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自上世纪末90年代末开始计算机科技技术的发展日新月异,与之同步的计算机硬件技术也在不断顺应着计算机软件系统进行着高速的改朝换代,从而达到匹配其需求的目的。时至今日,随着人机互动系统的不断完善与普及,各种新颖的输入/输出硬件不断的刷新市场,这都给计算机硬件组装的教学工作提出了新的挑战,如何使计算机硬件教学顺应计算机科技的发展是摆在计算机教育工作者面前的一个崭新的课题。
1.当前计算硬件组装教学上存在的主要问题
由于计算机硬件组装教学相对于软件教学来说,教学知识概念比较繁复,而且一些硬件与具有着高集成化的特点,这就是说计算机硬件在教学内容本身上就存在着学习的硬伤,再加上教学时许多问题比较抽象,如果不亲自动手操作很难让学生产生认同感,这就导致了当前学生们普遍的“喜软(件)怕硬(件)”的情绪。同时,由于许多软件教学课程实践中并没有和硬件产生必要的联系,这就容易让一些计算机专业学生产生轻视硬件组装课程学习的心理。
2.计算机硬件科技发展的背景
从学生的就业形式上来考虑,学生们所学习的计算机硬件组装知识,必须是计算机产品最前沿的产品,所以制定计算机硬件组装教学实践并不是一个静态的过程,而是要时刻关注计算机市场动态,了解计算机硬件技术的最新发展以及相应配件的换代情况。但这对于计算机学校的财力要求比较高,要尽量协调资源,尽量避免用废弃教学机或是淘汰落后品来进行计算机硬件组装教学实践的情况发生。wWW.133229.CoM同时,从2010年对我国计算机维修市场的调查统计中显示,只有5%的硬件维修任务是出在硬件实质损伤维修/维护上,也就是说有95%的的硬件故障任务用简单的更新/更换硬件方法得到解决,粗糙而浪费资源,这客观反映出当前我国计算机硬件市场急需硬件专业技术人才,这也为计算机硬件组装教学工作提供了动力。
3.以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的原则
3.1 将理论和实践操作进行有机结合
首先由于计算机硬件组装教学所涉及到的教学内容,如:电子电路基础、各电子元配件(包括电阻、电容等)工作原理、相关硬件的匹配原理等都是具有着极强知识性和极强实践性的知识内容,需要通过多课时、多层次的实训教学才能达到理想化的教学目的。因为将理论和实践操作进行有机结合是以计算机科技发展为基进行硬件组装教学的首要原则。
3.2 以学生就业需求为教学目的
随着当前计算机专业学生就业形式的日趋严峻,以就业为主导向的职业人才培养教育形式已经成为了专业人才培养的核心思路。同样的,计算机硬件行业也迫切需要适合计算机科技发展需求的高素质、高聚合性、技能过硬的复合型人才,要达到这样的人才培养效果,在计算机硬件组装教学设计初期,就要以学生的就业需求为教学根本原则进行设计。
4.针对计算机科技发展的计算机硬件组装实训改革措施归纳
4.1 灵活应用调研/多媒体手段,激发学生主动学习欲望
不可否认的事实是,当前学生学习计算机硬件组装课程时,绝大多数是被动式学习,只能通过机械的反复操作,反复记忆达到一种,“心里没记住,但手却记住了”的操作熟练状态。这种方式很容易造成对计算机硬件组装学习的厌恶或抵触情绪。所以在具体教学实践中,要尽量的多利用多媒体手段,(当然如果能找到硬件实物则更为理想)模拟制作相应的硬件实体课件,使学生产生兴趣,主动的作到知识点与实物结合。同时,要尽量用多媒体课件代替相对枯燥的板书教学,让学生在单位时间内尽量多的获得信息量,如果多媒体课件制作的工作量比较大,可以进行全体教师的调配,大家分章节制作课件,然后串换使用,这样用多媒体手段进行的演示操作可以使枯燥的硬件装机内容尽量生动地展示给学生,有效地调动学生的求知欲望。而且还要尽量多安排学生在课余时间做一些相关的硬件信息调研或市场调研任务,这样学
转贴于
生在进行实际调研过程中客观了解到所接触到硬件的价值所在,有助于学生对硬件的理解和记忆。
4.2 尽最大努力多安排实训课时
计算机硬件组装教学最忌讳的教学效果,就是培养出的学生“眼高手低”,所有的操作知识步骤都能靠着反复死背而记牢,但当进行实际操作或是出现一些灵活问题时就变得不着头绪。因此,要尽学校最大的努力多安排计算机硬件组装的实训课程,这样在学生巩固所学习理论知识的同时还大大提高了学生的动手能力,为以后就业工作实践打下了坚实的基础。
4.3 给学生多提供实践操作的机会
学校可以根据自身的情况,与专业公司协商,承接一些计算机硬件维修任务。初期让学生在老师的带领下完成任务,后期达到独立完成维修任务的目的。这样通过具体的问题,学生可以用心的思考所学过的知识技能,并将其用在实处;将课堂上所学到的技能代入到实际存在的故障中,将实训课程的内容和社会中所存在的相关问题相结合,让学生在这样的环境中锻炼成长。并可以和市场上一些专业公司合作,推荐一些在实践操作中比较优秀的学生,去该公司进行实习,进一步刺激学生的学习积极性,将学习与以后走入社会生存联系到一起,让学生对自己的人生提前作出规划。
4.4 考核体系的完善
在传统的计算机硬件组装考核体系中,学生的成绩基本都是由实践操作报告来进行分数评定的,这样得出的分数与该学生的实际操作能力有很大出入,因为考核所进行的操作部分题目大多是验证型题目,学生比较容易通过完成,这样所得出的分数不能客观评价学生的计算机硬件组装能力。因此为了针对计算机科技的发展需求,对于计算机硬件组装教学的考核体系也应当系统化,比如制定相应的计算机硬件组装维护考核标准,或是组织学生参加一些国家统一的认证考试,比如:全国计算机信息高新技术考试(即通常说的citt)、信息产业部推出的硬件工程师认证考试等等。
5.虚拟实训室的建立,符合计算机科技发展需求
一、金融科技风险分析
影响金融科技风险主要存在于以下三个方面:第一,部分科技工作者安全技术水平低,安全意识淡薄。虽然管理者制定了相应的安全管理规章制度,但是在执行的过程中,会出现执行力度小或者误操作等情况,导致一些重要的数据泄露和密码丢失等,让系统的安全受到很大的威胁。第二,计算机网络安全技术水平低。因为系统漏洞的存在,给一些不法分子如黑客可乘之机,他们通过侵入系统盗取数据,甚至给系统带来毁灭性的破坏。第三,监督管理机制不完善。很多第三方支付、P2P交易模式等新的交易平台出现的时候,没有经过严格的监管审核和缺乏相应的法律法规的约束,就出现了盗取客户资产而追讨无果的后果。安全是先行者,在安全得不到保障的情况下,客户的信息和资产就得不到保障,进而影响互联网技术的发展,长远来说就会阻碍经济的发展和社会的进步。所以在互联网发展的进程中,首先要解决安全问题。解决安全问题需要科技工作者、业务人员和监管者等多方面共同努力,也不是一蹴而就的,每一种新的技术和产品的出现,会伴随着新的攻击手段的出现,所以一定要重视安全问题,并不断寻找解决各种安全风险的方法。其次,相关管理部门需要制定相应的安全管理规范和规章制度,来提高操作人员的技术水平,规范其操作行为,进而规避人为因素带来的金融风险。
二、对金融科技风险进行防范的具体措施
金融与计算机相互依赖、相互促进。金融产品业务模式的创新促进了计算机技术的进步,同时计算机技术的进步带动了金融业务的发展。为了更好地为金融服务,为金融产品保驾护航,必须要加强计算机安全技术和安全管理,尽量避免人为操作和技术缺陷带来的风险。
(一)加强对计算机软件系统的管理
可靠的软件系统是用户交易安全的保障,安全的密码策略、短信验证码、指纹、人脸识别技术和成熟的实名认证技术等在软件中应用提高了交易的安全系数,可以进一步保障金融机构以及客户的资金安全以及相应的信息数据。所以,金融机构在对软件进行研发的过程中,需要尽可能使用全面的计算机软件安全管理手段来规避历史问题。在计算机软件安全管理时,可以采用以下方法来保障软件安全问题。首先,在软件产品研发的各个阶段,都要确保软件质量,使用更安全的登录技术、加密技术、角色权限管理策略和密码策略等手段来保障用户安全的使用软件;其次,在数据库方面,配置相应的安全管理策略,设置严格的分级查询修改权限,必要时建立同城和异地灾备系统;再次,在软件的运行维护方面,将开发权限、运行和维护权限分开管理,配备专业的维护人员对软件进行维护,防止因操作权限分配问题导致的操作系统被一些非法用户闯入,泄露一些重要的信息数据;最后,我们还要定时更新病毒库,并且积极升级更新杀毒软件,对计算机进行杀毒,完善病毒检测和杀毒措施,避免因计算机中存在病毒导致系统出现崩溃的现象。安装防火墙并定期检查系统漏洞,更新并安装系统补丁,关闭一些不安全的端口等,力保计算机软件系统在运行的过程中的安全性。
(二)加强对计算机硬件的管理
计算机的高速计算能力极大地加快了业务发展,同时也对运行环境提出了比较高的要求。不仅要避开高温高湿和强磁环境,还需要相关的专业维护人员对计算机的硬件进行定期的维护,对一些出现损坏或老化的零部件进行及时的更换和维修,以免出现一些较大的安全事故。
[中图分类号]R192 [文献标识码]C [文章编号]1673-7210(2007)11(c)-135-01
近年来随着分析技术的自动化和计算机及网络技术在检验学科的广泛应用,临床检验学不再是一门单纯的医学学科,而是一门集医学、理学、工学及计算机和网络新技术等众多学科为一体的独立应用性学科。随着计算机新技术的发展和仪器设备的进步,本学科发展迅速,对隶属于每一个医院内的检验科技术人员来说正在受到前所未有的冲击。面对这样的一个计算机和网络新技术不断涌入的新形势,临床检验科传统的知识及知识结构难以适应新形势的发展。为了迎接本学科迅速发展的挑战,我们临床检验科针对本学科的特点,通过在职继续教育及学历教育相结合的方式,使检验科技术人员的计算机和网络新技术水平得到提高,收到良好效果。
1 检验科技术人员计算机和网络新技术知识水平现状
由于历史原因,临床检验科作为医院内的一个医技科室未受到应有的重视。20世纪80年代之前,本学科的人才培养没有形成体系,一般由医疗、护理系人员改行或以短训方式,甚至以师傅带徒弟的方式直接参加工作。自20世纪80年代起虽然在本学科兴起了一些专业训练课程,但多为大、中专学历。我科至20世纪80年代末期的人才梯队仍以中专学历占主体,高达90%,10%的大专学历也是医疗体系人员改行或在职工人经夜大学习而来的。虽然在当时我国的特定环境下已完全能够满足本学科的需要,但随着改革开放,本学科发展迅速,自20世纪90年代起大量的计算机和网络技术、自动化分析仪器和新的分析技术涌入本学科,临床检验科专业技术人员传统的知识及知识水平结构已不能适应新形势的发展,造成了先进计算机网络技术、先进技术设备和分析技术与落后的知识水平和知识结构之间的巨大矛盾。这种检验科技术人员知识水平和知识结构的现状,使先进的自动化分析仪器只能简单地替代部分手工操作,使先进技术的高效率不能充分发挥,造成了医疗资源的巨大浪费。
2 解决措施
根据检验科技术人员人才梯队状况,针对其所掌握的传统的医学知识和计算机网络技术知识不能适应发展需要的特点,我科采取了一系列鼓励在职继续教育的措施。
2.1 促进知识结构合理化
由于本学科是一个复杂的交叉学科,涉及相关学科的知识众多,在继续教育内容安排上囊括了相关医学知识、英语、自动化分析技术、计算机技术和网络技术。因此,检验科技术人员的知识培训应当在重点进行医疗知识系统培训的同时,也要注重自动化分析技术、计算机和网络知识等的培训学习。
2.2 以在职学历教育为主
本学科与其他临床学科相比,学历层次相对较低,为了使每一位工作人员都能通过在职继续教育获得一定成就感,科室要求所有40岁以下人员限期通过自学达到本科学历,同时为自学者创造条件,且在获得学士学位后重奖。在进行学历教育的同时,加强计算机和网络新技术的培养。工作中不以学历论高低,促使大家既要重视学历,更加重视工作能力和效率。
2.3 以在职技术培训为辅
在检验专业技术知识学习的同时,必须注意相关学科知识学习,尤其是计算机和网络新技术,在这方面科内应当提供一个好的学习氛围和条件,采取多种多样方式,可以采用请(老师)进来,也可以采用走出去的办法(外出学习)。
2.4 鼓励创新、提高效率
在鼓励继续教育和学历教育的同时,强调获得学历和学位不是目的,只是手段,学习的最终目的是提高工作效率。因此要求全科工作人员不断学习计算机和网络新技术,完善工作流程,紧紧围绕如何使实验室先进的分析仪器充分发挥作用和不断提高工作效率这个中心工作展开学习和探索,使全体工作人员的学习和工作相互促进。
3 效果
3.1 计算机和网络知识水平大幅度提高
通过多年的努力,检验科技术人员的计算机和网络知识水平得到大幅度的提高,知识结构趋于合理,学科梯队更加完善,为先进技术的引进奠定了基础。
3.2 先进技术不断引进
随着语言障碍的消除,先进技术的引进和消化速度加快,实验室自动化系统、实验室信息网络等管理方式的应用使科室工作效率不断提高。电化学发光、实时荧光定量、生物芯片、细胞因子、肿瘤标志物及特种药物分析等项目的开展和应用,使科室开拓新领域的能力得到加强,服务能力得以大幅度提高。
3.3 创新意识加强
通过不断的在职继续教育,全体技术人员在掌握了医疗知识的同时,也基本精通了计算机和网络技术。结合医疗工作,不断进行技术革新,使工作效率不断得以提高。
4 未来展望
随着科学技术日新月异的发展,现代社会对计算机的依赖已经越来越明显,而计算机应用能力也已成为用人单位考核毕业生综合素质的一项重要的标准。中学计算机基础教学改革,提高该课程的教学质量对计算机教育质量工程有着非常重要的意义,改进教学方法,提高教学效果刻不容缓。
一、改进课堂教学方法是提高教学质量的一个重要环节
(1)在教学手段上,充分利用现代教育技术,以弥补传统教学的不足,从而优化课堂教学。以下就如何改进课堂教学方法,提高计算机文化基础教学质量,并在此基础上更有效地开展计算机教育,促进学生素质和创新能力的培养。
(2)课堂教学强调“教师与学生双主体、双向互动”,贯彻“精讲多练,实验指导”的教学策略。教学是师生共同参与的双边活动,是“人-人”对话系统,不是“人-机”系统,每位教师和学生都可以是一个信息的接收者和输出者。接收和输出的过程,包含了输入、存储、变换、输出、反馈和控制的过程。这里的反馈很重要,反馈指的是课堂观察、双向对话。所谓“精讲”,就是在教学中不是面面俱到,而是主要讲清课程的要点和基础知识,教会学生学习的方法,更多的具体内容让学生自学。所谓“多练”,即让学生多上机操作,其目的是从培养学生的操作技能入手,让学生多动手、多动脑,提高操作的准确性本文由收集整理、迅速性、灵活性和协调性。对于文化基础课程由于内容相对比较浅显,容易使大家产生不学也会的错觉,从而对学习的内容没有兴趣或欲望,那学生必然采用的是马虎对付的手段,且教学效果必然是劳而无获。针对课程的特点可以让学生联系实际去做一些案例,在做的过程中体会自己知识的不足,从而激发他们的学习动力,促进学生进行有“目的”的学习。
(3)创设问题情境,激发学生学习兴趣。为学生提供丰富多彩的学习情境,由学生发现或老师提出相关问题,诱发学生的思维。问题是思维的起源,课堂上的思考、探究、讨论等教学活动,都是围绕着问题而进行的,没有问题的情境教学是不存在的。教师在教学过程中,要在对教材内容的把握中深入地挖掘其创新因素,积极地为学生创设学习情境,使学生能够在丰富多彩的情境中,通过相互学习、讨论,自己去探索、寻找解题技巧。这样,既锻炼了思维能力,又培养了探索精神,同时活跃了课堂气氛,真正体现了以学生为主体,教师为主导的教学思想。
(4)体验成功,让学生主动参与。当前在我们的教学中,基础性实验比重过大,综合性、设计性实验比重相对较少。通过一些最基本、简单的基础类实验,让学生熟练掌握计算机实验的基本方法,培养学生计算机的基本技能,养成严谨、认真的实验习惯和实事求是的科学作风,为后继实验奠定一个良好的基础,培养学生认真预习、积极思维、既动手又动脑的素质和能力。对于涉及一些综合性较强、涉及面较广、难度较大的综合类实验和设计类实验,主要培养学生综合运用计算机实验及其他课程中所学知识的能力,培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,建立初步的科研能力,为今后从事相关的工作打下良好的基础。
二、现行计算机基础课教学的主要内容:windows+office
通常我们在计算机基础课程教学的开始,总要谈论三个问题:计算机能干什么?我们学什么?怎么学?狭义的答案是:计算机无所不能;我们学windows和office;上机。接着是尽可能多地电脑演示,以此来升华学生对电脑知识的学习兴趣。
因为windows时代,计算机操作技术的学习早已不是那么困难,再也无须死记硬背那么多的命令和格式,只需用一个手指点击鼠标,利用菜单就可以打开一个又一个窗口并在窗口中得到五彩斑斓的世界。可是,这个过程却很
难通过传统的方法用粉笔在黑板上来讲明白。
单就操作系统来说,从windows3.2到windows95的飞跃,从windows95到windows98的进化,从windows98到windows2000的换代,以及从windows2000到windowsxp的“体验”,都使“黑板+粉笔”的教学方式陷于绝境。但总有必要尽可能地把最新的知识和技能传授给学生。例如学了windows95,还要讲讲internetexplorer和windows98、学了office97还要谈谈frontpage和office2000,学了word,不能不说我们的民族软件wps,学了windows98,还要欣赏一下已成为pc操作系统主流的windows2000和windowsxp等等,还要把各种最新的流行软件及其应用介绍给学生,如此这般来全面激发学生学习和使用电脑的乐趣,教给学生学习电脑知识的方法,同时也使学生在课堂上所学的知识和本领不至于那么快地“过时”和“淘汰”。另一方面,过去曾经有不少在《计算机应用基础》课中学了wps并考试得了高分的大学生及研究生当毕业找工作打印简历时竟因电脑中装的是word而一筹莫展,类似的事情似乎比比皆是、无休无止,这说明了我们在计算机基础教育中存在的一个更重要的桎梏和盲点:计算机文化素质问题。所以,在计算机基础课程的教学过程中着意培养和提高学生的计算机文化素质和数字化生存的质量才是一项最根本的任务。
实践证明,现行计算机基础课程的主要内容windows和office,尤其是今天的windows95/98+office97、或者windows2000+office2000或者windowsxp+officexp完全可以由学生自己通过学习软件(如《开天辟地》、《万事无忧》、《畅通无阻》、《得心应手》、《电脑总动员》等等)甚至通过教学网络更甚至internet来自学掌握,而且这也是华山一条路了。
(二)计算机基础课程教学的紧要课题:从技术教育向素质教
转化鉴于计算机科技遵循“每18个月更换一代”飞速发展的事实以及全球互联网时代日新月异的网络文化的进步,在计算机基础课程的教学过程中,时刻注意计算机文化素质的教育,着力培养学生对计算机科学的新思想、新知识、新技术的理解和自学的能力,以使学生能够利用计算机来大大提高自己的学习效率及工作效率,甚至用计算机来实现自己的理想;着力培养学生在互联网时代的伦理精神以及信仰,构成了计算机基础教育的根本目标。
关键词:计算机技术;计算机教育;应用
中图分类号:TP3-4文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2012) 03-0000-02
中图分类号:TP311.52文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2012) 03-0000-02
The Application of Computer Science Technology in the Computer Education
Bahar Coulee.Wu Kat
(Xinjiang Kashi Water Conservancy and Hydroelectric Power School,Kashi844000,China)
Abstract:In the 21 st century,computer in various fields got popularization,this is to develop computer teaching an important conditions. The computer network teaching and it is also an important link of each stage education.This paper is mainly about computer technology development in computer education field of the use of the actual operation of the characteristics,the teacher and students will in this computer aided type education get more more advanced information.
Key word:Computer technology;Computer education;Application
在信息已经得到了高速发展的今天,我们都看到高新的技术已经占据了世界知识市场的主导地位,知识经济普遍地开展起来。为了更好地在经济发展的过程中实现知识化的高速发展,各个国家都已经把计算机技术当作了国家高端发展对象来看待。我国教育部曾表示我们要在中小学的教育中就开始普及计算机信息化教育,我们要尽我们能够尽到的最大的力量去把这件事办好。信息教育的重要意义是我们要看到的不可忽视的一个环节。
一、计算机技术对计算机教育的辅助作用
人类社会已进入21世纪,积极推进素质教育,培养全面发展的一代新人是我国教育的目的。按照素质教育的要求,建设高素质的基础教育,正是贯彻“教育要面向现代化,面向世界,面向未来”战略方针的具体体现。现代化是科学技术与生产结合的标志,而人是现代化的主体。如何使21世纪的主人更好地适应“ 地球变小了”的时代,如何适应知识经济等问题就放在教育者的面前。让他们学会自行获取知识,形成可持续发展的学习方法将是解决这个问题的方法之一。用电子计算机来辅助学生学习是帮助学生形成主动获取知识的众多学习途径之一。国家的综合国力和国际竞争能力越来越取决于教育发展、科学技术和知识创新的水平,教育将始终处于优先发展的战略地位,现代信息技术在教育中广泛应用并导致教育系统发生深刻的变化,终身教育将是教育发展与社会进步的共同要求。当前,许多国家政府都把振兴教育作为面向新世纪的基本国策,这些动向预示未来教育将发生深刻的变革,我们应当及早准备,迎接新的挑战。
近十年,全球信息总量呈爆炸性增长,世界将进入新一个千年,这是一个真正的新时代,信息化、数字化、网络化的浪潮使全球实现资源、信息的互享共用,“地球村”的概念已不是理论的存在。随着电子计算机信息技术的不断发展,以及人们对计算机和网络知识的逐步了解,电子计算机将进入到千家万户,成为人们的日常用品。电子计算机的多方面应用带给人们一个信息量大,打破区域界限的新知识、新信息、开阔眼界的学习与交流的崭新天地。它的应用会使青少年能高效率地获取知识,运用知识,从而走向知识经济的新时代,应用电子计算机对青少年进行教学辅导、科普知识传播、思想道德文化教育是一种现代“学习”的趋势。
有人认为,计算机能同时地去扮演着多种角色,它扮演着老师和学生,计算机技术在教育中能够发挥出以下的作用,我们能从计算机里学到很多的东西,我们能够使用计算机进行内容很丰富地吸纳知识,并且进行操作,计算机作为终端工具同时也是使用工具。计算机在做辅导者的时候是可以进行管理工作的;计算机也可以作为被动的一方,学生在计算机上完成他们的作业,还可以来检查自己的作业质量;当计算机是被当作工具的时候,学生们使用数据库里的资料都是很方便的。信息技术已经发展到今天,它在教育上的贡献是越来越重要了。
计算机当学习的工具的时候是很有实际作用的,帮助学生获得,储存,还有交流的整个过程,计算机的这些功用都是通过一些软件来得到实现的。计算机里都会能安装很多的软件的,我们会使用到的有数据库处理的软件,文字处理的软件,绘图用的软件,都是很有用的软件。除了这些日常用的软件还有一些是专业用的软件,比如动画制作用的软件,计算机的编程用的程序语言,还有用来制作多媒体的软件;学习领域的软件也是有的,在通过选配了一些很不一样的装置以后,可以用来给学生提供很有效的帮助,一起来组成一个实用的组件,学生们可以选择来掌控实验要设定地条件,要测量的数据和实验得出的结果。计算机教学的最大的特点是能够进行实时地学习上的辅助,辅助可以通过图像,文字和声音各种形式的传达,老师和学生之间的交流的效果也能在一定程度上体现的。
二、计算机在计算机教学中的管理作用
(一)多媒体在教学中的应用
计算机教学要想有很好的效果就要和老师进行交流,老师们对我们整个的教学的程序上所做的工作,对学生的学习进行统一地管理是必不可少的,要对整个教学程序进行管理是需要对学生学习的结果进行评测,还有要对班级进行日常工作的管理。在一般的课堂里,这些工作都是由班主任来做的,这些事其实是非常繁琐的,也在很大程度上影响了老师对学生们进行更能互相理解的交流和辅导,也影响了老师发挥其创造性地一面。计算机的很多的软件其实都能对计算机管理整个教学系统起到帮扶的一面,我们也要看到在管理的教学上,计算机的集成系统能够计算和检测各种软件,还可以在管理的时候给老师腾出时间和空间来辅导更多的学生学习。
(二)远程教育的开发
计算机教育离不开远程教育,现代的远程教育是在通信技术的作用基础上来使用计算机和网络技术,计算机的之间的相互性和网络的广泛分布的情况都是综合性的体现,计算机的这些功能是能够使人们得到广泛地远程教育的机会。整个世界现在都已经对教育有了很大程度上的重视,在全世界的范围内,现代的远程教育都是一个受到很多关注的项目,许多的科技创新人员和教育研究的人才都把这个远程教育当作了重点的研究的对象。
和传统的电视教学的区别是,现在的远程教学是拥有实时性的能进行交流的一个程序,学生能够根据计算机生成的图像和声音进行多种信息的转换,每一个学生在随便一个地方的任意时间都能够学习各种自己想学习的知识,并且根据自己的实际情况来确定学习的进度的。
三、计算机技术对计算机教学的贡献
(一)以学生为中心的学习环境
用计算机来制造出学生掌控这个能发现很多新信息的学习环境,这是我们在计算机技术发展的过程里可以看到的一个大的趋势。像在这样的环境下进行学习,学生们都能够很快地掌握学习方法,并且在探索的领域里得出正确的假设和实验的结果。这种模式是把学生的自知的能力摆在了首位,充分地发展了学生进行复杂思维的能力。教师们也会使用到信息技术来给学生进行组织和解释一些用普通教学方式难以传达的知识。信息技术所带来的便利是很能帮助计算机学习的人得到很多现在社会所产生的有用的新信息。
多媒体是在开发电子技术的时候针对信息传达的环节能进行更好地交流而开发的一项技术,它具有提供与学生进行无障碍的了解并且参与到学生中去的能力,制造出把学生当作中心的学习计算机的环境。
(二)电脑的职能性辅导
根据教育科学家的预测,在即将到来的智能机器人时代里,在计算机教学的过程里也会有智能的辅助学习的程序。学生们能从这些智能的辅导者那里得到学业问题的专业解答,学生能从它们那里学到各种不同专业的专家的科学思想。这些程序是能够帮助我们学生认识到在系统中能被专家进行辅导的这样一种学习条件。
信息技术的进步,并且在计算机教育上的使用,是用来使我们的教育发生向上的变化。这些变化并不是一天两天的,我们教育部的专家们把计算机当作一门独立的课程来安排在义务教育里面,与物理,化学同样性质的科学性课程。学习计算机所要达到的目的是要能够对其他学科产生辅助作用。
总而言之,教育是要面向全体学生,要把我们的学生培育成为一个个真正地能够在社会上立足的并掌握一技之长的人。我们要把高新科技推广到教育科学上来,并且能进一步地应用在企业的新技术的开发和得到普遍的应用,推动着整个社会地向前发展。在这场技术革命的风暴中,生产领域突飞猛进的行业是计算机行业。社会生产也需要我们能够培养出可以接受新兴科学技术的知识人才出来,从计算机教育的广泛实施可以看出,我们的拥有计算机技术的人才也越来越多,也就越有利于社会的生产。
参考文献:
[1]高付东.中学化学计算机辅助教学的研究[D].曲阜师范大学,2003年
[关键词]计算思维 非计算机专业 大学计算机基础课程 改革
引言
社会信息化不断向纵深发展,各行各业的信息化进程不断加速。 电子 商务、电子政务、数字化校园、数字化图书馆等己向我们走来。用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有增无减,计算机成为衡量大学生业务素质与能力的突出标志。
高等学校的计算机教育有两类不同的范畴:一种是指计算机专业的学科教育即计算机专业教育;另一种是指面向全体大学生的计算机基础教育。非计算机专业的学生占全体学生数量的90%,高等学校计算机基础教学是为非计算机专业学生提供的计算机知识、能力与素质方面的教育,旨在使学生掌握计算机、 网络及其它相关信息技术的基本知识,培养学生利用计算机 分析问题 、解决问题的意识与能力,提高学生的计算机素质,为将来应用计算机知识与技术解决自己专业实际问题打下基础。
但随着新形势的变化,很多高校计算机基础教育出现了颇多问题,无法真正满足素质教育的要求。因此,有必要对当前存在的问题进行分析,对教学目标、教学模式、教学思想等方面进行相应的改革,以满足社会对人才、知识和技能的需求,增强学生的就业信心和实力。
一、出现的问题
(一)基础不同,学习需求各有差异的问题
本科院校的生源通常来自不同地方,使得学生间的计算机基础存在较大的差异。我们连续三年在昆明理工大学做过问卷调查,在入学前学生掌握的计算机知识多限于网络的初步应用,比如收发邮件和聊天,但是基础知识仍然未达到大学计算机教学的目标。随着中小学信息技术教育的普及,目前,大学的计算机基础教育中计算机文化层次的教学内容已经逐步下移到中小学。但由于各地区发展的不平衡,在今后一段时间,新生入学的计算机水平会呈现出更大的差异。目前我校教学中出现的情况是,计算机基础较好的同学感觉课堂内容简单重复,学习兴趣降低;计算机基础较差的同学往往从零学起,希望能放慢授课进度。
(二)内容繁杂,兴趣不大逃课率大的问题
大学计算机基础的教材,名称很多,诸如入门、文化等等,都被认为是计算机基础课的教材。内容基本上是Windows操作系统、Office软件、Internet基础知识、数据库基本知识等有关领域的浓缩版。教学突出了实用性,但给学生有操作培训的感觉。教学内容也没有针对不同专业进行区分,让学生觉得和后续本专业的课程没有太大关联,导致的后果就是:学生进入大学后,对第一门计算机课程兴趣不大,逃课率较高。
(三)教学滞后,教学目的与社会需求不一致的问题
应用型本科院校对非计算机专业的大学计算机课程教学的目的是不以学习纯理论的课程为目的,而是作为应用技术来掌握。因此教师在讲授内容时大都结合具体软件,注重训练学生使用计算机的技能。尽管学生掌握了几款软件的使用方法,但在毕业后进入各自行业工作中,学生将面对不得不学习新的版本的境况;同时不同行业对信息或数据处理的需求是不同的,这不是使用几款软件的经验就可以胜任的。
二、计算思维的思想
2006年3月,美国卡内基·梅隆大学周以真教授清晰系统地阐述了计算思维,2010年10月中国科学技术大学陈国良院士在“第六届大学计算机课程报告论坛”倡议将计算思维引入大学计算机基础教学以后,计算思维得到了国内计算机基础教育界的广泛重视。然而,在具体的执行过程中遇到了许多问题,既由于认识上的不足,又由于大学计算机基础教学的特殊性。如何在计算机基础教学中,培养大学生的计算思维,使大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题,对提升计算机基础教学水平、培养卓越人才具有重要的意义。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会颁布的《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》、《计算机基础课程教学基本要求》等有关文件虽然没有明确提出计算思维,但是贯穿了计算思维思想。《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》提出;计算机基础教学的目标是培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术与方法,以及利用计算机解决本专业领域中问题的能力。大学计算机基础的课程目标是“使他们在各自的专业中能够有意识地借鉴、引入计算机科学中的一些理念、技术和方法……利用计算机、认识并处理计算机应用中可能出现的问题”。简单地说,是使用计算机科学技术和方法处理问题,这是计算思维的目标。
三、改革措施
(一)分层次、分类别、分阶段实施教学
首先,我们应当探索实施以计算思维为导向的教学方案。原则上分类实施:分为理工类、综合类和人文艺术类。主要区别是前两者增加程序设计算法要求,后者增加办公软件高级应用。
理工类、综合类的专业的教学方案如下:弱化Office软件课堂讲解,强化实践和自主学习;保持原来网络、数据库、多媒体基本要求,精简了在后继课程中涉及的多媒体制作;腾出6周时间开展计算思维和程序设计算法教学。其中:
①利用1周(2学时)开展计算思维基础知识专题教学。主要内容包括;
科学思维;三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用。
计算理论;冯·诺依曼计算机、存储程序,图灵机、停机问题、图灵猜想,可计算性问题、计算复杂性、P&NP问题。
大学计算机基础由于教学对象是非计算机专业大学生,因此计算思维基础知识教学必须有别于专业学生。在计算机专业中,某些知识点就是一门课程,如可计算性理论。在大学计算机基础中,开展计算思维基础知识教学要注意:对三大科学思维、计算思维及其主要内容、计算思维的作用、冯·诺依曼计算机、存储程序等问题简明扼要地阐述清楚;停机问题、图灵猜想、可计算性问题、P&NP问题等本身没有答案,仅仅是像公理一样的命题,只需要简单举例提出并说清楚即可,不需展开。
②利用5周(10学时)讲授程序设计基本知识和训练算法基本功。让学生明白计算机抽象、自动执行的道理,掌握基本编程的能力。更有利的是学生根据各自情况,利用假期可更深入地自主学习程序设计内容,拓展第二课堂的学习渠道。
(二)引入计算思维,培养学生的思维能力
“大学计算机基础”课程中充满着大量的计算思维案例。例如,全面展示计算机的应用,实质上起了培养计算思维意识的作用;从算盘到计算机的发展过程是计算思维内容不断拓展的过程:计算机系统是用抽象和分解来控制庞杂的任务和设计复杂的系统;数据在计算机中的表示是表示问题的方法;操作系统是用计算思维思想解决了计算机自身问题的案例;使用办公软件是一种基本的、低级的计算思维;网上检索、网上购物、网上开店是典型有别传统思维的计算思维活动;设计一个数据库就是抽象和分解的过程;设计一个动画,可以看成是一个建模和仿真的问题。
从计算思维的角度来讲解计算机基础概念和原理知识。例如;通过展示计算机科学的最新成果,了解计算机能做什么。思考计算科学的两个基本问题;什么事计算机比人做得好,什么事人比计算机做得好?计算机有没有智能?从而培养计算思维意识。讲授操作系统基础时首先提出“车辆追尾问题所在?正常情况下公交车不来,责任在谁”等问题,说明操作系统解决此问题的方法和思想。又如Cache是一个预置和缓存问题,其思想是一个典型的计算思维案例。以前,可能仅仅讲解Cache起什么作用;从计算思维的角度来说,则需要讲解如何起作用。
(三)实施问题驱动式的教学方法,提高学生的学习兴趣
计算机课程都是实践性很强的课程,只有多上机、多实践才能真正掌握课堂讲授的知识。我们在平时的教学中,按1:1:1的比例来组织教学,在安排与理论课学时相当的课内上机学时的基础上,还为学生无偿提供了同样多的课外免费机时,给学生提供了充分的实践机会。
很多同学都是在入学后的第一门课《大学计算机基础》开始对计算机产生兴趣的,因此我们加强了应用和实践这个环节,除了要求学生在上机时间完成作业外,还布置了大量的课外大型作业,另外还为学生创造了参与实际工作的机会。比如指导学生参与我校“数字化校园网”的设计和开发、“网络教学平台”的建设等一系列的实践任务。通过亲自动手,同学们尝到了“我能创造,我能成功”的滋味,也提高了学习计算机课程的兴趣。
计算机技术的内容浩瀚无比,学生的兴趣又各不相同,按步就班地学无法满足多样化的需求。为此,针对不同的专业,我们引入了一些具体的运用,如:“Unix操作系统在金融业中的应用”、“存储技术”、“计算机系统结构的最新进展”、“数字信号传输规范发展的新趋势—由并行到串行”、“Oracle系统分析”、“超级计算机现状和发展趋势”、“信息安全技术在金融业中的应用”等,以扩充课堂教学内容,丰富学生的知识面,激发学生的学习兴趣。
(四)与时俱进,更新教学手段
计算机课程是实践性很强的课程,计算机知识与能力的培养在很大程度上有赖于学生上机的实践与钻研。我们应该不能只有课堂教学,在现形势下,网络的应用给我们的实验教学提供了很好的平台。我们在学校的校园网上建立了“大学计算机基础”课程的在线教育平台,教学中的高层次的需求在网络中得到极大的补充。在线教育平台的建设包含讲义、实验指导书、课堂教学录像、网络课程,还应该包含自学需要的素材库、试题库,以及可以开发出考试系统等丰富的教学资源和软件,它们各自自成体系又相互关联,各种教学形式互相补充又充分发挥了各自的优势,满足了各专业不同层次学生的需求。
计算机基础教学应该是课堂教学、实验教学、网络教学三位一体,相互促进,各方面全面培养学生的上机动手能力、独立分析问题和解决问题能力、知识综合运用能力。强化学生的计算机实践能力,以教师为主导、学生为主体的教育思想,深入探索自主学习、探究式学习、协作学习等多种先进的教学方法,注重对学生能力与素质的培养。探索各种教学模式混合的新式教学手段。
(五)创新教学观念,完善教学内容
认识了当前计算机基础教育面临的形势和任务、针对高等学校具体的实际情况,我们要建立新的教学模式和进行教学改革,这就是:将多媒体教室教学和网络辅助教学相结合,加强教师的主导作用,强调实践环节,以培养学生能力为中心,提高学生的计算机基本素质和实践能力,以及应用计算机解决实际问题的能力。进一步确定了计算机基础系列课程的教学内容及各门专业课程之间的相互关系,保证计算机系列课程的科学性和先进性。计算机基础教育课堂教学着重讲授计算机技术中的一些重要概念和方法,培养学生对基础知识掌握和方法,主要的技能知识内容放在实验教学环节,积极采用视频教学的方式,充分利用网络的优点,完善课堂教学。
同时充分考虑学生的兴趣以及就业的前景需求,计划内的计算机教学已经不能满足需要,应该有选修计算机课程;该课程又是针对非计算机专业设计,因此,也要突出课程内容的实用性。总之,各专业的计算机课程按照重基础、强实践,突出综合应用能力的原则建立了大学计算机基础教育课程体系。
(六)改革教学考核手段
为了保证计算机教学质量、促进计算机教学改革,同时应该改革计算机教学的考核手段非常重要。对教师而言,重点在于对学生计算机知识与能力的培养,是否符合白皮书和蓝皮书大纲的要求。我们着手改革学生成绩的评定,将学生的期末成绩转换为上机成绩、平时成绩和笔试成绩的有机结合,笔试成绩侧重于理论知识的掌握,上机成绩是操作技能的表现,平时成绩是对学生的严格要求。这样可以避免学生盲目追求高分采取死记硬背的方法学习计算机,激励学生创新追求全面的知识。为了提高学生的综合能力,每个计算机课程后都设置有一个综合设计的课程设计,这样学生自主创新能力可以大大加强,同时学生有很强的成就感。
(七)建立促进学生参与的激励机制
鼓励学生积极参与各类学科竞赛、创新教育项目,通过多种渠道培养学生信息素养与计算机应用能力。凡是通过全国计算机等级考试、云南省计算机等级考试,获得等级证书,可按学校的规定获得“课外教育学分”;凡参加全国、省级计算机竞赛获奖的都给以表彰并记“课外教育学分”。
四、结束语
大学计算机基础是本科学生,尤其是非计算机专业学生接触到有关计算思维的第一门课程,其教学内容和体系仍在不断完善与发展。中科院院士陈国良教授在2011年7月举办的计算机科学前沿高端学术论坛(HPC China2011)上呼吁:要提倡计算思维,要提倡计算思维在教育和科学中的作用,要把这种思维普适化、大众化,真正融入到人类的一切活动中。因此,作为应用型本科院校的教师,应该积极主动地与时俱进,及时调整教学的模式、手段和内容,培养学生实践能力和计算思维能力,使所培养的学生能适应行业发展新需要。
项目来源:云南省高校质量工程教改项目“Inquiry learning体系在程序设计中的运用”(云教高[2010]96号)。
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关键词:计算机;科学计算;工程;Matlab
中图分类号:TP3
1 工程领域应用计算机计算的必要性
工程是含义很广的词汇,它是科学和数学的一种综合应用,通过这种应用,可以把自然界的物质通过各种结构、机器、产品、系统等以最高的效率转化成人类所需要的物品,如建筑工程把砖瓦转化成各种房屋、道路桥梁等等,而机械工程把各种金属和化合物转化成为人们需要的各种机械。
工程的一大特点就在于高效。它需要用最短的时间最少的人力,以最高效率把自然界的物质转化为对人类有用的产品。另一特点就在于其可靠性,工程所产生的产品只有可靠、安全,才能够成为人们生产生活中的得力助手;反之,存在安全隐患的产品,不但不能对人类有所帮助,还有可能对人类的生命安全造成威胁。
随着科学技术的发展以及人们对工程产品要求的提高,原始的工程技术已经很难满足工程要求。例如在建筑工程中,普遍存在着高层化、规模化、大型化的趋势;而在机械工程中,对产品的精度、强度、刚度等要求都在不断提高。这些工程变化给工程计算带来了巨大的挑战,传统的计算方式,已经无法满足工程要求,因此,迫切需要一些新的计算工具。而电子计算机强大的计算功能,正是工程领域所需要的。
2 计算机的科学计算功能应用于工程领域的优越性
2.1 计算的高效性。1946年的2月14日,在美国的宾夕法尼亚大学问世的第一台电子计算机就以其超高的计算速度而震惊了世界。当时,这台重达28t的庞大机器的加法计算速度达到了每秒5000次,在当时人们的眼中,这显然已经是一个十分惊人的数字。而随着计算机技术的飞速发展,电子计算机的计算速度已经可以达到每秒万亿次,就算普通微机的计算速度每秒都能达到上亿次。这样的计算效率,使得很多复杂的计算问题得到解决。用传统计算方法几年几十年都无法完成的大型计算工程,应用计算机只需要几个小时就可以计算完成。可见,电子计算机超高的计算效率大大提高了现代工程的效率。
2.2 计算的精确性和准确性。现代许多工程行业对工程精度的要求都非常高,有时候,看似十分微小的误差都有可能导致极大的工程隐患。在传统的计算方式中,依靠手动计算的精度很低,同时,由于现代工程庞大的计算量,很难保证工程计算时不会出现错误,这成为工程计算的一大问题。而现代计算机可以有几十位的二进制有效数字,相应的计算精度能够达到百万分之一甚至更高,这给高精度计算提供了前提。而电子计算机的计算大部分是靠计算机自身以固定的程序完成的,因此,计算机的计算结果不必担心其准确性。
2.3 计算的便捷性。现代很多的计算机软件都收录了大量的函数。人们在使用大多数函数的时候只需要调用一下就能够使用已有的函数,非常方便。就算是有些数据库里不存在的少数函数或者方程,也只需要在计算时做一个编程就可以很方便地完成任务。而在很多的计算问题中,需要大量的方程、矩阵等等,用手写十分麻烦,而且计算也十分费时费力。但是使用一些合适的软件,就能够在输入方程、矩阵的形式后直接得到所要求的结果。而且输入的数据一目了然,一旦出现了输入错误,也很容易纠正。
3 计算机的科学计算功能在工程领域中的应用实例
计算机的科学计算功能在工程中的应用体现在两个方面,一方面是纯数学计算应用,另一种是建立在工程模型基础上的应用。这两方面的应用,无疑都为工程建设提供了巨大的帮助。
3.1 纯科学计算在工程领域中的应用。(1)Microsoft EXCEL—很实用的数据处理软件。这款软件相信人们都不陌生,它是微软公司Microsoft Office办公软件中的标志性软件之一,基本功能是进行网格数据的采集和处理。但是,在这款软件内有很庞大的函数数据库,正常的函数计算都可以通过EXCEL来解决。这款软件掌握简单,操作便捷,在工程中进行数据的录入、存储和处理都十分方便。因此,一些简单的数据处理都可以应用EXCEL,是一款非常使用的软件。(2)MATLAB—强大的数学计算平台。MATLAB是由美国的MATH WORKS公司在1984年的一款强大的高级计算机语言,其全称是MATrix LABoratory(矩阵实验室),顾名思义,这款软件在矩阵计算方面具有十分强大的功能,而这款软件研发的初衷也是为了方便矩阵的运算,但是随着其发展,人们发现将这款软件应用于工程计算可以取得非常好的效果。
MATLAB在同等级的计算机语言中,操作更为便捷,变成更加容易,功能更加强大,且有更强的可开发性,因而在工程中的应用十分广泛。首先,它能够很便捷地计算函数的收敛性。在很多工程计算问题中,求解是非常复杂多变的,而衡量计算问题正确性的一大标准就是函数是否收敛。但在验证函数收敛时,需要反复进行多次计算才能够得到最终的收敛性结果,这给工程师带来了极大的不便,而应用MATLAB只需要几行编程,就能够自动进行千万次的收敛性试验,很容易地解决了收敛的问题。另外,在需要处理大量矩阵问题的工程中,MATLAB同样起着十分重要的作用。在求解最优解的问题中,会出现很多庞大的矩阵,人工想要计算这些矩阵非常麻烦,而且由于其繁琐的形式,很容易出现计算错误。而应用MATLAB,只需要在平台上输入矩阵的形式,按照一定的程序进行计算就可以了。在程序正确的前提下,验证正确性只需要检验输入数据是否正确即可,这给工程带来了很大的方便。
3.2 计算机科学计算功能基于工程模型的应用。现代工程已经告别了只依靠一张图纸进行工程的时代。由于现代工程对精度要求极高,所以需要先建立虚拟模型并进行力学计算,才能确保工程的质量。现代工程计算中常应用的是有限元法,这种方法是把一个模型通过网格划分成为若干个小的单元,并对小单元逐个求解最终得到想要的结果,网格划分地越密,计算精度就越高。
在计算机中应用有限元法的基本步骤是:按照预期设计在计算机中建立一个虚拟模型并给定相应的材料常数;对模型进行网格划分,把模型划分成许多的小单元;在模型上施加载荷和约束;进行求解;数据的后处理。经过这些步骤之后能够直观地得到所需要的结果。
在这一方面,ABAQUS的应用是十分广泛的,相比于ANSYS等其他工程软件,这款软件具有很大的优势:ABAQUS具有很强的兼容性,它不光能够依靠自身完成建模,同时也能够导入用Auto CAD、ANSYS等其他软件所建成的模型;ANSYS就建模来说并不是最优秀的一款软件,但是其在数据处理上的优势是很明显的,它能够进行模型的静态和动态分析,完成装配接触等操作,想比其他软件在数据处理方面更为强大。另外,ABAQUS还有草图功能,建模中出现的错误能够在草图中得到修正。而其强大的恢复功能保证了在突然断电、故障之后可以紧急存储,从而把损失降低到最小。
4 结语
电子计算机强大的科学计算功能在工程领域的应用已经相当广泛,它已经在工程实际中证明了自己的价值。而在计算机发展脚步从没有放缓的今天,计算机的科学计算功能必然会更加强大,给工程带来的便利也会更多。现代工程要重视起计算机的作用,紧跟计算机发展脚步对计算方法进行更新,这样,才能保证工程的效率和质量。
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(黑龙江八一农垦大学信息技术学院,黑龙江大庆163319)
摘要:本文分析当前大学计算机课程教学中存在的问题,介绍了计算思维的概念及其发展,提出了农业院校以计算思维为指导的三层次计算机课程设置体系及各层次教学中计算思维教学的具体内容,为农业院校计算机基础课程教学提供了一种以培养学生计算思维能力为目标的新模式。
关键词 :计算思维;农业院校;计算机课程;课程设置体系
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671—1580(2014)05—0034—04
基金项目:教育部高教司大学计算机课程改革项目“培养计算思维能力、服务农林院校创新性人才培养的大学计算机课程建设”(项目编号:2-11-ZXM-09)。
收稿日期:2014—01—08
作者简介:陈争光(1973— ),男,湖北黄陂人。黑龙江八一农垦大学信息技术学院,副教授,研究方向:实验室管理,计算机基础课教学及管理。
衣淑娟(1965— ),女,山东栖霞人。黑龙江八一农垦大学信息技术学院,教授,博士生导师,研究方向:农机及农业信息化。
冯惠妍(1980— ),女,黑龙江肇源人。黑龙江八一农垦大学信息技术学院,讲师,硕士,研究方向:空间数据库。
计算机科学已经成为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的信息基础科学,计算机科学技术水平是衡量一个国家基本国力和经济竞争力的重要标志。[1]但是,随着新一轮课程改革在各个高校的开展,计算机课程教学在各个高校的重视程度均比以往有所下降,体现在教学计划中最明显的特征是计算机课程和学时数的大量减少,课程性质也由原来的必修课和限选课变为选修课。计算机课程的重要性得不到专业课教师和学校教学主管部门的重视,计算机课程教学面临前所未有的生存危机,计算机基础课程教学改革势在必行。
一、计算机基础课程教学中存在的问题
传统的计算机课程教学在全世界范围内普遍存在这样一种错误观点:计算机仅仅是工具,而不是科学,这是典型的“狭义工具论”观点。这种观点会使学生对计算机科学的认识淡化,无助于学生对计算科学中最重要的、核心的思想与方法的掌握,无助于学生综合素质的提高。尽管如此,在过去相当长的一段时间里,各高校包括校领导在内的教学主管部门的领导以及专业课教师大都存在这种“狭义工具论”的认识倾向,这部分人的错误认识严重影响了各高校计算机基础课程体系的完整性。
其次,由于我国对于高中和义务教育阶段的计算机教学内容和教学目标没有统一要求,造成新生计算机应用水平良莠不齐,这种现实情况给各个高校的计算机课程教学带来一定的困难。
此外,大学计算机基础教材基本是一个大杂烩,其内容是诸如操作系统原理、网络原理、数据库原理等多个专业领域的浓缩,学习内容很繁杂,对于简单的内容,学生的学习热情不高;对复杂的内容,学生又不能及时理解,致使学生的学习兴趣不高。加之学时一再压缩,教师的教学过程也基本上是以完成教学任务为目标,所有这些情况掺杂在一起,使学生理解和消化这些知识存在一些困难,在一定程度上产生了厌学情绪。在国外,这种情况也存在。学生在学习程序设计类课程时必须面对纷繁复杂、晦涩难懂的语法现象,在学习过程中,有近一半的学生选择放弃;而且,试图通过抄袭或者其他违规行为完成课程的学生不在少数。许多非计算机专业的学生在整个计算机课程的学习过程中从未体会过“使用计算的相互影响有效解决问题”所带来的成功的喜悦。[2]
二、计算思维研究进展
(一)什么是计算思维
“计算思维”(Computational Thinking,CT)一词由美国卡内基梅隆大学的周以真教授于2006年提出,其定义是:运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。[3][4]
科学思维有三种形式:理论思维、实验思维和计算思维。其中,理论思维以数学为典型代表;实验思维也叫实证思维,以物理和化学为典型代表;计算思维是早已存在、只是最近几年才提出并逐渐被广大科技工作者重视的一种思维,主要以计算机科学为典型代表。现在普遍认可的观点是,理论科学、实验科学和计算科学是拉动人类文明进步和科技发展的三驾马车。这种认识得到美国联邦政府以及广大企业的一致认可。
(二)计算思维在美国的重视与发展
2005年6月,美国总统信息技术咨询委员会给美国总统提交了一份报告——《计算科学:确保美国的竞争力》。[5]报告认为,计算科学是一门能促进其他学科发展的基础学科。从最近一个世纪的科学发展史来看,最重要和最有影响力的研究结果均或多或少地运用了计算科学的方法和手段。该报告给总统的建议是,必须将计算科学的发展重新重视起来,并且将其置于美国科技发展领域的核心地位,予以优先支持。
自此以后,美国政府极其重视计算思维以及建立在此基础上的计算科学发展的培养和投入。在2007年,美国启动旨在改变大学计算机基础教育内容的国家教育计划(CISE Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education);美国NSF于2008年启动了Cyber-Enable Discovery and Innovation计划,并投入巨资,推进该计划的实施。NSF认为,该计划的实施会促进计算思维的发展,从而进一步促进美国科技领域产生重大成果。[6]时隔3年,NSF于2011年再次启动The Computing Education for the 21st Century,试图通过该计划的实施提升小学、中学和大学低年级师生的计算思维能力。[7]
(三)计算思维在国内的发展
计算思维是计算科学的基本思维方式,依据周以真教授的定义,计算思维内容包括问题求解、系统设计和人类行为理解等。徐志伟认为计算思维是地球上每个公民都应该具备的一种思维能力。[8]2009年,中科院信息领域战略研究所组织编撰了《中国至2050年信息科技发展路线图》,[9]该路线图对21世纪基于计算思维的信息科技的发展趋势、目标任务等做了详细的阐述,建议政府和教育部门对计算思维给予足够的重视。报告认为:计算思维能力的培养是解决科技难题、保持国家竞争力的基础。这是对当前计算机教学领域存在的“狭义工具论”观点的有力驳斥。新一轮基于计算思维的高校计算机课程改革的目标是:将计算思维培养与传统的计算机课程教育相结合、与学生的专业课教育相结合、与学生日常生活经验相结合,全方位培养学生的计算思维能力,克服普遍存在的“狭义工具论”的偏见。
2007年11月,中科院自动化所的王飞跃教授在《从计算思维到计算文化》等多篇论文中对周以真教授提出的“计算思维”进行了深入分析。他建议各级政府对“计算思维”的研究给予经费支持,并希望我们能借“计算思维”的东风,尽快把中国的人情世故的“算计文化”转变为科学理性的“计算文化”,以提高我们民族的整体素质。[10]2008年,国家自然科学基金委计算机科学代表团出访美国考察之后得出结论:计算思维是美国计算机科学界的一个最具基础性和长期性的思想。[11]由此可见美国对计算思维研究的重视程度。
2010年7月,在西安交通大学举办的首届“九校联盟(C9)计算机基础课程研讨会”,重点讨论了如何在新形势下提高计算机基础教学的质量。研讨会后,发表了关于计算机基础课程教学的《九校联盟(C9)计算机基础教学发展战略联合声明》。该声明从计算机课程教学的基础性地位、计算思维培养的核心任务、大学计算机课程体系和教学内容的设置等方面为全国高校的计算机基础课程教学改革指明了方向。[3]
三、农业院校计算机课程设置
(一)农业院校计算机课程设置调查
目前,我国大部分高校基本采用教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员2006年的《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》(基本要求)来确定本校计算机基础教学的课程设置。国内较知名的高校计算机基础课程体系采用2+X模式,即大学生在4年中学习两门必修课、选修一门或多门其他计算机相关课程。而地方二本院校由于其培养计划的要求,大多采用1+X的课程设置方式。[12]
我们对全国大部分农业院校的计算机课程设置情况进行了电话调研,各个学校的计算机基础课程体系不尽相同,但有一个共同特点,就是在大学新生入学的第一学期均开设大学计算机基础课程,这门课程基本上是必修课程,平均学时为54学时。
对于不同的农业院校,第二门计算机课程设置差别较大。课程主要集中在各种程序设计语言课程、数据库技术、网络技术、多媒体技术等方面,不同专业根据自己的需要在上述课程中选择适合自己专业学生的培养目标的课程,课程性质有选修,也有必修,平均学时为56学时。
近年来,各地方院校,特别是地方农林院校,计算机基础课程的学时量呈不断减少的趋势。农林院校计算机基础教学的现状是国内大部分高校计算机课程教学现状的一个缩影。计算机课程教学面临前所未有的挑战,课程改革必须进行。改革不一定成功,但不改革必然灭亡。所幸的是,计算思维概念的提出为大学计算机基础教学改革提供了一线生机。
根据《基本要求》,结合农业院校的教学内容和特点,我们提出了如表1所示的农业院校三层次计算机课程建议体系方案。
(二)各层次课程教学要求
1.大学计算机基础
现阶段,随着计算机基础教育的提前和信息技术的普及,大学新生在入学时已经具备一定的计算机操作能力,大学生在使用网络获取信息、网络购物、即时通信、游戏、计算机基本操作等方面具有一定的基础。因此,作为表1中第一层次的大学计算机基础教学不能从基础的键盘鼠标操作开始。但是,由于高考科目中对计算机课程没有任何要求,义务教育及高中阶段的计算机课程教学受到高考指挥棒的指引,各个学校的计算机基础课程的开课情况不容乐观。新生入学时在计算机基础应用方面仅停留在一些简单的操作方面,掌握的知识不够系统和深入。因此,以计算思维为指导的大学计算机基础课程的教学重点是培养学生掌握系统的计算机知识。
在教学过程中,“大学计算机基础”中大量的计算机名词、繁杂的计算机硬件细节、毫无用处的软件分类使该课程的教学过程变得枯燥乏味,使学生的学习兴趣大大降低。因此,必须对此进行裁剪,突出基础核心内容的理解。例如,对于操作系统功能的讲解,可以通过简单的、典型的、易于理解的日常生活实例来进行。实际上,计算机中的许多算法都是来自日常生活中的常见现象,比如,计算机中的队列完全来自于日常生活中的排队,计算机网络中的邮件发送也是和日常生活中的收寄邮件过程极其类似。通过生活中的实例讲解计算机中的复杂概念和算法,既便于学生理解,也有利于锻炼学生的计算思维能力,培养学生将所学的计算机知识应用于日常生活和专业学习中的意识。
2.程序设计类课程
长期以来,人们的普遍认识是,学习程序设计类课程就是培养学生的计算思维能力,其实并不尽然。但程序设计类课程教学是计算思维能力培养的极佳载体。对大多数非计算机专业的学生而言,理解程序设计比学会程序设计更重要。基于程序设计的算法可以培养学生建立模型的习惯,而不是就事论事的方法。[3]乔布斯在1995年的一段70多分钟的访谈视频中谈到计算机编程时说到:所有美国人都应该花一年时间学习一门编程语言。学习法律的人不一定非要成为律师,但法律能够教会人们一种思考方式。同样,学习编程的人不是一定要成为程序员,但编程能够教会每个人一种全新的思维方式。所以,美国应该把计算机科学看成基础教育。[13]
在程序设计类课程中,算法的实现、问题的解决,都离不开对程序设计语言语法的深刻理解。在讲解程序设计语言时,教学重点应该突出语言中基础知识的介绍:程序的开发与执行过程,注释的作用,标识符作用及命名规则,变量,数据类型及其转换,数组,字符串,分支结构,循环结构,基本输入/输出,函数概念、作用及使用。
3.数据库技术及应用
作为第二层次中的数据库技术及应用课程,一般在文科管理类专业中开设。数据库技术及应用课程是计算机课程教学体系中“管理信息系统”领域的核心课程,同时,也是与各相关专业应用结合得比较紧密的计算机基础课程。具体开设的课程可以是VFP程序设计、SQL Server数据库应用、PowerBuilder数据库开发及应用等。数据库技术教学除了讲解基本的程序设计语法之外,重点要介绍数据库的概念、数据表、视图、存储过程、约束、触发器、数据的插删改查等与数据库技术密切相关的概念和技术。在讲授这些内容时,应该结合应用实例和学生的生活经验,目的是让学生理解这些概念,而不是熟练掌握这些技术,因为有限的学时不可能使学生熟练掌握某一课程的所有知识和技能。在介绍数据库基本理论的同时,应该把利用数据库的方法和思想求解实际问题的能力培养放在突出的位置,使学生领悟应用系统级的问题求解方式,培养学生软件工程的思想,达到计算思维能力提升的目的。
4.第三层次课程
事实上,第一、二层次的课程尽管体现了计算思维教学的思想,但是,课程本身并没有显示出太多的农业院校特色。原因有两个,其一,第一、二层次的课程更多的是一种计算机基础知识的学习,是一种思维的培养,是为将来的深入学习做准备。其二,第一、二层次的课程是在新生入学的第一和第二学期开设的,在这一阶段,学生并没有太多的数学和专业知识储备,专业知识很欠缺,在第一、二层次的计算机课程教学阶段涉及过多的专业知识只能适得其反。到了第三层次阶段,学生已经具备了一定的专业知识和数学知识,对本专业也有了大致的认识和了解,为第三层次的课程开设打下基础。
表1中第三层次列出的课程是最能体现高校特点的计算机基础课程,是计算思维教学的较高层次。在农业院校,第三层次课程的教学目的是培养学生将计算机技术应用到农业生产各个环节的能力。农业院校各农科专业应该选择适合本专业特点、能为本专业科研起到积极促进作用的计算机课程,强化各学科专业和计算机科学的融合,借此大力提升学生的计算思维能力。
在农业院校,第三层次课程可以以专题的形式开设课程。对于农业信息化技术、数字农业技术等课程,可以从以下几个方面安排教学内容:[14]农业数据处理技术、虚拟现实技术、农业数据统计分析、3S技术、农业信息采集技术、农业信息网络技术、虚拟农业、精准农业、农业信息资源建设、农林专家决策支持系统、农业数据库及管理信息系统、农业信息服务体系建设等。
此外,Web技术、Windows编程技术等偏重于计算机专业的教学内容也可以安排在第三层的课程中,这不仅满足了少数学有余力并且渴求计算机知识的学生的需求,更为学生的多元化发展提供了机会。
四、结束语
作为三大科学思维方式之一的计算思维,与人们的日常学习和工作密切相关。将计算思维能力培养真正融入农林院校计算机课程教学还需较长时间的摸索,需要各方面的支持和努力,特别是需要广大农科院校从事计算机课程教学的教师在实践中不断探索和总结经验。将计算思维的精髓融入到计算机基础教学中,融入到学生的专业课教学中,融入到大学生创新创业活动中,融入到学生的日常生活和学习中,为学生的专业素养和创新能力提升起到积极的作用。我们有理由相信,在广大计算机基础教育工作者锐意改革、勇于创新精神的感召下,在各方面的共同努力下,计算机基础教育的春天很快就会到来。
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【关键词】计算机科学与技术应用 发展趋向 信息技术
1 计算机科学与技术发展现状
1.1 计算机科学与技术地位
计算机是当前21世纪中影响力最大的技术之一,最初诞生于1904年,世界上第一只电子管诞生,随后在1946年出现了第一台计算机,经过不断的完善和创新,逐渐演变成了当前技术含量更高的计算机科学与技术。就计算机科学与技术本质来看,其中所包含的内容包罗万象,受到计算机科学与技术的影响而获得了更好更快的发展,促使计算机科学与技术变得更加人性化,在一定程度上可以有效满足人们在此方面的需求,获得更大的便利。在人们日常生活、工作和学习中,计算机科学与技术无处不在,除此之外,在一些军事、科学研究、工业生产和商业方面同样占有一席之地,影响较为深远,已经成为推动社会进步和变革不可或缺的部分。
1.2 计算机科学与技术发展中存在的问题
任何事物在发展中都有两面性,在评价一个事物的作用和内涵时,应该从多种角度去评析和诠释。计算机科学与技术在发展中,带给人们极大的生活便捷和服务,在促进社会进步的同时,对于人们的生产生活同样产生了不利的影响。诸如,计算机领域的“千年虫”事件的出现,致使计算机科学与技术的长远发展受到了严峻的考验,尤其是在保险、交通和电力行业受到的影响最为深刻,也正是这一事件的出现,带给社会严峻的考验。计算机科学与技术在发展中有利也有弊,但是其对社会的促进作用更为突出,将这些不利因素排除,能够为人们日常生产生活提供更大的便利和服务,成为当前首要待解决问题。
2 计算机科学与技术发展方向
计算机科学与技术在发展中,由于自身优势获得了前所未有的发展空间,就当前计算机科学与技术的发展趋势来看,总体上朝着高、广和深方向发展。
2.1 高度上发展
计算机科学与技术在高度上发展,更多的是体现在计算机主频上。由于计算机的先进性和便捷性,受到了社会各界的广泛关注和重视,并深入人们的日常生活、工作和学习中,成为生活中一种不可或缺的内容。计算机科学与技术经过不断完善和创新,计算机性能也在不断提升,尤其是晶体管微处理器的出现,以往使用单一处理器的计算机已经逐渐被时代所淘汰,开始朝着多个处理器同时运行处理的方向发展。在计算机中成功运用几万个处理器,运行速度和处理速度已经超越了市面上绝大多数的计算机,而操作系统在计算机使用中也成为了其中不可或缺的关键性技术。计算可以实现资源共享和通信连接,同时还可以推动计算机高效管理的实现,促使计算机互联,为社会生产生活提供更大的便利。
2.2 广度上发展
计算机作为一项重要的技术成果,在不断发展和完善中,呈现出了较为广阔的发展前景,除了在高度上获得发展以外,在广度上同样有待更进一步的开发和发展。尤其是在近些年来,计算机科学与技术逐渐朝着多元化方向发展成为主要趋势,渗透到人们的日常生活、工作和学习中。计算机在未来的发展将会出现在人们生活中处处可见的电器中,应用前景十分广阔。在未来的几十年内,人们利用计算机可以随时随地查找到资料,以其便捷的优势来满足社会进步的发展需要。甚至还有人曾预言说,未来的计算机将变成一种更加平民化的事物,就像是回家正常做饭一样,在人们的生活中随处可见。
2.3 深度上发展
计算机科学与技术深度上发展,主要是指计算机技术的不断创新和完善,朝着更加智能化方向发展,在满足人们信息需求的同时,还可以呈现更为人性化的人机互动界面。计算机也将衍生出大量的软件,以一种更加智能化的姿态来促进社会进步和发展,各种交互设备的出现,虚拟现实技术成为计算机领域发展的主要体现。
3 计算机科学与技术的未来发展趋势
3.1 计算机性能越来越好,更新速度越来越快
计算机科学与技术的发展趋势主要表现在两个方面:一个是性能越来越好,另一个则是更新速度越来越快。就当前电子产品发展现状来看,更新换代速度较快,主要是伴随着科学技术的进步和发展,电子产品中所应用的技术也在不断创新,对以往技术中存在的缺陷和不足进行完善。故此,计算机科学与技术的未来发展趋向,应该明确计算机的发展定位,朝着速度更快、性能更高级、使用更便捷的方向发展,这就需要持续加大科研投入力度,推动社会进步和发展。
3.2 高性能计算机的发展
硅芯片技术的快速发展,在一定程度促进了计算机科学技术的快速发展,但是由于硅芯片技术自身特性,在研究中已经逐渐接近临界点,并没有过高的价值值得深入研究。基于此,大量的研究开始逐渐转移到光子以及量子技术研究中,对于计算机科学与技术的未来发展具有十分重要的促进作用。结合量子技术研发出的计算机,运算性能将高于现今市面上计算机十几亿倍,而光子技术的应用则可以实现电子计算机的光速处理,性能更为优越,并广泛应用在一些高新技术研究领域,意义较为深远。
3.3 智能化的超级计算机
计算机科学与技术未来发展的一个主要趋势就是智能化,智能化的超级计算机较之现今的计算机而言,无论是运行速度还是信息处理速度都要更为突出,能够同时执行多条命令,处理效率更快。利用超级计算机实现数据的高效分析或者建立模型,对于科研成果研发具有更大的意义和作用,值得广泛推广和应用。
4 结论
综上所述,在社会快速进步和发展的背景下,针对我国计算机科学与技术的发展规律,还需要对其进行不断的创新和完善,切实提升综合竞争实力,真正的服务于社会,推动社会长远发展。
参考文献
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作者简介
李东(1983-),男,白族,云南省云县人。硕士研究生学历。现为滇西科技师范学院讲师,主要从事计算机科学与技术及其教育等方面的教学与研究。