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《计算机科学前沿技术》后记 - 计算思维与自由文理教育
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在本书付锌之际，迎来了同济大学105周年的校庆和工程教育的100周年。1907年，德国医学博士Erich Paulun（埃里希·宝隆）在德中各界支持下，于上海创办了德文医学堂，即为同济大学的前身。翌年改名同济德文医学堂。1912年，德国工学博士Bernhard Berrens（伯恩哈特·贝伦子）又在上海创办了同济德文工学堂，同年，两校合并，并更名为同济德文医工学堂。1927年正式定名为国立同济大学。2010年，作为国内首批试点高校，同济大学开始了实施“卓越人才”培养的计划，积极致力于创新培养模式的实践与探索中。正好借此机会向读者谈谈这几年我对卓越人才教育的一些理解和自己的亲身实践。
究竟什么是卓越呢？我认为，卓越应该是一种永远的追求，这种追求是一种胸怀、一种境界、一种对人生的动力。而卓越人才的培养归根到底还在于教育，不只是知识的教育，而是全人的培育，是创造一个可以听从真理的空间的教育，这是“教育的灵魂”。
作为一名高校教师，总想为我们的教育做些什么，特别是一回想起自己国内受教育的经历，一看到国外好的教学理念和培养模式，就迫不及待地希望能够改进和提高自己日常的教学方法和培养学生的能力，让学生在追求卓越的道路上走得更远、走得更愉悦。这里想和读者们谈两点：“计算思维”（Computational thinking）和“自由文理”（Liberal arts）教育。部分内容是我从网上和一些学术期刊中整理出来的，希望能够对你们有所帮助。
首先是“计算思维”。已在本书的第一章中提到过，是当前一个颇受关注的涉及计算机科学本质问题和未来走向的基础性概念。这里还想多说两句。
人类在认识世界和改造世界的科学活动过程中离不开思维活动，而思维的作用不仅是作为个人产生了对于物质世界的理解和洞察，更重要的是思维活动促进了人类之间的交流，从而可以使人类获得知识交流和传承的能力。到目前为止，思维模式大体上可以分为三种：
- 以观察和归纳自然（包括人类社会活动）规律为特征的实证思维； - 以推理和演绎为特征的逻辑思维；
- 以抽象化和自动化为特征的计算思维。
“计算思维”就是运用计算机科学的基本概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解。随着社会进步和发展，人类对于计算思维的运用越来越普及。早期修建一所房子，整个建筑的构思可能就在主持人的脑子里面；但是随着工程规模的不断扩大，这种靠记忆来设计和规划建筑的方式越来越不适应，因此需要有施工图纸，施工图纸就是关于房子的形式化的表达方式，这种方式使得人们可以相互沟通设计的思想，共同组织工程的实施。思维从人的头脑中解放出来，成为一种有形的东西，大家可以共同参与和丰富思维过程，当然这种工程图纸是需要符合计算思维所具有的有限性、确定性和机械性特征的。这就是计算思维给人们带来的益处，也是人们对于计算思维的认识不断深化的结果。
计算思维是21世纪中叶每一个人都要用的基本工具，它将会像数学和物理那样成为人类学习知识和应用知识的基本组成和基本技能。随着计算机教学的改革和对计算思维培养的加强，高校的计算机课程将逐渐演变为：不是为掌握计算机技术而学计算机课程，而是为掌握计算思维的基本方法而学习计算机课程。这样一来，读者可以看到，计算机课程就与数学课程、物理课程的教学目的一样了。计算机教育在大学整体教育中的重要性将会更加突出，成为在通识教育中培养具有现代科学思维精神和能力的必修课程之一。而计算思维不断发展，又反过来促进了通识教育向一个更高的层次迈进，这就是我想向读者介绍的第二点：“自由文理”教育。
所谓的“自由文理”（Liberal Arts），就是教人如何生活得好，生活得艺术，生活得自由。这里Arts不是我们通常认为的诸如绘画音乐等的“艺术”，而是“Skill acquired by experience, study, or observation”和“A branch of learning”的合成词，其含义是，“通过实际经验、学习与观察所获得的技艺”和“学问的领域”。所以它更多的是指素质、能力和思想之类。而Liberal这个词这里也有几层涵义。第一是尊重每个学生学习兴趣选择的自由，提供让每个学生有自由的机会发现自己的能力。第二是培养有“自由精神”的人，不仅需要技能，重要的是有思想、精神和独立思考的能力和良好的身体。在本书附录中所介绍过的Stanford大学，其校训就是“Die Luft
der Freiheit weht”（the wind of freedoms blows，自由之风永远吹拂）。
Liberal Arts合在一起却是个几乎无法用简短的中文术语翻译的词语。如果译成通才教育、通识教育都是不合适的。这二个词比较强调知识的传授，而自由教育并不仅限于知识的传授，也不止于人的教养气质或为人之道的培养。Liberal Arts通常包括自然科学（Sciences），社会科学（Social Sciences）和人文学科（Humanities）三部分。Liberal Arts旨在培养一流的头脑、一流的心灵。只有有了一流的头脑与心灵，才有可能产生一流的科学家、艺术家和思想家。否则，大学生产的只是一群高级工匠，知其然而不知其所以然。相对于具体的职业教育而言的，Liberal Arts的目标不在于教会学生某些具体的谋生的技能，而是从多方面对学生进行教育，使其成为一个高素质，有教养的文化人。
以上两点也将成为我今后在教学和人才培养中不断融入与深化的核心理念，并期望后面能有机会和大家再谈谈我在这两个方面的一些做法和体会。
还想说一点的是，在写作本书的过程当中，总会碰到或被人问到“到底什么是科学、什么是技术、什么又是工程呢？”“你的这本书究竟是想说科学能还是想说工程？”“计算机到底是科学、是技术、还是工程？”这些问题很难一下子回答清楚，我想结合周兴铭院士在本次校庆中的讲话，试着回答一下。我认为，科学、技术与工程是现代“科学技术”中的三个不同领域或不同层次。科学是对客观世界本质规律的探索与认识。其发展的主要形态是发现（Discovery），主要手段是研究（Research），其成果主要是学术论文与专著。技术是科学与工程之间的桥梁。其发展的主要形态是发明（Innovation），主要手段是研发（Research & Development），其成果主要是专利，也包括论文和专著。工程则是科学与技术的应用和归宿，是以创新思想（New idea）对现实世界发展的新问题进行求解（Solution）。其主要的发展形态是综合集成（Integration），主要手段是设计（Design）、制造（Manufacture）、应用（Application）与服务（Service），其成果是产品、作品、工程实现与产业。科学家的工作是发现，工程师的工作室创造。在国家科技人才的需求中，国家既需要优秀的科学家，也需要发明家、工程师和各类工程型实用人才，更需要大量高素质的能够创造性解决国民经济与社会发展实际问题的卓越人才。
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