計算機課程教學與計算科學思想史研究

1、計算機課程教學與計算科學思想史研究摘要：本文分析了計算學科課程教學計劃CCC2002的特點，并從計算機科學與技術(shù)方法論的角度探討了基于知識背景開展計算學科課程教育的基本思想，另外還研究了計算科學思想史研究與基于知識背景計算學科課程教學的關(guān)系，同時在課程內(nèi)容設(shè)置、教學組織實施、學生學科素養(yǎng)與能力培養(yǎng)等方面闡述了基于知識背景課程教學對計算機課程教學改革產(chǎn)生的重要影響。關(guān)鍵詞本文來自：計算機畢業(yè)網(wǎng)：CCC2002；課程教學；計算科學；科學史1

2、引言隨著計算機的誕生和計算機科學技術(shù)的發(fā)展，計算技術(shù)作為現(xiàn)代技術(shù)的標志，已成為世界各國許多經(jīng)濟增長的主要動力，計算領(lǐng)域也已成為一個極其活躍的領(lǐng)域。計算學科正以令人驚異的速度發(fā)展，并大大延伸到傳統(tǒng)的計算機科學的邊界之外，成為一門范圍極為寬廣的學科，人們對計算學科的認識，已從知識層面上升到了方法論的高度[1]。1989年1月，美國計算機學會(簡稱ACM)和美國電氣和電子工程師學會計算機分會(簡稱IEEECS)聯(lián)合攻關(guān)組在《ACM通訊》雜志上

3、刊登了他們歷經(jīng)4年的研究成果——“作為學科的計算科學”的報告[2]。該報告圍繞計算機的主要現(xiàn)象，從學科的三個基本形態(tài)，即理論、抽象和設(shè)計入手，結(jié)合科學與工程科學兩大學科門類的基本特征，完成了計算學科的“存在性”證明，首次給出了計算學科的定義，為“計算”作為學科及其以后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。如今，計算已不再是一個一般意義上的概念，它已成為“各門科學研究的一種基本視角、觀念和方法，并上升為一種具有世界觀和方法論特征的哲學范疇”[3]。在長期的社

4、會生產(chǎn)實踐中，計算科學的內(nèi)涵與外延從學科的角度得到進一步詮釋，ACM和IEEECS以及計算機界關(guān)于計算學科認知問題的研究不斷取得重要成果，其中，CC1991(“計算學科教程1991計劃”的簡稱)和CC2001(“計算學科教程2001計劃”的簡稱)報告為計算學科建立了現(xiàn)代課程體系。隨著計算科學的不斷發(fā)展，其課程體系也在不斷完善，2004年11月，ACM、AIS和IEEECS又聯(lián)合公布了新的計算學科教程CC2004，文[4]對該課程體系做了

5、分析與思考。隨著信息技術(shù)行業(yè)人才需求的與日俱增，世界上絕大多數(shù)高等院校均設(shè)立了計算科學或與之相關(guān)的專業(yè)，國內(nèi)的高等院校也不例外。為了有效地推行國內(nèi)的計算機科學與技術(shù)教育，同時又能與國際接軌，中國計算機科學與技術(shù)學科教程研究組于2002年提出了“中國計算機科學與技術(shù)學科教程2002”(ChinaComputingCurricula2002，簡稱CCC2002)[5]，該教程從計算機學科教學計劃的發(fā)展、計算機學科的定義、計算機學科本科生能力

6、培養(yǎng)、計算機學科知識體系演變、計算機學科課程體系結(jié)構(gòu)、計算機學科課程的教學計劃與組織方法等方面全面闡述了計算機科學與技術(shù)學科知識與課程體系的外延與內(nèi)涵，進一步明確了新形勢下計算機科學與技術(shù)學科本科生能力與素質(zhì)培養(yǎng)的基本要求，為國內(nèi)高校計算機科學與技術(shù)學科制定培養(yǎng)方案和形成具有自身特色的課程體系提供了指南，對中國高校計算機科學與技術(shù)學科教育的改革和發(fā)展具有重要的參考價值和積極的推動作用。CCC2002給出了中國計算學科課程體系的描述，但如

7、何圍繞這一樣一種嘗試，在課程知識的組織與傳授過程中，把知識的來源即知識產(chǎn)生的背景有機地融入其中，使之成為教材內(nèi)容的一部分或補充，讓學生在學習課程知識的同時，了解知識的背景和來源，更多地知曉與學科知識有關(guān)的人和事，更深地理解知識的內(nèi)涵，更好地把握知識的運用與發(fā)展趨勢，使學生在學習、理解和掌握知識的同時，學科意識和學科素養(yǎng)得到培養(yǎng)與發(fā)展。這樣的做法無疑是有益的但卻并非易事，有大量值得研究和探索的課題和實踐活動，其中以教學內(nèi)容改革為先導的課程

8、教學改革將成為學科教育改革的主要內(nèi)容，它涉及教育理念的更新、教學方式與方法的運用，教學組織形式的變化、教學評價體系的構(gòu)建等等，同時對教師隊伍的知識結(jié)構(gòu)也將產(chǎn)生新的要求。它不僅要求人們具備學科知識，而且還要有學科思想史和學科方法論的知識。因此在學科教育中應該有更多的教育工作者關(guān)注科學和學科思想史研究。就計算學科而言，計算學科思想史研究是基于背景知識計算學科課程教學改革的基礎(chǔ)。3.1計算科學思想史研究現(xiàn)代計算科學在理論和應用方面取得的偉大成

9、績，是人類長期從事社會生產(chǎn)實踐的結(jié)果，是無數(shù)致力于計算科學研究與實踐的工作者們共同智慧的結(jié)晶。計算科學是整個科學體系的一個重要組成部分，是研究計算知識、計算理論及其應用的科學，是關(guān)于計算學科知識體系和與之相關(guān)領(lǐng)域知識及其相互間關(guān)系的總和。而計算科學思想史則是研究計算科學的形成與發(fā)展過程的科學，其研究的目的在于通過對計算科學發(fā)展過程中各個事實、各種現(xiàn)象和思想的分析，總結(jié)計算科學的歷史經(jīng)驗，揭示計算科學的發(fā)展規(guī)律，促進計算科學的發(fā)展。計算科

10、學思想史的研究對象并非計算科學本身，它是以哲學、歷史學的觀點和方法來分析計算科學的發(fā)展歷史。作為一門科學，計算科學思想史研究有其自身的理論體系，這一理論體系涉及計算科學、工程學、哲學、歷史學、心理學、社會科學等諸多學科領(lǐng)域的知識。計算科學思想史是以計算科學理論與實踐的形成與發(fā)展為基礎(chǔ)，以辯證唯物主義和歷史唯物主義為指導，以科學思想史研究的基本原理為依據(jù)，分析人類歷史上計算科學重要成果和重要學術(shù)理論的誕生過程，其思想與方法的形成過程以及它

11、們的科學與哲學意義。計算科學思想史研究將隨著計算科學的發(fā)展和人類進一步的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)而不斷變化并日趨完善，是一門極富發(fā)展性的科學。文[11]中，作者對計算科學思想史研究的特點、內(nèi)容、方法等問題進行了探討。3.2基于知識背景的課程教學所謂基于知識的課程教學就是把學科知識與知識背景有機結(jié)合，使之成為課程教學內(nèi)容的統(tǒng)一體進行施教與學習的過程。其教學目的是讓學生在了解和掌握學科知識的同時，了解知識產(chǎn)生的背景，感知知識背后隱藏的思想與方法，為學生提