发布时间：2024-01-23 15:43:58
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的计算机科学与技术的认识样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：人才培养模式 改革与创新 实践教学体系
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0171-02
大连大学计算机科学与技术专业成立于1989年，2001年和2007年分别被确定为校级重点专业和示范性专业；2003年获得计算机应用技术二级学科硕士学位授权点，2008年以来先后被批准为辽宁省重点学科、优势特色重点学科，2011年又获批了计算机科学与技术和软件工程2个一级学科硕士学位授予权，2012年计算机科学与技术专业获批“辽宁省工程人才培养模式改革试点专业”。
计科专业从2000年开始积极探索校企合作的计算机专业人才培养模式，利用大连软件外包领军城市的IT技术优势，创建了颇具特色的3年在校内培养和1年在企业培训与实习的“3+1”校企联合软件人才培养模式。与大连市软件外包企业永佳电子技术有限公司合作，联合成立“外向型软件人才培养基地”，并陆续与大连华信计算机技术股份有限公司、大连华畅电子通信技术有限公司、大连文思创新软件技术有限公司、中软国际教育科技集团（大连）实训基地等十几家软件企业及培训中心签约联合成立软件人才培养基地。
2009年，我校计算机专业加入大连IT教育联盟，与企业更为深入地开展合作，派教师到企业参加培训和研发，邀请企业高级技术人员到学校做技术讲座。并以2009级培养方案修订为契机，通过科学完善本科人才培养方案、优化课程体系及教学内容、创新实践教学模式，积极探索CDIO教育模式培养IT工程人才。具体措施如下。
1 重构实践教学体系
为了推行校企联合培养人才，早在制定1999级计算机科学与技术专业培养计划时，我们就将四年的主要课程压缩到三学年左右时间内完成，所剩约一年的时间部分学生到软件公司从事一年的软件工程实训，另外一部分学生留在学校内继续学习专业选修课，同时参加老师的科研课题。
通过不断摸索实践，在“3+1”校企联合软件人才培养模式改革实践中，2006级本科培养方案中逐渐形成了“两主一辅”的实践教学体系。一条主线以课程实验、课程设计、毕业设计为主要环节，培养学生综合运用专业知识解决问题的能力；另一条主线是认识实习、项目实践或IT企业实习，培养学生的工程实践能力；一辅是通过创新课题和科技竞赛培养学生的创新能力。
在实践教学改革中，以修订2009级本科培养方案为契机，重构了实践教学体系，创新实践教学模式，不断完善“一条主线、三个层次、五大模块”的实践教学体系。一条主线即以项目为主线围绕培养创新能力和工程实践能力而展开，分为基础、综合、创新三个层次，具有实验教学、实习、科技创新、社会实践、毕业设计五个模块。
把国际上先进的工程型人才培养的CDIO理念，即“做中学”和“基于项目教育和学习”融入到新的实践教学体系之中。建立“以项目设计为导向的实践教学体系”， 分类设置实践教学项目，构建实践项目架构，使整个课程体系以项目为主线，把专业知识、能力、素质等培养目标融入到项目实践教学过程中；开展企业有效参与的专业认识实习、课程设计、毕业设计、项目实践、创新设计等，改革实践教学内容，创新实践教学模式；校内和校外结合，加强实践环境建设，拓宽工程实践渠道；建立考核监控机制，注重实践教学实效，提高实践教学质量。
在实践教学体系中，不仅增加实践教学学分比重，而且增加团队设计项目，目的是引导学生对专业核心课程的学习兴趣和能力培养。
实践教学项目按规模和范围划分为三类：综合设计类项目，包含本专业主要核心课程及能力要求的项目；课程群类项目，为包含一组相关课程及能力要求的项目；单门课程类项目，在单门课程内为增强该门课程能力与理解而开始的项目。
综合设计类项目：在一年级进行以介绍本专业核心内容及调动学生兴趣为目的认识实习和新生研讨课；在四年级安排校企联合进行IT项目实训。每个该类项目作为一门课程单独计分。
课程群类项目：主要以项目为载体加强本专业核心课程的学习与应用。本类项目结合个人工作和团队工作，同相关课程的关联紧密。作为一门课程单独计分。
单门课程类项目：为单一课程开设的项目，如专业课中的课内实验和课内设计等。
2 改革实践教学内容，创新实践教学模式
建立企业参与实践教学的设计和实践教学过程的机制，确保实践模拟的准确性及实践的广度、深度和技术上的先进性。
对实践类课程采取基于项目的教学，让学生了解软件设计开发环节及相关规范要求，培养学生软件系统的分析与设计能力、软件编程和测试能力，训练学生的工程设计能力，提高学生编写软件文档的水平，增强学生的团队意识和创新精神，使学生毕业后能成为IT行业急需的应用型人才。
课程实验（单门课程类项目）：在理论教学过程中，提高相关课程实验教学中的综合性、设计性实验题目比例。在基础课程实验中，主要为验证性实验，主要为验证、理解、掌握课程的知识点服务，但也需具有一定的设计能力，这类实验中，综合性、设计性实验的比例高于15%；专业方向课程中，要求学生注重能力的培养和提高，其综合性、设计性实验的比例高于50%。
课程设计（单门课程类项目或课程群类项目）：本课程体系安排7个课程设计，其中数据库系统课程设计和软件项目开发课程设计为独立教学环节（课程群类项目），校企合作联合指导，集中进行。其余5个课程设计安排在相应的课程中（单门课程类项目）。教学内容根据相关课程群而设置，体现课程之间的紧密联系，学生也可以自行设计项目内容，让学生化被动为主动，真正地作为主体参与到实践中，主动地去了解和掌握课程知识之间的关联，培养其知识的综合运用能力和工程能力。
认识实习（综合设计类项目）：其内容增加东软、大连达内等IT企业的参观学习和请企业技术专家来校讲座，通过参观和专家公开课的形式，使学生对企业文化、IT领域的发展现状与趋势和本行业技术领域的前沿技术等有所了解，有利于学生学习目标的确定和职业素质的提高。
IT项目实践和毕业设计（综合设计类项目）：IT项目实践和毕业设计采用校企合作方式，利用在校外的实习基地，让学生在真实的工作环境中提前适应企业环境，并通过合作企业的实际应用项目的研发训练和相关培训，提高学生的技术开发水平。
创新设计和科技竞赛（综合设计类项目）：为学生提供参与企业实际项目开发和工作室创新设计的机会，组织学生参加多种、不同级别的竞赛。竞赛包括ACM/ICPC大学生程序设计竞赛、全国计算机仿真大赛、IBM校园解决方案大赛和“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛等，均取得了优异的成绩。
3 加强实践环境建设，拓宽工程实践渠道
在校内，与企业共建校内IT项目实训室。在校外，在多年进行校企合作的基础上，建立长期稳定的校外实习实训基地，确立校企合作的有效运作机制，逐步形成教学、科研、生产、培训四位一体的多功能综合性实践教育基地，使学生更加真切地体会到生产、管理的实际，增强动手实践能力和科研转化能力。
（1）在企业实际的项目培训与实践中，使学生加深对专业理论知识和技能的理解，夯实学生的专业基础知识。
（2）通过在企业环境的项目培训与实践，使学生了解熟悉企业级的项目流程和工作规范，培养学生工程化的意识和职业技能，锻炼学生实际工作能力。
（3）通过企业文化培训和软件项目的培训与实践，使学生充分体验软件公司工作的紧迫、积极、团结协作的气氛，培养学生的职业素质，使学生成为企业需要的合格的人。
4 注重实践教学实效，提高实践教学质量
针对不同的实践教学环节，注重实践教学效果考评和监控，依据考核标准采用不同的形式评价学生的能力水平。对16学时以上的课程实验要求进行实验操作考核并计入考试成绩；对课程设计要求学生综合运用课程中所学习的知识和技术，并以实际工程问题为背景，分析和设计一个完整的系统（软件），最终以现场演示和答辩的形式进行考核；在毕业设计环节，通过采取教师资格审查、题目质量审查、开题报告审查、中期检查、论文互评、分组答辩等一系列措施，保证毕业设计质量。
根据学校对于毕业设计过程管理的要求，利用本专业自行设计开发的毕业设计管理系统，对毕业设计进行全程管理。在企业实训基地开展的实践教学，按照企业要求进行考核和全程管理。
参考文献
[1] 刘英，高广君.高校人才培养模式的改革及其策略[J].黑龙江高教研究，2011（1）：127-129.
[2] 别敦荣.论高等学校人才培养模式及其改革[J].中国大学教学，2011（11）：20-22.
[3] 黄先开.地方高校多样化人才培养模式改革与创新的探索与实践――以北京联合大学为例[J].中国高教研究，2011（5）：61-63.
【关键词】：计算机科学；计算机技术；现代化应用
一、我国计算机科学与技术的发展现状
计算机科学是一门整合型学科，具体包括计算机软、硬件和各项科学技术，给人们的工作和生活带来很大的便利。现在计算机技术已经成功地应用于学校、医院、政府单位等各个领域，尤其在无纸化办公和信息化办公方面有着非常重要的位置。以无纸化办公为例，它是计算机技术得以有效应用的表现方式之一，此技术的成功使用不只是提高了人们的生活效率，有效地缩短了办公时间，还给绿色办公、低碳生活以及节约型社会的创建做下了良好的铺垫。另外，计算机技术在数据存储方面还有自己的优势。一方面它能对数据进行有效的存储和控制，另一方面还可以轻松地导入和导出大量的数据，并成功地对这些数据进行处理，极大地提高了信息化办公的发展速度。同时计算机技术的成功运用还可以弥补人工管理中出现的漏洞和易错问题，极大地提高了计算的效率和准确度，计算机技术的高科学性和准确性使其成功地被现在的各个行业使用。
现在我国的有关部门在计算机人才的培养和计算机教育资源条件的提供上加大了关注和行动力度，我国的计算机技术现在已经成功地达到飞速发展的阶段，现代化的电子科技产品不断出现，更新的周期也在明显地缩短。其殊领域中绘图软件的应用成为我们对计算机技术重点研发的区域，因为传统的计算机技术一直在成像和图片分析方面发展的速度较慢，其应用范围也比较小。需要我们注意的是在计算机技术的飞速发展中难免会出现一些问题，它们有可能拖延着计算机应用的速度和发展空间，我们需要做好准备去应对这一系列的问题。
二、目前我国计算机科学与技术中存在的问题
1.计算机科学与技术被应用于违法活动中。通过对现在社会新闻的总结我们不难看出许多心术不正的分子在运用计算机科学技术进行违法活动，极大地影响着人们的生命财产安全。以现在较为常见的钓鱼网站为例，部分违法分子利用这种网站来行骗的行为非常严重，一旦我们的用户粗心地将自己的银行卡号或者是个人真实信息填写在这些钓鱼网站上，用户银行卡内的存款极有可能被盗取，造成大量的金钱损失。当前，这种通过计算机科学技术进行网络行骗的实例不胜枚举。
2.计算机科学技术的发展不够全面。就目前我国计算机科学技术的发展现状来看，我们只能用“初级”这个字眼来形容，并且在实际现代化的运用中并没有发展成为一个相对科学合理的发展态势，整体呈现出的还是一个较为混乱的局面。随着计算机科学技术的发展各种各样的信息技术进入到人们的工作和生活，计算机科学技术的应用由之前单一的竞争态势转变为综合复杂性竞争态势，同时人们受各种利益的驱使之前的良性竞争逐步地开始向恶性竞争转变，影响着计算机技术的长期发展。因此，在未来的工作中，我们有关的计算机科学技术开发人员要树立共同的开发目标，无论是哪个层面的计算机人才都要保持统一的方向，通过大家共同的努力促使计算机技术在现代化的大环境中发展的越来越好。
3.计算机科学技术的信息安全问题漏洞百出。相对来说，网络是一个开放的大环境，如果在网络中传输大量的数据信息难免会造成病毒或者是黑客的攻击，最终造成数据信息的丢失或者是泄漏。我国在网络的监管方面一直还是处于较为初级的阶段，在政策法规的管理上依旧存在着大量的漏洞，这给某些黑客出于私利去光顾攻击各大网站提供了较为便利的条件，盗取或者是破坏网络中数据信息的情况时有发生，给个人甚至是社会信息的安全带来了非常大的安全隐患。
三、有效提高我国计算机科学与技术水平的改善措施
1.政府和相关部门要加强监管措施。针对现在我国对计算机科学与技术监管现状中存在的问题，我们有必要制定监管政策，并且要进一步加大对计算机科学技术的监管范围，尽最大的努力严防一些心怀不轨的违法分子以计算机科学与技术为工具对人们的生命和财产进行伤害甚至是对特殊领域造成的伤害。与此同时，国家的监管部门一定要加强惩罚力度，如果是对那些问题较为轻的人员我们最好可以通过思想教育的方式对其进行必要的开导，让其认识到自己的错误和自身行为带来的严重后果，发自内心地改正自己的错误，而对那些问题严重的人员我们必须对其进行严厉的法律管理，运用相关的法律条款让其对自己的罪行负责。
2.加强计算机应用系统的建立健全。为了更好地促进计算机科学与技术的发展和应用，同时也为了凝聚计算机科学技术工作人员的工作积极性，使其朝着大家共同的目标奋斗，我们有必要建立一个健全的计算机应用系统（体系），同时在进行计算机应用软件的开发过程中，为了给其创造一个较为良好的竞争环境，我们也有必要加强计算机应用系统的建立与健全，并以用户的实际需求为依据进行相匹配应用软件的开发，确保软件开发的质量。在计算机技术的现代化应用，我们要站在大局观念来对计算机技术的应用问题来考虑问题。软件技术开发人员应该将市场调研的工作进行到底，重点研究现代化各个层面对于计算机应用的需求，因此，在计算机技术的发展过程中一定要建立更加科学更加合理的发展体系。
四、结语
目前我国计算机科学与技术的发展并不太完善，其应用领域也较为狭窄并且存在着许多的漏洞，这就告诉我们未来在计算机科学与技术的发展方面我们还很长的路要走，我国的计算机科学与技术工作人员要不断地改进和创新，努力地提升自身的工作能力，将计算机技术的应用价值最大化。
参考文献：
[1]冯春辉，李志梅.试析计算机科学与技术在工程建设项目中的运用[J].邢台学院学报，2013（02）.
【关键词】计算机科学与技术专业 创新能力 培养
一、高校计算机专业人才培养现状
1956年,哈尔滨大学首先创办了“计算装置与仪器”专业,在四十多年的发展过程中,学科分支的细化,师资队伍的进一步完善,教育理念的与时俱进,都为计算机专业人才的培养带来了可喜的变化。在看到成绩的同时,我们也要看到,高校计算机专业人才的培养确实还存在许多不足,特别在创新模式下教育理念下,以信息化核心技术的计算机技术的教育还尚有缺失,具体表现在:学生的动手能力不强,陷入了“死记硬背”的瓶颈,缺乏创新精神,无法真正适应实践工作和适应市场与产业发展,这也就是为什么那么多的计算机人才没有能充分就业的原因之一。面对这一现状,高校计算机专业教育必须以创新精神和能力为培养目标进行教学改革。
二、计算机科学与技术专业的培养目标
计算机科学与技术专业的培养目标是:培养具有良好的科学素养,系统地、较好地掌握计算机科学与技术包括计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法,能在各单位从事计算机教学、科学研究和应用的计算机科学与技术学科的高级专门科学技术人才。
业务培养要求为本专业学生主要学习计算机科学与技术方面的基本理论和基本知识,接受从事研究与应用计算机的基本训练,具有研究和开发计算机系统的基本能力。本科毕业生应获得以下几方面的知识和能力:(1)掌握计算机科学与技术的基本理论、基本知识。(2)掌握计算机系统的分析和设计的基本方法。(3)具有研究开发计算机软、硬件的基本能力。(4)了解与计算机有关的法规。(5)了解计算机科学与技术的发展动态。
三、创新能力培养的途径
1.加强创新能力的宣传,营造“创新精神”的良好环境,把创新作为一种校园文化。高等院校要全面培养高层次的创新型人才,单靠学校某一职能部门的工作是做不到的,需要全校都提高认识,上下齐心协力去做,牢固树立创新教育、素质教育、开放教育和个性教育的新型教育观念,形成良好的校园“论创新、学创新、行创新”的创新环境与创新氛围,才能取得良好的效果。学校要鼓励学生学术自由,成为学习的主题,给予学生更多地学习自和选择权,积极鼓励学生发掘自身的学习兴趣,促进个性化发展;鼓励学生提出新问题,养成质疑的习惯,鼓励学生迈向学科发展的前沿,及时是尚未成熟的创造性的设想,学校也应该积极予以支持,从而保护和激励学生的创新精神和积极性。作为前沿性学科的代表计算机科学与技术专业,更应该鼓励运用本学科丰富的教学资源和不断发展尖端技术开展各类的课外活动和实践,这不仅可以丰富学生的校园文化生活,更能够引导学生积极投入思考,激发创新思维,从而为其发展提供了广阔的舞台和空间。
2.建立一支高效地、具有创新精神的师资队伍。教师对于教学、对于学生培养的重要性众所周知,在此不再赘述。要培养具有创新精神的学生,首先,需要一支富有创新精神的教师队伍。教师的创新意识是创造力在教学创新活动中的出发点和起动器。教师要自我强化与培养自己的创新意识,不仅在于提高本身的创新思维和创新能力,更重要的在于通过教师强烈的创新意识感染与培养学生的创新意识。要培养和爱护学生的好奇心和问题意识,因为这是唤起学生创新意识的起点和基础。第二,教师要建立起“互相尊重、互相理解”的师生观。对待学生,教师要予以关爱和理解,尊重和理解学生的想法、观念,支持和鼓励学生的追求,注重与学生的心灵沟通。引导学生突破思维定势,激发创新精神,并源源不断地给学生输送学习的动力。第三,要注重多元化知识的吸收。社会的发展是多元化的,学科教学的也是整体化、多元化的,这就要求教师善于进行交叉学科的角度来进行教学,从而塑造知识结构丰富、具有高度创造力的学生人才。
3.改革教学培养方案。计算机专业涉及的知识面较广,为了让学生在有限的时间内学到更有用的专业知识,所谓“术业有专攻”,因此,可以将计算机科学与技术专业细分为几个专业方向,例如围绕计算机程序设计可以分为net、.java、嵌入式设计这三个方向,由此培养“精”、“专”的应用性人才。
同时,要改革教学模式。教师在授课的过程中,要注重学生创新能力的培养,不能只是“耳提面命”式的灌输知识,而是要引导学生的发散性思维,鼓励学生质疑现状,挑战现状,培养学生的归纳、演绎能力。教师还需要优化课程结构,增加选修课的比重,对于计算机科学与技术专业的学生,要提倡其进行跨校、跨院、跨学科选修课程。此外,学校还应开设创新教育课程,使学生接受较系统的创造性思维原理与创新技法等方面的知识,提高创新的积极性。最为关键的一点,是需要切实培养学生的动手能力,增加实践性的教学环节。计算机科学与技术专业本身是一门实践性很强的应用性学科,因此,教师在进行课程设计和课程教授时,就应更加重视培养学生的动手能力,特别是可以带领学生参加一些科研课题的开发,从实践经验中进一步激发学生的创造力,从而发挥出学习的主动性、积极性。
4.开展课外科技创新活动。课外科技活动是学生的“第二课堂”,其可以最柔性的方式来开阔学生的想象空间,激发学生学习的动力,从而丰富学生的创新潜质。例如,可以定期举办校园科技文化艺术节,成立专门的科技文化创新指导中心对学生的科技创新作用进行指导与评估;还可以举办各类科技文化竞赛,鼓励学生积极参加,并制定一些相应的奖励政策来吸引和鼓励学生投入各类科技创新活动,从而培养学生的创新精神和创新意识,开发他们的创新思维和创造潜能。
参考文献:
[1]肖云龙.脱颖而出――创新教育论[M].长沙:湖南大学出版社,2000.
[2]陈凯.加强高校校园文化建设提高大学生创新能力[J].中国教育与社会科学,2009,(7).
[3]朱洪,张卜林.学生创新能力培养途径初探[J].现代特殊教育.
学生在专业思想上到底有哪些疑虑呢？概括起来大致如下：1.学了这个专业毕业后有出息吗？就业状况怎么样？或者说明白点，能给我带来多少财富。2.有的学生来学计算机，是因为计算机好玩，所以报了计算机专业。有的学生，无可奈何，没有报计算机专业，却被录到计算机专业来了。3.有的学生把自己与非计算机专业的学生学习计算机的目标混同起来，忘记自己是计算机专业的学生。4.有的学生对计算机了解得很肤浅，认为计算机不就是那点事吗：打字、上网、玩游戏、学个软件操作和使用。这些问题集中起来就是对计算机了解很肤浅，或者说还根本不了解计算机。《计算机科学概论》课程回答的第一个问题正好可以消除学生专业思想问题的疑虑。计算机是什么？计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统，是国防科研、国计民生中协助人们工作、学习的应用十分普遍的现代化工具。计算机是一种工具，但不是一种普通的工具。
设计和改进这种工具，需要有高深的专门知识。这种工具的低级使用，只需对计算机的知识有一点了解；但高级使用，就需要高深的知识。计算机科学与技术专业的学生，有的要去研究如何设计与改进计算机，有的需要从事应用计算机完成高级的复杂的任务。从这里我们可以得出以下结论：1.计算机是工具，国防科研、国计民生不可缺少的高级工具，学习关于它的科学，是国家的需要，有出息，有业可就，只要有创造就会产生无限财富。2.计算机不是玩具。现在计算机上的确有不少娱乐游戏，其用途既丰富人们的生活，又寓教于乐。它是一种产业，需要有专人开发的。学习计算机不是学习如何玩计算机游戏，而是学习如何开发计算机游戏产业。3.计算机科学与技术专业的学生不仅能使用计算机，更重要的是能设计和改进计算机硬件，以及开发计算机软件。因此学习计算机专业就不是打字、上网、玩游戏、学个软件操作和使用。也不要忘记自己的身份，把自己混同于非计算机专业学生，只学习使用计算机，而不学习设计和开发计算机。4.学习计算机专业非本人所报志愿，其实这并不是一个严重的或本质的问题。因为就新生来说，现有的知识架构是开放的，在专业上是未成型的，因此是可塑的，是可任意专业化的。所以不要耿耿于怀，只要认真学习，全身心投入，就会发现原来计算机是这样好的一个专业，愿意一辈子献身于这个专业。在课堂教学中，针对学生对计算机的模糊认识进行讲解，使学生明确计算机是什么，计算机能做什么，怎样才能使计算机把事情做得更好，最终明确树立作为计算机科学与技术专业的学生的学习目标，消除专业思想上的疑虑。
二、扣住算法主线教学，转变学习方法
学习方法的转变是大学学习能否进入正常状态的一个极其关键的问题。进入大学学习，如何学习，大多数学生没有充分的思想准备。学生习惯于中学的学习环境和学习方法。目前中学学习环境节奏很紧张，竞争很激烈；而学习的方法基本上是死记呆背。一进入大学，感到大学的学习环境比较宽松，例如课程不那么紧，自习的时间多，而课后作业少。因此不少学生进入大学后就大有松一口气的想法，觉得再也不要受高考升学竞争的约束了。表现出来就是上课不认真，下课玩个够。在学习方法上，还是老一套，死记呆背。由于放松学习，也不去死记呆背，甚至干脆把学习放在一边。实际上，中学的学习方法是很不适应大学学习的需要。说严重一点，目前中学的学习方法可以概括为死记呆背，囫囵吞枣。其实，学生的学习方法与教师的教学方法是分不开的。具体来说，如果一门课程的教学主线不清楚，教学过程也就不能扣着这个主线来展开，内容也就显得凌乱无序，以致学习起来就只能死记呆背，囫囵吞枣。这告诉我们，每教一门课程，首先就要找到主线，然后扣着主线来展开，步步为营，一环扣一环，课程讲起来就不觉得凌乱无序，听起来就不觉得枯燥无味。
如何通过《计算机科学概论》这门课程来促进学生转变学习方法，首先要从教学方法入手。这就是这门课程阐述的第二个问题。计算机科学是什么样的科学？怎样才能学好计算机科学？从本质上讲，计算机科学就是一门算法的科学。什么是算法？简单地说，算法是一系列的步骤，规定如何完成一项任务。严格地说，算法是定义一个可终止过程的一组有序的、无歧义的、可执行的步骤的集合。程序是算法的表示，计算机是靠执行程序来完成任务的。因此即使是最好的计算机硬件设备，如果没有算法计算机就寸步难行。可见，算法是《计算机科学概论》课程的主线，教学内容围绕着它来展开。要使学生牢固确立这个观念，解决任何任务之前必须尽全力找出最好的算法。其实，不只是要求计算机来完成任务时是这样，就是完成任何一项工作、解决任何一个问题来说，都需要研究解决的方法，在此基础上才能做出周密的计划付诸实施。这样，才不会在没有弄清问题，确定算法之前，就盲目动手编程，浪费时间和空间，浪费精力和资源，事倍功半，甚至可能做出任务不能或很难解决的错误的结论。在动手解决任务之前，一定要找出可行的算法，只有这样才能成为一个头脑清醒的计算机科学与技术工作者。
扣住算法的主线，许多问题就比较清楚了。计算机能不能解决一个任务，首先就看有没有解决这个任务的算法。但算法表示为程序，才有可能被计算机执行，因此有了算法就看能不能把算法表示为程序。程序的执行是由计算机硬件来完成的，因此有了程序就看有没有相应的计算机硬件来执行。每前进一步就会要学习很多知识，这些知识不是孤立的，它们相互关联，不能死记呆背。因为在相互关联的链条中，如果一个环节没学好，那后面的就悬空了，不能理解。所以在学习中不仅要弄清问题本身，还要弄清来龙去脉，就是说细节和框架同等重要。对于这种情况，死记呆背是行不通的，只能是在理解的基础上记忆。这样由算法这个主线就会引出了一系列的问题，形成一棵枝叶繁茂的知识树。将这个思想贯穿于整个教学过程，处处有来龙去脉，计算机科学的知识就是活的知识，不深入理解，囫囵吞枣是不能全面掌握知识的。这样在教学过程中，要引导要迫使学生不断地问是什么、为什么，形成不断生长的知识树。再进一步，加上知识树的左右关联就成了一个不断扩大的知识的网络，一个富有生气的知识空间。学生在学习过程中也就自觉养成了自主学习的习惯，再也不觉得学习枯燥无味，越来越感到学习的乐趣。
在教学过程中，扣住算法是学习计算机科学的主线，引导学生不断地去深入思考问题，逐渐养成思考先于记忆，即理解的基础上记忆的良好学习方法，也就是在解决问题时，总是要问是什么、为什么、怎么做的学习方法。还有，扣住算法是按主线进行教学，也进一步解决了专业思想的一个疑虑。例如，有的学生听说计算机专业的学生必须学会编程，就产生恐惧心理。如果明白了上面讲的道理，就不会恐惧了。因为学计算机专业的学生，如果不会编程就不是一个合格的计算机专业的学生。解决问题需要算法，程序是算法的表示，而计算机靠执行程序才能解决问题。如果不会编程，尽管你有很好的解决问题的方法，也是一句空话。说到底，是做计算机的奴隶，被计算机牵着鼻子走，还是做计算机的主人，驱使计算机造福人类。
三、展开算法主线教学，了解学习内容
对学习内容不了解也是新生对大学四年学习心中没有底，使他们产生种种想法和疑虑，例如：1.学习计算机就是学习软件的操作和使用。2.学习计算机就是学习计算机语言和编写程序。当然上面的两种想法，不能说不正确，只是由于对计算机科学的内容知之甚少，把问题想得太简单。其实第一个想法是讲学习计算机的应用，这当然是学习计算机科学与技术的内容之一，但不是全部。计算机的应用的范围是很广的，例如各种过程的计算机自动控制、网络通信、人工智能、机器人和云计算等。第二个想法是讲学习计算机软件的开发，这当然是学计算机科学与技术的重点内容。对我们的学生来说，这是学习的重点。计算机的软件的开发，内容也很广，例如程序设计语言、信息管理、软件工程、数据库、计算机辅助设计、计算机网络等。实际上计算机科学与技术的内容还远不止这些。例如计算机硬件的设计、人工智能研究、新一代计算机——智能计算机的研究和计算理论的研究等等。本文仅就大学期间计算机科学与技术专业学生学习计算机科学与技术主要学习内容进行讨论。从本质上讲，计算机科学就是一门算法的科学，现在就围绕着算法来展开。有很多问题要解决，就要有很多相应的算法；有很多算法要表示为程序，就要研究程序设计语言；有很多程序要计算机执行，就要研究怎样来组织计算机工作，就是说要研究操作系统。这里讲的都是计算机的软件系统。
程序是由计算机来执行的，因此必须研究计算机硬件的组织结构。程序是一系列指令的有序集合，计算机执行程序，就是执行指令。那计算机是如何执行指令的？指令就是操控数据，计算机对数据是如何进行操控和存储的。现代计算机的发展，不只是单台计算机在工作，那么几台计算机如何连接成网络和进行工作，因此需要研究网络原理和应用。
关键词:计算机;系统论;辩证法;认识论;哲学
世界是普遍联系和永恒发展的,以系统的观点和辩证的观点来认识世界是人们认识自然、社会及人类自身的最宝贵的思想武器。计算机是人类的发明,在计算机科学与技术中一定存在着系统论和辩证法的思想,发明者和使用者都在自觉和不自觉地运用它。
在计算机各专业课程的教学中普遍存在着重部分,轻整体;重微观,轻宏观;重分析,轻综合;重“点”轻“面”的现象。其原因主要在于缺乏宏观意义上的方法论作为指导。
将蕴藏于计算机各专业课程中的系统论和辩证法思想提取出来有利于教学计划制定者科学合理的安排课程;有利于教师从最一般意义上认识和分析问题,有针对性地进行教学;有利于学生掌握各课程之间的联系和各课程的本质,从而更好地理解和学习相关课程。
在国内,已有部分工作采用系统论与辩证法来阐释计算机科学与技术中的某些问题。赵致琢等[1][5]在计算科学导论中阐述了计算科学的意义、内容和方法,具体包括:什么是计算科学,计算科学发展主线和学科的基本问题,并将其应用于计算科学的教学计划和课程体系制定。董荣胜等[2]阐述了计算学科中各主领域发展的基本规律,揭示了各领域之间的内在联系,有助于人们对计算学科的深入理解。周长林等[3]在操作系统课程中从最一般意义上给出了操作系统的基本理论,指出了资源共享和进程并发是操作系统的两个基本特性,操作系统的所有内容都是围绕资源和进程展开的。陈次白等[4]应用对立统一思想分析了计算机科学与技术中存在的时间与空间、静态与动态、绝对与相对等问题。
本文将系统论与辩证法引入到计算机科学与技术中,用辩证观点解释计算机中的相关问题,并应用于课程教学和培养计划制定,取得了较好的效果。
1哲学的主要观点
1.1辩证的唯物论
世界是物质的。物质决定意识,意识对物质具有反作用。物质是运动的。运动是绝对的,静止是相对的。时间和空间是物质运动的形式。
1.2唯物的辩证法
(1) 总观点:世界是普遍联系和永恒发展的。
(2) 三大基本规律:对立统一、质量互变和否定之否定。
(3) 若干范畴:整体与部分,具体与抽象,现象与本质等。
1.3认识论
(1) 理论与实践:实践是理论的基础;理论来源于实践,对实践具有指导作用。
(2) 理性认识和感性认识:感性认识是理性认识的基础,理性认识是感性认识的升华。
2计算机科学与技术中的系统论与辩证法
2.1软件系统和硬件系统
计算机由硬件系统和软件系统组成。唯物辩证法认为,物质决定意识,意识对物质具有反作用。硬件相当于物质,软件相当于意识,二者相互影响、相互制约,处于动态平衡状态。好的硬件如果没有好的软件来配合,实际上是对硬件的一种浪费。好的软件如果没有好的硬件作依托,那么软件就无法发挥它的功能。硬件的发展能为软件的升级预留空间,软件的发展也对硬件的发展不断提出新的要求。
计算机硬件系统的雏形是冯诺一曼模型,该模型由主机、输入系统和输出系统组成,其设计体现了系统学的思想。
计算机软件系统的雏形是图灵机。图灵机实际上就是对0,1数据的操作,按中国古代哲学的观点,0和1分别表示阴和阳,二者对立统一,是表示信息的基本“细胞”。计算机所表现出来的各种文本、图像、动画、视频等信息都属于现象,而这些信息在最底层实际上都是0,1组合,是以布尔逻辑作为理论基础的,这才是本质。
2.2操作系统
操作系统是计算机的灵魂,是整个计算机系统的“管家婆”,是软件和硬件之间连接的纽带,负责软硬件资源的协调和使用。资源共享和进程并发是操作系统的两个基本组成部分。资源总是有限的,进程的目标就是要使有限的资源发挥最大的作用。通常情况下,应用软件向计算机系统请求使用资源,操作系统综合考虑效率、公平等情况,然后对各种请求进行协调,对各种资源进行分配。
时间和空间是操作系统必须要考虑的因素。操作系统中有很多时间和空间相互结合的例子。虚拟存储技术(请求分页、请求分段、请求段页式)是以时间换空间的例子;在该技术中,访问时间增加了,但是扩充了主存的逻辑容量,使得大于主存容量的程序也可以得到执行。缓冲区技术、快表、外存分配方式中的索引分配都是以空间换时间的例子;在该技术中,本来需要在速度很慢的设备上进行输入输出的,但是从存储区域划出一部分做缓冲区,就可以减少访问时间。
2.3程序设计语言和算法
程序设计语言是实现算法的工具。程序总是在一定的时间和空间内运行。变量是一个程序的重要元素。以C语言为例,变量分为静态变量和自动变量,分别具有自己的作用域和生存期。
在结构化程序设计中,对复杂问题进行分析的一个主要方法就是自顶向下,逐步细化。函数是结构化程序的基本组成部分。可以把函数看做系统,它由输入、输出和控制体三部分组成。函数输入就是函数参数表的参数,参数表是函数对外联系的通道;函数输出就是是函数的返回值。函数的控制体就是函数体。
在面向对象程序设计中,类和对象是两个最基本的概念,二者是抽象和具体、共性与个性、一般和个别的关系。程序是由对象组成的,对象之间是有联系的(组合、继承等),对象之间相互协作完成某个问题的求解。这体现了世界是物质的以及事物是普遍联系的这一基本哲学思想。
算法是正确求解问题的关键,一个好的算法除了要正确之外,还要求有较小的时间复杂度和空间复杂度。小的时间复杂度可能需要较高的空间复杂度,反之亦然,而这通常不能兼得。总之,在设计算法时要根据实际情况综合考虑时空关系,使设计的算法达到最优。
递归程序设计,是求解很多复杂问题的有效方法。所谓递归,就是根据事物整体与部分具有某种相似性的原理,反复调用自身,从而完成问题的求解。分治、回溯和动态规划都是基于递归这一思想。
需要强调的是,面向对象程序设计不是对结构化程序设计的否定,他们之间具有紧密的联系。面向对象程序设计是结构化程序设计的继承和发展,结构化程序设计是面向对象程序设计的基础。面向对象程序设计最终的落脚点仍是结构化程序设计。
2.4计算机网络
需求是技术发展的原动力。资源共享的需要是计算机网络技术发展的原动力。计算机网络本身就是一个系统,充分体现了世界是普遍联系的这一特征。网络中的各个实体之间存在异构,如何在异构的实体之间保证通讯的正常进行是计算机网络理论的关键问题。为此,在计算机网络中采用了“分层”的思想。在计算机网络的开放系统互联模型中,将信息传输过程分为7个层次,每一层相当于通讯过程的一个阶段,层与层之间通过接口进行联系,下层为上层提供服务。
2.5计算机软硬件产品的发展
在计算机发展的过程中,我们会发现一个现象,即一种产品通常有两个主流商家在做。例如操作系统有微软的Windows和免费开源的Linux;程序设计语言有微软的.Net平台和Sun公司的Java平台;大型数据库有微软的SQL Server和开源的MySql;CPU有Intel和AMD等等。
以上双方既对立、又统一,各有特色、相互促进、取长补短、共同发展。作为用户来讲,不希望某个产品的发展一枝独秀,因为一枝独秀可能意味着垄断、意味着技术的停滞。
事实上,各个产家之间在竞争中发展,没有竞争,就没有发展,竞争会促进技术的发展。各个产家在竞争中处于一种动态的平衡状态,一个平衡打破了,一定会产生一个新的平衡,市场会对其自动进行调解。这种发展的结果一方面给用户带来了利益,另一方面也促进了技术的进步。
总之,计算机软硬件产品的发展是一个否定之否定的过程,各品牌产品不断从竞争对手中吸取营养和经验,对自身进行改进,推动技术的不断进步。
3应用
3.1在计算机课程教学中的应用
我们认为知识的讲授和学习应该是一个从宏观(整体)到微观(部分),再从微观(部分)到宏观(整体)的过程;是一个从感性到理性,再从理性到感性的过程。这两个过程不是一个原地不动的圆,而是一个螺旋递进的圆,是一个否定之否定的过程。
从内容上说,在讲授每门课程之前,先从宏观上阐述本门课程的地位、作用、与其他课程的联系方式以及本门课程存在的系统论与辩证法。这有助于学生从宏观上认识本门课程,使得学生的头脑中始终有一个清晰的线索,避免过早的陷入细节问题。
从方法上来说,按照感性认识和理性认识之间的关系,在教学中使用案例式教学和启发式教学。例如,在程序设计教学的第一堂课,首先给出一些趣味性、经典性的问题(如鸡兔同笼,素数,魔方阵,积分,学生成绩排序等问题),并告诉学生,我们学完这门课就可以解决以上问题,这样就容易激发学生的兴趣,他们会带着问题来学习程序设计,伴随着课程的学习及问题的逐步解决,学生获得成就感,激发他们更积极的进行学习。
3.2在制定教学培养计划中的应用
一切从实际出发是制定培养方案的出发点和落脚点。总的原则是解放思想、实事求是,结合本校的实际情况和专业的特点,创建适合本校的、具有本专业特色的培养方案。
根据应用型本科院校的实际,以培养应用型创新型人才为目标,设置了基础课、专业基础课和专业课三个层次的计算机课程,设置了软件、硬件和网络三个培养方向。在课程设置中坚持计算机基础理论和计算机实际操作紧密结合,使其既不同于以培养计算机理论人才为目标的高校,又不同于以培养职业技术人才为目标的职业学校。
按照理论和实践的关系,科学安排理论课和实验课时间,形成了平时试验、课程设计和毕业设计三位一体的实践过程。比如在程序设计教学的安排上,平时试验主要解决语法问题,课程设计主要解决算法问题,毕业设计主要解决综合应用型问题。
4结语
本文采用哲学观点分析和阐述了计算机科学与技术中存在的系统论和辩证法等规律,涵盖了计算机硬件、操作系统、程序设计语言、计算机网络与计算机发展等各方面。将上述规律应用于计算机专业的教学和培养方案的制定,取得了良好的效果。计算机科学与技术将继续迅猛发展,但万变不离其宗,采用系统论与辩证法分析计算机发展中出现的新问题、新技术仍会得到有意义的结论。
参考文献:
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[4] 陈次白,丁晟春. 浅谈计算机科学技术应用中的辩证思维[J]. 南京理工大学学报:社会科学版,2000,13(2):20-23.
[5] 赵致琢. 关于计算机科学与技术认知问题的研究简报(I,II)[J]. 计算机研究与发展,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)
关键词：实践教学；培养模式；计算机科学与技术专业；创新能力
一、背景
“十五”期间，各级各类信息化人才五年共增加2000万人，其中软件人员增加300万人，计算机人才需要每年增加100万。在我国总共664所本科学校中，有505所学校开设“计算机科学与技术”专业。2004年，“计算机科学与技术”专业在校人数接近理工科在校生总数的1/3。这一方面反映出高等教育对国家信息化建设的积极响应，另一方面也说明计算机专业建设数量大、任务重。然而，高校在扩招的同时，在计算机专业人才培养方面所面临的问题也越来越突出，主要表现在以下几个方面。
1.计算机专业本科毕业生就业困难
国家和社会对计算机专业的人才需要，必然与国家信息化的目标、进程密切相关。计算机市场在很大程度上决定着对计算机人才的层次结构、就业去向、能力与素质等方面的具体要求。计算机类毕业生就业困难的主要原因不是数量太多或质量太差，而是满足社会需求的针对性不够明确，导致了结构上的不合理。计算机人才培养应当与社会需求的金字塔结构相匹配，也应当是金字塔结构，这样才能提高金字塔各个层次学生的就业率，满足社会需求，降低企业的再培养成本。
2.高校培养模式与企业需求存在较大差距
目前，企业对素质的认识与高校通行的素质教育在内涵上有较大的差距。以学习能力为代表的发展潜力，是用人单位最关心的素质之一。企业要求人才能够学习他人长处，而目前相当一部分学生“以自我为中心、盲目自以为是”的弱点十分明显。
3.在校学生的实际动手能力亟待大幅度提高
目前计算机专业的基础理论课程比重并不小，但由于学生不了解其作用，许多教师没有将理论与实际结合的方法传授给学生，致使相当多的在校学生不重视基础理论课程的学习。为了适应信息技术的飞速发展，更有效地培养大批符合社会需求的计算机人才，全方位地加强高校计算机师资队伍建设刻不容缓。
4.计算机专业课程内容和教学模式难以与计算机发展同步
目前计算机专业的课程内容与计算机技术的发展不同步，教学模式还不够丰富，必须进行大力度的改革。学术型人才不应作为主要培养类型，而技术型和技能性人才更适合高职高专等院校。因此，地方本科院校人才培养目标应以工程型人才培养为主。从计算机科学与
技术专业的角度看，工程型人才的特征主要是把计算机科学与技术的基本原理演变为软件或硬件产品的设计、项目规划或决策。强化实践能力，注重专业知识的综合运用，提高与企业沟通的能力是这类人才培养的最佳手段。大力培养工程型人才符合地方院校特色，也符合因材施教的要求。
二、工程型人才培养模式
根据工程型人才的特征要求，本文从地方高校的角度，以郑州大学计算机专业人才培养模式为例，重点探讨计算机科学与技术专业工程型人才的培养模式。
1.教学模式概述
郑州大学多年教学中，结合地方特色，总结出了一套理论与实践相结合的培养方法，在注重计算机专业人才基本理论培养的同时，也注重实践能力的培养。教学中，采取“理论―实践―理论”循环教学模式，既注重理论教学中各门课程的相互衔接，同时将理论教学、课程实验、课程设计和论文设计看成一个整体，将它们有机结合起来，让学生不仅仅学到某门具体课程的教学内容和某种具体的开发手段，更能全面掌握整个课程体系和开发过程。实践教学中，我们建立了新的实验教学模式，设计了从“单元实验―综合实验―课程设计―开放实验室―实习基地―毕业设计”一体化的实践教学体系，以提高学生的个性化设计能力。同时，我们与企业密切联系，积极探索“产学研相结合，培养实践型人才”的新模式。
2.主动适应IT企业需求，定制企业需求的培养方案
随着IT技术的迅速发展，郑州工业园区和郑州市的IT企业也发生着巨大的变革，其人才的需求也在不断变化。因此，跟踪IT企业的发展，分析其人才需求状况，对计算机专业人才培养模式有重要参考价值。针对目前许多高校培养的本科生难以适应市场需求这一现状，郑州大学与郑州市各相关企业联合成立IT企业教学指导委员会，为郑州大学IT专业的发展提供长期的指导与支持。
3.建立新的实验教学模式，提高学生的个性化设计能力
在专业实验教学模式上，改变原有实验课中传统实验多而反映现代科学技术新成就的实验少、验证性实验多而创新实验少、实验手段上采用传统测试技术多而利用现代技术手段少的状况，建立了新的开放式实验教学模式，这是提高学生实践能力的有效手段。在具体实施中，可以把有原来固定的实验时间安排改变成灵活的实验时间安排，把原来封闭的实验项目改变成支持自主设计的实验项目，把原来的成批实验方式改变为满足学生个性化要求的实验方式。针对专业特点，可分设计算机硬件基础实验室、计算机软件基础实验室、计算机软件工程实验室、计算机多媒体基础实验室、计算机网络技术实验室、数据库实验室、信息安全实验室，以培养学生专长。
三、结束语
强化实践教学，可以让学生的实践能力和创新能力都得到显著提高。近几年来，我院学生多次在河南省程序设计及网页设计比赛中获得好的成绩，毕业生一次就业率也始终在98%以上，人才就业面也非常广。目前，在实习基地建设方面，我们在扩大实习基地范围的同时，更加注重实习基地的内涵建设，如开展“多模式校企合作培养高素质IT人才”这一课题研究，希望通过IT企业教学指导委员会、IT企业联盟等松耦型校企合作模式和共建创新实验中心、实习基地等紧密型校企合作模式等方式开展全方位、多层次的合作。同时，针对不同层次的学生、不同性质和规模的企业采取灵活多样的培养模式，既达到培养高素质、创新性人才的目的，也使企业在校企合作中得到实惠，从而达到校企双赢的目的。
[关键词]计算机；科学；技术；发展
中图分类号：TP3-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0240-01
一、计算机科学技术的发展历史
1946 年美国宾尼法尼亚大学和科研机构共同研制出 ENIAC 计算机，是世界上第一台电子计算机，标志着全球进入计算机时代。它由 1.8 万个电子管组成，体积和重量较大，计算机运算速度为五千次每秒，运算成本较高，以通信技术、核物理电子计数计数、雷达脉冲技术为基础。ENIAC 计算机主要应用于军事方面。1956 年科学家们成功研制出第二代电子计算机―晶体管电子计算机。1959 年，集成电路电子计算机的问世标志着计算机技术进入第三代。计算机的硬件由单一转为固件、软件组合系统，降低了生产成本，计算机技术发展越来越快，提升了计算机使用性能，种类也多种多样，如微型计算机、小型计算机、通用型计算机、中型计算机、大型计算机和巨型计算机等，标志着计算机科学技术趋于成熟。1976 年，计算机技术进入第四代，美国研制出小型化、智能化的计算机―“克雷 1 号”，一些个人用户和小型公司都开始使用计算机。20世纪 90 年代，计算机科学技术逐渐向大型化和微型化发展。进入 21 世纪后，随着科学家们对集成电路的研究，集成电路广泛应用到企业、工厂，计算机也随之趋于智能化、专业化，运算速度更快，操作更方便、简单，逐渐应用到社会生产的各个行业和领域。
二、计算机科学技术的发展现状
1、计算机科学技术在生活中应用广泛
在这个信息化时代，计算机网络作为人们社会生活的重要部分，已经进入千家万户。人们不用出门就可以通过计算机了解国内外新闻、天气预报资讯、股市行情、世界地图、收发电子邮件、检索信息等 ；不用逛街就可以通过互联网中的购物网站买到喜欢的东西 ；通过计算机可以与相隔较远的朋友在线聊天、视频聊天等，加强了人们之间的交流和沟通，进一步增进了友谊 ；人们可以通过计算机网络订购飞机票、火车票等，节省排队时间 ；教师可以更及时、更方便地通过计算机科学技术实现对学生的在线授课 ；动漫工作者可以使用计算机科学技术制作动漫 ；政府机关也可以通过计算机科学技术建立城市网站，及时了解市民反映的问题，并通过计算机与各个行业的工作人员在线交流 ；很多企业使用计算机来处理大量数据和信息，代替传统的人工处理，提高工作效率。计算机科学技术潜移默化地影响着人们的生产、工作和学习。
2、计算机科学技术更加智能化和专业化
计算机科学技术的快速发展和广泛应用，推动了集成电路、微电子和半导体晶体管的发展，计算机科学技术更加智能化和专业化。计算机能根据使用对象的不同需要进行改装、更新，对于有更高需求的用户可以专门定做计算机，用户可以根据使用环境的不同选择台式计算机、笔记本电脑、掌上电脑和平板电脑等。计算机科学技术在其他特殊领域也能发挥自己的优势，如智能化家用电器和智能手机，家庭式网络分布系统代替了传统的单机操作系统，满足人们的生活需求。
3、计算机的微处理器和纳米技术
微处理器能提高计算机的使用性能，缩小传统处理器芯片中的晶体管线宽和尺寸。利用光刻技术，波长更短的曝光光源经过掩膜的曝光，将晶体管在硅片上制作的更精巧，将晶体管导线制作的更细小。计算机科学技术的快速发展使计算机运算速度更快，体积更微型，操作更智能，传统的电子元件不能适应计算机的发展。纳米技术是一种用分子射程物质和单个原子的毫微技术，可以研究 0.1 ～ 100 纳米范围内的材料应用和特性。计算机科学技术中利用纳米技术，可以使计算机尺寸变小，解决运算速度和集成度的问题。
三、计算机科学技术的未来发展方向
现今，计算机科学技术的应用越来越广，人们对掌握计算机科学的技术水平要求越来越高，促使数学家和计算机学家们不断研究计算机科学技术，使计算机科学技术在各个领域、各个行业发挥更大的作用，满足了人们的不同需求。下面从 DNA 生物计算机、光计算机和量子计算机三方面来探究计算机科学技术的发展前景。
1、DNA 生物计算机
DNA 生物计算机用生物蛋白质芯片代替传统的半导体硅芯片。1994 年，美国科学家阿德勒曼率先提出关于生物计算机的设想。在计算机运算数据时，将生物DNA 碱基序列作为信息编码载体，运用分子生物学技术和控制酶，改变 DNA 碱基序列，从而反映信息，处理数据。这一设想增加了计算机操作方式，改变了传统的、单一的物理操作性质，拓宽了人们对计算机的了解视野。DNA 生物计算机元件密度比大脑神经元的密度高 100 万倍，信息数据的传递速度也比人脑思维快 100 万倍，生物计算机的蛋白质芯片存储量是传统计算机的 10 亿倍。
2001 年，以色列科学家研制出世界上第一台 DNA 生物计算机，体积较小，仅有一滴水的体积。2013 年，英国生物信息研究院的科学家们使用 DNA 碱基序列对文学家莎士比亚154首作品的音乐文件格式和相关照片进行编制，增加了储存密度，使储存密度达到2.2PB/克（1024TB=1PB），提高了人们对信息储存的认识，这一重大突破使生物计算机的设想有望成为现实。
2、光信号和光子计算机
光子计算机是一种由光子信号进行信息处理、信息存储、逻辑操作和数字运算的新型计算机。集成光路是光子计算机的基本构成部件，包括核镜、透镜和激光器。光子计算机和传统计算机相比较，有以下几点好处 ：（1） 光计算机的光子互联芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效应的影响，在自由空间将光子互联，就能提高芯片的集成密度。（2） 光子没有质量，不受介质干扰，可以在各种介质和真空中传播。（3） 光自身不带电荷，是一种电磁波，可以在自由空间中相互交叉传播，传播时各自不发生干扰。（4） 光子在导线中的传播速度更快，是电子传播速度的 1000 倍，光计算机的运算速度比传统计算机更快。
20 世纪 50 年代末，科学家提出光计算机的设想，即利用光速完成计算机运算和储存等工作。与芯片计算机相比较，光子计算机可以提高计算机运行速度。1896 年，戴维 米勒首先研制出光开关，体型较小。1990 年，贝尔实验室的光计算机工作计划正式开启。根据元器件的不同，光子计算机可以分为全光学型计算机和光电混合型计算机。全光学型计算机比光电混合型计算机运算速度快，还可以对手势、图形、语言等进行合成和识别。贝尔实验室已经成功研制出光电混合型计算机，采用的是混合型元器件。研发制作全光学型计算机的重要工作就是研制晶体管，这种晶体管与现存的光学“晶体管”不同，它能用一条光线控制另一条光线。现存的光学“晶体管”体积较大较笨拙，满足不了全光学型计算机的研发要求。
3、量子理论计算机
量子计算机将处于量子状态的原子作为计算机 CPU 和内存，处于量子状态的原子在同一时间内能处于不同位置，根据这一特性可以提高计算机处理信息的精确度，提高处理数据的运算速度，有利于数据储存。量子计算机处理信息时的基本数据单元是量子比特，取代了传统的“1”和“0”，具有极强的运算能力，运算速度比传统计算机快 10 亿倍。
四、结束语
总而言之，计算机科学技术已经涉及到社会生活的各个方面，改变了人们传统的生活、工作、学习方式，推动社会的全面发展，具有广阔发展前景的领域。随着网络和科技的不断进步，未来计算机科学技术势必会朝着高性能、环保化、功能化的方向发展。
参考文献
关键词:计算机导论;课程定位;教学内容改革
中图分类号:G642 文献标识码:B
1课程定位
“计算机导论”是学习计算机知识的入门课程,是计算机专业(包括计算机科学技术、软件工程、网络工程等专业)的核心课程之一,是计算机专业完整知识体系的绪论。通过本课程的学习,可以使学生对计算机的发展简史、计算机专业的基本知识及知识体系、计算机学科方法论及计算机专业人员应具备的能力素质和职业道德有一个基本的掌握,并了解计算机科学技术的最新进展和发展趋势。为大学四年的知识学习、能力提高、素质培养和日后的科学研究、技术开发、经营管理等工作奠定良好的知识和思维基础。
“计算机导论”教学由理论教学和实验教学组成,具有5个方面的作用:了解计算机的发展简史,激发学习兴趣和学习动力;掌握计算机的基本知识,构建专业知识体系框架;熟练掌握常用软件的操作技能并初步具备系统的组装与维护能力,提高计算机应用能力;跟踪计算机科学技术的最新进展及发展趋势,促进研究性学习;培养计算思维,强化创新意识和创新能力。
2传统教学内容的不足
近几年,大多数高校的计算机专业都开设了“计算机导论”课程,也出版了一批计算机导论教材。在内容选取和叙述上各有一定的特色,基本适应了不同学校的教学要求。但从计算机科学技术的快速发展和高素质计算机专业人才培养的需求来看,在教学内容的选取和叙述上也存在一些不足。
2.1计算机发展简史的介绍过于简单
介绍国内外计算机发展简史的目的是让学生了解计算机科学技术及软硬件产品的发展历程、生产厂商的经营策略和专家学者的重要贡献。作为计算机专业的学生,概括性地了解计算机科学技术及产品的历史发展是很有必要的,从成功的经验中启发思路,从失败的事件中汲取教训,从科学家工程师们献身科学技术的奋斗中获得力量,从而激发出学习计算机专业知识的兴趣和动力,如果这部分内容介绍过于简单,就难以达到预期目的。
2.2内容相对陈旧
“计算机导论”的教学,不但使学生了解计算机的历史发展,还应使学生跟踪到计算机科技术的最新进展和发展趋势,这对于提高教学质量和教学的有效性、提高学生的学习兴趣是非常必要的。否则,会使学生感觉教学内容落后于自己在实际生活中接触到的概念和产品,影响其学习积极性。把计算机科学技术和产品的最新进展及时融入到教学中,可以通过两个主要步骤来实现。一是教材的编写要尽可能吸收最新的内容,二是教师备课时把由于教材出版时间等因素一时不能及时写入的最新发展补充进来。
2.3不容易理解
对于计算机知识的介绍(如计算机基本组成、操作系统、计算机网络、数据库、软件工程、程序设计、数据结构、计算机安全等),有些内容介绍的太多太细太深入,而有些内容又介绍的太少太简单,各部分内容在层次和深度的把握上不平衡、在前后呼应上不协调。有的内容介绍成了相关课程的简单压缩版本,叙述方式上没有考虑大学新生的知识背景和理解能力,学生难以真正理解,不符合“计算机导论”的教学需要。这些容易使学生产生畏难情绪,影响其后续课程的学习。
3理论教学内容改革
作为计算机专业的入门性和绪论性课程,“计算机导论”的理论教学内容选取与叙述应体现6个字的特点:广、浅、新、易、趣、思。即知识面广、层次浅显、内容新颖、通俗易懂、激发兴趣和引导思考。
3.1知识面广
作为计算机专业的引导性课程,“计算机导论”要包括计算机专业知识体系和计算思维的各个主要方面。学生学完该课程,应初步具备计算机专业学生的知识素养和思维素养,对电视、互联网、报纸等日常媒体中常见的专业术语与产品有一定程度的理解或了解;初步建立起计算机专业知识体系的框架,在日后的学习逐渐丰富和完善这个框架,最后形成内容丰富翔实的完整知识体系。
基于对传统教学内容的分析,在借鉴有关文献中关于“计算机导论”内容选取的基础上,我们确定“计算机导论”教学内容包括9个部分:计算机发展简史、计算机专业知识体系、计算机组成知识、操作系统与网络知识、程序设计知识、软件开发知识、计算机系统安全知识与职业道德、计算机领域的典型问题和计算机学科方法论。这是一种全面系统的内容选取模式,每部分内容都有其独特的作用,能够较好地适应“计算机导论”的课程定位。
读史使人明智。学习计算机发展简史,可以从中吸取成功的经验和创业的启示。
计算机专业知识体系的介绍,使学生进入大学后尽快了解计算机专业学生应具备的知识结构和能力与素质要求,初步了解将要学习的主要专业课程的基本内容,重视操作技能、实践能力和创新能力的提高。
计算机组成、操作系统、计算机网络、程序设计、数据结构、编译原理、数据库、软件工程、计算机系统安全等是计算机专业的核心内容,通过对这些知识的概括性介绍,可以使学生初步建立起计算机专业知识体系的框架。
职业道德与有关计算机安全法律法规的介绍,使学生不仅要有保护自己所用计算机系统安全的意识,而且要遵守法律法规及职业道德,不做破坏他人计算机系统安全的事情。
通过对计算机领域典型问题的介绍和分析,能够使学生清楚所学课程的重要作用,了解计算机学科中一些重要问题的解决思路和方法。
学习计算机学科方法论,能够使学生更好地掌握计算机学科的本质,了解数学知识和系统科学知识在计算机学科中的重要作用,使其重视数学知识、系统科学知识的学习,有利于数学思维、系统观及计算思维的培养,既有利于大学阶段的专业知识学习和能力提高,也有利于日后从事计算机领域的相关工作。
3.2层次浅显
由于大多数刚进入大学的学生所掌握的计算机知识是非常有限的,对计算机知识的理解和思维方式还不适应,所以对每一部分内容的介绍应从宏观层面上进行,不宜深入,把握到高级科普的层次。作为导论课程,不可能把所有专业知识都讲深讲透,可以留给学生一些思考和想象的空间,这样有利于增加学生对后续课程的期待和学习兴趣。
对于计算机基本组成、操作系统、计算机网络、程序设计、数据结构、编译原理、数据库、软件工程、计算机安全等方面的知识,要结合现实应用以合适的切入点深入浅出地进行介绍,广度优先、控制难度和深度,使学生理解相关课程的基本知识及课程的作用即可,深入的、细节性的原理内容留待后续的相关课程中介绍。
基本知识的介绍要避免两种倾向,一是内容多且深入,二是内容虽少但深度不减。内容多且深入,或许是想把更多的内容告诉学生,但由于受教学时数及学生知识背景与理解能力的限制,难以达到预期效果,也没有必要,因为学生日后还要学习相关课程。内容虽少但深度不减,这或许是一种省事的做法,把相关课程的内容简单压缩后介绍给学生,最大的可能是把学生讲糊涂,还不如不开设导论课程。
3.3内容新颖
计算机科学技术的发展是迅速的,新的概念和术语不时在互联网、电视和广播等媒体中出现,新型电子产品不时推出并不断更新换代。“计算机导论”课程中介绍的内容要能反映计算机科学技术和产品的最新发展,使学生了解相关概念和术语的基本含义及新型电子产品的基本原理和功能。新颖的教学内容,才能激发学生的学习兴趣和探求原理的强烈愿望。
我们在计算机发展简史部分,从最初的手指记数一直介绍到目前世界上最先进的计算机――IBM公司研制的运算速度超过1000万亿次每秒的Roadrunner,对未来可能的生物计算机、量子计算机及光计算机也作了简要介绍。
在计算机专业知识体系部分,我们介绍了考研的最新规定。从2009年开始,计算机科学与技术一级学科(包括计算机应用技术、计算机软件与理论和计算机系统结构3个二级学科专业)的研究生入学考试,在原来政治、外语、数学全国统考的基础上,计算机学科专业基础综合也实行全国统考。计算机学科专业基础综合考试内容包括数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络。
在计算机网络部分,介绍了近几年流行的博客、网格、云计算、IP地址、域名、电子商务、电子政务、B2B、B2C、C2C等术语,并说明了Ipv6与Ipv4的主要区别。
计算机系统安全部分,在介绍计算机病毒知识的基础上,简明扼要地介绍了近几年比较流行的黑客、网络钓鱼、防火墙、入侵检测、数据加密、数字签名等术语和相关技术及产品。
其他部分也都介绍到了近几年的最新技术进展。如U盘、DDR内存、小体积大容量硬盘基于的巨磁阻效应、动画、虚拟现实、超线程技术、多核技术、Windows Vista、面向对象软件开发方法、面向对象程序设计、UML、分布式数据库、XML、数据仓库、数据挖掘、智能机器人等。
3.4通俗易懂
对教师来说,经过多年的专业知识学习和实践经验积累,“计算机导论”课程中的内容都会觉得容易理解。但是,如何才能使大学新生真正理解所介绍的内容?这需要教师对内容的叙述和讲解要深入浅出、形象生动、通俗易懂,要适合一年级大学生的知识背景和其对计算机知识的理解能力与思维方式,这是每一位教师需要思考解决的问题。教师对各部分专业知识的介绍,要以合适的角度切入,力戒成为相关课程的简单压缩(内容少而深度不减),否则学生是难以理解的,不仅导论课程的教学质量不能保证,还会使学生产生畏难情绪,影响后续相关课程的学习。
在计算机组成部分,我们简化了对计算机组成部件特性的介绍,充实或增加了一些新内容和宏观层面内容的介绍。如充实了对主板和总线功能的介绍;改写了对字符型数据及汉字的编码表示;对按层次组织文件的优点、删除文件的含义及文件恢复原理等进行了更为明晰的叙述等。
在程序设计知识部分,我们简化了对程序设计语言、数据结构、算法设计与分析和编译原理具体内容的介绍;强化了对程序设计语言发展的介绍,让学生了解机器语言、汇编语言、高级语言、结构化程序设计语言、面向对象程序设计语言、可视化程序设计语言、人工智能程序设计语言的不同特点及各自的适用领域;强化了对程序设计语言、数据结构、算法设计与分析和编译原理知识在培养程序设计能力上各自所起作用的介绍,为今后更好地学习掌握这些知识作出铺垫。
在软件开发知识部分,我们简化了对有数据库与软件工程具体内容的介绍,概括性地介绍数据库和软件工程的知识,使学生在刚入门计算机专业时,就认识到数据库技术在软件(特别是应用面最广的信息处理类软件)开发中的作用,认识到开发大型软件只有好的程序设计能力是不够的,要有科学的软件开发方法指导才能高效率地开发出高质量的中大规模软件。
3.5激发兴趣
“计算机导论”课程总的作用是把学生引入计算机科学技术的殿堂,即起引导入门的作用。如果通过本课程的学习,能够激发起学生对计算机专业知识的兴趣,该课程内容的选取和教学就是成功的,有了兴趣才能更主动地学习,才能把后续课程学好。一些学生报考计算机专业是出于自身的兴趣,但更多的学生可能是考虑到就业或受家长、亲友的影响才选学的计算机专业,通过计算机导论课程培养这些同学对计算机专业的兴趣尤为重要。
在计算机发展简史部分,我们介绍了计算机领域著名的公司和科学家,包括计算机之父――图灵和冯• 诺伊曼、ACM图灵奖获得者、IEEE-CS计算机先驱奖获得者及国内计算机领域的国家最高科学技术奖获得者。著名公司的发展历史及杰出科学家们的工作给有志于在计算机领域成就一番事业的计算机专业学生很好的激励作用。
各主要知识领域主要是介绍其发展历程一直到最新进展并与实际应用相联系,这也能很好地激发学生的学习兴趣。如操作系统的发展历史就是逐步想办法提高系统资源利用率的历史,软件开发方法就是在开发大型软件的实践过程中不断总结出来的,互联网的接入方式是随网络技术和产品的不断发展而变化的。
3.6引导思考
本课程不只是让学生学习了解一些基本的计算机专业知识,更重要的是引导学生思考一些问题,为学好后续课程奠定基础。大学学习生活的一个重要特点是研究性学习,研究性学习需要学生独立思考,自己找需要解决的问题,自己想解决问题的方法。在传统习题的基础上,设置一些思考题,引导学生进一步阅读有关文献,对一些问题进行较为深入的思考和探讨。
在计算机发展简史部分,无论是计算机软硬件产品的研制技术路线,还是公司的经营策略,都有成功的经验和失败的教训。在计算机领域的典型问题部分,我们特别指明了算法设计与分析的作用,一些理论上可行的算法在实际上可能是不可行的,需要设计出实际可行的代替算法;对于计算机智能,介绍了目前的各种主要的不同观点;在计算机学科方法论部分,我们讲解了学科的3个过程、12个核心概念以及数学方法与系统科学方法如何与后续课程的学习联系起来。以上这些问题都需要很好地思考。
4实验教学内容改革
“计算机导论”课程的5个要求之一是:熟练掌握常用软件的操作技能并初步具备系统的组装与维护能力,提高计算机应用能力。这个需要通过实验教学来实现。虽然可选的“计算机导论”理论教学教材比较多,但相对来说专门的“计算机导论”实验教材比较少,有些是把理论教学内容与实验教学内容安排在一本书中,有些是选用非计算机专业的计算机应用基础类实验教材。这样的实验教学偏重于常用软件(Windows、Word、Excel、PowerPoint等)的操作使用,而对计算机的基本组成、网络连接、病毒查杀、软件的安装与卸载等有关计算机系统的组装与维护内容的介绍比较少,甚至没有。课程学完以后,计算机专业学生所掌握的操作技能和非计算机专业学生没有什么明显的区别,体现不出计算机专业学生应具有的专业特点。
“计算机导论”的实验教学内容要突出专业特色,学生除熟练掌握常用软件的操作技能外,还要初步掌握计算机系统的组装和维护能力(真正打开机箱观察过计算机各组成部件的学生并不多),如计算机的拆卸与组装、网络连接、环境配置、软件的安装与卸载、计算机病毒的查杀等能力。除此之外,还可以安排一些有关程序设计、数据结构和数据库的实验题目,供学生在实验室的开放时间选做。通过实验教学,不仅能使学生熟练掌握常用软件的操作技能,初步具备计算机系统的组装与维护能力,还能加深对计算机组成、操作系统、计算机网络、计算机系统安全等相关理论知识的理解。
当然,也要注意计算机系统的组装与维护的实验内容的难度与深度,毕竟是刚入学的学生,以要求初步具备相关知识和技能为好,更深入的知识学习和技能练习可以在后续课程的学习或实践中逐渐要求其掌握。
5总结
本文在分析“计算机导论”的课程定位与传统教学内容的基础上,讨论了“计算机导论”的教学内容改革。“计算机导论”包括的内容是非常广泛的,几乎包括了计算机科学技术的各个主要方面,目的是使学生对计算机专业有一个总体性的了解和认识,建立一个基本的框架性的计算机专业知识体系,以后通过每门课程的深入学习逐渐丰富和充实这个体系。为符合刚入学大学生在计算机领域的知识背景和理解能力,对每部分内容的介绍要浅显,要适当掌握深度,着眼于基本内容的讲解,为以后的深入学习起一个引导和铺垫作用。各部分内容既要介绍历史由来,也要尽量介绍到最新发展,这样便于学生了解计算机科学技术的最新发展,激发其学习兴趣和创新意识。
参考文献:
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