科學史與電腦科學教學

本節探討電腦科學的教學，再探討電腦科學史如何傳達科學本質，最後探討 電腦科學史教材的內容應包含的概念，以此作為電腦科學史教材設計的基礎。

壹、 電腦科學史的教學價值

電腦科學的蓬勃發展起始於近五、六十年左右，早期的電腦科學家出身於其 他的科學領域，如數學、電子電機、或者語言學等，電腦科學是否屬於科學領域

因此而眾說紛紜。直到 ACM 及 IEEE-CS 自 1967、1978、1999 及 2001 年提出的 大學電腦課程建議書之後，電腦科學的定位才逐漸有了明確的範疇。Denning

（1989）等提出「Computing as a Discipline」一文，指出電腦科學架構在科學（實 驗、科學方法、模組的建立），數學（理論、證明）和工程（建制系統、機器）

之上。Denning（2007）以生物基因編碼及量子電動學（quantum eletrodynamics）

為例，說明電腦科學存在於自然界的現象中。電腦科學領域雖然年輕，但仍屬於 科學的一部分，其科學本質應與其他科學領域相同。

就學習工具而言，由電腦科學史可以鑑往知來，避免前人所發生的錯誤以及 預測未來電腦的發展趨勢。如 Apple Macintosh 的記憶體問題，如果能從以往的 經驗知道 IBM 在設計記憶體時出現的錯誤，則 Apple Macintosh 不會發生同樣的 錯誤（Lee, 1996）。就學習內容而言，由歷史可以知道電腦科學本質的意含，如 IFIP 提出的電腦科學史課程，著重在電腦科學的演進過程，提供相關的人事物以 及發展背景，學生可以瞭解電腦科學的發展是由許多思維和觀念綜合而成的結果，

並非由單一科學家獨自構成現在的模樣（IFIP TC3 and TC9 Joint Task Group, 1999）；就學習內容而言，應以此為內容的基準，使學生對真實的世界有更宏觀 的概念以及有洞察力的觀點（Rupf, 2004）。

Rupf（2004）認為，電腦科學史有諸多優點，加入「人」的觀點，可以讓科 學變得更加有趣；藉由前人的貢獻，讓學生瞭解概念之間的轉折和突破，幫助學 生瞭解電腦概念的因果關係等。Lee（1997）也認為，透過電腦科學史，將可使 學生以更為客觀的態度探究科學的進展，並預測科學對人類的生活影響。

因此，電腦科學史能夠傳達科學本質，能使學生體會科技、社會和人文之間 的交互關係，能使學生明白科學方法的多元性，進而建構出電腦概念的脈絡關係，

有效達到電腦科學的學習。

貳、 高中電腦科學史教學重點

電腦科學史的教材內容應包含的概念和主題，學者認為可以從電腦科學發展

的里程碑選擇，如 Lee（1996）認為電腦硬體、程式語言、人工智慧等主題；Zhang 和 Howlan（2005）認為電腦硬體、電腦軟體、資訊理論和其他應用核心等主題；

Cortina 和 Mckenna（2006）認為電腦硬體、電腦軟體、計算理論及倫理相關議 題等主題。電腦科學史在我國高中電腦課程「資訊科技概論」（教育部，2008）

中也獲得重視，其教材綱要中列出「資訊科學本質和內涵」、「電腦發展」、「資訊 科學發展的重要里程碑」、「網路發展」等與電腦科學史息息相關的議題，並在教 學重點中建議教師應介紹電腦的發展史，說明資訊發展與社會、經濟等各方面的 關係等，其列出 19 個資訊發展的里程碑（表 2-2），作為教材內容的建議，並且 提醒教材的內容應具有前瞻性及趣味性，方能達到引起學生學習動機的功能。陳 怡芬（2013）調查高中資訊教師對電腦科學史教材內容的建議，發現多數的教師 認為網路應用服務、網路技術的發展非常重要，而影響近代電腦與網路發展深遠 的人物也較能吸引學生的興趣，而以課程綱要列出的 19 個資訊發展的里程碑調 查高中教師看法的結果，有高達九成以上的教師認為「電腦網路」是高中生應該 知道的科學發展里程碑。從上述的文獻，顯示電腦網路主題以及相關的概念是電 腦科學史教材中需著重的教學重點。

表 2- 2 資訊科學發展重要里程碑 重要里程碑

1. 內儲程式概念（stored-program concept）

2. 平行處理（parallel processing）

3. 電腦網路（computer networks）

4. 可計算性（computability）

5. 計算複雜度（computational complexity）

6. 資訊安全（information security）

7. 電晶體與積體電路（transistors and integrated circuits）

8. 數位訊號處理（digital signal processing）

9. 電腦模擬（computer simulation）

10. 數值計算（numerical computation）

11. 自動控制（automatic control）

12. 資料庫（database）

13. 巨量資料計算（massive data computation）

14. 人工智慧（artificial intelligence）

15. 電腦輔助設計與製造（CAD and CAM）

16. 地理資訊系統（GIS）

17. 資料探勘（data mining）

18. 數位典藏（digital archives）

19. 生物資訊（bioinformatics）

資料來源：教育部（2008）。普通高級中學「資訊科技概論」課程綱要。