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1、2024/8/301计算科学导论计算科学导论( (四四) )计算机与信息学院计算机与信息学院蒋川群蒋川群 13002187038 13002187038 20122012年年1010月月华盛顿协议华盛顿协议在系统、工艺和机器的设计、操作和改进过程在系统、工艺和机器的设计、操作和改进过程中，能够应用数学、科学和工程技术知识。中，能够应用数学、科学和工程技术知识。发现并解决复杂工程问题。发现并解决复杂工程问题。了解并解决环境、经济和社会与工程相关的问了解并解决环境、经济和社会与工程相关的问题。题。具有有效沟通能力。具有有效沟通能力。能够接受终身学习并促进职业发展。能够接受终身学习并促进职业发展。遵
2、守工程职业道德。遵守工程职业道德。能够在当今社会中发挥作用。能够在当今社会中发挥作用。中国工程教育专业认证要求中国工程教育专业认证要求“培养目标及要求培养目标及要求”“毕业生能力毕业生能力”，明确，明确提出提出“专业必须证明所培养的毕业生达到以下专业必须证明所培养的毕业生达到以下知识、能力与素质的基本要求知识、能力与素质的基本要求”：具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德。任感和良好的工程职业道德。具有从事工程工作所需的相关教学、自然科学具有从事工程工作所需的相关教学、自然科学知识以及一定的经济管理知识。知识以及一定的经济管理知
3、识。掌握扎实的工程基础知识和本专业的基本理论掌握扎实的工程基础知识和本专业的基本理论知识，了解本专业的前沿发展现状和趋势。知识，了解本专业的前沿发展现状和趋势。具有综合运用所学学科理论和技术手段分析并具有综合运用所学学科理论和技术手段分析并解决工程问题的基本解决工程问题的基本能力能力。中国工程教育专业认证要求中国工程教育专业认证要求掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法。信息的基本方法。具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步行研究、开发和设计
4、的初步能力能力。了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研发的了解与本专业相关的职业和行业的生产、设计、研发的法律、法规，熟悉环境保护和可持续发展等方面的方针、法律、法规，熟悉环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法律、法规，能正确认识工程对于客观世界和社政策和法律、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响。会的影响。具有一定的组织管理具有一定的组织管理能力能力、较强的表达能力和人际交往、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力以及在团队中发挥作用的能力能力。具有适应发展的具有适应发展的能力能力以及对终身学习的正确认识和学习以及对终身学习的正确认识和学习能力能力。具有国际
5、视野和跨文化交流、竞争与合作具有国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力能力。美国美国ABET EC2000的能力要求的能力要求应用数学、科学及工程知识的应用数学、科学及工程知识的能力能力。设计与执行实验以及分析与解释数据的设计与执行实验以及分析与解释数据的能力能力。设计系统、零组件或制造程序以满足特定需求设计系统、零组件或制造程序以满足特定需求能力能力。在跨领域团队中发挥功能的在跨领域团队中发挥功能的能力能力。发掘、推导以及解决工程问题的发掘、推导以及解决工程问题的能力能力。对专业与道德责任的领悟。对专业与道德责任的领悟。有效沟通的有效沟通的能力能力。在全球性与社会性环境背景下了解工程解决方案产
6、生的在全球性与社会性环境背景下了解工程解决方案产生的冲击所需的广博教育。冲击所需的广博教育。认知终身学习的必要性以及将之实践的认知终身学习的必要性以及将之实践的能力能力。认知当代议题相关的知识。认知当代议题相关的知识。执行工程业务所需要的技术、技能以及现代工程工具的执行工程业务所需要的技术、技能以及现代工程工具的运用运用能力能力。台湾地区的台湾地区的IEET AC2010的能力要求的能力要求运用数学、科学及工程知识的运用数学、科学及工程知识的能力能力。设计与执行实验，以及分析与解释数据的设计与执行实验，以及分析与解释数据的能力能力。执行工程实务所需技术、技巧及使用工具的执行工程实务所需技术、技
7、巧及使用工具的能能力力设计工程系统、元件或制程（注：制作步骤、设计工程系统、元件或制程（注：制作步骤、制作程序）之制作程序）之能力能力。计划管理、有效沟通与团队合作的计划管理、有效沟通与团队合作的能力能力。发掘、分析及处理问题的发掘、分析及处理问题的能力能力。认识时事议题，了解工程技术对环境、社会及认识时事议题，了解工程技术对环境、社会及全球的影响，并培养持续学习的习惯与全球的影响，并培养持续学习的习惯与能力能力。理解专业伦理及社会责任。理解专业伦理及社会责任。欧洲的欧洲的ECUK标准的能力要求标准的能力要求5类类26方面方面相关工程学会确定的数理基础和相关工程学科相关工程学会确定的数理基础和
8、相关工程学科支撑本工程学科教育所必需的科学原理和方法支撑本工程学科教育所必需的科学原理和方法的相关知识和理解力，从而能对其科学和工程的相关知识和理解力，从而能对其科学和工程背景做出判断，并支持对过去、现在和未来的背景做出判断，并支持对过去、现在和未来的技术发展趋势的理解。技术发展趋势的理解。支撑本工程学科教育所必需的数学原理相关知支撑本工程学科教育所必需的数学原理相关知识和理解力，能够在分析和解决工程问题中熟识和理解力，能够在分析和解决工程问题中熟练运用数学方法、工具和符号。练运用数学方法、工具和符号。有能力应用和综合其他工程学科的知识和理解有能力应用和综合其他工程学科的知识和理解力，以支持本
9、工程学科的学习。力，以支持本工程学科的学习。欧洲的欧洲的ECUK标准的能力要求标准的能力要求5类类26方面方面工程分析工程分析工程原理的理解力，并能将其应用于关键工程工程原理的理解力，并能将其应用于关键工程过程的分析。过程的分析。通过应用分析方法和建模技术，能够对系统和通过应用分析方法和建模技术，能够对系统和部件的工作情况进行鉴定、分类和描述。部件的工作情况进行鉴定、分类和描述。用本工程学科相关的定量方法和计算机软件解用本工程学科相关的定量方法和计算机软件解决工程问题的能力。决工程问题的能力。用系统方法解决工程问题的能力和理解力。用系统方法解决工程问题的能力和理解力。欧洲的欧洲的ECUK标准的
10、能力要求标准的能力要求5类类26方面方面设计设计调研并确定一个问题，并明确其制约条件，包调研并确定一个问题，并明确其制约条件，包括环境和可持续限制、卫生和安全，以及风险括环境和可持续限制、卫生和安全，以及风险评估问题。评估问题。理解客户和用户需求以及美学等问题的重要性。理解客户和用户需求以及美学等问题的重要性。价格驱动因素的确认和管理。价格驱动因素的确认和管理。用创造力形成创新方案。用创造力形成创新方案。确保问题各方面的合理性，包括生产、经营、确保问题各方面的合理性，包括生产、经营、维修和处理。维修和处理。设计过程的管理和结果评估。设计过程的管理和结果评估。欧洲的欧洲的ECUK标准的能力要求标
11、准的能力要求5类类26方面方面经济、社会和环境背景经济、社会和环境背景工程过程商务和经济背景知识和理解力。工程过程商务和经济背景知识和理解力。在上述背景下实现工程目标的管理技术知识。在上述背景下实现工程目标的管理技术知识。对工程领域要求的理解，以促进可持续发展。对工程领域要求的理解，以促进可持续发展。熟悉工程管理相关法律框架，包括员工、卫生、熟悉工程管理相关法律框架，包括员工、卫生、安全和风险（包括环境风险）等问题。安全和风险（包括环境风险）等问题。对高水准的工程职业和道德行为必要性的理解。对高水准的工程职业和道德行为必要性的理解。欧洲的欧洲的ECUK标准的能力要求标准的能力要求5类类26方面
12、方面工程实践工程实践理论与经验相结合的工程技能的实际应用，以及其他相理论与经验相结合的工程技能的实际应用，以及其他相关知识和技能的应用，包括：关知识和技能的应用，包括：有关特定材料、设备、过程或产品特性的知识。有关特定材料、设备、过程或产品特性的知识。车间和实验室技能。车间和实验室技能。对工程知识应用背景（如经营管理和技术开发等）的理对工程知识应用背景（如经营管理和技术开发等）的理解。解。对技术文献和其他信息资源使用价值的理解。对技术文献和其他信息资源使用价值的理解。熟悉知识产权和合同问题的性质。熟悉知识产权和合同问题的性质。对适当的行为规范和工业标准的理解。对适当的行为规范和工业标准的理解。
13、熟悉质量问题。熟悉质量问题。在技术不确定性情况下的工作能力。在技术不确定性情况下的工作能力。能力能力自学自学(学习能力学习能力)、创新创新、动手动手自学是取得能力的渠道和手段自学是取得能力的渠道和手段创新是能力的核心和取得新的能力的渠道创新是能力的核心和取得新的能力的渠道和手段和手段动手则是实实在在地运用能力、发挥能力、动手则是实实在在地运用能力、发挥能力、检验能力检验能力自学自学大学教育的大学教育的过程过程，就是把一个，就是把一个需要教师需要教师才才能获得知识的人，通过几年学习，培养成能获得知识的人，通过几年学习，培养成不需要教师不需要教师也能获得知识、无师自通的人。也能获得知识、无师自通的
14、人。教师主要不是把知识教给学生，而是要把教师主要不是把知识教给学生，而是要把获取与处理知识的能力教给学生获取与处理知识的能力教给学生培养培养学生自己学习新知识的能力，将来干什么，学生自己学习新知识的能力，将来干什么，他就能学什么。他就能学什么。自学自学第一第一会找资料会找资料，你需要的资料，你需要的资料第二第二会读资料会读资料，能很快提炼出最核心最有，能很快提炼出最核心最有用的东西，能整理得有条有理，跟原来的用的东西，能整理得有条有理，跟原来的东西挂上钩东西挂上钩第三要第三要有眼光有眼光，能够逐步看到进一步发展，能够逐步看到进一步发展的景象的景象自学自学本科生：懂得自学本科生：懂得自学本本本本
15、核心概念、基础知识、基本方法、学科框架核心概念、基础知识、基本方法、学科框架硕士生：懂得自学硕士生：懂得自学论文论文新概念、新观点、新方法、应用价值新概念、新观点、新方法、应用价值博士生：懂得自寻博士生：懂得自寻问题问题使一个没有问题的人变成有问题的人，并懂使一个没有问题的人变成有问题的人，并懂得如何力所能及地来解决问题得如何力所能及地来解决问题创新创新要有创新要有创新精神精神(意识意识)要学会创新要学会创新方法方法要找到合适的创新要找到合适的创新领域领域要找到合适的创新伙伴或创新要找到合适的创新伙伴或创新团队团队创新创新一个人最怕没有想法，没有观点，这种一个人最怕没有想法，没有观点，这种“想
16、法想法”或叫或叫“观点观点”，就是创新，科学工，就是创新，科学工作者的两大法宝就是作者的两大法宝就是想法想法加加实验实验。一是要有想法，可以有各种各样的想法，也一是要有想法，可以有各种各样的想法，也可以是错误的。可以是错误的。二是只有通过实验，只有合乎逻辑地推论、二是只有通过实验，只有合乎逻辑地推论、验证结论，才知道该想法是否正确。验证结论，才知道该想法是否正确。动手动手一切能力的外化和实现，最终还须靠动手一切能力的外化和实现，最终还须靠动手实践来完成。实践来完成。关键能力关键能力一是在技术发展中一是在技术发展中寻找寻找题目的能力题目的能力二是寻求二是寻求完成完成这个题目的途径的能力这个题目的
17、途径的能力专业基本能力专业基本能力计算思维能力计算思维能力算法设计与分析能力算法设计与分析能力程序设计与实现能力程序设计与实现能力系统能力。系统能力。专业基本能力专业基本能力科学教育强调科学教育强调“理论形态理论形态”的内容，需要的内容，需要强化计算思维能力和算法设计与分析能力强化计算思维能力和算法设计与分析能力的培养的培养工程教育和技术教育强调工程教育和技术教育强调“设计形态设计形态”的的内容，要求强化程序设计与实现能力和系内容，要求强化程序设计与实现能力和系统能力的培养统能力的培养2024/8/3021案例 计算机科学与技术发展战略CS理论原理创新应用部署配置开发倾向理论倾向应用组织系统行
18、为应用技术软件开发系统平台结构计算机硬件体系CS摘自CC20052024/8/3022案例 计算机科学与技术发展战略CE理论原理创新应用部署配置开发倾向理论倾向应用组织系统行为应用技术软件开发系统平台结构计算机硬件体系CE摘自CC20052024/8/3023案例 计算机科学与技术发展战略SE理论原理创新应用部署配置开发倾向理论倾向应用组织系统行为应用技术软件开发系统平台结构计算机硬件体系SE摘自CC20052024/8/3024案例 计算机科学与技术发展战略 IT摘自CC2005理论原理创新应用部署配置开发倾向理论倾向应用组织系统行为应用技术软件开发系统平台结构计算机硬件体系IT2024/8
19、/3025案例 计算机科学与技术发展战略 IS理论原理创新应用部署配置开发倾向理论倾向应用组织系统行为应用技术软件开发系统平台结构计算机硬件体系IS摘自CC20052024/8/3026摘自CC2005案例 计算机科学与技术发展战略器件理论应用组织与系统行为计算思维能力计算思维能力计算思维的核心是基于计算机考虑问题求计算思维的核心是基于计算机考虑问题求解。广义可以理解为：如何有效地利用计解。广义可以理解为：如何有效地利用计算机技术进行问题的求解；狭义可以理解算机技术进行问题的求解；狭义可以理解为：如何按照计算机求解问题的基本方式为：如何按照计算机求解问题的基本方式去考虑问题的求解。去考虑问题的
20、求解。问题的符号表示问题的符号表示问题求解过程的符号表示问题求解过程的符号表示逻辑思维逻辑思维抽象思维抽象思维形式化证明形式化证明建立模型建立模型实现类计算实现类计算实现模型计算实现模型计算利用计算机技术等利用计算机技术等计算思维能力计算思维能力算法设计和分析能力算法设计和分析能力算法是系统工作的基础，要想成为一名优算法是系统工作的基础，要想成为一名优秀的计算机专业人才，其关键之一就是建秀的计算机专业人才，其关键之一就是建立算法的概念，具备算法设计与分析能力立算法的概念，具备算法设计与分析能力算法设计与分析能力主要指对具有相当规算法设计与分析能力主要指对具有相当规模、较复杂问题的求解算法的设计
21、与分析，模、较复杂问题的求解算法的设计与分析，研究算法的可行性和效率研究算法的可行性和效率算法设计和分析能力算法设计和分析能力简单算法的设计与设计简单算法的设计与设计复杂算法的设计与分析复杂算法的设计与分析证明理论结果证明理论结果开发程序设计问题的解开发程序设计问题的解概念验证性程序开发概念验证性程序开发确定是否有更优的解等确定是否有更优的解等程序设计与实现能力程序设计与实现能力程序设计与实现包括软件实现和硬件上的程序设计与实现包括软件实现和硬件上的实现，特别是将问题的求解看成表示和处实现，特别是将问题的求解看成表示和处理过程的时候，硬件系统相关的实现也可理过程的时候，硬件系统相关的实现也可以
22、部分地含在程序设计与实现能力中（其以部分地含在程序设计与实现能力中（其他部分则含在算法设计与分析、系统分析他部分则含在算法设计与分析、系统分析与开发中）与开发中）程序设计与实现能力主要包括：小型程序程序设计与实现能力主要包括：小型程序设计、大型程序设计、系统程序设计等设计、大型程序设计、系统程序设计等系统能力系统能力系统能力要求站在系统的全局去看问题、系统能力要求站在系统的全局去看问题、分析问题和解决问题，并实现系统优化分析问题和解决问题，并实现系统优化对专业人员来说，无论程序是用硬件实现对专业人员来说，无论程序是用硬件实现还是用软件实现，其设计与实现是基础，还是用软件实现，其设计与实现是基础
23、，最终是要组成一个可以运行的系统最终是要组成一个可以运行的系统要充分认识教育学生以系统的观点去看问要充分认识教育学生以系统的观点去看问题是非常重要的，也是比较困难的题是非常重要的，也是比较困难的系统能力系统能力系统设计是广义的，要把系统设计是广义的，要把“设计设计”作为对作为对问题求解的基础，特别强调使学生一开始问题求解的基础，特别强调使学生一开始就养成一个良好的习惯，即在弄清楚一个就养成一个良好的习惯，即在弄清楚一个问题后，首先考虑问题的数据表示与处理问题后，首先考虑问题的数据表示与处理基本过程；即首先进行基本过程；即首先进行“设计设计”，然后再，然后再在在“设计设计”的基础上进行的基础上进
24、行“实现实现”系统认知能力系统认知能力基本系统软件使用基本系统软件使用系统软件构成系统软件构成基本的计算机硬件系统构成基本的计算机硬件系统构成网络系统的构成网络系统的构成硬件系统的性能硬件系统的性能软件系统的性能等软件系统的性能等系统设计能力系统设计能力设计数字电路设计数字电路设计功能部件设计功能部件设计芯片设计芯片对芯片进行程序设计对芯片进行程序设计设计嵌入式系统设计嵌入式系统设计计算机外设设计计算机外设设计复杂传感器系统设计复杂传感器系统设计人机友好的设备设计人机友好的设备设计计算机设计计算机系统设计能力系统设计能力设计应用程序设计应用程序设计数据库管理系统设计数据库管理系统数据库建模和设
25、计数据库建模和设计设计智能系统设计智能系统开发业务解决方案开发业务解决方案评价新型搜索引擎评价新型搜索引擎定义信息系统需求定义信息系统需求设计信息系统设计信息系统设计网络结构设计网络结构实验设计等实验设计等系统开发能力系统开发能力实现应用程序实现应用程序配置应用程序配置应用程序实现智能系统实现智能系统开发新的软件环境开发新的软件环境创建安全系统创建安全系统配置和集成电子商务软件配置和集成电子商务软件开发多媒体解决方案开发多媒体解决方案配置和集成配置和集成e_learning系统系统系统开发能力系统开发能力创建软件用户界面创建软件用户界面制作图形或者游戏软件制作图形或者游戏软件配置数据库产品配置
26、数据库产品实现信息检索软件实现信息检索软件制定企业信息规划制定企业信息规划制定计算机资源规划制定计算机资源规划选择网络部件选择网络部件安装计算机网络安装计算机网络系统开发能力系统开发能力实现通信软件实现通信软件实现移动计算系统实现移动计算系统实现嵌入式系统实现嵌入式系统实现数字电路实现数字电路实现信息系统实现信息系统实验实现实验实现实验分析等实验分析等系统应用能力系统应用能力使用应用程序使用应用程序培训用户使用信息系统培训用户使用信息系统维护和更新信息系统维护和更新信息系统管理高级别安全要求项目管理高级别安全要求项目管理一个组织的网站管理一个组织的网站选择数据库产品选择数据库产品管理数据库管理数据库系统应用能力系统应用能力数据库用户的培训与支持数据库用户的培训与支持资源升级调度与预算资源升级调度与预算计算机安装与升级计算机安装与升级管理计算机网络管理计算机网络管理通信资源管理通信资源管理移动计算资源等管理移动计算资源等2024/8/3042祝大家：祝大家：身身 健健 康康 ！
