论文关键字：计算科学计算学科计算机语言计算机软件网络和病毒
论文摘要：计算科学主要讲述了一种科学的思想方法，计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。
引言：随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》正如此书的名字，此书很好的诠释了计算科学这一学科，并且指导了我们应如何去学好这一学科。使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。正如赵老师书中所讲的：“计算科学是年轻人的科学，一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域，就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生，必须在大学几年的学习中，打下坚实的基础，才有可能在将来学科的高速发展中，或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。
<一>什么是计算科学和它的来历
计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是，什么能（有效的）自动运行，什么不能（有效的）自动运行。本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代的后期。
随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。计算科学的快速发展以也取得大量成果，计算科学这一学科也也应运而生。
<二>计算科学的发展
a、首先先介绍图灵机
图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。图灵机通过一条两端可无限延长的袋子，一个读写头和一组控制读写头的（控制器）组成它有一个状态集和符号集，而此符号集一般只使用0和1两个符号。而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想，深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机，而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。
b、计算机带动的计算学科
1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。计算机工作和运行就摆在了人们的面前。
1、计算机语言
我们要用计算机求解一个问题，必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后，计算机的发展步入了实用化的阶段。然而，在最初的应用中，人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下，而且十分别扭，也不利于交流和软件维护，复杂程序查找错误尤其困难，因此，软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。1952年，第一个程序设计语言ShortCode出现。两年后，Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言，Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位，并使之成为世界通用的程序设计语言。Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。该语言的文本中提出了一整套的新概念，如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且，它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式（BNF）定义语言文法的高级语言。还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言，适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA，支持并发程序设计的MODULA-2，支持逻辑程序设计的PROLOG语言，支持人工智能程序设计的LISP语言，支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。
2、计算机系统和软件开发方法
现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件（系统软件、应用软件）。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计，在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。之后，在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下，通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后，并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关，如各种并行、并发程序设计语言，进程代数，PETRI网等，它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型
3、计算机图形学
在计算机的硬件的迅速发展中。随着它的存储容量的增大，也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展，促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试（CAT）等方向的发展。图形化界面的出现，彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft。
4、计算机网络
随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。这也促进计算机的发展和广泛应用。
<三>计算机学科的主线及发展方向
围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面：
1、计算科学应用层
它包括人工智能应用与系统，信息、管理与决策系统，移动计算，计划可视化，科学计算机等计算机应用的各个方向。
2、计算科学的专业基础层
它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学，计算机网络与通信技术，程序设计科学，计算机体系结构、电子计算机系统基础。
3、计算科学的基础层
它包括计算科学的数学理论，高等逻辑等内容。其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。
<四>计算机的网络的发展及网络安全
(1)计算机网络与病毒
一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。
通过上面定义，我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一，信息技术改变着人们的生活方式。现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet正在爆炸性的扩大，已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。
因为互联网的快速发展与应用，我们各行各业都在使用计算机。信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展，计算机网络系统的安全受到严重的挑战，来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的，譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。
我们想更好的让计算机为我们服务，我们就必须很好的利用它，利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施，以抵抗外来信息的侵入，保护我们的信息不受攻击和破坏。
(2)计算机病毒及它的防范措施：
计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。当程序运行时，嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。一些病毒不带有恶意攻击性编码，但更多的病毒携带毒码，一旦被事先设定好的环境激发，即可感染和破坏。
<一>、病毒的入侵方式
1．无线电方式。主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式，同时技术难度也最大。可能的途径有：①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射，使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式，发射病毒码，使之能够混在合法传输信号中，进入接收器，进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。通过对方未保护的数据链路，将病毒传染到被保护的链路或目标中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和软件中，然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方，使病毒直接传染给对方电子系统，在需要时将其激活，达到攻击目的。这种攻击方法十分隐蔽，即使芯片或组件被彻底检查，也很难保证其没有其他特殊功能。目前，我国很多计算机组件依赖进口，困此，很容易受到芯片的攻击。
3．后门攻击方式。后门，是计算机安全系统中的一个小洞，由软件设计师或维护人发明，允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。攻击后门的形式有许多种，如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在这样的后门。
4．数据控制链侵入方式。随着因特网技术的广泛应用，使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术，可以很容易地改变数据控制链的正常路径。
<二>病毒攻击的防范的对策
1．建立有效的计算机病毒防护体系。有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。一是访问控制层；二是病毒检测层；三是病毒遏制层；四是病毒清除层；五是系统恢复层；六是应急计划层。上述六层计算机防护体系，须有有效的硬件和软件技术的支持，如安全设计及规范操作。
2．严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品，应建立自己的生产企业，实现计算机的国产化、系列化；对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用，以预防和限制计算机病毒伺机入侵。
3．防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法，阻断电磁波辐射，这样，不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的，而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。
4．加强计算机应急反应分队建设。应成立自动化系统安全支援分队，以解决计算机防御性的有关问题。
很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历，不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运，造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为，小小的字符串带给我们的损失已经太多。因此，如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员......请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁，及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。经常杀毒，注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。
【关键字】自然辩证法计算机语言计算机技术编程语言因特网
面向对象正文一九九三年美国的克林顿政府提出了“信息高速公路”计划，从而在这十多年间在全球范围内引发了一场信息风暴，信息技术几乎触及了现代生活的方方面面，毫不夸张的说没有了信息技术，现代文明的生活将无从谈起；作为信息技术中最重要的部分，计算机技术无疑是其发展的核心问题，而我们知道计算机只是一台机器，它只能按照计算机语言编好的程序执行，那么正确认识计算机语言的过去和未来，就是关系到计算机发展的重中之重；以自然辩证法的观点认识和分析计算机语言的发展历程，将有助于更加全面地推动计算机技术的发展，有助于更加准确地掌握计算机语言发展趋势。一、科学认识大门的钥匙--当代自然辩证法自然辩证法，是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学，是辩证唯物主义的自然观、科学技术观、科学技术方法论。它主要研究自然界发展的总规律，人与自然相互作用的规律，科学技术发展的一般规律，科学技术研究的方法。马克思、恩格斯全面地、系统地概括了他们所处时代的科学技术成功，批判吸取了前人的合理成分，系统地论述了辩证唯物主义自然观、自然科学发展过程及其规律性，以及科学认识方法的辩证法，以恩格斯的光辉著作《自然辩证法》为标志，创立了自然辩证法继续发展的广阔道路。自然辩证法是马克思主义哲学的一个重要组成部分。在辩证唯物主义哲学体系中，自然辩证法与历史唯物论相并列。它集中研究自然界和科学技术的辩证法，是唯物主义在自然界和科学技术领域中的应用，它的原理和方法主要适用于自然领域和科学技术领域。学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系，从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律，更加全面的观察思考问题，只有加深了认识，我们才能更好地发挥主观能动性，迎接新的科学技术的挑战。下面我将以自然辩证法的观点来分析计算机语言的发展历程。二、计算机语言的发展历程和发展趋势计算机语言的发展是一个不断演化的过程，其根本的推动力就是抽象机制更高的要求，以及对程序设计思想的更好的支持。具体的说，就是把机器能够理解的语言提升到也能够很好的模仿人类思考问题的形式。计算机语言的演化从最开始的机器语言到汇编语言到各种结构化高级语言，最后到支持面向对象技术的面向对象语言。1、计算机语言的发展历史：二十世纪四十年代当计算机刚刚问世的时候，程序员必须手动控制计算机。当时的计算机十分昂贵，唯一想到利用程序设计语言来解决问题的人是德国工程师楚泽(konradzuse)。几十年后，计算机的价格大幅度下跌，而计算机程序也越来越复杂。也就是说，开发时间已经远比运行时间来得宝贵。于是，新的集成、可视的开发环境越来越流行。它们减少了所付出的时间、金钱（以及脑细胞）。只要轻敲几个键，一整段代码就可以使用了。这也得益于可以重用的程序代码库。随着c,pascal,fortran,等结构化高级语言的诞生，使程序员可以离开机器层次，在更抽象的层次上表达意图。由此诞生的三种重要控制结构，以及一些基本数据类型都能够很好的开始让程序员以接近问题本质的方式去思考和描述问题。随着程序规模的不断扩大，在60年代末期出现了软件危机，在当时的程序设计模型中都无法克服错误随着代码的扩大而级数般的扩大，以至到了无法控制的地步，这个时候就出现了一种新的思考程序设计方式和程序设计模型-----面向对象程序设计，由此也诞生了一批支持此技术的程序设计语言，比如eiffel，c++，java，这些语言都以新的观点去看待问题，即问题就是由各种不同属性的对象以及对象之间的消息传递构成。面向对象语言由此必须支持新的程序设计技术，例如：数据隐藏，数据抽象，用户定义类型，继承，多态等等。2、计算机语言的发展现状：目前通用的编程语言有两种形式：汇编语言和高级语言。汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。用汇编语言所能完成的操作不是一般高级语言所能实现的，而且源程序经汇编生成的可执行文件不仅比较小，而且执行速度很快。
高级语言是目前绝大多数编程者的选择。和汇编语言相比，它不但将许多相关的机器指令合成为单条指令，并且去掉了与具体操作有关但与完成工作无关的细节，例如使用堆栈、寄存器等，这样就大大简化了程序中的指令。同时，由于省略了很多细节，编程者也就不需要有太多的专业知识。
高级语言主要是相对于汇编语言而言，它并不是特指某一种具体的语言，而是包括了很多编程语言，如目前流行的vb、vc、foxpro、delphi等，这些语言的语法、命令格式都各不相同。
高级语言所编制的程序不能直接被计算机识别，必须经过转换才能被执行，按转换方式可将它们分为两类:解释类和编译类。3、计算机语言的发展趋势：面向对象程序设计以及数据抽象在现代程序设计思想中占有很重要的地位，未来语言的发展将不在是一种单纯的语言标准，将会以一种完全面向对象，更易表达现实世界，更易为人编写，其使用将不再只是专业的编程人员，人们完全可以用订制真实生活中一项工作流程的简单方式来完成编程。下面是一张计算机语言发展图表，从中不难得出计算机语言发展的特性：²简单性提供最基本的方法来完成指定的任务，只需理解一些基本的概念，就可以用它编写出适合于各种情况的应用程序²面向对象提供简单的类机制以及动态的接口模型。对象中封装状态变量以及相应的方法，实现了模块化和信息隐藏;提供了一类对象的原型，并且通过继承机制，子类可以使用父类所提供的方法，实现了代码的复用²安全性用于网络、分布环境下有安全机制保证。²平台无关性与平台无关的特性使程序可以方便地被移植到网络上的不同机器、不同平台。三、面向未来的汉语程序设计语言：从计算机诞生至今，计算机自硬件到软件都是以印欧语为母语的人发明的。所以其本身就带有印欧语的语言特征，在硬件上cpu、i/o、存储器的基础结构都体现了印欧语思维状态的"焦点视角"，精确定义，分工明确等特点。计算机语言也遵照硬件的条件，使用分析式的结构方法，严格分类、专有专用，并在其发展脉络中如同他们的语言-常用字量和历史积累词库量极度膨胀。实际上，计算机硬件的发展越来越强调整体功能，计算机语言的问题日益突出。为解决这一矛盾，自六十年代以来相继有500多种计算机语言出现，历经五代，至今仍在变化不已。汉语没有严格的语法框架，字词可以自由组合、突出功能的整体性语言。在计算机语言问题成为发展瓶颈的今天，汉语言进入计算机程序设计语言行列，已经成为历史的必然。1、发展汉语程序设计语言的理由：1）计算机语言问题解决，只能从人类语言中寻找解决方案；2）计算机语言的现存问题是形式状态与功能需求的矛盾；3）计算机硬件的发展已为整体性语言-汉语进入计算机程序设计语言提供了条件2、汉语程序设计语言的技术特点：1）汉文字的常用字高度集中，生命力极强，能灵活组合，简明准确地表达日新月异的词汇，这些优点是拼音文字无法企及的。2）汉语言的语法简易灵活，语词单位大小和性质往往无一定规，可随上下语境和逻辑需要自由运用。汉语言的思维整体性强，功能特征突出。3）汉语程序设计语言的发明者采用核心词库与无限寄存器相结合的方法，实现了汉语言的词素自由组合；将编译器与解释器合一，使汉语程序设计语言既能指令又能编程；以独特的虚拟机结构设计，将数据流与意识流分开，达到汉语程序设计语言与汉语描述完全一致，通用自如。具有汉语言特性的汉语程序设计语言的出现，打破了汉语言不具备与计算机结合的条件而不能完成机器编码的神话。还为计算机科学与现代语言学研究提出了一条崭新的路径，它从计算机语言的角度，从严格的机械活动及周密的算法上，向世人证实汉语的特殊结构状态，及其特殊的功能。四、计算机语言之父——尼盖德尼盖德帮助因特网奠下了基础，为计算机业做出了巨大贡献。尼盖德是奥斯陆大学的教授，因为发展了simula编程语言，为ms－dos和因特网打下了基础而享誉国际。克里斯汀·尼盖德于1926年在奥斯陆出生，1956年毕业于奥斯陆大学并取得数学硕士学位，此后致力于计算机计算与编程研究。1961年～1967年，尼盖德在挪威计算机中心工作，参与开发了面向对象的编程语言。因为表现出色，2001年，尼盖德和同事奥尔·约安·达尔获得了2001年a．m．图灵机奖及其它多个奖项。当时为尼盖德颁奖的计算机协会认为他们的工作为java，c＋＋等编程语言在个人电脑和家庭娱乐装置的广泛应用扫清了道路，“他们的工作使软件系统的设计和编程发生了基本改变，可循环使用的、可靠的、可升级的软件也因此得以面世。”尼盖德因其卓越的贡献，而被誉为“计算机语言之父”，其对计算机语言发展趋势的掌握和认识，以及投身于计算机语言事业发展的精神都将激励我们向着计算机语言无比灿烂的明天前进。五、结束语用科学的逻辑思维方法认识事物才会清楚的了解其过去、现在和未来，计算机语言的发展同样遵循着科学技术发展的一般规律，以自然辩证法的观点来分析计算机语言，有助于我们更加深入地认识计算机语言发展的历史、现状和趋势，有了自然辩证法这把开启科学认识大门的钥匙，我们将回首过去、把握现在、放眼未来，正确地选择计算机语言发展的方向，更好的学习、利用和发展计算机语言。六、致谢首先感谢张老师，张老师幽默的讲解和精炼的内容使我受益匪浅，使我对以后的工作和生活有了更深刻的认识。另外要感谢本文所参考的文献的作者和相关网站。最后还要感谢在我写论文过程中提供无私帮助的人们，以及给我支持的家人和朋友。
参考文献
1．《计算机语言与计算机程序发展历史》博客中国网
2．《计算机发展史》上海科学技术出版社
3．《软件发展与社会进步》蔡希尧
4．《自然辩证法概论》北京航空航天大学出版社
1.1反常阶段
探索科学的过程就是发现新事物的过程，而新事物总是层出不穷的，科学家们在探索科学的过程中时常会有意想不到的新发现、新体会，超出了他们的预期。这就是反常科学阶段，正是这些反常现象的出现才更好地促进了科学研究，才更好地激发了工作者的热情，使他们对反常现象产生了兴趣，反复进行论证、观察、实验。用反常去论证反常。所以促使一些新的产品应运而生。使计算机的科学发展有一定的灵活性和主动性，不只是囿于科学家设计的模式中，这就给计算机研究人员提出了更高的要求，要实现科学发展的目标，就要接受挑战，抓住机遇，敢于突破原有的思维观点，大胆创新，为计算机的革新提供更广阔的舞台。
1.2危机阶段
在计算机发展中如果超出预期的反常现象很多，超出了常规科学可以解决的范畴，这时候人们就会不信任范式，科学统一体也会分化，也只有这样，才可以突破原来范式理论的限制，促进新范式的形成。一种范式只能适应本时期的需求，当社会日益发展需要更高性能的计算机时，原来范式支配下的常规科学就面临着去留的考验，必然会导致危机产生。随着危机不断出现，在计算机经历的一个个生死存亡的关头，科研者们最关注的就是计算机的发展趋势，计算机的未来到底会怎样？究竟会达到什么样的性能，科学家们还不能形成一致的认识，有的人员认为，要想充分发挥计算机的功能，就不能仅仅局限于研发计算机本身，要通过不断增强它的处理性能实现服务人类的目的。要与其他学科密切渗透，与人们的生产生活密切联系，要实现人机更好地对话。特别是随着Internet的不断发展，计算机的开发要更趋向于实用性，方便人们的生产生活。如果单纯致力于计算机本身的研制开发已经没有什么现实的意义，面对上述现象，计算机科研者要保持保持清醒的头脑、坚定的信心，用勤奋的工作作风，严谨的工作态度迎接计算机革命的挑战。
1.3科学阶段
计算机事业已经取得了很高的成就。随着科学技术越来越先进，计算机也越来越科学化。当今的计算机已经进入全新的时代，与以往有很大不同。随着CPU性能的不断提高，计算机的处理速度大大提高，应用领域越来越宽。计算机实现了与其他学科领域的相互渗透，特别是随着近来科学由学科分化逐步走上统一的趋势，计算机更要适应这一转化，发挥它的综合效能。随着科学革命的发展，科学已进入新的常规科学阶段，在全新范式的调控下取得循序渐进地发展变化。科学的常规性和革命性的不断更替构成了科学的发展史，这一进程是不断循环的过程，是没有止境的。科学的迅速发展促进了新范式的出现，新的理论是需要用新的语言进行描述的，所以更容易被当下人们接受，由于科学本身蕴藏的无穷的生命力，新的计算机理论体系还能推动和促进未来社会、自然科学的发展。计算机体系研究的主要目标是实践应用，在其发展演化进程中，会越来越多的实现与其他学科领域的契合、交融，与其他学科相互融合，扬长避短，不断改善自身不足，历经一次次科学革命，实现最终的完全契合。科学革命不可避免的会给计算机科学带来危机，科学工作者们面对危机要积极应对，想法克服，必须以新代旧，形成新的范式。这就要求他们敢于批判、勇于创新、大胆革命。
2计算机科学发展模式构建
计算机技术的发展使计算机的未来充满变数，大幅度提高计算机的性能是毋庸置疑的，关键如何实现质的飞跃，如何构建科学的模式是至关重要的。计算机的发展不能只是局限于自身性能的提高，还要注重人性化、环保型等。
2.1向“高”度发展
最初计算机是靠机械动力实现的，性能十分低等，后来随着电子，集成电路等技术的引进才不断实现了高性能、高速度。近年来随着集成电路集成度的大大提高，计算机CPU性能已呈现逐年提高的趋势，随着RISC技术的不断发展，更是使中央处理器性能每年增长率从八十年代的百分之三十五提高到九十年代的百分之六十。随着奔腾处理器的应用，如今研发的奔腾四微CPU，主频已超过2G。计算机向更高端的方向发展，不仅仅是某一处理性能的优化，而是整体性能的优化。比如美国ASCI计划成功研发出并行上万台计算机的并行机。主频可以实现12.3万亿次。随着科技的不断发展，计算机的性能一定会取得更高层次的发展。
2.2向“广”度发展
计算机不断向更广的领域发展，可以说当今人们的生活时时处处有计算机人们已经进入了网络化时代，计算机的网络化以及其在工作、生活、生产等各个领域的普及应用，使计算机的应用领域越来越广泛。比如未来的发展趋势，也许会实现计算机与家庭日用电器的合并，冰箱、电视机、微波炉等都可能由电脑控制，到那时可能连你自己都数不清家里有几台计算机。再过一段时间，也许学生就实现了全电脑化，书籍电子化、资料习题电子化、教科书电子化等。方便学生据实际情况查找需要的内容，方便快捷。现在手机与计算机合体，使人们随时随地共享网络，使计算机已经慢慢深入到人们生活工作的每一个角落。
2.3向“深”度发展
计算机的深度发展就是指电脑的智能化，电脑与人脑的思维方式不同，计算机与人类之间仍存在间隔，人很难通过肢体语言实现与电脑的信息交流。如何更好地实现人机交流，更好地实现对计算机复杂信息的提取应用就成为计算机重要研发内容。随着网络的普及，计算机在老百姓中普及已成为必然的趋势，而他们由于知识水平较低，所以更要求计算机智能化，易操作。所以目前计算机操作难已成为阻碍普及的主要因素。所以目前已顺应时代的要求出现了计算机对语言文字的识别功能，可以通过手写、口语完成简单的操控。今后随着科技的不断发展，计算机将越来越趋于智能化。
2.4环保型
随着人们环保意识的不断增强，生产环保型的计算机已是人们普遍的要求，这就要求在科学发展计算机事业的同时要树立环保意识。首先是节能方面，随着计算机在人们生活中应用的广泛性，计算机已成为家庭耗能最大的电器，为了响应低碳生活的号召，就要千方百计的降低耗能，比如可以采用DNA、光子等新型方式替待原有的硅架构，大大地减少耗能，还可以通过开发新型的显示系统达到降低耗能的目的，比如可以普及LCD等显示器。其次是要关注计算机的用料，尽量选用可再生材料，对于重金属、污染性或不可回收的材料尽可能的避免采用。
2.5人性化
关键词:计算机专业设置;课程体系;创新型人才培养;实践教学
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)21-5874-02
ResearchofUniversityComputerSpecialtySetupandInnovativePersonnelTraining
CHEKui1,2,LULing1,XUEHai-yan1
(1.DepartmentofComputerScienceandApplication,ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement,Zhengzhou450015,China;2.CollegeofSoftware,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876,China)
Abstract:Withtheuninterrupteddevelopmentofcomputertechnology,thecomputerapplicationisinfiltratingtootherfieldsstepbystep,andthesocietyrequirementisextendinguninterruptedly.Howtotrainhighqualityinnovativepersonnel,thisbringsforwardanewchallengetouniversitycomputerspecialtysetupandlayout.Thispaperresearchesmainlyuniversitycomputerspecialtysetupandinnovativepersonneltraining,includesthesetupofspecialtydirectionandcoursessystem,thetrainingpatternandtrainingprojectofinnovativepersonneltoadaptsocietyrequirement.
Keywords:computerspecialtysetup;coursessystem;innovativepersonneltraining;practicalteaching
计算机专业是一个发展十分迅速的专业,目前在国内高校本科教育中已形成了规模庞大、方向多样的教学体系,每年向社会输送大批的计算机人才。由于计算机技术的不断发展,计算机应用向其它领域的逐步渗透,以及社会需求的不断扩充,如何培养出高质量的创新型计算机人才,对于高校计算机专业的设置与规划提出了新的挑战。本文主要研究了计算机专业的设置规划与创新型计算机人才的培养,包括专业方向、课程体系的设置,适应社会需求的人才培养模式与培养方案。
1计算机专业设置规划
在制定计算机专业设置规划过程中,应考虑到社会对计算机人才的需求,从“研究型人才”、“工程型人才”、“应用型人才”的培养目标入手,将计算机专业划分为多个培养方向,主要包括“计算机科学”方向、“软件工程”方向、“网络工程”方向、“信息技术”方向等。
1.1“计算机科学”方向
“计算机科学”方向主要研究计算机和可计算系统的理论、设计、开发和应用技术,涉及算法分析与设计、程序设计语言、数据结构、软件开发与理论、数据库系统、人工智能、计算机系统、计算机网络、操作系统、编译原理等知识领域。该专业方向培养学生具有深厚的计算机科学理论基础,具备一定的研究开发能力,熟练掌握计算机程序设计及算法的实现,强调学生应用计算机算法解决相关领域的实际问题,并可构建出高效的解决方案。
“计算机科学”方向的核心课程为:程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、算法分析与设计、数据结构、数据库系统原理、软件工程、软件测试、操作系统、编译原理、计算机图形学、计算机网络技术、人工智能、课程设计、毕业设计等。
1.2“软件工程”方向
“软件工程”方向主要研究计算机软件开发过程的理论、设计、开发和应用技术,涉及算法与程序设计语言、数据结构、数据库原理、软件工程、面向对象分析与设计、操作系统、计算机体系结构、软件测试与质量保证、软件需求开发、软件管理等知识领域。该专业方向培养高层次、实用型、复合型软件工程技术和软件工程管理人才,学生具备扎实的程序设计能力,具备深厚的软件工程理论基础及较强的工程实践能力、研发能力和市场与国际意识,能够对软件产品的需求分析、架构设计、实施和测试执行规范有效的组织和管理,以及进行可靠的方案实施。
“软件工程”方向的核心课程为:高级程序设计、算法与数据结构、操作系统、数据库系统原理、计算机网络技术、编译原理、软件工程、UML软件建模设计、软件测试与质量保证、软件项目管理、软件配置管理、Web开发技术、软件体系结构、设计模式与重构、软件工程实践、课程设计、综合实训、毕业设计。
1.3“网络工程”方向
“网络工程”方向主要研究计算机及计算机网络系统的理论、设计、开发和应用技术,涉及程序设计语言、数据结构、网络设计与理论、数据库系统、计算机系统、计算机网络、网络操作系统、信息安全、网络协议等知识领域。该专业方向培养学生具备计算机网络技术、计算机通信技术、计算机网络安全等知识,能够在IT领域从事计算机网络技术与设备的开发、设计与管理,具有基础理论扎实、知识面宽、实践与开拓创新能力强的高素质技术工程型与开发型人才。
“网络工程”方向的核心课程为:计算机组成原理、程序设计、数据库技术、网页制作技术、网络操作系统、TCP/IP技术、计算机网络体系结构、网络管理技术、密码学与网络信息安全技术、网络性能分析、网络软件设计、多媒体应用技术、综合实训、毕业设计等。
1.4“信息技术”方向
“信息技术”方向主要研究计算机在信息处理、信息管理等方面的理论、设计、开发和应用技术,涉及程序设计、算法与数据结构、计算机组成原理、计算机网络技术、管理信息系统、信息安全、系统分析与设计、系统管理与维护、电子商务、ERP原理、信息管理、软件工程、数据库系统等领域。该专业方向培养学生具备现代管理学理论基础、计算机理论知识及计算机应用技能,掌握信息系统分析与设计方法及信息管理等知识,具有从事信息管理及信息系统分析、设计、开发实施管理与评价等多方面能力的复合型、应用型人才。
“信息技术”方向的核心课程为:程序设计、算法与数据结构、计算机组成原理、计算机网络与互联网、信息管理导论、管理信息系统、信息安全技术、系统分析与设计、Web系统与技术、电子商务、ERP原理及应用、软件工程、数据库与信息管理技术、课程设计、毕业设计等。
2创新型计算机人才培养方案
在创新型计算机人才培养方面,应坚持理论教学、实践教学、教学实习基地建设相结合的方式,注重培养学生的动手能力与创新能力,使计算机专业的发展方向与社会经济、社会需求相一致。信息化社会对计算机专业人才的需求呈现出多样化的特征,尤其对实践能力强的创新型人才的需求更为迫切。
2.1结合社会需求,制定创新型计算机人才培养目标
创新型人才是指具有创新意识、创新思维、创新能力和创新人格的人才,创新型人才不仅是全面发展的人才,还是充分发展的人才,更是对科技发展和社会进步做出较大贡献的人才。因此,在对学生进行计算机专业教育过程中,应强化创新意识教育,增强创新思维训练,注重创新能力培养,着力创新人格塑造。
人才培养目标定位是制订人才培养方案的首要问题,其决定了专业能力结构和知识体系,而社会需求是一个客观标准。专业能力结构是培养目标的具体化,贯穿于知识体系与教学模式中。在构建专业能力结构时,需考虑社会本位和个人本位的问题。社会本位注重学生未来的就业前景,强调职业的针对性和应用性;个人本位注重个人综合素质和能力的培养,为学生的未来发展创造积极的条件。培养具有创新型计算机人才,需将专业能力与基本能力有机地结合起来,形成以专业能力为核心的科学架构。针对不同的专业方向,强化相应的专业知识,按照“研究型人才”、“工程型人才”、“应用型人才”的培养模式进行人才培养。
“研究型人才”注重计算机理论知识的学习,具备深厚的计算机知识,关注计算机前沿的发展趋势,培养方向为计算机科学。“工程型人才”注重实践能力的培养,可分为软件工程、网络工程两个培养方向。“应用型人才”重视计算机技术的应用,包括信息技术、计算机图形图像处理、计算机辅助设计、电子商务、管理信息系统等多个培养方向。
2.2紧跟计算机发展趋势,不断更新专业课程体系
结合计算机的发展趋势,按照突出应用性、实践性的原则重组课程体系,教学内容要突出理论知识应用和实践能力培养。基础理论课教学以应用为目的,专业课教学需加强针对性和实用性,强调实践课的重要性。
按照信息社会对计算机人才的需求,培养学生具备深厚的理论知识和应用实践能力,应不断更新专业课程体系。根据不同的培养方向,增加相应的特色专业课程,并对主干课程设置课程设计,强化学生的实践能力。
2.3灵活运用多种教学方法,构建和谐教学环境
教师在授课过程中,可灵活运用多种教学方法,以提高教学效果。“任务驱动”教学法应用广泛,可以培养学生学习的主动性和成就感,在某个学习阶段,紧紧围绕一个既定的学习任务,学习相关的知识,当完成了一个学习任务时,再定下一个学习任务。在课堂教学中,教师应根据知识单元从不同角度提出相关的问题,引导学生思考,启动其创新思维能力,通过开拓思维获取新知识。
教师应把教学作为发展认知的手段,充分调动学生的学习积极性,使其参与到计算机课程的教学活动中。鼓励学生大胆质疑,给予学生发表意见的机会,使学生逐步具有创新意识。针对学生的不同见解,引导学生审视其观点,从而得出正确的结论,这样可以保护学生学习的积极性,使学生树立独立学习及创新思维的自信心。
2.4加强实践教学环节,重视教学实习基地建设
计算机专业的实践性很强,为了增强学生的创新意识,增强学生的创新能力,必须将实践教学贯穿于整个教学环节中。通过实验、课程设计、综合实训等方式强化实践教学环节,注重学生设计软件/硬件的创新能力。
通过学校与企业合作,建立教学实习基地,有效地开展专业实习。鼓励学生在实习基地参与实习工程,并结合实习成果完成毕业论文。学生通过参与企业运作与项目研发,体验真实的企业环境和项目开发环境,可提高自身的工程能力和职业素质。
2.5完善教学设备,进一步加强师资队伍建设
教学设备应随着计算机技术的发展及专业设置的调整而不断更新,在创新型计算机人才培养方案中,实践教学环节十分重要,教学设备是实践教学的必备条件,因此需要投入大量的资金完善教学设备,建立实验室、机房等。
创新型人才的培养离不开创新型师资,由于计算机学科发展迅速、实践性强,对于计算机专业教师提出了更高的要求。计算机专业师资队伍的建设需不断改革与完善,制定有利于师资队伍建设的管理体系与有效措施,建立科学有效的师资队伍考核评价体系,营造学科创新氛围,创造良性竞争环境,积极探索师资队伍的优化与整合,创造多学科汇聚与多方向交叉融合的创新团队群,努力打造一流的计算机专业师资队伍。
3结束语
在高校计算机专业教学中,应不断改革教育理念和专业设置,积极探索信息时代教育教学的新模式和新思路,促进学生创造精神和创新能力的培养。结合社会需求,不断调整计算机专业设置和课程体系,灵活运用多种教学方法,加强实践教学环节,完善教学设备,构建和谐教学环境,为国家培养出高素质和高质量的创新型人才。
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关键词：计算思维计算机教育认识论教学评价
基金项目：本文受昆明理工大学“面向行业的管控一体化系统”学科方向团队项目支持
计算机作为通用的智力工具，在信息化深度发展的今天，其应用领域急速扩张，与其他学科的融合程度也前所未有地深入。国内高校传统的计算机教育主要以可量化的技能测试作为考核指标，以分数的差异、资质证书的获取作为教育差异的主要指标，这种同质化的教育模式背离了信息化时代对人才培养的要求。学生一方面喜欢“玩电脑”，另一方面却对计算机课程不感兴趣，而教师则往往限于理论课空泛的讲解，而实践课以强化操作为主的教学模式之中。“狭义工具论”使大学计算机教育迷失了发展方向。
1高等计算机教育现状
现代科技发展所需的海量信息加工处理、快速准确的工业设计与仿真、科学有效的管理决策，无不深度依赖计算机科学与技术。如同数学和物理为自然科学提供了坚实的理论基石，计算机科学为其他学科的发展提供了重要的方法和手段，甚至是一种全新的思维模式。然而，如何构建科学的计算机基础教育、专业教育的教学体系，使知识体系构建、社会人才需求、学生学习需求达到一定程度的统一，却成为了高校现阶段计算机教育改革的重要课题。信息化的深度普及改变了传统的以集中实践、辅导为主的教学方式，课堂理论知识体系的陈旧固化与学生的求知趋向与广度需求的矛盾也日益突出。
如下几方面的变化是高等计算机教育改革所需重视的问题。
1.1学生信息化背景的变化
现阶段高校学生群体普遍属于“信息时代原住民”，信息化对其影响与生俱来。学生对信息科学基本具有好奇感。如图1所示，以某高校2012级1000名新生作为调查样本，仅有1.3%的学生基本不使用互联网。
1.2学生获取知识渠道的变化
开放式的网络时代，学生参与课程学习的时空界限得到了很大的延展，学生学习的独立性和离散性增强，静态知识的传授渐渐丧失了课堂的主导地位。如图2所示，学生在解决问题的渠道中，网络求助的比例（18.84%）已经接近于向老师提问的比例（21.26%）。
1.3社会对人才信息化素养需求的变化
社会对人才信息化的需求愈发呈现多元化特征。形式单一且过分量化的考核方式，长时间作为国内多数大学计算机教学的主要评价手段。机器可判的命题形式限制了开放性和研究性为主的考核内容的实施。在这样的教学背景下，考证成为了课程学习的主要目标。
基于以上的现状，高校计算机教育在教学内容、教学方法及教学实践上实施变革，使计算机高等教育适应社会经济发展的要求、适应各级各类高校自身的人才培养目标的要求，已经显得十分迫切。
2“计算思维”思想的引入
2006年，卡内基·梅隆大学周以真教授首次提出了计算思维的概念：“计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。计算思维和阅读、写作和算数一样是人类解析能力的重要构成要素。计算思维在学界已经被定位为与理论思维、实验思维并驾齐驱的人类三大科学思维之一。McMaster等学者提出了大学计算机教育培养MAC（Mathematical、Abstract、Computational）thinking的理论体系，明确了计算思维不等同于程序的观念，科罗拉多大学AndriIoannidou等以游戏设计思想和工程技术思想进行联系对照及迁移，提出了更加具体的计算思维模式培养的实施方法。董荣胜、袁开榜等学者在计算思维的概念拓展、定位等做出了较为深入的研究，并提出了较为具体的国内大学计算机教育实施方案。
工具论和教学中缺乏真理性基本科学规律的支撑，是大学计算机教育发展的主要障碍。简单的应用技能培训式的教学方式，渐渐使计算机教学变得索然无味，丧失了学科的文化底蕴。“计算思维”的引入，从认识论上解决了计算机教育在高等教育中的地位定位和发展方向的问题。在实际的教学实践中，计算思维并不应该仅停留在理论的层面，而是要与具体的教育目标及专业特点相结合，实现在计算机教育中的多元逻辑训练，依托应用目标培养学生在信息化背景下的自我解决问题的能力。
3融合计算思维的教育改革实践
同理论思维和实验思维相比较，计算思维还远没有发展到成熟阶段。将计算思维融入到在具体的教学模式设定与教学方法实施中，还需要不断地进行尝试与探索。计算思维涉及基础科学、技术科学及工程技术三大科学层次，同其他学科的交叉可以衍生出诸多的理论创新和应用创新。引导和培养学生在高等教育阶段的计算思维能力，使其在信息时代的生活、学习中拥有利用计算思维理解、解决问题的素养，正是融合计算思维的新型计算机教育的魅力所在。
研究型高校、面向应用的一般本科院校、职业本科等不同层次的高校，所实施的计算机基础教育及专业教育应有不同的侧重。本研究基于本科计算机基础教育，着重在如下几个方面实施改革：
3.1为课程界定科学合理的边界，排除单纯的技能训练式教学内容和教学形式。静态的知识主要采取教师引导，学生通过网络等开放学习形式自学的方式加以学习。
3.2设计与生活情境、专业背景相关的精彩的案例作为学习的切入点。以“计数器”为例，对于低年级非专业的学生，可以从站点统计、购物计算、根据在线时间计算等级等学生熟悉的应用场景入手，剖析计数的原理，从而形象而清晰地阐明信息如何存储、如何处理和如何实现。作为开放性延展，可以引导学生思考与计数相关的问题，例如容忍出错的有限次数计数、计数值的数据库存储与文件存储之间的差异、计数器的图形化表示等。图3为大学计算机课程提高班教学中计数器原理实现与B/S三层结构对应关系示意。
教学实践证明，这样富于延展性，给学生充分思考空间的案例，既达到了锻炼学生计算思维的目的，又满足了学生驾驭计算工具而获得的成就感。
3.3设置开放性的实践课题，加强实践环节的师生交互。实践环节对于计算机教学十分重要。固然计算思维是不需要插电的，但加以实践，会让学生更加直观而真切地感受计算思维及信息技术的实用价值。在实践环节的教学内容设定上要尽量避免技能强化的性质。具有探索性和开放性的实践课题可以培养锻炼学生思考解题思路、策划解题方案、寻求与实践解题办法的能力，这对于学生未来借助计算思维解决专业问题的能力培养是很有好处的。实践课题的拟定可以淡化对软件工具的要求，可以让学生在明确求解目标的前提下较为自由地选择工具及发挥个人的能力。在实践中教师可以加强和学生的交流与共同，帮助其优化解决问题的方案，或者在关键实践环节指导、协助学生完成任务。
4尚存问题与深化改革的构想
教学改革的实施也受到教学管理及考核评价体系等多方面原因的限制，在实施如何计算思维的大学计算机教育改革的过程中，如下问题需要进行考虑：
4.1课程评价体系、考核方式的改革
长期应试教育的影响，阻碍了高校计算机教育改革的具体实施，可量化的客观指标更受这种体制的欢迎。在高校的计算机课程考核方式中，操作路径可评判的技能测试以及答案具有唯一性的理论考题，是无纸化考试系统的主要形式。学生为了通过这种形式的考试，无非采取背记理论知识、强化技能训练的模式。这无疑与培养计算思维的教育理念是背道而驰的。
4.2功利主义的阻碍
在应试教育长期影响的背景下，追求考试通过率、追求用各种社会认证证书来衡量教学水平的现象在国内高校中较为普遍存在。高校计算机教育在这种既承担计算思维能力培养，又承担现实应用指标的重压下，很难发挥个性、找准地位。这也是目前高校计算机教育较难割舍传统教学模式的主要原因之一。在“知识”与“技能”的天平上，为了量化的“指标”，教学行为往往选择了短效的后者。
4.3个性化教学与学模式的取舍
计算机科学学科体系庞杂，计算思维具有较强的渗透性和融合性，所以与专业结合搞好高校计算机教育具有较高的操作难度。针对不同学科背景开设特色的计算机教育不同于以往的分级教学，对教师也提出了比以往更高的要求。对选课群体的学科需求的划分也需要在今后的教学管理实践中加以改进及优化。
5结语
总之，以计算思维为导向的高校计算机教育，为高校计算机教育的转型和提升提供了较为明确的发展方向。但是在教育改革的实践之路上，还有许多具体的技术性问题需要进一步探索与验证。教学的内容、技巧和方式方法可以因教学环境及施教对象有着灵活的变化，教育理念的梳理及转型才是高校计算机教育围绕计算思维进行改革的关键所在。
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【关键词】非计算机专业;计算思维;研究现状;基本特征;培养策略
随着计算机技术的广泛应用，国际计算机界开始对计算思维引起重视，并已成为高校教育工作者关注较多的一个领域，尤其是计算机科学教育领域更是开展了影响较大的相关研究。
一、计算思维研究的现状与趋势
在国外，计算思维经历的认知和逐步推广的过程，尤其是在美国的教育界和一些学术机构对此广泛推崇，不仅有卡内基・梅隆大学的计算思维发展的专题讨论，更有许多相关的协会和组织如部级别的计算机科学技术教师协会、团体级别的计算机协会以及数学研究所等在内的积极参与和响应。根据美国计算机协会（ACM）2009年在网上公布对CC2001（CS2001）进行的中期审查报告（CS2002InterimReview）（草案）中，就非常明确而具体地将“计算机导论”课程与“计算思维”概念交集在一起，并对此提出该课程需要讲授计算思维本质的特别要求。由于计算思维在许多相关领域的广泛应用，对美国国家科学基金会（NSF）的直接促成起到了主要作用，其重大基金资助计划CDI（Cyber-EnabledDiscoveryandInnovation，Cyber能够实现的技术创新与科学发现）的产生，CDI计划其主要目标是使用计算思维（包括在其研究领域产生的新思维、新见解、新方法）促进美国工程技术和自然科学领域产生划时代意义的革命性的成果，[1]促使人们在思维模式以及思维方式等方面发生转变。与此同时，得到美国微软公司支持的美国国家计算机科学技术教师协会将自己的研究成果《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》（ComputationalThinking：Aproblemsolvingtoolforeveryclassroom）报告在网上，对其研究成果和什么是计算思维进行了总结和推广，充分显示了以“计算思维”为核心的美国国家自然科学、社会科学以及经济等各个学科领域的转变，而这种转变标志着美国在自然科学与工程等领域保持和拥有处于世界领先地位的绝对优势。
在国内，许多专家与学者也开始关注计算思维的发展，如中国科学院计算技术研究所李国杰所长、国防科技大学的朱亚宗教授、桂林电子科技大学董荣胜教授等在这一领域做出了一些有益的探索。2008年10月31日至11月2日，在桂林召开了我国高等学校计算机教育具有标志意义的研究会，会议以“计算思维与计算机导论”为主题，开展相关的学术专题研讨，全国有80多所高校参会，包括70多位在此领域较有影响的计算机学院院长、主管教学副院长在内的近百名专家，与会者围绕主题，集思广益，畅所欲言，相互交流在“计算思维”领域的研究心得，以及它高校教育教学中和科技创新的重要作用，着重探讨了在计算机学科教学创新中科学方法与科学思维的作用，特别是结合所在学校计算机专业教学实际，探讨了以课程为载体融入计算机思维的手段和方法，对提升和促进我国计算机科学与教育事业的进步起到了重要的推动作用。
计算思维作为计算机科学领域的高级思维活动，它对计算科学的发展和进步具有深远影响，通过运用计算机科学的基础概念，将人类行为理解与问题求解等一系列思维进行系统设计。ZenonW.Pylyshny认为大脑中发生的认知过程也与计算过程“强等价”，并从功能建构、代码符号结构、代码定义结构三个层面对认知过程进行了诠释[2]。中科院院士李国杰认为：计算机科学本质上源自工程思维和数学思维，但计算思维远远不只是为计算机编程，它与“读写能力”一样，是具有抽象的多个层次上的思维，既是每个人应具备的基本技能，也是人类的基本思维方式，因而它不属于计算机科学家独有，计算思维将渗透到我们每个人的生活之中。哈尔滨工业大学战德臣教授认为：当前大学非计算机专业计算机教学课程存在知识型/技能型教学与未来计算能力需求之间的鸿沟，当前的教学模式关注点是计算机及其通用计算手段的应用，而能跨越通用计算手段到各学科专业计算手段的鸿沟，应是基于通用计算手段的计算思维与计算能力，思维性基础教育应是改革的方向。
总之，对于计算思维的研究国内外都取得了可喜的研究成果，我国高校也在计算机科学教学方面有意识地进行了相关研究。但对于计算思维概念、基本原理、历史沿革（发展阶段）以及今后的前景，特别是在教学中如何培养计算思维等，无论是国外还是国内目前还缺乏统一的认识，国内外尚未有文献全面而详细地对这些问题进行归纳总结。特别是对于计算思维从何而来？它的基本原理和特征怎样？以及如何在高校计算机专业教学中有意识地培养计算思维能力等问题都需要有一个总体的把握，以推动和促进计算思维的研究健康发展。
二、计算思维的基本特征
1、计算思维的原理
有学者认为：计算思维的原理包括机算设计原理、形理算一体原理和可计算性原理。所谓机算设计原理，就是通过利用运行规则（算法）以及与物理器件相结合，从而实现某个任务顺利完成的原理。自从计算机广泛应用到社会生活各个方面之中，其计算思维领域也在不断扩展，电子计算机的创造改变了世界，带给人们许多前所未有的惊喜，计算机的设计原理也成为计算机科学取得的最显著的成果，可计算性原理亦即计算的可行性原理。所谓形理算一体原理，即是应用相关理论针对具体问题进行计算发现规律的原理。[3]在计算思维领域，就是从物理模型和物理图像出发，寻找相应的数学工具与计算方法进行问题求解。
2、计算思维的概念、方法和特征
计算思维一词由JeannetteM.Wing于2006年提出，要弄清究竟什么是“计算思维”，这是计算思维研究最为关键和首要的内容之一。但众多专家与学者对计算思维的概念目前还未建立起统一的共识，并且每位学者对计算思维的触角和认知也是各抒己见，都有自己独到的见解;它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。其定义是：运用计算机科学的基本理论和基础概念去解释或理解人类行为，进行系统的相关设计和求解问题。周以真认为，计算思维具有六个方面的主要个特征（数学思维与工程思维的互补与融合;概念化，不是程序化;是人的，不是计算机的思维方式;是思想，不是人造物;根本的，不是刻板的技能;面向可以触及到的所有的人，所有的地方）以及涉及到的计算机科学的思维能力培养系列的各种方法（保护、冗余、递归，容错、纠错和恢复，抽象和分解，学习和调度，利用启发式推理来寻求解答，在不确定情况下的规划等等）。[4]故综合以上观点：本人认为计算思维是我们的亲密伙伴，它是以思维科学为基础，体现了形象思维与创新思维的发展方向，通过计算基础将思维科学为核心的认识论不断推向新的研究领域[4]。
三、计算思维能力的培养、创新与策略
1、重视计算思维能力的培养
当前，对学生进行计算思维能力的培养已经越来越受到重视，并在教育领域逐渐展开。国外很多国家的教育主管部门或教育机构也将更多的精力投入到对学生计算思维教育、训练以及计算思维能力的培养，并高度重视计算思维能力的培养，将它纳入学校课程的考核体系之中。但就目前而言，我国对计算思维能力训练和有意识的培养还远远不够，其设计与整体规划欠完善，至今还没有形成一套完整的方法体系，尽管高校在教学过程中已经有意识地进行学生计算思维训练及能力培养，但这些都是探索性的、小规模的和碎片化的，缺乏大规模的、系统化的和自觉的意识。我国在计算机科学研究方面的专著如《计算机科学导论―思想与方法》和《计算机科学与技术方法论》等，已经列为完整成熟的计算机方法论的研究成果，[5]但对刚刚起步的计算思维培养研究而言，要走的路还很远，还有很多工作需要开展。以笔者所在学校为例，尝试在医科学生中开设了“医用计算机基础”这门课程，从学生学习和反馈的情况看，很受学生欢迎且反响较好。因此我们认为可以在高校非计算机专业学生中进一步尝试开设计算思维能力的课程，达到学生培养的目的。
2、创新计算机思维能力方式和手段
21世纪是知识经济的时代，更是知识创新的时代。国家的兴旺和国力的强大离不开创新，而创新的核心问题取决于人，只有在教育教学中主动融入创新理念，充分调动学生的创新意识和创新主观能动性，才能在未来社会发展和竞争中
抢占新世纪新型人才的培养的制高点，不负时代向教育和人才培养提出的严峻课题。因此，高校在计算机思维能力培养方面，要有意识地创新教学方式和教学手段，使计算机思维能力的培养成为学生喜闻乐见的教学课程，以培养出具有创新意识和创新能力的创造型人才，使我们在日益激烈的国际竞争中昂首阔步、充满信心地迎接各种挑战，才能并保证我们在未来竞争中立于不败之地，从而达到目的双赢。
3、加强计算思维能力培养教学策略
当前的社会发展形势要求高校必须重视和加强大学生创新能力的开发和培养，而计算思维理应成为高校课堂教学采用的重要工具。笔者所在的高校经过多年努力，教师与学生对计算思维能力的培养达成了共识，在教学过程中也日渐体现其效果。已在教学当中逐步应用，但如前所述，由于人们计算思维的认识还没有达到较高层次，作为独立的学科体系来说，计算思维还未成气候，并且在教学中的应用还限于是少数专家学者的行为，一般处于探索阶段、小规模或较为零散的实验性教学，在培养过程中缺乏系统性的应用计算思维的系列方法，[6]取得的效果还有待时间的经验。但总之，基于“一种新的思维模式的培养，可以通过有针对性的学习、训练、实例展示与应用来逐步完成，最终在人的思维结构中形成一种新的可选择的思维定式”。随着现代教育信息技术的发展，互联网+时代的到来，学生可以通过混合式学习模式自主学习，以培养非计算机专业学生的计算思维能力。
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关键词:信息管理与信息系统专业;计算机类课程;课程体系
信息管理与信息系统专业是一个信息科学、管理科学、系统科学、计算机科学等众多学科交叉的专业[1]。由于其具有涉及学科领域广、发展变化快的特点,决定了信息管理与信息系统专业课程体系建设具有动态性。在该专业中计算机类课程是培养学生计算机素养和技能、支撑管理信息化的重要基础,其在课程设置中占有相当的比重。因此,构建适时、科学、合理的计算机类课程教学体系是本专业课程体系建设的核心内容之一。然而,由于不同学校该专业的办学背景不同,教学侧重点差别大,导致课程体系不尽相同,因此给出一个该专业的计算机类课程教学“统一”体系是不科学的,也是不切合实际的。本文旨在根据自身教学实际,提出地方本科院校该专业在计算机类课程教学体系设计的一种思路,让更多的人关注,并加入到相关的研究的队伍中来。
1计算机类课程的重要地位
信息管理与信息系统专业的多学科交叉特点,决定了该专业的发展方向和人才培养的模式与特征,即以管理为基础,以信息科学为支持,管理与技术并重,培养以应用为目标,管理、信息技术相融合的技术型管理人才。这一方向和目标要求在教学中以计算机作为工具,注重将信息技术与管理的融合,树立“技术进步促进管理理念的发展,管理理念通过技术实现”的思想[2],让学生获得信息化管理与决策的专业技能。
课程是教学的根本,课程设置状况直接反映了人才培养的方向,人才培养的方向决定了课程体系的结构[3]。虽然目前信息管理与信息系统专业的建设与发展主要有工商管理、信息资源管理、技术导向3种模式[1],课程体系方面有以清华大学、同济大学为代表的理工科院校,课程重点在于计算机科学技术,尤其是信息系统的开发技术;以北京大学、武汉大学为代表的综合性院校,课程重点在于情报学、信息学等基础课程;以人民大学、东北财经大学等为代表的财经类院校,课程重点在于经济管理知识,侧重企业中的管理信息系统和电子商务方面的教育三大类[4]。这些模式虽各有自身特点和优势,但无论何种模式与课程体系其共同特点都是计算机类课程占有相当大的比重,且计算机类课程与管理类课程分界明显,不能充分体现计算机技术与管理思想的融合与及本专业对人才培养的特色需要。地方本科院校不能照搬任何一种模式,必须结合当地社会需要,结合实际提出一种计算机类课程教学体系的设计思想,构建一套符合地方本科院校自身实际和人才培养目标的计算机类课程教学体系。
2计算机类课程体系设计的基本思路与要求
课程体系建设是教学研究的重要内容,是实现人才培养目标的关键。信息管理与信息系统专业的课程体系建设要以科学性、专业性与广博性、理论性与实践性、稳定性和动态性为原则[5],课程设置坚持“基础为先,重在主干,突出特色”的导向。从该专业课程建设的指导思想与人才培养目标出发,结合社会对本专业人才的能力需求,在充分考虑教学规律、学生知识结构、学生成长和能力提高等多种因素的基础上,提出本专业计算机类课程设计的基本要求是:(1)社会对本专业人才的计算机应用能力需求;(2)体现本专业的特点和特色;(3)体现信息化时代教育的风貌和要求;(4)充分考虑到学生未来发的知识基础。
信息技术的时代性决定了信息管理与信息系统专业的计算机类课程体系建设是一个复杂的过程,但无论何时,教学的目标是明确的,就是培养能够利用信息技术,开发信息系统,在数据建模的基础上完成信息分析、服务于管理决策、实现管理创新的中坚力量[6]。围绕这一目标,课程体系设计的思路是社会人才需求决定人才培养目标,人才培养目标决定教学要求,教学要求推导知识模块,在由知识模块决定开设课程,构建一个面向能力培养的课程体系。
3计算机类课程体系的设计
3.1课程体系的基本框架
根据信息管理与信息系统专业培养的目标和要求,计算机类课程体系可分为:计算机基础知识、计算机软件、硬件知识、系统工程知识、系统开发、设计知识、系统集成、应用和维护知识和信息化管理知识七大模块,分类于三个层次(如图1所示)。底层是上一层的基础,上一层是对底层知识的应用。
(1)计算机基础知识模块。让学生掌握计算机基础知识和常用工具软件的使用方法和技巧,具有熟练利用计算机从事文档、办公及通讯工作的能力。
(2)计算机软件、硬件知识模块。使学生理解计算机软件的基本现状及未来发展趋势,掌握计算机的硬件体系基本结构和发展趋势,能自主学习常用软件的使用,会对计算机硬件进行组装和维护,具有对实用软件和硬件维护的实际操作能力。
(3)系统工程知识模块。理解系统工程的基本概念,懂得系统工程的基本原理和方法,并用此引导学生加深对信息系统的认识和理解。
(4)系统开发、设计知识模块。这一知识模块是课程体系中的核心内容,要求学生掌握系统开发的基本流程和数据处理基本方法,至少会用一门程序设计语言进行小型系统的开发设计,并将所学管理融合到系统开发与设计过程中。
(5)系统集成、应用和维护知识模块。在对信息系统有全面认识和开发设计经验的基础上,能将小型系统集成起来,并加以应用,同时能系统进行整体的维护。
(6)信息化管理知识模块。掌握信息管理的基本知识和方法,会借助计算机或相关工具对信息进行有效管理,并能把信息化管理的发展动向和发展趋势。
3.2专业方向设置
信息管理信息系统是一个多学科交叉的专业,要使本专业培养的学生具备社会的竞争能力,仅有知识面广是不够的,必须培养学生在具备广博知识面的同时还能根据社会需要和学生未来发展需求,使学生具备某一方向的专业能力。为此,在第4学年对本专业学生进行分专业方向教学是十分必要的。在实际的教学中我们将本专业的学生分为信息管理方向和信息系统方向来进行培养,开设不同侧重的课程。前者注重信息化管理能力的培养,后者重在信息系统的分析与设计,使学生毕业后能迅速适应社会需求。专业方向的设置使学生适应社会的能力得到了提高。
3.3知识模块与课程设置
根据课程设置思路和原则,将课程分为计算机基础类课程、计算机技术类课程、计算机技能类课程、技术与管理融合类课程、信息管理类课程五大类型。知识模块所对应的课程群,课程所属类型和专业方向如表1所示。
3.4课程开设建议
第1学年:让学生掌握计算机基本结构和基础知识,具有能利用计算机进行简单管理工作的能力。针对这一目标,可在本学年第1学期开设计算机应用基础、计算机系统概论课程。第2学期开设常用工具软件使用和一门程序设计语言。
第2学年:掌握信息管理和信息系统的基本理论、基本知识;具备信息组织、信息检索与存储、信息分析研究、传播与开发利用的基本能力。本学年可在第1学期开设信息系统开发方法、数据结构、面向对象程序设计;第2学期开设计算机网络、数据库原理及应用、信息存储与检索。
第3学年:掌握管理信息系统的分析方法、设计方法和实现技术;具有简单信息系统开发、设计、调试与维护的能力。本学年可在第1学期开设信息系统分析与设计;计算机系统与系统软件;第2学期开设软件工程、管理信息系统开发案例、管理信息系统课程设计(综合型实验课)。
第4学年:掌握信息管理和信息系统两个方向的发展趋势和信息技术发展方向,具有能有效进行信息组织与管理,并能解决信息管理系统软件开发、和使用中常见问题的能力。本学年主要以选修课为主,分两个方向(信息管理方向、信息系统方向)进行选修。信息系统方向可开设计算机应用新技术、IT项目管理、数据仓库与数据挖掘、Web数据库开发技术、软件系统开发实践等;信息管理方向可开设信息分析与预测、决策支持系统、知识管理原理与技术、电子商务应用案例等。
4结语
信息管理与信息系统专业作为一个应用性很强的专业,必须紧密结合社会的需求,在课程体系的设置、教学内容的选择上不断进行改进和创新。计算机技术由于其发展变化快,在课程体系的设置上不能只进行简单的知识累加和课程增加,而应该把信息技术应用能力培养放在首位,并准确把握专业的特点和就业市场的变化,实时构建面向信息技术能力培养的计算机类课程体系,才能培养出符合社会需要的信息化管理人才。
参考文献:
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TheDesignonComputerClassCurriculumSystemfortheSpecialtyof
InformationManagementandInformationSystem
LVYong-lin,SHIWei
(DepartmentofEconomicInformationManagementandComputerApplication,
ChuxiongNormalUniversity,Chuxiong675000,China)
[关键词]计算机通识教育高校
[作者简介]刘菲（1976-），女，山东禹城人，中央司法警官学院政治部，讲师，研究方向为计算机应用技术。（河北保定071000）
[中图分类号]G649.1[文献标识码]A[文章编号]1004-3985（2012）36-0184-02
一、概述
1.基本概念。计算机通识教育是现代教育体制的重要组成内容，是通过计算机知识技术的传授及训练，在培养专业人才的过程中进行的专业辅助教育。通识教育不只针对本专业，对于其他交叉性学科也非常重要。开展好当代计算机通识教育，培养具备计算机素养的高级人才是提升科技水平的保证。
2.基本类型。计算机教育可分为两种基本类型，即计算机专业教育与计算机通识教育。其中，计算机专业教育以开发和培养计算机专业人才为己任，涉及的计算机理论和实践知识都比较广泛；计算机通识教育是针对高校非计算机专业开设的，不对理论知识进行过多探讨，主要培养计算机应用型人才。
3.培养目标。在美国，计算机通识教育的培养目标是打造全面发展的“系统工程师”，未来他们可能成为企业乃至政坛的领导者。课程设置主要针对学生的知识掌握程度，加强知识体系的健全性和创新性培养，如麻省理工学院开设有本科实践导向计划和本科研究导向计划，斯坦福大学开设有工程多样性研究项目，进而大力加强实验课在课程体系中所占据的比例。
4.研究内容。通过计算机通识教育可以培养学生良好的计算机思维能力和信息素养。教育工作者应加强自身专业教学能力，并注重各个学科之间关于计算机通用理论体系的掌握，将计算机通用理论体系与专业相关课程有机结合在一起。计算机通识教育的关键问题就在于，正确引导计算机专业各个课程之间的融合性和非计算机专业各个课程之间的交叉性。
二、美国计算机通识教育的特点
1.教育内容广泛性。美国高校计算机通识教育的教学内容呈现多面性和综合性。课程的选择数量非常大，涉及的专业领域也比较广，基本上涵盖了自然科学、社会科学、工程、建筑、人文、艺术等多个方面。
2.课程设计灵活性。美国高校的计算机通识教育课程都有专门的课程研究机构，由资深教授和工程实践能力较强的老师组成，从课程开设环节就严格把关，保证课程开设的先进性。课程作业极少使用课后系统，基本上都是综合性比较强的上机操作，比较注重实践能力和动手能力。
3.教师队伍多样性。美国在完善知名专家、教授参与日常授课工作的同时，还积极引导青年教师吸收更多科技前沿的知识。计算机科学技术的发展日新月异，青年教师对新事物的适应较快，容易跟上更新的脚步，所以更容易加入到计算机通识课程教育的队伍中来。
三、美国计算机通识教育的发展
上世纪80年代中期，美国率先进入新的经济发展轨道。在美国新经济的发展进程中，以计算机相关技术为主线的高新技术产业占据了主导地位。美国新经济的发展与计算机教育的发展有着密不可分的联系。
1.学科发展。美国的计算机教育早在上世纪60年代就已在一些知名大学建立起来。当时计算机专业是一门二级学科，被设置于自然科学之下，因此具有交叉学科的一些显著特点。随着全球计算机科学技术的不断发展，各大高校迅速成立起独立的计算机学院，后期又在计算机学院的基础上，成立了诸如人机交互、人工智能、计算机多媒体、网络安全等基于计算机科学体系的众多分支研究机构。根据美国学科专业目录设置，共设立独立学科群38个，计算机为其中之一。计算机教育在学科分类建设上也得到了长足的发展与进步，所含学科数目和专业方向持续增长。新增的专业有的对应以前的主要学科，如计算机与信息科学学科下新增了信息技术专业，有的则对应于新增的学科，如计算机/信息技术管理下的网络管理。上世纪末计算机产业的高速发展带动了计算机教育的发展，其中主要是以互联网技术、通信技术、软件技术为代表，新增加的专业学科中，也都大多与上述三个学科有着密切的联系。上述问题主要是以计算机专业为主旨进行的研究，并不包含一些交叉性的学科。由于计算机科学有着针对其他学科良好的辅助意义，所以计算机技术也迅速融入一些传统学科中并得到广泛的应用，比如生物、管理、医疗、传播等。计算机科学在其他交叉学科中也有着较强的生命力，并且起到了很好的辅助作用。
2.人才培养。随着信息科技的发展，计算机相关专业人才的培养规模也在不断增长和扩大。20世纪80年代，美国计算机专业教育开始普遍进行，期间每年的学士学位授予量保持在6万左右，在20世纪90年代的几年间，计算机学士学位的授予量保持在4～5万左右，到了2000年以后又大幅增长，研究生学位的授予量在这10年间出现了迅猛增长的趋势，其增长幅度远远超出学士学位。可以看出，高层次的计算机专业人才的培养力度正在不断加大。美国政府对计算机教育的发展制定了长期投资计划，2000～2010年间，美国政府向计算机专业投资的NSF经费比例不断攀升，这说明政府对计算机教育给予了高度重视，从而有效带动了IT高级人才的培养。
关键词：计算机科学技术前沿展望
一、引言
随着计算机的产生及科学技术的不断发展，计算机科学技术已经成为现代人生活中的重要组成部分，并在现代人的生活和学习中占据了重要的思维。计算机的出现及发展改变了人类生活的各方面，不仅在很大程度上提升了人们的生活水平和质量，更推动了人类文明的进步。未来的计算机科学将朝着更加多元化的方向发展，它已经成为能够体现一个国家综合实力的重要内容。
随着互联网络技术的不断发展，现代人的生活发生了巨大变化，人们可以通过互联网足不出户就能获取很多信息。例如：获得期刊文献、获得各种资讯、了解天气状况、各种新产品的信息、世界经济及军事的发展趋势等。每当人们在悠闲地环境中感受着扑面而来的各种层出不穷的电子新产品时，计算机科技的发展不仅彻底改变了人们的生活与工作习惯，更促进了人类社会进一步发展，使得地球村的实现逐渐成为一种可能。
二、计算机科学技术的发展历程
目前，只要人们登录各大新闻网站的科技板块，就会发现各种新型的电子产品已经占据这些板块的大半江山。这些电子产品是如何发展成这样的先进状态，未来它们又将朝着哪个方向发展呢？计算机科学技术的发展史说明了这一切。
人类计算机科学技术的发展经历了算盘、帕斯卡计算器、布莱尼茨机械计算机、巴尔其的差分机、阿塔那索夫-贝利计算机、ENIAC计算机等的发展。人类直至1946年2月14日产生了ENIAC，计算机才正式投入使用，人类才正式进入电子计算机时代。它原本是为了计算导弹而设计的，但是由于其设备的造价十分昂贵，只能局限于在军事领域使用。直至1982年，人类第一台个人计算机产生，计算机才逐渐走向普通家庭和一些中小企业。到目前为止，我国大多数的家庭已经完全拥有了先进的计算机设备，例如：台式机、笔记本、智能手机等，这些先进的现代计算机科学技术已经逐渐渗透到人类生活的方方面面中。
三、现代计算机科学技术的发展所具有的特性
（一）计算机科学技术具有广泛性
随着计算机科学技术的不断发展和互联网时代的到来与发展，人们的生活已经随着计算机的广泛普及而发生了颠覆性的改变。越来越多的个人和企业通过计算机来解决一些生活和学习中遇到的实际问题。例如：人们足不出户就可以浏览世界风光、网络购物。再例如：一些企业可以通过计算机的超级强大运算能力代替了人类对商业数据和信息的分析与处理。计算机这棵参天大树已经逐渐渗透到人类的政治、经济、文化、商业、军事等多个领域中，对人类社会的发展和现代文明的进步产生了广泛性的影响。
（二）计算机科学技术具有智能性和专业性
随着计算机使用的越来越广泛，科学技术也在不断发展。特别是微电子、集成电路、半导体晶体管等技术上取得了重大的成就，计算机也正向着智能性和专业性的方向发展。例如：计算机可以根据不同的使用者的需要来对计算机进行各种更新与改装，有的还可以为用户量身定做各种台式计算机和笔记本电脑，这充分体现出计算机在应用领域中更为人性化的一面，也充分显示出计算机在个应用领域的专业性。
（三）计算机科学技术具有实用性
在现代人的日常生活中，人们可以通过计算机网络更加快捷、更加广泛的获得多方面的信息，并以此为契机来提高个人的精神生活的质量。另外，计算机在工业中的运用也是不可忽视的。工业生产中的自动化过程、辅助设计过程、信息管理、集成制造等方面的完成都是由计算机的通信技术和程序编程来实现的。在教育方面，计算机的实用性更为突出。例如：现代教育中教师充分利用计算机来完成课堂教学，不仅丰富了学生的课堂，更提高了教学效率。
四、计算机科学技术的发展趋势
（一）生物计算机
随着生物技术的不断发展和进步，一种建立在脱氧核糖酸基础上的分子计算机正在逐步演变成现实，已经有科学家实现了使用脱氧核糖酸进行简易的数据计算和存储的操作。它主要是采用蛋白质分子构成的生物芯片作为集成电路板，因此具有机构小、集成密度高等特点，运算速度比现代最先进的计算机要快一万倍。同时它还具有自我修复的功能。
（二）光子计算机
这是一种以光信号进行逻辑运算的计算机，它是由集成光路、激光器透镜等组成的。它具有耗能低、速度快、计算能力强的特点。
（三）量子计算机
这是一种根据原子或者原子核的量子力学的特性进行工作的。它是建立在量子效应构建的一个完全以量子为基础的计算机。它主要通过链状分子聚合物来表示0和1这两种二进制状态。量子计算机最大的特点是每秒计算可达一万亿次，并具有类似于人脑的容错性，一旦系统出现故障原始数据能够自动绕过出错部分继续计算。
总之，计算科学技术的不断发展将人类文明带入了一个新的高度，它的发展将为人们的生活带来重要改变。
参考文献：
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作者简介：
关键词:专业规范;计算机组成原理;课程改革;理论教学;实验教学
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)21-5876-03
ReformintheCourseoftheComputerCompositionPrincipleBasedonProfessionalNorms
FANGMing-ke,LILei
(SchoolofComputerandInformationTechnology,XinyangNormalUniversity,Xinyang464000,China)
Abstract:FollowingtheguidanceofprofessionalnormswhichisspecifiedbytheTeachingGuidingCommitteeforComputerScienceandTechnologyundertheMinistryofEducation,thispaperanalyzesthemainpropertiesofthecourseofComputerOrganizationPrinciples,discussesandcarriesoutcurriculumreformofthesubjectfromthefollowingaspectsthatincludeoptimizingteachingcontentsbasedonprofessionalnorms,improvingandenrichingteachingmethods.Byanalyzingthepresentsituationofexperimentteaching,thispaperindicatesexistingproblems,andputforwardproposalstoimprovetheeffectoftheexperimentteaching:revisingdesignofexperimentsandstrengtheninginstructiononexperimentprocess,etc.Finally,basedonprofessionalnorms,thispaperputsforwardsreformproposalsthatincludetheoryteachingandexperimentteachinginthecourseofComputerOrganizationPrinciple.
Keywords:professionalnorms;computerorganizationprinciple;curriculumreform;theoryteaching;experimentteaching
随着计算机和通信技术的蓬勃发展,中国开始进入信息化时代,计算机及技术的应用更加广泛深入,计算机学科传统的专业优势已经不再存在。社会和应用对学生在计算机领域的知识与能力提出了新的要求。专家们指出,未来10～15年是我国信息技术发展的窗口期、关键期。为此,高等学校肩负着为国家发展和满足社会需求培养多类型人才的重任。在这样的背景下,高校必须正视问题,积极思索与变革,重新审视计算机专业教育的发展方向,与时俱进地推进计算机专业教育改革。
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业必修的一门专业主干课程。课程要求掌握计算机系统各部件的组成和工作原理、相互联系和作用,最终达到从系统、整机的角度理解计算机的结构与组成,并为后续课程的学习奠定基础。但从整个学科的建设和发展,以及对学生专业素质培养的角度来看,这样的要求是不够的。更为重要的是,通过教与学,还应当提高学生对计算机硬件系统的认知能力和设计能力,强化实践意识与能力,培养创新理念与能力,激发学生自主学习、主动探索前沿知识。教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会在2006年了计算机科学与技术本科专业战略报告和专业规范,对计算机专业的发展与教学提出了指导意见。本文探讨以专业规范为指导对计算机组成原理课程进行改革,研究并实践一种有效的教学模式,帮助学生从微观层面掌握本课程知识单元,从宏观层面建立该课程知识体系,使学生准确把握课程的核心内容,全面地构建整机系统,进而培养学生的专业素养和综合能力。
1计算机科学与技术专业规范
教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导委员会(以下简称教指委)在广泛深入的调查研究基础上,借鉴国际上计算机专业办学的发展与现状,结合我国计算机教育的实际情况,对计算机专业本科教育的发展方向和办学单位的专业发展提出了指导性意见,并制定了具体的《专业规范》。
教指委在计算机科学与技术专业发展战略研究报告和专业规范中提出了以“培养规格分类”为核心思想的计算机专业发展建议,将计算机学科分为三种类型四个方向,即:科学型(计算机科学方向CS)、工程型(包括计算机工程方向CE和软件工程方向SE)、应用型(信息技术方向IT)[1]。针对每个类型的每个方向的特点和要求,专业规范从学科方法论、培养目标与规格、教育内容和知识体系等方面进行了详细的规划,提出了富有建设性的指导意见。
专业规范中明确指出,“计算机组成基础”是计算机科学方向和计算机工程方向的核心课程,并且对实验、综合性课程设计和核心的教学内容提出了规范要求。在软件工程方向和信息技术方向,“计算机组成基础”是核心知识领域计算基础(SE-CMP)和平台技术(IT-PT)的核心知识单元[1]。专业规范根据课程体系对每一门课程内容、知识要点、学习目标等都进行了详细的设计与组织。在专业规范中,“计算机组成基础”的理论教学课时一般为48～56,实验课时一般为8～16,是计算机体系结构、操作系统、嵌入式系统和计算机网络等课程的先修课程,重点涵盖了计算机运算、存储系统组织和结构、功能组织等多个知识单元。本文主要探讨在专业规范的指导下,“计算机组成原理”课程的教学改革与建设。
2课程内容组成及改革
关键词：高等院校工程型计算机人才培养模式
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0188-02
计算机相关产业作为信息产业的核心之一，是国民经济和社会发展的基础性和战略性产业。随着国内外计算机相关产业的大规模快速发展，其不仅对优化调整产业结构、推动传统产业升级，而且对建设创新性国家起着越来越重要的作用。当前我国大部分高校均开设有计算机类相关专业，拥有庞大的在校生规模，每年都有大量的计算机人才进入就业市场，但由于高校计算机人才培养模式和IT企业市场需求的脱节，使得IT企业往往较难直接获得符合其要求的计算机人才，这也造成了计算机人才成为目前制约我国IT企业发展的重要瓶颈。
教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会在2006年推出了《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范》（简称CC2006）[1]，将人才培养的规格归纳为下述的三种类型、四个不同的专业方向：科学型（计算机科学专业方向）、工程型（包括计算机工程专业方向和软件工程专业方向）、应用型（信息技术专业方向）。CC2006进一步明确了计算机科学与技术本科专业发展战略，指出了以“专业方向分类”为核心思想的计算机专业发展建议，并制订计算机科学与技术本科专业规范。特别地，CC2006鼓励不同的学校根据社会需求和自身实际情况，为学生提供不同人才培养类型的教学计划和培养方案。此外，国务院在2011年《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发[2011]4号）中明确指出了我国软件产业的发展规划，在其人才政策别强调，高校要进一步深化改革，加强软件工程专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设，努力培养国际化、复合型、实用性人才，这进一步指明当前社会对计算机工程型人才培养和需求的重要性和迫切性。
1工程型计算机人才培养存在的问题
由于计算机学科及其相关产业具有知识结构广、发展速度快等特点，使得目前计算机学科各专业还没有形成一个比较成熟通用的课程体系和人才培养模式。另外，由于不同地区的教育质量存在差异，尤其西部偏远地区，学生的计算机水平参差不齐，外语水平薄弱，这些都对计算机学科的教育教学提出了新的挑战，使得目前高校在培养目标、专业定位、课程体系设置以及综合实践能力培养等人才培养模式上存在诸多问题。
首先，培养目标和专业定位模糊。国家和社会的发展对人才的需要是多层次的，既需要从事基础研究的学术型人才，又需要从事专业社会实践的工程型人才。不同类型的学校要有不同的层次定位，相应的学科发展也要有不同的专业定位和培养目标，从而采取不同的教育模式。一些高校不顾自身实际发展情况确定高目标、追求高层次，盲目照搬普通院校相关专业的课程体系和培养模式，这使得高校在教材选择、教学大纲制定、教学模式和培养手段的运用上缺乏针对性、层次性和灵活性，致使教学质量下降。
其次，课程体系设置和知识结构不合理。由于计算机学科及其相关产业又具有知识结构新、发展速度快、重实践操作等特点，计算机学科各专业一直没有形成一个比较成熟的课程体系和通用的人才知识结构培养模式，课程设置中以基础学科为中心的课程观往往占主导地位[2]。课程设置多是在计算机学科传统课程基础上，增加些电子硬件类和软件类课程，课程体系设置重理论和基础，对计算机工程类领域的知识涵盖面窄，这也造成了计算机工程类学科发展和其相关产业现状的脱节。
最后，综合实践环节薄弱。计算机学科是一门具有很强系统性和工程性的新兴学科，这就要求其相关的技术人员对来自不同领域背景的工程项目具备一定的适应能力、实践能力和创新能力。在计算机类工程人才的培养过程中，存在现行各地方高校的教育体制滞后于信息社会快速发展及需求的问题[3]。多数高校依然沿用陈旧的培养模式，教学计划主要以理论讲授为主，缺乏实践教学环节，使得学生将过多的时间和精力投入到课程的基础学习中，忽略了指导学生将各专业课程知识和实践教学环节有机的揉合在一起，致使学生的理论能力和实践能力严重失衡。
2工程型计算机人才培养模式探索
计算机工程类专业具有适应面广、涵盖技术领域多、发展变化快等特点。特别是在21纪的计算机网络和信息时代，计算机工程类学科的相关理论和应用技术，不断随着计算机技术和网络技术等信息技术的进一步深入而迅速发展。为了适应工程型计算机学科专业发展的整体形势，创建工程型计算机特色专业，更好地培养符合社会需要的人才，高校应根据自身特点，明确专业培养目标、建设专业特色鲜明、师资队伍结构合理、学生知识结构完善、实践实验条件充实的人才培养模式，其中这里包含以下几个重要方面。
首先，要明确专业定位和人才培养特色。根据国家教育部对计算机学科专业建设的指导性意见和其他大学的办学经验，高校应结合自身的特点，进一步充实和完善培养工程型计算机人才的培养计划及课程体系，加强师资队伍建设和实验室建设，拓展实践教学环节，提高工程型计算机学科专业所需的基本素质和专业基础，保质量、重特色，明确专业定位和培养方向，更好地培养出侧重于工程型计算机专业技术人才。
其次，要整合课程体系、优化课程结构。计算机学科各专业作为一个新兴专业，早期其课程体系和课程结构主要依赖于CC2004（ComputingCurriculum2004，计算机学科教程）[4]。在制定具体课程时，现阶段高校应结合培养工程型人才的专业定位和人才培养目标，整合并按需修整传统的计算机科学与技术学科课程，设置通识课程平台、学科基础课程平台、专业课程平台和实践教学平台等模块化的专业课程体系，突出社会和企业所需求的计算机技术和工程性课程，增加工程训练和工程实践教学环节，形成宽、专的人才培养课程体系，使得调整后的课程体系设置不仅实用性强，而且有利于学生根据自身优势个性化发展。
再次，要加强计算机工程专业英语学习。在计算机相关学科领域，由于学科知识结构的特殊性，计算机程序和命令是由英文命名的变量和函数等来编写的，其代码的相关注释也都是用英文表述的。另外，由于计算机学科发展速度快且知识更新周期短，所以往往最新和最前沿的相关文献综述、技术文档、以及研究进展报告等也都是由英文撰写的。因此，英语学习对本专业知识的掌握和应用显得尤为重要。在具体实施的过程中，高校应根据自身生源特点，在低年级开设计算机专业英语课程和在高年级的部分专业课程开设双语课，这样分阶段逐步提高学生的专业英语水平和实际应用能力。
最后，要加强实践教学。实践教学是指有计划地组织学生通过观察、试验、操作，掌握与专业培养目标相关的理论知识和实践技能的教学活动。对于计算机学科工程型人才来说，应用实践是人才培养的核心，所有的教学环节都需高度重视实践教学[5]。通过实践教学，可进一步巩固和加深所学的理论知识，提高运用理论知识去分析和解决实际问题的能力，更好的培养学生进行系统分析、软件设计、软件开发等专业技能。在具体实施的过程中，高校应根据专业特点和实践现状，将实践教学建设的目标定为研究构建计算机专业层次化的实践教学体系，推进内容调整、整合，形成多层次、具有弹性结构、相对独立的实践教学体系，对课程实验和课程设计定期重新修订，丰富和充实新的应用技术；建立专门的计算机工程专业实验室，开展计算机工程类课程的相关实验，这样搭起了课堂理论教学和学生动手具体实践的桥梁，使得在锻炼学生的实际动手能力的同时，也加强学生的团队协作精神；注重实习实训，增加本专业生产实习和毕业实习长期基地，开展依托企业的定制培训和毕业实习，提高学生的动手能力，增强学生在就业市场的竞争力。
3结语
计算机类相关产业是国民经济和社会发展的重要新兴信息产业，计算机学科各专业作为一个新兴的学科专业，其课程体系的改革和人才培养模式需要不断在实践中与时俱进、摸索总结。高校应结合自身实际情况，遵循学科发展和人才教育培养规律，改革课程教学内容体系和课堂教学方式，构筑专业教学平台，加大实践环节力度，激发学生学习主观能动性，综合提高该学生的理论和实践动手能力，培养更多的高素质工程型计算机专业人才。
参考文献
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【关键字】自然辩证法计算机语言计算机技术编程语言因特网
面向对象正文一九九三年美国的克林顿政府提出了“信息高速公路”计划，从而在这十多年间在全球范围内引发了一场信息风暴，信息技术几乎触及了现代生活的方方面面，毫不夸张的说没有了信息技术，现代文明的生活将无从谈起；作为信息技术中最重要的部分，计算机技术无疑是其发展的核心问题，而我们知道计算机只是一台机器，它只能按照计算机语言编好的程序执行，那么正确认识计算机语言的过去和未来，就是关系到计算机发展的重中之重；以自然辩证法的观点认识和分析计算机语言的发展历程，将有助于更加全面地推动计算机技术的发展，有助于更加准确地掌握计算机语言发展趋势。一、科学认识大门的钥匙--当代自然辩证法自然辩证法，是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学，是辩证唯物主义的自然观、科学技术观、科学技术方法论。它主要研究自然界发展的总规律，人与自然相互作用的规律，科学技术发展的一般规律，科学技术研究的方法。马克思、恩格斯全面地、系统地概括了他们所处时代的科学技术成功，批判吸取了前人的合理成分，系统地论述了辩证唯物主义自然观、自然科学发展过程及其规律性，以及科学认识方法的辩证法，以恩格斯的光辉著作《自然辩证法》为标志，创立了自然辩证法继续发展的广阔道路。自然辩证法是马克思主义哲学的一个重要组成部分。在辩证唯物主义哲学体系中，自然辩证法与历史唯物论相并列。它集中研究自然界和科学技术的辩证法，是唯物主义在自然界和科学技术领域中的应用，它的原理和方法主要适用于自然领域和科学技术领域。学习和运用自然辩证法将有助于我们搞清科学和哲学的关系，从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律，更加全面的观察思考问题，只有加深了认识，我们才能更好地发挥主观能动性，迎接新的科学技术的挑战。下面我将以自然辩证法的观点来分析计算机语言的发展历程。二、计算机语言的发展历程和发展趋势计算机语言的发展是一个不断演化的过程，其根本的推动力就是抽象机制更高的要求，以及对程序设计思想的更好的支持。具体的说，就是把机器能够理解的语言提升到也能够很好的模仿人类思考问题的形式。计算机语言的演化从最开始的机器语言到汇编语言到各种结构化高级语言，最后到支持面向对象技术的面向对象语言。1、计算机语言的发展历史：二十世纪四十年代当计算机刚刚问世的时候，程序员必须手动控制计算机。当时的计算机十分昂贵，唯一想到利用程序设计语言来解决问题的人是德国工程师楚泽(KonradZuse)。几十年后，计算机的价格大幅度下跌，而计算机程序也越来越复杂。也就是说，开发时间已经远比运行时间来得宝贵。于是，新的集成、可视的开发环境越来越流行。它们减少了所付出的时间、金钱（以及脑细胞）。只要轻敲几个键，一整段代码就可以使用了。这也得益于可以重用的程序代码库。随着C,PASCAL,FORTRAN,等结构化高级语言的诞生，使程序员可以离开机器层次，在更抽象的层次上表达意图。由此诞生的三种重要控制结构，以及一些基本数据类型都能够很好的开始让程序员以接近问题本质的方式去思考和描述问题。随着程序规模的不断扩大，在60年代末期出现了软件危机，在当时的程序设计模型中都无法克服错误随着代码的扩大而级数般的扩大，以至到了无法控制的地步，这个时候就出现了一种新的思考程序设计方式和程序设计模型-----面向对象程序设计，由此也诞生了一批支持此技术的程序设计语言，比如EIFFEL，C++，JAVA，这些语言都以新的观点去看待问题，即问题就是由各种不同属性的对象以及对象之间的消息传递构成。面向对象语言由此必须支持新的程序设计技术，例如：数据隐藏，数据抽象，用户定义类型，继承，多态等等。2、计算机语言的发展现状：目前通用的编程语言有两种形式：汇编语言和高级语言。汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。用汇编语言所能完成的操作不是一般高级语言所能实现的，而且源程序经汇编生成的可执行文件不仅比较小，而且执行速度很快。
高级语言是目前绝大多数编程者的选择。和汇编语言相比，它不但将许多相关的机器指令合成为单条指令，并且去掉了与具体操作有关但与完成工作无关的细节，例如使用堆栈、寄存器等，这样就大大简化了程序中的指令。同时，由于省略了很多细节，编程者也就不需要有太多的专业知识。