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[周以真]

計算思維定義者

她，是頂尖常春藤名校哥倫比亞大學的首位華裔女副校長！

她，本碩博在麻省理工連讀！

她，橫跨學界、企業、政界，是計算思維的定義者！

她便是周以真（Jeannette Marie Wing）教授，人稱「龍女士」。

就在這個月的18号，哥大校長李·博林格宣布，将任命數據科學研究所Avanessians所長、計算機科學教授周以真為下一任常務副校長。

将于9月1日正式履新，總管紐約主校區和全球各附屬機構的科研事務。

了解編程和計算機領域的同學，應該都知道周以真是“計算思維”理論的倡導者。

她倡導運用計算機科學的基礎概念解決問題、設計系統并理解人類行為的思維方式。

這一理念的确推動了計算機科學在全球教育領域的發展。

她期盼所有年輕人都能從計算思維中獲益，并鼓勵我們張開懷抱去擁抱跨學科研究的新理念。

就想周以真老師說的一樣，“如果我們希望做未來的弄潮兒，我們就需要去創造未來。”

不僅如此，她還是多才多藝的女科學家。能跳芭蕾和探戈，空手道黑帶4級，還能舞劍和武術。

衆所周知，是周以真定義了著名的計算思維，從此計算不再隻是編程，而是解決問題的思維，每個人必備的技能。

2006年，她曾發表論文《計算思維》（computational thinking），被視為将計算機核心原理應用到其他學科的先驅。

計算思維，在周以真教授看來，實際上是一個思維過程。

2012年，在微軟亞太教育峰會上，周以真教授分享了對計算思維的看法。

她表示，「計算性思維能夠将一個問題清晰、抽象地描述出來，并将問題的解決方案表示為一個信息處理的流程。」

計算思維由此被提出和真正的定義。

02

什麼是計算思維

先來看一個簡單的例子：

假設，你手中有一本10頁的小冊子，要求你迅速找到第7頁，你會怎麼做？
其實不用多想，一共也就10頁，一頁一頁翻就得了！最多不超過3秒鐘！
那麼，問題難度加大——如果給你一本1000頁的書，要求迅速找到第700頁，你會怎麼做？

大部分人肯定不會一頁一頁翻，而是會這麼做：

先翻到這本書的一半左右，再翻到書後部分的一半左右。以此類推，最後将範圍縮小到幾頁的誤差，最終找到第700頁。
縱觀整個過程，其實就是一個簡化版的“二分法查找”，其解決問題隻需要四步：

1.發現問題

數據很多，無法直接采用已有的逐一翻頁方法；

2.分析問題

通過定位700在1000中的位置縮小範圍；

3.設計方法

反複執行動作“切一半、剩一半”來縮小範圍；

4.解決問題

當範圍縮小到隻差10頁左右時，便可以逐頁查找。
以上，呈現的就是一個非常簡略的計算思維。

簡單來說，計算思維就是用計算機邏輯來解決問題的思維。

将一個困難問題分解，通過邏輯分析和細分步驟構思出解決方案，從而形成解決問題的模型，再将該模型應用到更多同類問題當中的思維方式。

谷歌公司将計算思維概括成“分解問題、模式認知、抽象思維、算法開發”四個步驟

03

計算機思維

其實無處不在

其實周以真老師提出的計算思維離我們普通人的生活真的很近。

我們總覺得科學離我們很遠，其實仔細觀察就會發現計算機思維存在于我們生活中的方方面面。

舉個例子，有一天我的兒子遇到一個數學題：

開一輛卡車去送貨，途徑一個限高2米的隧道，但車子連貨物總高2.05米，怎麼辦？

兒子很聰明，巴拉巴拉就給答案。

1.把貨搬下來，分幾次運過去

2.重新排列貨物，讓它不再超高

3.給輪胎放一點氣，降低整體高度

4.把隧道改高一點

5.硬闖過去試試

6.繞道

……

但我聽完，心裡頭很亂，答案天馬行空，但沒有邏輯，如果能用分解梳理一下，問題就一目了然。

實際上，分解也是計算思維中的一個重要知識點。

把複雜的大問題，拆解成更可執行、更好理解的小步驟，這是一種化繁為簡的能力。

除此之外，不得不提到計算思維的另一個元素是：算法。

計算機解決不同的問題，需要不同的算法方案。但運用計算思維處理問題的邏輯很清晰，沒有“差不多”，

隻有“對”、“錯”、“執行”，一旦錯了，就會有bug，而想要修複bug，則需要抽絲剝繭調試程序，直到運行成功。

這就是算法帶來的優勢，能夠保證問題得到徹底的解決。

再舉個例子，如果我們要“安排一場家庭旅行”，乍一聽覺得難度高、事情繁瑣，似乎無從下手。

但是用計算思維來概括，無外乎以下四個部分。

第一是分解任務，把一個複雜的任務分解成幾個小問題分别解決。
每一個小問題又可以進一步分解成不同的小任務來解決，當每一個小任務都解決好了以後，這個“安排家庭旅行”的龐大任務就能迎刃而解了。

比如，我們可以将“安排家庭旅行”這個龐大的任務分解成“訂機票”、“訂酒店”、“訂活動”等小任務，

再将“訂機票”進一步分解為“确認時間”、“确認航班”、“确認機票”、“付款”、“取票”。

第二是模式認知，就是根據過去的經驗以及過去解決問題的方法，來解決眼前的問題。
例如，回顧之前家庭旅行中好的經驗和方法，可以應用到這次的計劃中。

第三是抽象思維。

下圖中，左右是兩個不同的計劃，對比一下會發現，左邊有很多沒必要的細節，比如“用酒店的牙刷毛巾洗漱”。

而善于運用抽象思維的人會剝離出問題的核心和關鍵，知道什麼是重要的、什麼是不重要的，這樣就不會把時間浪費在不必要的事情上了。
第四是算法開發，可以通俗地理解為解決方案的設計。

以旅行計劃的制定為例，早上準備去公園玩，那麼問題來了：

怎麼從酒店走到中央公園？這時可能需要根據天氣情況來規劃下一步的行動。

以上就是利用計算思維完整的解決一個實際問題，我們也通過實際問題了解到了計算思維在生活中的應用。

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計算思維

真的很重要

關于計算思維，圖靈獎的得主戴克斯.特拉曾說過：

“我們所使用的工具影響着我們的思維方式和思維習慣，從而也深刻地影響着我們的思維能力”，這就是著名的“工具影響思維”的論點。

計算機是我們現在每天都在使用的工具，它的工作原理，是通過一步一步地執行我們設置好的指令來解決問題。

計算思維就是在審視計算機科學所蘊含的思想和方法時，被挖掘出來的一種獨特的思維方式。

學習計算思維，就是學習像計算機科學家一樣思考和解決問題。

計算思維本身就是為了解決問題而提出的，是為了解決問題而提倡的一種思維方式。

這對于鍛煉孩子的思考問題、解決問題能力的養成非常有效。

當我們通過計算思維的實踐和計算操作實現了自己想要的數學模型的時候，也會提高孩子的自信心和自我認可能力。

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