前    言
2010年11月，在济南的“大学计算机课程报告论坛”大会上，前教育部计算机基础教学指导委员会主任陈国良院士做了关于“计算思维”的专题报告，笔者有幸参加了本次会议，首次学习并了解到了“计算思维”及其相关知识。那时，一边听陈院士的报告，一边就在浮想联翩——满脑子的狭义计算思维。想到激动处，竟脱口狂言：“也许，我也能写本计算思维方面的书！”彼时同事一脸的疑惑和莫言。会议开完了，诸事缠身，什么也不记得了。
2011年暑假，到风景秀美的张家界参加一个计算机方面的会议，会上又听了一个专家做关于“计算思维”的报告，感觉自己真该做点什么了。会议结束后，在返回柳州的火车上，闲来无事，竟然规划起《计算思维导论》的大纲来——大致勾勒了每一章写点什么。
回到学校，一瞎忙乎，又忘记这回事儿了。
2012年春季，大概5月份，带了几个同事到武汉华中科技大学参加一个学术会议，再次聆听到了陈国良院士等几位专家关于“计算思维”的报告，深受启发。又让我产生了写本书的冲动！
俗话说“事不过三”，该痛下决心做点什么了。可当时正在撰写一本教学改革专著，须限期完成。2012年7月15日，专著总算“杀青”。7月16日，正式开始撰写“计算思维”方面的书稿了。
回想起来，那时的我，手忙脚乱，日夜兼程。一边著书，一边联系出版社，最后在广西师范大学出版社的大力支持下，在国内“率先”出版了将近60万字的《计算思维导论》。从“下笔”撰写到正式出版拿到书，前后竟然不到4个月，为的就是“率先”和参加广州会议（事后才知道，陈国良院士于同年同月出版了同名著作，不免汗颜）。
11月8日，笔者带着几十本书，屁颠屁颠地去广州“大学计算机课程报告论坛”上交流。此程虽然收获了业界不少人士好奇的眼光，但也招致了个别专家不屑的微词——大意是“你等凑什么热闹、赶啥子时髦啊！”泄气？No！
得意和任性的我，给陈国良院士寄了一本书。尽管此前从来没有和陈院士打交道（除了远远地聆听他两次报告），尽管陈院士也于同年同月出版了同名著作，但后来还是得到了陈院士的许多褒奖！不免由衷感叹，大家就是大家，不一样的胸怀！
《计算思维导论》第一次只印刷了1100册，我用课题费购买了1000册，全部用于分发和交流了。尽管很多人没有看到此书，但还是得到了不少肯定，直至今日，仍然有人在联系笔者，希望提供教学资源和课件，以便教材的采用。还好，努力没有白费。好消息一个接着一个来了！
2013年7月，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会制订并发布了极具战略指导意义的《计算思维教学改革白皮书》（征求意见稿），我们编著的《计算思维导论》一书有幸成为主要参考文献之一（总共5份参考文献），也属不易。
2013年10月，由教育部社科司组织评选“第三届中国大学出版社优秀教材”，《计算思维导论》荣获“第三届中国大学出版社优秀教材”一等奖。
2014年11月，经过层层评审，《计算思维导论》被评为第二批“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。
不知不觉两年半过去了。

两年半来，笔者一直在思考两个问题：一是“计算思维”到底是什么？二是“计算思维”教育到底该怎么做？
第一个问题——“计算思维”到底是什么？相信也是教育界同行一直犯迷糊的问题。仔细想想，其实不怪大家迷糊。即便是“计算思维”的倡导者周以真教授，也没有明确定义什么是计算思维（周教授在在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》上介绍“Computational thinking”时，用的不是系动词“is”，而是“involves”），国内很多专家学者在撰文、报告时，也只是简单地引述周教授的文献，更有甚者，弄一大堆“云里雾里”的概念，让大家更加迷糊。另外，王飞跃先生首次翻译“Computational thinking”时把“thinking”翻译成“思维”，本无可厚非，可不少人一见“思维”二字就断章取义、望文生义了。
一时间，关于“计算思维”的各种不利看法和观点满天飞——有人说，脑科学还没有搞清楚思维的机理，谈什么计算思维？有人说，钱学森搞了那么久思维科学研究，也没有搞出什么名堂，研究什么计算思维？有人说，计算机专业一直在教计算思维，有什么新鲜的？有人说，“计算思维”不过是一个哗众取宠的噱头，兔子尾巴长不了；也有人说，教会学生使用Windows、Word、PowerPoint、Excel等工具，本身就是计算思维，因为著名学者EdsgerWybeDijkstra说过：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”……
更多人在观望！
当然，也有不少人在努力地研究和探索。
笔者也陷入了深深的思索之中。俗话说，“解铃还需系铃人”。困惑之时，笔者细细研读周以真教授的文献，终有所获。尽管周教授没有明确定义计算思维，但却明确地界定了“什么是计算思维，什么不是计算思维”，她提出的以下6点很值得大家仔细斟酌：
① 计算思维是概念化思维，不是程序化思维。
② 计算思维是基础的技能，而不是机械的技能。
③ 计算思维是人的思维，不是计算机的思维。
④ 计算思维是思想，不是人造品。
⑤ 计算思维是数学和工程互补融合的思维，不是数学性的思维。
⑥ 计算思维面向所有的人，所有领域。
这6点太重要了，这才是计算思维的核心和本质。
周以真教授说到了问题的要害，让人由衷地敬佩！另外，周教授所指的“计算思维”是“Computational thinking”，而非“Computing thinking”，更不是“Computer thinking”，值得好好琢磨。
笔者仔细品味后，对什么是计算思维有了自己的认知——计算思维就是基于计算的、隐藏在一般陈述性知识和技术背后的、科学家们求解问题时的思想和方法，借用一句话，就是“Computational Thinking is about idea, not technology”。计算思维属于科学方法论的范畴。
只有这样的认知，计算思维才是概念化思维而不是程序化思维；只有这样的认知，计算思维才是最基础的技能而不是机械的技能；只有这样的认知，才是人的思维而不是计算机的思维；只有这样的认知，计算思维才是思想而不是人造品；只有这样的认知，计算思维才是数学与工程互补融合的思维而不是数学性思维；也只有这样的认知，才有可能面向所有的人、所有的领域！
在《计算思维导论》中，笔者就旗帜鲜明地指出计算思维属于哲学方法论的范畴，并指出计算思维可以分为广义计算思维和狭义计算思维。回过头来看，这两个观点没有问题，但当时的认知还比较肤浅，多少有点瞎蒙的感觉。也正因为如此，笔者放下很多该做的事情，尽量抽出时间对《计算思维导论》进行修订，期望以一种正确的认知观反映计算思维，而不至产生误导。这也就是本书全面改版的由来。
第二个问题——计算思维教育到底该怎么做？这也是广大同行所关心的。几年过去了，学者们通过立项研究等多种方式，出版了多本计算思维方面的著作和教材，一些学校也在努力“试点”，但计算思维教育似乎并没有真正“落地”。客观地说，计算思维到底该教些什么以及怎么教，还一直困扰着业界的大多数人。
不可否认的现状是：计算思维似乎“狼烟四起”，业界多数人却又“一头雾水，莫衷一是”。以至各种理解与做法都有，大致分为四类。
一类是以“应用”做幌子，强调计算机基础教育应该强化应用能力培养，但一落到实处，还是技能培训。确切地说，强化应用能力什么时候都没有错，关键是应用能力是分层次的，设计一艘宇宙飞船去太空深处探究奥秘也是应用，学会用Word编排文件也是应用，层次不一样而已。
一类是以“浓缩”+“拼盘”的方式，讲解计算机软、硬件技术基础的各种内容，如计算机系统组成、操作系统、数据库、计算机网络、信息安全等，几乎涵盖了计算机专业的所有核心课程。这样一锅“夹生饭”，对于教师和学生来说，真不知道如何咀嚼和下咽。
一类是站在计算学科教育研究的高度，围绕“计算作为一门学科”讨论计算学科的形态（抽象、理论、设计）、计算学科的基本问题、计算学科的知识矩阵、计算科学哲学、计算学科方法论等，给人的感觉是“著作”色彩很浓，作为“教材”，似乎并没有怎么考虑教育的对象——刚入门的大一学生，他们能接受吗？
再一类就是近年来，受“计算思维”影响，试图寻求突破，在“狭义计算思维”的某些方面做了挖掘和整理，给人以新颖的感觉。客观地说，“计算机思维”或“程序思维”更浓，“计算思维”不足。
笔者对计算思维的本质有了基本的认知后，对计算思维教育也有了进一步的认识，归纳起来，有如下几方面的看法：
① 计算思维所蕴含的思想和方法，对拓展学生的“思维”空间、培养学生分析问题解决问题的能力非常有帮助，与高等教育强调创新与能力培养相吻合。分析围棋高手的培养，不难发现，他们需要大量的时间研读前人对弈过的棋谱，并从中悟出“道”和“术”，然后通过实战提升自己的实力。而“大学计算机基础”课程更像软件使用说明书或者操作指南，侧重于培养学生的技能。
② 计算思维教育没有太多现成的素材，需要深入挖掘和整理隐藏在知识和技术背后的、科学家们遇到问题时寻找解决办法的思想和方法，这不是一件容易的事情。另一方面，计算学科虽然年轻，但能挖掘出来的“计算思维”内容却非常丰富、素材相当多，不太可能全部纳入教学内容，这就需要认真地筛选，最后确定一个最佳的集合，该集合应该涵盖学科的不同层面。
③ 计算思维属于思想和方法层面上的东西，具有一定的抽象性。计算思维要“源于生活，高于生活，给人们以美的熏陶与享受”，这与大学教育是相称的。大学教育本身就不应该那么功利，否则就与“职业培训”相当了。纵观大学的课程，像数学、物理、化学、哲学等基础课，无一不具有较强的抽象性。比较而言，原来的“大学计算机基础”课程灌输一大堆表象的、技术性的知识，培养所谓的操作技能，不管是内容还是难度都不怎么像一门大学的基础课，充其量与大学物理实验相当。另外，前者是程序性知识，宜于教；后者是陈述性知识，宜于学。教学相长，非常有益！
④ 计算思维教育是单纯地增加难度吗？No！很多教师都担心“难度”问题，担心学生接收不了，其实完全没有必要，因为：第一，计算思维属于思想和方法论范畴，尽管有一定的抽象性，但远没有数学那么困难；第二，计算思维教育的难点不在于学生是否能接受，而是在于教师本身的能力，教师教学时既要深入浅出，还要有非常广的知识面，也就是说接受挑战的是教师，而不是学生；第三，计算思维有其自身的特殊性，充满“诱惑”，只要教学得当，肯定能充分地调动学生学习的积极性和兴趣，这样学习就有了基本的保障。第四，根据Bloom理论正确处理好难度与复杂度的关系。
⑤ 计算思维教育应培养学生良好的应用意识。笔者认为“与其培养应用能力，不如培养应用意识”，这不仅可能，也非常有意义。借助于科学家们求解问题时智慧的思想和方法，当他具备了相关知识时，碰到应用领域的实际问题时就会意识到该如何去解决。事实上，低层次的应用能力（如Word、PowerPoint等操作技能）中学生都掌握得很好，而高层次的应用则需要良好的应用意识。仔细研究下图的个人素养构成对于教学改革应该有很大帮助。









⑥ 计算思维到底该面向计算机专业还是非计算机专业的学生？有没有必要按学科分类进行教学内容设计？其实，作为大学一年级学生的入门性质的基础课，作为教学对象的学生在基础方面有差异吗？如果还要按学科分类教学，那么，如何解释周以真教授所指出的“计算思维面向所有的人、所有的领域”？
⑦ 计算思维教育宜采用MOOC、翻转课堂的教学方式，而不是找本什么教材“照本宣科”。课程的考核方式也应该摒弃原有的“等级考试”模式，而是以“能力”评价为主。配套实验方面可提出技能方面的要求，并适当安排几个设计项目，提升学习者的兴趣和成就感。
……
笔者在前言里面谈这么些观点和看法，说的不对欢迎“争鸣”，说的不错希望给个“赞”。既然教学改革研究也属于“研究”的范畴，学术上“百花齐放，百家争鸣”也是应该的。都是为了教育，没必要太“腼腆”和“客套”！
基于以上认知与思考，本书对2012年出版的《计算思维导论》进行了“继承”和“发展”。
几乎重写了第1章，以体现“计算需求–计算工具–计算技术–计算科学（学科）–计算思维”之脉络；改写、扩展了第2章，以更好地体现计算学科基础理论与技术方面所蕴含的、卓越的“计算思维”；删掉了原来的第3章，尽管逻辑基础对计算思维来说很重要；补充了原来的第4章，增加了“并行与串行”，使之更完整，作为本书的第3章；修订了原来的第5章，增加了部分内容，作为本书的第4章；增加了全新的第5章，以充分展现计算机科学家们在解决典型问题时所表现出来的、超人的“智慧”；原书的第7章略作修订；新增了第8章，简要介绍了从“计算”到“文化”的变迁，为将来开设真正意义的“计算文化”过渡。每章都提供了一个阅读材料，便于学习者了解、掌握一些常识性的知识和技术。
教材建设是一件只“吃力”却不怎么“讨好”的事情。说“吃力”是因为撰写本书，工作量非常大，几乎耗尽了半年来所有的业余时间，直至大年三十上午都在瞎忙乎，年初二又在“加班”了。说“不讨好”是因为“众口难调”，难免引来“口诛笔伐”，乃至“架在火上烤”。好在为了教育，乐意投入人力、物力和财力（计划砸二三十万做MOOC），没什么功利目的，也就坦然了。
实践是检验真理的惟一标准，让时间来证明一切！
需要特别说明的是，本书不适合照本宣科，教学需要“二次开发”，教师若能“融会贯通、深入浅出”，必将“善莫大焉”！鉴于此，笔者谢绝索要课件者。不过，乐于分享MOOC，欢迎接洽。
本书全面反映了广西科技大学在计算思维教育改革与研究方面的成果。第1章和第8章由徐奕奕副教授撰写，其余章节由唐培和教授撰写。每章的诗词由徐奕奕同志题写、修订。全书的统筹、安排、协调、统稿、审核等由唐培和同志负责。广西科技大学负责计算机专业“计算机导论”教学、负责非计算机专业计算机基础教育的老师们在教学实践方面做了大量的工作。
本书的出版得到了广西教育厅特色专业及课程一体化项目建设经费（GXTSZY217）、广西高等教育教学改革重点项目研究经费（2014JGZ133）、广西科技大学“计算思维”教学团队专项经费的资助。
特别感谢电子工业出版社的章海涛同志，他为了本书的出版做了大量的工作，提供了很多方便。
特别需要指出的是，John MacCormick所著的《Nine Algorithms That Changed the Future》（《改变未来的九大算法》，管策译）、吴军先生所著的《数学之美》以及李忠先生所著的《穿越计算机的迷雾》对笔者的影响较大，笔者也从中引用了不少内容和素材，特此感谢。
本书在编写过程中还参阅了不少文献，即便在书后的参考文献中也未必都记得不一一列举，不周之处，还望谅解，并在此一并感谢！
另外，本书为了节省一些篇幅，书中某些内容进行了删减，但是采用二维码技术嵌入到书中，读者扫描二维码后，可以阅读相关内容。这些也可在华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）进行免费下载。本书配套的MOOC内容正在制作中，完成后，将会在书中的相应位置添加二维码（本书重印时添加），以便读者进行参考和学习。
一家之言，水平有限，时间仓促，错漏难免，欢迎批评、指正和交流。
联系方式：tangpeihe@163.com或xyyaxyy@163。


唐培和     
2015年2月22日
于广西柳州