前言

计算机在科学、经济、商业等各个领域的重要作用早已广为人知。然而现在，计算机科学不仅处于当今科学与技术的中心地位，而且正在改变着几乎所有的其他学科。在一定程度上，这是廉价计算处理能力迅速发展的结果，但是最根本的改变还是来自计算机科学的概念和工具在其他学科的成功应用。比如从数据的组织方式到问题的求解方式；通过对生命系统的计算机建模，计算机科学的方法正在改变生物学；类似地，它也正在改变天文学家、流行病学家和经济学家的研究方式。在这一过程中，计算机科学正从一个令人讨厌的工程学科变成一个富有创造性的科学学科。为了更好地进行问题求解、系统设计，以及理解人类行为，人们希望更多的研究者能在理解计算机科学的基础上，从计算的视角来重新审视自身学科的问题，最终产生一系列新的科学发现与技术创新。2008年美国NSF启动的CDI重大计划就是这个思路，而计算思维在这个重大计划中起着关键的作用。

计算机科学源于欧美，目前，美国的计算机科学处于世界领先地位。在美国，人们将计算思维能力的培养列为高校计算机科学专业的第一任务，目前这一任务正在从美国国家战略这个层面，由美国政府投入巨资向美国中小学延伸。

计算思维的结构是计算思维表述体系的一个关键问题，一个良好的结构会降低人们理解该领域的复杂程度，促进该领域的发展。一般认为，周以真给出的计算思维本质结构，Denning给出的“伟大的计算原理”结构框架，以及本书推荐的“计算机方法论”的结构框架是3种具有代表性的计算思维结构框架。

本书的结构建立在计算机方法论的结构框架之上，将原来计算学科的基本问题、计算学科的3个学科形态、计算学科的核心概念、计算学科中的数学方法、计算学科中的系统方法等内容作为本书的重要内容，对部分内容进行了删减、修改甚至重写，侧重以“一般（类）问题求解能否自动有效进行”为核心的计算思维习惯的训练和养成，力求通俗易懂。增加“跨学科的计算问题案例”一章，将原来“社会与职业问题”中的职业化本质、道德选择，以及有效的检举等内容纳入其中。

本书是中国大学MOOC“计算思维的结构”课程的配套教材，书中内容力争做到计算思维课程表述的最小集，相关的习题和答案、程序、PPT文档、微视频，以及补充资料（如课程评估方面的BLOOM分类法、SOLO分类法，难度、复杂度与能力）等均放在课程网站上，供大家参考。

本书是陈国良院士领导下的教育部“以计算思维为切入点的大学计算机课程改革项目”的成果之一，本书的出版得到了国家自然科学基金项目（61363070）和2014年教育部高教司——微软公司校企合作专业综合改革项目的资助，以及教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会各位同仁的帮助和支持，在此一并表示感谢！

作者

2017年5月