مفاهیم اصلی در علوم رایانه
حیطه‌ی علوم رایانه دربرگیرنده‌ی پنج مفهوم اصلی است:
- سامانه‌های رایانشی [1]
- شبکه‌ها و اینترنت [2]
- داده‌ها و تجزیه و تحلیل [3]
- الگوریتم‌ها و برنامه‌نویسی [4]
- تأثیرات رایانش [5]
مفاهیم اصلی در چارچوب ترویج علوم رایانه و تفکر رایانشی به جای ایده‌های انتزاعی و کلی، حوزه‌های دارای اهمیت در حیطه‌ی علوم رایانه را نشان می‌دهند. اما باید به ایده‌های انتزاعی و کلی هم توجه داشت؛ این‌ها اساس مفاهیم متقاطع[6] را تشکیل می‌دهند، ایده‌هایی که در مجموعه‌ی مفاهیم اصلی کاربرد دارند و با این مفاهیم ادغام می‌شوند. این «مفاهیمِ متقاطع» ارتباطات موضوعی را بین مجموعه‌ی مفاهیم اصلی ایجاد می‌کنند. معیار انتخاب یک مفهوم متقاطع این است که باید:
- در چندین مفهوم اصلی به کار گرفته شود،
- به روشن شدن ارتباطات بین مفاهیم اصلی مختلف در حیطه‌ی علوم رایانه کمک کند،
- زمینه‌ساز ایجاد آشنایی با موضوعات اساسی در علوم رایانه از طریق تکرار در حیطه‌های مختلف شود، و
به درک بهتر مفاهیم اصلی که در آن یکپارچه شده‌اند، کمک نماید.
مفاهیم متقاطع عبارتند از:
- انتزاع[1] (تجرید): انتزاع نتیجه‌ی کاستن از جزئیات یک فرآیند یا مجموعه‌ای از اطلاعات به مجموعه‌ای از ویژگی‌های مهم برای استفاده‌ی رایانشی است. انتزاع‌ها با مدیریت جزئیات پیچیده‌تری که زیر سطح تعاملات قرار دارند، تعاملات را در سطحی از پیچیدگی کاهش می‌دهند. یک انتزاع می‌تواند برای تعمیم طیفی از موقعیت‌ها با انتخاب ویژگی‌های مشترک منهای جزئیات پیاده‌سازی خاص ایجاد شود.
- روابطِ سیستمی[2]: اجزای یک سیستم به یکدیگر وابسته و برای یک هدف مشترک سازماندهی شده‌اند. دیدگاه سیستمی این فرصت را فراهم می‌کند تا مسائل پیچیده را به بخش‌هایی که درک، توسعه، رفع و نگهداری‌شان آسان‌تر است، تجزیه کنیم. اصول کلی سیستم‌ها شامل بازخورد، کنترل، کارایی، پیمانه‌ای بودن، سنتز، پدیداری[3] و داشتن روابط سلسله‌مراتبی است.
- تعامل انسان و رایانه[4]: انسان‌ها مستقیماً با رایانه‌هایی مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های هوشمند و همچنین دستگاه‌های دیگر مانند اتومبیل‌ها و لوازم خانگی که رایانه‌های تعبیه‌شده دارند، تعامل دارند. توسعه‌ی رابط‌های کاربری موثر و در دسترس مستلزم ادغام دانش فنی و علوم اجتماعی است و هر دو دیدگاه طراح و کاربر را در بر می‌گیرد.
- حریم خصوصی و امنیت[5]: حریم خصوصی توانایی جدا کردن اطلاعات و بیان انتخابی آن است. این شامل کنترل‌هایی برای جمع‌آوری، دسترسی، استفاده، ذخیره‌سازی، اشتراک‌گذاری و تغییر اطلاعات است. امنیت به پادمان‌های[6] پیرامون سامانه‌های اطلاعاتی اشاره دارد و شامل محافظت در برابر سرقت یا آسیب به سخت‌افزار، نرم‌افزار و اطلاعات موجود در سامانه‌ها می‌شود. امنیت از حریم خصوصی پشتیبانی می‌کند.
- ارتباطات و همکاری[7]: مشخصه‌ی فرآیندهای رایانشی تبادل مطمئن اطلاعات بین عوامل مستقلی است که در جهت دستیابی به نتایج مشترکی با هم همکاری می‌کنند. ارتباطات و همکاری فرآیندهایی مجزا هستند اما مستقل نیستند. آنچه در مورد رایانش خاص است، مقیاسی است که ارتباطات و همکاری در آن عمل می‌کند.
در این چارچوب هر یک از مفاهیم اصلی در یک نمای کلی توضیح داده شده است و مجموعه‌ای از «مفاهیم فرعی» نیز که ایده‌های خاصی در ارتباط با آن مفهوم اصلی را نشان می‌دهند، بیان شده است. به عنوان مثال، مفهوم پایه‌ای «داده و تجزیه و تحلیل» شامل چهار زیرمفهوم است: جمع‌آوری داده‌ها، ذخیره‌سازی داده‌ها، تجسم (دیداری‌سازی) و تبدیل داده‌ها، و استنتاج و مدل‌ها. هر یک از مفاهیم فرعی مربوطه نیز به گونه‌ای تشریح می‌شوند که بیانگر چگونگی پیشرفت یادگیری در سطوح چندگانه‌ی آموزش باشند.