计算思维在计算机基础教育中的重要性

4.2.4.1　计算思维在美国提出的背景

（1）PITAC报告

在2005年，PITAC（美国总统信息技术咨询委员会）向美国总统提交了一份名为Computational Science：Ensuring America's Competitiveness（即《CT：确保美国竞争力的报告》）的报告，报告中写道：“虽然计算本身也是一门学科，但是具有促进其他学科发展的作用；在21世纪科学上最重要，经济上最有前景的研究可能得通过掌握先进计算技术和运用计算科学去解决；该报告认为如今美国没有认识计算科学在社会学科、生物医疗、工程学科、工业改革、国家安全中的核心地位，如果不积极重视，势必危及美国科学经济在世界的领导和竞争地位；报告希望国家奖将计算科学置于国家科学与技术发展的长期规划中来，并确立计算科学对其他学科的指导地位。”

（2）2005年年底到2006年年初美国四区报告

对“计算学科与日俱增的重要性与学习者对计算学科兴趣的下降问题”，在NSF的组织下，国家计算教育与科学研究领域的专家学者分为东北、中西、东南、西北四个区域，形成了四份报告。

①研究组关于综合计算教育和研究（ICER）东北研讨会上的报告；

②中西部地区研究组关于ICER的报告：2010年及以后的IT毕业生；

③东南地区研究组关于ICER的报告：2010年及以后的IT毕业生；

④西北区域会议上关于ICER的最终报告。

报告建议大学一年级的计算机基础课程重新构造，加强多学科融合，为使其平稳过渡到大学的课程学习应针对性地对中小学习者的抽象思维能力和写作能力进行训练。

（3）2007年NSF的CPATH计划(www.xing528.com)

针对之前提出的多个报告，2007年启动了Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education计划（大学计算教育振兴途径，简称CPATH计划）。计划认为虽然目前的大学计算教育板块取得了一些成果，但是仍然没有完全脱离几十年来传统的计算教育模式。经过振兴计划的实施，CT在计划完成的过程中起到了不可忽视的作用，所以在2009年申报的项目中，对以“CT”为核心的要求就更为具体地被写进项目当中。

（4）NSF的CDI计划

看到CT掀起的浪潮，NSF启动了得到微软支持的Cyber-Enabled Discovery and Innovation计划（智能的科学发现和技术创新，简称CDI计划）。因此，CT在美国得以大力的成长和发展，学术的研究以及工程技术的探索都在有条不紊地进行。

4.2.4.2　计算思维在教学中的影响及其应用

目前，CT自2006年提出以来，经过6年的发展，已经趋于成熟，专家学者等人对其的认识和研究也进行了深入探索，在教育教学中的应用也已经为大家所接受。

在国外，美国CSTA（美国计算机科学技术教学者协会）发布的得到美国微软公司支持的《CT：一个所有课堂问题解决的工具》的报告为人们所接受，并按这样的方法进行了相应的探索；ACM在CS2001的审查报告中要求将“CT”与“计算机导论”绑定在一起，讲授科学思维的本质。

在国内，桂林电子科技大学的“计算机科学导论”精品课程对以“CT”为核心的计算机导论进行了深入的讲解；暨南大学对CT和《软件工程》课程中的方法论进行了广泛的探讨；2010年颁布《九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明》的九大高校以及南方科技大学、国防科技大学、四川师范大学等众多高校都在探索性展开基于“CT”为核心能力培养的计算机基础课程的教学。

CT也在其他学科中进行培养，并产生了一定的影响。“如在生物学科中，Shotgun algorithm（霰弹枪算法）大大提高了人类基因组测序的速度，蛋白质的动力学可以用计算的过程去模拟；在化学学科中，原子计算能探索化学的一些现象，优化和搜索算法能找寻优化化学反应条件和提高产量的物质；在脑科学中，人工智能就一直以人脑思维的方式发明创新机器来帮助我们完成更现代化的技术；在数学学科中应用甚广，因为计算的本质缘于对数学的研究，四色定理等都受到了CT很大的影响；在经济学科中，电子商务等都受到了CT的影响；在地质学领域，对地壳、地球、复杂大气层等的模拟都需要用到CT的理念；在电子、土木、机械、航空航天等工程领域计算方式的进行能够提高器械等的高精度高密度等；在医疗领域，机器人手术、可视化技术等；在社会科学中，社交网络等也被人们所喜爱和接受；在法学领域，斯坦福大学的CL方法涵盖了时序逻辑、状态机、进程代数、人工智能、Petri网等方面的内容；娱乐中的游戏，电影和艺术中的喷绘机器人、戏剧等都有受到CT的影响。”

目前，我国上海交大、南方科技大学、西安交通大学、深圳大学、四川师范大学等已经陆续正式开展了新型计算机基础课程——“计算机科学导论：CT”。