什么是计算思维

末蓝、 2022-11-25 13:29 146阅读 0赞

逻辑思维、实证思维和计算思维，是目前人类认识世界和改造世界的三种基本科学思维方式。在自然科学领域，逻辑思维一般用于数学理论的学习，实证思维则多应用于物理化学领域的研究，计算思维则是大数据时代解决问题的新思维方法。那么，计算思维具体指什么？

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**1****．计算思维**

计算思维（Computational Thinking）是由时任卡内基梅隆大学（CMU）计算机系主任的周以真教授在2006年提出的。她定义计算思维是“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。” 计算思维是建立在计算和建模之上， 能够帮助人们利用计算机处理无法由单人完成的系统设计、 问题求解等工作。

**2****．计算思维特点**

计算思维的概念听上去比较抽象，下面我以求圆周率为例，分别使用逻辑思维思想和计算思维思想获得对应结果，实际感受一下计算思维的特点。

（1）逻辑思维思想解题

数学上求解圆周率的公式有许多种，我们选取其中最简单近似计算的公式，即交错级数的方法，基本公式为：

![https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz\_png/SoaJKDTOXiaB9tEicibNarX7rib4mQMRQsMI3yWXiapfHS0z1RnDkmPozUFV7pXsHd9miapuM2pEYdpGG6tO8tFk0JZw/640?wx\_fmt=png][https_mmbiz.qpic.cn_mmbiz_png_SoaJKDTOXiaB9tEicibNarX7rib4mQMRQsMI3yWXiapfHS0z1RnDkmPozUFV7pXsHd9miapuM2pEYdpGG6tO8tFk0JZw_640_wx_fmt_png]

为使实验过程简单直观，我们使用VisualBasic编程完成公式中1百万项近似计算，主要代码如下：

Private Sub Command1_Click()
        Dim Pi As Single
        Dim i As Single
        Dim Sign As Integer
        Sign = -1
        Pi = 0
        For i = 1 To 1000000
           Sign = -1 * Sign
           Pi = Pi + Sign / (2 * i - 1)
        Next i
        Pi = Pi * 4
        Print ("Pi="); Pi
    End Sub

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这种从已推理出的数学公式出发，进行计算并获得结果的思维方式，我们称其为逻辑思维。  
（2）计算思维思想解题

工程上计算圆周率常采用下面的方法，如下图所示，图2左部阴影部分是包含四分之一圆的小正方形，我们对该正方形区域随机撒n个点，然后统计落在那四分之一圆中点的个数c，用c值除以n，即为Pi/4的值。这个方法称为蒙特卡罗法。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZ3VvcWluZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

实际解题VB代码如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZ3VvcWluZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

图3是我们撒下1百万个点后，获得的一次计算结果。这种利用计算机的算力，以工程实际统计获得的数据为结果的方法，就是计算思维的具体体现。

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计算思维是非常新的概念，需要老师们在探索中推动他的发展，既要自己能够深入掌握，也要努力促进学生这种思维方式的发展。

**参考文献**

\[1\]周以真：计算思维. 新观点新学说学术沙龙系列活动之七.中国北京.2007-05-26

\[2\]嵩天：Python语言程序设计.中国大学MOOC. https://www.icourse163.org/course/BIT-268001.

\[3\]谢忠新曹杨璐：中小学信息技术学科学生计算思维培养的策略与方法.中国电化教育2015-11，116页。

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