本书讨论了计算机专业人才应具备的四大能力，并将四大能力分解为82个能力点，对这些能力点进行了描述。同时，对在课程实践中实施能力培养进行了探讨。

教育包括知识、能力、素质三个方面。其中“知识”是基础，是载体，是表现形式；“能力”是技能化的知识，是知识的综合体现；“素质”是知识和能力的升华。如何以知识为载体实现能力的培养和素质的提高，特别是实现专业能力和素质的提高，是非常重要的。对计算机科学与技术专业（简称为计算机专业）本科教育而言，要想实现能力导向，首先要解决三个问题：第一是专业能力的构成，第二是如何将专业能力的培养落实到教学实践中，第三是如何判定培养目标是否达成。
　　针对前两个问题，2008年11月1日，2006—2010教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委会第三次全体会议做出决定，开展计算机科学与技术专业人才专业能力（简称为计算机专业能力）的培养研究。
　　根据这一决定，2008年12月成立了由蒋宗礼（组长）、王志英、岳丽华、张钢、陈明组成的研究小组。研究小组首先确定了初步框架，2009年1月16日~22日进行第一次集中研究，认定了基本框架，对研究工作进行了具体分工，讨论了最初拟定的79个能力点基本内容和各个能力点的描述框架。2009年2月~7月，重点研究能力培养的基本思想、专业能力点的描述及其培养说明。同时，将专业能力点补充为83个（后调整为82个）。2009年7月28日~8月2日进行第二次集中研究，对研究的初步成果进行梳理和修改，并具体规划了下一阶段的研究内容，主要包括能力点及其培养描述讨论、课程与能力的关系描述框架、研究报告总体框架。2009年8月，根据前阶段的研究内容以及研究报告的总体框架，研究小组成员研究课程与专业能力培养的关系；2009年12月进行研究报告的统稿工作。
　　学科的宽泛性以及社会对计算机专业人才需求的多样性，使得计算机专业能力也非常宽泛。在实施这项研究中，我们限定在基本专业能力的范畴内。
　　本书内容包括5部分。第一部分“绪论”从总体上讨论教育的知识、能力、素质三方面，能力导向的教育，以及重视专业能力培养问题。第二部分“专业能力构成”论述计算机专业的公共要求和计算机专业能力的构成，这部分以计算思维、算法设计与分析、程序设计与实现、系统4大专业基本能力为基础，分成13个方面、82个能力点的总框架。这两部分由蒋宗礼撰写。作为基础内容，第三部分“专业能力点描述”给出82个能力点的描述，努力从能力点概念及相关性说明、作用、培养以及要注意的问题等方面进行描述。其中模型、算法、系统认知相关的22个能力点的描述由蒋宗礼负责起草，硬件技术等相关的19个能力点的描述由王志英负责起草，信息管理等相关的14个能力点的描述由岳丽华负责起草，系统应用开发、人机界面相关的14个能力点的描述由张钢负责起草，程序设计、实验等相关的13个能力点的描述由陈明负责起草。第四部分“课程与专业能力培养”针对离散数学、形式语言与自动机、程序设计、数据结构与算法、编译原理、操作系统、数据库系统、计算机组成原理、计算机网络、软件工程10门课程，示例性地给出课程教学如何为能力培养服务，研究组每人负责两门课程。主要包括：该门课程在课程体系中的地位和在专业能力培养中所起的作用、课程知识内容和相关思想方法、课程与能力培养的关系，以及在课程教学中进行能力培养时要注意的问题等。第五部分“创新能力培养”讨论创新意识和能力培养问题，这部分内容由蒋宗礼撰写。全书由蒋宗礼负责统稿。在研制过程中，我们得到了很多专家的帮助和支持，在此一并表示感谢。
　　能力的难测性，使得关于能力培养的研究成为一个极具挑战的工作，目前完成的这个研究仅仅是一个开始，确确实实只能起到抛砖引玉的作用，特别是前面提到的如何测定能力的培养状况、如何判定培养目标是否达成等，是一个对教育者和受教育者来说都十分重要的问题，也是一个“难题”，我们希望大家一起关心和参与这个“难题”的求解。同时，我们也非常欢迎大家对本书的内容提出修改和补充建议。

蒋宗礼
2009年12月

计算机科学及应用

前　 言
第1章　 绪论 1
1.1　 知识、能力与素质 1
1.2　 能力基础 6
1.3　 重视专业能力培养 12
第2章　 专业能力构成 13
2.1　 专业公共要求 13
2.2　 专业能力四个方面 16
2.2.1　 计算思维能力 17
2.2.2　 算法设计与分析能力 18
2.2.3　 程序设计与实现能力 18
2.2.4　 系统能力 19
2.3　 能力点的对应 21
第3章　 专业能力点描述 25
3.1　 计算思维能力点描述 25
3.2　 算法设计与分析能力点描述 36
3.3　 程序设计与实现能力点描述 45
3.4　 系统能力点描述 49
3.4.1　 系统认知 49
3.4.2　 系统设计 54
3.4.3　 系统开发 75
3.4.4　 系统应用 100
第4章　 课程与专业能力培养 117
4.1　 课程为能力培养服务 117
4.2　 课程与能力培养的关联 127
4.2.1　 离散数学 127
4.2.2　 形式语言与自动机 132
4.2.3　 程序设计 137
4.2.4　 数据结构与算法 143
4.2.5　 编译原理 147
4.2.6　 操作系统 151
4.2.7　 数据库系统 155
4.2.8　 计算机组成原理 159
4.2.9　 计算机网络 165
4.2.10　 软件工程 170
第5章　 创新能力培养 174
5.1　 强化创新意识 174
5.2　 追求理性 177
5.3　 夯实基础 178
5.4　 鼓励探索 179
参考文献 182