5.2 我們要什麼樣的知識和能力結構？——《逆襲大學》連載
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5.2 我們要什麼樣的知識和能力結構？
學習了計算機類專業，這只是一個大體的分類。在專業內分工漸細的背景下，進入這個大類專業的大學生，逐漸失去了成為專業中通才的可能。為了便於計算機類專業大學生找到自己可以在細分的方向上的選擇，明確專業方向，是確定要具備什麼樣的知識和能力結構的基礎，決定了自己在專業上學習的側重之處。
計算學科的方向
對計算學科方向最新的權威劃分由CC2004給出，認為計算學科由五個部分組成：電腦科學（Computer Science，CS）、計算機工程（Computer Engineering，CE）、軟體工程（Software Engineering，SE）和資訊系統（Information System，IS）和資訊科技（Information Technology，IT）。在CC2005中，分別規定了每個方向的知識體系以及相應的核心課程，這為各專業教學計劃的設計奠定了基礎，同時也為公眾認知和選擇專業方向提供了幫助。隨後幾年，這五個分支學科陸續給出了更新版的報告，但對學科方向結構上的認識一直沒有發生改變。
對於計算機類專業的學生，有必要了解這五個分支學科方向。在這個大類專業中，一個大學生會有無限可能發展，不必要早早就將自己套在了哪一個方向之中，但在未來職業規劃中，以及大學學習的安排中，如果能夠有所考慮，無疑會掌握更多的主動性。
電腦科學涉及到了很寬的範圍，包括了計算的理論、演算法和實現，以及機器人技術、計算機視覺、智慧系統、生物資訊學和其他新興的有前途的領域。談及電腦科學家，他們可以是有能力設計和實現諸如作業系統等複雜系統軟體的人，能夠指導其他程式設計人員，承擔具有挑戰性的程式設計方面的工作；他們可以提供使用計算機的新方式，網路、資料庫、人機互動方式等新的進展依賴於他們的工作；他們以深厚的理論基礎，去解決系統設計中的關鍵問題，設計有效的演算法，以使系統達到最佳效能。電腦科學是計算學科中各方向的基礎，電腦科學方向培養的學生，更關注計算的理論基礎和演算法。選擇該方向的不少大學生畢業後繼續深造鑽研學科的核心。
計算機工程涉及到計算機和基於計算機系統的設計和構造，包括了計算機硬體、軟體，以及它們之間的互動，將傳統的電子工程、數學中的原理，應用到設計計算機以及製造基於計算機的裝置中去。專注計算機工程方向，要學習現代計算系統和由計算機控制的有關裝置的軟體與硬體的設計、構造、實施和維護，更關注設計並實施集軟體和硬體裝置為一體的系統。和其他方向相比，計算機工程更加強調硬體知識，至少講究軟、硬體設計能力的平衡。近年來受到重視的嵌入式系統，是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，諸如手機、音視訊播放機、智慧家用電器，甚至汽車、航空器的部件等，都需要將硬體與嵌入其中的軟體整合到一起，這是計算機工程可以勝任的工作。
軟體工程原本是電腦科學與技術中的一個方向，但是由於其發展速度之快，市場之大，用人需求之強，抽取出自有的體系而成為了一個新的專業。近年來，軟體從規模、影響範圍等多個角度，在系統中所佔的比例越來越重要，軟體的安全性也越發突出。軟體工程以開發和維護能可靠、有效執行，並滿足客戶的要求的軟體系統為目標。由於軟體沒有具體形態，在操作上不具有連續的特性，軟體工程與其他工程學科有很大的區別，追求將數學、計算科學與工程實踐的結合。與其他工程學科類似的是，軟體工程也以系統、學科、定量的方法，把工程原理應用於軟體的開發、執行和維護。軟體工程專業的學生，要修讀不少與電腦科學和計算機工程的學生相同的課程，但軟體工程更關注以工程規範進行的軟體系統開發與維護。有不少人一提到學習軟體開發就是學習程式語言，學習程式設計，而實際上，這只是最基本的能力，軟體工程專業學生的能力，最終要落實到“工程”二字上。
資訊科技從廣義上講，包括了計算技術的所有方面。作為計算機類專業中的一個學科方向，側重通過選擇、創造、應用、整合和管理計算機技術來滿足企業、政府、醫院、學校和其他各行各業各類組織中使用者的需求。資訊科技紮根於社會經濟、生產、生活的實際需要之中，成為一個新的、快速增長的領域，有大量的用人缺口。目前幾乎所有的機構和部門的工作、生產，包括家庭的生活，都依賴於資訊科技。各種計算機系統要正常工作，安全需要保證，需要適時升級、維護和更換軟硬體設施，這些都需要擅長於資訊科技的人員支援。據統計，在各種機構中，專門從事資訊科技的員工佔到了4%。資訊科技方向的學生，在理論知識和實際動手能力方面應均衡發展，能夠很好地理解計算機系統和軟體，致力於解決任何與計算機相關的問題。從事資訊科技方面的工作，更關注選擇硬體和軟體產品以適用於一個組織機構的需求，並能使用相關的資訊科技來計劃、實施和配置計算機系統，培訓計算機使用者，此外，其職責還包括網路安裝、網路管理、網頁設計，多媒體資源的開發、通訊元件安裝、電子郵件系統的監督，以及對所有機構實施的資訊科技專案進行規劃並參與管理。
讓計算機技術能夠參與到社會生產、生活中去，僅是各種開發、維護等技術性工作是不夠的。培養資訊系統方向的學生，就是要將資訊科技的方法與企業生產和商業流通結合起來，專注於資訊科技解決方案和業務流程的整合，以滿足各行業對資訊的需求，使他們能夠以有效、高效的方式實現自己的目標。常見的一種情形是，某機構的業務需要一種新的計算機系統支援，由資訊系統人員組織實施方案的論證，資訊系統人員參與技術開發的工作，負責需求的確定、開發過程的監管，以及系統的驗收。而對於某些環節，可能用不著開發，而是實施對軟體、硬體系統的採購即可，這要由從事資訊系統的人員去參與招標、採購、安裝驗收，起草系統執行的規則，並對相關的人員實施必要的培訓等。資訊系統方向強調資訊科技是作為一種工具，為資訊的生成、處理和傳播服務。與資訊科技相比，資訊系統重於“資訊科技”的“資訊”層面，而資訊科技則更關注於“資訊科技”的“技術”層面。資訊系統培養的學生，更關注資訊資源的獲取、部署、管理及使用，並能分析資訊的需求和相關的商業過程，能夠詳細描述並設計出與目標相一致的系統。在管理類的學科中設有管理資訊系統專業，更強調的組織和行為方面，相對而言，計算機類專業的資訊系統方向要求的技術背景又深一些。
對這五個專業方向的論述並沒有覆蓋到計算機類專業涉及的所有方面，但這也給我們整理出了一個線條。在這一學科變得日益龐大之時，作為個人，其選擇是需要有所側重的。計算機類專業培養方案中，各方向有公共的知識基礎，體現在專業基礎課中，而作為形成方向的課程，總是依靠專業選修課去體現。專業基礎自然應該紮實，而專業選修意在形成自己的特色。大學生在修讀課程的選擇上，就應該從形成自己的知識體系的角度出發，而不是將是否容易學、是否容易及格等無關知識體系的因素當作了選課標準。
計算機類專業培養什麼樣的人才
一個普遍的問題是，計算機類專業的大學生，在畢業後應該具有什麼樣的能力？能力需要有知識作為支撐，這涉及到了對學科方向的選擇，也涉及到了要從事工作的需要。
有必要先甄別科學與工程、科學家與工程師之間的聯絡與差別了。科學麵對客觀世界，探索自然、社會和思維的發展與變化中存在的客觀規律，強調分析，強調結論的唯一性。工程面對人造世界，是人們綜合應用科學理論和技術手段去改造客觀世界的實踐活動。工程將科學原理應用到生產實踐中，從形式上，工程是科學的應用。工程強調綜合，強調方案的比較論證，其核心是建造，常有明確的經濟和社會服務目標。對應地，科學家側重於理論研究，研究某一事物的自然規律，而工程師則側重於利用科學家所發現的自然規律去設計、發明某一適應需要的產品。馮·卡門（von Kármán）教授有句名言：“科學家研究已有的世界，工程師創造未來的世界。”
計算學科，是研究計算機的設計、製造和進行資訊處理等的理論、原則、方法和技術的學科，包括了科學、工程和技術：計算科學側重於研究現象揭示規律，計算技術則側重於研製計算機和使用計算機進行資訊處理的方法和技術手段，計算機工程利用相關的方法和技術，生產出產品。這三方面互為依託，相互推進，計算科學中的研究成果轉化為了技術，而計算技術的發展促進了計算科學研究的深入。用計算技術指導工程實踐，而工程實踐的發展轉而作用於技術進步。因此，計算學科就是這樣一門科學性與工程性並重的學科，其理論與實踐也常常緊密地結合在一起。計算機要解決現實世界中的各種問題，模型構建和測試、評價，需要採用的是科學研究的方法，而設計和構建軟硬體系統的過程，則屬於工程範疇，採用工程學的方法。
在傳統工業領域，產品設計和產品製造、生產之間的形態有比較大的差別，在生產鏈的不同環節需要的人員在知識結構方面差別較大。比如土木工程、規劃、勘測、設計、施工、養護等技術和研究工作，往往由性質不同的單位實施，但在計算學科中，很多時候學科的理論、技術和工程之間的界限十分模糊，理論探索、技術開發和工程應用之間的週期很短，實驗室產品和最終投放市場的產品之間幾乎沒有太大的差別。許多產品，尤其是軟體產品，一經開發、測試完成，就可以通過複製或者通過線上的方式進行銷售。計算機領域，科學與工程素質兼具的人才也更常見，科學家和工程師之間有比較明顯的分工，但也有少數人既是科學家，也是十分出色的工程師。很多頂尖的公司，如谷歌公司，鼓勵研究人員的成果在自己的主導下進行開發，快速變為產品，極大地縮短了新產品問世的週期，表現出的是一種強大的競爭力。
錢偉長院士談到對科學、工程和技術的關係時說過：技術是人們製造工具和進行生產的方法，有的是根據已知的原理創造出來的，有的可能還並不瞭解它的原理，比如中國人發明指南針的時候，並不知道它的原理，可我們已經用上了。人們在改進技術的過程中，逐漸總結出它的規律，把它的原理弄清楚了，這就成為科學了。工程是綜合了許多技術為一個總的任務服務的，比如建築工程是蓋房子的，其中需要很多技術，如採光、取暖、供水、結構的設計等等。所以工程師一定要有組織能力。一個人不可能樣樣精通，但至少有關各方面都知道一點，其中有一門是精通的，他要組織精通各種技術的人跟他合作，來完成一個總的任務。
在IT行業，根據工作中需要的能力要求，可以將人才分為四類：（1）學術型人才：主要是研究、發現計算學科及其應用領域的客觀規律，要求具有較深厚的專業理論基礎、紮實的數學基礎、清晰的基本概念和多學科的知識，要具備工程實踐能力和創新精神；（2）工程型人才：能運用科學原理進行工程或產業設計、工作規劃與執行決策，具有一定的理論基礎、較寬的知識面，以及設計開發和解決實際問題的能力；（3）技術型人才：是掌握和應用技術手段為社會謀取直接利益的人才，需要具備一定的專業基礎知識，具有更寬泛而不是更精深的專門知識，強調理論在實踐中的應用，綜合運用各種知識解決實際問題的能力應該更強一些，對人際關係能力、群體組織能力、交流能力等有很高的要求；（4）技能型人才：主要指掌握了專門知識和技術，具備一定的操作技能，在生產和服務等領域崗位一線，並在工作實踐中能夠運用自己的技術和能力進行實際操作的人員。大學教育側重於培養前三類人才，每一個IT學子可以據此設計自己的主攻方向，並設計自己學習的重點。
設計自己的學習內容
在瞭解了科學、工程和技術的關係之後，讀者可以思考你自己在IT行業當中，將會投入到哪一個方向中去了。羅列計算機類專業及其學科方向，可以發現可供我們選擇的巨大空間。在圖5–1中，計算機類專業的學子可以選擇純粹“本行”的電腦科學、軟體工程、計算機工程等基礎性的工作，也可以貼近應用，選擇資訊科技、資訊系統、資訊保安等方面的工作。還有很多的學科專業與計算機學科發生著交叉，成為有志從事計算機應用的學子可以選擇的方向。例如地理資訊系統，本屬於地球科學類，衛星導航之類的應用是IT行業中未來發展的重要方向；再如生物資訊科技、生物醫學工程，展示了和人類生命、生活更近的聯絡，健康、醫療是一個巨大的市場；以及更為傳統的資訊管理系統。圖5–1中不可能再多羅列出其他應用領域，其中體現出的是計算機類專業學生髮展的多種可能。從事應用方面的工作需要應用領域的相關知識的支撐，在大學中可以有所準備，將之作為通識教育的一部分，或者作為課外自主學習的內容。與此同時，在電腦科學、技術與工程等方面具有核心能力的優勢，也是計算機類專業的畢業生在其他行業從事與計算機技術相關工作的資本。
專業方向的選擇，需要與之匹配的知識和能力支援。時至今日，電腦科學、工程與技術已經發展成為一個龐大的體系，在有限的學習年限中，不可能面面俱到地進行學習。實際上，在行業中分工逐漸細化的時代，也沒有必要去追求成為通才。CC2005中，針對計算學科的各個方向上對理論和應用的要求，用知識空間的二維圖解給出了描述，這可以作為我們設計學習內容和重點學習的參考。
在圖5–2中的橫軸上，選擇了偏“理論”學習的人，要注意掌握學科基礎理論、基本原理，應該喜歡在實驗室中創造新的東西，或者開發新的原理，在大學中需要強化培養創新能力，將解決可行和效率的問題作為自己的優勢；而選擇另一個極端“應用”的人，則不需要知道原理中所注重的各類“是什麼、為什麼”的問題，採取最實用的路線，幫助人們選擇和使用適當的技術或整合現成的產品來解決問題，能夠部署、配置計算機系統，只從“怎麼幹”的層面上成為專家，這也是行業中的人才。更多人的選擇會落在這兩個極端之間，在理論和應用之間找到自己的位置。
在縱軸方向，計算機硬體和體系結構在底部，而頂部是組織事務和資訊系統。從下往上看，由裝置，到資訊，逐漸地關注到了人與人形成的組織，這反映了計算機類專業領域的涉及面之廣，我們每一個人都可以在其中找到自己的位置。喜歡設計電路或對計算機的內部運作感到好奇的人會關心較底層的部分；希望看到技術是如何為人服務的，或者好奇技術是如何對組織產生影響的人，會關心上層；而在中間的地帶，軟體工程專業所關注的區域，則是人和裝置需要綜合的一個領域。
當把縱橫兩個方面綜合考慮，關心讓裝置為人工作勝過人形成的組織的人，感興趣的是右下方，而熱衷於發展新方法讓資訊影響組織的，對左上角感興趣。五張圖，勾勒出的五個計算機分支學科所涵蓋的區域，給出的是對不同學科的一種非精確的定性描述。圖示對應的知識結構用於指導培養方案的制定，對於計算機類專業的學生，結合自己的愛好，找到自己追求的目標，指導自己設計好學習路線。在圖5–2中的知識結構並不是所有的學生都能夠對號入座進行選擇，有些人將有超越這些，形成自己更加鮮明的特色。在規劃學習內容時，我們有必要在重理論還是重應用上做出選擇。在CC2005中，並沒有討論資訊保安、網路工程等專業的知識體系的問題，讀者不妨藉此做一個思考。圖5–2中第六張子圖未做任何標識，建議讀者在上面畫出自己感興趣並有意拓展的區域。
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