前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的计算机科技论文主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
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。
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。
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Short Code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。
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。
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。
、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。
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。
总结
在学了计算科学导论之后,让我更深入的了解了我将来要从事的学科。计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样,在不断的成长。信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。总之学习了这门课之后让我受益匪浅,也知道自己应该好好努力,争取在自己的专业领域上有所成就。
参考文献
1、《计算科学导论》(第三版),赵志琢著 ,科学出版社2004版
2、《计算机病毒分析与对抗》 傅建明 彭国军 张焕国编著武汉大学出版社2004版
3、《计算机应用于基础》(第三版) 丁爱萍 著 西安电子科技大学出版社 2006版
4、《软件工程》 萨莫维尔 著 机械工业出版社
1.本科毕业论文实践中的计算机应用现状
1.1 计算机知识储备量不足
目前,各高校都开设有计算机课程,但仍不能满足本科毕业论文实践的需求。对于本科毕业论文,主要会用到Office办公软件中的Word、Excel、PowerPoint(PPT,Internet文献数据库,以及文献管理软件等。虽然各高校一般都开设有计算机基础类课程,介绍MicrosoftWindows、Office软件、Internet的使用,但所授内容还不能满足本科毕业论文实践的需要。在毕业论文写作时,毕业生往往感到Word文档的编排非常的麻烦,需要花费相当的精力和时间,也给指导老师增添了不少指导负担。同样,Excel、PowerPoint、Internet的使用也不尽如人意。除此之外,还有部分软件知识在已有课程中完全没有涉及,如文献管理软件的使用等。
1.2 计算机硬件设施不足
计算机资源不足严重影响毕业论文的撰写。学生可利用的计算机资源主要有三种:自有计算机,学校计算机,网吧计算机。对自有计算机而言,虽有调查表明大学生电脑的拥有率已达到50%左右,但对于大多数来自农村的大学生而言,他们的电脑拥有率依然很低。对学校计算机而言,虽然各学校都建立有计算机房,但相比于庞大的学生群体,学校计算机依然不能满足学生需求,而且学校计算机主要用于教学使用,学生的使用有时间限制。在这种情况下,许多学生不得不求助于网吧,而网吧一般不安装OFFICE办公软件,更不会安装如AutoCAD这种专业软件,也无法访问学校图书馆数据库。与此同时,毕业论文的撰写时间比较集中,往往在一两个月内完成,特别是临近答辩的几天里,几千毕业生需要计算机修订论文,计算机的紧张程度可想而知。因而,学生在毕业论文撰写过程中,常遇到没有计算机可以使用的情况。
1.3 计算机使用缺乏指导
学生进行计算机操作时,缺乏足够的指导。由于高校扩招,学生数量急剧增大而教师数量增加缓慢,导致师生比偏高,严重影响教学质量。作为公共基础课程,几千名学生的教学工作,往往由十多名教师来完成,师生比甚至高达1:250,很难说学生可以充分得到教师的指导在毕业论文进行阶段,也同样遇到师生比过高的问题,经常遇到一个老师同时指导十几名学生的现象,教师指导任务重,很难保证指导质量。
2.本科毕业论文实践中计算机应用需求
2.1 WORD大型文档编排
毕业论文是一种较长的文档,编排难度相对较大般而言,毕业论文字数要求5000字以上,页数一般在10页以上,编排的版式几乎与出版社正规出版的书籍类似。这对于平时很少利用Word软件的学生而言,具有很大的难度,需要重新学习Word的编排技巧。在论文写作过程中,也容易出现论文排版上的各种问题。
目前,文档编排软件很多,但一般采用Mi-crosoftWord完成.对于Word排版问题,应着重解决以下几方面的问题:①页面设置;②文字格式的设置;③样式的应用;④分节的设置;⑤页眉页脚的设置;⑥图表的绘制;⑦公式的录入;⑧自动生成目录。
2.2 Excel表、图与统计分析
对于大多数的毕业论文,都会涉及插入图表,以及数据的统计分析。除文科类论文较少涉及图表知识外,理工科、农科、医学等学科的大部分毕业论文,都会涉及图表的制作以及数据的统计分析。在毕业论文写作过程中,部分学生对图表的制作很是陌生,甚至不知道标准的图表要求是什么,因而做出来的图表不仅不美观,而且也不符合要求。Excel还具有统计分析功能,不仅方便快捷,而且准确可靠,但不少同学不知道Excel具有统计学功能,更不会使用。他们往往采用手算的方法来进行统计分析,耗时耗力,而且还容易出错。
图表与统计分析,不仅可以采用Excel,也可以采用更为专业的软件,如Origin制图、Sigmaplot制图、SAS统计分析、SPSS统计分析等,但以Excel更为方便。对于Execl图表与统计,应着重解决以下几方面的问题:①Excel表格的制作(特别是三线表的制作);②Excel图表的制作;③Excel函数与公式;④Excel统计分析工具。除此之外,也可以介绍Origin、Sigmaplot、SAS、SPSS等软件的使用。
文档演示毕业论文答辩时,_般采用PPT展示其研究课题。答辩过程主要包含两部分,学生陈述和老师提问。学生的自主陈述过程,不仅需要其精彩的陈述,更需要映衬陈述的多媒体展示。目前,大多数学生往往直接将论文内容粘贴到PPT当中,却不知如何精简和美化,结果导致PPT臃肿,条理不清晰,没有层次感。导致这一情况的直接原因就是学生缺乏PPT制作的技巧。
对于PPT的制作,应着重解决以下几方面的问题:①整体结构设计;②页面布局设计;③色彩搭配设计;④演讲内容提炼;⑤媒体元素设置;⑥动态效果设置;⑦播放策略。
2.4 INTERNET文献检索
Internet是获取科技信息非常方便的渠道。毕业论文的实践不是闭门造车,而是他人研究成果的继续。因而在研究之前需要查阅大量的文献。文献资料主要分为两种资料:文本资料和电子资料。大部分的研究成果是以期刊论文、会议报告、学位论文等形式最先展示出来的,而这部分资料目前基本都被相关数据库所收录,存储在数据服务器上。利用互联网技术,可以非常方便地查阅到所需要的资料。
对于Internet文献检索,应着重解决以下几方面的问题:①主要中文期刊数据库;②主要英文期刊数据库;③其它类型数据库(如:电子图书、电子报纸、会议论文、学位论文、标准、专利等);④检索策略;⑤检索技巧。
2.5 ENDNOTE文献管理
在毕业论文撰写过程中,根据撰写需要,要对参考文献进行插入、移动、删除等各种管理操作。本科毕业论文的参考文献数量一般在20篇左右,而研究生毕业论文的参考文献数量可达100篇以上,对于如此多的文献,如果采用人工管理的方式,不仅工作量巨大,而且非常容易出错。通过专业的文献管理软件,可以非常方便地对参考文献进行处理。文献管理类软件有多种,如:医学文献王、风^-express、Endnote、Referencemanager、Notefirst等。不同软件有自己的特点和优势,重点推荐Endnote文献管理软件,当然像Notefrst这种推出时间较短的国内免费软件,也有不错的口碑。
以Endnote文献管理软件为例,应着重解决以下几方面问题:①参考文献格式标准;②创建End-note图书馆;③文献信息录入;④Word中使用文献格式模板设置;⑥高级应用。
3.本科毕业论文实践中的计算机应用指导
3.1 加强计算机教育课程建设
通过调整课程设置和课程内容,引入相关计算机教育内容。同时,提高教学质量和水平,加强学生计算机实践能力的培养。在《计算机基础》课程中,要将Office办公软件引入到课程中,并要达到一定的应用水准。在《试验设计与统计分析》课程中,可以引入Excel和SAS等软件知识。在《文献检索》课程中,可以引入Internet的使用,数据库查询和Endnote软件等知识。在其它专业课程中,凡涉及到计算机内容的,也要尽可能进行上机训练,提高计算机应用能力。
3.2 加强计算机专业知识讲座
通过专题讲座的形式,讲解毕业论文实践过程中所使用的软件知识。在毕业论文撰写期间,可以通过专题讲座,具有针对性地进行辅导。因此,学生可以及时的了解相关知识,并立即加以应用。除了现场的讲座形式外,还可以利用网络的优势,建立网上学习平台,将学习资源放在网络上,学生可以随时查询相关计算机应用知识。
3.3 加强计算机硬件建设
加大计算机硬件设施的投入力度,优化计算机机房管理,提高计算机利用效率。根据学校人数和计算机使用的实际情况,合理投入资金进行计算机房的建设,增加计算机的台套数。其次,制定合理的管理措施,适当延长计算机房的使用时间,提高计算机房的利用效率,减少计算机的非学习性占用。
3.4 加强指导老师的指导职责
制定毕业论文指导教师的考核体系,强化指导教师的责任意识,督促教师加强对学生的指导。从学校和学院两个层次,学校层次要做好毕业论文指导的全面工作,同时要对计算机应用指导工作提出明确统_的要求,学院则有必要对学校的规定做出具体的安排和实施办法。
4.小结
(1)政府资金的收支活动和政府采购的新业务在现行预算会计制度中不能真实有效的反映出来
预算会计以政府资金活动和流向为主要筹划和管理内容,预算会计信息为政府财政决策和各项管理措施的制定具有非常重要的影响。简单地说,预算会计制度的建立就是为政府更好的、更精细的管理好每一分钱服务。其工作要求以精准性和客观性为主要目标,但是在这项制度的建立过程中却存在诸多问题不得不是他们更加有效的承担起活动的本质。政府职能在转变,涉及财政管理的资金收支内容也发生了很大变化,政府采购业务也发生了相应的变化,因此在这样的基础上建立起来的预算跨级制度也发生了比较明显的变化。因此这成为影响和提升预算会计制度建立过程中一项非常重要的内容和作用,使之成为影响和提升工作质量的一项关键之举。而现行预算会计制度对于一些新增业务和内容的针对性还存在很大的迷糊性。
(2)政府部门的债权债务信息没有在现行预算会计制度找到相应的对应位置
我国政府在近几年的发展和改革过程经常以国债和地方性债务的形式作为调节市场经济的一种重要形式,而且政府债务也在很大程度上完善了地方财政和金融生态体系。但是这些债务信息作为地方财政管理中的一重要内容却没有在预算会计信息中发挥重要的、明显的作用,这成为影响整个工作质量的一项重要内容。同时这在地方债务的管理中也造成了诸多不便。甚至有的政府无法从预算管理中合理规划自己的债务,造成举债过多,债务信息不准确等问题,在很大程度上影响了政府财政管理的真实能力。同时这也为经济的发展和管理造成了很大程度的不良影响,同时这也成为导致整个经济发展的一项非常非常重要的制约因素。
(3)核算科目设置中还存在一些不完善环节
近几年由于我国政府职能转变较快,出现了一些新的财政管理实务,这些在预算会计管理过程中也出现了比较明显的管理科目设置问题,而且这些问题也都在管理过程中造成了财政管理上的诸多不便,这样的条件下造成了管理过程中一些管理事项不能及时的作为财政管理的基本信息出现在正常的事物性管理过程中。因此,核算科目设置应当将这些新增业务内容囊括在内才能符合当前的财政管理发展形势。但是就目前情况来看,预算科目设置必须在适应其发展的过程中发挥非常重要的作用,为其在发展过程中制定适应各种变化的核算科目调整机制,帮助其发展质量的提升。
(4)我国政府投融资体制改革与现行预算会计制度存在冲突
未来我国政府的投融资体系建设已经成为影响地方经济和财政状况改善的一项重要措施。而投融资体系的建立尤其需要财政预算管理,只有在这样的条件下才能更好的规划好投融资的力度和方向。而现行的预算会计信息对这项制度的建立和完善还没有十分明确的制度设计和安排。确切的说投融资制度还没有完全成为影响和提升整个政府工作的关键所在,这为我们的地方经济发展创造了重要的基础和机遇,成为整个政府财政管理工作中面临的主要任务。这为我们的经济发展带来了明显的变化和影响。在未来经济发展中尤其需要将政府投融资管理能力与预算会计制度的改革和建立打造相互联系的桥梁。
二、现行预算会计存在问题的完善对策
(1)依据政府职能的转变完善预算会计核算体系
预算会计核算体系应当能准确反映政府的财政收入和支出状况,这在很大程度上影响着政府财政管理的能力和对经济调节的控制力。当前,一些核算体系中的内容不能正确反映政府财政收支状况,造成这种现象的一个重要原因就是预算制度在建设过程中不能正确面临整个经济状况的重要基础和关键所在,并在这样的程度上成为制约经济发展的关键和原因所在。为此,政府必须以财政管理的实际情况为出发点,不断完善预算会计核算体系。具体工作中应当组成专门的改革小组,对现行预算会计制度的合理性和科学性进行重新评估。对于符合当前财政管理情况的制度条框应当保留下来,而对于那些由于时代因素出现的漏洞、偏差等问题应当根据当前的状况提出实际改革政策和原因。并在这样的过程中形成新的具有时效性的完善策略和对策。
(2)预算会计制度中应当引入权责发生制的核算方式
债务信息应当成为预算会计体系中管理和规划的一项重要内容。为此在具体的制度中应当引入债权发生的核算方式,并在这样的基础上使之与预算会计制度相互对应。而且在发展过程中应当建立与之相对应的动态调整机制。政府在发行债权或者其他形式的债务过程中必须对具体内容和数额做好严格预算,并应当依据预算作出改革调整的具体措施。这有利于我国政府债务管理能力的提升。同时在很大程度上也影响了他们在建设过程中实际应用这些债务基础的关键因素。而且这些因素也应当成为影响和提升这些债务的关键原因所在。
(3)完善预算会计科目的设计体系
预算会计制度中核算科目也是影响预算会计制度的一项重要内容。为此在这样的过程中我们应当在其基础上按照他们的过程使之相对应。就预算会计制度本身的性质而言,它的核算科目不是一成不变的,它是随着政府职能的转变和财政支出项的增加而不断调整的。当前我国政府财政预算的一些支出状况之所以没有在预算体系中给出具体的指导和对应,一个重要原因就是对预算会计制度中的这些内容没有预算科目的设计和设置。因此这对整个经济的发展状况也做出了非常重要的努力措施,并且这在发展过程中也具有非常重要的影响和提升作用,成为整个经济发展过程中的一项重要作用和基础支撑。
(4)加强预算会计的核算制度建设
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
1计算的本质
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。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。
2远古的计算工具
人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。
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。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。
3近代计算系统
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。
4电动计算机
英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。
5电子计算机
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。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。
6“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。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”
7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。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。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。
在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。
8量子计算中的神谕
人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。
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。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。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,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。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。
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。
参考文献
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
关键词:计算机;技术基础;精品课;课程体系
Abstract:Thecomputer-basedtechnologyproductsonthebasisofbuildingcourses,andcoursesfromthesystem,contentsandmethodsofteachingandteachingmethods,teachingmaterialsinsuchareasascomputertechnologyonthebasisofthequalityofthecurriculumbuilding,whichimprovethequalityofteachingPlayedaveryimportantrole.
Keywords:computer;-basedtechnology;classquality;curriculum
1计算机技术基础精品课程建设的基础条件
(1)计算机技术基础课在人才培养中的地位和作用不断增强
自1985年以来,计算机技术基础理论课和计算机技术基础实验课就被列为大连水产学院的重要基础课。十多年来,修读计算机技术基础课的学生由最初的8个本科专业、5个专科专业的372人,发展到现在的30个本科专业1800多人。计算机技术基础课不仅是计算机科学教育的前导课程,同时也是培养学生上机操作能力的基本途径。该课程的教学不仅仅局限于理论知识的传授,更加注重学生动手实践能力的培养和素质的提高,培养学生在今后的学习生活工作中必要的计算机操作技能。今天,计算机技术基础课程已经不仅仅是为后续课程打基础,它已经成为一门自然科学的素质教育课,特别是在对大学生科学素质培养中起到了其它课程所无法替代的作用,课程教学的着眼点转到了传授知识、培养能力和提高素质上来,课程体系也由理论课和实验课两门,改为两门必修课和多门选修课的形式。
(2)课程体系和教学内容随着人才培养目标的变化、国家等级考试的变化、就业形势的变化而不断改革,适应了计算机技术基础地位和作用的变化
计算机技术基础教研室多年来一直进行教学研究和学术研究活动。自1985年开始组织规范的教学研究活动,每月一至二次。课程设置由原来的Basic语言、Fortrain语言发展到今天的C语言,由Foxpro发展到今天的VisualFoxpro。选修课程也由原来的一门单片机原理发展到今天的多门课程,如VC、VB、PowerBuilder程序设计、Java、网络技术与应用等课程。课程组成员积极进行教学研究课题,“水产院校计算机教学模式改革的研究与实践”2002年获辽宁省优秀教学成果二等奖。“计算机基础课程教学改革的研究与实践”获大连水产学院教学成果二等奖。教研室现在正在进行水院教改项目“计算机基础教学的改革与实践”和重点建设课程“计算机技术基础”,通过教学研究和学术研究,不断改革计算机技术基础课教学,适应了人才培养目标的变化,提高了课程建设的水平。
(3)师资是课程建设的关键
自98年以来,计算机基础课程组新进教师6人,其中研究生4人,本科2人。课程组8人中有2人在读博士、正教授1人、副教授2人、讲师3人、助教2人。教师队伍年轻化,适合计算机发展日新月异的需要。课程组全体人员,既承担理论课教学,又承担实验课教学,人均年教学工作量300多学时。旺盛的精力和饱满的工作热情,超额完成繁重的工作任务,得到了学生与老师的赞誉和好评。
(4)高度重视教材的使用与建设、保证实现教学改革和人才培养的目标
计算机技术基础课使用的是新世纪计算机基础教育优秀教材,符合国家教委的白皮书的要求,与国家等级考试紧密接轨。2002年,我们参加了农业出版社组织的十五规划教材的教材编写工作会议,进行了有关教材方面的深入研究与探讨。2003年,我们参加了农业出版社组织的十五规划教材《计算机公共基础》和《计算机技术基础》的编写工作。2006年,我们作为副主编参与了十一五规划教材《C语言程序设计》和《C语言程序设计实验指导》的编写工作。随着科学技术的发展,实验教材的内容老化逐年显现,尤其计算机技术的概念和方法不能得到足够的反映,不利于培养学生学习能力与创新精神,为此我们在多次讨论和调研的基础上,于2004年自编了《计算机技术基础实验》。
2多方位进行计算机技术基础精品课程建设
(1)计算机技术基础教学培养学生科学素质的研究,重新审视水产院校计算机技术基础课程的地位和作用
通过进行“计算机公共基础教学改革”教学研究课题,我们认为计算机技术基础的作用不仅仅是为后续课打基础,而且更应该在大学生科学素质培养中发挥更重要的作用。在教学过程中,任课教师能够有意识地体现这一教学指导思想,从而提高了全校师生对计算机技术基础课的认识。
(2)计算机技术基础课教学内容改革的研究
确定了必修加选修的课程体系后,主要的任务就是必修课中讲哪些内容、选修课中讲哪些内容、必修课与选修课之间的“接口”如何设置。我们认真研究了计算机学科的发展历史与趋势,结合各专业对计算机技术基础的要求,配合教学计划及教学时数的调整,对计算机技术基础课程的教学内容进行合理的调整及科学的组合,力求既要符合教学大纲的基本要求,又具有新时期教学改革的新特点。同时,介绍学科发展的新成果及新动态,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新意识。我们选用了适合国家计算机等级考试的21世纪优秀教材,将讲课内容进行了改革,对等级考试和学生后续课程学习有利的内容多讲、细讲,对教材后面的新增的内容进行简单的介绍,为选修课设置了必要的“接口”。
(3)计算机技术基础课程体系设置的研究
多年来,计算机技术基础仅开出理论课和实验课两门课,已经不能满足教学内容改革的要求。我们在原有课程体系的基础上,增加了既对各专业学生学习专业课程有利、又对学生毕业设计有利的一些选修课程,如C++、PB、JAVA等。我们已申报校教改项目,在这个项目中,我们将对课程体系的设置进行大范围的整改,这将对各院系学生的计算机学习产生重大的影响。现在已确立了以必修课为主,以若干门2或2.5学分的选修课为辅,因材施教的新课程体系。
(4)教学方法和手段现代化的研究
计算机技术基础中蕴含着很多科学的思维方法,而这些方法对学生学习其它学科的知识也是适用的,所以领会和掌握计算机技术基础中科学的思维方法将使学生终身受益,这些方法的学习就是计算机技术基础中培养学生科学素质的具体内容。为了实现知识——能力——素质一体化教学,在教学过程中我们针对不同的教学内容,选用不同的教学方法和手段,彻底摒弃“灌输式”的教学方法,从传统的“学到什么”向“如何学
”转变,从注重知识传授向注重能力培养转变。教学中运用问题教学法、启发式教学法、讨论式教学法、自学式教学法等方式,引导学生多思考,培养学生的创造思维能力;运用发现法教学,使学生把自己作为一个发现者,探索知识的来源,培养学生探索和发现问题的欲望及思考和解决问题的独创性。
针对不同专业、不同基础的学生,我们也采用不同的教学模式和方法。考虑到土木、船舶、机械类学生在毕业设计中,往往要进行大量的复杂的科学计算,我们在教学中,重点加强了学生在计算方法与数值分析中的教学,培养学生自己动手编写相应的计算工具;对于电子、通信、自动化专业的学习,强化了学生在基本位运算、硬件地址等相关内容的教学,为学生在将来的电路系统专业课程学习打下基础;对于海洋、环境学科,我们在教学中增加了统计分析、方差回归等教学;外语系、经济管理学院侧重数据库理论、图形设计等教学。此外,为了满足学生对于更高层次的教学要求,我们在教学中还穿行了关于本课程的提高版本C++以及相关热点领域的介绍和讲解,深受学生的关注和好评。对于部分能力出众的学生采取单独指导,让他们借助参考资料学习更深一层的内容等。
针对目前课时紧张,教授内容较多的情况,我们要求教师充分备课,准备好电子教案,选择恰当的例题、习题进行精讲;尽量多的采用电子演示文稿、大屏幕多媒体联机演示等先进教学方式,把计算机课程讲得生动活泼、引人入胜,同时可省下大量的教学时间;在实现多媒体教学的同时,计算机技术基础教学课件课件已放到校园网上,并指导学生进行自主学习;向学生公布主讲教师邮箱,利用网络资源随时解答学生的问题;并即将开通BBS教师论坛供教师们讨论交流,以提高学生的计算机整体水平。3教学效果
近几年,由于学校扩大招生规模,教研室老师严重短缺,每位老师承担了大量的工作,基本上都处于超负荷工作。但是,由于教研室采用了先进的教学方法和教学手段,同时对教学内容进行了有效的改革,繁重的教学任务并没有降低教学效果,相反,我们的课程受到了校内同事的一致好评和学生的欢迎。学生在辽宁省非计算机专业二级等级考试水平考试中多次取得较好成绩,有些班级的通过率达100%。课程组全体教师在授课的过程中时时渗透国考的题型,将讲课内容与国家教育部的白皮书及等级考试紧密结合在一起。虽然2005年我校等级考点刚刚申请下来,但经过短短的一年时间,我校学生等级考试的通过率提高了17.44个百分点,取得了非常好的效果。
校督导组多次对课题组成员进行听课,给予了充分肯定。在近三年的期中教学检查中,学生对计算机基础课堂教师的评价很好,主讲教师的学生打分的优秀率达100%。
兄弟院校的同行们对我校计算机基础教学能在如此缺少课时的情况下,面对这么多的学生,超额完成教学任务,感到非常钦佩。
面对来自方方面面的赞誉,我们并没有骄傲与自满,感到自身的担子更重了。因为我们深知,计算机技术基础课程是培养学生应用计算机知识研究问题和解决问题,为完成毕业论文和毕业设计奠定基础,为深入学习其他专业知识、培养学生用计算机解决专业问题的入门课程。所以我们必须走在时代的最前沿,紧跟时代的脉搏、不断进取。在参加全国农林院校的十五规划教材的教学和教材研讨会上,我们根据近几年的教学经验阐述了自己的观点,得到与会的全国其他院校同行的一致赞同。我们编写的计算机基础课程的教材已在全国多所农林院校使用。
4结论
全面提高人才培养质量和教学水平是高等教育发展的需要,也是迎接新世纪挑战的需要。高校培养的大学生应该是知识、能力、素质协调发展的创新型人才。课程是高校培养人才的必要渠道,抓好课程建设是提高教学水平的根本保证,课程建设要以学生创新意识和创新能力的培养为核心。精品课程建设是教育部“高等学校教学质量和教学改革工程”的重要组成部分,是一项长期的系统工程。精品课程的建设工作将为分级分类的课程评价体系的建立提供了实践基础。课题组教师在多年计算机技术基础的教学实践中,通过对课程体系、教学内容、教学方法的改革,构建“相互平行、融合交叉的理论实践教学体系”,形成了新的课程体系的架构,收到了较好的效果,提高了教学质量。
(5)考试方法的研究
在过去,电气控制线路由大量的继电器作为主要元件组成,以实现生产过程的自动化控制,然而这些由继电器构成的庞大且复杂的控制系统往往需要大量的导线连接,需要大型机柜组装,并且占据大量的空间,电力消耗和维护成本较高,重构难度极大,无法适应现代工业生产过程中的复杂状况[1]。1968年,美国的通用汽车公司提出了一系列如编程简单、可靠性强、维护简便等的技术指标,旨在通过新型的通用控制器对其汽车生产设备进行控制,解决装配流水线上各组装流程控制线路的问题[2]。1969年,世界上第一台可编程控制器(简称PLC)研制成功,后来被广泛应用于各工业流水生产线[3]。到了20世纪70年代,PLC中开始使用大规模集成电路(LSI)以及微处理器,具备逻辑控制、计数及计时控制、算术运算、数据处理等功能,能够处理分支、中断、自诊断等。然而时至今日,PLC虽然依然是生产控制系统的重要组成部分,但在世界性贸易快速发展的今天,PLC高度的可靠性、复杂的功能设计、成本压力等都是工业制造中急需解决的问题。越来越多的制造商意识到标准化的软件开发平台、详细的需求分析、完善的软件设计、周全的测试环境是现代工业软件编程所必须具备的条件,统一的PLC编程技术标准、硬件无关的软件体系、简单便捷的开发环境均是亟待解决的难题。
2IEC61131-3标准及应用
早在1993年,PLC的国际标准IEC61131制定实施,其中的IEC61131-3是关于面向PLC的编程语言的标准,定义了PLC上进行编程的语言特征及规范[4]。这一标准二十多年来得到广泛推广,已经成为了当之无愧的行业标准,对整个工业体系有着极其重要的意义。IEC61131-3的制定,汇集了多个工业制造业发达国家无数从业专家和相关领域学者的智慧以及数十年在工控方面的经验[5]。该标准允许多种编程语言同时应用于同一PLC中,开发人员同时也可以自由选择最恰当或最熟悉的编程语言进行开发,还甚至在同一个程序中使用各不相同的编程语言完成不同功能模块的编写任务[6]。这一特性解决了PLC发展历史上由于不同厂商不同技术导致的多种编程语言混合使用造成的兼容性难题,同时为全自动智能化生产提供了广阔的发展空间。PLCopen是一个1992年成立于荷兰的国际技术组织,一直持续关注如何提高工业编程的方法、效率及规范等业界难题。2005年9月以来,PLCopen根据各国的工业发展水平,有针对性对企业进行技术支持和指导,使IEC61131-3国际标准得以被广泛的推广。这一措施具有如下优点:1)减少资源在技术人员的培训、调试、维护和咨询方面的浪费;2)着眼于解决控制中的问题,提高工业软件的可复用性;3)统一的编程标准减少了开发过程中的错误;4)通用性的编程技术可大规模推广;5)减少不同厂商之间在不同组件之间的对接时间成本。
3课程设计
3.1教学需求及目标。在工业制造技术日益先进的今天,中国的制造业要想完成从“中国制造”到“中国智造”的转变,增加工业附加值,就必须在全国范围进行信息化人才的培养,用更为先进的技术适应新一轮的工业变革。职业院校作为技术型人才的重要培养基地,更应该走在技术变革和职业教育改革的前列,以先进技术为基础、先进的教学理念为向导,积极参与到面向工业4.0的变革中去。由于工业软件编程同样属于软件编程的范畴,且计算机专业的基础学习科目包含了基本的程序设计原理及基础实践,而工业软件编程往往需要拥有扎实功底及对软件设计有较好理解能力,因而面向计算机专业开设关于工业软件编程的课程是符合行业发展的实际需要的。教学目标为针对计算机软件类专业学生设计一门工业软件编程课程,并以IEC61131-3编程标准的知识点要求为依据,设计计算机硬件原理、电气工程原理、控制工程原理等多专业融合的理论知识模块,面向工业4.0应用场景设计项目化教学案例,融入“教、学、做”为一体的教学方法,形成有鲜明特色的一门工业4.0专业方向的必修课或计算机类的专业选修课。3.2教学内容。1)PLC构成PLC由软件系统和硬件系统构成,其中硬件系统组成部件包括处理器、存储器、通讯接口、以及输入输出接口,而存储器又可分为系统存储器和用户存储器,输入输出接口可分为输入单元和输出单元,而软件系统包含用户程序和系统监控程序。其中用户程序即开发人员根据IEC61131-3中对编程语言的定义标准编写的执行程序。2)IEC61131-3编程基础IEC61131-3可分为公用元素和编程语言两部分进行解读。其中公用元素有软件模型、编程模型、数据外部表示、变量、程序组织单元以及顺序功能图表。其中软件模型包含了配置、资源、任务、存取路径和全局变量,从理论上将较为复杂的程序分割成多个相对独立又相互关联的可管理部分,通过预设的规则相互调用。编程模型(见图1)则将信号处理、传感器、执行器、通信等功能有机结合起来形成一种框架,为模块化编程提供了体系参考。而数据外部表示、变量等剩下的一些公用元素则是为开发人员提供的基本编写规范、预设操作指令及基本功能单元。IEC61131-3所定义的编程语言则是类似于软件开发中使用的高级编程语言,通过基本语法构成逻辑运算的描述,方便开发人员的编写和维护。另外,POU是一个能够被独立编译的程序块,作为项目程序的组成部件之一,耦合性较低且可分别由不同种类的编程语言编写。POU具有唯一性、全局性,名字及接口均对其他组成部件开放,数据的传输采用统一的标准,这一特性方便了项目框架构造及程序编写的模块化,复用性强,后期维护成本较低。在熟悉并掌握IEC61131-3标准中编程标准的特征之后,需要进一步的学习其编程要素(如数据类型、变量等),最后还需要根据其特性与一般高级软件编程语言的异同进行深入学习其内部机理,彻底掌握IEC61131-3标准。图1IEC61131-3标准编程模型3.3教学方式。1)以本学院软件技术专业人才培养方案为主要研究蓝本,分析软件专业的编程基础课设计,分析其与IEC61131-3编程基础语法异同,设计基础语法部分的教学内容,注重教学内容的相似性关联及差异性区分,避免学生混淆IEC61131-3编程基础语法与一般高级编程语言基础语法。2)以IEC61131-3编程的语法、人机交互界面设计、逻辑控制及运动控制库等主要知识点为分析对象,编制其相关的电气工程、控制工程等专业理论教学要点,将理论教学内容以图文等形象方式展示基础原理,特别是针对工业软件编程所需掌握的原理知识,而不是全套的理论知识教授,避免课程内容大篇幅出现理论教学枯燥无味。3)研究工业软件编程思路与计算机软件编程思路的异同点,设计相应的思维对比转化教学模块,让学生更快更容易掌握工业软件编程方法。例如电机转动控制如果从计算机软件编程角度,可以使用条件判断、循环状态判断等多种方法,而在工业控制编程中比较多的倾向使用CASE语句的状态机机制描。4)设计工业软件中的常见小型案例,如以合耕科技的Gatherwin系统为开发环境完成项目化教学设计。Gatherwin系统不仅支持IEC61131-3标准还提供了大量的常用工业功能库及较强的工业组件仿真系统,教学设计基于这样的一套系统,使得学生能专注于上层业务逻辑控制而调用封装好的下层通用控制库,更为学生提供了仿真度非常高的环境,可以通过仿真环境调试业务逻辑,并能快速部署至真实物理系统。3.4考核方式。平时的考核方式以团队协作为基础的实践为主。学生分组组成团队,对某一兴趣点进行深入了解,通过查阅资料、集体讨论并设计方案加以实践,以代码的形式实现部分功能,最后学生以个人为单位根据自己在整个实践过程中的收获及心得体会做总结,要求条理清晰、逻辑性强,并形成实践报告。期末考核以笔试加实操的形式进行。笔试主要注重工业软件编程的理论知识及各基础知识。以单项选择题和多项选择题的形式考核学生在知识易错点上的辨别能力和计算能力,以填空题的形式考核学生在知识难点上掌握程度,以虚拟应用场景的形式作为主观大题,考核学生的实际应用能力。考核的最终目标是让学生能够掌握工业软件编程的标准,在课程规定的时间内学会利用已掌握的知识解决实际应用场景的问题,同时养成团队协作的习惯,更好的发挥团队合作的优势。
4总结
本文通过概述IEC61131标准的由来,并分析了该标准在未来工业制造业中的应用前景,最后根据技术型人才的需求现状,结合工业软件编程与计算机专业软件编程的相似性,提出了一个适合计算机专业学生的工业软件编程课程设计,从客观上解决了工业软件编程中来自不同领域和平台之间技术对接及编程技术在授课过程中的难题,为高职院校开设工业软件编程课程提供了一个很好的参考范例。
作者:杨忠明 吴伟美 余君 单位:广东科学技术职业学院
参考文献:
[1]郑友.PLC控制系统的发展及其应用[J].黑龙江科技信息,2009(35):67-67.
[2]李玉峰.汽车制造业的PLC市场分析[J].自动化博览,2010,27(3):42-43.
[3]焦晶,周丽娟.浅谈《PLC应用技术》在现代教学方法中的应用[J].内蒙古教育:职教版,2013(4):68-69.
[4]LydonB.IEC61131-3[J].Intech,2012.
2:吉林省森工集团信息化发展前景与规划.
3: 吉林省林业设计院网络中心网络改造与发展规划.
4: 吉林省林业系统生态信息高速公路构建课题.
二、论文撰写与设计研究的目的:
吉林省的林业分布十分广泛,以长白山系为主要脉络的山地广泛分布各种森林资源,而作为林业及林业环境的发展,林业生态信息则是一个更为庞大的系统,快捷,准确,合理,系统的采集,处理,分析,存储这些信息是摆在我们面前的十分现实的问题.在信息交流的这个世界中,信息好比货物,我们需要将这些货物(信息)进行合理的处理,其中以硬件为主的计算机网络系统是这些货物(信息)交流的"公路"和"处理厂",我做这个题目,就是要为它画出一条"公路"和若干"处理方法"的蓝图.
由于森工集团这样的特定企业,其一,它是一个统一管理的企业,具有集团化的特点,网络的构建具有统一性.其二,它又在地理上是一个分散的企业,网络点也具有分散性.然而,分散中还具有集中的特点,它的网络系统的设计就应该是板块化的.从信息的角度来讲,信息的种类多,各种信息的采集传输处理角度也不尽相同,我们在设计的过程中不仅要考虑硬件的地域布局,也要考虑软件平台的配合.
没有最好,只有更好;更新观念,大步向前.我相信,在导师的精心指导下,经过我的努力,我将为它们创造出一条平坦,宽阔的"高速公路".
1,论文(设计)研究的对象:
拟订以吉林省林业系统为地理模型,以林业网络综合服务为基本需求,以网络拓扑结构为设计方向,以软件整合为应用方法,开发设计一套完整的基于集散集团企业的企业网络系统.
2,论文(设计)研究预期达到目标:
通过设计,论文的撰写,预期达到网络设计全面化,软件整合合理化,网络性能最优化,资金应用最低化,工程周期最短化的目标.
3,论文(设计)研究的内容:
一),主要问题:
设计解决网络地域规范与现有网络资源的利用和开发.
设计解决集中单位的网络统一部署.
设计解决多类型网络的接口部署.
设计解决分散网络用户的接入问题.
设计解决远程瘦用户网络分散点的性能价格合理化问题.
设计解决具有针对性的输入设备的自动化信息采集问题.
合理部署网络服务中心的网络平衡.
优化网络服务系统,营造合理的网络平台.
网络安全问题.
10,基本应用软件整合问题.
[nextpage]
二),论文(设计)包含的部分:
1,地理模型与网络模型的整合.
2,企业内部集中部门网络设计.
3,企业内部分散单元网络设计——总体分散.
4,企业内部分散单元网络设计——远程结点.
5,企业内部分散单元网络设计——移动结点.
6,企业网络窗口(企业外信息交流)设计.
7,企业网络中心,服务平台的设计.
8,企业网络基本应用软件结构设计.
9,企业网络特定终端接点设计.
10,企业网络整合设计.
5,论文(设计)的实验方法及理由:
由于设计的过程并不是工程的施工过程,在设计过程中详尽的去现场建设肯定有很大的难度,也不是十分可行的,那么我们在设计的阶段就应该进行仿真试验和科学计算.第一步,通过小型网络测试软件平台,第二步,构建多个小型网络搭建全局网络模拟环境,第三步,构建干扰源利用小型网络集总仿真测试.
6,论文(设计)实施安排表:
1.论文(设计)阶段第一周次:相关理论的学习研究,阅读参考文献资料,制订课题研究的实施方案,准备试验用网络硬件和软件形成试验程序表及试验细则.
2.论文(设计)阶段第二周次:开始第一轮实验,进行小型网络构建试验,模拟网络服务中心,模拟区域板块,模拟远程及移动网络.
3.论文(设计)阶段第三周次:进行接口模拟试验,测试软件应用平台,完善课题研究方案.
4.论文(设计)阶段第四周次:完成第一轮实验,提交中期成果(实验报告1).
5.论文(设计)阶段第五周次:进行第二轮实验,模拟环境(干扰仿真)实验,提交实验报告2.
6.论文(设计)阶段第六周次:完成结题报告,形成论文.
三,论文(设计)实施工具及参考资料:
小型网络环境,模拟干扰环境,软件平台.
吴企渊《计算机网络》.
郑纪蛟《计算机网络》.
陈济彪 丹青 等 《计算机局域网与企业网》.
christian huitema 《因特网路由技术》.
[美]othmar kyas 《网络安全技术——风险分析,策略与防火墙》.
其他相关设备,软件的说明书.
1、论文(设计)的创新点:
努力实现网络资源的全面应用,摆脱将单纯的网络硬件设计为企业网络设计的模式,大胆实践将软件部署与硬件设计阶段相整合的网络设计方法.
题目可行性说明及预期成果:
1.1精讲多练,讲练结合
核心:以学生为主现在的教育模式要求从以前的教师为主、学生为辅向现在的以学生为主、教师为辅的模式转变。教师的角色从知识的传授者转变为学生学习的引导者,课堂教学的管理者转变为学生学习的促进者。计算机应用基础课更是如此,教师要精讲,让学生多练,真正实现将课堂还给学生。通过做中学、学中做不知不觉掌握了该节课的基本技能,并通过基础练习、巩固练习、提升练习使学生的技能进一步得到巩固和提高。真正达到向动手动脑的应用技能型人才转变。
1.2任务驱动教学法
核心:创设有效的、贴近学生生活的学习情境教师通过巧妙的教学设计,创设贴近学生生活的学习情境。有效的学习情境能让学生身临其境,有感而发,从而引导激发学生的学习兴趣和灵感,激发他们的求知欲。然后通过设置一个一个的任务,让学生完成。小的、简单的任务由学生独立完成,大的、较难的任务由小组合作完成。通过这种把大的问题细化,把难的问题简单化的方式,既能激发学生的求知欲又能锻炼学生的自主学习能力。使学生体验到成就感,从而不对该门课失去兴趣。
1.3分组合作法
核心:不同层次水平的学生分为一组师生通过一段时间的认识和了解,由教师对全班学生进行分组。一般为4-5人一组。不同层次水平的学生平均分配,使各小组水平均衡。组长由教师指定。一般为有责任心,计算机水平相对较好,能指挥协调小组内部成员的学生担任。分组完成后,每节课较难的教学任务由各小组合作完成。根据不同的教学任务,每次小组合作的形式也不同。可以以角色扮演的形式完成,也可以由组长分配指定任务由小组成员独立完成,也可以集思广益共同完成。教师在这个环节只起到协助、指导的作用。最后每小组指派一人代表该小组展示交流该组作品。通过小组合作环节,既能使学生学会与他人合作交流,又可以确保该组每个成员的水平都得到提升,更好地掌握该节课的知识技能。通过展示交流环节,即展示了自己又学习了他人,开阔了思路,提升了自我审美能力,还能更好地发挥中职生爱表现的个性,充分地体验成功的喜悦。每节课结束前统计各小组的成绩,期末评选出成绩最好的小组并颁发奖品。通过奖励的激励也可以激发学生的求知欲和求胜心。
1.4重过程轻结果
核心:与考证挂钩。新课改要求全面考核每一个学生的各个方面。不再像以前只是单纯的看重考试的结果。考核评价要求多方面。该研究者的课程考核机制是平时占80%,考试成绩占20%。而平时考核中每节课都要求学生进行一个自我评价、互相评价、教师评价,但即使这样也不足以让一些学生重视该学科。该校的做法是这门课必须参加考证考试,而这个证书和中职毕业证书挂钩。这样一来就促使一些学生不得不适当的重视一下计算机基础课。同样的,该研究者看到其他的学校不单要求这门课还要求学生拿到一些其他的证书,比如:普通话、打字录入、外语口语等等。这样做的好处是不单可以提升向社会输送的生源质量还可以提高学生的基本素养,更可以改变一下文化课的尴尬处境。
2结语
在教师的启发诱导下,让学生自主学习和讨论,以学生身边的事物和生活实际为参照物,让学生亲自动手参与实验。教师和学生对知识的理解存在一定差异,这需要教师与学生之间、学生与学生之间相互合作、交流,通过教师的正确引导,实现学生对知识的学习、理解,让学生成为学习知识的主体,通过多种方式自己建构知识。学生为主体的课堂教学模式不仅符合教学理论的要求,其目标也与技学校的培养目标相吻合。
二、计算机常用工具软件课程以学生为主体的课堂教学
1.调研分析
首先,教师要认真研究教材———《计算机常用工具软件》,进行教材分析、学情分析和课程定位分析,并据此确定本课程的教学模式。
(1)教材分析。计算机常用工具软件讲述了计算机常用的七大类、十几个工具型软件,理论知识较少,难度较低,各软件之间关联性不大,主要培养学生对软件的基本操作能力,让学生能够更加熟练地使用计算机处理生活或工作中遇到的各种实际问题,并为学习计算机操作奠定基础。
(2)学情分析。技工二年级学生已经具有一定的计算机基础,所有学生已经能够熟练使用Office软件,具备一定的计算机操作能力。经过两年的学习,部分学生具有了一定的自学能力,能够通过主动实践、探索完成其感兴趣的计算机操作,一部分学生已经掌握了一些常用软件,如简单的压缩软件、图片处理软件等。学生喜欢学习感兴趣的软件,如图片编辑软件、简单动画制作软件等。
(3)课程定位。通过学习本课程,学生不仅掌握了软件的使用方法,而且在学习的过程中能够发现问题,自主学习解决问题,同时归纳同类软件相通的使用方法。本课程重点培养学生的自学能力和发散式思维能力。
(4)教学模式。根据以上分析,本学期要学习十几款软件、教师不可能详细讲解每一款软件的所有功能,因此要确定本课程采用“优秀学生模拟讲课、教师指导”的以学生为主体的课堂教学模式。
2.教学的实施
(1)划分学习小组。按教材中软件的分类把学生分为七个组,每组负责一类软件的讲解,并把七个组按照软件的名称给予命名,如图像工具组、动画制作工具组,每个组设置一个组长。分组时让能力强的学生和被动学习的、不感兴趣的学生在一个组中,这样有所带动、有所提高,不至于让不喜欢学习的学生更不喜欢。学生的组合不是仅仅局限于一节课,而是贯穿于整个学期里,他们都必须合作学习。如图像工具组,他们将一起合作学习图像浏览与捕捉工具软件,图像美化与变形工具中的幻影2008、奇幻变脸秀两个软件,图像处理工具软件和图像制作工具软件。
(2)学习小组备课。每个学习小组组员负责一个软件的学习、讲解,学习小组在一起研究、合作学习直到这个软件负责人学通为止,然后向本组组员讲解,组长协调组内事宜。教师协助学习小组研究,帮助学习小组确定案例、修改案例中的不足,补充学习中的漏洞。如图像工具小组中软件的学习,确定一名优秀学生主讲,主讲学生确定案例,向小组成员提出软件中自己没有学会的部分,小组成员一起讨论完善案例,同时帮助解决主讲人的疑惑。学习小组向教师提交案例,教师找出案例中的不足,解答学习小组学习中遇到的问题,补充、完善案例。