三棱

注册

 

发新话题 回复该主题

计算思维之我见基于思维的三棱结构 [复制链接]

1#

“计算思维”这个词给我一种很模糊的感觉,这种感觉和我在第一次听说“联通主义”的时候差不多。因为我第一次听到这个词的时候,说出这个词的老师并没有讲这个词是什么意思,我下来在网上查过:

“ComputationalThinking”Google搜索

中国知网“计算思维”检索结果

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]

计算思维是一种思维过程,涉及描述问题并以计算机可以有效执行的方式表达其解决方案。[2]

计算思维是一种问题解决的方式。这种思维将问题分解,并且利用所掌握的计算机知识找出解决问题的办法。[3]

计算思维是一种以抽象、算法和规模为特征的解决问题的思维方式。[4]

计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个看起来困难的问题重新阐释成一个人们已知其解决方案的问题。[5]

计算思维是计算和思维的结合。从思维的视角出发,计算思维是指运用计算的科学方法进行问题求解的一种思想活动。[6]

计算思维是人们应用计算学科的原理,思想和方法解决问题中形成的一系列思维技能或模式的综合,是一种动态、普适的思维技能,即再不同场景和学科背景下,其应用表现为不同的实践形式或阶段,并非是固定的、机械的过程。[7]

计算思维是运用计算机科学的思想与方法进行问题求解、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。[8]

计算思维是一种与计算机及其特有的问题求解紧密相关的思维形式,在求解各类问题时,有意识地使用计算机科学家们所采用的思想、方法、技术及工具,甚至环境,不仅包括思考,还包括更一般的活动。[9]

计算思维是由意识、方法和能力三个层次的内容所组成的复合思维。[10]

计算思维是一种独特的解决问题的过程,是一种可以帮助人们更好地理解和分析复杂问题的思想方法,从而形成具有形式化、模块化、自动化、系统化等特征的问题解决方案。[11]

从认知特征角度认为,计算思维是一种具有技术原科学性特征的、与信息化社会相适应的心理工具;从表现特征角度认为,计算思维是一种基于信息技术解决问题的能力;从信息环境角度认为,计算思维是头脑内部信息系统和外部自然信息系统的合理互动过程。[12]

国内比较权威的当属“新版普通高中信息技术课程标准”对计算思维的界定:计算思维是以计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据,通过判断、分析与综合各种信息资源,运用合理的算法形成解决问题的方案,总结利用计算机解决问题的过程与方法,并可迁移到与之相关的其他问题解决中的一种学科思维。[13]

国内外学者对计算思维这个概念的定义可谓是百家争鸣啊,近年来也有学者做了综述研究,例如张立国老师等通过计算思维核心词汇的统计发现关于计算思维概念已有的界定存在如下几种说法:问题解决说、系统说、过程说、活动及方法说、工具说。[14]钟柏昌老师等将学界有关计算思维的认识认为以下几种:问题解决说、抽象说、自动化说、构造说、信息表达说、社会计算说、三维目标说。[15]

虽然有一些综述文献对计算思维做了进一步的解读。我还是对它心存疑惑。我第一次看到这个概念的时候,我就认为计算思维是人类的一种思维方式。在后续阅读文献的时候,一些学者的定义中也多次出现了思维方式这个词。但是让我困惑的是,我突然发现了这么一个观点:人类思维只有三种基本类型,即逻辑思维、形象思维和直觉思维。[16]计算思维和它们是什么关系呢?

这个问题促使我去思考什么是思维。于颖等对思维结构的在认识来建构计算思维的三棱结构。[17]

思维的三棱结构(如图一)以思维的目的、过程、内容、品质、自我监控与非智力因素等六种要素为基础,对难以穷尽的多元思维结构进行组合,形成了多侧面、多形态、多水平、多联系的结构框架。其中,思维的目的是思维活动的方向和预期结果;思维的过程主要指信息加工的过程,包括抽象、概括、归类、比较、系统化和具体化等思维活动;思维的内容主要指思维的材料,可以理解为信息;思维的品质反映了人的思维的个性化特征,包括深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性;思维的自我监控可以理解为反思和批判,是思维结构的最高形式;思维的非智力因素主要包括性向、态度、情感等,在思维发展中起动力、定型和补偿的作用。此外,环境主要指支持思维形成与发展的特定的物质环境和社会历史文化环境,严格来说,它不属于思维结构的范畴,但对思维的形成与发展具有重要作用。(林崇德,)

图一思维的三棱结构图片来自[17]

思维的三棱结构是面向一般性思维的系统化思维结构框架。依托这个结构框架,结合计算思维的意蕴特征,于颖等将这个一般性思维结构予以特定化、具体化,建构了计算思维的三棱结构(如图二)。

图二计算思维的三棱结构

自此我对计算思维的理解才又推进了一步,下面我将结合计算思维的三棱结构来说一下我对计算思维的理解:

第一、计算思维的目的:前文所述中学者们基本倾向于问题解决说,所以这里我把计算思维的目的定位问题解决(和前辈不谋而合呐)。

第二、计算思维的过程:周以真(Wing,)明确指出计算思维的本质是抽象,是最一般意义上的抽象,是决定哪些环节需要强调,哪些环节可以省略的过程,是计算思维的基础。结合我对个性与共性的辨证理解和对编程的皮毛理解,我把计算思维的过程理解为对某个事物的认识上升到对同类事物的认识,再进一步认识于某个事物。比如说在解决某个问题时候总结出同类问题的规律,在利用这个规律去解决其他同类问题。

第三、计算思维的内容:即思维加工材料。思维过程中使用的符号表征系统是思维心理加工的具体对象或材料,这就是思维加工材料。[18]我在很多文献中看到过这么一个观点,当前环境下,理论与实验手段在面临大规模数据的情况下,不可避免地要用计算手段来辅助。计算手段已发展为与理论手段和实验手段并存的科学研究的第三种手段,计算思维已成为各专业学生都应掌握的思维方式。[19]计算思维的内容就是当今世界的大数据吧。或许这么说有些不妥,但是我还是持这个观点,为什么呢?在大数据时代之前,我想人类在进化的过程中已经具有了分析、综合的能力来简化问题、迁移问题的解决方法。而为什么单单在这个时候提出计算思维呢?我想还是更数据量和数据的结构有关系吧。(当然我也会强调这里我并不是认为计算思维就是想计算机一样思考)

第四、计算思维的品质:计算思维的抽象和其它领域的抽象的不同在于,引入了层的思想。[20]层,计算机概念中最容易想到的就是ISO/OSI参考模型了。开放系统OSI标准定制过程中所采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题,这就是分层的体系结构方法。[21]并且层与层之间是相互透明的,即层与层之间的相互影响不大,更换某一层不用考虑它与其它层之间的对接。这里我就把计算思维的品质定为计算思维抽象中层的“大小”和层之间的透明度吧。层次越“小”,复杂的问题就越简单化;层次透明度越高,越容易产生迁移。

第五、计算思维的监控:计算思维的监控我这里把他分为两类来讨论,一个是计算思维结构的最高形式,主要反映在计划、检验、调节、管理、反思和评价等六个方面。[22]这是借鉴前辈的观点;另一个是批判性思维,为什么会引入批判性思维呢?抽象是省略不必要的细节,留下需要强调的环节的过程。[23]判断哪些是被省略的细节,哪些是需要强调的环节则会涉及到批判性思维,在这里就是计算思维的监控。

第六、计算思维的非认知因素:其实,我在思考计算思维是什么的时候,曾想过计算思维是否就是计算意识。后来在阅读文献的时候也看到了类似的观点。计算思维的定义涵盖了三个层次:计算思维意识、计算思维方法和计算思维能力。[24]这里我把计算思维意识作为计算思维的非认知因素。

把计算思维方法作为计算思维的过程,把计算思维能力作为计算思维的目的。

第七、数字化环境就是提供计算思维内容的环境咯。另外,前文所述,环境主要指支持思维形成与发展的特定的物质环境和社会历史文化环境,严格来说,它不属于思维结构的范畴,但对思维的形成与发展具有重要作用。这让我想起了一句话:“Wecanhavefactswithoutthinkingbutwecannothavethinkingwithoutfacts”–JohnDewey

行文至此,对于计算思维的理解终于有些满意了。以上为本人观点,欢迎提出您的建议!谢谢哟!!

另外我在查阅资料的过程中也额外收获了一些资源:

在线编程:

分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题