摘要：計(jì)算思維的培養(yǎng)不是計(jì)算機(jī)單一專業(yè)的要求，而是整個(gè)大學(xué)通識(shí)教育的重要組成部分。為了讓學(xué)生尤其是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生更好地理解和掌握計(jì)算機(jī)的原理和本質(zhì)，更好地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決本專業(yè)實(shí)際問題，教師在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中應(yīng)以計(jì)算機(jī)的核心概念、重要原理和先進(jìn)技術(shù)為依托，以計(jì)算思維的解決思路為主線，以多學(xué)科融合的典型案例為延伸，打破各專業(yè)之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)思維的遷移。
　　關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；融合
　　doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2017.04.030
　　中圖分類號(hào)：G642
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1671-1580（2017）04-0104-03
　　一、介紹
　　計(jì)算思維是人類在思維過程中參與制訂問題及其解決辦法的一種思維模式，通過這種方式能快速、有效地進(jìn)行信息處理，提出問題的解決方案。計(jì)算思維幾十年來在學(xué)術(shù)界有著不同的名稱和定義。1962年由Alan Perlis最早提出，同時(shí)闡述了卡內(nèi)基理工學(xué)院（現(xiàn)在是卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)）的編程入門課程�；�于他的研究Seymour Papert在1980年使用編程語言進(jìn)行數(shù)學(xué)概念的教學(xué)，正如所望，程序性的思維（即“像計(jì)算機(jī)一樣思考”）被認(rèn)為是構(gòu)成整體思維技能的一部分。直到2006年，JeanetteWing在ACM美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊發(fā)表了“計(jì)算思維”這篇文章，從此，計(jì)算思維得到了新的定義。Wing提出計(jì)算思維不只對(duì)計(jì)算機(jī)這門學(xué)科的專家有用的一種技能，而是任何人在解決問題和發(fā)現(xiàn)計(jì)算解決方案時(shí)都能使用的心理過程。在這個(gè)更廣泛的意義上，計(jì)算思維可視為一項(xiàng)與所有學(xué)科有關(guān)的技能，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)。
　　Denning提出了計(jì)算思維本身是否是科學(xué)探究的一個(gè)方面、問題或延伸，事實(shí)上可能被納入更廣泛的科學(xué)原理的架構(gòu)問題。計(jì)算科學(xué)出現(xiàn)在其他科學(xué)中，不是作為一個(gè)流動(dòng)的概念，而是一個(gè)來自科學(xué)本身的概念。計(jì)算思維被看作是這種科學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)。而不是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)顯著特征。
　　二、計(jì)算思維與各學(xué)科的融合
　　計(jì)算思維與各學(xué)科專業(yè)有著千絲萬縷的聯(lián)系，要分析“計(jì)算”與各學(xué)科之間的融合關(guān)系，依據(jù)專業(yè)需求和學(xué)生特點(diǎn)來設(shè)置相應(yīng)的課程內(nèi)容和教學(xué)方法。在教學(xué)和學(xué)習(xí)方法的創(chuàng)新中，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算思維的培養(yǎng)取決于跨學(xué)科的興趣和延伸。Rob.errs等人設(shè)計(jì)了計(jì)算思維與自然和社會(huì)科學(xué)方面進(jìn)行交叉的訓(xùn)練方法并進(jìn)行了拓展。Curzon等人提出“最美的計(jì)算是工程、科學(xué)、藝術(shù)；它沒有明確的邊界，并涉及到每個(gè)學(xué)科。這種跨學(xué)科的方法給了我們機(jī)會(huì)來提高學(xué)生除計(jì)算機(jī)以外的興趣”。通過計(jì)算機(jī)與非計(jì)算機(jī)學(xué)科之間的交叉培養(yǎng)來提高學(xué)生的計(jì)算思維，將計(jì)算這種思想與各專業(yè)相結(jié)合，以促進(jìn)專業(yè)的學(xué)習(xí)。
　　（一）計(jì)算思維與STEM領(lǐng)域的融合
　　在大學(xué)教育中，關(guān)于計(jì)算思維的實(shí)踐教學(xué)研究主要在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（sTEM）領(lǐng)域中。目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物學(xué)之間已經(jīng)出現(xiàn)了交叉重疊的概念。Navlakha和Bar-Joseph提出了如何在系統(tǒng)生物學(xué)和計(jì)算思維的各種概念交叉點(diǎn)上進(jìn)行融合。值得注意的是，從計(jì)算思維的角度來看，這兩個(gè)學(xué)科的交叉點(diǎn)出現(xiàn)在“傳統(tǒng)”（基于圖靈）的概念中，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念。他們主張進(jìn)一步融合兩個(gè)學(xué)科，將提高對(duì)生物進(jìn)化的理解，同時(shí)也能改善各種算法的設(shè)計(jì)。秦紅設(shè)計(jì)的基于計(jì)算思維的生物信息學(xué)課程得到了學(xué)生積極的回應(yīng)，但由于各種因素，比如學(xué)生在學(xué)習(xí)更多的計(jì)算機(jī)技術(shù)的不適應(yīng)，如Linux，以及計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的各種問題表明需要進(jìn)一步改革教學(xué)環(huán)境與方法。
　　在物理學(xué)方面，Caballero，Kohlmyer and Schatz使用VPython編程環(huán)境引入計(jì)算思維概念介紹力學(xué)課程教學(xué)。他們發(fā)現(xiàn)“解決一系列計(jì)算作業(yè)中的問題之后，大多數(shù)的學(xué)生都能夠成功塑造出一個(gè)新的問題”。在這些情況下，學(xué)生未必能建立一個(gè)成功的模型，但通過對(duì)質(zhì)量問題分析和調(diào)試技能的額外關(guān)注，性能將會(huì)得到提高。
　　Hambrusch等人研究并創(chuàng)建了屬于科學(xué)而非特定領(lǐng)域的計(jì)算思維主修課程。此課程能夠滿足一般的計(jì)算要求，大學(xué)中應(yīng)用編程和計(jì)算思維概念處理物理學(xué)、生物學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)中的問題。從學(xué)生的進(jìn)入和退出統(tǒng)計(jì)中分析，在計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)編程中學(xué)生的完成度有所增加。
　　計(jì)算思維在STEM領(lǐng)域中的交叉及應(yīng)用使學(xué)生通過計(jì)算思維的訓(xùn)練，解決問題的能力有所提高。
　�。ǘ�）“計(jì)算”概念在非STEM領(lǐng)域中的不確定性
　　將計(jì)算思維方法納入非計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域之外的學(xué)科是很困難的。一是由于“計(jì)算”概念的不確定性，二是因?yàn)橛?jì)算思維是僅限于使用一個(gè)封閉的、基于圖靈模型的計(jì)算方法來解決問題的觀念。
　　例如，通過計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集和處理的應(yīng)用使得考古領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。它現(xiàn)在能通過計(jì)算構(gòu)造出詳細(xì)的3D可視化考古遺址，包括人工分布以及放射性探測等資料�；�于Agent的建模已被用于探索史前環(huán)境與人類互動(dòng)的假設(shè)。但簡單地將一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家加入到考古發(fā)掘中（或甚至只是對(duì)人進(jìn)行復(fù)雜的硬件或軟件使用方面的培訓(xùn)），并不意味著“計(jì)算思維”已經(jīng)成為整個(gè)領(lǐng)域的主要內(nèi)容。
　　過于擴(kuò)大“計(jì)算”作為形容詞在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)作為工具和計(jì)算思維也有可能造成混淆�！坝�(jì)算考古學(xué)”在不同的上下文中可以有截然不同的意義。在考古界的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，它描述了應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)工具、網(wǎng)站分析和集合的工具。在基因?qū)W研究領(lǐng)域，它是一套分析物種之間的基因水平轉(zhuǎn)移的方法。這種缺乏精度的術(shù)語使它更難確定計(jì)算思維在高等教育中的實(shí)際應(yīng)用。
　　三、交叉學(xué)科的融合障礙
　　計(jì)算思維在人文學(xué)科中的應(yīng)用并不廣泛，雖然在個(gè)別機(jī)構(gòu)對(duì)此做出了研究。例如，斯坦福大學(xué)文學(xué)實(shí)驗(yàn)室，將計(jì)算思維的各元素應(yīng)用于文學(xué)作品中，從計(jì)算思維借鑒來的應(yīng)用圖理論對(duì)威廉·莎士比亞、紅樓夢等作品中的人物關(guān)系和相互作用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。然而，人文學(xué)科的構(gòu)成問題使用“傳統(tǒng)”算法（圖靈型）可能會(huì)難以解決。計(jì)算思維在文學(xué)研究的應(yīng)用，并非不重要那么簡單，而是因?yàn)楸环治龅臄?shù)據(jù)也是含糊不清，而且計(jì)算分析文本的困難將隨著語義維度的增加而變得越來越難。

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