麻立冬

摘 要： 本文介紹了"Computing as a discipline"和"Computing Curricula 1991"報(bào)告的重要內(nèi)容，指出了它們對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論的重要貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，我們以一般科學(xué)技術(shù)方法論為指導(dǎo)，給出了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論的定義，闡述了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論中的抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)學(xué)科形態(tài)、核心概念、根本問題、數(shù)學(xué)方法和系統(tǒng)方法的基本內(nèi)容，指出了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論是計(jì)算認(rèn)知領(lǐng)域的一個(gè)理論體系的思想。

關(guān)鍵詞：方法論；學(xué)科形態(tài)；核心概念 ；根本問題；數(shù)學(xué)方法；系統(tǒng)方法

2計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論的定義以及學(xué)科二維定義矩陣

在計(jì)算領(lǐng)域中認(rèn)識指的是抽象過程（感性認(rèn)識）和理論過程（理性認(rèn)識），實(shí)踐指的是學(xué)科中的設(shè)計(jì)過程。抽象、理論和設(shè)計(jì)是具有方法論意義的三個(gè)過程，這三個(gè)過程是科學(xué)技術(shù)方法論中最重要的研究內(nèi)容。從認(rèn)識論的角度來看，學(xué)科的基本內(nèi)容包含在抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過程（或形態(tài)）之中，不僅如此，也正是因?yàn)樗鼈冎g的相互作用，促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展。

顯然，“Computing as a discipline”報(bào)告遵循了認(rèn)識論的思想，給出了計(jì)算學(xué)科二維定義矩陣（以下簡稱定義矩陣）的概念并細(xì)化了其內(nèi)容。定義矩陣的一維是“三個(gè)過程”（抽象、理論和設(shè)計(jì)），另一維是主領(lǐng)域。特別當(dāng)主領(lǐng)域僅為計(jì)算學(xué)科時(shí)，定義矩陣便是本文所指的“知識框架”。該“知識框架”反映了計(jì)算領(lǐng)域中人們的認(rèn)識是從感性認(rèn)識（抽象）到理性認(rèn)識（理論），再由理性認(rèn)識（理論）回到實(shí)踐（設(shè)計(jì)）中來的辯證唯物主義思想。在這里，這個(gè)“知識框架”也稱作學(xué)科的知識內(nèi)涵，它是穩(wěn)定的；“知識框架”的內(nèi)容（值）指的是學(xué)科的外延，它包括主領(lǐng)域以及各主領(lǐng)域“三個(gè)過程”的內(nèi)容，這些內(nèi)容（值）將隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而變化。就“兩報(bào)告”而言，ACM和IEEE/CS攻關(guān)組對學(xué)科本質(zhì)的研究采用了內(nèi)涵與外延相結(jié)合的方法。

3 計(jì)算學(xué)科中的抽象、理論和設(shè)計(jì)及其內(nèi)在聯(lián)系

3.1 學(xué)科的抽象形態(tài)

在科學(xué)技術(shù)方法論中， 科學(xué)抽象是指在思維中對同類事物去除其現(xiàn)象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，從而做到從個(gè)別中把握一般，從現(xiàn)象中把握本質(zhì)的認(rèn)知過程和思維方法?？茖W(xué)抽象的成果有：科學(xué)概念、科學(xué)符號、思想模型等內(nèi)容[6]。

“Computing as a discipline”報(bào)告認(rèn)為：理論、抽象和設(shè)計(jì)是我們從事本領(lǐng)域工作的三種主要形態(tài)（Paradigm），或稱文化方式，它提供了我們定義學(xué)科的條件。第一個(gè)學(xué)科形態(tài)是抽象（按方法論研究的習(xí)慣，我們將報(bào)告中理論和抽象原來的次序?qū)φ{(diào)），抽象源于實(shí)驗(yàn)科學(xué)。按客觀現(xiàn)象的研究過程，抽象形態(tài)包括以下四個(gè)步驟的內(nèi)容：

（1）.形成假設(shè)；

（2）.建造模型并做出預(yù)測；

（3）.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)；

（4）.對結(jié)果進(jìn)行分析。

3.2 學(xué)科的理論形態(tài)

科學(xué)認(rèn)識由感性階段上升為理性階段，就形成了科學(xué)理論，科學(xué)理論是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的系統(tǒng)化了的科學(xué)知識體系，它是由科學(xué)概念、科學(xué)原理以及對這些概念、原理的理論論證所組成的體系。

在計(jì)算學(xué)科中， 第二種學(xué)科形態(tài)是理論，理論源于數(shù)學(xué)。按統(tǒng)一的合理的理論發(fā)展過程，理論形態(tài)包含以下四個(gè)步驟的內(nèi)容：

（1）.表述研究對象的特征（定義和公理）；

（2）.假設(shè)對象之間的基本性質(zhì)和對象之間可能存在的關(guān)系（定理）；

（3）.確定這些關(guān)系是否為真（證明）；

（4）.結(jié)論和解釋。

3.3 學(xué)科的設(shè)計(jì)形態(tài)

在計(jì)算學(xué)科中， 第三個(gè)形態(tài)是設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)源于工程。按為解決某個(gè)問題而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或裝置的過程來看，設(shè)計(jì)形態(tài)包含以下四個(gè)步驟的內(nèi)容：

（1）.需求分析；

（2）.建立規(guī)格說明；

（3）.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)；

（4）.對系統(tǒng)進(jìn)行測試與分析。

設(shè)計(jì)、抽象和理論三個(gè)形態(tài)針對具體的研究領(lǐng)域均起作用，在具體研究中，就是要在其理論的指導(dǎo)下，運(yùn)用其抽象工具進(jìn)行各種設(shè)計(jì)工作，最終的成果將是計(jì)算機(jī)的軟硬件系統(tǒng)及其相關(guān)資料（如，需求說明、規(guī)格說明和設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法說明等）。

3.4.三個(gè)學(xué)科形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系

理論是數(shù)學(xué)的根本：應(yīng)用數(shù)學(xué)家們認(rèn)為，科學(xué)的進(jìn)展都是建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的。抽象（建模）是自然科學(xué)的根本：科學(xué)家們認(rèn)為，科學(xué)的進(jìn)展過程主要是通過形成假說，然后系統(tǒng)地按照建模過程對假說進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)取得的。類似地，設(shè)計(jì)是工程的根本：工程師們認(rèn)為，工程的進(jìn)展主要是通過提出問題，并系統(tǒng)地按照設(shè)計(jì)過程，用建立模型而加以解決的。許多有關(guān)數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程相對優(yōu)劣的爭論都隱含的基于抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過程中某一個(gè)更為更根本的假設(shè)。

“Computing as a discipline”報(bào)告認(rèn)為，更詳細(xì)的研究揭示出：在計(jì)算學(xué)科中，“三個(gè)過程”是錯(cuò)綜復(fù)雜地纏繞在一起的，以至于把任何一個(gè)作為根本都是不合理的。

當(dāng)專家們把注意力集中于“三個(gè)過程”誰更為根本的時(shí)候，學(xué)科方法論中的關(guān)鍵問題—抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過程的相互作用被忽視了。不僅如此，在一定程度上還轉(zhuǎn)移了我們的視線，削弱了我們對報(bào)告本質(zhì)的理解，以致“CC2001”任務(wù)組不得不承認(rèn)，與報(bào)告密切相關(guān)的“CC1991”計(jì)劃的執(zhí)行并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。

“Computing as a discipline”報(bào)告的實(shí)質(zhì)是學(xué)科方法論的思想，其關(guān)鍵問題是—抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過程的相互作用的問題，正是因?yàn)樗鼈冎g的相互作用，促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展。文[2]介紹了這方面的有關(guān)內(nèi)容。

5結(jié)束語

綜上所述，由抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)過程以及學(xué)科各主領(lǐng)域組成的計(jì)算學(xué)科二維定義矩陣，它不僅隱含了學(xué)科中的科學(xué)問題、核心概念、數(shù)學(xué)方法以及系統(tǒng)科學(xué)方法，其實(shí)它還隱含了學(xué)科中一些有趣的問題。

在面向?qū)W科的思維方式這類問題上，世界著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、圖靈獎(jiǎng)獲得者Dijkstra教授在充分的論述后，告誡我們在計(jì)算科學(xué)的教學(xué)過程中不要用擬人化的術(shù)語，而是要用數(shù)學(xué)的形式化方法。我國學(xué)者趙致琢博士也提出了思維方式的數(shù)學(xué)化的思想。我們認(rèn)為，面向?qū)W科的思維能力應(yīng)包含兩層意思：其一是面向?qū)W科方法論的思維能力；其二是面向?qū)W科的數(shù)學(xué)思維能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Carl K.Chang. Curricula 2001： Bringing the Future to the Classroom. Computer， 1999，32（9）： 85-88