计算机科学与技术方法论ch01优质PPT.ppt

1、本质；n n对计算机学科进行系统化和科学化的描述对计算机学科进行系统化和科学化的描述n n关注在计算学科中具有共同的、本质特征关注在计算学科中具有共同的、本质特征的内容上。的内容上。第第1章章 绪绪 论论oo要解决学科的认知问题，必须有一套科学要解决学科的认知问题，必须有一套科学的方法的方法有助于人们对学科认识的逻辑有助于人们对学科认识的逻辑化、程序化、理性化和具体化。化、程序化、理性化和具体化。oo1984年年7月月美国计算机科学与工程美国计算机科学与工程博士单位评审部的领导们，在犹他州会议博士单位评审部的领导们，在犹他州会议上对计算认知问题进行了讨论。促使上对计算认知问题进行了讨论。促使A

2、CM和和IEEE-CS联合攻关组，开始用新联合攻关组，开始用新的思维方式来理解计算学科。的思维方式来理解计算学科。oo计算机科学与技术方法论的建立计算机科学与技术方法论的建立借鉴借鉴了数学的公理化思想了数学的公理化思想 1.1 1.1 方法论产生的历史背景方法论产生的历史背景 oo1943年年 英英 国国 的的 一一 台台 名名 叫叫“巨巨 人人”（Colossus）的的计计算算机机就就投投入入了了运运行行，用用于译解德国密码，于译解德国密码，1970年之前一直保密年之前一直保密oo1946.2.14美美国国宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学研研制制成成功功 的的 ENIAC（Electronic

3、Numerical Integrator and Calculator，电电子子数数字字积积分分器器和和计计算算器器）是是世世界界第第一一台台多多功功能能、全全电电子子数字计算机。数字计算机。早期关于早期关于“计算机科学计算机科学”名称的争论名称的争论oo最早的计算机科学学位课程最早的计算机科学学位课程美国普渡美国普渡大学于大学于1962年开设的年开设的 oo斯坦福大学斯坦福大学开设了同样的学位课程。开设了同样的学位课程。oo计算机科学计算机科学这一名称，在当时引起了这一名称，在当时引起了激烈的争论。激烈的争论。oo当时的计算机主要用于数值计算，使用计当时的计算机主要用于数值计算，使用计算机仅

4、仅是编程问题，没有必要设立学位算机仅仅是编程问题，没有必要设立学位oo很多人还认为，计算机从本质上说是一种很多人还认为，计算机从本质上说是一种职业而非学科。职业而非学科。Computing as a Discipline的主要成果oo第一个重大问题第一个重大问题n n第一次给出了计算学科一个透彻的定义第一次给出了计算学科一个透彻的定义（Existence Proof）oo第二个重大问题第二个重大问题 n n未来计算教育问题，整个学科核心课程详细未来计算教育问题，整个学科核心课程详细设计设计 oo第三个重大问题第三个重大问题n n整个学科综述性导引（导论）课程的构建整个学科综述性导引（导论）课程

5、的构建 另外给出了计算学科二维定义矩阵的定义及相另外给出了计算学科二维定义矩阵的定义及相关研究内容关研究内容 Computing as a Discipline的局限性oo报告选择了抽象、理论和设计报告选择了抽象、理论和设计3个过程的个过程的内容作为内容作为“新的思想方法新的思想方法”oo报告在强调报告在强调3个过程是错综复杂地缠绕在个过程是错综复杂地缠绕在一起的时候，一起的时候，n n忽视了忽视了3个过程的内在联系个过程的内在联系oo“新的思想方法新的思想方法”是对计算领域几十年来是对计算领域几十年来的概括和总结，其目标就是的概括和总结，其目标就是n n构建起计算学科自己的方法论构建起计算学

6、科自己的方法论（但是报告没（但是报告没有认识到这一点）有认识到这一点）CC1991的主要成果的主要成果 oo提取了计算学科中反复出现的（具有方法提取了计算学科中反复出现的（具有方法论性质的）论性质的）12个核心概念。个核心概念。oo“社会的、道德的和职业的问题社会的、道德的和职业的问题”主领域主领域的提出，使计算学科方法论的研究更加完的提出，使计算学科方法论的研究更加完备。备。n n由于由于CC1991没有解决计算教育中的第二没有解决计算教育中的第二和第三个重大问题，和第三个重大问题，CC1991教学计划的教学计划的执行远没有达到它的预期目标。执行远没有达到它的预期目标。n n但使一些学者开始

7、考虑如何构建计算学科方但使一些学者开始考虑如何构建计算学科方法论的问题。法论的问题。CC2001的主要成果的主要成果 oo任务组将任务组将CC1991报告划分的报告划分的11个主领个主领域扩展为域扩展为14个主领域，个主领域，oo提出了计算机科学知识体的新概念，并从提出了计算机科学知识体的新概念，并从领域、单元和主题三个不同的层次给出了领域、单元和主题三个不同的层次给出了知识体的内容，为整个学科核心课程的详知识体的内容，为整个学科核心课程的详细设计奠定了基础。细设计奠定了基础。n nCC1991教学计划的执行并没有达到预期教学计划的执行并没有达到预期的效果，主要是缺乏更详细的课程指导。的效果，

8、主要是缺乏更详细的课程指导。n n整个学科大量内容的罗列，有可能使学生们整个学科大量内容的罗列，有可能使学生们只见树木，不见森林只见树木，不见森林 对新教学计划的对新教学计划的争论仍将继续下去。争论仍将继续下去。解决计算教育解决计算教育3个重大问题的意义个重大问题的意义 oo第一个重大问题第一个重大问题n n对学科的发展至关重要对学科的发展至关重要 oo第二个重大问题第二个重大问题n n为高校制定计算机教学计划奠定基础为高校制定计算机教学计划奠定基础 oo第三个重大问题第三个重大问题n n使人们对整个计算学科的认知科学化、系统使人们对整个计算学科的认知科学化、系统化和逻辑化。化和逻辑化。计算机

9、科学与技术方法论的提出 oo20012001年年年年7 7月月月月 ，在上海召开的，在上海召开的，在上海召开的，在上海召开的CC2001CC2001工作研讨会上，工作研讨会上，工作研讨会上，工作研讨会上，本书作者提交的本书作者提交的本书作者提交的本书作者提交的计算机科学与技术方法论计算机科学与技术方法论计算机科学与技术方法论计算机科学与技术方法论大会论大会论大会论大会论文引起了文引起了文引起了文引起了IEEE-CSIEEE-CS教育委员会副主席、教育委员会副主席、教育委员会副主席、教育委员会副主席、CC2001CC2001工工工工作组负责人作组负责人作组负责人作组负责人Carl.ChangCa

10、rl.Chang教授（美籍华人）的注意，教授（美籍华人）的注意，教授（美籍华人）的注意，教授（美籍华人）的注意，并在大会特邀报告中肯定了该论文所具有的批判性。并在大会特邀报告中肯定了该论文所具有的批判性。oo20012001年年年年8 8月月月月1 1日，在网上公布的日，在网上公布的日，在网上公布的日，在网上公布的CC2001CC2001报告（草报告（草报告（草报告（草案），增加了作者充分肯定的原案），增加了作者充分肯定的原案），增加了作者充分肯定的原案），增加了作者充分肯定的原计算作为一门学科计算作为一门学科计算作为一门学科计算作为一门学科报告和报告和报告和报告和CC1991CC1991报告

11、中具有方法论性质的抽象、报告中具有方法论性质的抽象、报告中具有方法论性质的抽象、报告中具有方法论性质的抽象、理论和设计三个过程，以及计算学科中反复出现的理论和设计三个过程，以及计算学科中反复出现的理论和设计三个过程，以及计算学科中反复出现的理论和设计三个过程，以及计算学科中反复出现的1212个核心概念的内容，同时，还第一次增加了要求个核心概念的内容，同时，还第一次增加了要求个核心概念的内容，同时，还第一次增加了要求个核心概念的内容，同时，还第一次增加了要求学生更多地了解方法论的内容。学生更多地了解方法论的内容。1.2 1.2 计算机科学与技术方法论的建立计算机科学与技术方法论的建立oo计算学科

12、认知问题的大量研究成果计算学科认知问题的大量研究成果n n计算作为一门学科报告计算作为一门学科报告计算作为一门学科报告计算作为一门学科报告n nCC1991CC1991报告报告报告报告n nCC2001CC2001报告报告报告报告n n著名计算机科学家、图灵奖获得者戴克斯特拉（著名计算机科学家、图灵奖获得者戴克斯特拉（著名计算机科学家、图灵奖获得者戴克斯特拉（著名计算机科学家、图灵奖获得者戴克斯特拉（E.E.W.W.DijkstraDijkstra）教授教授教授教授“关于真正讲授计算科学的严酷关于真正讲授计算科学的严酷关于真正讲授计算科学的严酷关于真正讲授计算科学的严酷性性性性”（On the

13、 On the CrueltyCruelty of Really Teaching of Really Teaching Computing ScienceComputing Science）及其争论，及其争论，及其争论，及其争论，n n计算教育哲学、计算机科学与技术方法论等方面的研计算教育哲学、计算机科学与技术方法论等方面的研计算教育哲学、计算机科学与技术方法论等方面的研计算教育哲学、计算机科学与技术方法论等方面的研究成果究成果究成果究成果oo研究成果研究成果促进了计算学科认知领域的发展，促进了计算学科认知领域的发展，为计算机科学与技术方法论的建立奠定了基础。为计算机科学与技术方法论的建立奠

14、定了基础。计算机科学与技术方法论的定义oo在计算领域中，在计算领域中，“认识认识”指的是指的是抽象抽象过程（感过程（感性认识）和性认识）和理论理论过程（理性认识），过程（理性认识），oo“实践实践”指的是学科中的指的是学科中的设计设计过程。过程。oo抽象、理论和设计是具有抽象、理论和设计是具有方法论方法论意义的意义的3个过个过程，这程，这3个过程是计算机科学与技术方法论中个过程是计算机科学与技术方法论中最重要的研究内容。最重要的研究内容。oo计算机科学与技术方法论是对计算领域认识和计算机科学与技术方法论是对计算领域认识和实践过程中一般方法及其实践过程中一般方法及其性质性质、特点特点、内在联内在

15、联系系和和变化发展变化发展进行系统研究的学问。计算机科进行系统研究的学问。计算机科学与技术方法论是认知计算学科的学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具方法和工具，也是计算学科认知领域的也是计算学科认知领域的理论体系理论体系。1.2.2 计算学科二维定义矩阵oo知识框架知识框架 计算作为一门学科报告遵循了一般科学计算作为一门学科报告遵循了一般科学技术方法论的思想，它给出了计算学科二维定技术方法论的思想，它给出了计算学科二维定义矩阵（简称定义矩阵）的概念并细化了其内义矩阵（简称定义矩阵）的概念并细化了其内容。容。n n定义矩阵的一维是定义矩阵的一维是定义矩阵的一维是定义矩阵的一维是“3 3 3 3个过程个过程个过程个过程”（抽象、理论和设（抽象、理论和设（抽象、理论和设（抽象、理论和设计）计）计）计）n n另一维是主领域。另一维是主领域。oo特别当主领域仅为计算学科时，定义矩阵便是特别当主领域仅为计算学科时，定义矩阵便是计算作为一门学科报告中所指的计算作为一门学科报告中所指的“知识框知识框架架”。二维定义矩阵o“知识框架”反映