计算思维与大学计算机课程改革的基本思路(3)

　　（2）算法思维的影响。如何计算分子轨道，如何计算密度，如何计算库仑能，如何计算分子的各种特性，这就需要算法——初始轨道猜测算法、密度拟合近似算法、库仑能算法等。
　　（3）系统思维的影响。如何形成完整的工具，这就需要“计算系统”的基本思维。如通过语言/模型来让研究者表达分子及其特性，表达其所要进行的研究内容，通过编译器/执行引擎，即调用计算机程序来按语言/模型表达的内容进行分析与计算等。
　　（4）聚集数据成“库”的思维。将信息聚集成“库”，基于“库”所聚集的大量信息进行分析与研究，可发现规律和性质。
　　（5）物理世界与信息世界的转换思维。这是信息处理的一般思维，即协议与编码器/解码器的思维，以采集、转换、存储、显示数据，实现物理世界与信息世界的转换。
　　可以看出，“0和1”、“程序”、“递归”、“算法”、“系统”以及通用计算环境等都对其产生了影响，可以说任何一种计算手段的研究都离不开一些“核心”的计算思维。
　　3.非计算机专业人才未来对计算思维能力的需求
　　波普的成功体现了计算思维对非计算机专业人才的一种影响，这种影响是深远的。进一步分析我们可看出非计算机专业学生毕业后将可能利用计算机从事两类工作。
　　（1）应用计算手段进行各学科研究和创新。不可否认，研究和应用本学科的理论与技术或者艺术等，是非计算机专业学生未来的主要工作内容。面对科学、技术或艺术研究的新形势，传统的手段如实验-观察手段、理论-预测手段等将会受到很大的限制，例如实验产生的大量数据其结果是很难通过观察手段获得的，此时不可避免地需要利用计算手段来辅助创新，利用计算手段来实现理论与实验的协同创新。
　　各学科均可应用计算手段进行学科问题的研究和创新。例如，艺术类学科可通过一些计算模型产生大量数据，通过计算、模拟与仿真等获取创新灵感，产生新的艺术品或艺术形态。再如，生物学科利用各种仪器获取大量实验数据，通过计算、模拟与比较分析等研究细胞、组织、器官等的生理、病理与药理机制，产生疾病治疗的新手段、新药物等。
　　著名的计算机科学家、1972年图灵奖得主Edsger Dijkstra说：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。” 利用计算手段进行相关内容的研究将成为未来各学科人才进行创新的主要手段之一。
　　（2）开发支持各学科研究创新的新型计算手段。虽然应用已有的计算手段进行学科研究创新很重要，然而如何将通用计算手段与各学科具体研究对象结合起来形成面向不同学科对象的新型计算手段却更为重要。换句话说，利用一条生产线生产汽车很重要，但制造能够生产汽车的新生产线却更体现了创新。因此研究支持各学科研究创新的新型计算手段，如诺贝尔化学奖获得者波普所做的工作，也将是非计算机专业学生未来的工作内容之一。
　　创新需要复合。这种面向不同学科创新的新型计算手段的研究尤其需要复合型人才，即一方面理解学科专业的研究对象与思维模式，另一方面理解计算思维。
　　4.计算思维可有效帮助非计算机专业人才跨越鸿沟
　　当前的非计算机专业计算机教学仅关注计算机及其通用计算手段应用知识与应用技能的教学，难以满足非计算机专业学生未来计算能力的需求，难以跨越由通用计算手段学习到未来的专业计算手段应用与研究之间的鸿沟。然而若培养的是计算思维，计算思维与其他学科的思维相互融合，便可促进各学科学生创造性思维的形成，可以说计算学科的普适思维是各学科学生创造性思维培养的重要组成部分。如图2所示。
　　为什么说计算思维可有效帮助非计算机专业人才跨越鸿沟呢？
　　思维的特性决定了它能给人以启迪，给人创造想象的空间。思维可使人具有联想性、具有推展性；思维既可概念化又可具象性，具有普适性；知识和技能具有时间性的局限，而思维则可跨越时间性，随着时间的推移，知识和技能可能被遗忘，但思维却可能潜移默化地融入未来的创新活动中。
　　具体而言，思维是由一系列知识所构成的完整的解决问题的思路。思维的每一个环节可能需要知识的铺垫，基于一定的知识可理解每一个环节，通过“贯通”各个环节进而理解“解决问题”的整个思维。这种贯通性的思维是“可实现的思维而非实现的细节，尽管其可抽象化、概念化，但能留在人们记忆中的可能是其可视化、形象化的表现，即应将思维以可实现、可视化的方式而不是简单化、概念化的方式传授给学生，把知识贯穿于思维的讲解与训练中。
　　计算机学科中体现了很多这样的思维，这些典型的计算思维对非计算机专业学生的创造性思维培养是非常有用的，尤其是对其创新能力的培养是必要的。如“0和1”“程序”有助于学生形成研究和应用自动化手段求解问题的思维模式，如“并行与分布计算”、“云计算”有助于学生形成现实空间与虚拟空间、并行分布虚拟解决社会自然问题的新型思维模式，“算法”和“系统”有助于学生形成化复杂为简单、层次化结构化对象化求解问题的思维模式，“数据化”“网络化”有助于学生形成数据聚集与分析、网络化获取数据与网络化服务的新型思维模式。借鉴通用计算系统的思维，研制支持生物技术研究的计算平台，研制支持材料技术研究的计算平台等。大学计算机就是要挖掘这样的思维，让同学不仅有“思维”，更要使学生看见并确定这种“思维”是能够实现的。
　　周以真教授将计算思维提升到一个新的高度，即“计算思维是运用计算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”，其本质就是抽象与自动化，即在不同层面进行抽象，以及将这些抽象“机器化”。其目的是希望所有人都能学会像计算机科学家一样思考，将计算技术与各学科理论、技术与艺术进行融合，实现新的创新。

      三、面向计算思维的大学计算机课程改革思路
　　结合前述的非计算机专业的能力需求，通过合理选择可形成大学计算机课程的核心内容，包括如下： (责任编辑：论文发表网)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)