计算文化、计算科学与计算思维
作者:时间:2019-06-05点击次数:

5月27日上午,美丽的桂林,峰峦叠翠,风景如画。来自全国高校的计算机教育专家、学者以及教学名师济济一堂,由全国高等院校计算机基础教育研究会新工科教育专业委员会、信息技术新工科产学研联盟大学计算机通识教育工作委员会、信息技术新工科产学研联盟虚拟仿真实验资源建设工作委员会、中国高校计算机教育MOOC联盟“计算机科学导论”工作组联合主办的“计算机科学教育与VR教学资源建设研讨会”,在桂林电子科技大学金鸡岭校区拉开了帷幕。

一位精神矍铄的老头迈步走向讲台,虽然已80高龄,但他神采奕奕,气定神闲,开始了他人生旅程中的又一场学术报告,“全国大学生开展素质教育,那时教育部就给我们教学指导委员会一个任务,希望能讲讲大学生的计算素质,那我现在就来讲讲计算文化、计算科学与计算思维这个题目。”

这位可爱可敬的老人就是陈国良院士。

“其实素质这个是非常重要的,很多人都有关于素质的论述,我这里选了灵峰宗论关于道德文章的:“有出格见地,方有千古品格;有千古品格,方有超方学问;有超方学问,方有盖世文章。就是你要写好文章,肯定要学问好,你要想学问好,必须有品德好,品德好,才可能有出格的见识,我觉得这个论述得非常好”。

陈院士的报告博古通今,引经据典,仿佛不是出自一位计算机教育名家之口,会让人误以为是一位教文学的老师在上课。他走下讲台是一位普普通通、经常默然不语的老人,可是走向讲台的他却是神采飞扬的,金句迭出,妙语连珠。

“人生第一重境界是‘昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路’,当你研究一个课题,老师给你做的时候,你还感到很渺茫,望尽天涯路,独上高楼,你看这个心情都紧张,对不对?第二重境界是艰苦奋斗的境界,‘衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴’,你们在研究这个问题,废寝忘食,这是消瘦的、减肥的好办法!你看现在不都在减肥嘛,减肥就选几个比较难的题目,拼命地去做,也许就减肥了。第三重境界就是‘蓦然回首,那人却在灯火阑珊处’,蓦然回首,我们绝对不是一味地提倡,很偶然的机会,大家都去找蓦然,蓦然会受到很多自然条件的限制,所以找对象也得仔细地去找,花足够的精力和时间去找,也不一定能找到一个很满意的,何况蓦然呢。”陈院士在做严肃的学术报告的时候也不忘幽他几默。

转眼间画风一转,“作为计算机发展历史,第一代计算机、第二代、第三代、第四代大家都很熟悉,都是以元器件分的。第一代是电子管,第二代是晶体管,第三代是中小规模集成电路,第四代超大规模集成电路,然后这些是各个时期的代表机器,是按元器件来分的,这是最早的存储器,用汞延迟线、威廉管,后来是用磁芯做的,最后是半导体存储器”,这就是陈院士的教学风格和教学艺术,他的思维不经意间在文化与科学之间来回切换,游刃有余,运转自如,这是几十年的教育生涯磨砺出来的一种职业品格,文化、科学与思维是他多年来践行大学生素质教育最重要的三个领域,很多老师通常演奏的是单一的旋律,可他演奏的是计算文化、计算科学与计算思维交响而成的华丽乐章。

为向建国70周年献礼,陈院士今年发起了全面梳理中国计算机教育发展史的倡议,并两次召集全国的教学名师、高校的老教师代表、当年的教指委负责人开座谈会,一起回顾我国计算机教育发展的历程,从1952年到1956年的早期准备阶段,1957年开始设置计算数学与计算仪器专业,1978年成立计算机科学与技术专业,1990年教育部成立计算机专业教指委,一直到2001年试办示范性软件学院,2018年建设人工智能学院,中国的计算机教育筚路蓝缕,从无到有,由弱到强,艰辛与辉煌同在,走过了一段不平凡的峥嵘岁月,凝聚着老一辈计算机教育专家的心血与汗水,寄托着一代又一代计算机教育者的梦想,陈国良院士是其中全程的见证者、亲历者,也是实践者、探索者,他的倡议得到了老中青几代计算机教育者和高等教育出版社编辑、安徽文史研究馆主编的响应,大家计划一起行动,撰写出版《中国计算机教育发展史》一书。

在此次大会报告中,陈院士指出,“文化是人类社会历史实践过程中所创造的物质财富和精神财富的总和与积淀,计算文化是指计算思维、精神、方法、观点等形成和发展的演变史。对计算文化的教育首先要了解计算科学与人类社会结构和发展的关系,第二要展现计算之魅力和学科的内容,第三要体会计算的科学价值与应用的价值”。“我们过去有三大科学,理论科学,以推理和演绎为特征,以数学学科为代表;实验科学,以观察和总结自然规律为特征,以物理学科为代表;计算科学,以设计和构造为特征,以计算机学科为代表。现在又增加了第四门科学,叫社会科学。21世纪科学上最重要的、经济上最有前途的前沿研究都有可能利用先进的计算技术和计算科学而得以解决。”

“人类对计算本质的认识,第一是计算的手段要机电化,第二计算的过程描述要形式化,第三计算的执行过程要自动化”,“计算的过程必须采用形式化描述的方法,对形式化描述理论的研究起源于数学的基础研究,数学的基础研究有逻辑主义、直觉主义、形式主义三大流派。”陈院士特别强调计算科学和数学的重要性,他说,“我们的大学生应该具备怎样的计算素质呢?我认为有三点,第一要掌握坚实的理论基础,第二要具有熟练的、工程的实践技能,第三个具备服务、应用的业务能力”。

陈院士还以生动的案例,从七个方面阐述名人伟绩所带来的启示,分别是:天赋与秉性、兴趣与爱好、成就与年龄、灵性与悟性、单干与合作、基础与交叉、运气与机遇、友情与赞助、成就的共同点,如拉家常般娓娓道来,深入浅出。

“计算机的奠基者是图灵,讲个小故事,他一生对计算机做出了重大的贡献,但是并未得到社会的认同,终身未娶,最后在英年郁郁寡欢去世,这都是有介绍的,但是这个图灵的贡献很大,所以我们在计算机界最高奖叫图灵奖,就像科学界的诺贝尔奖一样。我们说计算机的奠基者是图灵,存储程序概念的代表者是冯•诺依曼。”

“数学家往往在年轻时才华横溢,一到中年就少,成绩就会少了一些,但是计算机科学家情况就不是这样,举几个典型的,像算法大师Rabin 40岁的时候才发现了随机算法;像语言大师McCarthy 50岁后才发明了非单调逻辑;语言大师Backus 60岁后才开始研究函数式语言,可见我们计算机科学工作者不一定像数学工作者一样,都在年轻的时候出成果,因为它都有一个比较长期的积累,你看四十、五十、六十岁,都是年龄比较大”。“算法大师Dijkstra大家都知道,他是在一个周六的早晨,他和妻子在咖啡店里喝咖啡,正在喝的过程中,这个Dijkstra突然就安静下来了,他瞬时的他就发明了最短路径算法,有人就问他怎么回事,他妻子就说了,他跟Dijkstra在一块,经常就会遇到这样的事,突然他就不做声了,实际上他是想到了什么点子,她对Dijkstra这样的突然沉默已经见怪不怪了”。“语言大师Backus,他在25岁毕业的时候找工作,一筹莫展,找不到工作,后来他加入了IBM公司,恰好就遇到一份工作,后来他专门研究Fortran语言和BNF范式,等等例子,像语言大师McCarthy在用Fortran语言解决AI问题遇到困难时,不得不发明了Lisp语言。”

计算思维是运用计算的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法,它综合运用了数学思维、工程思维和科学思维,陈院士近几年一直在国内致力于倡导和推广计算思维,先后开展了以计算思维为视角的大学计算机教改项目,主编了以计算思维为导向的大学计算机教材,着力改变大学计算教育沿袭了几十年的传统教学模式,传承计算文化,体现计算之美,展示计算思维魅力,激发学生对计算机科学的兴趣,着重培养学生的问题求解能力、系统设计能力和人类行为理解能力,在他的影响下,计算思维“源于西方,兴于东方”,一大批有关计算思维的研究成果和实践成果犹如雨后春笋,在全国遍地开花。

陈院士教育学生总是循循善诱,“我们老家一句话,小时候小孩很顽皮,叫树大自直,树长大了,自然就直了,你不要看小树在小的时候歪歪扭扭,长大了,到一定程度,他自然就行了,这都是中国培养人教育人的一个基本的理念,古代告诉我们的办法都非常有科学根据。”院士还以自己的亲身体会,说明对不同的学生要用不同的教育方法:“我们做老师的要善待不同的学生,我本人也有体会。我一方面带了很多郭沫若奖学金获得者的,那就非常优秀,也有些比较淘气的学生,在念书的时候天天玩游戏,后来实在没办法,我就一个找三个,三个人组成一个小组,三人帮,上课跟着,睡觉也跟着,吃饭也跟着,这些他就不会逃课了。到了寒假暑假,其他学生都回家干别的,我就把他妈妈从江西找来,跟他在学校里旁边租房子,随时看着。放假期间你小孩如果再去玩出了问题你负责,这一招很厉害。毕业后现在在寒武纪搞芯片,就很牛啊。小孩们在学校里各种表现,你要宽容,要容忍,对那些小孩子要像对待自己的小孩。”

陈院士认为重大的成就需要敢于冒险,甚至要面对嘲笑,他举例说明:“我觉得我们搞工程研究的,搞基础科学工程项目还比较好,像那些特立独行的,比如搞数学的怪人,是可能经常受到嘲笑的。大家都知道陈景润,大数学家,我跟他比较熟,当时我还在计算所的时候,他生活的习惯,那简直是别人不能容忍,谁都不愿意给他住一个集体宿舍。为什么?因为他袜子也不洗,衣服也不洗,住的房子臭得要命,谁都不跟他睡在一起,他没办法,好在我们集体宿舍每一个楼层上都有电闸,电闸跳电的时候他就跑,他自己跑另一个屋里去住,被子也不叠,衣服也不洗,徐迟写的报告文学里面写他,进他屋里满地都是草稿纸,他又不会用计算机,他就是全靠手推公式,推过来演过去,满地都是,就是这样一个怪人。你在中关村哪个地方遇到他,你跟他打招呼,他理都不理你,但是等他走过了,他好像又意识到了,马上又回头向你点头哈腰,连说对不起对不起。我们在计算所到快下班的时候,赶快就往食堂跑,因为去得早吃得好啊,他总是最后一个。以前我们到食堂,你们没有去我们那个食堂吃饭,一个人都用毛巾封了一个袋子,里面装一个碗,到食堂去打饭,一般我们碗有两个,一个是装主食一个装副食,他就一个碗,主食副食都装里面,他往往是最后一个人去的,食堂的师傅把各种不同的菜都差不多卖完了,最后剩饭剩菜都要喂猪了,他来了,而且他又不在桌子上吃,就趴在卖饭的台子上吃,就这样一个人,这全是我真实见过的,这人可是大数学家,他的生活上就是有他的个性。我有时候开玩笑,如果做基础理论研究的人,他的社交方式、生活习惯跟广大普通人一样,他可能就做不出来,如果能做出来,他一定是个怪人,他的想法不一样,生活习惯都不一样,他才能出怪主意。碰到一个问题,大家都用通常的办法去解决,不一定能解决,但他别出心裁,出怪主意,可能就解决了,现在天天叫创新,什么叫创新?这就是创新,我觉得这个很重要。”

陈院士的报告从素质讲到计算素质,从文化讲到计算文化,从科学讲到计算科学,从思维讲到计算思维,纵横捭阖,横跨文化、科学、思维三大领域,高屋建瓴,既介绍了计算机发展历史,又介绍了重要代表人物,既有高深的专业理论,又有通俗易懂的实例,也有个人体会和亲身经历,信息量非常丰富,是一场丰厚的思想盛宴和一笔宝贵的精神传承。