【導(dǎo)讀】產(chǎn)生革命性的創(chuàng)新成果。①達(dá)爾文曾給科學(xué)下過一個(gè)定義：“科學(xué)就是整理事實(shí)，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，②科學(xué)一般包含：自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)。①思維是高級(jí)的心理活動(dòng)，是認(rèn)識(shí)的高級(jí)形式。②思維是人腦對(duì)現(xiàn)實(shí)事物概括、加工、揭露本質(zhì)特征。③人腦對(duì)信息的處理包括分析、抽象、綜合、概括等。類文明進(jìn)步和科技發(fā)展。企業(yè)報(bào)告的承同。過整理和改造，形成概念、判斷和推理，以反映事物的本質(zhì)和規(guī)律。和技術(shù)發(fā)展的全過程，是創(chuàng)新的靈魂”。是理論思維的靈魂，定理和證明是它的精髓。公理化方法是最重要的理。們來獲取數(shù)據(jù)以供以后的分析。類行為理解的涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法。須具備的思維能力。譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。具，人人都應(yīng)當(dāng)掌握，處處都會(huì)被使用。細(xì)胞和電路類似，是一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。用優(yōu)化和搜索算法尋找優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件和提高產(chǎn)量的物質(zhì)?！暗厍蚴且慌_(tái)模擬計(jì)算機(jī)”(Boult

　　

【正文】 社會(huì)群體的形態(tài)及其演化規(guī)律等問題。研究生命的起源與繁衍，理解人類的認(rèn)識(shí)能力，了解人類與環(huán)境的交互，研究傳染病毒的結(jié)構(gòu)與傳播以及國(guó)家的福利與安全等等都屬社會(huì)計(jì)算的范疇，這些都與（計(jì)算）思維科學(xué)密切相關(guān)。 ④ 使用計(jì)算思維的觀點(diǎn)對(duì)當(dāng)前社會(huì)計(jì)算中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與建模，嘗試從計(jì)算思維的角度重新認(rèn)識(shí)社會(huì)計(jì)算，找出新問題、新觀點(diǎn)和新方法等。 30 四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新 (5) 4. 美國(guó) CISE局啟動(dòng)的 CDI( CyberEnabled Discovery and Innovation)計(jì)劃 (1)目的、項(xiàng)目與財(cái)年 2020 年 NSF啟動(dòng)了“ 通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新 ” (CDI)的 5年研究計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的第一個(gè)美國(guó) NSF重大計(jì)劃。 ① 目的 ：通過計(jì)算思維的 創(chuàng)新和進(jìn)步 （包括概念、方法、模型、算法、工具和系統(tǒng)等），對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生 新理解 、 新模式 ，創(chuàng)造革命性的研究成果 。 ② 項(xiàng)目與財(cái)年 ： 2020 年批準(zhǔn)了共 72 個(gè)項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)為 4200 萬美元； 2020 年投入了 3300 萬美元； 2020年預(yù)算為 5000萬美元，后增加了 1637萬美元。 (2)2020年度的 CDI計(jì)劃 ① “ 網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng) ”（ CPS）： CPS包括自動(dòng)汽車、智能的高效能建筑物、嵌入式醫(yī)療設(shè)備、輔助老年人的技術(shù)、提高生活質(zhì)量的機(jī)器人等。 ② 數(shù)據(jù)密集型計(jì)算 ? 探索新的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和計(jì)算抽象科學(xué)以表征和管理數(shù)據(jù)。 ? 支持科學(xué)與工程應(yīng)用中的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)提取等跨學(xué)科項(xiàng)目。 ? 開展數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)發(fā)布工具的基礎(chǔ)科學(xué)研究。 ③ 新興的數(shù)據(jù)密集型計(jì)算模式 ——云計(jì)算的研究。 31 四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新 (6) (3) CDI計(jì)劃支持的三大主題 ① 從數(shù)據(jù)到知識(shí) （ From Data to Knowledge）：增進(jìn)人類的認(rèn)識(shí)和從豐富的異構(gòu)數(shù)字化的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生新的知識(shí)。 ② 理解自然、人工和社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性 （ Understanding Complexity in Natural, Built, and Social Systems）：對(duì)此三大系統(tǒng)產(chǎn)生根本性的認(rèn)識(shí)。 ③ 虛擬組織 （ Virtual Organizations, VO）：將不同結(jié)構(gòu)、不同地域和不同文化的人群和資源聯(lián)系在一起，進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。 32 四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新 (7) 5. 研究示例 (1)網(wǎng)絡(luò)科學(xué) （ Network Science）： ① 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)系從經(jīng)濟(jì)理論、多尺度分析、網(wǎng)絡(luò)信息理論等衍生出來的。 ② 需要發(fā)展基礎(chǔ)理論來開發(fā)、理解、建模和分析大規(guī)模復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的工具。 ③ 這樣的網(wǎng)絡(luò)，包括 Inter網(wǎng) （跨地域，跨人工、社會(huì)和自然系統(tǒng)）、 生物網(wǎng)絡(luò) （對(duì)它的理解還很初級(jí)）和 復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò) （包括通信系統(tǒng)、人類大腦和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)）等。 ④ 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)覆蓋了 CDI的三大主題： ? 大量跨越多時(shí)空尺度的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的知識(shí)模式。 ? 人工的、社會(huì)的和自然的網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)的交互。 ? 由網(wǎng)絡(luò)組成的虛擬組織自身在不同的交互尺度反過來來研究網(wǎng)絡(luò)。 (2)虛擬實(shí)驗(yàn)室 （ Virtual Laboratory） ① 高中的老師和學(xué)生可以通過所提供的建模與仿真系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室來共同探索科學(xué)。 ② 他們可在虛擬實(shí)驗(yàn)室調(diào)研有關(guān)知識(shí)；也可以與遠(yuǎn)程班級(jí)互動(dòng)。 ③ 這種對(duì)科學(xué)教育的創(chuàng)新方法，有賴于安全的虛擬組織的突破和多學(xué)科的交叉方法等。 33 四、計(jì)算思維與科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新 (8) 6. 計(jì)算思維研究在我國(guó)： (1) 2020年國(guó)家科技計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域備選項(xiàng)目推薦指南里的“基礎(chǔ)研究類”的先進(jìn)計(jì)算中，我國(guó)學(xué)者推薦立項(xiàng)開展“新一代軟件方法學(xué)及其對(duì)計(jì)算思維的支撐機(jī)理”的研究。 (2)中國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)從 2020年下半年開始在合肥、濟(jì)南、北京、深圳和杭州等會(huì)議上分別向教育部、基金委、科技部等建議立項(xiàng)開展“計(jì)算思維：確保學(xué)生創(chuàng)新能力”和“基于計(jì)算思維的復(fù)雜計(jì)算系統(tǒng)的認(rèn)知構(gòu)建”的研究。 34 五、結(jié)論 (1) 1. 科學(xué)思維是一切科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新靈魂；科學(xué)思維一般包括推理思維、實(shí)證思維和計(jì)算思維；計(jì)算思維不僅能振興大學(xué)計(jì)算教育，而且會(huì)令科學(xué)與工程領(lǐng)域創(chuàng)造出革命性的 (Transformative)研究成果。 2. 計(jì)算思維能改變大學(xué)計(jì)算機(jī)教育仍然沿襲幾十年的教學(xué)模式，是大學(xué)計(jì)算教育振興 (Revitalized)的途徑。可培養(yǎng)造就具有計(jì)算思維能力的、訓(xùn)練有素的科技人才、勞動(dòng)大軍和現(xiàn)代公民。 3. 通過多學(xué)科方法，使用計(jì)算思維在計(jì)算概念、方法、模型、算法、工具與系統(tǒng)等的創(chuàng)新和進(jìn)步，或者創(chuàng)新地使用計(jì)算概念、方法、模型、算法、工具與系統(tǒng)等，對(duì)科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生新理解、新模式，從而可創(chuàng)造出革命性的研究成果。 4. 計(jì)算思維代表著人們的一種普遍的認(rèn)識(shí)和一類普適的能力，不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家，而是每一個(gè)人都應(yīng)該熱心地學(xué)習(xí)和運(yùn)用它。 5. 計(jì)算思維的大學(xué)課程，不僅僅是面向計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)，而是面向所有的專業(yè)。一個(gè)人可主修英語或數(shù)學(xué)等，而工作可從事于各行各業(yè)；計(jì)算機(jī)科學(xué)也一樣，一個(gè)人可主修計(jì)算機(jī)科學(xué)，而接著從事任何類型的工作。我們應(yīng)當(dāng)激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣、熱愛和探索，積極傳播計(jì)算機(jī)科學(xué)的快樂、崇高和力量，致力于使計(jì)算思維成為公眾的常識(shí)，真正融入人類的一切活動(dòng)中。 35 五、結(jié)論 (2) 6. 我們應(yīng)當(dāng)積極行動(dòng)起來，糾正計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程和認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)理論已完成剩下的只是工程問題的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，改變我們計(jì)算機(jī)科學(xué)的社會(huì)形象。當(dāng)我們這樣做時(shí)，計(jì)算思維就是引導(dǎo)著計(jì)算機(jī)教育家、研究者和實(shí)踐者們的一個(gè)宏大愿景！“事在當(dāng)代，利在千秋”！ 7. 關(guān)于計(jì)算思維的研究： 計(jì)算思維是利用計(jì)算的基礎(chǔ)概念 (Fundamental Concepts)求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法 (Approach)。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑。盡管對(duì)計(jì)算思維的理解也有不同的看法，但是我們認(rèn)為，現(xiàn)在不必過多地討論、解釋計(jì)算思維到底是什么，而是要回答計(jì)算思維能給計(jì)算機(jī)科學(xué)帶來什么新內(nèi)容和新發(fā)展。要從計(jì)算思維的角度，審視我們以前的有關(guān)研究工作，以期在此基礎(chǔ)上提出新的理論和方法，獲得一些用以往研究方法難以取得的突破性研究成果。 8. 在中文里，計(jì)算思維不是一個(gè)新名詞。在我國(guó)，從小學(xué)到大學(xué)的教育中，計(jì)算思維經(jīng)常被朦朦朧朧地使用，我們的老師在傳播科學(xué)知識(shí)時(shí)，也自覺或不自覺地在傳承著計(jì)算文化，卻一直沒有像周以真教授那樣新穎、明確和系統(tǒng)地進(jìn)行高度的概括和提升。我們傳統(tǒng)的文化中有歷史悠久的“算計(jì)”文化，褒貶不一。我們希望能借“計(jì)算思維”之東風(fēng)，盡快把傳統(tǒng)的世故人情的“算計(jì)文化”反正成為現(xiàn)代科學(xué)理性的“計(jì)算文化”，以提高民族的整體素質(zhì)（王飛躍語）。 36 五、結(jié)論 (3) 9. 呼吁 ：計(jì)算思維的研究是當(dāng)今計(jì)算學(xué)科及其相關(guān)交叉學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，希望充分利用計(jì)算思維于各自的教學(xué)與科研工作中，期望能像 CDI計(jì)劃那樣取得革命性的、突破性的研究成果。 10. 建議 ：國(guó)家教育部、國(guó)家自然基金委、國(guó)家科技部、中國(guó)科學(xué)院等能跟上學(xué)科的發(fā)展，參照國(guó)外，特別是美國(guó)的 CPATH計(jì)劃和 CDI計(jì)劃，布局國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，投入足夠資金，持久地開展計(jì)算思維的立項(xiàng)研究工作。 37 感謝李廉教授、董榮勝教授和李波教授 的大力幫助！ 懇請(qǐng)大家批評(píng)指正！ 38