1.4.3　计算机学科体系

1.计算机学科内容间关系

从自然科学与技术科学内容看，计算机学科由理论、系统及开发三部分组成，它们之间存在着紧密的关联，理论是计算机学科的基础，计算机系统则是学科发展的主体，而开发则是系统的实际应用。其中，理论支撑系统发展，而理论与系统最终均服务于开发应用，这三者组成了图1-10所示的计算机学科构成示意图。

2.计算机学科知识构成

计算机学科由前面所述的四部分内容组成。其中每部分又有若干个知识点，分别是：

（1）计算机理论

计算机理论包括可计算性理论、数学理论以及算法理论与数据理论等四个知识点。它们是计算机学科的基础。

（2）计算机系统

计算机系统包括数字技术、计算机硬件、计算机软件、计算机网络（包含网络软件）以及信息安全技术等若干个知识点。它们是计算机学科的核心内容。

（3）计算机应用开发

计算机应用开发包括软件工程及计算机应用等两个知识点。它是计算机学科最终的应用目的。

（4）计算机文化

计算机文化包括计算机道德与计算机法律法规等两个知识点，它是计算机学科在人文科学中的延伸。

这四个部分内容及13个知识点给出了如图1-11所示的计算机学科的知识构成。

3.计算机学科的洋葱头模型

计算机学科的13个知识点间有着内容上的关联与协调关系，它们构成一个层次型的单向依存关系，这种关系可用一个洋葱头形的模型表示，称洋葱头模型。这种模型是由Nell Dale于2005年首先提出，并在以后几年中又有人作了不同程度的更改，这种模型的基本核心思想是：计算机学科是由若干层单向依存的分支所组成，它们像洋葱一样分为很多层，而整个洋葱头就是一个完整的计算机学科体系。

图1-12就给出了经过修改与调整后的洋葱头模型，它们即是由13个计算机学科中的分支学科组成。

4.计算机学科体系

计算机学科的洋葱头模型组成了学科的完整体系，称为计算机学科体系，这种体系由若干层分支学科组成，它们又分又合，又独立又关联，全面地覆盖了学科的全部内容，并具有以下的明显特点：

（1）关联性

上面已有所介绍，这里不作说明。

（2）完整性

计算机学科体系的内容完整、系统、全面，它反映了该学科上、中、下游各个层面：

上游——计算机理论；

中游——计算机系统；

下游——计算机开发应用及计算机文化。

同时，它也反映了计算机科学、技术、工程与文化的各个方面。

（3）整体性

计算机学科体系内部关系紧密、内容完整、系统，它构成了计算机学科的统一整体，由于这种体系的三大明显优点，因此，在本书中采用这种体系作为主要内容进行介绍。

实际上，在对计算机的介绍中存在着多种体系，它们大致有如下几种：

①计算机理论体系：它是计算机理论或计算机科学为核心所延伸而成的体系，其内容侧重于计算机基础理论及与理论相关的内容。其缺点是完整性与整体性略欠不足。

②计算机应用体系：它侧重于计算机应用或计算机工程为核心所延伸而成的体系，其内容侧重于计算机开发、应用及其相关内容，其缺点也是完整性与整体性不足。

③计算机教学体系：该体系即是将计算机学科内容分割成若干门课程，而所有课程则组成了计算机教学体系，目前各校计算机相关专业均按计算机教学体系进行教学，而目前计算机导论课程内容也大都按该体系进行教学。

目前这种教学体系由于设计上的原因，尚存在着诸多不足，它不仅完整性与整体性不足，同时由于课程间紧密度不足，因此内在关联性不高。

因为上述三种体系存在不同程度的弊病，因此在本书中采用计算机学科体系无疑是较为合理的。

5.计算机学科体系与教学体系间的关系

计算机学科体系中的知识是关联的、完整的与整体的，而计算机教学体系中的知识在关联性、完整性及整体性上则存在不足，在本教材中按学科体系介绍知识，因而可以获得计算机学科的关联、完整与整体的知识。但是，本教材是一门入门性质的教材，它对计算机学科体系的介绍仅是初步的，而进一步的知识了解必须在教学体系后面的课程中，因此，在本教材的每章结论中都将简单介绍该章内容与后续课程间的关联。从而建立起计算机学科体系与教学体系的关系，也为学生进一步了解知识提供支持。

需要说明的是，由于计算机学科体系所覆盖的知识是全面的，而计算机教学体系所覆盖的知识则全面性不足，因此，在本教材中每章内容不一定都能得到后续课程的支持，但是，计算机专业的所有课程内容则必定能在学科体系中找到其一定的位置。

表1-1给出了计算机学科13个分支所延伸而成的18个内容与教学体系常见的20门必修与选修课间的关系一览表。该表表示了两个体系间的逻辑关联性。