發布時間：2024-01-23 15:43:58
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關鍵詞：人才培養模式 改革與創新 實踐教學體系
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0171-02
大連大學計算機科學與技術專業成立于1989年，2001年和2007年分別被確定為校級重點專業和示范性專業；2003年獲得計算機應用技術二級學科碩士學位授權點，2008年以來先后被批準為遼寧省重點學科、優勢特色重點學科，2011年又獲批了計算機科學與技術和軟件工程2個一級學科碩士學位授予權，2012年計算機科學與技術專業獲批“遼寧省工程人才培養模式改革試點專業”。
計科專業從2000年開始積極探索校企合作的計算機專業人才培養模式，利用大連軟件外包領軍城市的IT技術優勢，創建了頗具特色的3年在校內培養和1年在企業培訓與實習的“3+1”校企聯合軟件人才培養模式。與大連市軟件外包企業永佳電子技術有限公司合作，聯合成立“外向型軟件人才培養基地”，并陸續與大連華信計算機技術股份有限公司、大連華暢電子通信技術有限公司、大連文思創新軟件技術有限公司、中軟國際教育科技集團（大連）實訓基地等十幾家軟件企業及培訓中心簽約聯合成立軟件人才培養基地。
2009年，我校計算機專業加入大連IT教育聯盟，與企業更為深入地開展合作，派教師到企業參加培訓和研發，邀請企業高級技術人員到學校做技術講座。并以2009級培養方案修訂為契機，通過科學完善本科人才培養方案、優化課程體系及教學內容、創新實踐教學模式，積極探索CDIO教育模式培養IT工程人才。具體措施如下。
1 重構實踐教學體系
為了推行校企聯合培養人才，早在制定1999級計算機科學與技術專業培養計劃時，我們就將四年的主要課程壓縮到三學年左右時間內完成，所剩約一年的時間部分學生到軟件公司從事一年的軟件工程實訓，另外一部分學生留在學校內繼續學習專業選修課，同時參加老師的科研課題。
通過不斷摸索實踐，在“3+1”校企聯合軟件人才培養模式改革實踐中，2006級本科培養方案中逐漸形成了“兩主一輔”的實踐教學體系。一條主線以課程實驗、課程設計、畢業設計為主要環節，培養學生綜合運用專業知識解決問題的能力；另一條主線是認識實習、項目實踐或IT企業實習，培養學生的工程實踐能力；一輔是通過創新課題和科技競賽培養學生的創新能力。
在實踐教學改革中，以修訂2009級本科培養方案為契機，重構了實踐教學體系，創新實踐教學模式，不斷完善“一條主線、三個層次、五大模塊”的實踐教學體系。一條主線即以項目為主線圍繞培養創新能力和工程實踐能力而展開，分為基礎、綜合、創新三個層次，具有實驗教學、實習、科技創新、社會實踐、畢業設計五個模塊。
把國際上先進的工程型人才培養的CDIO理念，即“做中學”和“基于項目教育和學習”融入到新的實踐教學體系之中。建立“以項目設計為導向的實踐教學體系”， 分類設置實踐教學項目，構建實踐項目架構，使整個課程體系以項目為主線，把專業知識、能力、素質等培養目標融入到項目實踐教學過程中；開展企業有效參與的專業認識實習、課程設計、畢業設計、項目實踐、創新設計等，改革實踐教學內容，創新實踐教學模式；校內和校外結合，加強實踐環境建設，拓寬工程實踐渠道；建立考核監控機制，注重實踐教學實效，提高實踐教學質量。
在實踐教學體系中，不僅增加實踐教學學分比重，而且增加團隊設計項目，目的是引導學生對專業核心課程的學習興趣和能力培養。
實踐教學項目按規模和范圍劃分為三類：綜合設計類項目，包含本專業主要核心課程及能力要求的項目；課程群類項目，為包含一組相關課程及能力要求的項目；單門課程類項目，在單門課程內為增強該門課程能力與理解而開始的項目。
綜合設計類項目：在一年級進行以介紹本專業核心內容及調動學生興趣為目的認識實習和新生研討課；在四年級安排校企聯合進行IT項目實訓。每個該類項目作為一門課程單獨計分。
課程群類項目：主要以項目為載體加強本專業核心課程的學習與應用。本類項目結合個人工作和團隊工作，同相關課程的關聯緊密。作為一門課程單獨計分。
單門課程類項目：為單一課程開設的項目，如專業課中的課內實驗和課內設計等。
2 改革實踐教學內容，創新實踐教學模式
建立企業參與實踐教學的設計和實踐教學過程的機制，確保實踐模擬的準確性及實踐的廣度、深度和技術上的先進性。
對實踐類課程采取基于項目的教學，讓學生了解軟件設計開發環節及相關規范要求，培養學生軟件系統的分析與設計能力、軟件編程和測試能力，訓練學生的工程設計能力，提高學生編寫軟件文檔的水平，增強學生的團隊意識和創新精神，使學生畢業后能成為IT行業急需的應用型人才。
課程實驗（單門課程類項目）：在理論教學過程中，提高相關課程實驗教學中的綜合性、設計性實驗題目比例。在基礎課程實驗中，主要為驗證性實驗，主要為驗證、理解、掌握課程的知識點服務，但也需具有一定的設計能力，這類實驗中，綜合性、設計性實驗的比例高于15%；專業方向課程中，要求學生注重能力的培養和提高，其綜合性、設計性實驗的比例高于50%。
課程設計（單門課程類項目或課程群類項目）：本課程體系安排7個課程設計，其中數據庫系統課程設計和軟件項目開發課程設計為獨立教學環節（課程群類項目），校企合作聯合指導，集中進行。其余5個課程設計安排在相應的課程中（單門課程類項目）。教學內容根據相關課程群而設置，體現課程之間的緊密聯系，學生也可以自行設計項目內容，讓學生化被動為主動，真正地作為主體參與到實踐中，主動地去了解和掌握課程知識之間的關聯，培養其知識的綜合運用能力和工程能力。
認識實習（綜合設計類項目）：其內容增加東軟、大連達內等IT企業的參觀學習和請企業技術專家來校講座，通過參觀和專家公開課的形式，使學生對企業文化、IT領域的發展現狀與趨勢和本行業技術領域的前沿技術等有所了解，有利于學生學習目標的確定和職業素質的提高。
IT項目實踐和畢業設計（綜合設計類項目）：IT項目實踐和畢業設計采用校企合作方式，利用在校外的實習基地，讓學生在真實的工作環境中提前適應企業環境，并通過合作企業的實際應用項目的研發訓練和相關培訓，提高學生的技術開發水平。
創新設計和科技競賽（綜合設計類項目）：為學生提供參與企業實際項目開發和工作室創新設計的機會，組織學生參加多種、不同級別的競賽。競賽包括ACM/ICPC大學生程序設計競賽、全國計算機仿真大賽、IBM校園解決方案大賽和“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽等，均取得了優異的成績。
3 加強實踐環境建設，拓寬工程實踐渠道
在校內，與企業共建校內IT項目實訓室。在校外，在多年進行校企合作的基礎上，建立長期穩定的校外實習實訓基地，確立校企合作的有效運作機制，逐步形成教學、科研、生產、培訓四位一體的多功能綜合性實踐教育基地，使學生更加真切地體會到生產、管理的實際，增強動手實踐能力和科研轉化能力。
（1）在企業實際的項目培訓與實踐中，使學生加深對專業理論知識和技能的理解，夯實學生的專業基礎知識。
（2）通過在企業環境的項目培訓與實踐，使學生了解熟悉企業級的項目流程和工作規范，培養學生工程化的意識和職業技能，鍛煉學生實際工作能力。
（3）通過企業文化培訓和軟件項目的培訓與實踐，使學生充分體驗軟件公司工作的緊迫、積極、團結協作的氣氛，培養學生的職業素質，使學生成為企業需要的合格的人。
4 注重實踐教學實效，提高實踐教學質量
針對不同的實踐教學環節，注重實踐教學效果考評和監控，依據考核標準采用不同的形式評價學生的能力水平。對16學時以上的課程實驗要求進行實驗操作考核并計入考試成績；對課程設計要求學生綜合運用課程中所學習的知識和技術，并以實際工程問題為背景，分析和設計一個完整的系統（軟件），最終以現場演示和答辯的形式進行考核；在畢業設計環節，通過采取教師資格審查、題目質量審查、開題報告審查、中期檢查、論文互評、分組答辯等一系列措施，保證畢業設計質量。
根據學校對于畢業設計過程管理的要求，利用本專業自行設計開發的畢業設計管理系統，對畢業設計進行全程管理。在企業實訓基地開展的實踐教學，按照企業要求進行考核和全程管理。
參考文獻
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【關鍵詞】：計算機科學；計算機技術；現代化應用
一、我國計算機科學與技術的發展現狀
計算機科學是一門整合型學科，具體包括計算機軟、硬件和各項科學技術，給人們的工作和生活帶來很大的便利。現在計算機技術已經成功地應用于學校、醫院、政府單位等各個領域，尤其在無紙化辦公和信息化辦公方面有著非常重要的位置。以無紙化辦公為例，它是計算機技術得以有效應用的表現方式之一，此技術的成功使用不只是提高了人們的生活效率，有效地縮短了辦公時間，還給綠色辦公、低碳生活以及節約型社會的創建做下了良好的鋪墊。另外，計算機技術在數據存儲方面還有自己的優勢。一方面它能對數據進行有效的存儲和控制，另一方面還可以輕松地導入和導出大量的數據，并成功地對這些數據進行處理，極大地提高了信息化辦公的發展速度。同時計算機技術的成功運用還可以彌補人工管理中出現的漏洞和易錯問題，極大地提高了計算的效率和準確度，計算機技術的高科學性和準確性使其成功地被現在的各個行業使用。
現在我國的有關部門在計算機人才的培養和計算機教育資源條件的提供上加大了關注和行動力度，我國的計算機技術現在已經成功地達到飛速發展的階段，現代化的電子科技產品不斷出現，更新的周期也在明顯地縮短。其殊領域中繪圖軟件的應用成為我們對計算機技術重點研發的區域，因為傳統的計算機技術一直在成像和圖片分析方面發展的速度較慢，其應用范圍也比較小。需要我們注意的是在計算機技術的飛速發展中難免會出現一些問題，它們有可能拖延著計算機應用的速度和發展空間，我們需要做好準備去應對這一系列的問題。
二、目前我國計算機科學與技術中存在的問題
1.計算機科學與技術被應用于違法活動中。通過對現在社會新聞的總結我們不難看出許多心術不正的分子在運用計算機科學技術進行違法活動，極大地影響著人們的生命財產安全。以現在較為常見的釣魚網站為例，部分違法分子利用這種網站來行騙的行為非常嚴重，一旦我們的用戶粗心地將自己的銀行卡號或者是個人真實信息填寫在這些釣魚網站上，用戶銀行卡內的存款極有可能被盜取，造成大量的金錢損失。當前，這種通過計算機科學技術進行網絡行騙的實例不勝枚舉。
2.計算機科學技術的發展不夠全面。就目前我國計算機科學技術的發展現狀來看，我們只能用“初級”這個字眼來形容，并且在實際現代化的運用中并沒有發展成為一個相對科學合理的發展態勢，整體呈現出的還是一個較為混亂的局面。隨著計算機科學技術的發展各種各樣的信息技術進入到人們的工作和生活，計算機科學技術的應用由之前單一的競爭態勢轉變為綜合復雜性競爭態勢，同時人們受各種利益的驅使之前的良性競爭逐步地開始向惡性競爭轉變，影響著計算機技術的長期發展。因此，在未來的工作中，我們有關的計算機科學技術開發人員要樹立共同的開發目標，無論是哪個層面的計算機人才都要保持統一的方向，通過大家共同的努力促使計算機技術在現代化的大環境中發展的越來越好。
3.計算機科學技術的信息安全問題漏洞百出。相對來說，網絡是一個開放的大環境，如果在網絡中傳輸大量的數據信息難免會造成病毒或者是黑客的攻擊，最終造成數據信息的丟失或者是泄漏。我國在網絡的監管方面一直還是處于較為初級的階段，在政策法規的管理上依舊存在著大量的漏洞，這給某些黑客出于私利去光顧攻擊各大網站提供了較為便利的條件，盜取或者是破壞網絡中數據信息的情況時有發生，給個人甚至是社會信息的安全帶來了非常大的安全隱患。
三、有效提高我國計算機科學與技術水平的改善措施
1.政府和相關部門要加強監管措施。針對現在我國對計算機科學與技術監管現狀中存在的問題，我們有必要制定監管政策，并且要進一步加大對計算機科學技術的監管范圍，盡最大的努力嚴防一些心懷不軌的違法分子以計算機科學與技術為工具對人們的生命和財產進行傷害甚至是對特殊領域造成的傷害。與此同時，國家的監管部門一定要加強懲罰力度，如果是對那些問題較為輕的人員我們最好可以通過思想教育的方式對其進行必要的開導，讓其認識到自己的錯誤和自身行為帶來的嚴重后果，發自內心地改正自己的錯誤，而對那些問題嚴重的人員我們必須對其進行嚴厲的法律管理，運用相關的法律條款讓其對自己的罪行負責。
2.加強計算機應用系統的建立健全。為了更好地促進計算機科學與技術的發展和應用，同時也為了凝聚計算機科學技術工作人員的工作積極性，使其朝著大家共同的目標奮斗，我們有必要建立一個健全的計算機應用系統（體系），同時在進行計算機應用軟件的開發過程中，為了給其創造一個較為良好的競爭環境，我們也有必要加強計算機應用系統的建立與健全，并以用戶的實際需求為依據進行相匹配應用軟件的開發，確保軟件開發的質量。在計算機技術的現代化應用，我們要站在大局觀念來對計算機技術的應用問題來考慮問題。軟件技術開發人員應該將市場調研的工作進行到底，重點研究現代化各個層面對于計算機應用的需求，因此，在計算機技術的發展過程中一定要建立更加科學更加合理的發展體系。
四、結語
目前我國計算機科學與技術的發展并不太完善，其應用領域也較為狹窄并且存在著許多的漏洞，這就告訴我們未來在計算機科學與技術的發展方面我們還很長的路要走，我國的計算機科學與技術工作人員要不斷地改進和創新，努力地提升自身的工作能力，將計算機技術的應用價值最大化。
參考文獻：
[1]馮春輝，李志梅.試析計算機科學與技術在工程建設項目中的運用[J].邢臺學院學報，2013（02）.
【關鍵詞】計算機科學與技術專業 創新能力 培養
一、高校計算機專業人才培養現狀
1956年,哈爾濱大學首先創辦了“計算裝置與儀器”專業,在四十多年的發展過程中,學科分支的細化,師資隊伍的進一步完善,教育理念的與時俱進,都為計算機專業人才的培養帶來了可喜的變化。在看到成績的同時,我們也要看到,高校計算機專業人才的培養確實還存在許多不足,特別在創新模式下教育理念下,以信息化核心技術的計算機技術的教育還尚有缺失,具體表現在:學生的動手能力不強,陷入了“死記硬背”的瓶頸,缺乏創新精神,無法真正適應實踐工作和適應市場與產業發展,這也就是為什么那么多的計算機人才沒有能充分就業的原因之一。面對這一現狀,高校計算機專業教育必須以創新精神和能力為培養目標進行教學改革。
二、計算機科學與技術專業的培養目標
計算機科學與技術專業的培養目標是:培養具有良好的科學素養,系統地、較好地掌握計算機科學與技術包括計算機硬件、軟件與應用的基本理論、基本知識和基本技能與方法,能在各單位從事計算機教學、科學研究和應用的計算機科學與技術學科的高級專門科學技術人才。
業務培養要求為本專業學生主要學習計算機科學與技術方面的基本理論和基本知識,接受從事研究與應用計算機的基本訓練,具有研究和開發計算機系統的基本能力。本科畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力:(1)掌握計算機科學與技術的基本理論、基本知識。(2)掌握計算機系統的分析和設計的基本方法。(3)具有研究開發計算機軟、硬件的基本能力。(4)了解與計算機有關的法規。(5)了解計算機科學與技術的發展動態。
三、創新能力培養的途徑
1.加強創新能力的宣傳,營造“創新精神”的良好環境,把創新作為一種校園文化。高等院校要全面培養高層次的創新型人才,單靠學校某一職能部門的工作是做不到的,需要全校都提高認識,上下齊心協力去做,牢固樹立創新教育、素質教育、開放教育和個性教育的新型教育觀念,形成良好的校園“論創新、學創新、行創新”的創新環境與創新氛圍,才能取得良好的效果。學校要鼓勵學生學術自由,成為學習的主題,給予學生更多地學習自和選擇權,積極鼓勵學生發掘自身的學習興趣,促進個性化發展;鼓勵學生提出新問題,養成質疑的習慣,鼓勵學生邁向學科發展的前沿,及時是尚未成熟的創造性的設想,學校也應該積極予以支持,從而保護和激勵學生的創新精神和積極性。作為前沿性學科的代表計算機科學與技術專業,更應該鼓勵運用本學科豐富的教學資源和不斷發展尖端技術開展各類的課外活動和實踐,這不僅可以豐富學生的校園文化生活,更能夠引導學生積極投入思考,激發創新思維,從而為其發展提供了廣闊的舞臺和空間。
2.建立一支高效地、具有創新精神的師資隊伍。教師對于教學、對于學生培養的重要性眾所周知,在此不再贅述。要培養具有創新精神的學生,首先,需要一支富有創新精神的教師隊伍。教師的創新意識是創造力在教學創新活動中的出發點和起動器。教師要自我強化與培養自己的創新意識,不僅在于提高本身的創新思維和創新能力,更重要的在于通過教師強烈的創新意識感染與培養學生的創新意識。要培養和愛護學生的好奇心和問題意識,因為這是喚起學生創新意識的起點和基礎。第二,教師要建立起“互相尊重、互相理解”的師生觀。對待學生,教師要予以關愛和理解,尊重和理解學生的想法、觀念,支持和鼓勵學生的追求,注重與學生的心靈溝通。引導學生突破思維定勢,激發創新精神,并源源不斷地給學生輸送學習的動力。第三,要注重多元化知識的吸收。社會的發展是多元化的,學科教學的也是整體化、多元化的,這就要求教師善于進行交叉學科的角度來進行教學,從而塑造知識結構豐富、具有高度創造力的學生人才。
3.改革教學培養方案。計算機專業涉及的知識面較廣,為了讓學生在有限的時間內學到更有用的專業知識,所謂“術業有專攻”,因此,可以將計算機科學與技術專業細分為幾個專業方向,例如圍繞計算機程序設計可以分為net、.java、嵌入式設計這三個方向,由此培養“精”、“專”的應用性人才。
同時,要改革教學模式。教師在授課的過程中,要注重學生創新能力的培養,不能只是“耳提面命”式的灌輸知識,而是要引導學生的發散性思維,鼓勵學生質疑現狀,挑戰現狀,培養學生的歸納、演繹能力。教師還需要優化課程結構,增加選修課的比重,對于計算機科學與技術專業的學生,要提倡其進行跨校、跨院、跨學科選修課程。此外,學校還應開設創新教育課程,使學生接受較系統的創造性思維原理與創新技法等方面的知識,提高創新的積極性。最為關鍵的一點,是需要切實培養學生的動手能力,增加實踐性的教學環節。計算機科學與技術專業本身是一門實踐性很強的應用性學科,因此,教師在進行課程設計和課程教授時,就應更加重視培養學生的動手能力,特別是可以帶領學生參加一些科研課題的開發,從實踐經驗中進一步激發學生的創造力,從而發揮出學習的主動性、積極性。
4.開展課外科技創新活動。課外科技活動是學生的“第二課堂”,其可以最柔性的方式來開闊學生的想象空間,激發學生學習的動力,從而豐富學生的創新潛質。例如,可以定期舉辦校園科技文化藝術節,成立專門的科技文化創新指導中心對學生的科技創新作用進行指導與評估;還可以舉辦各類科技文化競賽,鼓勵學生積極參加,并制定一些相應的獎勵政策來吸引和鼓勵學生投入各類科技創新活動,從而培養學生的創新精神和創新意識,開發他們的創新思維和創造潛能。
參考文獻:
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學生在專業思想上到底有哪些疑慮呢？概括起來大致如下：1.學了這個專業畢業后有出息嗎？就業狀況怎么樣？或者說明白點，能給我帶來多少財富。2.有的學生來學計算機，是因為計算機好玩，所以報了計算機專業。有的學生，無可奈何，沒有報計算機專業，卻被錄到計算機專業來了。3.有的學生把自己與非計算機專業的學生學習計算機的目標混同起來，忘記自己是計算機專業的學生。4.有的學生對計算機了解得很膚淺，認為計算機不就是那點事嗎：打字、上網、玩游戲、學個軟件操作和使用。這些問題集中起來就是對計算機了解很膚淺，或者說還根本不了解計算機。《計算機科學概論》課程回答的第一個問題正好可以消除學生專業思想問題的疑慮。計算機是什么？計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動高速地對數據進行輸入、處理、輸出和存儲的系統，是國防科研、國計民生中協助人們工作、學習的應用十分普遍的現代化工具。計算機是一種工具，但不是一種普通的工具。
設計和改進這種工具，需要有高深的專門知識。這種工具的低級使用，只需對計算機的知識有一點了解；但高級使用，就需要高深的知識。計算機科學與技術專業的學生，有的要去研究如何設計與改進計算機，有的需要從事應用計算機完成高級的復雜的任務。從這里我們可以得出以下結論：1.計算機是工具，國防科研、國計民生不可缺少的高級工具，學習關于它的科學，是國家的需要，有出息，有業可就，只要有創造就會產生無限財富。2.計算機不是玩具。現在計算機上的確有不少娛樂游戲，其用途既豐富人們的生活，又寓教于樂。它是一種產業，需要有專人開發的。學習計算機不是學習如何玩計算機游戲，而是學習如何開發計算機游戲產業。3.計算機科學與技術專業的學生不僅能使用計算機，更重要的是能設計和改進計算機硬件，以及開發計算機軟件。因此學習計算機專業就不是打字、上網、玩游戲、學個軟件操作和使用。也不要忘記自己的身份，把自己混同于非計算機專業學生，只學習使用計算機，而不學習設計和開發計算機。4.學習計算機專業非本人所報志愿，其實這并不是一個嚴重的或本質的問題。因為就新生來說，現有的知識架構是開放的，在專業上是未成型的，因此是可塑的，是可任意專業化的。所以不要耿耿于懷，只要認真學習，全身心投入，就會發現原來計算機是這樣好的一個專業，愿意一輩子獻身于這個專業。在課堂教學中，針對學生對計算機的模糊認識進行講解，使學生明確計算機是什么，計算機能做什么，怎樣才能使計算機把事情做得更好，最終明確樹立作為計算機科學與技術專業的學生的學習目標，消除專業思想上的疑慮。
二、扣住算法主線教學，轉變學習方法
學習方法的轉變是大學學習能否進入正常狀態的一個極其關鍵的問題。進入大學學習，如何學習，大多數學生沒有充分的思想準備。學生習慣于中學的學習環境和學習方法。目前中學學習環境節奏很緊張，競爭很激烈；而學習的方法基本上是死記呆背。一進入大學，感到大學的學習環境比較寬松，例如課程不那么緊，自習的時間多，而課后作業少。因此不少學生進入大學后就大有松一口氣的想法，覺得再也不要受高考升學競爭的約束了。表現出來就是上課不認真，下課玩個夠。在學習方法上，還是老一套，死記呆背。由于放松學習，也不去死記呆背，甚至干脆把學習放在一邊。實際上，中學的學習方法是很不適應大學學習的需要。說嚴重一點，目前中學的學習方法可以概括為死記呆背，囫圇吞棗。其實，學生的學習方法與教師的教學方法是分不開的。具體來說，如果一門課程的教學主線不清楚，教學過程也就不能扣著這個主線來展開，內容也就顯得凌亂無序，以致學習起來就只能死記呆背，囫圇吞棗。這告訴我們，每教一門課程，首先就要找到主線，然后扣著主線來展開，步步為營，一環扣一環，課程講起來就不覺得凌亂無序，聽起來就不覺得枯燥無味。
如何通過《計算機科學概論》這門課程來促進學生轉變學習方法，首先要從教學方法入手。這就是這門課程闡述的第二個問題。計算機科學是什么樣的科學？怎樣才能學好計算機科學？從本質上講，計算機科學就是一門算法的科學。什么是算法？簡單地說，算法是一系列的步驟，規定如何完成一項任務。嚴格地說，算法是定義一個可終止過程的一組有序的、無歧義的、可執行的步驟的集合。程序是算法的表示，計算機是靠執行程序來完成任務的。因此即使是最好的計算機硬件設備，如果沒有算法計算機就寸步難行。可見，算法是《計算機科學概論》課程的主線，教學內容圍繞著它來展開。要使學生牢固確立這個觀念，解決任何任務之前必須盡全力找出最好的算法。其實，不只是要求計算機來完成任務時是這樣，就是完成任何一項工作、解決任何一個問題來說，都需要研究解決的方法，在此基礎上才能做出周密的計劃付諸實施。這樣，才不會在沒有弄清問題，確定算法之前，就盲目動手編程，浪費時間和空間，浪費精力和資源，事倍功半，甚至可能做出任務不能或很難解決的錯誤的結論。在動手解決任務之前，一定要找出可行的算法，只有這樣才能成為一個頭腦清醒的計算機科學與技術工作者。
扣住算法的主線，許多問題就比較清楚了。計算機能不能解決一個任務，首先就看有沒有解決這個任務的算法。但算法表示為程序，才有可能被計算機執行，因此有了算法就看能不能把算法表示為程序。程序的執行是由計算機硬件來完成的，因此有了程序就看有沒有相應的計算機硬件來執行。每前進一步就會要學習很多知識，這些知識不是孤立的，它們相互關聯，不能死記呆背。因為在相互關聯的鏈條中，如果一個環節沒學好，那后面的就懸空了，不能理解。所以在學習中不僅要弄清問題本身，還要弄清來龍去脈，就是說細節和框架同等重要。對于這種情況，死記呆背是行不通的，只能是在理解的基礎上記憶。這樣由算法這個主線就會引出了一系列的問題，形成一棵枝葉繁茂的知識樹。將這個思想貫穿于整個教學過程，處處有來龍去脈，計算機科學的知識就是活的知識，不深入理解，囫圇吞棗是不能全面掌握知識的。這樣在教學過程中，要引導要迫使學生不斷地問是什么、為什么，形成不斷生長的知識樹。再進一步，加上知識樹的左右關聯就成了一個不斷擴大的知識的網絡，一個富有生氣的知識空間。學生在學習過程中也就自覺養成了自主學習的習慣，再也不覺得學習枯燥無味，越來越感到學習的樂趣。
在教學過程中，扣住算法是學習計算機科學的主線，引導學生不斷地去深入思考問題，逐漸養成思考先于記憶，即理解的基礎上記憶的良好學習方法，也就是在解決問題時，總是要問是什么、為什么、怎么做的學習方法。還有，扣住算法是按主線進行教學，也進一步解決了專業思想的一個疑慮。例如，有的學生聽說計算機專業的學生必須學會編程，就產生恐懼心理。如果明白了上面講的道理，就不會恐懼了。因為學計算機專業的學生，如果不會編程就不是一個合格的計算機專業的學生。解決問題需要算法，程序是算法的表示，而計算機靠執行程序才能解決問題。如果不會編程，盡管你有很好的解決問題的方法，也是一句空話。說到底，是做計算機的奴隸，被計算機牽著鼻子走，還是做計算機的主人，驅使計算機造福人類。
三、展開算法主線教學，了解學習內容
對學習內容不了解也是新生對大學四年學習心中沒有底，使他們產生種種想法和疑慮，例如：1.學習計算機就是學習軟件的操作和使用。2.學習計算機就是學習計算機語言和編寫程序。當然上面的兩種想法，不能說不正確，只是由于對計算機科學的內容知之甚少，把問題想得太簡單。其實第一個想法是講學習計算機的應用，這當然是學習計算機科學與技術的內容之一，但不是全部。計算機的應用的范圍是很廣的，例如各種過程的計算機自動控制、網絡通信、人工智能、機器人和云計算等。第二個想法是講學習計算機軟件的開發，這當然是學計算機科學與技術的重點內容。對我們的學生來說，這是學習的重點。計算機的軟件的開發，內容也很廣，例如程序設計語言、信息管理、軟件工程、數據庫、計算機輔助設計、計算機網絡等。實際上計算機科學與技術的內容還遠不止這些。例如計算機硬件的設計、人工智能研究、新一代計算機——智能計算機的研究和計算理論的研究等等。本文僅就大學期間計算機科學與技術專業學生學習計算機科學與技術主要學習內容進行討論。從本質上講，計算機科學就是一門算法的科學，現在就圍繞著算法來展開。有很多問題要解決，就要有很多相應的算法；有很多算法要表示為程序，就要研究程序設計語言；有很多程序要計算機執行，就要研究怎樣來組織計算機工作，就是說要研究操作系統。這里講的都是計算機的軟件系統。
程序是由計算機來執行的，因此必須研究計算機硬件的組織結構。程序是一系列指令的有序集合，計算機執行程序，就是執行指令。那計算機是如何執行指令的？指令就是操控數據，計算機對數據是如何進行操控和存儲的。現代計算機的發展，不只是單臺計算機在工作，那么幾臺計算機如何連接成網絡和進行工作，因此需要研究網絡原理和應用。
關鍵詞:計算機;系統論;辯證法;認識論;哲學
世界是普遍聯系和永恒發展的,以系統的觀點和辯證的觀點來認識世界是人們認識自然、社會及人類自身的最寶貴的思想武器。計算機是人類的發明,在計算機科學與技術中一定存在著系統論和辯證法的思想,發明者和使用者都在自覺和不自覺地運用它。
在計算機各專業課程的教學中普遍存在著重部分,輕整體;重微觀,輕宏觀;重分析,輕綜合;重“點”輕“面”的現象。其原因主要在于缺乏宏觀意義上的方法論作為指導。
將蘊藏于計算機各專業課程中的系統論和辯證法思想提取出來有利于教學計劃制定者科學合理的安排課程;有利于教師從最一般意義上認識和分析問題,有針對性地進行教學;有利于學生掌握各課程之間的聯系和各課程的本質,從而更好地理解和學習相關課程。
在國內,已有部分工作采用系統論與辯證法來闡釋計算機科學與技術中的某些問題。趙致琢等[1][5]在計算科學導論中闡述了計算科學的意義、內容和方法,具體包括:什么是計算科學,計算科學發展主線和學科的基本問題,并將其應用于計算科學的教學計劃和課程體系制定。董榮勝等[2]闡述了計算學科中各主領域發展的基本規律,揭示了各領域之間的內在聯系,有助于人們對計算學科的深入理解。周長林等[3]在操作系統課程中從最一般意義上給出了操作系統的基本理論,指出了資源共享和進程并發是操作系統的兩個基本特性,操作系統的所有內容都是圍繞資源和進程展開的。陳次白等[4]應用對立統一思想分析了計算機科學與技術中存在的時間與空間、靜態與動態、絕對與相對等問題。
本文將系統論與辯證法引入到計算機科學與技術中,用辯證觀點解釋計算機中的相關問題,并應用于課程教學和培養計劃制定,取得了較好的效果。
1哲學的主要觀點
1.1辯證的唯物論
世界是物質的。物質決定意識,意識對物質具有反作用。物質是運動的。運動是絕對的,靜止是相對的。時間和空間是物質運動的形式。
1.2唯物的辯證法
(1) 總觀點:世界是普遍聯系和永恒發展的。
(2) 三大基本規律:對立統一、質量互變和否定之否定。
(3) 若干范疇:整體與部分,具體與抽象,現象與本質等。
1.3認識論
(1) 理論與實踐:實踐是理論的基礎;理論來源于實踐,對實踐具有指導作用。
(2) 理性認識和感性認識:感性認識是理性認識的基礎,理性認識是感性認識的升華。
2計算機科學與技術中的系統論與辯證法
2.1軟件系統和硬件系統
計算機由硬件系統和軟件系統組成。唯物辯證法認為,物質決定意識,意識對物質具有反作用。硬件相當于物質,軟件相當于意識,二者相互影響、相互制約,處于動態平衡狀態。好的硬件如果沒有好的軟件來配合,實際上是對硬件的一種浪費。好的軟件如果沒有好的硬件作依托,那么軟件就無法發揮它的功能。硬件的發展能為軟件的升級預留空間,軟件的發展也對硬件的發展不斷提出新的要求。
計算機硬件系統的雛形是馮諾一曼模型,該模型由主機、輸入系統和輸出系統組成,其設計體現了系統學的思想。
計算機軟件系統的雛形是圖靈機。圖靈機實際上就是對0,1數據的操作,按中國古代哲學的觀點,0和1分別表示陰和陽,二者對立統一,是表示信息的基本“細胞”。計算機所表現出來的各種文本、圖像、動畫、視頻等信息都屬于現象,而這些信息在最底層實際上都是0,1組合,是以布爾邏輯作為理論基礎的,這才是本質。
2.2操作系統
操作系統是計算機的靈魂,是整個計算機系統的“管家婆”,是軟件和硬件之間連接的紐帶,負責軟硬件資源的協調和使用。資源共享和進程并發是操作系統的兩個基本組成部分。資源總是有限的,進程的目標就是要使有限的資源發揮最大的作用。通常情況下,應用軟件向計算機系統請求使用資源,操作系統綜合考慮效率、公平等情況,然后對各種請求進行協調,對各種資源進行分配。
時間和空間是操作系統必須要考慮的因素。操作系統中有很多時間和空間相互結合的例子。虛擬存儲技術(請求分頁、請求分段、請求段頁式)是以時間換空間的例子;在該技術中,訪問時間增加了,但是擴充了主存的邏輯容量,使得大于主存容量的程序也可以得到執行。緩沖區技術、快表、外存分配方式中的索引分配都是以空間換時間的例子;在該技術中,本來需要在速度很慢的設備上進行輸入輸出的,但是從存儲區域劃出一部分做緩沖區,就可以減少訪問時間。
2.3程序設計語言和算法
程序設計語言是實現算法的工具。程序總是在一定的時間和空間內運行。變量是一個程序的重要元素。以C語言為例,變量分為靜態變量和自動變量,分別具有自己的作用域和生存期。
在結構化程序設計中,對復雜問題進行分析的一個主要方法就是自頂向下,逐步細化。函數是結構化程序的基本組成部分。可以把函數看做系統,它由輸入、輸出和控制體三部分組成。函數輸入就是函數參數表的參數,參數表是函數對外聯系的通道;函數輸出就是是函數的返回值。函數的控制體就是函數體。
在面向對象程序設計中,類和對象是兩個最基本的概念,二者是抽象和具體、共性與個性、一般和個別的關系。程序是由對象組成的,對象之間是有聯系的(組合、繼承等),對象之間相互協作完成某個問題的求解。這體現了世界是物質的以及事物是普遍聯系的這一基本哲學思想。
算法是正確求解問題的關鍵,一個好的算法除了要正確之外,還要求有較小的時間復雜度和空間復雜度。小的時間復雜度可能需要較高的空間復雜度,反之亦然,而這通常不能兼得。總之,在設計算法時要根據實際情況綜合考慮時空關系,使設計的算法達到最優。
遞歸程序設計,是求解很多復雜問題的有效方法。所謂遞歸,就是根據事物整體與部分具有某種相似性的原理,反復調用自身,從而完成問題的求解。分治、回溯和動態規劃都是基于遞歸這一思想。
需要強調的是,面向對象程序設計不是對結構化程序設計的否定,他們之間具有緊密的聯系。面向對象程序設計是結構化程序設計的繼承和發展,結構化程序設計是面向對象程序設計的基礎。面向對象程序設計最終的落腳點仍是結構化程序設計。
2.4計算機網絡
需求是技術發展的原動力。資源共享的需要是計算機網絡技術發展的原動力。計算機網絡本身就是一個系統,充分體現了世界是普遍聯系的這一特征。網絡中的各個實體之間存在異構,如何在異構的實體之間保證通訊的正常進行是計算機網絡理論的關鍵問題。為此,在計算機網絡中采用了“分層”的思想。在計算機網絡的開放系統互聯模型中,將信息傳輸過程分為7個層次,每一層相當于通訊過程的一個階段,層與層之間通過接口進行聯系,下層為上層提供服務。
2.5計算機軟硬件產品的發展
在計算機發展的過程中,我們會發現一個現象,即一種產品通常有兩個主流商家在做。例如操作系統有微軟的Windows和免費開源的Linux;程序設計語言有微軟的.Net平臺和Sun公司的Java平臺;大型數據庫有微軟的SQL Server和開源的MySql;CPU有Intel和AMD等等。
以上雙方既對立、又統一,各有特色、相互促進、取長補短、共同發展。作為用戶來講,不希望某個產品的發展一枝獨秀,因為一枝獨秀可能意味著壟斷、意味著技術的停滯。
事實上,各個產家之間在競爭中發展,沒有競爭,就沒有發展,競爭會促進技術的發展。各個產家在競爭中處于一種動態的平衡狀態,一個平衡打破了,一定會產生一個新的平衡,市場會對其自動進行調解。這種發展的結果一方面給用戶帶來了利益,另一方面也促進了技術的進步。
總之,計算機軟硬件產品的發展是一個否定之否定的過程,各品牌產品不斷從競爭對手中吸取營養和經驗,對自身進行改進,推動技術的不斷進步。
3應用
3.1在計算機課程教學中的應用
我們認為知識的講授和學習應該是一個從宏觀(整體)到微觀(部分),再從微觀(部分)到宏觀(整體)的過程;是一個從感性到理性,再從理性到感性的過程。這兩個過程不是一個原地不動的圓,而是一個螺旋遞進的圓,是一個否定之否定的過程。
從內容上說,在講授每門課程之前,先從宏觀上闡述本門課程的地位、作用、與其他課程的聯系方式以及本門課程存在的系統論與辯證法。這有助于學生從宏觀上認識本門課程,使得學生的頭腦中始終有一個清晰的線索,避免過早的陷入細節問題。
從方法上來說,按照感性認識和理性認識之間的關系,在教學中使用案例式教學和啟發式教學。例如,在程序設計教學的第一堂課,首先給出一些趣味性、經典性的問題(如雞兔同籠,素數,魔方陣,積分,學生成績排序等問題),并告訴學生,我們學完這門課就可以解決以上問題,這樣就容易激發學生的興趣,他們會帶著問題來學習程序設計,伴隨著課程的學習及問題的逐步解決,學生獲得成就感,激發他們更積極的進行學習。
3.2在制定教學培養計劃中的應用
一切從實際出發是制定培養方案的出發點和落腳點。總的原則是解放思想、實事求是,結合本校的實際情況和專業的特點,創建適合本校的、具有本專業特色的培養方案。
根據應用型本科院校的實際,以培養應用型創新型人才為目標,設置了基礎課、專業基礎課和專業課三個層次的計算機課程,設置了軟件、硬件和網絡三個培養方向。在課程設置中堅持計算機基礎理論和計算機實際操作緊密結合,使其既不同于以培養計算機理論人才為目標的高校,又不同于以培養職業技術人才為目標的職業學校。
按照理論和實踐的關系,科學安排理論課和實驗課時間,形成了平時試驗、課程設計和畢業設計三位一體的實踐過程。比如在程序設計教學的安排上,平時試驗主要解決語法問題,課程設計主要解決算法問題,畢業設計主要解決綜合應用型問題。
4結語
本文采用哲學觀點分析和闡述了計算機科學與技術中存在的系統論和辯證法等規律,涵蓋了計算機硬件、操作系統、程序設計語言、計算機網絡與計算機發展等各方面。將上述規律應用于計算機專業的教學和培養方案的制定,取得了良好的效果。計算機科學與技術將繼續迅猛發展,但萬變不離其宗,采用系統論與辯證法分析計算機發展中出現的新問題、新技術仍會得到有意義的結論。
參考文獻:
[1] 趙致琢. 計算機科學導論[M]. 2版. 北京:科學出版社. 2000.
[2] 董榮勝,古天龍. 計算機科學與技術方法論[M]. 北京:人民郵電出版社. 2002.
[3] 周長林,左萬歷. 計算機操作系統教程[M]. 北京:高等教育出版社. 1994.
[4] 陳次白,丁晟春. 淺談計算機科學技術應用中的辯證思維[J]. 南京理工大學學報:社會科學版,2000,13(2):20-23.
[5] 趙致琢. 關于計算機科學與技術認知問題的研究簡報(I,II)[J]. 計算機研究與發展,2001,38(1):1-15.
System Theory and Dialectics in Computer Science and Technology
YU He-long1, ZHAO Yu-xin2
(1. College of Information Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;
2. Department of Environmental Engineering, Jilin Architectural and Civil Engineering Institute, Changchun 130021, China)
關鍵詞：實踐教學；培養模式；計算機科學與技術專業；創新能力
一、背景
“十五”期間，各級各類信息化人才五年共增加2000萬人，其中軟件人員增加300萬人，計算機人才需要每年增加100萬。在我國總共664所本科學校中，有505所學校開設“計算機科學與技術”專業。2004年，“計算機科學與技術”專業在校人數接近理工科在校生總數的1/3。這一方面反映出高等教育對國家信息化建設的積極響應，另一方面也說明計算機專業建設數量大、任務重。然而，高校在擴招的同時，在計算機專業人才培養方面所面臨的問題也越來越突出，主要表現在以下幾個方面。
1.計算機專業本科畢業生就業困難
國家和社會對計算機專業的人才需要，必然與國家信息化的目標、進程密切相關。計算機市場在很大程度上決定著對計算機人才的層次結構、就業去向、能力與素質等方面的具體要求。計算機類畢業生就業困難的主要原因不是數量太多或質量太差，而是滿足社會需求的針對性不夠明確，導致了結構上的不合理。計算機人才培養應當與社會需求的金字塔結構相匹配，也應當是金字塔結構，這樣才能提高金字塔各個層次學生的就業率，滿足社會需求，降低企業的再培養成本。
2.高校培養模式與企業需求存在較大差距
目前，企業對素質的認識與高校通行的素質教育在內涵上有較大的差距。以學習能力為代表的發展潛力，是用人單位最關心的素質之一。企業要求人才能夠學習他人長處，而目前相當一部分學生“以自我為中心、盲目自以為是”的弱點十分明顯。
3.在校學生的實際動手能力亟待大幅度提高
目前計算機專業的基礎理論課程比重并不小，但由于學生不了解其作用，許多教師沒有將理論與實際結合的方法傳授給學生，致使相當多的在校學生不重視基礎理論課程的學習。為了適應信息技術的飛速發展，更有效地培養大批符合社會需求的計算機人才，全方位地加強高校計算機師資隊伍建設刻不容緩。
4.計算機專業課程內容和教學模式難以與計算機發展同步
目前計算機專業的課程內容與計算機技術的發展不同步，教學模式還不夠豐富，必須進行大力度的改革。學術型人才不應作為主要培養類型，而技術型和技能性人才更適合高職高專等院校。因此，地方本科院校人才培養目標應以工程型人才培養為主。從計算機科學與
技術專業的角度看，工程型人才的特征主要是把計算機科學與技術的基本原理演變為軟件或硬件產品的設計、項目規劃或決策。強化實踐能力，注重專業知識的綜合運用，提高與企業溝通的能力是這類人才培養的最佳手段。大力培養工程型人才符合地方院校特色，也符合因材施教的要求。
二、工程型人才培養模式
根據工程型人才的特征要求，本文從地方高校的角度，以鄭州大學計算機專業人才培養模式為例，重點探討計算機科學與技術專業工程型人才的培養模式。
1.教學模式概述
鄭州大學多年教學中，結合地方特色，總結出了一套理論與實踐相結合的培養方法，在注重計算機專業人才基本理論培養的同時，也注重實踐能力的培養。教學中，采取“理論―實踐―理論”循環教學模式，既注重理論教學中各門課程的相互銜接，同時將理論教學、課程實驗、課程設計和論文設計看成一個整體，將它們有機結合起來，讓學生不僅僅學到某門具體課程的教學內容和某種具體的開發手段，更能全面掌握整個課程體系和開發過程。實踐教學中，我們建立了新的實驗教學模式，設計了從“單元實驗―綜合實驗―課程設計―開放實驗室―實習基地―畢業設計”一體化的實踐教學體系，以提高學生的個性化設計能力。同時，我們與企業密切聯系，積極探索“產學研相結合，培養實踐型人才”的新模式。
2.主動適應IT企業需求，定制企業需求的培養方案
隨著IT技術的迅速發展，鄭州工業園區和鄭州市的IT企業也發生著巨大的變革，其人才的需求也在不斷變化。因此，跟蹤IT企業的發展，分析其人才需求狀況，對計算機專業人才培養模式有重要參考價值。針對目前許多高校培養的本科生難以適應市場需求這一現狀，鄭州大學與鄭州市各相關企業聯合成立IT企業教學指導委員會，為鄭州大學IT專業的發展提供長期的指導與支持。
3.建立新的實驗教學模式，提高學生的個性化設計能力
在專業實驗教學模式上，改變原有實驗課中傳統實驗多而反映現代科學技術新成就的實驗少、驗證性實驗多而創新實驗少、實驗手段上采用傳統測試技術多而利用現代技術手段少的狀況，建立了新的開放式實驗教學模式，這是提高學生實踐能力的有效手段。在具體實施中，可以把有原來固定的實驗時間安排改變成靈活的實驗時間安排，把原來封閉的實驗項目改變成支持自主設計的實驗項目，把原來的成批實驗方式改變為滿足學生個性化要求的實驗方式。針對專業特點，可分設計算機硬件基礎實驗室、計算機軟件基礎實驗室、計算機軟件工程實驗室、計算機多媒體基礎實驗室、計算機網絡技術實驗室、數據庫實驗室、信息安全實驗室，以培養學生專長。
三、結束語
強化實踐教學，可以讓學生的實踐能力和創新能力都得到顯著提高。近幾年來，我院學生多次在河南省程序設計及網頁設計比賽中獲得好的成績，畢業生一次就業率也始終在98%以上，人才就業面也非常廣。目前，在實習基地建設方面，我們在擴大實習基地范圍的同時，更加注重實習基地的內涵建設，如開展“多模式校企合作培養高素質IT人才”這一課題研究，希望通過IT企業教學指導委員會、IT企業聯盟等松耦型校企合作模式和共建創新實驗中心、實習基地等緊密型校企合作模式等方式開展全方位、多層次的合作。同時，針對不同層次的學生、不同性質和規模的企業采取靈活多樣的培養模式，既達到培養高素質、創新性人才的目的，也使企業在校企合作中得到實惠，從而達到校企雙贏的目的。
[關鍵詞]計算機；科學；技術；發展
中圖分類號：TP3-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0240-01
一、計算機科學技術的發展歷史
1946 年美國賓尼法尼亞大學和科研機構共同研制出 ENIAC 計算機，是世界上第一臺電子計算機，標志著全球進入計算機時代。它由 1.8 萬個電子管組成，體積和重量較大，計算機運算速度為五千次每秒，運算成本較高，以通信技術、核物理電子計數計數、雷達脈沖技術為基礎。ENIAC 計算機主要應用于軍事方面。1956 年科學家們成功研制出第二代電子計算機―晶體管電子計算機。1959 年，集成電路電子計算機的問世標志著計算機技術進入第三代。計算機的硬件由單一轉為固件、軟件組合系統，降低了生產成本，計算機技術發展越來越快，提升了計算機使用性能，種類也多種多樣，如微型計算機、小型計算機、通用型計算機、中型計算機、大型計算機和巨型計算機等，標志著計算機科學技術趨于成熟。1976 年，計算機技術進入第四代，美國研制出小型化、智能化的計算機―“克雷 1 號”，一些個人用戶和小型公司都開始使用計算機。20世紀 90 年代，計算機科學技術逐漸向大型化和微型化發展。進入 21 世紀后，隨著科學家們對集成電路的研究，集成電路廣泛應用到企業、工廠，計算機也隨之趨于智能化、專業化，運算速度更快，操作更方便、簡單，逐漸應用到社會生產的各個行業和領域。
二、計算機科學技術的發展現狀
1、計算機科學技術在生活中應用廣泛
在這個信息化時代，計算機網絡作為人們社會生活的重要部分，已經進入千家萬戶。人們不用出門就可以通過計算機了解國內外新聞、天氣預報資訊、股市行情、世界地圖、收發電子郵件、檢索信息等 ；不用逛街就可以通過互聯網中的購物網站買到喜歡的東西 ；通過計算機可以與相隔較遠的朋友在線聊天、視頻聊天等，加強了人們之間的交流和溝通，進一步增進了友誼 ；人們可以通過計算機網絡訂購飛機票、火車票等，節省排隊時間 ；教師可以更及時、更方便地通過計算機科學技術實現對學生的在線授課 ；動漫工作者可以使用計算機科學技術制作動漫 ；政府機關也可以通過計算機科學技術建立城市網站，及時了解市民反映的問題，并通過計算機與各個行業的工作人員在線交流 ；很多企業使用計算機來處理大量數據和信息，代替傳統的人工處理，提高工作效率。計算機科學技術潛移默化地影響著人們的生產、工作和學習。
2、計算機科學技術更加智能化和專業化
計算機科學技術的快速發展和廣泛應用，推動了集成電路、微電子和半導體晶體管的發展，計算機科學技術更加智能化和專業化。計算機能根據使用對象的不同需要進行改裝、更新，對于有更高需求的用戶可以專門定做計算機，用戶可以根據使用環境的不同選擇臺式計算機、筆記本電腦、掌上電腦和平板電腦等。計算機科學技術在其他特殊領域也能發揮自己的優勢，如智能化家用電器和智能手機，家庭式網絡分布系統代替了傳統的單機操作系統，滿足人們的生活需求。
3、計算機的微處理器和納米技術
微處理器能提高計算機的使用性能，縮小傳統處理器芯片中的晶體管線寬和尺寸。利用光刻技術，波長更短的曝光光源經過掩膜的曝光，將晶體管在硅片上制作的更精巧，將晶體管導線制作的更細小。計算機科學技術的快速發展使計算機運算速度更快，體積更微型，操作更智能，傳統的電子元件不能適應計算機的發展。納米技術是一種用分子射程物質和單個原子的毫微技術，可以研究 0.1 ～ 100 納米范圍內的材料應用和特性。計算機科學技術中利用納米技術，可以使計算機尺寸變小，解決運算速度和集成度的問題。
三、計算機科學技術的未來發展方向
現今，計算機科學技術的應用越來越廣，人們對掌握計算機科學的技術水平要求越來越高，促使數學家和計算機學家們不斷研究計算機科學技術，使計算機科學技術在各個領域、各個行業發揮更大的作用，滿足了人們的不同需求。下面從 DNA 生物計算機、光計算機和量子計算機三方面來探究計算機科學技術的發展前景。
1、DNA 生物計算機
DNA 生物計算機用生物蛋白質芯片代替傳統的半導體硅芯片。1994 年，美國科學家阿德勒曼率先提出關于生物計算機的設想。在計算機運算數據時，將生物DNA 堿基序列作為信息編碼載體，運用分子生物學技術和控制酶，改變 DNA 堿基序列，從而反映信息，處理數據。這一設想增加了計算機操作方式，改變了傳統的、單一的物理操作性質，拓寬了人們對計算機的了解視野。DNA 生物計算機元件密度比大腦神經元的密度高 100 萬倍，信息數據的傳遞速度也比人腦思維快 100 萬倍，生物計算機的蛋白質芯片存儲量是傳統計算機的 10 億倍。
2001 年，以色列科學家研制出世界上第一臺 DNA 生物計算機，體積較小，僅有一滴水的體積。2013 年，英國生物信息研究院的科學家們使用 DNA 堿基序列對文學家莎士比亞154首作品的音樂文件格式和相關照片進行編制，增加了儲存密度，使儲存密度達到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人們對信息儲存的認識，這一重大突破使生物計算機的設想有望成為現實。
2、光信號和光子計算機
光子計算機是一種由光子信號進行信息處理、信息存儲、邏輯操作和數字運算的新型計算機。集成光路是光子計算機的基本構成部件，包括核鏡、透鏡和激光器。光子計算機和傳統計算機相比較，有以下幾點好處 ：（1） 光計算機的光子互聯芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效應的影響，在自由空間將光子互聯，就能提高芯片的集成密度。（2） 光子沒有質量，不受介質干擾，可以在各種介質和真空中傳播。（3） 光自身不帶電荷，是一種電磁波，可以在自由空間中相互交叉傳播，傳播時各自不發生干擾。（4） 光子在導線中的傳播速度更快，是電子傳播速度的 1000 倍，光計算機的運算速度比傳統計算機更快。
20 世紀 50 年代末，科學家提出光計算機的設想，即利用光速完成計算機運算和儲存等工作。與芯片計算機相比較，光子計算機可以提高計算機運行速度。1896 年，戴維 米勒首先研制出光開關，體型較小。1990 年，貝爾實驗室的光計算機工作計劃正式開啟。根據元器件的不同，光子計算機可以分為全光學型計算機和光電混合型計算機。全光學型計算機比光電混合型計算機運算速度快，還可以對手勢、圖形、語言等進行合成和識別。貝爾實驗室已經成功研制出光電混合型計算機，采用的是混合型元器件。研發制作全光學型計算機的重要工作就是研制晶體管，這種晶體管與現存的光學“晶體管”不同，它能用一條光線控制另一條光線。現存的光學“晶體管”體積較大較笨拙，滿足不了全光學型計算機的研發要求。
3、量子理論計算機
量子計算機將處于量子狀態的原子作為計算機 CPU 和內存，處于量子狀態的原子在同一時間內能處于不同位置，根據這一特性可以提高計算機處理信息的精確度，提高處理數據的運算速度，有利于數據儲存。量子計算機處理信息時的基本數據單元是量子比特，取代了傳統的“1”和“0”，具有極強的運算能力，運算速度比傳統計算機快 10 億倍。
四、結束語
總而言之，計算機科學技術已經涉及到社會生活的各個方面，改變了人們傳統的生活、工作、學習方式，推動社會的全面發展，具有廣闊發展前景的領域。隨著網絡和科技的不斷進步，未來計算機科學技術勢必會朝著高性能、環保化、功能化的方向發展。
參考文獻
關鍵詞:計算機導論;課程定位;教學內容改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1課程定位
“計算機導論”是學習計算機知識的入門課程,是計算機專業(包括計算機科學技術、軟件工程、網絡工程等專業)的核心課程之一,是計算機專業完整知識體系的緒論。通過本課程的學習,可以使學生對計算機的發展簡史、計算機專業的基本知識及知識體系、計算機學科方法論及計算機專業人員應具備的能力素質和職業道德有一個基本的掌握,并了解計算機科學技術的最新進展和發展趨勢。為大學四年的知識學習、能力提高、素質培養和日后的科學研究、技術開發、經營管理等工作奠定良好的知識和思維基礎。
“計算機導論”教學由理論教學和實驗教學組成,具有5個方面的作用:了解計算機的發展簡史,激發學習興趣和學習動力;掌握計算機的基本知識,構建專業知識體系框架;熟練掌握常用軟件的操作技能并初步具備系統的組裝與維護能力,提高計算機應用能力;跟蹤計算機科學技術的最新進展及發展趨勢,促進研究性學習;培養計算思維,強化創新意識和創新能力。
2傳統教學內容的不足
近幾年,大多數高校的計算機專業都開設了“計算機導論”課程,也出版了一批計算機導論教材。在內容選取和敘述上各有一定的特色,基本適應了不同學校的教學要求。但從計算機科學技術的快速發展和高素質計算機專業人才培養的需求來看,在教學內容的選取和敘述上也存在一些不足。
2.1計算機發展簡史的介紹過于簡單
介紹國內外計算機發展簡史的目的是讓學生了解計算機科學技術及軟硬件產品的發展歷程、生產廠商的經營策略和專家學者的重要貢獻。作為計算機專業的學生,概括性地了解計算機科學技術及產品的歷史發展是很有必要的,從成功的經驗中啟發思路,從失敗的事件中汲取教訓,從科學家工程師們獻身科學技術的奮斗中獲得力量,從而激發出學習計算機專業知識的興趣和動力,如果這部分內容介紹過于簡單,就難以達到預期目的。
2.2內容相對陳舊
“計算機導論”的教學,不但使學生了解計算機的歷史發展,還應使學生跟蹤到計算機科技術的最新進展和發展趨勢,這對于提高教學質量和教學的有效性、提高學生的學習興趣是非常必要的。否則,會使學生感覺教學內容落后于自己在實際生活中接觸到的概念和產品,影響其學習積極性。把計算機科學技術和產品的最新進展及時融入到教學中,可以通過兩個主要步驟來實現。一是教材的編寫要盡可能吸收最新的內容,二是教師備課時把由于教材出版時間等因素一時不能及時寫入的最新發展補充進來。
2.3不容易理解
對于計算機知識的介紹(如計算機基本組成、操作系統、計算機網絡、數據庫、軟件工程、程序設計、數據結構、計算機安全等),有些內容介紹的太多太細太深入,而有些內容又介紹的太少太簡單,各部分內容在層次和深度的把握上不平衡、在前后呼應上不協調。有的內容介紹成了相關課程的簡單壓縮版本,敘述方式上沒有考慮大學新生的知識背景和理解能力,學生難以真正理解,不符合“計算機導論”的教學需要。這些容易使學生產生畏難情緒,影響其后續課程的學習。
3理論教學內容改革
作為計算機專業的入門性和緒論性課程,“計算機導論”的理論教學內容選取與敘述應體現6個字的特點:廣、淺、新、易、趣、思。即知識面廣、層次淺顯、內容新穎、通俗易懂、激發興趣和引導思考。
3.1知識面廣
作為計算機專業的引導性課程,“計算機導論”要包括計算機專業知識體系和計算思維的各個主要方面。學生學完該課程,應初步具備計算機專業學生的知識素養和思維素養,對電視、互聯網、報紙等日常媒體中常見的專業術語與產品有一定程度的理解或了解;初步建立起計算機專業知識體系的框架,在日后的學習逐漸豐富和完善這個框架,最后形成內容豐富翔實的完整知識體系。
基于對傳統教學內容的分析,在借鑒有關文獻中關于“計算機導論”內容選取的基礎上,我們確定“計算機導論”教學內容包括9個部分:計算機發展簡史、計算機專業知識體系、計算機組成知識、操作系統與網絡知識、程序設計知識、軟件開發知識、計算機系統安全知識與職業道德、計算機領域的典型問題和計算機學科方法論。這是一種全面系統的內容選取模式,每部分內容都有其獨特的作用,能夠較好地適應“計算機導論”的課程定位。
讀史使人明智。學習計算機發展簡史,可以從中吸取成功的經驗和創業的啟示。
計算機專業知識體系的介紹,使學生進入大學后盡快了解計算機專業學生應具備的知識結構和能力與素質要求,初步了解將要學習的主要專業課程的基本內容,重視操作技能、實踐能力和創新能力的提高。
計算機組成、操作系統、計算機網絡、程序設計、數據結構、編譯原理、數據庫、軟件工程、計算機系統安全等是計算機專業的核心內容,通過對這些知識的概括性介紹,可以使學生初步建立起計算機專業知識體系的框架。
職業道德與有關計算機安全法律法規的介紹,使學生不僅要有保護自己所用計算機系統安全的意識,而且要遵守法律法規及職業道德,不做破壞他人計算機系統安全的事情。
通過對計算機領域典型問題的介紹和分析,能夠使學生清楚所學課程的重要作用,了解計算機學科中一些重要問題的解決思路和方法。
學習計算機學科方法論,能夠使學生更好地掌握計算機學科的本質,了解數學知識和系統科學知識在計算機學科中的重要作用,使其重視數學知識、系統科學知識的學習,有利于數學思維、系統觀及計算思維的培養,既有利于大學階段的專業知識學習和能力提高,也有利于日后從事計算機領域的相關工作。
3.2層次淺顯
由于大多數剛進入大學的學生所掌握的計算機知識是非常有限的,對計算機知識的理解和思維方式還不適應,所以對每一部分內容的介紹應從宏觀層面上進行,不宜深入,把握到高級科普的層次。作為導論課程,不可能把所有專業知識都講深講透,可以留給學生一些思考和想象的空間,這樣有利于增加學生對后續課程的期待和學習興趣。
對于計算機基本組成、操作系統、計算機網絡、程序設計、數據結構、編譯原理、數據庫、軟件工程、計算機安全等方面的知識,要結合現實應用以合適的切入點深入淺出地進行介紹,廣度優先、控制難度和深度,使學生理解相關課程的基本知識及課程的作用即可,深入的、細節性的原理內容留待后續的相關課程中介紹。
基本知識的介紹要避免兩種傾向,一是內容多且深入,二是內容雖少但深度不減。內容多且深入,或許是想把更多的內容告訴學生,但由于受教學時數及學生知識背景與理解能力的限制,難以達到預期效果,也沒有必要,因為學生日后還要學習相關課程。內容雖少但深度不減,這或許是一種省事的做法,把相關課程的內容簡單壓縮后介紹給學生,最大的可能是把學生講糊涂,還不如不開設導論課程。
3.3內容新穎
計算機科學技術的發展是迅速的,新的概念和術語不時在互聯網、電視和廣播等媒體中出現,新型電子產品不時推出并不斷更新換代。“計算機導論”課程中介紹的內容要能反映計算機科學技術和產品的最新發展,使學生了解相關概念和術語的基本含義及新型電子產品的基本原理和功能。新穎的教學內容,才能激發學生的學習興趣和探求原理的強烈愿望。
我們在計算機發展簡史部分,從最初的手指記數一直介紹到目前世界上最先進的計算機――IBM公司研制的運算速度超過1000萬億次每秒的Roadrunner,對未來可能的生物計算機、量子計算機及光計算機也作了簡要介紹。
在計算機專業知識體系部分,我們介紹了考研的最新規定。從2009年開始,計算機科學與技術一級學科(包括計算機應用技術、計算機軟件與理論和計算機系統結構3個二級學科專業)的研究生入學考試,在原來政治、外語、數學全國統考的基礎上,計算機學科專業基礎綜合也實行全國統考。計算機學科專業基礎綜合考試內容包括數據結構、計算機組成原理、操作系統和計算機網絡。
在計算機網絡部分,介紹了近幾年流行的博客、網格、云計算、IP地址、域名、電子商務、電子政務、B2B、B2C、C2C等術語,并說明了Ipv6與Ipv4的主要區別。
計算機系統安全部分,在介紹計算機病毒知識的基礎上,簡明扼要地介紹了近幾年比較流行的黑客、網絡釣魚、防火墻、入侵檢測、數據加密、數字簽名等術語和相關技術及產品。
其他部分也都介紹到了近幾年的最新技術進展。如U盤、DDR內存、小體積大容量硬盤基于的巨磁阻效應、動畫、虛擬現實、超線程技術、多核技術、Windows Vista、面向對象軟件開發方法、面向對象程序設計、UML、分布式數據庫、XML、數據倉庫、數據挖掘、智能機器人等。
3.4通俗易懂
對教師來說,經過多年的專業知識學習和實踐經驗積累,“計算機導論”課程中的內容都會覺得容易理解。但是,如何才能使大學新生真正理解所介紹的內容?這需要教師對內容的敘述和講解要深入淺出、形象生動、通俗易懂,要適合一年級大學生的知識背景和其對計算機知識的理解能力與思維方式,這是每一位教師需要思考解決的問題。教師對各部分專業知識的介紹,要以合適的角度切入,力戒成為相關課程的簡單壓縮(內容少而深度不減),否則學生是難以理解的,不僅導論課程的教學質量不能保證,還會使學生產生畏難情緒,影響后續相關課程的學習。
在計算機組成部分,我們簡化了對計算機組成部件特性的介紹,充實或增加了一些新內容和宏觀層面內容的介紹。如充實了對主板和總線功能的介紹;改寫了對字符型數據及漢字的編碼表示;對按層次組織文件的優點、刪除文件的含義及文件恢復原理等進行了更為明晰的敘述等。
在程序設計知識部分,我們簡化了對程序設計語言、數據結構、算法設計與分析和編譯原理具體內容的介紹;強化了對程序設計語言發展的介紹,讓學生了解機器語言、匯編語言、高級語言、結構化程序設計語言、面向對象程序設計語言、可視化程序設計語言、人工智能程序設計語言的不同特點及各自的適用領域;強化了對程序設計語言、數據結構、算法設計與分析和編譯原理知識在培養程序設計能力上各自所起作用的介紹,為今后更好地學習掌握這些知識作出鋪墊。
在軟件開發知識部分,我們簡化了對有數據庫與軟件工程具體內容的介紹,概括性地介紹數據庫和軟件工程的知識,使學生在剛入門計算機專業時,就認識到數據庫技術在軟件(特別是應用面最廣的信息處理類軟件)開發中的作用,認識到開發大型軟件只有好的程序設計能力是不夠的,要有科學的軟件開發方法指導才能高效率地開發出高質量的中大規模軟件。
3.5激發興趣
“計算機導論”課程總的作用是把學生引入計算機科學技術的殿堂,即起引導入門的作用。如果通過本課程的學習,能夠激發起學生對計算機專業知識的興趣,該課程內容的選取和教學就是成功的,有了興趣才能更主動地學習,才能把后續課程學好。一些學生報考計算機專業是出于自身的興趣,但更多的學生可能是考慮到就業或受家長、親友的影響才選學的計算機專業,通過計算機導論課程培養這些同學對計算機專業的興趣尤為重要。
在計算機發展簡史部分,我們介紹了計算機領域著名的公司和科學家,包括計算機之父――圖靈和馮• 諾伊曼、ACM圖靈獎獲得者、IEEE-CS計算機先驅獎獲得者及國內計算機領域的國家最高科學技術獎獲得者。著名公司的發展歷史及杰出科學家們的工作給有志于在計算機領域成就一番事業的計算機專業學生很好的激勵作用。
各主要知識領域主要是介紹其發展歷程一直到最新進展并與實際應用相聯系,這也能很好地激發學生的學習興趣。如操作系統的發展歷史就是逐步想辦法提高系統資源利用率的歷史,軟件開發方法就是在開發大型軟件的實踐過程中不斷總結出來的,互聯網的接入方式是隨網絡技術和產品的不斷發展而變化的。
3.6引導思考
本課程不只是讓學生學習了解一些基本的計算機專業知識,更重要的是引導學生思考一些問題,為學好后續課程奠定基礎。大學學習生活的一個重要特點是研究性學習,研究性學習需要學生獨立思考,自己找需要解決的問題,自己想解決問題的方法。在傳統習題的基礎上,設置一些思考題,引導學生進一步閱讀有關文獻,對一些問題進行較為深入的思考和探討。
在計算機發展簡史部分,無論是計算機軟硬件產品的研制技術路線,還是公司的經營策略,都有成功的經驗和失敗的教訓。在計算機領域的典型問題部分,我們特別指明了算法設計與分析的作用,一些理論上可行的算法在實際上可能是不可行的,需要設計出實際可行的代替算法;對于計算機智能,介紹了目前的各種主要的不同觀點;在計算機學科方法論部分,我們講解了學科的3個過程、12個核心概念以及數學方法與系統科學方法如何與后續課程的學習聯系起來。以上這些問題都需要很好地思考。
4實驗教學內容改革
“計算機導論”課程的5個要求之一是:熟練掌握常用軟件的操作技能并初步具備系統的組裝與維護能力,提高計算機應用能力。這個需要通過實驗教學來實現。雖然可選的“計算機導論”理論教學教材比較多,但相對來說專門的“計算機導論”實驗教材比較少,有些是把理論教學內容與實驗教學內容安排在一本書中,有些是選用非計算機專業的計算機應用基礎類實驗教材。這樣的實驗教學偏重于常用軟件(Windows、Word、Excel、PowerPoint等)的操作使用,而對計算機的基本組成、網絡連接、病毒查殺、軟件的安裝與卸載等有關計算機系統的組裝與維護內容的介紹比較少,甚至沒有。課程學完以后,計算機專業學生所掌握的操作技能和非計算機專業學生沒有什么明顯的區別,體現不出計算機專業學生應具有的專業特點。
“計算機導論”的實驗教學內容要突出專業特色,學生除熟練掌握常用軟件的操作技能外,還要初步掌握計算機系統的組裝和維護能力(真正打開機箱觀察過計算機各組成部件的學生并不多),如計算機的拆卸與組裝、網絡連接、環境配置、軟件的安裝與卸載、計算機病毒的查殺等能力。除此之外,還可以安排一些有關程序設計、數據結構和數據庫的實驗題目,供學生在實驗室的開放時間選做。通過實驗教學,不僅能使學生熟練掌握常用軟件的操作技能,初步具備計算機系統的組裝與維護能力,還能加深對計算機組成、操作系統、計算機網絡、計算機系統安全等相關理論知識的理解。
當然,也要注意計算機系統的組裝與維護的實驗內容的難度與深度,畢竟是剛入學的學生,以要求初步具備相關知識和技能為好,更深入的知識學習和技能練習可以在后續課程的學習或實踐中逐漸要求其掌握。
5總結
本文在分析“計算機導論”的課程定位與傳統教學內容的基礎上,討論了“計算機導論”的教學內容改革。“計算機導論”包括的內容是非常廣泛的,幾乎包括了計算機科學技術的各個主要方面,目的是使學生對計算機專業有一個總體性的了解和認識,建立一個基本的框架性的計算機專業知識體系,以后通過每門課程的深入學習逐漸豐富和充實這個體系。為符合剛入學大學生在計算機領域的知識背景和理解能力,對每部分內容的介紹要淺顯,要適當掌握深度,著眼于基本內容的講解,為以后的深入學習起一個引導和鋪墊作用。各部分內容既要介紹歷史由來,也要盡量介紹到最新發展,這樣便于學生了解計算機科學技術的最新發展,激發其學習興趣和創新意識。
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