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主讲:XXX E-Mail:XXXXXXXX,计算机科学导论思想与方法,第一章 绪 论,本章首先简单介绍计算学科命名的背景、计算学科的定义，以及计算学科的根本问题，并阐述了计算学科专业名称的演变、分支学科及其培养侧重点。然后，介绍计算机科学、计算机工程、软件工程和信息技术等4个主要分支学科的知识体和核心课程。最后，提出“计算机导论”课程的构建问题，介绍课程的结构设计，以及结构设计的基础，即计算学科认知模型计算学科二维定义矩阵的概念。,1.1 引 言,本节的目的在于，让学生了解计算学科的定义，学科的根本问题，为后继章节的学习做个简单铺垫。,1.1.1 计算学科命名的背景,如何认知计算学科，有着不少争论。1984年7月，美国计算机科学与工程博士单位评审部的领导们，在犹他州召开的会议上对计算认知问题进行了讨论。这一讨论以及其他类似讨论促使（美国）计算机协会（ACM）与（美国）电气和电子工程师学会计算机分会（IEEE/CS）于1985年春联手组成任务组，经过近4年的工作，任务组提交了在计算教育史上具有里程碑意义的“计算作为一门学科”（Computing as a Discipline）报告，报告论证了计算作为一门学科的事实，回答了计算学科中长期以来一直争论的一些问题，并将当时的计算机科学、计算机工程、计算机科学和工程、计算机信息学以及其他类似名称的专业及其研究范畴统称为计算学科。,1.1.2 计算学科的定义,计算学科是对描述和变换信息的算法过程进行的系统研究，包括理论、分析、设计、效率、实现和应用等。计算学科包括对计算过程的分析以及计算机的设计和使用。该学科的广泛性在下面一段来自美国计算科学鉴定委员会发布的报告摘录中得到强调：计算学科的研究包括从算法与可计算性的研究到根据可计算硬件和软件的实际实现问题的研究。这样，计算学科不但包括从总体上对算法和信息处理过程进行研究的内容，也包括满足给定规格要求的有效而可靠的软硬件设计它包括所有科目的理论研究、实验方法和工程设计。,1.1.3 计算学科的根本问题,学科的根本问题是：什么能被（有效地）自动进行。计算学科来源于对算法理论、数理逻辑、计算模型、自动计算机器的研究，并与存储式电子计算机的发明一起形成于20世纪40年代初期。,1.2 专业名称的演变，学科描述及培养侧重点,计算学科现已成为一个庞大的学科，无论是教师，学校，还是学生和家长都希望有一份权威性的报告来了解学科的相关情况。为此，IEEE/CS和ACM任务组作了大量的工作，并于2001至2005年，分别提交了计算机科学（Computer Science，简称CS），信息系统（Information System，简称IS），软件工程（Software Engineering，简称SE），计算机工程（Computer Engineering，简称CE），信息技术（Information Technology，简称IT）等5个分支学科（专业）的教程以及相应的总报告（图1-1），给出了5个分支学科的知识体以及相应的核心课程，为各专业教学计划的设计奠定了基础，同时也为公众认知和选择这些专业提供帮助。,根据我国高校的情况，我国教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会（简称“计算机教指委”）制订的高等学校计算机科学与技术发展战略研究报告暨专业规范（试行）（高等教育出版社出版2006年9月出版，简称“计算机专业规范”）采纳了CC2005报告中的四个分支学科，并以专业方向的形式进行规范，它们是：计算机科学，计算机工程，软件工程，信息技术。本节，仅介绍学科专业名称的演变，学科的描述以及培养的侧重点等内容。下一节，再介绍学科的知识体和核心课程。,1.2.1 演变中的学科专业名称,1962年，美国普渡大学开设了最早的计算机科学学位课程。当时，在美国的一些高校还开设有与计算相关的两给学位课程：电子工程和信息系统。而在我国，早在1956年，就开设了“计算装置与仪器”专业。20世纪60年代，随着问题复杂性的增加，制造可靠软件的困难越来越大，出现了“软件危机”。为了摆脱“软件危机”，1968年秋，北大西洋公约组织（NATO）在当时的联邦德国召开了一次会议，提出了软件工程的概念。,20世纪70年代，在美国，计算机工程（也被称为“计算机系统工程”）从电子工程学科中脱离出来，成为一个独立的二级学科，并被人们所接受。20世纪70年代未、80年代初，在一些计算机科学专业的学位课程中，引入了“软件工程”的内容，然而，这些内容，只能让学生了解“软件工程”，却不能使学生明白“如何成为一名软件工程师”。于是，人们开始构建单独的软件工程学位课程。20世纪80年代，英国和澳大利亚，最早开设了软件工程这样的学位课程。,20世纪90年代，计算机已成为公司各级人员使用的基本工具，而计算机网络则成为公司信息的中枢，人们相信它有助于提高生产力，而原有的学术学位课程并不能满足社会的需求，于是，在美国等西方国家，不少大学，相继开设了信息系统和信息技术等学位课程。在这里，需要指出的是，即使在美国，5个分支学科（专业）同时在一所大学开设的情况也是不多的，更多的高校仍然是以传统的“计算机科学”为主；在我国，则是以“计算机科学与技术”为主。,1.2.2 分支学科（专业）描述及培养侧重点,计算为个人的职业生涯提供了广泛的选择，进入计算职业的人员应重视他们的职业化训练，并通过计算学科相应学位课程的严格要求。下面，分别介绍各分支学科（专业）及其培养侧重点。（1）计算机科学，涉及很宽的范围，包括了计算的理论、算法和实现，以及机器人技术、计算机视觉、智能系统、生物信息学和其他新兴的有前途的领域。计算机科学是计算各学科的基础，计算机科学专业培养的学生，更关注计算的理论基础和算法，并能从事软件开发及其相关的理论研究。,（2）计算机工程，是对现代计算系统和由计算机控制的有关设备上的软件与硬件的设计、构造、实施和维护进行研究的学科。计算机工程专业培养的学生，更关注设计并实施集软件和硬件设备为一体的系统，如嵌入式系统。（3）软件工程，是指以系统、学科、定量的方法，把工程应用于软件的开发、运行和维护；同时，展开对上述过程中各种方法和途径进行研究的学科。软件工程专业培养的学生，更关注以工程规范进行的大规模软件系统开发与维护的原则，并尽可能避免软件系统潜在的风险。,（4）信息系统，是指如何将信息技术的方法与企业生产和商业流通结合起来，以满足这些行业需求的学科。信息系统培养的学生，更关注信息资源的获取、部署、管理及使用，并能分析信息的需求和相关的商业过程，能详细描述并设计那些与目标相一致的系统。（5）信息技术，从广义上来说，它包括了所有计算技术的各个方面，在此专指作为一门学科的信息技术。它侧重在一定组织及社会环境下，通过选择、创造、应用、集成和管理的计算技术来满足用户的需求。,与信息系统相比，信息技术更关注于“信息技术”的技术层面，而信息系统则重于“信息技术”的“信息”层面。信息技术专业培养的学生，更关注基于计算机的新产品及其正常的运行和维护，并能使用相关的信息技术来计划、实施和配置计算机系统。,1.3 学科知识体和核心课程,CC2001报告给出了计算机科学知识体的概念，为其他分支学科知识体的建立提供了模式。学科知识体由以下3个层次构成，下面以计算机科学为例进行介绍：（1）最高层是分支领域（area），它代表一个特定的学科子领域。每个分支领域由两个字母的缩写词表示，比如OS代表操作系统，PL代表程序设计语言。（2）分支领域之下又分为更小的知识单元（unit），它代表该领域中的主题模块。每个知识单元都用一个领域名加一个数字后缀表示，比如OS3是操作系统领域中关于并发的单元。为便于教学，报告还给出了所有知识单元的最小核心学时和学习目标，供教师参考。,（3）知识单元又被细分为众多的知识点（topic），这些知识点构成了知识体结构的最底层。比如，在DS领域（离散结构）的第1个知识单元DS1（函数、关系、集合）中，相应的知识点有：函数(满射，到内的映射，逆函数，复合函数)，关系(自反，对称，传递，等价关系)，集合(文氏图,补集，笛卡尔积，幂集)，鸽笼原理，基数性和可数性等。结合我国的实际情况，计算机教指委根据IEEE/CS和ACM任务组给出的计算机科学、计算机工程、软件工程和信息技术等4个分支学科知识体和核心课程描述，组织编制了计算机专业规范。下面，简要介绍构成计算机专业规范的4个分支学科的知识体和核心课程。,1.3.1 计算机科学知识体和核心课程,1.计算机科学知识体 为便于学习，下面列出计算机科学知识体中的14个领域，以及132个知识单元（表1-1，表中单元后的数字表示学习所需的最小核心学时，该学时为一个相对值，一般要求有3倍以上的课外学时与之配套）。,DS 离散结构（43）,DS1 函数、关系、集合（6）DS2 基本逻辑（10）DS3 证明方法（12）DS4 计算基础（5）DS5 图和树（4）DS6 离散概率（6）,PF 程序设计基础（38）,PF1 基本程序设计结构（9）PF2 算法和问题求解（6）PF3 基本的数据结构（14）PF4 递归（5）PF5 事件驱动的程序设计（4）,AL 算法和复杂性（31）,AL1 算法分析基础(4)AL2 算法策略(6)AL3 基本的计算算法(12)AL4 分布式算法(3)AL5 可计算性基础(6)AL6 P和NP复杂类AL7 自动机理论AL8 高级算法分析AL9 加密算法AL10 几何算法AL11 并行算法,AR 体系结构和组织（36）,AR1 数字逻辑和数字系统(6)AR2 数据的机器级表示(3)AR3 汇编级机器组织(9)AR4 存储系统组织和体系结构(5)AR5 接口和通信(3)AR6 功能组织(7)AR7 多处理和其他体系结构(3)AR8 性能提高技术AR9 网络与分布式系统的体系结构,OS 操作系统(18),OS1 操作系统概述(2)OS2 操作系统原理(2)OS3 并发(6)OS4 调度和分派(3)OS5 存储管理(5)OS6 设备管理OS7 安全和保护OS8 文件系统OS9 实时和嵌入式系统OS10 容错OS11 系统性能评价OS12 脚本,NC 网络计算(15个核心小时),NC1 网络计算引导(2)NC2 通信与组网(7)NC3 网络安全(3)NC4 顾客-服务器计算的实例：Web(3)NC5 建立Web应用NC6 网络管理NC7 压缩和解压缩NC8 多媒体数据技术NC9 无线和移动计算,PL 程序设计语言（21）,PL1 程序设计语言概述(2)PL2 虚拟机(1)PL3 语言翻译导引(2)PL4 声明和类型(3)PL5 抽象机制(3)PL6 面向对象程序设计(10)PL7 函数式程序设计PL8 语言翻译系统PL9 类型系统PL10 程序设计语言的语义PL11 程序设计语言的设计,HC 人机交互(8),HC1 人机交互基础(6)HC2 创建简单的图形用户界面(2)HC3 以人为中心的软件评估HC4 以人为中心的软件开发HC5 图形用户界面设计HC6 图形用户界面的程序设计HC7 多媒体系统的人机交互HC8 协作和通信的人机交互,GV 图形学和可视化计算（5）,GV1 图形学的基本技术(2)GV2 图形系统(1)GV3 图形通信(2)GV4 几何模型GV5 基本绘制GV6 高级绘制GV7 高级技术GV8 计算机动画GV9 可视化GV10 虚拟现实GV11 计算机视觉,IS 智能系统（10）,IS1 智能系统的基本问题(1)IS2 搜索和约束满足(5)IS3 知识表示与推理(4)IS4 高级搜索IS5 高级知识表示与推理IS6 代理IS7 自然语言处理IS8 机器学习与神经网络IS9 人工智能规划系统IS10 机器人学,IM 信息系统（10）,IM1 信息模型与信息系统(3)IM2 数据库系统(3)IM3 数据建模(4)IM4 关系型数据库IM5 数据库查询语言IM6 关系数据库设计IM7 事务处理IM8 分布式数据库IM9 物理数据库设计IM10 数据挖掘IM11 信息存储和检索IM12 超文本和超媒体IM13 多媒体信息与多媒体系统IM14 数字图书馆,SP 社会与职业问题（16）,SP1 计算的历史(1)SP2 计算的社会背景(3)SP3 分析方法和工具(2)SP4 职业和道德责任(3)SP5 基于计算机的系统的风险与责任(2)SP6 知识产权(3)SP7 隐私与公民自由(2)SP8 计算机犯罪SP9 计算中的经济问题SP10 哲学框架,SE 软件工程（31）,SE1 软件设计（8）SE2 使用API（5）SE3 软件工具和环境（3）SE4 软件过程（2）SE5 软件需求与规约（4）SE6 软件验证（3）SE7 软件演化（3）SE8 软件项目管理（3）SE9 基于构件的计算SE10 形式化方法SE11 软件可靠性SE12 专用系统开发,CN 计算科学和数值计算方法,CN1 数值分析CN2 运筹学CN3 建模与模拟CN4 高性能计算,2.计算机科学专业核心课程,在对计算机科学知识体和CS2001核心课程进行研究的基础上，结合我国的情况，计算机专业规范研究小组确定了我国计算机科学专业的15门核心课程，给出了相应的理论学习学时和实践学时，供高校参考。,计算机科学专业15门核心课程,计算机导论程序设计基础离散结构算法与数据结构计算机组成基础计算机体系结构操作系统数据库系统原理编译原理软件工程计算机图形学计算机网络人工智能数字逻辑社会与职业道德,计算机工程的知识体和核心课程,1.计算机工程知识体 计算机工程知识体由18个知识领域（其中有2个与数学有关），175个知识单元组成。知识领域和知识单元如下所示。,ALG 算法与复杂度（30）,ALG1 历史和概述（1）ALG2 基本算法分析（4）ALG3 算法策略（8）ALG4 计算算法（12）ALG5 分布式算法（3）ALG6 算法复杂度（2）ALG7 基本可计算性理论,CAO 计算机体系结构和组织（63）,CAO1 历史和概述（1）CAO2 计算机体系结构基础（10）CAO3 计算机的运算（3）CAO4 存储系统组织和体系结构（8）CAO5 接口和通信（10）CAO6 设备子系统（5）CAO7 处理器系统设计（10）CAO8 CPU的组织（10）CAO9 性能（3）CAO10 分布式系统模型（3）CAO11 性能改进,CSE 计算机系统工程（18）,CSE1 历史和概述（1）CSE2 生命周期（2）CSE3 需求分析和获取（2）CSE4 规格说明（2）CSE5 体系结构设计（3）CSE6 测试（2）CSE7 维护（2）CSE8 项目管理（2）CSE9 并发(硬件/软件)设计（2）CSE10 实现CSE11 专用系统CSE12 可靠性和容错性,CSG 电路和信号（43）,CSG1 历史和概述（1）CSG2 电量（3）CSG3 电阻性电路和网络（9）CSG4 电抗性电路和网络（12）CSG5 频率响应（9）CSG6 正弦分析（6）CSG7 卷积（3）CSG8 傅立叶分析CSG9 滤波器CSG10 拉普拉斯变换,DBS 数据库系统（5）,DBS1 历史和概述（1）DBS2 数据库系统（2）DBS3 数据建模（2）DBS4 关系数据库DBS5 数据查询语言DBS6 关系型数据库设计DBS7 事务处理DBS8 分布式数据库DBS9 物理数据库设计,DIG 数字逻辑（57）,DIG1 历史和概述（1）DIG2 开关理论（6）DIG3 组合逻辑电路（4）DIG4 组合逻辑电路的模块设计（6）DIG5 存储单元（3）DIG6 时序逻辑电路（10）DIG7 数字系统设计（12）DIG8 建模和仿真（5）DIG9 形式化验证（5）DIG10 故障模型和测试（5）DIG11 可测试性设计,DSP 数字信号处理（17）,DSP1 历史和概述（1）DSP2 理论和概念（1）DSP3 数字频谱分析（1）DSP4 离散傅立叶变换（7）DSP5 采样（2）DSP6 变换（2）DSP7 数字滤波器（1）DSP8 离散时间信号DSP9 窗口函数DSP10 卷积DSP11 音频处理DSP12 图像处理,ELE 电子学（40）,ELE1 历史和概述（1）ELE2 材料的电子特性（3）ELE3 二极管和二极管电路（5）ELE4 MOS传感器和偏置（3）ELE5 MOS逻辑（7）ELE6 双极型晶体管和逻辑（4）ELE7 参数设计及相关问题（4）ELE8 存储单元（3）ELE9 接口逻辑和标准总线（3）ELE10 运算放大器（4）ELE11 电路建模和仿真（3）ELE12 数据转换电路ELE13 电压源和电流源ELE14 放大器设计ELE15 集成电路组成模块,ESY 嵌入式系统（20）,ESY1 历史和概述（1）ESY2 嵌入式微控制器（6）ESY3 嵌入式程序（3）ESY4 实时操作系统（3）ESY5 低功耗计算（2）ESY6 可靠系统设计（2）ESY7 设计方法（3）ESY8 工具支持ESY9 嵌入式多处理器ESY10 网络嵌入式系统ESY11 接口和混合信号系统,HCI 人机交互（8）,HCI1 历史和概述（1）HCI2 人机交互基础（2）HCI3 图形用户接口（2）HCI4 输入/输出技术（1）HCI5 智能系统（2）HCI6 人性化软件评价HCI7 人性化软件开发HCI8 交互式图形用户接口设计HCI9 图形用户接口编程HCI10 图形和可视化HCI11 多媒体系统,NWK 计算机网络（21）,NWK1 历史和概述（1）NWK2 通讯网络体系结构（3）NWK3 通讯网络协议（4）NWK4 局域网和广域网（4）NWK5 客户服务器计算（3）NWK6 数据安全性和完整性（4）NWK7 无线和移动计算（2）NWK8 性能评价NWK9 数据通信NWK10 网络管理NWK11 压缩和解压缩,OPS 操作系统（20）,OPS1 历史和概述（1）OPS2 设计原则（5）OPS3 并发（6）OPS4 调度和分派（3）OPS5 内存管理（5）OPS6 设备管理OPS7 安全和保护OPS8 文件系统OPS9 系统性能评价,PRF 程序设计基础（39）,PRF1 历史和概述（1）PRF2 程序设计范例（5）PRF3 程序设计结构（7）PRF4 算法和问题求解（8）PRF5 数据结构（13）PRF6 递归（5）PRF7 面向对象程序设计PRF8 事件驱动和并发程序设计PRF9 使用APIs,SPR 社会与职业问题（16）,SPR1 历史和概述（1）SPR2 公共政策（2）SPR3 分析方法和工具（2）SPR4 职业和伦理责任（2）SPR5 风险和责任（2）SPR6 知识产权（2）SPR7 隐私和公民自由（2）SPR8 计算机犯罪（1）SPR9 计算中的经济问题（2）SPR10 哲学框架,SWE 软件工程（13）,SWE1 历史和概述（1）SWE2 软件过程（2）SWE3 软件需求和规约（2）SWE4 软件设计（2）SWE5 软件测试和验证（2）SWE6 软件演化（2）SWE7 软件工具和环境（2）SWE8 语言翻译SWE9 软件工程管理SWE10 软件容错性,VLS VLSI设计和构造（10）,VLS1 历史和概述（1）VLS2 材料的电子特性（2）VLS3 基本反向器结构的功能（3）VLS4 组合逻辑结构（1）VLS5 时序逻辑结构（1）VLS6 半导体存储器和阵列结构（2）VLS7 芯片输入/输出电路VLS8 工艺过程和布局VLS9 电路特性和性能VLS10 可选电路结构/低功耗设计VLS11 半定制技术VLS12 ASIC设计方法,与数学有关的两个知识领域及其知识单元,DSC 离散结构（33）DSC1 历史和概述（1）DSC2 函数、关系和集合（6）DSC3 基本逻辑（10）DSC4 证明方法（6）DSC5 计数基础（4）DSC6 图和树（4）DSC7 递归（2）,PRS 概率和统计学（33）,PRS1 历史和概述（1）PRS2 离散概率（6）PRS3 连续概率（6）PRS4 期望（4）PRS5 随机过程（6）PRS6 样本分布（4）PRS7 估计（4）PRS8 假设检验（2）PRS9 相关性和回归,2.计算机工程16门专业核心课程,计算机导论程序设计基础离散结构算法与数据结构电路与系统模拟与数字电子技术数字信息处理数字逻辑计算机组成结构计算机体系结构操作系统计算机网络嵌入式系统软件工程数据库系统原理社会与职业道德,1.3.3 软件工程知识体及所支撑的核心课程,1.软件工程知识体 软件工程知识体由11个知识领域（其中1个是应用知识领域），以及相应的57个知识单元构成。,CMP 计算基础（172）,CMP1 计算机科学基础（140）CMP2 代码开发技术（20）CMP3 代码开发工具（4）CMP4 形式化开发方法（8）,FND数学和工程基础（89）,FND1 数学基础（56）FND2 软件的工程基础（23）FND3 软件的工程经济学（10）,PRF职业实践（35）,PRF1 团队激励/心理学（5）PRF2 交流沟通技能（10）PRF3 专业精神（20）,MAA软件建模与分析（53）,MAA1 建模基础（19）MAA2 模型分类（12）MAA3 分析基础（6）MAA4 需求基础（3）MAA5 需求获取（4）MAA6 需求规约与文档（6）MAA7 需求确认（3）,DES软件设计（45）,DES1 设计概念（3）DES2 设计策略（6）DES3 体系结构设计（9）DES4 人机界面设计（12）DES5 详细设计（12）DES6 设计工具与设计评价（3）,VAV软件验证与确认（42）,VAV1 基本知识（5）VAV2 评审（6）VAV3 测试（21）VAV4 人机用户界面测试和评价（6）VAV5 问题分析报告（4）,EVO软件演化（10）；PRO软件过程（13）,EVO1 演化过程（6）EVO2 演化活动（4）PRO1 软件过程的概念（3）PRO2 软件过程的实现（10）,QUA软件质量（16）,QUA1 软件质量概念与文化（2）QUA2 软件质量标准（2）QUA3 软件质量过程（4）QUA4 过程保证（4）QUA5 产品保证（4）,MGT软件管理（19）,MGT1 管理概念（2）MGT2 项目计划（6）MGT3 项目人员和组织（2）MGT4 项目控制（4）MGT5 软件配置管理（5）,SE-SAS特定系统和应用（应用知识领域）,SAS1 以网络为中心的系统SAS2 信息系统和数据处理SAS3 金融和电子商务系统SAS4 容错和可存活系统SAS5 高安全系统SAS6 安全攸关系统SAS7 嵌入式和实时系统SAS8 生物学系统,SAS9 科学系统SAS10 电信系统SAS11 航空和交通系统SAS12 工业过程控制系统SAS13 多媒体、游戏和娱乐系统SAS14 小型移动平台系统SAS15 基于Agent的系统SAS16 中文信息处理系统,2软件工程专业24门核心课程,程序设计基础面向对象方法学数据结构和算法离散结构计算机体系结构操作系统和网络数据库工程经济学团队激励和沟通软件工程职业实践软件工程与计算软件工程导论,软件代码开发技术人机交互的软件工程方法大型软件系统设计与软件体系结构软件测试软件设计与体系结构软件详细设计软件工程的形式化方法软件质量保证与测试软件需求分析软件项目管理软件过程与管理软件工程综合实习（含毕业设计）,在制定具体的教学计划时，又可将核心课程可以分为两组，取其中一组即可。第一组课程是：软件代码开发技术，软件设计与体系结构，软件质量保证与测试，软件需求分析，软件项目管理。第二组课程是：大型软件系统设计与软件体系结构，软件测试，软件详细设计，软件工程的形式化方法，软件过程与管理。,1.3.4 信息技术知识体及所支撑的核心课程,1.信息技术知识体信息技术知识体由12个知识领域，以及相应的81个知识单元构成。,ITF 信息技术基础(33),ITF1 IT中的基本主题(17)ITF2 组织问题(6)ITF3 IT的历史(3)ITF4 IT及其信息原则(3)ITF5 应用领域(2)ITF6 数学与统计学在IT中的应用(2),HCI 人机交互(20),HCI1 人的因素(6)HCI2 HCI方面的应用(3)HCI3 以人为中心的评估(3)HCI4 有效接口的开发(3)HCI5 访问性(2)HCI6 新出现的技术(2)HCI7 以人为中心的软件开发(1),IAS 信息保障与安全(23),IAS1 基础知识(3)IAS2 安全机制(抵御方法)(5)IAS3 操作性问题(3)IAS4 策略(3)IAS5 攻击(2)IAS6 安全领域(2)IAS7 说明(1)IAS8 信息状态(1)IAS9 安全服务(1)IAS10 威胁分析模型(1)IAS11 易受伤性(1),IM 信息管理(34),IM1 IM概念及基础(8)IM2 数据库查询语言(9)IM3 数据组织体系结构(7)IM4 数据建模(6)IM5 数据库环境管理(3)IM6 特定目的数据库(1),IPT 综合编程和技术(23),IPT1 系统间通信(5)IPT2 数据映射与交换(4)IPT3 集成代码(4)IPT4 脚本技术(4)IPT5 软件安全实践(4)IPT6 混杂问题(1)IPT7 编程语言概述(1),NET 网络(20),NET1 网络基础(3)NET2 路由与交换(8)NET3 物理层(6)NET4 安全性(2)NET5 应用领域(1)NET6 网络管理,PF 编程基础(38),PF1 数据结构基础(10)PF2 编程构造基础(9)PF3 面向对象编程(9)PF4 算法与问题解决(6)PF5 事件驱动编程(3)PF6 递归(1),PT 平台技术(14),PT1 操作系统(10)PT2 体系结构与组织(3)PT3 计算基础设施(1)PT4 企业配置软件PT5 固件PT6 硬件,SA 系统管理和维护(11),SA1 操作系统(4)SA2 应用(3)SA3 管理性活动(2)SA4 管理性领域(2),SIA 系统集成和体系结构(21),SIA1 需求(6)SIA2 先决条件/资源(4)SIA3 集成(3)SIA4 项目管理(3)SIA5 测试和QA(3)SIA6 组织性环境(1)SIA7 体系结构(1),SP 社会与职业问题(23),SP1 职业交流(5)SP2 计算的历史(3)SP3 计算的社会环境(3)SP4 团队工作概念和问题(3)SP5 知识产权(2)SP6 计算的合法性问题(2)SP7 组织机构环境(2)SP8 职业道德问题和责任(2)SP9 个人隐私和个人自由(1),WS Web系统和技术(21),WS1 Web技术(10)WS2 信息体系结构(4)WS3 数字化媒体(3)WS4 Web的发展(3)WS5 脆弱性(1)WS6 社会性软件,2.信息技术专业15门核心课程,信息技术导论信息技术应用数学入门程序设计与问题求解数据结构与算法计算机系统平台应用集成原理与工具Web系统与技术计算机网络与互联网数据库与信息管理技术人机交互面向对象方法信息保障与安全社会信息学信息系统工程与实践系统管理与维护,1.4 如何构建“计算机导论”课程,1.4.1“计算机导论”课程的构建是计算教育面临的一个重大问题 正如前几节介绍的那样，计算已成为一个庞大的学科，它涉及了数学、科学、工程和商业等领域，并包括了专业实践所需要的大量基础知识。学科知识体，以及核心知识单元等内容的给出，为学科专业教学计划的制定奠定了基础。然而，由于知识单元，特别是知识点的大量罗列，也为计算学科的教学带来了挑战。,要知道，19世纪，随着63个化学元素的发现，化学教学史上曾遇到过前所未有的危机，面对杂乱无章的63个化学元素，当时的人们很难进行教与学。针对这个问题，门捷列夫发明了“元素周期表”，揭示了化学元素之间的规律，使问题的复杂性大大下降，促进了化学学科的发展。今天的计算学科，不说具体的内容，仅就其重要的思想、方法和核心概念而言，早就超过了63个。因此，要解决计算学科内容大量罗列而产生的问题，就不得不先解决计算教育面临的另一个重要问题，即“计算机导论”课程的构建问题。,“计算作为一门学科”报告认为，“计算机导论”课程的构建问题是计算教育面临的一个重大问题。报告认为，该课程要培养学生面向学科的思维能力，使学生领会学科的力量，以及从事本学科工作的价值之所在。报告希望该课程能用类似于数学那样严密的方式将学生引入到计算学科各个富有挑战性的领域之中。,CC2001报告介绍了该课程的构建问题，并认为这是一个引起类似宗教战争那样激烈争论的问题。报告认为，不管怎样设计，这门课都应该讲授学科中那些富有智慧的核心思想。CC2004和CC2005则进一步指出，该课程的关键是课程的结构设计问题，现有的浓缩版结构显然不是一种好的课程结构，报告期待人们在该课程的结构设计上有所突破。,1.4.2 计算学科二维定义矩阵,计算学科二维定义矩阵是对学科一个高度的概括，于是，可以将计算学科的认知问题具体为计算学科二维定义矩阵的认知问题。在定义矩阵中，不变的是3个过程（也称为3个学科形态）；变化的是3个过程的具体内容（值），这一维的取名可以是学科知识领域（或学科主领域），也可以为分支学科等。,1.4.3“计算机导论”课程的结构设计,上一小节，我们将学科的认知问题具体为学科二维定义矩阵的认知问题，从而使学科的认知具体化。认知学科终究是通过概念来完成的，而学科中所有的概念都蕴含在定义矩阵中。于是，可以从定义矩阵出发介绍学科，并在学科思想、方法这个较高的层面讲授“计算机导论”课程，为学生后续专业课程的学习提供必要的认知基础。,现在，可以将焦点放在定义矩阵，将把握学科的本质问题归约为把握定义矩阵的本质问题，即对定义矩阵的“横向”和“纵向”关系的把握。“横向”关系，即抽象、理论和设计3个过程的关系，是定义矩阵中最为重要的内容。它反映的是，人们在计算领域的认识规律，即是从感性认识（抽象）到理性认识（理论），再由理性认识（理论）回到实践（设计）的过程。,“横向”关系还蕴含着学科中的基本问题。由于人们对客观世界的认识过程就是一个不断提出问题和解决问题的过程，这种过程反映的正是抽象、理论和设计3个过程之间的相互作用，它与3个过程在本质上是一致的。因此，在“计算机导论”课程的设计上，有必要将它与3个过程一起列入最重要的内容。“纵向”关系，即各分支领域中具有共性的核心概念、数学方法、系统科学方法、社会与职业问题等内容的关系。这些内容蕴含在学科3个过程中，并将学科各分支领域结合成一个完整的体系，而不是互不相关的领域。,显然，在定义矩阵中，“横向”关系最重要，“纵向”关系次之。因此，在“计算机导论”课程的设计上，可以将本章列为第一章，而将学科的基本问题，抽象、理论和设计3个过程，学科中的核心概念，数学方法，系统科学方法，以及社会与职业问题分别列为第二至第七章。沿着定义矩阵这个关于学科概念的认知模型进行导引，优点在于，对学科进行总结的系统性。这种总结是回顾性的总结，不足在于，对学科有争论的问题以及未来探索性的展望作用有限。为此，有必要构建最后一章，即“探讨与展望”。,1.5 本章小结,针对“计算机导论”课程的构建问题，本章在介绍了学科的定义，学科的根本问题，专业名称的演变，以及学科知识体等内容后，将学科的认知问题具体为学科二维定义矩阵的认知问题，从而降低了学科认知问题的复杂性。接下来的章节，将分别介绍学科的基本问题、3个过程（学科形态）、核心概念、数学方法、系统科学方法、社会与职业问题，以及对学科有关问题的探讨与展望等内容。为便于后续章节的展开，本书以计算机科学的内容为背景，从思想与方法这个层面，对计算学科进行导引。,