计算机科学的研究方向范文

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篇1

关键词：案例导向 计算机导论 教学方法

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0166-01

《计算机导论》是高等学校计算机科学与技术相关专业本科新生的首门必修专业课，也是学生学习其它计算机专业知识的先导课。该课程担负着系统、全面地介绍计算机科学技术基础知识，培养学生学习计算机的兴趣和热情，提高学生综合素质和创新能力的重任[1]。通过对《计算机导论》课程的学习，学生对计算机专业的所学内容有了全局的、概貌性的认识，为以后各门专业课程的学习奠定了基础[2]。同时，该课程也是对新生的一次具体而详尽的专业思想教育[3]。目前，《计算机导论》课程教学中存在着教学方法和教学手段落后等问题，对其进行改革和完善非常必要。

1 教学目标与内容

《计算机导论》课程的教学目标是使学生通过对本课程的学习了解计算机系统的基础知识，掌握基本的计算机操作技术，培养学生对计算机专业的学习兴趣，理解学习计算机专业主干课程的重要性，了解职业前景与职业要求，力求使学生对计算机专业及其后续课程的学习有一个整体上的认识，为今后在各自的专业中对计算机的使用打下坚实的基础。

《计算机导论》是将计算机基础理论与应用操作相结合的课程，其中教学内容要紧密联系教学目标，重视对学生综合素质培养的要求，将理论知识和实践操作相结合。虽然其课程内容涉及到计算机科学的各个方面，但重点描绘体系框架，奠定知识基础，为今后的深入学习做好准备。具体来说，该课程主要讲述计算机的基础知识、计算机硬件系统、计算机软件系统、数据通信与计算机网络、数据表示方法等方面的内容。

2 教学中存在的问题

《计算机导论》课程涉及的知识面广，且大部分是学生首次接触到的内容，教学中容易使学生感觉学习的内容抽象，过程枯燥，进而影响其学习的积极性，以至达不到良好的教学效果。究其原因有以下几点。

（1）传统教学方式和理念缺乏创新。当前的《计算机导论》课程教学以知识的传授为主，学生往往只能被动地接收教学信息。教学中没有结合本课程的特点进行教学手段的创新，同时也缺少对学生学习能力的培养。落后的教学方式和理念，不但无法实现教学目标，也会对今后其它计算机专业课程的学习带来不利影响。

（2）没有结合学生的不同起点进行教学。《计算机导论》课程教授的对象是刚刚迈入大学校园的新生，由于进入大学前所接受的教育环境不一样，学生对计算机的认识程度也参差不齐，如果仍然采取传统的课堂讲授方法，将很难达到预期的教学效果。

（3）教学中多媒体技术的应用水平较低。当前，多媒体技术在课堂教学中被广泛采用，通过对图文声像的综合展示，提高了课堂教学的效率。但是我们也应该看到，大部分多媒体课件采用PPT模版制作，内容设计流于形式，交互性不佳，无法实现师生双向的沟通，从而使得学生缺乏学习的主动性和积极性。

（4）实验与理论教学脱节。某些地方将《计算机导论》实验课与《计算机基础》公共课实验归为一类，只练习基本的Windows和Office软件操作，这和《计算机导论》的理论教学内容存在严重脱节，使得学生所学的理论内容无法得到有效的操作实践。

3 案例导向的教学方法

在《计算机导论》的课堂教学中，传统教学方法通常先提出概念，然后再对其进行解释说明，无法对每个问题进行深入系统的讲解，对教学内容的深度和广度都难以把握，容易使计算机知识的介绍成为各自独立、互不相关的内容。要改变这种现状，可以选择采用案例导向的方法来组织教学。

案例导向的教学方法是指根据教学目标的要求，组织学生通过实际案例的分析、讨论和操作实践，指导学生综合各方面知识来分析和解决实际问题的自主探究性学习方法。在《计算机导论》的课程中采用案例导向的教学方法，能够产生良好的教学效果，具体有以下几个方面。

（1）能培养学生采用创新思维解决问题的能力。教师应尽可能选择与学生的学习生活关系密切的案例，例如通过组装学生个人电脑的案例来让学生了解计算机硬件系统，能够加深学生对所学计算机相关知识的理解和掌握。案例的讨论分析不是要得到一个标准答案，恰恰相反，这里并没有所谓的标准答案，学生可以从实际应用的角度全面而熟练地掌握所学知识，进一步提高解决实际问题的能力。

（2）能培养学生对所学计算机专业课程的整体认识度。通过将计算机领域的多种知识融合入案例，可以让学生在进入相关专业课学习之前对整个教学体系有一个全面的认识，了解它们之间的关联与作用，系统地掌握计算机科学与技术方法论，并将其贯穿于大学四年的专业课学习当中，从而真正实现《计算机导论》课程的教学目标。

（3）能有效提高学生的学习兴趣和积极性。在案例导向的教学方法中，教师是组织者，学生是参与者，课堂教学过程变成一项师生共同参与交互的有趣活动。通过对案例的讲解与分析，学生会自然而然地开始自主的学习与探究。在交互式的教学活动中所产生的强烈兴趣能够使学生比在采用传统教学法的课堂上更加积极和认真，从而提高教学效果。

4 结语

《计算机导论》是高校计算机科学与技术专业的先导必修课，对于培养学生对计算机的兴趣，提高学生的综合创新能力起到重要作用。针对当前《计算机导论》课程教学中存在的教学方法及手段落后的问题，采用案例导向的教学方法对其进行改革和完善，在实际教学中可以取得良好的效果。

参考文献

[1] 孙兆豪，黄文艳.“计算机科学导论”双语教学的探讨和改革[J].计算机教育，2008（5）：11-13.

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【关键词】计算机；应用型人才；培养模式；问题；改进

计算机科学类应用型人才培养模式应当突出人才培养的应用型、技术型、创新型特色，强调采用最新的计算机技术平台和先进的教学手段，培养具备优秀的职业素质、扎实的计算机专业理论知识、良好的计算机软硬件设计与实现能力、交流与组织协调能力、国际竞争参与能力和创新能力的计算机科学专业应用型技术人才。然而，在计算机科学类人才培养模式中，不同程度地存在一些问题，需要研究改进。

一、应用型计算机科学类人才培养模式存在问题

（一）课程体系与社会现实脱节。传统教育模式过分强调理论知识传承的系统与完整，而忽视实践能力和创新能力的培养，这样的人才培养模式与社会对应用型人才的需求产生严重脱节。计算机科学技术的快速发展，新的技术不断出现，以学科为本位的学术化课程结构和教学形式更是难以适应本科应用型人才的培养。作为高等学校的计算机科学类专业的人才培养模式也应该不断进行改革修订，以适应社会对计算机科学类多样性人才的需求。既要重视理论知识教学，更要突出实践环节教学；突出基础理论教学的应用部分，培养学生独立分析和解决问题的能力；专业核心课程强调专业基础性，努力拓宽学生的专业知识；专业方向课程，按学科方向划分模块，结合地方产业结构对人才的需求，加大实践实验环节比例，强化动手能力、应用能力。

（二）实践教学环节弱化。现行教学模式是重视系统理论知识的讲授，而轻视实践教学环节；强调对基础理论知识教学，对应用性较强的专业课程重视不足。因此，开展应用型人才培养，必须在学生的教育教学模式上进行改革，要根据学生特点研究教育教学方法，激发学生的主体意识，促进学生成才。结合地方产业结构对人才的需求，加大实践实验环节比例，强化动手能力、应用能力。改变以系统知识传授为核心的传统教学模式，研究参与式、启发式、讨论式等教学互动型模式，探讨案例教学法、实地考察法、项目训练法和双语教学法等教学模式。

（三）学生应用能力不强。造成计算机科学类人才紧缺与高校计算机类专业就业率下滑的矛盾，主要原因是当前高等院校在人才培养目标的定位上缺乏清晰定位，人才培养模式落后于社会经济的发展需求。培养的人才在知识基础、能力水平和专业素质要求上基本相同，趋向于理论型。研究型人才培养；在人才培养规格、层次和类型上区分度不高，缺乏特色；各种层次的大学培养目标差别很小，致使全国同一专业培养目标基本相同，从而导致人才培养在整体结构上“千校一面”。上述情况在计算机科学类人才培养方面表现为：重点高校、普通高校，高职类人才培养模式大同小异，重视理论教学，忽视实践应用，难以满足国家和地方经济发展需求。

二、改进应用型计算机科学类人才培养的建议

应用性人才的培养主要是根据社会对人才的需求，调整人才培养的课程体系和教学模式。加强学校和IT企业之间的交流与合作，开展以应用性为特色的课程、教材、基地等方面的校企合作建设，保证人才培养的先进性。如何实现企业实习和专业实训各环节紧密结合，如何加强应用型师资队伍的建设，是核心问题。

（一）建立应用型人才培养课程体系。大学计算机科学与技术专业的课程体系中，整个培养过程可以分为三个部分：通识课程教育、专业课程教育、专业技能教育。通用课程是指通识教育课程，主要由一些素质类课程和工具类课程组成，重点是培养计算机应用人才应该具备的基本素质和基本能力。专业教育课程又称专业基础课程，主要是由专业原理性知识构成的课程。其中包含软件基础课程群、硬件基础课程群、理论基础课程群、智能基础课程群等。专业技能教育是学生必须掌握的本专业社会所需要的技能、技术等应用能力。可以根据社会对计算机科学类人才的不同需求设置不同专业方向，满足学生的不同需求，学生选修课程时可以跨专业方向学习自己感兴趣的课程。这样新的人才培养课程体系，兼顾计算机科学类课程的完整知识架构，也充分考虑了社会对计算机科学类人才的需求。

（二）加强实践教学的研究与落实。根据课程教学内容，每一门专业课程要设置综合性实验和课程设计。针对课程模块群，设置复杂的综合性设计，综合运用多门课程的知识来完成。专业实习能够使学生直接接触专业的生产实践活动，让学生在真实的工作环境中综合而创造性地运用所学的知识和技能来完成具体的工作任务。改革毕业实习和实习实训的要求，增加学生掌握的知识与IT企业对人才需求的衔接，全面加强学生综合运用专业技能的实践能力。

（三）加强应用型教学师资队伍建设。通过校企合作培养，了解企业对应用型人才的需求，探索学校培养人才和企业使用人才的无缝对接方式。加强学校和IT企业之间的交流与合作、开展以应用型为特色的专业、课程、教材、基地等方面的建设研究；切换教师的双重角色，建立双师制――通过教师进IT企业锻炼、聘请企业技术人员作为兼职教师等方式，保持人才培养的灵活性；突出教师对专业应用能力的掌握，把理论、技术及应用结合起来，培养社会最紧需的应用型人才。

参考文献

[1] 潘海妹.计算机应用基础教学改革初探[J].装备制造技术，2012（2）.

[2] 曹庆旭.基于工作过程导向的《计算机应用基础》课程教学改革的探索与实践[J].中国成人教育，2009（13）.

[3] 谢延红.C语言程序设计公共课教学模式改革与实践[J].计算机时代，2010（11）.

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关键词：计算科学 计算机科研 计算工具

理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。

据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。

首先，先谈谈关于计算科学与计算机发展。

第一，计算的本质以及远古的计算工具。抽象地说, 所谓计算, 就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理, 那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子, 而g为含意相同的中文句子, 那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串) 开始, 一步一步地改变符号(串) , 经过有限步骤, 最后得到一个满足预先规定的符号(串) 的变换过程。

从类型上讲, 计算主要有两大类:：数值计算和符号推导。随着数学的不断发展, 还可能出现新的计算类型。早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

第二，近代计算系统与电动计算机和电子计算机。近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器, 并风行全世界。

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

第三，摩尔定律与计算的极限。人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果――造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的, 因此, 传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米), 此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律――牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。所有的美妙都是彼此联系和有意义的

第四，量子计算系统。量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力。不仅如此, 量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质, 把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

再次，关于理论计算机科学研究提速

据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。

第一，理论研究科学深厚的科学意义和具备丰富的应用功能。理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。直到2004年,计算机理论学界大师姚期智从任教多年的普林斯顿大学回归清华大学时，才算刚刚起步。

微软亚洲研究院院长沈向洋认为，理论研究组的意义在于，从科研角度来讲，理论相当于底层的基础支撑，丰富的、有深度的、坚实的理论资源将使基础研发走得更快更远。他表示，对于微软亚洲研究院来说，促进地区整体科研实力的提高是其使命之一。理论研究组的成立，除了为研究院其他组的研究以及微软产品的研发做好坚实的理论储备，进一步促进研究院的发展和创新外，还希望能和清华大学等科研院所一道促进理论计算机科学在中国的研究与发展。

第二，理论计算机科学研究的机会与挑战。理论计算机科学怎样才能够做出一些突破性的研究，让中国信息科学的研究更上一层楼，姚期智院士举了两个例子：

其一点，有些问题是效率问题，譬如互联网的搜索就能得益于理论计算机科学的发展。互联网是一个很大的图形，在这个图形里面所做的事情，基本上是理论计算机科学里面所包含的问题，如果能在算法上进行改进的话，就能在科学、时间、商业上取得非常大的效果，从而发挥强大的效益。

另一点，有些问题，不单是效率问题，而是能不能够做到的问题。譬如安全，在过去30年的研究里，大家公认的在信息安全、网络安全方面，没有一个好的理论框架和基础，不可能做到绝对安全，完全避免黑客的攻击。因此，必须在理论发展的基础上去保证各种信息的安全。

未来可能会从两个方面解决摩尔定律的极限问题：一方面是计算机的硬件，譬如说量子计算机；另一方面是计算机的软件。

综上所述，如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：“计算工具不断发展-整体思维能力的不断增强-公理系统的不断扩大-旧的神谕被解决-新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。如果我们用最好的方法，写的软件程序能够比现在更有效率的话，计算能力本身就会帮我们做许多现在无法做到的事情。

参考文献：

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press.

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关键词：计算机科学；应用；领域分析

中图分类号：G623文献标识码： A

前言

伴随计算机科学的快速发展，其广泛应用于较多行业领域，生产制造以及科学研究整体水平逐步变成反映国家科技含量的重要标准。计算机科学不但有效提升了社会生产效率以及工作质量，同时全面推进我国向着发达强大的方向进一步发展。基于其影响到我国的快速发展计划，为此对计算机科学的现代化应用研究尤为必要。主要目标在于可明确该项技术在社会现代化建设发展进程中发挥的作用，进而科学应用于未来研究开发项目中，最终可令人们明确其发展现状并深化研究，推进科学技术的不断发展与提升。当前，社会已经迈入了高速发展时期，人们在注重质量的基础上也在追求提升生产效率。毋庸置疑，计算机科学在较多行业承担重要角色，其现代化应用研究持续推进各行业发展迎来了春天。然而基于我国国情决定，仍旧处在初级发展时期，计算机科学为一类高端新型的手段，因而在我国发展阶段中包含一定缺陷，并会受到阻碍影响。该类问题对我国现代化社会建设发展形成抑制作用，因此需要我们有效应对处理。

一、计算机科学应用领域的现状

受到特殊的历史因素影响，我国的经济和科技起步较晚，西方国家经过工业革命，进入到工业时期，我国还处于自然经济阶段，而西方国家通过科技革命进入信息时代，我国才发展自己的工业，因此现在我国使用的计算机设备和技术，基本都是国外的公司开发的，近些年随着国家的重视，出台了一些优惠政策，鼓励和扶持我国计算机产业的发展。由于计算机的使用，可以在很大程度上提高工作的效率，对于企业用户来说，具有非常重要的作用，对于个人用户来说，计算机可以极大的丰富人们的业余生活，近些年互联网的应用，进一步促进了计算机的应用，据最新的统计调查表明，我国的网民数量已经超过了6亿，从中可以看出，我国计算机用户的数量非常多。为了更好的使用计算机科学，很多企业都进行了相应的改革，一些企业甚至提出了无纸化办公的理念，很多人相信，在不久的将来，这个理念就可以实现，但是通过实际的调查发现，由于我国使用计算机的时间较短，对计算机科学的研究较少，在使用过程中依然存在一些问题，影响了计算机的应用效果。

二、计算机科学应用包含的问题

当前，我国计算机科学现代化应用探究阶段中存在的问题主要包含下述几个方面。首先较多应用计算机的单位没能真正明确合理的应用措施，包含漏用、乱用问题。例如工作人员基于对计算机应用管理手段掌握的不牢固、不熟练，令较多控制设施以及计算机内部程序受到了不良损坏。另外，还欠缺相应的法律管理以及文明监督工作条例，形成了较多机密信息被不良盗用的问题，令社会危害大大增加。例如，黑客应用计算机病毒入侵商业电脑之中，进而对社会稳定性形成了破坏影响。计算机科学的飞速发展引起了网络时代的发展革命，同时也为不法分子创造了可乘之机。例如一些网络即时通讯工具被不法分子利用，令受骗上当的案例屡见不鲜，大众财富安全不良受损。当前仍旧没能创建形成行业的科学发展系统，而是显现出较为混乱的应用探究格局。例如当前我国计算机开发研究类别多样，同时应用探究市场极为庞大，构成了各自单独的竞争发展态势，很明显该现象对行业统一发展极为不利，无法构成优质的发展建设环境。

三、提高计算机科学应用效果的措施

（1）、使用先进的软件

从前面的分析可以看出，使用软件的情况，可以在很大程度上影响计算机应用的效果，尤其是随着计算机应用领域的增加，在不同的领域中，所采用的软件具有很大的差异，在这种背景下，采用具有相应功能的先进软件，可以极大的提高应用的效果，如在实际的机械设计中，采用一些CAD等设计软件，就可以在计算机中操作，与传统的纸质画图相比，设计的效率要提高很多。通过实际的调查可以知道，根据实际应用的需要，每个软件公司都会针对性的推出一些软件，不同软件都具有自身的特点，在实际应用的过程中，采用不同的软件，应用的效果也具有一定的差异，但是一些先进的软件，需要付费购买后才能使用，因此很多企业出于成本上的考虑，会选择一些功能较少的免费软件，在很大程度上影响了应用的效果。

（2）、提高操作人员的素质

影响计算机科学应用效果的因素主要有两个，分别是计算机自身的性能，以及操作人员的素质，如果操作人员能够具有足够的专业素质，必然能够提高应用的效果，但是通过实际的调查可以知道，受到我国教育水平的限制，操作人员自身的水平较低，尤其是一些传统的企业，人员没有受到最新的教育，无法正常的操作计算机。要想很好的解决这个问题，在招聘新的员工时，应该提高相应的标准，对于一些老员工，可以采取定期培训的方式，通过系统的组织员工学习，来提高其自身的素质，在实际的学习过程中，应该聘请一些具有实践经验的老员工来讲解，在讲解理论知识的同时，可以拿出一些实际的软件，演示工作中如何操作软件，这样才能够最大程度上提高计算机科学应用的效果。

四、结语

总而言之，在计算机科学的应用过程中，人们的生活发生着天翻地覆的改变。而我国受到特殊的历史因素影响，计算机应用的时间较短，计算机科学的水平较低。为推进计算机科学的全面发展，我们只有针对其应用状况、现实特征，制定科学有效的实践工作策略，明确未来发展研究方向。要想提高我国自身的计算机研究水平，必须对其应用的领域和应用效果进行分析，随着近年来计算机软件的发展，根据不同领域的需要，人们针对性的开发了具有相应功能的软件，如果操作人员能够具有足够的专业素质，同时采用性能先进的软件，就可以极大的提高应用的效果。

参考文献

[1]马忠锋，计算机应用的现状与计算机的发展趋势[J].黑龙江科技信息，2011(07)：78

[2]何稳，高晓莉，秦磊，贾瑞刚.计算机科学前沿热点及发展趋势[J].中国集体经济，2011(22)：170

[3]余江，浅谈我国计算机应用发展的回顾与展望[J].信息与电脑(理论版)，2010(04)：194

[4]梁超燕.计算机网络在经济建设中的作用[J].中国新技术新产品,2011(10).

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一、信息技术相关专业实践教学的目前现状

信息技术相关专业课程的实验内容相对基础，各门课程的综合型实验数量不多，单门课程的实验相对独立，学生的实践教学环节的专业知识面相对狭窄。通常包括硬件设计、软件设计、系统开发等几个方面。目前，高校中“软件的学生不懂硬件，硬件的学生对软件不屑”这一现象特别突出。打破常规的实践教学理念，将相关专业的实践课程进行协同教学改革，多方共同参与同一个综合实践项目。为了进行信息技术相关专业实践教学综合改革，我们对信息技术专业各实践教学进行了相关性分析，这种综合教学改革是非常可行的。如表1。

二、多专业协同实践教学改革的内容

多专业协同实践教学改革以信息技术最新发展方向为切入点。目前，嵌入式系统、物联网、3D打印技术、机器人等相关课程，都涉及硬件、软件及系统，相关项目也是非常多，这些课程实践教学内容也非常丰富，适合引入到实践教学中。如图1，嵌入式系统设计的项目中，硬件层中包含主板电路板设计，嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、Flash等）选择，接口芯片的选择，CPLD/FPGA设计等，就构成了一个嵌入式核心控制模块。在这部分的设计中，与电子信息工程和自动化控制专业的一些课程相关，比如：电路设计与仿真、单片机与接口技术、传感器技术、嵌入式系统开发、CPLD/FPGA设计、硬件测试技术等。硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层，它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。这部分内容主要包括：BootLoader的移植、操作系统的选择与裁剪等，这部分与自动控制底层设计有很大的关系，对于硬件知识需要一定的了解。同时，也与计算机科学与技术和软件专业的课程相关，比如：操作系统、数据结构、编程语言等。应用软件层设计部分，主要是基于嵌入式硬件系统和嵌入式操作系统之上开发的应用程序。相关的应用软件一般包括管理系统、控制系统、监控系统、图形界面、游戏、网络程序等。这部分项目设计与计算机科学与技术、软件工程、自动控制等专业相关，相关的课程有：软件工程、算法分析与设计、软件测试技术、语言开发、数据库技术、计算机网络等。

三、结束语

高校是培养创新创业型人才的综合平台，结合课程体系改革、实践基地创建等工作促进信息技术创新型人才的培养。加强实践教学有利于创新人才的培养，实践教学改革是高校教学改革的一个重要组成部分。通过信息技术相关专业协同实践教学，有利于培养学生的对信息技术软件、硬件及系统的项目整体意识，有利于培养学生的协助精神，有利于培养学生的系统级项目研发能力。

作者:王振华 洪泓 张玉清 单位:中国地质大学

参考文献：

[1]何红旗,常瑞,张有为,等.计算机硬件类课程实践教学的困境与思考[J].计算机教育,2016,(2).

[2]王志英,周兴社,袁春风,等.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育,2013,(09).

[3]温柳英,冯丹,王世元.计算机硬件类实验教学改革探索[J].实验科学与技术,2011,(01).

[4]盛建伦,巩玉玺,刘淑霞,等.计算机专业硬件基础课程实验教学体系的研究[J].实验室研究与探索,2013,(10).

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关键词计算机；科学与技术；发展趋势

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号1674-6708（2016）159-0085-03

计算机科学与技术是当前社会各界高度关注的内容，不仅许多盈利性企事业单位对计算机科学与技术的关注度较高，一些社会团体也迫切需要通过计算机科学与技术进行发展环境的改良，因此，很多社会团队都加强了对计算机科学与技术的关注。

1分析计算机科学与技术发展趋势的重要意义

电子计算机的出现很大程度上改变了20世纪40年代以来的人类生活状态，早在计算机技术诞生之初，人类就已经进入了信息化时代。当前，计算机技术广泛存在与人类社会的各个领域，能够使用计算机技术对原有的工作形态进行替代，就能够很大程度上提升计算机技术的应用水平[1]。在当前计算机技术不断发展完善的时代背景下，计算机技术下一步该如何发展是社会各界高度关注的问题。总的来看，计算机设备的发展趋势必须同人类的发展需要相适应，既要保证计算机的服务性能逐步提高，也要保证计算机的使用便捷程度越来于强，还要使计算机技术能够在更加广阔的范围内对人类生活形成积极影响，因此，在计算机技术发展速度较快的情况下，对计算机科学和技术的发展趋势进行研究，是提升计算机技术发展质量的重要工作。

2当前计算机科学与技术的发展现状

2.1计算机科学与技术很大程度上提高了社会发展质量

随着计算机科学与技术的快速发展，我国社会的很多领域使用计算机设备进行了工作方式的改良，并取得了良好的效果[2]。目前，电子计算机是我国公民生活的必备物品，不仅在具备盈利性质的工作领域需要进行计算机的操作，在生活休闲领域也很大程度上需要依靠计算机技术进行生活水平的提升。因此，将计算机技术更好的应用于生活的各个领域，可以使人们的生活质量得到较大的提高。另外，计算机科学技术的发展使得很多工作环境得到了改变，仅仅在计算机运行速度的提高方面，许多公司大量资料的管理效率和管理质量就得到了较大程度的增强。另外，计算机科学技术的发展也使得我国社会的精神娱乐活动得到了较大程度的改良，目前，电子游戏已经广泛的存在于人们生活的各个领域，并很大程度上改善着人们的精神娱乐生活。在计算机科学技术不断发展的背景下，社会各界对计算机科学技术的改良获得了较大程度的认同，人们在计算机的影响下转变了生活的方式，使得社会的精神文明等级不断的得到发展完善。另外，计算机技术在人性化建设方面处于较高的等级，很多新兴技术不仅对一些社会事业进行了工作效率的改良，也从人类生活习惯的角度出发，对提升人类生活质量的机制进行了构建，使得当前社会的人们更加喜爱使用计算机技术进行生活水平的提升。计算机设备的整体体积较小，在运行的过程中也具有较为便捷的特点，因此，计算机技术在提升人们生活便捷性的同时，不会为人们的生活带来较大的负担。计算机技术长期以来处于较快的发展阶段，早在70年前，计算机就已经诞生，最初的计算机设备尚且需要通过电子管技术进行基础性运作，但是，在短短几十年的发展过程中，计算机设备不仅很大程度上缩小的体积，也使得计算机的运行效率得到了较大程度的提高，计算机的功能也更加丰富多样，因此，在计算机科学与技术已经较为成熟的背景下，计算机设备在我国社会发挥了较为重要的积极影响。

2.2计算机科学技术发展引发了一些社会问题

虽然计算机技术是20世纪人类的一项伟大发明，但是，计算机科学与技术的发展还是对人类社会构成了一定的负面影响。计算机技术带来的安全性问题就是计算机技术的主要负面影响之一[3]。例如，计算机网络病毒的出现使得很多计算机设备遭受了严重的威胁，而一些对计算机技术形成依赖的产业，一旦受到计算机病毒的威胁，将很容易出现产业发展质量受损，进而导致很多社会事务不能按照既定的方案进行实现。另外，计算机技术具有较强的复杂性，一旦技术当中的某一细节出现错误，将会在很短的时间内将问题进行扩展，使更多的计算机设备受到不良影响，因此，计算机设备在技术层面的漏洞存在较大的脆弱性，如果遭到网络病毒等因素的影响，将会在很大的社会范围内产生不良影响。

2.3计算机科学技术正处在规范方案的完善阶段

良好的规划设计是提升计算机科学技术发展质量的重要因素，目前，我国的计算机科学技术发展规划方案正处在快速完善的阶段。我国的计算机技术发展方案科学的进行了重要等级的划分，首先，计算机技术需要让步于公共安全事务，任何高科技手段只有在正义的掌握之中才能更好的为人类服务。因此，我国的计算机科学技术需要首先服务于国防事业和公安事业，促进我国社会的公平正义，使我国公民生活在更加安全和谐的环境当中。另外，计算机技术需要服务于关系到国计民生的重大事业当中，尤其在我国经济发展的重要领域，目前已经加强了对计算机科学技术的关注，并对计算机科学技术的发展方案进行了完善，使得我国经济的发展可以得到技术层面的保障，提升我国社会的和谐等级。另外，我国很多规划机构对计算机技术的突出价值进行了分析，并对计算机不同性能的社会影响进行了全面的研究，根据当前我国社会发展的需要，对计算机技术的后续发展方案进行了科学的设计，使计算机设备可以更好的结合现有的各项功能提升社会服务等级。另外，我国在计算机软件和硬件开发领域已经进行了高水平的规划设计，使计算机技术的发展能够借助世界范围内的技术发展情况进行技术应用水平的提升，使计算机技术能够更大程度上提升对社会的积极影响力。

3计算机科学与技术的主要发展趋势

3.1巨型计算机的发展和使用

首先，进行计算机科学技术研究的人员，需要加强对计算机的优势分析，充分了解到计算机技术的高效便捷是计算机技术的主要优势，并从在这一思维出发，对计算机技术的具体发展路径进行科学的规划。要将巨型计算机作为提升计算机技术社会价值的重要研究方向，巨型计算机相比于普通计算机具有更加强大的运算能力，能够在短时间内对大量的信息数据进行处理，并保证处理的准确性。巨型计算机还拥有较强的信息储存功能，在保证信息资源储存安全性和完整性的同时，不会使存储设备占据较大的体积空间，使巨型计算机能够更好的使用于档案管理等涉及到较大信息资源的领域。目前，已经掌握的巨型计算机技术已经可以在一秒的时间内进行百亿次以上的运算，因此，巨型计算机完全可以胜任艺术领域和尖端科技领域的信息存储工作。另外，巨型计算机的内存容量较大，能够保持在百兆字节以上，因此，巨型计算机在气相领域和地质领域能够得到较为广泛的应用。巨型计算机的发展正处于快速阶段，大量的市场需求使得巨型计算机的技术研发获得了大量的利益驱动，因此，巨型计算机的发展必定在短时间内替代传统形式的计算机，并在许多重要的社会领域发挥建设性作用。另外，巨型计算机技术的发展也会很大程度上带动传统计算机技术的发展，使更大社会范围内的事业得到计算机技术的支持。

3.2智能型计算机的发展和使用

目前，智能型计算机的技术正处在快速发展的过程中，智能型计算机最突出的优势是具备平行处理技术，因此，智能型计算机不仅能够对传统计算机的优势进行保留，还能够在相同的时间内对多个信息指令进行高效的处理。另外，智能型计算机拥有较强的数据分析能力，能够在固定的时间内使用多个信息处理机制对信息资源实施高效处置，使信息资源的处理效率能够实现成倍增长。另外，智能型计算机虽然进行多种信息资源的操作，但是，并不会由于信息处理渠道的增加而产生数据处理时间的延长。因此，智能型计算机目前已经受到了我国尖端科技领域的高度重视，并且将智能型计算机的技术使用于复杂信息资源的管理领域，使大量的信息资源可以更加高质量的完成推演和分析，降低尖端科技领域的信息管理成本。另外，智能型计算机在常规服务方面具有较强的人性化特点，因为智能型计算机的设计理念方面同人类大脑有着较为相似的设计意图，使得现有的智能型计算机的服务性能更加贴近人类生活和发展的需求，因此智能型计算机相比于普通形式的计算机拥有较强的人性化特点，在人性化需求较为强烈的社会环境中，依然具备较大的发展空间。

3.3量子计算机的发展和使用

量子计算机科学的运用了量子力学的科学原理对计算机的应用技术进行了改良，使得计算机在处理大量信息资源的过程中能够表现得更加高效。另外，量子计算机在信息处理方面也具有较强的性能，由于量子力学理论在技术层面可以进行逆向处理，使得量子计算机可以在物理装置的协同之下进行信息储存机制的完善。因此，量子计算机在进行大量信息资源储存的过程中，需要根据物理装置的特点进行计算机造作性能的提高，因此，量子计算机可以结合技术的研制需要，对技术发展的过程进行细化处理，结合信息储存功能的需求，对已经掌握的技术进行信息存储层面的在开发，使量子计算机能够丰富信息资源的储存形式，实现对大量信息资源的高水平处理。当前，已经掌握的量子计算机技术，可以高质量的进行激光脉冲的控制，使激光脉冲具备较强的灵活性特点。另外，量子计算机可以使用现有技术对链状分子进行深度控制，并使现有的链状分子能够按照计算机服务的需要进行重新组合，并保证量子计算机能够通过开关装置更好的进行聚合物的处理，提升聚合物的移动频率。另外，量子计算机在技术层面具有量子理论的一些优势，可以通过量子的叠加效益进行计算机存储机制的完善，使计算机的信息总存储量可以得到扩展。量子计算机当前的信息存储效率已经较常规计算机设备高出十几亿倍，并且能够保证信息存储的安全性。

3.4光子计算机的发展和使用

计算机设备在进行基础性信息资源处理的过程中，大多使用电子形式进行储存机制的构建，而光子计算机的出现，使得光子技术替代了电子技术，在计算机应用领域起到了较好的作用。例如，光子计算机传递信息不再需要使用实体导线进行电子资源的连通，只需要使用光子技术对信息实施传递，使信息资源能够更大程度上提升传递的便捷性。另外，信息资源的运算也是决定计算机设备使用性能的重要因素，光子计算机在进行信息运算的过程中，可以利用光子技术对现代化信息运算模式进行操作，使光运算的优势可以得到更大程度的发挥。光子计算机可以将计算机当前处理的信息，以不同形式的光波进行处理，并通过波长的合理控制实现表现质量的提升，使光运算技术能够在更加快速的模式下进行信息资源的处理，因此，光子计算机受到了信息技术领域尤其是计算机技术领域的充分重视，目前正处于快速成熟的阶段。

3.5纳米计算机的发展和使用

纳米计算机属于技术等级较高的计算机，目前在我国一些社会领域并没有得到普及，但在我国尖端科技领域已经得到了广泛的应用。纳米计算机不仅拥有纳米技术的一系列优势，也能够良好的整合传统计算机的一系列优势，因此，纳米计算机在技术层面能够实现新老技术的科学整合。此外，纳米计算机能够很好的进行纳米元件的使用，使纳米计算机可以保证以较小的体积对丰富的信息资源进行处理，因此，纳米计算机在现实操作的过程中有着较强的便捷性特点。另外，在纳米技术不断完善的背景下，纳米计算机的技术正处在快速变革的过程中，目前，很多纳米计算机在导电性能方面已经具备了较为理想的性能。在进行纳米计算机芯片使用的过程中，纳米元件越来越多的受到了技术团队的关注，而传统计算机在进行硬件调整改造的过程中，也将纳米技术使用于中央控制器和信息传感装置等多个方面。另外，纳米计算机在进行信息处理的过程中，可以将大量信息计算设备的功能利用芯片装置进行储存，使计算机的各项技术成果可以构成一个整体的系统。在纳米计算机的硬件设施当中，芯片所占的体积较小，但纳米计算机由于纳米技术的使用，能够在增强信息处理质量方面比传统形式的计算机更具优势，因此，纳米技术是提升纳米计算机实用价值的重要技术，必定在未来的纳米计算机发展过程中发挥关键性作用。

4结论

深入的研究计算机科学与技术的发展现状，并对计算机科学与技术的重要意义进行分析，可以使社会各界更加清楚计算机的发展意义和发展必要性，因此，对计算机的发展趋势实施科学分析，是提升计算机科学与技术发展水平的重要工作。

参考文献

[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自化，2010（8）：237-240.

[2]陆枫，金海.计算机本科专业教学改革趋势及其启示——兼谈华中科技大学计算机科学与技术学院的教改经验[J].高等工程教育研究，2014（5）：180-186.

篇7

关键词:计算机科学与技术;研究生教育;创新能力;培养模式

根据2002―2010年我国学位与研究生教育发展的总体目标,到2010年,全国在校研究生总数将达到硕士生120万,博士生15万,中国将成为名副其实的研究生教育大国[1-2]。国家的信息化进程,带动了对计算机技术应用人才的需求,计算机技术应用人才需求量每年增加100万[3]。

研究生教育是我国培养高层次人才的主要途径,已成为我国社会发展和经济建设的人才资源库,而研究生创新能力的培养已成为计算机技术人才教育的核心所在。针对浙江省区域经济的创新驱动和产业集聚等特征,近年来,浙江工业大学计算机科学与技术学院与机械工程学院进行了研究生联合指导培养方式的探索,依托浙江区域经济产学研合作,与中国科学院遥感研究所、地理研究所、美国辛辛那提大学、比利时鲁汶工程技术学院、瑞典布莱金厄工学院、IBM公司、杭州国家软件基地、杭州国家动画基地、杭州国家数字娱乐产业基地、公安部第三研究所等在科研和联合培养研究生方面开展合作,结合计算机专业研究生培养的特点,提出了研究生创新能力的培养理念,进行了研究生创新能力教育模式实践探索,把提高研究生教育质量放在首位,努力培养能够引领、推动浙江乃至全国经济和社会发展的计算机技术精英人才。

1创新意识与创新思维

常顺英研究员将研究生的创造性定义为:能够产生独特的、现实的、有社会价值产品的多种能力与优良人格特征的整合[4]。它包括研究者的创新意识、创造性思维、创造性想象、创造性人格等,其中创造性思维是创造性的核心因素。没有创造性思维就产生不了创造性活动,更谈不上创造性成果,所以创造性的培养,关键在于创新意识,创造性思维的培养。

创新思维是为解决实践问题而进行的具有社会价值的新颖而独特的思维活动。或者说,创新思维是以新颖独特的方式对已有信息进行加工、改造、重组从而获得有效创意的思维活动和方法,是一种不同于他人的批判性思维方式。研究生有了创新意识,才能抓住创新机会,启动创新思维。在培养研究生创新思维过程中,还应注重独立性思维品质的训练,如爱因斯坦所言:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,却需要有创造性的想像力,而且标志着科学的真正进步。”可见,在科技研究活动中,研究生要敢于怀疑,敢于提出研究问题及解决问题的方法。

2计算机科学与技术专业研究生教育

2.1计算机科学与技术专业设置

浙江工业大学计算机科学与技术专业以培养德智体全面发展,具有坚实的计算机科学与技术的基础理论、知识全面的计算机高级应用型人才为培养目标[5]。主要研究方向有软件开发环境与软件中间件技术,多媒体技术与虚拟现实,电子商务技术,智能技术与应用及制造业信息化。研究生通过专业学习,具备计算机硬件、软件和应用技术的专门知识,深入了解计算机领域的研究现状和发展趋势,具有独立从事科学研究、工程技术开发的能力,有严谨求实的科学态度和创新精神,能够研究和解决与本学科有关的科学和技术问题。

2.2研究生创新能力的现状

计算机科学与技术专业在读研究生生源主要为应届生。应届生是从学校到学校,大多数人较少直接参加科研实践,缺乏生产和科研实践经验,研究目标不明确,不具备独立从事科研工作的能力,更谈不上创新能力。很多研究生还是用本科阶段的学习方法,习惯于接受、掌握现有的知识和在固定的框架中思考问题,缺乏独立思考能力和创新思维。

导致研究生创新能力低下的原因是多方面的。首先,中国传统应试教育影响研究生创新能力教育。在教学和科研过程中,往往显示出因循守旧的保守思想,喜欢以既定的、现存的规则来解释新的现象,而不擅长通过新的现象来思考原有规则存在的不合理性,并且通过思考与实践来它。其次,研究生教育阶段学科专业狭窄,学科之间的交流、渗透很少,出现所谓的“隔行如隔山”。其结果往往限制了学生的视野,缩小了研究生想象的空间和相互借鉴的机会。再次,研究生教育对研究生个性释放的诱导不足,从培养方案到教学方法和科研过程,研究生能独立从事研究的机会不多,这必然会束缚研究生创新能力的发展。因此,对研究生创新能力的培养成为迫在眉睫的任务。

3研究生创新能力培养模式

研究生创新能力的培养是一个系统工程。培养研究生的科研创新能力需要一个合理的培养过程。计算机科学与技术专业根据专业特点,主要从培养计划、课堂教学、专题研讨、企业实践、跨学科研究生指导进行研究生创新能力培养模式的探索。

3.1个性化培养计划

在研究生的培养过程中,需要一个多样的、有利于学术个性成长的环境。个性化的培养计划是研究生创新能力培养的有利保障。个性化的培养计划是导师与研究生共同制定的,每个学生都有自己的教学计划。计算机科学与技术专业在课程设置上,设置了必修课和选修课,在教学大纲上列出多部相关教材及学科前沿著作等,使研究生和导师在教学计划的制定上有更多的选择余地,制定出更加适合自己的培养计划。同时针对没有工作经历的研究生,可设置企业实践必修环节,研究生利用假期时间完成。导师在指导研究生的过程中,既要对个性化研究生培养计划的实施进行监督、检查,更加重要的是要对学生进行引导,发现并培养学生的创新能力。

研究生个性培养计划中,第一学年主要完成相关课程必修学位课和选修课的理论学习,学会创新科学思维及方法。第二学年是关键的一年,主在通过大量文献阅读、企业实践、广泛收集资料,熟悉本专业领域的国内外研究动态;在导师指导下,拟定研究课题,进行课题的研究工作。在这一年中,专业导师团队要负责严格的选题把关和中期考核筛选。中期筛选考核包括学位课和选修课学分及科研实践能力是否达标,学位论文的选题是否具有原始创新性等,合格者进入第三学年的学位论文研究工作,不合格者要终止学习可肄业处理。学位论文研究阶段是培养研究生创新能力的关键阶段。

3.2研讨性教学过程

笔者作为博士生和访问学者在香港城市大学、香港浸会大学、德国汉堡大学等国际性较强的高校进行学习和交流,期间主讲了计算机三维视觉,指导了多门智能技术相关课程,也旁听了国外教授主讲的人工智能等研究生课程,发现许多专业课程没有统一的教材,但有大量的参考书目。学生上课前必须先浏览该课程的课程网站,了解上课内容和下载相关资料。课堂上,主讲教授经常先以一个典型案例(常为最新的研究论文)说明知识点,再留出时间与学生讨论,学生基本上是带着问题来,再带着新问题跑图书馆或上网学习。这种教学方法针对案例问题展开学习与讨论,着眼于发展研究生的创造力以及解决问题的能力,使学生在讨论中获得知识,创造性地提出新的解决问题的办法。这种研讨会形式的教学过程给了我们启示,为了培养研究生创新能力,我们导师把培养学生的创新意识和创新能力作为课堂教学的主旨,删除部分内容陈旧的研究生课程,引进反映学科新技术、新成果,反映专业领域热点和研究进展的教学内容。课堂教学不仅注重启发研究生思维,引导研究生积极思考,参与讨论,还要求研究生就自己感兴趣的课题进行自我课堂教学,学生当老师,充分调动学生的研究热情。同时根据课程特点,增加自主设计的实验课程。这种创造性教学活动,不仅营造宽松的学术研讨氛围,而且使学生们在良好的学术氛围中,互相学习,共同提高。几年来的教学实践表明,这种教学方式能够发挥学生的主动性,激发其创新性思维,培养学生的创新精神和实践研究能力,强化学生创新意识及创新能力的培养。

3.3多样化专题讨论

计算机科学与技术专业研究生多来自不同专业,如机械制造、自动化控制。在研究生学习阶段,在对本专业,本领域内的理论全面掌握的基础上,引入计算机科学技术进行专业研究。对每一位研究生而言,其他同学的研究都是新的研究领域。为此,结合本学科的研究方向,学科定期组织专题讲座会。专题讨论会相当于为学生提供一个交流平台,来自不同专业的研究生在这一平台内分享学习成果、探讨问题、分享学习资源,营造良好活跃的学习气氛。研究生经过独立思考后提出的创新课题是否具有创新性和可行性,在讨论会中提出来,导师和同学一起研究讨论。一方面加深研究生对课题的理解认识,另一方面从不同角度审视和思考问题,提高学生研究问题和解决问题的能力。

3.4企业实践选题

随着科学技术的进步,计算机应用已经渗透到各行各业,这为计算机科学与技术专业研究生提供了大量企业实践平台。低年级研究生利用假期到软件公司、企业工作实习,将理论学习应用到实践,同时通过实践,了解目前技术瓶颈,从中提炼出研究课题。学生所选的课题为公司企业研发实践中存在的实际问题,学生通过到企业实践,不仅可以培养独立工作能力、分析解决问题能力、创新能力,而且又可以解决企业运作过程中的实际问题。所培养的研究生具有独特的创新工作能力和团队合作精神,深受企业欢迎,有的研究生毕业后就留在公司工作,实现了学习与工作的无缝连接。经过几年的实践,我校建立了一批稳定的研究生实践基地。

3.5研究生导师团队

研究生导师在研究生培养全过程中始终处于主导地位,导师个人的学术水平、研究能力对其研究生的创新能力培养起着至关重要的作用。为了适应新兴学科、交叉学科研究生创新能力的培养,在实践中,我们以导师团队方式指导学生。团队中的导师来自不同学科,有不同的学术研究背景,主要导师都有国外留学或访问研究的经历,有着丰富的研究生指导经验。

导师团队内的研究生如有学术上的问题,可以咨询导师团队的其他导师,寻求问题的研究方案,团队导师对学生的研究问题给予必要的指导。导师团队定期交流,讨论研究生学习进展,交换指导意见。导师以团队方式指导研究生,是一种集体意识和团队合作精神的体现,能够准确把握学科发展的脉络。这种方式,一方面避免导师个人学术水平、知识面、时间安排等方面的局限性,影响研究生创新能力的培养;另一方面,充分发挥团队合作精神,准确把握学科发展的前沿动态,拓宽研究生创新思维,让研究生更加主动关注其他领域的知识创新,为科研创新奠定基础。

4结语

本文结合国内外学校在相关研究生培养方面的特点和优势,分析了计算机科学与技术专业学生的培养方法,进行研究生创新能力培养模式的实践探索。在内容上,主要从培养计划、课堂教学、专题研讨、企业实践和研究生导师队伍建设等方面进行了探讨。

创新才能进步｡我国的学生在总体上基础扎实,但创新能力较弱;计划内的课程成绩较好,但主动研究的积极性不高。研究生作为我国从事科学技术研究的最具活力的人才队伍,所具有的实际创新意识和创新能力,事关国家和民族在今后国际上的兴衰和地位｡高校的教育工作者应该对研究生创新能力的培养引起高度重视并投入相应的精力,切实做好研究生创新能力培养工作。

参考文献:

[1] 侯建国. 研究生教育工作应坚持创新求变[J]. 学位与研究生教育,2008(11):1-3.

[2] 陈子辰,许为民,林伟连,等. 新世纪研究生素质教育研究[G]//谢桂华. 学位与研究生教育研究新进展. 北京:高等教育出版社,2006(6):170-189.

[3] 刘学民. 加大创新力度 再创学科辉煌:关于高等院校计算机学科专业设置及创新改革的研究[C]. 第二届中国计算机教育与发展学术研讨会,2008:116-118.

[4] 常顺英,林彤. 研究生创新意识和创新能力的培养[J]. 北京理工大学学报:社会科学版,2006(10):106-109.

[5] 2009 年计算机科学与技术专业全日制专业学位培养方案[EB/OL]. [2009-09-11]. / articleContent.do?articleId=459.

Research and Practice for Development of Postgraduate Innovation Ability

CHEN Sheng-yong1, YAO Chun-yan2, XU Xin-li1, WANG Ming-huan2, PENG Wei2

(1.College of Computer Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China;

2.College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

篇8

关键词：数值分析；教学方法；实践

作者简介：黄文芝（1978-），女，湖北武汉人，武汉工程大学计算机科学与工程学院，讲师；张蕾（1982-），女，湖北武汉人，武汉工程大学计算机科学与工程学院，讲师。（湖北 武汉 430073）

基金项目：本文系武汉工程大学青年科学基金项目（项目编号：Q201107）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）05-0039-02

“数值分析”也称计算方法，它与计算工具发展密切相关。计算方法是数学的一个组成部分，很多方法都与当时的数学家名字相联系，如牛顿插值公式，方程求根的牛顿法，解线性方程组的高斯消去法，多项式求值的秦九韶算法，计算积分的辛普森公式等，这表明计算方法就是数学的一部分，它没有形成单独的学科分支。而计算机出现以后，计算方法迅速发展并形成数学科学的一个独立分支――计算数学。这说明了计算方法与计算机的密切联系，以及在计算机研究领域的重要性。并且数值分析在计算机相关领域应用比较广泛，比如在数学建模中，在图像处理中，在信号处理中等都会用到数值分析中相关的一些知识。这些都说明“数值分析”是计算机专业学生的一门核心专业基础课程。

“数值分析”课程的教学内容主要包括三部分，一部分是插值拟合，一部分是方程和方程组求解，另外一部分是常微分方程初值问题数值解。而数值积分也是在插值的基础进行，故笔者把它归为插值拟合部分。这些内容看上去都是以前学过的知识，积分是在高等数学里学过的，而方程和方程组求解更是中学就重点讲解过的知识，学生刚开始接触这门课的时候会和以前所学的纯数学学习的思想结合起来。通过“数值分析”课程的教学，培养学生用计算机解决问题的能力，并且为后续阶段的专业课程打下基础。

笔者是计算机科学与技术专业的一名老师，使用的教材是清华大学出版的李庆扬等编的《数值分析》，本文就当前“数值分析”课程在计算机科学与技术专业教学中存在的一些问题和教学方法、教学模式等方面进行讨论，其目的在于改进教学方法和手段，提高学生兴趣和教学效果。

一、“数值分析”课程教学中存在的问题

1.数学理论强，公式繁多冗长，学生学习兴趣不高

“数值分析”是数学的一部分，具有与其他数学课程一样的理论性强的特点，但“数值分析”又还有一些和以往学生所学各类数学课程不同的特点。首先，“数值分析”研究的是计算算法，用计算机来解决问题，以前学生学习数学课程大都是从理论学习到作业联系，涉及的知识逻辑推理的特性比较强，并且以往研究的大多数都是连续的，这种研究对象的差异使得学生不能很快接受，思想不能很快转变过来。其次，“数值分析”比以往所学的数学课程的公式更加繁多，更加冗长，比如解线性方程组，如果用以前的知识，学生都会解，但现在解线性方程组不仅仅是要得出结果，更重要的是解线性方程组的算法以及它的实现，这就涉及到至少4个公式，而我们要弄清楚了这些公式的来历才能通过编程实现这个算法，这也是学生不感兴趣的主要原因。

另外，由于学生对数学课程以及对数学公式的害怕，对“数值分析”这门课程的重要性认识不足，当学生学习遇到困难时，容易失去学习兴趣，从而放弃学习。虽然“数值分析”是计算机科学与技术专业的基础课，是大多数课程的基础，但学生还不能理会到“数值分析”这门课程对以后课程的重要性，对于大三的学生来说他们现在所学的课程还没能很好地得到应用，而对他们比较实际的用处――找工作也没有显现出比较重要的作用，因而学生会在潜意识里无视这门课，在课程学习遇到困难的情况下，他们往往会选择放弃学习。

2.知识点多，信息量大，掌握困难

这门课的知识点比较多，信息量比较大，对于理学的学生来说该课程学时比较多，但笔者承担的“数值分析”课程的学时是48学时，并且完全是讲授部分，然而相对于课程所包含的大量内容，这些学时数远远不够，比如函数逼近与快速傅里叶变换，它涉及到范数，赋范线性空间，欧氏空间，三角插值等许多概念，想让学生在规定的学时数内真正掌握这些概念比较困难，尤其是对计算机科学专业的学生而言。因为理学院的学生学过实变函数、泛函分析，所以理解这些概念就略显容易些。

3.重理论，轻实践

当前“数值分析”课程教学过程中，仍然存在理论与实践脱离的现象，虽然这门课实践比较重要，但鉴于课时的安排，大多数教师只能按书本知识来讲，学生听，学生没理解理论的用处，没能立刻就在实践中体现出来，因此使得很多学生只是为了考试而学习，为了学习而学习，不知道它的作用，考完就还给老师。这样他们也只获得了知识的皮毛，而没有抓住知识的精髓和实质。

二、“数值分析”课程教学方法浅谈

1.强调课程的重要性，提高学生的学习兴趣

为了让学生正确对待这门课，应该让学生充分认识到“数值分析”课程在计算机科学与技术专业中的重要性。在组织教学的过程中，可以安排一些有实践经验的学生介绍经验（这样学生更好理解，更容易相信，更实际），联系具体的研究方向，给出简单的例子，论述“数值分析”在计算机科学与技术专业方向中的应用，让学生切实感受到“数值分析”课程是后续课程学习的基础，应用比较广泛。另外，在教学中教师还必须联系实际，在课程中穿插一些有实际应用意义的例子，比如现在很多数学建模就用到“数值分析”的内容，可以就里面简单的例子引用一个。这样让学生了解到“数值分析”不是空洞抽象的理论，而是能够解决实际问题的工具，通过这些方法，使学生逐步树立“数值分析”比较有用，应该学好“数值分析”课程的观念。

然而仅有应该学好该课程的观念还不够，还应该从各个方面提高学生学习的兴趣，兴趣是最好的老师，只有有了兴趣，学生才会真正自主去学习，而不是被动的，为了考试而学习。如何让枯燥的课程变得生动有趣是值得研究的问题。在实际教学过程中，可以采用学生自己讲解，学生之间互相提问等方法，另外也可以编一些小程序，演示计算机解题的过程，这样让学生体会到虽然计算机的功能比较强大，还是需要人脑来控制，灵魂还是人。这样能使学生在整个课题中能主动思考，而不是被动接收。

2.合理取舍教学内容，把握全局，突出重点

“数值分析”课程所涉及的内容非常丰富，但现在课时有限，因此合理取舍教学内容非常重要，应该在有限的学时内，让学生掌握比较重要的理论方法，比如根据学生专业的特点，可以将主要的教学时间安排在讲解误差分析，插值，数值积分，方程和方程组的解法上面。在矩阵特征值计算方面，有时间的条件下可以简单介绍思想方法，而对于常微分方程初值问题的数值解可以舍去，因为本专业的学生没有学常微分方程，所以对常微分方程初值问题的数值解会无法理解。

3.合理使用多种教学方法和手段

传统的“黑板+粉笔”的教学模式对数学课程的教学非常重要，通过板书学生可以了解教师处理问题的思维过程，然而鉴于“数值分析”的特点，又不能完全用传统的教学模式，因为“数值分析”课程中有大量的矩阵和公式，如果单纯使用“黑板+粉笔”，黑板无法板书完整，如果擦掉原先板书的内容又无法把前后联系起来讲解，而使用多媒体就可以解决这一问题。另外，有条件的学校可以把上课安排到有投影的机房，在讲解算法时教师可以演示一些程序，学生学起来就不会觉得完全是在听数学课了。因为是计算机专业的学生，这样和他们的联系更紧密些，他们也可以通过编程来实现算法。

4.强调理论联系实践，培养解决问题的能力

“数值分析”这门课重点讲授的是算法，而学生如果没有很好的实践，对这些算法的应用只能停留在死记硬背上，这不是学习的目的。本来计算机专业也应该突出学生的动手能力，所以对讲授的每个算法都应尽可能让学生编程来实现，这样一来可以巩固学生学到的知识，二来也可以让学生明白这门课不是单纯的数学课，而是和实际联系比较紧密的一门课。当然要实现每个算法都编程，在所授课的学时内是无法完成的，这样就要鼓励学生自己主动去编程，可以采取一些奖励的措施，比如对编程完成比较好的学生可以适当提高平时成绩等。学生自己主动的学习有利于提高其学习兴趣，开发学生智力，培养学生解决问题的能力，从而提高学生的综合素质。

三、总结

随着计算机的广泛应用，“数值分析”课程作为计算机科学与技术的一门专业基础课程，在学生学习和工作中越来越重要，因此“数值分析”课程教学也应该不断更新知识结构，丰富教学内容，改进教学手段，以提高学生学习兴趣，提高教学质量，培养学习的能力，从而为后续课程的学习和将来的工作打下坚实的基础。

参考文献：

[1]李庆扬,王能超,易大义.数值分析[M].北京:清华大学出版社,2009.

篇9

（大庆师范学院 计算机科学与信息技术学院，黑龙江 大庆 163712）

摘 要：根据应用型本科院校人才培养的特点，分析传统数字逻辑课程教学中存在的问题，从教学内容、教学方式方法和实验教学评价体系3个方面，提出数字逻辑课程的改革措施。

关键词 ：应用型本科院校；数字逻辑；教学改革；EDA；Verilog HDL

基金项目：大庆师范学院青年基金项目（12ZR22）。

第一作者简介：张丹，女，讲师，研究方向为嵌入式系统、无线传感器网络，qhzd2005@163.com。

0 引 言

随着计算机及电子等高新技术的发展，国内外企业对此类人才的需求日益增加，同时企业对学生的实践创新能力有一定的要求，因此，高校的人才培养要在实践创新能力方面下工夫。计算机科学与技术专业的核心课程主要有：电路原理、模拟电子技术、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口技术、单片机原理、计算机系统结构、计算机网络原理、高级语言程序设计、汇编语言、数据结构、操作系统和编译原理等。在这些课程中，硬件课程约占50%[1]。计算机科学与技术专业大致对应3个产业，分别是计算机硬件产业、计算机软件产业和互联网产品，可见计算机硬件课程的重要性。

数字逻辑是所有硬件课程的基础课，具有较强的实践性，其主要教学任务是使学生系统地学习计算机科学与技术专业所需的数字逻辑与数字集成电路的理论知识和技能，培养学生的数字系统分析和设计能力，培养学生动脑、动手和创新意识，为后续课程的学习打下牢固的硬件基础，因此具有非常重要的作用[2]。

1 应用型人才培养的特点

在我国，高等学校培养的人才大致分为3种类型，分别是科学型、工程型和应用型，其主要区别在于人才培养目标不同。其中应用型人才承担信息化建设的核心任务，掌握各类计算机软件或硬件系统的功能和性能，善于集成和配置系统，有能力管理和维护复杂信息系统的运行[3]。在3种类型的人才需求中，应用型人才的需求比例是最大的，但是能够直接满足此要求的高校非常少，这就要求应用型本科院校及时改革课程，以适应社会的需求。

作为应用型人才培养的本科院校，我们主要培养具有创新意识和创新能力的应用型创新人才，学生应该直接面向企业、面向社会，学以致用。应用型本科院校的主要特点有：①承担培养社会各种应用需求的人才的任务；②培养的人才不仅具有一定的理论基础，同时具有一定的实践操作能力、较强的创新意识和创新思维；③培养的人才要直接面向市场、面向企业实际发展需求，为地方经济建设和行业发展服务。

2 传统数字逻辑课程存在的问题

（1）对数字逻辑课程的重要性认识不足。很多高校认为计算机科学与技术专业主要是学习软件，不重视硬件课程。数字逻辑课程是电子及计算机专业一门非常重要的专业基础课，是计算机组成原理、单片机等后续课程的基础，其实验课应用性极强，可以充分锻炼学生的动手能力。因此，应用型本科院校应该充分重视该门课程。

（2）教学内容与工程实际脱离。随着EDA（electronic design automation）技术的飞速发展，基于FPGA（field programmable gate array）和CPLD（complex programmable logic device）等大规模可编程逻辑器件的数字系统设计技术已成为主流 [4]。目前市场上的大部分教材仍然按照传统的方式编写，以74系列中规模集成芯片为主要的电路设计实现方式，根本不提及EDA技术，个别教材即使有所涉及，也都是在教材的最后章节简单介绍，使学生在毕业工作中很难适应工程实际。

（3）教学方法陈旧。数字逻辑课程的传统教学方法基本采用“填鸭式”教学方法，一味地把教学内容灌输给学生，实验课仍然采用传统的实验台，实验方式仍然是固定的插拔式验证性实验。这样不仅不能锻炼学生自主学习的能力，而且不利于培养学生的创新能力。

3 计算机科学与技术专业数字逻辑课程的教学改革

3.1 教学内容的改革

高校应研究理论教学内容，结合学校应用型计算机工程人才的培养目标，研究国内外计算机科学与技术专业相关课程的教材及教学内容；研究课程之间教学内容的衔接，把后续课程所用知识点和数字逻辑课程相关内容联系起来，选取合理的教学内容；将EDA技术贯穿课程的教学内容，形成数字逻辑课程独具特色的课程内容体系及系列教材。在数字逻辑课程教学中，教师应重点讲解基于EDA技术的数字电路的分析和设计方法，尽量弱化模块内部的结构分析和设计；选用计算机组成原理和微机原理与接口技术等相关课程的实例以及生产生活中的实例作为电路设计的案例；通过对课程教学内容的整合、电路案例的设计,使数字逻辑教学更适应计算机科学与技术专业要求。

学校要积极研究实践教学内容，编写实践教学教材，建立校内实习实训基地。教师应在实验教学中引入EDA技术，建立分层次的实验教学体系，即以验证性实验为基础，巩固理论教学内容，强化实验教学环节；加强设计性实验教学，初步培养学生的创新思维；开展综合性实验教学，提高学生的实际应用创新能力。

以QuartusⅡ软件仿真实验方法做验证性实验，这样普通的计算机机房可以作为数字逻辑的实验室，同时还可以作为综合性、设计性、创新性实验的场所。QuartusⅡ自带的仿真功能可以对系统的设计进行功能仿真和时序仿真，验证正确后再下载到可编程逻辑器件中，减小了实验器件的损耗[5]。

3.2 教学方式方法的改革

1）转变教学观念。

教育的主体是学生，教师应该转变以教师为主体的教学观念，在教学的过程中，以学生为主体，发现学生的真正需求，培养学生的积极性和主动性最终达到应用型人才培养的目的。

2）理论教学与实践教学相结合。

数字逻辑是一门实践性很强的课程。教师在讲解完数字逻辑的基本概念、基本原理和方法等理论知识后，应该在实验环节验证这些基本理论，巩固所学理论知识，达到学以致用的目的，同时可以激发学生的学习兴趣，锻炼动手能力。数字逻辑课程在日常生活中的应用很多，如交通信号灯、多数表决系统、数字电表、数字显示系统、各种家用电器等，可以在实际的教学中引入日常生活中的实例，通过解决实际问题来激发学生对数字逻辑课程的兴趣。

为了使学生能够把学到的知识运用到实际的生产实践中，培养学生的创新能力，学校从2007年起组织学生参加各类电子设计大赛。竞赛的开展一般分为5个阶段，分别为赛前动员、选拔测试、集中培训、项目确定与完成和赛后总结。通过几年的探索，学校逐步形成了“以竞促教、竞教结合”的教学模式，取得了优异的成绩，在各类大赛中多次获得省级、国家级奖项，充分激发了学生的积极性，锻炼了学生的综合应用能力和团队协作精神，为学生今后的工作奠定了基础[6]。图1是计算机科学与技术专业历年参赛学生的就业情况图。

3）软件和硬件知识相结合。

计算机科学与技术专业的学生编程能力普遍较强。针对这个特点，教师可以在课程讲授过程中结合软硬件，建立一个计算机系统的概念；运用现代企业应用比较多的硬件描述语言Verilog HDL编写硬件电路，实现用软件的方法设计硬件。Verilog HDL的语法规则类似于C语言，因此计算机科学与技术专业的学生上手比较快，Verilog HDL在IC行业近几年使用率占95%，具有从门级到成品级设计能力。同时，可以将数字逻辑课程中一些难懂的硬件知识类比为容易理解的软件问题。以4选1数据选择器为例，可以说明基于EDA技术设计的基本方法。首先用Verilog HDL进行编程，设计4选1数据选择器，通过编译检查语法是否出错等，接下来仿真分析，进行功能和时序的验证，最后下载到目标器件中。学校现在采用的是Cyclone Ⅱ系列的EP2C35F672C8的FPGA器件。图2是利用Verilog HDL语言编写的4选1数据选择器的代码，图3是4选1数据选择器的仿真时序图。

4）课内实验为基础，综合实验为导向，课程设计为拓展。

通过课内基础验证性实验教学，可以使学生掌握器件的基本原理，验证理论知识，这个阶段注重培养学生的基本技能。综合实验则是以培养系统设计、综合创新能力为着眼点，使学生具有使用大规模集成电路和可编程逻辑器件进行设计的能力，主要采用EDA设计工具，设计并实现一个中小系统的能力。课程设计要求学生根据教师给出的题目或者自拟题目独立做出设计方案，并对设计方案进行论证和评价；鼓励学生进行全方位的思考和创新，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，培养学生团队协作和创新的精神。

3.3 实验教学评价体系的改革

数字逻辑课程是一门实践性很强的课程，因此实验教学的评价体系尤为重要，传统的实验教学评价通常以检查学生的实验报告为主要形式，不利于学生综合素质的提高和创新能力的培养。因此，制定出合理的评价体系对激发学生的积极性和主动性、提高学习效果非常重要。此评价体系涉及学生实验的各个环节，应充分考虑过程性考核。

该评价体系主要包括3个一级考核指标，分别为实验态度、实验操作和实验结果与分析整理，每个一级考核指标下根据不同的实验分别有若干个二级考核指标。一级指标和二级指标的分值体现了学生在实验过程中的表现。

4 结 语

针对计算机科学与技术专业的特点，结合应用型本科院校人才培养的目标，我们对数字逻辑课程进行了全方位的教学改革，包括教学内容、教学方式方法和教学评价体系3个方面。通过教学实践使学生养成了自主学习的能力，学习兴趣得到大幅度提高，创新能力不断增强。学生连续几年参加各类电子设计大赛，取得多项省级、国家级奖项，就业情况也非常好。该课程已获得校级精品课程荣誉称号，并编写教材两部。课程组教师不断提高自身素质，为应用型人才的培养奠定了一定的基础。课程组将不断努力，紧跟时代步伐，保证该课程在计算机科学与技术专业的人才培养中的地位。

参考文献：

[1] 陈辉, 李敬兆, 詹林. 计算机专业硬件课程教学改革探索[J]. 计算机教育, 2014(5): 39-42.

[2] 黄丽薇, 徐玉昔, 曹诚伟. 基于创新意识和实践能力培养的数字逻辑电路教学研究[J]. 课程教育研究, 2014(5): 223.

[3] 盛琳阳, 李丽萍. 应用型人才培养定位的计算机专业硬件课程教学改革[J]. 计算机教育, 2010(22): 39-42.

[4] 赵念强, 鲍可进. 基于EDA的数字逻辑电路设计课程改革[J]. 教学改革, 2013(2): 41-44.

[5] 王诗兵, 王中心, 李军. 计算机专业“数字逻辑”课程的教学设计与实践[J]. 计算机教育, 2012(24): 52-56.

篇10

关键词：离散数学；辐射作用；辐射体系；编译原理；数据库

中图分类号：TP3-4

离散数学是现代数学的一个重要分支，也是计算机科学与技术的理论基础，所以又称为计算机数学[1]。离散数学研究离散量的结构及其相互关系，通过离散数学的学习，不但可以掌握离散结构的描述工具和方法，为后续课程的学习创造条件，而且可以提高抽象思维和逻辑推理能力，为将来参与创新性的研究与开发工作打下坚实的基础。

离散数学课程所传授的思想、方法与工具，广泛地体现在计算机相关专业的诸领域，从科学计算到数据处理，从计算机科学理论基础到计算机应用技术，从计算机软件与理论到计算机硬件及体系结构，从人工智能到知识系统与工程，无不与离散数学密切相关。由于计算机本身是一个离散结构，它只能处理离散的或离散化了的对象及对象关系，因此，无论计算机科学理论本身，还是与计算机应用密切相关的现代科学的其它研究领域，都面临着如何对离散结构进行数学建模的问题；当然，也需要考虑如何将已建立的离散数学模型进行计算机应用的问题。

随着计算机专业研究生入学考试中专业课程统考的实行，很多高校的计算机专业对离散数学的教学投入开始缩减，减少课时，降低难度，避重就轻；学生也无法认识与理解离散数学在整个计算机专业课程体系中的重要性，致使离散数学的教学与学习在计算机专业越来越边缘化。实际上，离散数学在各学科领域，特别在计算机相关专业领域有着广泛的应用；离散数学是计算机专业许多专业基础课程，如数据结构、操作系统、编译原理、人工智能、数据库系统原理、算法设计与分析、理论计算机科学基础、软件工程等必不可少的先行课程[2]。

作为计算机相关专业数学基础的离散数学，对其它计算机专业基础课程有很强的知识辐射作用。本文致力于从一些计算机专业基础课内容中还原离散数学知识，从而体现离散数学核心内容在计算机专业系统知识中的辐射作用。通过对离散数学辐射作用的介绍，让计算机相关专业的本科生重新认识到离散数学对计算机专业系统知识学习的重要性，从而提高本科生学习离散数学的兴趣，重视自己数学理论基础的巩固和形式思维能力的培养。

1 离散数学辐射体系

离散数学是计算机及相关专业的一门核心课程，它不是一门纯数学课程，而是计算机学科的专业基础课程。离散数学是应计算机科学的发展而形成的一门交叉课程，主要内容涵盖了计算机相关专业对数学的一些基本要求。广义的离散数学主题包括集合论、数理逻辑、关系理论、图论、代数结构、数论、信息论、组合数学等，甚至包含拓扑学、运筹学的内容。有些高校将除拓扑学、运筹学等内容外的主题分为三门课程，即集合论与图论、代数结构与组合数学、数理逻辑。本文谈到的离散数学内容只涉及到数理逻辑、关系理论、集合论、图论以及代数结构。

离散数学课程与后续的计算机相关专业基础课程有着千丝万缕的联系，对其它专业基础课程的影响极其深远，在很多计算机专业课程内容中都会涉及到离散数学知识。无论计算机软件系列专业基础课程，还是计算机硬件相关基础课程，例如编译原理、数据结构、数据库、操作系统、软件工程和计算机组成原理。本文选择这六门计算机相关专业基础课程来阐述离散数学在专业系统知识中的辐射作用，如图1所示的离散数学辐射体系。

在图1中，编译原理的课程内容中就可以还原出全部的离散数学知识结构；数据库的课程内容则可还原出离散数学内容中的关系理论、代数结构、集合论与图论等内容；操作系统、软件工程、数据结构和计算机组成原路中都有离散数学知识辐射的印迹。

2 离散数学辐射作用

2.1 编译原理中的离散数学

编译原理是计算机相关专业的一门重要专业基础课[3]，旨在介绍编译器构造的一般原理和基本方法，课程内容除了形式文法、有穷自动机等编译原理所涉及的基础知识外，其它内容基本上围绕处理程序设计语言的编译器应该具有的各功能模块展开，包括词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成。

离散数学的数理逻辑中最重要的内容就是逻辑推理，由前提事实出发，采用相应的逻辑恒等式、永真蕴涵式、推理规则、推理方法等进行不停的推导演绎，最终得到想要的结论，这是一个严格的演绎分析过程。在编译原理中，与这一演绎分析过程相对应的则是语法自上而下分析方法，即从形式文法的开始符号（前提）出发，利用文法规则产生式（永真蕴涵式），采用相应的推理方法（最左或最右推导），最终得到想要的句型或句子（结论）。在推理证明中还有一种常用的证明方法，那就是从要求证的最终结论出发，依次为其找到相应的逻辑恒等式、永真蕴涵式、推理规则等作为最终结论或中间结论的依据，即从结论出发追本溯源到前提事实，这是一种典型的归纳逻辑。在编译原理的语法分析中，自底向上的语法分析方法则是归纳过程的代表，即从要得到的句型或句子出发，利用文法产生式规则和推理方法，进行不停的归约，一直到开始符号或失败至，这是一直明显的归纳逻辑推理过程，对应最右推导。

在离散数学的关系理论中，等价关系尤为重要。而在编译原理中，处处有等价原理辐射的痕迹，例如形式文法等价、有穷自动机等价、中间代码表示形式等价等。在编译原理的内容中，有关等价的部分还包括正规文法与正则表达式的等价性、正则表达式与有穷自动机的等价性、正规文法与有穷自动机的等价性。实际上，有穷自动机等价是进行非确定有穷自动机确定化、确定有穷自动机化简的理论基础。

编译原理的很多内容中都使用了形式化技术，最典型的就是状态图刻画有穷自动机、语法树表示语法分析过程，当然在LL（1）文法FIRST集与FOLLOW集计算、算符优先文法的优先函数关系图以及基本块有向图中都体现了离散数学的集合论与图论。在编译原理全部内容中都贯穿了符号串运算，符号串与其上的运算则构成了一个完整的代数系统。

2.2 数据库中的离散数学

数据库技术和系统已经成为信息基础设施的核心技术和重要基础，数据库技术作为数据管理的最有效的手段，极大的促进了计算机应用的发展[4]。数据库的数据模型中的关系模型就经典地体现了离散数学中的关系理论，尤其是关系模型中的参照完整性。数据库概念模型描述中使用的实体-联系模型（图）更是生动地呈现了实体型之间的关系。在离散数学中，函数是一类特殊关系，而关系数据理论中的函数依赖则描述了关系模式属性（集）之间的语义关联。数据库中的查询处理与优化的理论基础则是离散数学中等价原理，查询被处理或优化前后在功能和语义上必须满足等价关系。

与关系模型紧密相连的则是关系代数，这是一类典型的代数系统。关系数据结构是其运算对象，关系操作则是定义在关系上的具体运算，如选择、投影、连接、除等，这些运算都满足封闭性，关系操作的输入与输出则都是表示关系数据的集合，因此集合运算中的并、交、差、笛卡尔积等也是关系操作的一部分。关系数据模型中常用的SQL语言则是关系代数的一种具体实现，即一种具体的代数系统。

数据库理论中被集合论与图论辐射到的内容包括：（1）一个关系数据库是关系模式（二维表）的集合；（2）一个关系模式（二维表）就是一个实体集，表中每一个就是一个具体的实体元素；（3）在概念世界中描述实体型以及实体型间关系的实体-联系图；（4）关系查询处理与优化中的查询树。

2.3 其它课程中的离散数学

数据结构是计算机程序设计的重要理论技术基础[5]，也是计算机存储与组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合，因而，数据结构课程中很多具体的数据结构都是集合，如队列、栈、线性表等。数据结构除描述集合中数据元素的特性外，还要刻画集合中数据元素之间的关系，因此，一般认为，一个数据结构是由数据元素依据某种逻辑联系组织起来的，对数据元素间逻辑关系的描述称为数据的逻辑结构。数据结构课程内容中的树、二叉树以及图等结构则是离散数学图论内容的延续，基于图结构的各种算法，如最短路径、最小生成树、关键路径等，在离散数学和数据结构中都有不同深度的描述。

操作系统课程中的进程状态图为典型的图论内容；操作系统在对进程等对象进行管理时，很多内容涉及到对象间关系，如死锁中进程间时序上的先后关系；操作系统中很多算法都使用到了集合概念，如死锁的解锁算法等。离散数学的核心内容辐射到了操作系统的管理与控制中。

软件工程最终的产物是软件系统，既然是软件系统，在进行软件系统分析与设计时，不可避免要研究系统各部分之间的关系。在结构化分析方法中，有自顶而下和自底而上两类分析方法，自顶而下对应数理逻辑中的演绎逻辑，而自底而上则表示数理逻辑中的归纳逻辑。软件工程内容中同图论有关的包括软件开发模型、软件模块间关系表示、软件测试等。

计算机组成原理作为计算机专业硬件方面的基础课，在学生对计算机的认知方面有着举足轻重的作用。计算机硬件的基础组成单元“逻辑门”等以离散数学中的命题逻辑为基础；计算机处理器的结构形式化等都离不开集合论与图论的参与。实际上，在让学生认知软件与硬件的功能等价性时，则充分体现了软硬件的逻辑等价原理。

3 结论

针对离散数学课程在计算机专业课程体系中越来越边缘化的问题，本文以编译原理、数据库、数据结构、操作系统、软件工程和计算机组成原理计算机专业基础课为例，论述了离散数学在计算机专业综合知识体系中的辐射作用，从而体现离散数学在计算机专业教育中的重要性和必要性。

参考文献：

[1]傅彦，顾小丰，王庆先等.离散数学及其应用[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]耿素云，屈婉玲，王捍贫.离散数学教程[M].北京：北京大学出版社，2002.

[3]张素琴，吕映芝，蒋维杜等.编译原理（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4]王珊，萨师煊.数据库系统概论（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].北京：清华大学出版社，2011.

作者简介：胡慧君（1976-），女，讲师，研究方向：智能信息处理；刘茂福（1977-），男，教授，研究方向：自然语言处理。