計算思維

維基百科,自由的百科全書
跳至導覽 跳至搜尋

計算思維(英語:Computational thinking,縮寫為CT)的研究包含計算思維研究的內涵和計算思維推廣與應用的外延兩個方面。其中立足計算機學科本身來研究的該學科中的涉及到的構造性思維是狹義計算思維;而對計算思維進行推廣和應用後的思維方式可稱為廣義計算思維。

2006年3月,美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真(Jeannette M. Wing)教授因提出並倡導「計算思維」而享譽計算機科學界。她在美國計算機權威期刊《Communications of the ACM》雜誌上給出並定義計算思維(Computational Thinking)。周教授認為: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。在她看來,「計算思維是一種普適思維方法和基本技能,所有人都應該積極學習並使用,而非僅限於計算機科學家。」同時,周以真博士也是卡內基梅隆大學計算思維中心的創始人和負責人。

以上是關於計算思維的一個總定義,周教授為了讓人們更易於理解,又將它更進一步地定義為: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問題怎樣解決的方法;是一種遞歸思維,是一種並行處理,是一種把代碼譯成數據又能把數據譯成代碼,是一種多維分析推廣的類型檢查方法;是一種採用抽象和分解來控制龐雜的任務或進行巨大複雜系統設計的方法,是基於關注分離的方法(SoC方法);是一種選擇合適的方式去陳述一個問題,或對一個問題的相關方面建模使其易於處理的思維方法;是按照預防、保護及通過冗餘、容錯、糾錯的方式,並從最壞情況進行系統恢復的一種思維方法;是利用啟發式推理尋求解答,也即在不確定情況下的規劃、學習和調度的思維方法;是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折衷的思維方法。

特點[編輯]

計算思維的特徵是分解模式識別/數據表示泛化/抽象算法[1][2]。 通過分解問題,使用數據表示法定義涉及的變量,並創建算法,得出通用的解決方案。通用解決方案是可用於解決初始問題的多種變化的概括或抽象。

計算思維的另一個特徵是基於三個階段的「3A」疊代過程:

  1. 抽象(Abstraction):問題表示;
  2. 自動化(Automation):解決方案表達;
  3. 分析(Analyses):解決方案執行和評估。

連接到「4C」[編輯]

21世紀的學習的 4C 是溝通,批判性思維,協作和創造力。第五個 C可能是計算思維,需要具有算法和邏輯上解決問題的能力。它包括產生模型和可視化數據的工具[3]。計算思維適用於科學,技術,工程和數學(STEM)以外的學科,其中包括社會科學和語言藝術。學生可以從事確定語法模式和句子結構的活動,並使用研究關係的模型[4]

自提出以來,4C 已逐漸被接受為許多學校教學大綱的重要組成部分。這一發展觸發了平台和方向的修改,例如在所有 K-12 級別中的基於調查的學習、基於項目的學習和更深刻的學習。許多國家已向所有學生介紹了計算思維。英國在2012後就在其國家教學大綱中加入了計算思維。新加坡將計算思維稱為「國家能力」。澳大利亞,中國,韓國和紐西蘭等其他國家也大力將計算思維引入學校[5]。在美國,巴拉克·歐巴馬(Barack Obama)總統創立了該計劃「全民計算機科學」計劃,以賦予美國這一代學生以使數字經濟蓬勃發展所需的適當的計算機科學的能力[6]。計算思維意味著像計算機科學家一樣思考或解決問題。計算思維是理解問題和制定解決方案所需的思維過程。計算思維涉及邏輯,評估,模式,自動化和泛化。職業準備可以通過多種方式整合到學習和教學環境中[7]

在 K-12 教育中[編輯]

外部連結[編輯]

  • ^ Introduction to computational thinking. BBC Bitesize. [25 November 2015]. 
  • ^ Exploring Computational Thinking. Google for Education. [25 November 2015]. 
  • ^ Should the 4 Cs of 21st century skills make room for one more?. Education Dive. [2018-06-11] (美國英語). 
  • ^ http://educationworld.in//EWIssue.aspx. EducationWorld.in. [2018-06-11] (英語).  外部連結存在於|title= (幫助)[失效連結]
  • ^ The 5th 『C』 of 21st Century Skills? Try Computational Thinking (Not Coding) - EdSurge News. EdSurge. 2018-02-25 [2018-06-11] (美國英語). 
  • ^ CSforALL. csforall.org. [2018-06-11] (美國英語). 
  • ^ Future-forward: How to incorporate the 5th 『C』 of 21st Century learning. eSchool News. 2017-10-25 [2018-06-11] (美國英語).