應(yīng)該是、是、怎么做——計(jì)算思維的理性離析*

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（四川外國(guó)語(yǔ)大學(xué)　重慶　400031）1（重慶師范大學(xué)　重慶　400030）2（川外南方翻譯學(xué)院　重慶　400715）3

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應(yīng)該是、是、怎么做——計(jì)算思維的理性離析*

樊子牛1牟琴2王華3

（四川外國(guó)語(yǔ)大學(xué)重慶400031）1
（重慶師范大學(xué)重慶400030）2
（川外南方翻譯學(xué)院重慶400715）3

摘要理性主導(dǎo)著人類認(rèn)識(shí)發(fā)展史。在理性的維度中，計(jì)算思維的根本問題“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行”，經(jīng)歷了哲學(xué)、科學(xué)和實(shí)踐三個(gè)層面的思維運(yùn)動(dòng)的問答。在問答過(guò)程中，顯現(xiàn)了計(jì)算思維的抽象思維方式、數(shù)學(xué)思維方式和工程思維方式的特點(diǎn)，形成了計(jì)算學(xué)科的哲學(xué)基礎(chǔ)、科學(xué)理論和實(shí)踐構(gòu)造的知識(shí)體系，離析出計(jì)算思維的三層含義。

關(guān)鍵詞計(jì)算思維理性思維方式

Ought，Being，Doing：The Rational Segregation of Computational Thinking

Fan Ziniu1Mu Qin2Wang Hua3
（Sichuan International Studies University Chongqing 400031）1
（Chongqing Normal University Chongqing 400030）2
（International Business School，Chongqing Nanfang Translators College of SISU Chongqing 400715）3

Abstract The rational dominates the history of human development. In the rational dimension，the essential question of computational thinking is what can be proceeded effectively and automatically，through the questions and answers of thinking movements from the three levels including philosophy，science and practice. In the process of the questions and answers，the paper has showed characteristics in the abstract thinking way，the mathematical thinking way and the engineering thinking way of computational thinking，formed the philosophical foundation，the scientific theory and the knowledge system of practice construction，and segregated three implications of computational thinking.

Keywords Computational thinking Rational Thinking way

一、引言

自2006年美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的周以真教授顯式地提出了計(jì)算思維，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從不同層次、不同角度出發(fā)，對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了有益的探索與研究。在這些探索與研究中，主要是從計(jì)算學(xué)科本身的理論歸納和實(shí)踐演繹這兩個(gè)方面，探尋了計(jì)算思維的內(nèi)涵與外延。但對(duì)于計(jì)算思維的思想源流---哲學(xué)基礎(chǔ)，以及在工程實(shí)踐中計(jì)算思維面對(duì)的困境，卻幾乎沒有涉及，因而存在一些研究?jī)?nèi)容的缺失。計(jì)算思維并非突然一下就成長(zhǎng)起來(lái)，它經(jīng)歷一個(gè)歷史與邏輯的發(fā)展過(guò)程。對(duì)于這個(gè)過(guò)程，筆者嘗試從理性的維度，在哲學(xué)、科學(xué)和實(shí)踐三個(gè)層面，以解答學(xué)科的根本問題為線索，探尋計(jì)算思維的思維運(yùn)動(dòng)軌跡，以期補(bǔ)充、豐富對(duì)計(jì)算思維的理性認(rèn)識(shí)。

二、理性的維度

理性，一般說(shuō)來(lái)，就是人類通過(guò)觀念活動(dòng)把握和處理生活環(huán)境，指導(dǎo)自己的實(shí)踐行為的一種能力[1]。理性發(fā)端自古希臘哲學(xué)，發(fā)展于近代西方哲學(xué)與自然科學(xué)之契合，成熟于現(xiàn)代實(shí)踐哲學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)之統(tǒng)一。對(duì)于世間萬(wàn)物，人只有通過(guò)理性才能掌握對(duì)象的本質(zhì)與規(guī)律。理性可分為理論理性與實(shí)踐理性，理論理性是認(rèn)知的理性，包含抽象理性與科學(xué)理性，對(duì)應(yīng)著哲學(xué)與科學(xué)，是要解決“應(yīng)該是什么”和“是什么”的問題；實(shí)踐理性是行動(dòng)的理性，也即“行動(dòng)的推理”（黑格爾）[2]，對(duì)應(yīng)著實(shí)踐，是要解決“怎么做”的問題。

理性在不同層次、范圍中的運(yùn)用，就產(chǎn)生了不同的思維方式。思維方式是人們思維活動(dòng)中用以理解、把握和評(píng)價(jià)客觀對(duì)象的基本依據(jù)和模式【3]。抽象理性產(chǎn)生了抽象性、思辨性的思維方式，如抽象思維方式；科學(xué)理性產(chǎn)生了精確性、必然性的思維方式，如數(shù)學(xué)思維方式；實(shí)踐理性產(chǎn)生了籌劃性、構(gòu)造性的思維方式，如工程思維方式。

不同的思維方式在思維活動(dòng)中，又會(huì)產(chǎn)生不同的知識(shí)體系。抽象思維方式產(chǎn)生了哲學(xué)的知識(shí)體系；數(shù)學(xué)思維方式萌發(fā)了近代科學(xué)的知識(shí)體系；工程思維方式構(gòu)造了實(shí)踐活動(dòng)的知識(shí)體系。

哲學(xué)基礎(chǔ)、科學(xué)理論和實(shí)踐構(gòu)造，是一門學(xué)科知識(shí)體系的有機(jī)組成部分，不同部分的知識(shí)之間既相互區(qū)別，又相互依存。如果把計(jì)算學(xué)科比喻成一顆大樹，那么哲學(xué)基礎(chǔ)就是樹根，科學(xué)理論就是樹干，實(shí)踐構(gòu)造就是枝葉。

三、計(jì)算思維與學(xué)科的根本問題

計(jì)算思維關(guān)注的根本問題，也是學(xué)科的根本問題，即：“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行”。這是問題的抽象表述，其中“什么”是指客觀對(duì)象；“自動(dòng)進(jìn)行”是指客觀對(duì)象的活動(dòng)；“有效”是指活動(dòng)的效率；這里還隱含著活動(dòng)所需的載體，是精神載體、或是物質(zhì)載體，亦或精神與物質(zhì)統(tǒng)一的載體。

計(jì)算思維的定義是：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[4]。這是從思維角度對(duì)根本問題的具體回答，“涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”是根本問題中的“什么”；“求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為”是“自動(dòng)進(jìn)行”的活動(dòng)；“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法”是解決根本問題的方法與手段；活動(dòng)所需的載體隱含地指向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

從抽象問題的提出，到計(jì)算思維定義的具體回答，經(jīng)歷了“應(yīng)該是什么”、“是什么”和“怎么做”三個(gè)過(guò)程。這三個(gè)過(guò)程是計(jì)算學(xué)科的發(fā)展過(guò)程，也是計(jì)算思維的形成過(guò)程。

四、“應(yīng)該是什么”——根本問題的哲學(xué)問答

哲學(xué)即愛智慧，以“整個(gè)世界”為對(duì)象，提供關(guān)于“整個(gè)世界”運(yùn)動(dòng)與發(fā)展的最普遍的本質(zhì)和規(guī)律。哲學(xué)在尋求“普遍規(guī)律”的思維活動(dòng)中，是以哲學(xué)思維方式為認(rèn)識(shí)的依據(jù)和模式。哲學(xué)思維方式，也稱為思辨思維方式、抽象思維方式，本文中使用抽象思維方式這個(gè)詞條。

抽象思維方式的主要特點(diǎn)是無(wú)限性、反思性、抽象性、辯證性、終極性。無(wú)限性是指，哲學(xué)思維的對(duì)象是“整個(gè)世界”，是無(wú)限的，而具體科學(xué)的思維對(duì)象是局部的，有限的；反思性是指，哲學(xué)思維是對(duì)認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí)，即把科學(xué)理論與規(guī)律作為認(rèn)識(shí)的對(duì)象，進(jìn)行再認(rèn)識(shí)；抽象性是指，哲學(xué)的抽象是高度的抽象，比具體科學(xué)的思維更為抽象，是一種“純粹的思想”；辯證性是指，哲學(xué)命題是一種理論上的假說(shuō)，不可實(shí)證，它遵循辯證邏輯的公式：A是A又是非A[5]；終極性是指，哲學(xué)思維總是試圖給出終極的說(shuō)明或規(guī)定，總是把自己的結(jié)論看成是不可易移的終極真理[5]。

以抽象的思維方式，對(duì)于計(jì)算學(xué)科的根本問題，“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行”，可以抽象地表述為：整個(gè)世界可以在思想中進(jìn)行邏輯的運(yùn)動(dòng)嗎？這個(gè)問題可以分解為以下幾個(gè)問題。如何對(duì)整個(gè)世界進(jìn)行認(rèn)識(shí)？世界的本質(zhì)是什么？什么決定著認(rèn)識(shí)過(guò)程？認(rèn)識(shí)過(guò)程可以自動(dòng)化嗎？古希臘的哲學(xué)命題，對(duì)這些問題做出了啟蒙式的回答。

如何對(duì)整個(gè)世界進(jìn)行認(rèn)識(shí)？柏拉圖的“理念論”提出現(xiàn)象世界背后的理論世界是真實(shí)的，即普遍的概念、形式是本質(zhì)，這是身心二元論的理論雛形；后經(jīng)17世紀(jì)的法國(guó)哲學(xué)家笛卡爾提出“我思故我在”，進(jìn)一步發(fā)展了身心二元論的哲學(xué)思想。身心二元論思想提倡精神可以和物質(zhì)相分離，我們通過(guò)精神把握概念，也就認(rèn)識(shí)了事物的本質(zhì)。

世界的本質(zhì)是什么？畢達(dá)哥拉斯學(xué)派以最初的抽象方式提出了“數(shù)”是萬(wàn)物的本源，萬(wàn)物都包含著數(shù)量關(guān)系?！皵?shù)”不僅可以用來(lái)解釋具體事物，而且可以用來(lái)解釋抽象事物，數(shù)構(gòu)成了一切變化不定之物共同的確定不變的東西[6]。

什么決定著認(rèn)識(shí)過(guò)程？亞里士多德對(duì)思維活動(dòng)的形式進(jìn)行了研究，分析了概念、判斷、推理等邏輯形式，提出了同一律、矛盾律和排中律三條邏輯公理，發(fā)展了古典形式邏輯系統(tǒng)。亞里士多德建立了首個(gè)純形式推理體系，為形式化的發(fā)展提供了重要的思想源泉[7]。

認(rèn)識(shí)過(guò)程可以自動(dòng)化嗎？亞里士多德在柏拉圖“理念論”的基礎(chǔ)之上，提出了“四因說(shuō)”，并歸結(jié)為質(zhì)料與形式的區(qū)分，形式?jīng)Q定質(zhì)料，這就是亞里士多德的“目的論”?！澳康恼摗碧N(yùn)含著“自動(dòng)化”的思想，任曉明教授認(rèn)為，亞里士多德的目的性概念可細(xì)分為“構(gòu)造的目的性”和“程序目的性”，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)科學(xué)哲學(xué)的核心理念之一。

同時(shí)，亞里士多德在《形而上學(xué)》一書中指出，同種元素體自身內(nèi)的各個(gè)部分沒有相互作用，但互相接觸的不同元素體之間卻有相互作用，論述了事物的相互作用和變化的關(guān)系，是系統(tǒng)論的思想源流。

在抽象思維方式的統(tǒng)籌下，古希臘的哲學(xué)命題，萬(wàn)物皆數(shù)、身心二元論、古典形式邏輯、目的論、相互作用論等，對(duì)學(xué)科的根本問題做出了各自的回答：精神可以對(duì)現(xiàn)象世界進(jìn)行認(rèn)識(shí)，獲得本質(zhì)與規(guī)律；“數(shù)”是通過(guò)精神獲取的，是萬(wàn)物的本源；形式邏輯系統(tǒng)決定著認(rèn)識(shí)過(guò)程，是可以形式化的；形式化后的認(rèn)識(shí)過(guò)程，是可以自動(dòng)進(jìn)行的。這些回答的綜合表述是，經(jīng)由理念而獲得的“數(shù)”，代表著萬(wàn)物的本質(zhì)與規(guī)律，在形式邏輯系統(tǒng)中是自動(dòng)進(jìn)行的。在解答的過(guò)程中，從萬(wàn)物中去歸納“數(shù)”，體現(xiàn)了哲學(xué)思維方式的無(wú)限性；用“數(shù)”去解釋萬(wàn)物，體現(xiàn)了抽象性；問題的前提“假說(shuō)”與結(jié)論“假說(shuō)”，體現(xiàn)了辯證性；結(jié)論“假說(shuō)”至今仍然對(duì)計(jì)算學(xué)科的理論建構(gòu)產(chǎn)生著影響，體現(xiàn)了終極性。

古希臘的哲學(xué)命題，以及這些命題對(duì)學(xué)科根本問題的問答，構(gòu)成了計(jì)算學(xué)科在哲學(xué)層面的知識(shí)體系，形成了學(xué)科的哲學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)科的哲學(xué)基礎(chǔ)為計(jì)算學(xué)科的理論做了思想的奠基，也孕育了計(jì)算思維的抽象思維方式。

從哲學(xué)的層面，計(jì)算思維可表述為：計(jì)算思維是用數(shù)（符號(hào)）對(duì)世界進(jìn)行表征（抽象）和理解（自動(dòng)化）的思維活動(dòng)。這種“應(yīng)該是什么”的哲學(xué)表達(dá)，為科學(xué)理論的進(jìn)路指出了方向。

五、“是什么”——根本問題的科學(xué)問答

科學(xué)是反映自然、社會(huì)、思維等的客觀規(guī)律的分科的知識(shí)體系[8]。科學(xué)發(fā)源于近代西方，產(chǎn)生了數(shù)學(xué)、物理、天文學(xué)等自然科學(xué)，數(shù)學(xué)是其中的典型代表。德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯說(shuō)過(guò)：數(shù)學(xué)是科學(xué)的皇后。數(shù)學(xué)的演繹方法，從確定的前提到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评恚俚讲豢芍靡傻慕Y(jié)論，其精確性、確定性、標(biāo)準(zhǔn)化讓數(shù)學(xué)成為了人類認(rèn)識(shí)自然界的一種重要工具。王汝發(fā)教授認(rèn)為，數(shù)學(xué)為科學(xué)提供了定量分析和計(jì)算方法；數(shù)學(xué)是科學(xué)的邏輯工具；數(shù)學(xué)是現(xiàn)代科技進(jìn)步的重要基礎(chǔ)；科學(xué)是數(shù)學(xué)的解釋與模型[9]。近代西方科學(xué)的形成與發(fā)展，主要是憑借數(shù)學(xué)思想、方法，在數(shù)學(xué)思維方式的推動(dòng)下進(jìn)行的。

數(shù)學(xué)思維方式的主要特點(diǎn)是抽象性、邏輯性、形式化、問題性。抽象性是指，對(duì)具體對(duì)象的抽象，如空間、數(shù)量、問題，形成數(shù)學(xué)概念和數(shù)學(xué)模型；邏輯性是指，在數(shù)學(xué)思維的過(guò)程中，遵循形式邏輯的公式，如A等于A，數(shù)學(xué)中的公理、算法、甚至是數(shù)學(xué)理論體系的展開過(guò)程，都充分表現(xiàn)出數(shù)學(xué)的邏輯性；形式化是指，用數(shù)學(xué)的符號(hào)系統(tǒng)對(duì)客觀對(duì)象的形式（而不是內(nèi)容）進(jìn)行研究，使之精確化、機(jī)械化；問題性是指，數(shù)學(xué)思維是面向問題的思維方式，就是對(duì)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，建立數(shù)學(xué)模型，再對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn)，問題性是對(duì)數(shù)學(xué)思維方式特點(diǎn)的總體性概括。

“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行”，這個(gè)學(xué)科根本問題在哲學(xué)中獲得了抽象回答之后，就需要科學(xué)理論做出具體的回答。馬希文教授指出用計(jì)算機(jī)解決問題的三個(gè)基本前提，一是必須把問題形式化；二是形式化后的問題必須是可計(jì)算的；三是這種問題必須有一個(gè)合理的復(fù)雜度[10]。這就引發(fā)出了三個(gè)提問：?jiǎn)栴}可以形式化嗎？形式化后的問題有算法嗎？這個(gè)算法是能計(jì)算的嗎？自然科學(xué)中的相關(guān)學(xué)科對(duì)這些問題做了回答。

問題可以形式化嗎？邏輯學(xué)是研究思維的形式、規(guī)律和方法和科學(xué)。邏輯學(xué)對(duì)計(jì)算學(xué)科影響最大的就是形式化方法，形式化方法用特定的符號(hào)系統(tǒng)，來(lái)表示概念、命題和推理。形式化代表了一種極度精確的思維，排除了模糊性與歧義性，具有精確性、嚴(yán)格性、顯明性、能行性和普遍性的特點(diǎn)[11]。哥德爾的不完全性定理，為形式化方法劃定了自己的邊界。邏輯學(xué)中的形式化方法為問題的形式化提供了方法論支撐。

形式化后的問題有算法嗎？如果我們對(duì)一個(gè)形式化后的問題找到了一個(gè)算法，就稱這個(gè)問題是可計(jì)算的。在計(jì)算科學(xué)中，當(dāng)一個(gè)問題的描述及其求解方法或求解過(guò)程可以用構(gòu)造性數(shù)學(xué)來(lái)描述，而且該問題所涉及的認(rèn)論域?yàn)橛懈F，或雖為無(wú)窮但存在有窮表示時(shí)，那么，這個(gè)問題就一定能用計(jì)算機(jī)來(lái)求解[12]。數(shù)學(xué)的眾多學(xué)派中，對(duì)計(jì)算學(xué)科影響最大的是構(gòu)造性數(shù)學(xué)。構(gòu)造性數(shù)學(xué)用數(shù)學(xué)方式對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，建立模型并研究其內(nèi)在規(guī)律，構(gòu)造性數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)歸根到底是遞歸論[13]。構(gòu)造性數(shù)學(xué)包括數(shù)理邏輯、抽象代數(shù)、圖論和集合論等。數(shù)理邏輯是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)研究形式邏輯問題，數(shù)理邏輯在計(jì)算科學(xué)中用來(lái)驗(yàn)證定理、推論和程序正確性等，數(shù)理邏輯與電子技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了電子計(jì)算機(jī)。抽象代數(shù)是關(guān)于運(yùn)算的學(xué)問，是關(guān)于計(jì)算規(guī)則的學(xué)說(shuō)[14]，抽象代數(shù)對(duì)可計(jì)算性和計(jì)算復(fù)雜性、形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)、算法理論提供了理論基礎(chǔ)。圖論和集合論是表示離散對(duì)象及其相互關(guān)系的抽象數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表示奠定了理論基礎(chǔ)。構(gòu)造性數(shù)學(xué)為形式化問題的可計(jì)算提供了數(shù)學(xué)的描述方法。

這個(gè)算法是能計(jì)算的嗎？找到一個(gè)算法，具有了計(jì)算的可行性，但不一定就能計(jì)算，這就涉及到計(jì)算復(fù)雜性的問題。計(jì)算復(fù)雜性理論是理論計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支學(xué)科，使用數(shù)學(xué)方法對(duì)計(jì)算中所需的各種資源的耗費(fèi)作定量的分析，并研究各類問題之間在計(jì)算復(fù)雜程度上的相互關(guān)系和基本性質(zhì)，是算法分析的理論基礎(chǔ)[15]。計(jì)算復(fù)雜性理論提出了在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可以求解的P類問題、在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可以驗(yàn)證的NP類問題和P=NP？的關(guān)系問題，為算法的能計(jì)算提供了方法與思路。

對(duì)計(jì)算學(xué)科影響較大的還有系統(tǒng)科學(xué)。董榮勝教授認(rèn)為系統(tǒng)科學(xué)中的模型方法（建模、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)），直接影響著計(jì)算學(xué)科。計(jì)算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、軟件開發(fā)中的結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒ǖ?，都借鑒了系統(tǒng)科學(xué)方法。系統(tǒng)思維方式注重對(duì)象的整體性、層次性、相關(guān)性和動(dòng)態(tài)性，是計(jì)算思維的有機(jī)組成部分。

在數(shù)學(xué)思維方式的統(tǒng)籌下，邏輯學(xué)的形式化方法、數(shù)學(xué)中的構(gòu)造性數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)的計(jì)算復(fù)雜性理論，從科學(xué)理論上分別回答了學(xué)科的根本問題：一些問題是可以形式化的；這類形式化后的問題中，是存在算法的；對(duì)于有算法的形式化問題，是可以計(jì)算的。在解答過(guò)程中，對(duì)問題本身的抽象體現(xiàn)了數(shù)學(xué)思維方式的抽象性；對(duì)問題的描述體現(xiàn)了形式化；構(gòu)造性數(shù)學(xué)的運(yùn)用體現(xiàn)了邏輯性；整個(gè)問題的解決過(guò)程體現(xiàn)了問題性。

計(jì)算科學(xué)在吸收其它學(xué)科（邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)）思想與方法的基礎(chǔ)上，以數(shù)學(xué)思維方式為主導(dǎo)，完成了對(duì)根本問題的科學(xué)解答，形成了計(jì)算學(xué)科重要的科學(xué)知識(shí)體系---基礎(chǔ)理論。數(shù)學(xué)思維深刻地影響著計(jì)算思維，使計(jì)算思維具有了數(shù)學(xué)思維方式的特點(diǎn)。

從科學(xué)的層面，計(jì)算思維可表述為：計(jì)算思維是與形式化問題及其解決方案相關(guān)的一個(gè)思維過(guò)程，其解決問題的表示形式應(yīng)該能有效地被信息處理代理執(zhí)行[16]。這種“是什么”的科學(xué)表達(dá)，為實(shí)踐構(gòu)造奠定了理論基礎(chǔ)。

六、“怎么做”——根本問題的實(shí)踐問答

實(shí)踐是主體依據(jù)一定目的變革客體的感性活動(dòng)[3]。計(jì)算思維是面向所有人、所有地方，建造的是能夠與實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng)[17]。這種建造系統(tǒng)的過(guò)程，是實(shí)踐的活動(dòng)，具體講是一個(gè)造物的過(guò)程，屬于工程的范疇。例如，我國(guó)“天河千萬(wàn)億次巨型計(jì)算機(jī)”的建造，就是典型的工程案例。工程活動(dòng)由于涉及到不同實(shí)體、不同理論及它們的相互關(guān)系，其思維方式不同于哲學(xué)和科學(xué)的理論思維方式，是一種實(shí)踐性、籌劃性的工程思維方式。徐長(zhǎng)福教授指出，工程思維是將主客體之間的各種價(jià)值聯(lián)系非推導(dǎo)地復(fù)合在一起并據(jù)此去設(shè)計(jì)工程完形的思維方式[18]，即一條在實(shí)踐中處理異質(zhì)性的beings（復(fù)數(shù)的“是”）的道路[19]。

工程思維方式的主要特點(diǎn)是目的性、異質(zhì)性、復(fù)雜性、籌劃性、反饋性。目的性是指主體的價(jià)值意圖，工程所有的活動(dòng)都指向目的；異質(zhì)性是指工程中的諸多因素的不同質(zhì)，如各種客觀實(shí)體（如場(chǎng)地、人員、材料、環(huán)境）的不同質(zhì)，各學(xué)科理論的不同質(zhì)（如天河計(jì)算機(jī)工程就涉及到管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等）；復(fù)雜性是指對(duì)工程中諸多異質(zhì)因素呈現(xiàn)出來(lái)的相互關(guān)系；籌劃性是指一條把不同種類的復(fù)雜因素在一個(gè)實(shí)踐操作單元中“想周全”的路[19]；反饋性是指，在工程實(shí)踐中不能解決的問題，反饋給科學(xué)與哲學(xué)進(jìn)行處理。

“什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行”，這個(gè)學(xué)科根本問題在科學(xué)理論中獲得具體的回答之后，進(jìn)入了實(shí)踐領(lǐng)域，從“是什么”轉(zhuǎn)變成了“怎么做”，問題由因果性變成了目的性。在工程實(shí)踐中，是由實(shí)踐向計(jì)算學(xué)科發(fā)出提問，即目的性向因果性發(fā)出提問：什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。對(duì)此提問的回答方式不是“是什么”，而是“怎么做”，可分為二個(gè)維度。一是從工程籌劃的維度出發(fā)，從學(xué)科自身向外探尋學(xué)科的外延廣度（自然、社會(huì)、人文），哪些問題是可以用學(xué)科的理論來(lái)解答和構(gòu)造；二是從工程反饋的維度出發(fā)，從學(xué)科外部向內(nèi)追問學(xué)科的理論，還有哪些問題是能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。

從工程籌劃的維度出發(fā)。在工程實(shí)踐中，計(jì)算學(xué)科的理論和相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科的理論，包括其它一些異質(zhì)性實(shí)體因素，在工程思維的統(tǒng)籌下，進(jìn)行著邏輯和非邏輯的籌劃與構(gòu)造，建構(gòu)起了各種與實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng)（如天河千萬(wàn)億次巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）。在建構(gòu)系統(tǒng)的過(guò)程中，為了適應(yīng)工程活動(dòng)的異質(zhì)性和復(fù)雜性，學(xué)科的內(nèi)部出現(xiàn)了細(xì)化，學(xué)科外部出現(xiàn)了延伸。首先是學(xué)科內(nèi)部的細(xì)化，ACM和IEEE-CS聯(lián)合工作組在2001年總結(jié)并提出了計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系，并將計(jì)算學(xué)科分為計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程、計(jì)算機(jī)工程、信息技術(shù)和信息系統(tǒng)等五個(gè)分支學(xué)科，分別對(duì)應(yīng)著不同的實(shí)踐領(lǐng)域。其次是學(xué)科外部的延伸，催生了許多交叉學(xué)科，如計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)算語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等；計(jì)算作為一種思維方式與手段，有力促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步，取得了豐碩的研究成果，如高科技醫(yī)療器械CT、克魯格的生物分子結(jié)構(gòu)理論、吳文俊的“吳方法”等等?；?dòng)系統(tǒng)的構(gòu)建、計(jì)算學(xué)科的細(xì)化、交叉學(xué)科的產(chǎn)生，都是工程思維在實(shí)踐中把不同種類的復(fù)雜因素周全且合理地建構(gòu)成諸多工程實(shí)例的結(jié)果。這是從工程籌劃的維度出發(fā)，對(duì)學(xué)科根本問題的有力回答。

從工程反饋的維度出發(fā)。在工程實(shí)踐中，當(dāng)異質(zhì)性實(shí)體、其它學(xué)科理論與計(jì)算學(xué)科的理論不具有同一性時(shí)，就引發(fā)了對(duì)學(xué)科理論的追問和反思。反思可以從科學(xué)與哲學(xué)二個(gè)層面來(lái)進(jìn)行。首先從科學(xué)層面，是對(duì)理論本身的反思與改進(jìn)；例如，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的“軟件危機(jī)”，學(xué)科理論面對(duì)實(shí)踐的發(fā)問，借鑒了工程的思想與方法，解決了“軟件危機(jī)”，并催生了“軟件工程”。其次從哲學(xué)層面，是指當(dāng)學(xué)科理論本身也無(wú)法解決時(shí)，就要對(duì)理論的前提進(jìn)行反思，這就進(jìn)入了哲學(xué)層面；例如，以傳統(tǒng)的哲學(xué)假設(shè)為基礎(chǔ)（存在論和身心二元論）的人工智能領(lǐng)域在面對(duì)難以克服的困難時(shí)，一些計(jì)算機(jī)專家開始反思作為其工作基礎(chǔ)的哲學(xué)假設(shè)，并開始以反傳統(tǒng)的海德格爾哲學(xué)為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建一種新式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)路。其中最具代表性的是：威諾格拉德的存在主義設(shè)計(jì)、阿格勒的指示表征設(shè)計(jì)和多羅希的具身交互設(shè)計(jì)[20]?？茖W(xué)與哲學(xué)的反思，使計(jì)算學(xué)科內(nèi)在地具有了蓬勃生命力。這是從工程反饋的維度出發(fā)，對(duì)學(xué)科根本問題的誠(chéng)實(shí)應(yīng)答：我們正在前進(jìn)的路途中。

在工程思維的籌劃下，計(jì)算學(xué)科在實(shí)踐中產(chǎn)生了5個(gè)分支學(xué)科。各分支學(xué)科基于學(xué)科的基礎(chǔ)理論，產(chǎn)生了各自的理論與方法，這些理論與方法匯聚成了計(jì)算學(xué)科在實(shí)踐層面的知識(shí)體系。同時(shí)，工程思維也滋養(yǎng)著計(jì)算思維，使計(jì)算思維具有了工程思維方式的特點(diǎn)。

從工程思維方式的角度，計(jì)算思維可表述為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想與方法去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[4]。這種“怎么樣”的實(shí)踐表達(dá)，為科學(xué)與哲學(xué)提供了反思的可能。

七、結(jié)束語(yǔ)

從理性的維度，計(jì)算思維在哲學(xué)、科學(xué)、實(shí)踐三個(gè)層面，分別以抽象思維方式、數(shù)學(xué)思維方式、工程思維方式完成了學(xué)科根本問題的解答。在解答的過(guò)程中，這種的分層、遞進(jìn)式的思維運(yùn)動(dòng)，顯現(xiàn)了計(jì)算思維的三種思維方式的特點(diǎn)，形成了學(xué)科三個(gè)層面的知識(shí)體系，離析出計(jì)算思維的三層含義，從而豐富了對(duì)計(jì)算思維的理性認(rèn)識(shí)。

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牟琴（1985~），女，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算思維、教育技術(shù)；

王華（1989~），女，講師，在讀博士，研究方向?yàn)榻逃芾韺W(xué)。

作者簡(jiǎn)介

*基金項(xiàng)目：本文受重慶市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題的資助，立項(xiàng)號(hào)：2014-GX085。

中圖分類號(hào)TP3-4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)160105-7184