論大學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維與統(tǒng)計(jì)學(xué)的關(guān)系

1、論大學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維與 論大學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維與統(tǒng)計(jì)學(xué)的關(guān)系 統(tǒng)計(jì)學(xué)的關(guān)系 作為統(tǒng)計(jì)學(xué)的學(xué)生，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用成為我們學(xué)習(xí)應(yīng)用中必不可少的部分。而統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門專門與數(shù)據(jù)打交道的專業(yè)，與計(jì)算機(jī)的關(guān)系密不可分。顯而易見(jiàn)它們的互補(bǔ)性很強(qiáng)，可以相互促進(jìn)。比如，統(tǒng)計(jì)學(xué)可以對(duì)計(jì)算思維研究方面取得的成果進(jìn)行再研究和吸收，最終豐富統(tǒng)計(jì)學(xué)的內(nèi)容；反過(guò)來(lái)，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)也可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的學(xué)習(xí)得到更大的提高。計(jì)算思維與統(tǒng)計(jì)學(xué)存在的密切聯(lián)系，以及以學(xué)科認(rèn)知理論體

2、系構(gòu)建為核心的統(tǒng)計(jì)學(xué)在中國(guó)的研究與應(yīng)用。計(jì)算機(jī)思維是支撐科研創(chuàng)新的三大支柱之一，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)思維從而提高對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)方法。相對(duì)而言，計(jì)算思維的研究主要在國(guó)外，主要是在美國(guó)和英國(guó)，他們研究的重點(diǎn)放在計(jì)算思維的過(guò)程及其實(shí)質(zhì)和特征上。此工作有助于人們對(duì)計(jì)算思維與統(tǒng)計(jì)學(xué)的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)它們展開(kāi)進(jìn)一步地深入研究。而統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門依靠計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行的行業(yè)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)又是每個(gè)大學(xué)生的必修課。 （一） 、計(jì)算機(jī)思維 、計(jì)算機(jī)思維與統(tǒng)計(jì)學(xué) 與統(tǒng)計(jì)學(xué)

3、 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我們只有好好掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)，培養(yǎng)自己的計(jì)算機(jī)思維，提高自己應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力，才能跟上時(shí)代的步伐，才能在學(xué)習(xí)其他計(jì)算機(jī)技能時(shí)得心應(yīng)手。無(wú)論在生活、學(xué)習(xí)還是工作中，我們都可以用到計(jì)算機(jī)， 我們用 word 寫文檔， 寫日志； 用 Excel 做報(bào)表， 記賬； 用 PPT 做出美輪美奐的幻燈片，展現(xiàn)自己獨(dú)特的個(gè)性；用 Visio 做流程圖等。統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的聯(lián)系主要表現(xiàn)為，是一門專門與數(shù)據(jù)打交道的專業(yè)，與計(jì)

4、算機(jī)的關(guān)系密不可分，在統(tǒng)計(jì)研究中，要用到各種統(tǒng)計(jì)軟件。大多數(shù)人認(rèn)為統(tǒng)計(jì)學(xué)只講解概念就行了, 不必講算法了。因?yàn)?S AS 已經(jīng)解決了算法問(wèn)題, 統(tǒng)計(jì)學(xué)課程再講算法就多余了。我們的認(rèn)識(shí)是基本統(tǒng)計(jì)教學(xué)，算法教學(xué)不減。因?yàn)樽罨镜慕y(tǒng)計(jì)分析出發(fā)點(diǎn)、分析方法都體現(xiàn)在算法之中。基本算法教學(xué)如果減去, 會(huì)影響重要的統(tǒng)計(jì)分析概念的建立。多因素分析的算法教學(xué)量掌握到滿足以下教學(xué)效果為準(zhǔn):通過(guò)算法教學(xué)建立正確的概念。 通過(guò)算法教學(xué)交待清楚重要統(tǒng)計(jì)量的含義。

5、 選擇有助于得出分析結(jié)論的統(tǒng)計(jì)量, 作為教學(xué)內(nèi)容。SAS 輸出的中間結(jié)果和有助于單純研究統(tǒng)計(jì)方法的統(tǒng)計(jì)量不作為教學(xué)內(nèi)容。開(kāi)展計(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí)專題教學(xué)。主要內(nèi)容包括：科學(xué)思維：三大科學(xué)思維、計(jì)算思維及其主要內(nèi)容、計(jì)算思維的作用。計(jì)算理論：馮·諾依曼計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)程序，圖靈機(jī)、停機(jī)問(wèn)題、圖靈猜想，可計(jì)算性問(wèn)題、計(jì)算復(fù)雜性、P&NP 問(wèn)題。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)由于教學(xué)對(duì)象是非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生，因此計(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)必須有別于專業(yè)學(xué)

6、生。在計(jì)算機(jī)專業(yè)中，某些知識(shí)點(diǎn)就是一門課程，如可計(jì)算性理論。在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中，開(kāi)展計(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)要注意：對(duì)三大科學(xué)思維、計(jì)算思維及其主要內(nèi)容、計(jì)算思維的作用、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)程序等問(wèn)題簡(jiǎn)明扼要地闡述清楚；停機(jī)問(wèn)題、圖靈猜想、可計(jì)算性問(wèn)題、P&NP 問(wèn)題等本身沒(méi)有答案，僅僅是像公理一樣的命題，只需要簡(jiǎn)單舉例提出并說(shuō)清楚即可，不需展開(kāi)。 ②講授程序設(shè)計(jì)基本知識(shí)和訓(xùn)練算法基本功。讓學(xué)生明白計(jì)算機(jī)抽象、自動(dòng)執(zhí)行的

7、道理，掌握基本編程的能力。更有利的是學(xué)生根據(jù)各自情況，利用假期可更深入地自主學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)內(nèi)容。 在錢學(xué)森的倡導(dǎo)下， 自上世紀(jì) 80 年代起， 面向新技術(shù)革命的思維科學(xué)研究愈來(lái)愈受到國(guó)內(nèi)有關(guān)專家學(xué)者的關(guān)注與重視。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，隨著美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(簡(jiǎn)稱 ACM)和美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)分會(huì)(簡(jiǎn)稱 IEEE-CS)組成的聯(lián)合攻關(guān)組于 1988 年底提交了“作為學(xué)科的計(jì)算科學(xué)”的報(bào)告， 計(jì)算學(xué)科的“存在性”得以證明。隨后，CC

8、1991 報(bào)告和 CC2001 報(bào)告等相繼出臺(tái)，從學(xué)科的角度詮釋了計(jì)算科學(xué)的內(nèi)涵與外延，為計(jì)算學(xué)科建立了現(xiàn)代課程體系。在計(jì)算學(xué)科課程體系的本土化進(jìn)程中，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者們付出了艱辛努力， 并取得實(shí)質(zhì)性成果， 于 2002 年提出了“2002 中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程”。 (China Computing Curricula 2002，簡(jiǎn)稱 CCC2002)。在 CC2002 教程的引導(dǎo)下，針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教育方面的諸多

9、問(wèn)題，國(guó)內(nèi)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教育的廣大工作者進(jìn)行了廣泛而有益的探討，大大豐富了計(jì)算學(xué)科課程體系建設(shè)的內(nèi)容。在計(jì)算學(xué)科課程教育改革的進(jìn)程中，如何培養(yǎng)既能熟練掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)與技能，又具有計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科意識(shí)和素養(yǎng)的人才問(wèn)題，逐步成為人們關(guān)注的主要方面。 《談?wù)動(dòng)?jì)算機(jī)思維》在談到計(jì)算機(jī)文化與計(jì)算機(jī)思維相互之間的聯(lián)系時(shí)指出，“隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，‘計(jì)算機(jī)’已不再是一個(gè)單純的計(jì)算工具的代名詞，而是信息時(shí)代高新技術(shù)的象征。 可以這樣說(shuō)，

10、 “計(jì)算機(jī)”作為一種文化，已滲透到社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，而使得生活在這一時(shí)期的人們的思維5）是思想，不是人造物 不只是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)并時(shí)時(shí)刻刻觸及我們的生活，更重要的是還將有我們用以接近和求解問(wèn)題、管理日常生活、與他人交流和互動(dòng)的計(jì)算概念；而且，面向所有的人，所有地方。當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學(xué)的時(shí)候， 它就將成為一種現(xiàn)實(shí)。6）面向所有人 所有地方當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)

11、的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學(xué)的時(shí)候，它就將成為現(xiàn)實(shí)。就教學(xué)而言，計(jì)算思維作為一個(gè)問(wèn)題解決的有效工具，應(yīng)當(dāng)在所有地方，所有學(xué)校的課堂教學(xué)中得到應(yīng)用。針對(duì)不少人認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)等同于計(jì)算機(jī)編程等方面的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，周教授認(rèn)為，當(dāng)我們用行動(dòng)來(lái)改變這種狹隘的社會(huì)認(rèn)識(shí)時(shí)，計(jì)算思維就是一個(gè)引領(lǐng)計(jì)算機(jī)教育家、研究者和實(shí)踐者的宏大遠(yuǎn)景。 2. 2.主觀看法 主觀看法 1）抽象性 根據(jù)中學(xué)階段美術(shù)老師對(duì)于抽象化的介紹，所謂的“抽象” ，就是抓住事物的核心

12、特點(diǎn)，通過(guò)建立模型的方法，將實(shí)際問(wèn)題中的復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)基本問(wèn)題。二計(jì)算機(jī)思維難以準(zhǔn)確歸類，但卻最接近抽象思維。下面舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子： 假如我媽要去某地去旅游， 有很多景點(diǎn)， 該如何設(shè)計(jì)路線?現(xiàn)在我們利用計(jì)算機(jī)思維進(jìn)行抽象，可以得到一些數(shù)據(jù)：每個(gè)景點(diǎn)之間的距離，每個(gè)景點(diǎn)的路況。那么就產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題：將這些景點(diǎn)從頭到尾連起來(lái)，在保證耗時(shí)，路費(fèi)的消耗合理的情況下求解一條最為經(jīng)濟(jì)，不浪費(fèi)時(shí)間的組合。所以在解決問(wèn)題的時(shí)候最為關(guān)鍵的是在抽象問(wèn)

13、題的時(shí)候要做到不重不漏， 但這在以前對(duì)于計(jì)算機(jī)是非常困難的事。2）計(jì)算性 很多大學(xué)生第一眼見(jiàn)到“計(jì)算機(jī)思維”這四個(gè)字時(shí)，或多或少都會(huì)覺(jué)得計(jì)算機(jī)思維就是“計(jì)算機(jī)的思維方式” 。 這種想法固然不對(duì)， 但位我們理解計(jì)算機(jī)思維提供了一個(gè)切入點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)思維強(qiáng)調(diào)對(duì)計(jì)算工具的應(yīng)用。與過(guò)去不同，現(xiàn)在被稱為“大數(shù)據(jù)時(shí)代”人們?cè)谔幚韱?wèn)題的時(shí)候，往往會(huì)面臨大批量的信息。比如，同學(xué)們手機(jī)上的百度地圖，在建立這個(gè)地圖網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，要處理衛(wèi)星拍攝的數(shù)以億計(jì)的照片，

14、還要定期對(duì)地圖進(jìn)行更新，這在過(guò)去是一個(gè)不可能完成的任務(wù)，而現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)工程師卻能利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力， 以很高的效率來(lái)解決掉這些圖片。 正如李陶深教授所言： “計(jì)算思維是建立在計(jì)算過(guò)程的能力和限制之上的， 不管這些過(guò)程是由人還是由機(jī)器執(zhí)行的。 ” 在解決問(wèn)題的過(guò)程中， 我們要了解手頭上的計(jì)算工具的計(jì)算功能，在其限度內(nèi)設(shè)計(jì)算法。 （四） （四）計(jì)算機(jī)思維邏輯分析 計(jì)算機(jī)思維邏輯分析 我所理解的“計(jì)算機(jī)思維”，指的是“計(jì)算機(jī)象

15、人的大腦那樣的工作”。由于我們目前對(duì)人類大腦工作的原理還至少處于半無(wú)知的狀態(tài)，我們也就無(wú)法確切地界定什么是思維。這樣，我們就只能換另外一種方式來(lái)討論 “計(jì)算機(jī)能不能思維”這個(gè)問(wèn)題， 即把“計(jì)算機(jī)能不能思維”這個(gè)問(wèn)題改變“計(jì)算機(jī)能不能象人的大腦那樣工作”這樣的問(wèn)題來(lái)討論。 從本世紀(jì) 70 年代開(kāi)始就有不少的計(jì)算機(jī)科學(xué)家預(yù)言“能夠思維的計(jì)算機(jī)”很快就會(huì)問(wèn)世。 但是， 到目前為止，即使全世界最高級(jí)的計(jì)算機(jī)也還始終只是一臺(tái)按照人編制的程序工作的

16、“機(jī)器”。在現(xiàn)代機(jī)器剛剛發(fā)明出來(lái)之時(shí)，不少人希望能夠制造出一旦發(fā)動(dòng)就不再需要新的能量、能夠永遠(yuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)不停的“永動(dòng)機(jī)”。后來(lái)，科學(xué)家們能夠最終能從理論上證明“制造永動(dòng)機(jī)”的不可能。我們現(xiàn)在雖然不能像科學(xué)家們證明“永動(dòng)機(jī)不可能”那樣證明“計(jì)算機(jī)不能思維”。但至少可以從邏輯上對(duì)這個(gè)問(wèn)題做出一個(gè)初步的判斷。 1、從計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的角度證明計(jì)算機(jī)不能象人的大腦那樣工作 許多計(jì)算機(jī)科學(xué)認(rèn)為將來(lái)的計(jì)算機(jī)能夠象人的大腦那樣思維的主要原因是因?yàn)槿祟愂褂谜Z(yǔ)言思維