科学思维主要分为理论思维、实验思维和计算思维三大类。一般认为,理论、实验和计算是推动人类文明进步和科技发展的三大支柱。这种认知不仅被科学文献广泛引用,而且还通过了美国国会的听证,以及美国联邦政府和私人企业报告的认同。①
国际上广泛认同的计算思维定义来自周以真(Jeannette Wing)教授。周教授认为,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,它包括涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的本质是抽象化和自动化。如同所有人都具备“读、写、算”(简称3R)能力一样,计算思维是必须具备的思维能力。为便于理解,在给出计算思维清晰定义的同时,周以真教授还对计算思维进行了更细致的阐述,如下。
计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个困难的问题阐释为如何求解它的思维方法。计算思维是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法。计算思维是一种采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计方法,是基于关注点分离的方法(SOC方法)。计算思维既是一种选择合适的方式陈述一个问题的方法,也是对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法;它还是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。计算思维是利用启发式推理寻求解答的一种思维形式,即在不确定情况下规划、学习和调度的思维方法。
计算思维需要利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折中的思维。在理解计算思维时,要特别注意以下几个问题:像计算机科学家那样去思维,意味着不仅能为计算机编程,还要求能在抽象的多个层次上思维。因此,计算机科学不只是关于计算机的技术,更隐含着一种思维模式、一种方法,就像音乐产业不只是关于麦克风一样。
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