有較高的造詣外，最重要的是要激發學生的求知欲望，使枯燥的數學教學活動生動有趣，達到啟發思維活動的目的，從而提高學生的數學思維品質。那么，在實踐中如何激發學生求知欲望呢？

一、把探索的主動權還給學生

要激發學生的求知欲望，首先就要促使每個學生積極參與知識形成過程的探索，大膽摒棄過去那種教師牽著學生鼻子走的教學方法，有意識地讓學生主動探索。給出一個題目，把解答過程全盤搬給學生，大部分都會明白。但這種被動接受的結果必然限制了學生的思維空間，形成思維定勢，而且也容易遺忘。我們必須給學生想象的空間，發揮其創造性思維能力，鼓勵學生大膽猜想，大膽實踐。講新內容，要啟發引導學生去尋找結論，而不要把結論塞給他。如在講"正弦函數的周期性"時，如果直接把公式T=2πw告訴學生，當然很簡單，但他們卻領略不到探索過程的艱辛與喜悅。在《正弦函數的周期》教學設計中：先引入周期函數定義后，設計一組題目由學生完成，必要時可提示他們利用周期函數定義解決：

（1） 證明：y=sinx是周期函數；

（2） T=π2是y=sinx的周期嗎？并證明；

（3） 證明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。

通過以上的證明和運算，猜想y=Asin（wx+φ）（其中A，w，φ為常數，且A≠0，w>0，φ∈R）是否是周期函數？周期與哪些參數有關？最后證明總結得出結論。通過以上步驟，學生就會對正弦函數的周期有個較為深入的認識。

二、培養學生的審美觀

在數學中滲透美育是新課程培養目標的需要。數學是一門藝術，數學美是一種理性的美、抽象美。它不僅給人以極大的精神享受，而且對數學美的熱切信念，也給數學的發現與發展帶來積極影響。讓學生通過發現、認識、體驗和運用顯現的數學美的形式，直覺地感受到數學美震憾人心的力量，形成強烈的認知趨向和身心滿足，從而使學生為追求實現數學美而自覺去鉆研探索數學的奧秘。因此，在數學教學中滲透審美教育，提高學生對數學美的欣賞能力，有利于激發學生在學習數學的興趣，還能充分發揮學生在數學的創造性潛能。

勾股定理c2=a2+b2這一簡單而整齊的形式，表達了一切直角三角形邊長之間的關系，其簡潔性與概括性也給人以簡單美的享受。

二項展開式的系數、圓、橢圓、雙曲線的標準方程，正多邊形、正多面體、旋轉體、圓錐曲線的圖像等，都給人以完善、對稱的明顯美感。

"黃金分割"除了自身直覺美感外，由于它的許多美妙性質還有一種奇異美，使其不僅與其它的數有密切關系，在社會、生活、藝術等方面也有廣泛的應用。

數學教學中，還有許多潛在的美的因素，要留心觀察，充分發掘，合理運用。如高中舊教材《代數》下冊第9頁中有一道例題：

已知，x，y∈R+，x+y=S，xy=P

（1） 若P是定值，則當且僅當x=y時S最小；

（2） 若S是定值，則當且僅當x=y時P最大。

雖然（1）（2）含義不同，但形式相似，結構對稱，兩者之間存在"對偶美"。

如此等等豐富多彩，"冷而嚴肅"的數學美，哪能不使我們感到要學好數學的沖動！

三、指導學生學會欣賞解題過程

解題就是實踐，在實踐的過程中，充滿曲折、驚險和喜悅。當我們高興地完成一個正確、完整、合理、科學的解題過程時，總有一種輕松愉悅的感覺，然后再回過頭來品味一下這過程中的酸甜苦辣，從中小結方法、積累經驗，不斷提高解題的思維素質。

分析：要想直接求出每項的值，直覺告訴我們，這是不可能的。但由結論中各式自變量的特征：

啟發我們聯想、探索函數f（x）=4x4x+2的結構特點可知：

這個題目開始看起來會無從下手，到處碰壁，但在認清此函數的結構特點后，解起來就如行云流水，一瀉千里，給人一種賞心悅目的感覺，特別是它的這種結構，更給人一種對稱和諧的美感享受。

四、拓寬學生數學視野，提高思維品質

學生的數學視野反映學生認識數學問題的深淺度。平時教師在傳授給學生基礎知識和基本技能的同時，必須指導給學生掌握一些常用的數學思想和思維方法，以及歸納推理、猜想和解決實際問題的能力。

1.一題多解的訓練，培養學生發散思維能力。

發散思維的特點是求異、求奇、創新。俗語："1乘以100大于100乘以1"，這是指一道題目用100種方法去做比100道題目用同一種方法做效果更好。對某一數學問題，教師若能積極引導學生從不同角度入手，以不同的思路和途徑去尋求解答，不拘一格，打破常規，廣開思路，尋求變異，則不僅能使學生掌握解題方法和技能，而且可養成觀察、分析、探索、猜想等良好的學習習慣，對培養和鍛煉學生的思維能力是很有益的。因此，一題多解的訓練能使學生更好地掌握多種解題方法，達到異曲同工之妙。

例2.已知一條曲線是與兩個點O（0，0）、A（3，0）距離的比為12的點的軌跡，求這條曲線的方程（《解析幾何》第68頁例2）。

方法1：用"五步法"求軌跡方程，這是比較常用的一般方法。

方法2：參數法，如右圖：設|OM|=12|MA|=r，則M分別在以O、A為圓心的圓上運動，則x2+y2=r2，∧①

（x-3）2+y2=（2r）2，∧②

由①②消去r參數，得（x+1）2+y2=4。

此外，還可以用幾何法，通過作∠OMA和其補角的角平分線，運用內、外角平分線定理，找出點M的軌跡是以點（1，0）和（-3，0）為直徑端點的圓，即可得方程。

通過多種方法從不同角度考察同一個數學問題，增長了學生的見識，鍛煉了學生思維的靈活性。

2.加強對結論的歸納推理，培養學生對數學統一性的認識。

歸納推理是對問題的總結提高，必須教會學生歸納推理的方法，例如：

四種圓錐曲線從某些側面揭示了客觀世界的和諧統一，它們都是平面與圓錐的截線，它們都具有rd=e的幾何共性，它們都具有相似的光學性質，它們都具有統一的方程，它們都可以是天體運動的軌跡等。

柱體、錐體和臺體雖然是不同的幾何體，具有不同的個性，但它們都可以互相轉化，體積都可以用公式V=13h（S+SS'+S'）表示。

六種三角函數各具特點，但又相互聯系，它們都可以用半角的正切表示，稱為萬能公式。

如此等等都說明，數學是一個統一體，只要我們善于歸納推理，總能找到它們聯系的紐帶。

3.加強對數學知識的應用，培養學生理論聯系實際的能力。

解決實際問題是學習數學的最終目的，只有能解決生活中遇到的問題，我們才會真正意識到數學的無窮魅力，這些問題實際上都可以運用數學知識來解決，這就是數學應用問題。解答這類問題，一般是從給定的材料中抽象出數量關系，構建數學模型，然后用相關數學知識求解。

例3.某縣位于沙漠邊緣地帶，到2000年底全縣的綠化率已達30%，從2001年開始，每年將出現這樣的局面：原有的沙漠面積的16%被栽上樹改造為綠洲，而同時原有綠洲面積的4%又被侵蝕變為沙漠。

（1） 設全縣面積為1，2000年的綠洲面積為a1=310，經過1年（指2001年），綠洲面積為a2，經過n年，綠洲面積為an+1，求證：an+1=45an+425。

（2） 問至少經過多少年的努力，才能使全縣的綠洲面積超過60%（年取整數）。

分析：由已知a1=310，此時沙漠面積為1-a1，可得經過一年綠洲面積為a2=a1+（1-a1）·16%-a1·4%，即a2=45a1+425，…，依此類推易得經過n年的綠洲面積為an+1=45an+425。

又結合（1）利用待定系數法，設an+1+k=45（an+k），對比上式可得k=-45，故原式可化為an+1-45=45（an-45），即數列{an-45}為首項為a1-45=310-45=-12，公比為q=45的等比數列，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

數學不是公式、定理的堆積，數學來源于現實，將現實問題抽象、轉化為數學知識，是必備的能力。所以，我們必須通過理論與實踐的結合，培養學生應用數學的能力和良好的思維品質，從而使學生對數學知識的認識有一個質的飛躍。

參考文獻

[1]鐘善基主編，中國著名特級教師教學思想錄（中學數學卷），江蘇教育出版社，1996.8.

[2]錢學森主編，關于思維科學，上海人民出版社，1986.