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三大思维.pdf三大思维
算思维、理论思维、实验思维：科技创新的三大支柱
添加日期：2012-5-15 13:31:00 点击率：2303 文章来源：转载 文章上传：沈李琴

党的十六大报告指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达
的不竭动力”。
　　党的十七大明确指出：“提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发
展战略的核心，是提高综合国力的关
键”。
　　国科发财〔2008〕197 号文件（关于创新方法工作的若干意见）指出：
“科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点，而且始终贯穿于科学研
究和技术发展的全过程，是创新的灵魂”。
　　科学界一般认为，科学方法分为理论、实验和计算三大类。与三大科学
方法相对的是三大科学思维，理论思维以数学为基础，实验思维以物理等学
科为基础，计算思维以计算机科学为基础。
　　三大科学思维构成了科技创新的三大支拄。作为三大科学思维支柱之一，
并具有鲜明时代特征的计算思维，尤其应当引起我们国家的高度重视。下面
简介这三大科学思维方式。
一、理论思维
　　理论源于数学，理论思维支撑着所有的学科领域。正如数学一样，定义
是理论思维的灵魂，定理和证明则是它的精髓。公理化方法是最重要的理论
思维方法，科学界一般认为，公理化方法是世界科学技术革命推动的源头。
用公理化方法构建的理论体系称为公理系统，如欧氏几何。公理系统需要满
足以下三个条件：
　　。这是公理系统的科学性要求，它不允许在一个公理系统中
出现相互矛盾的命题，否则这个公理系统就没有任何实际的价值。
　　。公理系统所有的公理都必须是独立的，即任何一个公理都不
能从其他公理推导出来。
　　。公理系统必须是完备的，即从公理系统出发，能推出（或判
定）该领域所有的命题。
　　为了保证公理系统的无矛盾性和独立性，一般要尽可能使公理系统简单
化。简单化将使无矛盾性和独立性的证明成为可能，简单化是科学研究追求
的目标之一。一般而言，正确的一定是简单的（注意，这句话是单向的，反
之不一定成立）。
　　关于公理系统的完备性要求，自哥德尔发表关于形式系统的“不完备性
定理”的论文后，数学家们对公理系统的完备性要求大大放宽了。也就是说，
能完备更好，即使不完备，同样也具有重要的价值。
以理论为基础的学科主要是指数学，数学是所有学科的基础。
二、实验思维
　　实验思维的先驱应当首推意大利著名的物理学家、天文学家和数学家伽
利略，他开创了以实验为基础具有严密逻辑理论体系的近代科学，被人们誉
为“近代科学之父”。爱因斯坦为之评论说：“伽利略的发现，以及他所用
的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的
真正开端。”
　　一般来说，伽利略的实验思维方法可以分为以下三个步骤：
　　，用最简单的数学形式
表示出来，以建立量的概念；
　　；
　　。
　　与理论思维不同，实验思维往往需要借助于某些特定的设备（科学工
具），并用它们来获取数据以供以后的分
析。例如，伽利略就不仅设计和演示了许多实验，而且还亲自研制出不少技
术精湛的实验仪器，如温度计、望远镜、显微镜等。
　　以实验为基础的学科有物理、化学、地学、天文学、生物学、医学、农
业科学、冶金、机械，以及由此派生的众多学科。
三、计算思维
　　计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解，系统设计，以及
人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。
　　为便于理解，2006 年 3 月，计算思维的倡导者之一，美国亚裔女科学家
（原美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任，现任美国国家科学基金计算
机与信息科学与工程学部负责人，美国）周以真（Jeannette M. Wing）教授在给出计算思维总定义的基础上，又
对计算思维作了更详细的表述（表 1）：
表 1：计算思维的更详细描述（或定义）
（1）计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题
重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的思维方法；
（2）计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能