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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.
【论文摘要】随着信息技术迅猛发展和计算机技术日益普及,大学计算机基础课教学面临着新的挑战。针对学生学习起点不一的状况,对计算机基础课实施分级教学改革能加强学生自主学习能力的培养,加强创新能力和实践能力的培养,使不同水平的学生计算机能力得到相应的提高。
一、目前大学计算机基础课教学的现状分析
随着信息技术迅猛发展和计算机技术日益普及,学生计算机应用水平和计算机文化意识有了明显的提高。从近几年的教学状况和教学效果来看,出现的新情况和新问题,主要表现为以下几个方面:
1、学生学习的起点不一
许多城市的中学已普遍开设了计算机基础课,而日益增加的家庭计算机又为部分学生提供了良好的计算机学习环境,使相当多的学生在入学前就具备了一定的计算机基本知识和应用能力,部分学生对计算机非常精通。来自城市和经济发达地区的学生,计算机基本知识和应用水平普遍高于来自农村和贫困地区的学生。入学前计算机水平较高的学生上课感到内容太浅,而入学前程度低的学生又感到听不懂、跟不上,课后难以消化。学生学习起点不一,给教学实施带来了很大的困难。
2、教学内容过于系统
由于非计算机专业的学生学习计算机技术是为了将计算机作为工具来使用,他们今后是计算机的应用者,因此,他们所需的计算机知识应注重应用性和实用性。而目前教学使用的教材和计算机等级考试的要求过于完整和系统,从二进制的转换、操作系统发展到网络体系结构,使理论授课内容非常庞杂,难以突出重点。另外,在授课的安排上,因学生首先接触到的内容不是面向应用的,而是一大堆的概念和术语,使学生原本认为非常有趣的得十分枯燥乏味,影响了学生应有的学习热情。
3、教学模式陈旧,学生学习个性无法发挥
计算机基础课虽然改进了教学手段,使教学内容表达趋于直观,增大了课堂信息量,提高了教学效率。但是,教与学的关系还是“你教我学”,所不同的是将教材的内容搬上了计算机投影的大屏幕,学生始终处于被动学习的地位,仍是以教师为中心的教学模式,学生获取的知识和信息的渠道只能来自于课堂上的教师讲授。事实上,学生缺乏的是学会如何学习,如何通过多种渠道获取与学习内容相关的信息。另外,由于同一学习起点的学生也存在着学习上的差异,采取单一的教学组织形式,难以适应不同学习能力的学生,不利于因材施教。因而,学生学习的主动性被忽视,甚至被压抑,直接影响了教学效果。
二、分级教学的改革思路
以上这些问题的出现,迫使我们必须对现行的计算机基础课程的教学组织和教学模式进行改革。根据学生计算机水平的高低实施分级教学,分级教学体现了因材施教、循序渐进的教学原则,是改革计算机教学的一项十分有效的措施。在学生计算机水平大致相等的班级,教师比较容易地为学生提供合理的输入,不论是基础好的学生还是基础差的学生,都能从中受益。
1、根据学生不同的学习起点,进行分级教学
新生入学伊始,对学生的计算机水平进行摸底,设计一些基础理论和操作题进行水平测试,达到合格成绩的学生可允许免修本门课程,并取得本课程相应的学分;同时,对合格分数以下的同学根据考试成绩分快班和正常班。根据现有的教学资源,针对不同学习起点的学生开展因材施教。对于进入快班课程学习的学生,一方面缩短上课学时,另一方面多提供上机和上网学习的机会,使这些学生主要通过自主学习和网络化学习的方式,在较短的时间里通过本门课程的学习。对正常班学生,加大学习内容的辅导和学习方法上的指导。当入学新生的计算机水平达到基本上的均衡,这门课的教学目标与课程学习内容还要进行实质性的调整,教学形式逐渐过渡到以自学为主,学生完成相应的作业,学校组织考核。
2、采用以学生为主体、教师为指导相结合的模式
教学模式改革传统的教学模式,采用以学生为主体、教师为指导相结合的教学模式,即:班级授课与学生自主网上学习相合的教学模式。将计算机基础多媒体课件和相关知识、链接放在校园网上,并提供学生自由上网学习的环境,改变学生单渠道从教师那里获得学习信息的状况。同时精减正常班理论授课学时,鼓励学生在课后通过上网进一步对课程自主学习,留给学生更多的学习时间和学习内容的选择权。
3、教学内容和专业知识结合
可以结合学生的专业,设计一些练习和作业,而不必采用教材中的例子或作业。如财会专业的学生可以让学生做一些财务报表、账单;管理专业的学生可以做一些文字处理和表格处理;网络专业的学生可以做一个简单数据库网页;这样既提高了学生的学习兴趣,又加深了学生对所学专业的认识与理解;同时培养了学生的专业意识。三、分级教学实施中应注意的问题
1、加强学生对分级教学的正确认识
经过分级后,被分到慢班低层次的学生或许会产生自卑心理,再加上同班同学的层次较近,缺乏一种互相激励的环境,他们中有些人可能会自暴自弃。因此,课前加强学生对于分级教学的正确认识,解决他们的心理困惑是非常必要的。同时,教师需要让学生意识到分级教学是为了他们的学习,也要让他们明确经过努力学习后,低层次进入高层次学习的机会绝对是有的,分级教学对于每个学生是公平的。
2、加强学生自主学习能力的培养
在分级教学中,应重视学生的主体作用,强调以学习者为中心,教师要起到引导的作用,学习的任务只能靠学习者自己去完成。只有学生充分了解到自主学习的重要性,他们在学习中才能充分发挥自己的主动性和积极性,从而把教师的教学目的转化成学生的学习目的,同时在此基础上制订适合自己的学习计划,将学习策略与自主学习有机结合起来。
3、加强学生创新能力和实践能力的培养
学生在基于网络的学习环境中,不但可以学习已框定的课程内容,也可以通过网上查询,链接到相关网站,获取相关的学习信息,完全打破了单向获取知识的渠道。在这里,学习的过程和学习的结果完全由学生自己实践和寻求,不必按教材系统去学。它将包含两种能力的锻炼:一是信息的获取;二是信息的运用。另外,学生在学习课程的同时,还使自己计算机应用能力得到了不同程度的提高。
4、把握因材施教原则
“因材施教”是指教师要从学生的实际情况出发,充分考虑学生之间的个别差异,有的放矢地进行教育。教师要针对学习者不同的语言能力、认知风格、动机、态度和性格等个体差异来施行不同的教学要求、教学方法和教学模式,以此激励,使得每个学生都能在学习中得到“满足”。当然,要做到因材施教也不是一件容易的事情,必须经过多年的教学经验积累和不断地学习。教学要与科学技术以及社会经济发展相结合,尤其是计算机基础教学,更应与当前计算机应用技术的发展相适应。今后我们将面临许多的新情况和新问题,计算机基础的分级教学改革还需要进一步的探索和实践。
【参考文献】
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在实现目标的各个环节中暗含着所要学习的知识。学生为了实现任务目标,必须通过课题的探究或是团队的合作,寻求解决目标任务的途径,在解决目标任务的过程中学生自主的提出问题,解决问题,最终实现任务目标。而在这一过程中,所蕴含的学生所需要学习和掌握的学习知识,逐渐显露为学生所掌握。学生在这一过程中不但学习了知识,而且通过运用知识点解决了实际问题,加深了学生对于所学知识点的理解,增强了学生对数学知识点的实际运用能力。任务驱动教学法,学生通过完成确定的任务目标,实现了整个学习过程。在学习过程中激发了学生的学习兴趣,和探究问题的能力以及实际解决问题的能力。带着任务去学习,更好地激发了学生的学习积极性。
二、任务驱动教学法在教学过程中的应用
(一)在实际的教学中采用多媒体教学
教师通过对于课程课件的制作和运用,更好地激发学生的学习兴趣。现代计算机技术下,多媒体课件已经实现了声音图片,网络远程传输,网络链接等技术的应用。教师通过设计,生动、形象的多媒体课件进行课堂教学,不但能够激发学生的学习兴趣,而且对于计算机基础课程的学习的实践展示,让学生更直观的了解计算机,以及计算机技术的应用和计算机技术带来的便利。现在的学生对于计算机并不陌生,较之以往学生更加频繁的使用和利用计算机,他们喜欢应用计算机在实际生活中解决一些问题。但是他们对于计算机理论的基础知识相对薄弱,计算机理论基础知识的枯燥性使学生并不喜欢。那么在教学中幺幺学生认识到计算机理论知识课程的重要性,同时还要通过多种教学方法调动学生的学习积极性和主动性。实际教学中,通过案例分析法等多种教学方法,加强学生的学习效果,提高学生的学习效率。在计算机基础知识的学习中,通过具体的案例展示和分析,使学生更为直观的了解计算机,基础知识。在教学中通过分组讨论法,使学生积极主动地参与到教学的学习当中,根据学生的水平进行合理的分组,以优等生带动接受能力较差学习基础较差的后进生的学习。增强学生在学习过程中的自主学习和合作学习,全面提升学生的学习兴趣和学习效果。
(二)在office办公软件教学中应用的任务驱动教学法
office办公软件是计算机应用基础之中着重和基础部门。因此我应用任务驱动教学法将办公软件自动化教学模块分成了三个任务,即文档排版、幻灯片制作以及表格数据处理。在教学之中,我便引入实例,借助案例和适当地引导,让学生自主一步一步实践完成任务。根据任务,让学生来完成的过程,让学生的上机操作具有很强的目的性,并学会积极主动探索解决问题方案及方法,同时也了解到excel在学习生活工作中的用途也意义。
(三)具体教学案例
在实际教学中,根据学生的专业不同,针对学生的专业特点展开个性化教学,调整具体的教学案例,增强教学过程中的实践性和实用性,能够更好地培养学生的实际实践能力。
1.对计算机专业学生的教学
在计算机文化基础教学之后,并不直接开始计算机应用基础(办公软件使用)的教学,而是进行计算机实际应用的教学。考虑到计算机本专业的学生在其后要开设大量的本专业课程,而《计算机应用基础》是这些后续课程的前导,因此在当前的第二步(计算机技术基础内容的教学)安排了计算机软、硬件基础的讲授,使学生掌握计算机软、硬件技术的基础知识。在此过程中,培养学生利用计算机处理问题的逻辑思维方式和利用软、硬件技术与先进工具解决相关领域问题的能力。
2.对学前教育专业学生的教学
学前教育专业学生的就业方向大多是学校、企事业单位,对计算机理论方面的知识运用较少,很少会更深入地对计算机软件编程和硬件维护方面进行研究,而是办公软件运用较为频繁。所以,在教学“两步走”的第二步,也就是计算机应用基础上花大量的时间进行Office办公软件的情景教学。在进行PowerPoint基本技巧的讲解之后,笔者增加了“如何通过PowerPoint制作一节课”等等教学方面的小案例进行情景教学。在学生的课后作业和课外扩展环节里,布置了通过PowerPoint制作市场推广计划等练习项目。
3.对文秘、物流管理等专业的教学
1.1课程定位不准
目前,计算机基础课程的定位不够准确、重要性认识不足。许多院校认为学员在中学已学过信息技术,计算机基础课程内容简单,学不学都无所谓。作为公共基础课,只学习计算机的基本理论知识和操作技能,导致部分学员学习热情不高、兴趣不大。
1.2学员水平参差不齐
随着计算机的普及,学员计算机水平有明显提高,但由于地区差异造成学员计算机水平参差不齐。通过对广州指挥学校2012级学员的调查,我们发现2%的学员未接触过计算机,51%的学员进行过网页浏览、即时通讯、网络购物,41%的学员使用过Word排版、Excel处理、PPT制作,6%的学员能进行Photoshop图片处理、Flas制作、程序设计。
1.3教材内容滞后
随着计算机技术不断发展,计算机知识也随之更新,但计算机基础课程教材的内容明显滞后。例如日常生活中普遍使用Windows7操作系统和Office2010办公软件,而教材内容还是WindowsXP和Office2003。教材内容的滞后让学员感觉课程与现实脱节。同时,与部队联系紧密的计算机知识很难在市面上找到合适的教材,造成教材内容与实际应用脱节。
1.4专业结合不紧
当今社会,信息技术已广泛渗透到各个领域,不同学科对计算机的要求不同。计算机基础教学处于知识普及型向服务专业应用型的转型时期,多数院校沿用以“计算机文化基础+高级语言程序设计”为基本框架的计算机基础课程设置,在知识分层和专业分类教学方面体现专业应用需求的导向不够明确。部队院校对不同专业开设的计算机基础公共课几乎与地方院校相同,教学内容设置上忽略了不同专业对计算机的需求,造成教学缺乏针对性。
1.5教学模式陈旧
随着信息技术在部队院校的推广,虽然多媒体课件代替了传统板书,但教学模式改变不大,学员主动参与教学较少,教学效果不佳。在教学过程中,由于课程学时的关系,学员只是照搬教员讲授的方法,不能举一反三,缺乏自主思考。这样的教学模式不利于培养学员的自主学习能力,不利于培养学员的创新意识,不利于学员的可持续发展。
2计算机基础课程教学改革的思考与实践
2.1明确课程地位
《基本要求》提出进一步强化“计算机基础教学在高等教育中的基础性地位”。正确认识计算机基础课程的重要性,明确课程地位,对开展计算机基础课程教学具有重要的作用。计算机基础是计算机科学教育的前导课程,是培养学员实践动手能力的基本途径,是自然科学的素质教育课。其目标是培养学员动手实践能力,培养学员利用计算机查找、处理数据能力,培养学员利用计算机解决实际问题的能力,促进其他学科发展,提高综合素质,对学员科学素质的培养起到其他课程无法替代的作用。部队院校的校领导、系领导、任课教员都应该充分认识到计算机基础教学的重要性,并引导学员认识计算机基础课程的重要性。
2.2转变教学理念
“学习金字塔(ConeofLearning)”由美国著名的学习专家埃德加•戴尔(EdgarDale)1946年率先提出;美国缅因州的国家训练实验室(NationalTrainingLaboratories)做过类似研究,提出学习金字塔(LearningPyramid)理论,结论与戴尔相似;美国缅因州的国家训练实验室用数字形象显示了学习者采用不同的学习方式在两周以后还能记住内容(平均学习保持率)的多少。从“学习金字塔”模型可看出,用听讲的方式,学员两周后只记得5%,这是最被动的学习方式,学员的参与度也最低。从第一种到第四种都是被动的学习方式,学员参与度低,学习保持率无法超过30%。从第五种到第七种都是主动的学习方式,学员参与度高,学习保持率超过50%,最底端的学习方式保持率高达90%。从“学习金字塔”模型可看出,充分发挥学员的主体地位,让学员积极参与教学,可有效提高教学效率。如果学员有机会把学习的知识立即应用,或让学员当小教员,效果非常明显。学员以小教员的身份对他人进行教学,不仅要对内容相当熟悉,同时也要通过语言的逻辑来进行沟通。学员在进行教学之前,必须经过独立思考,将内容转化为让他人能理解的表达形式,同时也提升了自身潜在智能的发展。
2.3差异性教学
《基本要求》提出不断探索“以培养目标为导向的分类、分层次教学模式”。由于专业差异,导致各专业对计算机的要求各不相同。如果在教学内容上不区分专业差异,容易让学员误解计算机基础课程是“万金油”,对自己的专业课程作用不大,导致学员学习动力不足。在课程规划上,通过对非计算机专业能力需求和各专业人才培养计划的调研,按照“以培养目标为导向”将计算机基础课程分为“知识普及型”课程和“专业应用型”课程。“知识普及型”课程是计算机文化基础,面向所有专业的学员,可安排在大一授课;“专业应用型”课程是根据专业特色量身定做,面向不同专业的学员,可安排在大二、大三授课。由于学员个体差异,在学习中会产生“吃不饱”和“吃不消”的现象。教员如果忽略这种情况,采用同一起点授课,造成基础好的学员不想听,产生厌学情绪,计算机水平无明显提高;基础差的学员跟不上,产生畏难情绪,丧失学习动力。在教学安排上,参考新学员计算机水平问卷调查的结果、遵循自愿原则,利用课程测试将学员分为免修“知识普及型”课程和必修“知识普及型”课程两类。例如利用《全国计算机等级考试》来测试免修“知识普及型”课程的学员,如果考试合格即可免修“知识普及型”课程;如果不合格则必修“知识普及型”课程。鼓励免修“知识普及型”课程的学员选修自己感兴趣或与专业相关的“专业应用型”课程来学习,激发这部分学员兴趣、让基础好的学员有新的学习动力。对不能免修的学员则认真地讲授“知识普及型”课程,通过测试后继续选修自己感兴趣或与专业相关的“专业应用型”课程。通过将课程分类来解决学员“吃不饱”和“吃不消”的问题,做到因材施教。同时,教员根据实际情况,在教学中采取兴趣小组、第二课堂的形式来开展差异性教学,既充分调动学员的积极性又丰富课程内容,使学员对计算机课程保持浓厚兴趣。我们在2012年通过开展兴趣小组和第二课堂,提高了学员兴趣,教学取得了良好效果。
2.4改变教学模式
传统以教员为中心的教学模式,极大约束了学员学习的积极性和创造性。从“学习金字塔”模型中可以看出高效的教学模式应建构以学员为中心,由教员组织、指导教学过程的实施,充分调动学员的学习动力,让学员主动、积极、愉悦地学习。
2.4.1加强实践教学
第十六次全军院校会议明确提出要加大实践教学比重。计算机基础是实践性很强的课程,上机实践是教学过程中的重要环节。《基本要求》对计算机基础课程的教学改革提出加强“以应用能力培养为核心的实践教学、教学方法、手段的改革与教学环境建设”的要求。教员根据教学内容确定具体的上机实践任务,让理论教学结合实践教学,开展以学员为主体的互动式实践教学,做到精讲精练。广州指挥学校2012年通过增加上机实践学时,同时在机房增加辅助教员,让学员能及时与教员交流上机实践中遇到的问题,取得较好的教学效果。
2.4.2任务驱动教学
任务驱动教学是以建构主义为基础,以学员为中心,以任务为驱动的教学方式。教员根据教学内容设计并提出任务,学员在教员的指导下,对提出的任务进行探索、分析、研究并设法完成任务。在教学过程中,教员将教学内容设计成具体任务,要考虑学员的实际情况,只有学员在进行探索、分析、研究之后才能完成任务,这样才达到任务驱动的效果。例如在学习Word排版时,让学员设计一份个人简历;在学习Excel时,让学员用函数来统计打靶成绩。2.5优化考核模式计算机基础是理论结合实践的课程,传统考试不能体现学员真实水平,应侧重于动手实践能力考核。优化考核模式可进一步促进计算机教学改革,避免学员采用死记硬背的方法学习,注重培养学员团队协作和创新意识,提高学员综合能力。我们将学员成绩评定分为4个部分:平时成绩、小组成绩、上机成绩、笔试成绩,比例为20%、20%、30%和30%。平时成绩体现对学员的严格要求,让学员及时复习巩固所学知识;小组成绩体现学员的团队协作、创新和利用计算机解决实际问题的能力。在教员指导下,以小组的形式,综合运用和发挥所学知识,完成一份具有实际意义的小组作业设计;上机成绩体现学员上机操作技能;笔试成绩体现学员的知识掌握程度和能力水平。
3结语
【关键词】计算机联锁系统安全可靠性硬件软件
1概述
计算机联锁系统的安全可靠性是研究、开发、生产计算机联锁设备必须遵循的永恒的主题,也是验证计算机联锁系统性能的主要依据。计算机联锁设备是一种连续工作的实时系统,它必须具有极高的安全性和可靠性才能适应铁路运输和城市轨道交通高效和安全的运营要求。
其实汁算机联锁系统的安全性是指联锁设备在运行过程中无论发生什么故障都不能产生有可能危及列车安全运行的危险因素,一般着重于在不正常的情况下使系统导向安全,防止产生危险后果;而可靠性是指联锁设备在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力,一般侧重于防止或减少系统发生故障。显然,安全性的实现是以可靠性为基础,并在提高可靠性的前提下完成的。为了系统地分析问题,我们将把计算机联锁系统的安全性和可靠性结合在一起考虑,并着重从系统的硬件设计、软件设计和数据传输及处理等几个方面采取各种综合技术措施,使计算机联锁系统符合故障—一安全的原则。
2硬件部分的安全可靠性分析
根据计算机联锁系统的结构组成和功能特点,硬件部分的安全可靠性技术从计算机联锁系统的上位机、联锁机和接口电路三个部分进行分析。
2.1上位机安全可靠性分析
上位机主要功能是向联锁机构输入操作信息,接受联锁机构输出的反映设备工作状态和行车作业情况的表示信息。为此上位机可采用经国际安全机构认证的高可靠工业控制计算机,摒弃原商用机所采用的大母板结构,把原来的大底版(系统板)功能集中在一块ALL--IN--ONE插卡上,底板变成无源总线母板,增加了插槽数,便于系统的升级扩展。
采用的机箱结构具有良好的散热、隔热、防潮、防尘性能,驱动器架采取避震措施,使整个机箱具有可靠的机械强度和很好的抗电磁干扰的能力;采用不问断供电及净化的专用开关电源,抗共模干扰,具有浪涌保护、过载保护、漏电保护的功能,单机设备的平均无故障工作时间可达到100000h。
计算机联锁系统的维修机和上位机的配置是一致的,平常可作为上位机的热备机,在系统故障时能够进行自动无扰切换,切换过程不影响现场设备状态,提高设备可靠性。
上位机的人机接口界面的设计使用先进的工业控制软件,使得系统的监控不仅具有友好的人机交互界面,而且具有丰富的图形画面显示及图形操作功能,调图方式灵活,修改参数方便。在设计中,根据铁路交通和城市轨道交通信号计算机联锁的特点,可以灵活运用登录口令、操作员权限、安全设定点、设定点口令、安全审计跟踪记录等安全特性,确保联锁系统执行操作的安全可靠。
2.2联锁机安全可靠性分析
联锁机是信号控制系统的核心。在设计中,可选用国际安全机构认证的硬件三重冗余计算机联锁系统,用于实现联锁数据处理过程的故障—安全。所谓三重化冗余系统是指系统共有A、B、c三个相同的主机,每个主机可以把它看成系统中的一个模块。三个模块同时执行一致的操作,其输出送到“表决器”的输入端,然后把表决器的输出作为系统的输出。结果经输出设备三取二表决后进行输出,可以保证输出的安全性。当其中一个联锁处理单元联锁逻辑单元故障时,系统能够转换为二取二工作方式,在不降低安全陛的前提下,使整体系统的可靠性得到提高。
采用三取二表决系统原本是为了提高系统的可靠性而采取的一种冗余系统。然而从安全性角度来看,若有两个主机发生了同样的故障,即共模故障,系统将输出错误信息,经接口驱动后,有可能危及行车的安全。因此,必须消除软硬件的设计错误,当主机的设计完全正确无误时,仅由硬件失效和干扰而产生的共模故障的发生概率就很小。为了进—步降低未检出故障的组合而产生共模故障的可能性,可利用单机自检技术、主机间互检技术和双套不同的软件,扩大故障检测范围,消除因干扰而引起的影响。
为了保证三重化冗余系统能够通过多数一致表决得到正确的结果和发现出错的模块,这就要求三台微机必须同步工作。否则,整个系统便会出现紊乱状态,多数一致表决无法进行,系统无法保证正常可靠的工作。
计算机联锁系统为保证安全可靠而采取的主要措施是:全面的在线自诊断和专门的安全检查程序。这就要求系统在规定的周期内对计算机的运算器、存储器、接口等元器件用一系列自诊断程序进行全面自诊,而安全检查程序则对联锁程序任务模块的运行状态进行监视,对关键信息代码的合法性进行检查。在自诊断和专门的安全检查中一旦发现故障,立即切断计算机的输出(同时报警)。在设计中必须采取有效的措施来确保:
(1)检测过程本身应具有安全性,或采用相应硬件及软件措施来实现安全性;
(2)检测要要有足够的频率,使类似或等同故障在二次检测之间不会发生;
(3)检测要足够灵敏,能够测出每个安全单元之中的重要故障;
(4)检测失败时应及时产生安全保护动作;
(5)冗余装置要足够独立,使之不受其他故障的影响。
例如在具体实施中,使输出控制单元经过表决后输出,所有输出进行反馈检查闭环控制;在输出执行环节采用条件电源供电方法,当用实时检测或实时比较技术发现联锁微机内部故障时,即使产生危险侧的错误控制命令,通过强制切断执行环节的条件电源,减少错误的控制命令输出。
采用光电隔离技术,接点输入电路要经过光电耦合后力节目接至接口电路输入输出模块,有效的抑制接点输入电路的电磁干扰;采用静态输入或动态输入方式,以便有效的实现故障—安全原则。
在输出接口的设计中,采用代码—动静态和动静态—电平两级变换电路;采用不间断供电及净化的专用电源,电源模块内部设有双重化电压调整器及自诊断电路,可检测电压的输出范围与是否超温并给出相应报警。
2.3接口电路安全可靠性分析
由于一般继电电路采用的重力式安全继电器具有很高的安全性,在我国铁路中运用了几十年,为此计算机联锁系统的接口电路仍然以安全继电器作为计算机联锁机构与室外设备控制电路的接口。我们知道安全继电器通过以下技术实现故障—一安全:电气接点采用特殊材料制作,使接点粘连的可能极小;采用吹弧技术,消除接点拉弧造成熔接;采用重力式设计原理,在继电器故障时,利用其重力使衔铁复位,从而保证实现系统的故障——安全的目的。
为此在计算机联锁系统中,信号、道岔、轨道电路等监控对象的状态信息依然是用安全型继电器的接点状态来反映的,输人接口的任务就是将这种电平形式的二值逻辑数据安全地采集到联锁机中来。
2.4其他方面的安全可靠性分析
考虑计算机联锁系统硬件设备的其他方面的安全可靠性,对包括电源、计算机、数据通讯线路、输人输出接口、机架结构及地线设置等方面采取了电磁兼容设计和防雷设计,以保证在规定等级的运用环境中,设备必须正常工作,不产生任何指标下降和功能上非期望值的偏差。
3软件系统的安全可靠性分析
在计算机联锁控制系统里,各种复杂的功能主要依靠软件来实现。嵌入在安全控制系统中的软件,不仅要能完整地实现系统的控制功能,还要能保证实现系统在发生意外时的安全防护即故障—一安全功能。
一般在汁算机联锁控制系统中,普遍采用以下软件技术来提高系统的安全可靠性:
(1)采用信息编码技术,以便出错时能被及时识别。例如,对于涉及行车安全的逻辑变量,用多元代码来表示安全变量的两个值—一安全侧值和危险侧值。这样,当代码在存储或传输过程中,由于存储器硬件故障或者外界干扰而发生畸变,一旦错成非法码时,就可由软件自动检出并导向安全侧。
(2)采用软件冗余技术,保证软件运行的安全性。
(3)采用软件检测技术及时发现故障,以进一步采取措施防止危险侧信息的发生和输出。
图1计算机联锁系统数据处理模型框图
图1是一个从安全角度去考虑的计算机联锁系统的框图,实际上也是计算机联锁系统的一个安全性模型,只是仅从保障安全的角度把计算机联锁系统描述成为一个典型的数据处理系统。对于计算机联锁系统来说,保障安全就是保障框图中的数据流和控制流这两种信息处理的安全;退一步讲,即便信息处理发生错误也不会导致危险的后果。
联锁机和外部设备的输入/输出信息具有两种特性,—是开关性;二是安全性。外部设备向联锁机提供的输入信息具有开关性。同样,联锁机的输出信息也具有开关性,这种开关性可由表示两个状态的器件如继电器来反映。输入/输出信息的安全性是根据信息与行车安全的关系来界定的。一类是与安全无关的信息,称作非安全信息;另一类是与安全有关的信息,称作安全信息。
联锁机和监控对象之间交换的信息属于安全信息,因此必须考虑当输凡输出通道发生故障时,一定要确保传送信息的安全。为此,在通道设计上必须采用安全输凡输出接口。在CPU与输入和输出模块间采用专用总线以保证传送的正确性,对输入电路采用光电隔离电路读取。输入值,以检测“粘连”状态,对各个输出信号在提供给继电器前进行表决,不致因输出模块本身的故障而影响信息安全。一般在具体的系统设计中,可采取如下措施:
(1)安全信息的输入:在计算机输出每种信号设备状态码的第一位后,待输出电平稳定(如20ms),再将每种信号设备状态码的第一位读入储存,并立即输出第二位代码;读入全部代码后,经计算机整理后再传给每个对象的存储模块。
(2)安全信息的存储与更新:计算机联锁中监视现场设备状态的存储单元,在宏观上必须与被监视的对象建立不断的联系,当联系中断时,系统必须立即倒向安全。
(3)安全信息的运算:联锁条件满足时,程序的走向和运算结果都是预知的。为了提高安全性和防止漏检查联锁条件,在每次判断条件成立后,将该条代码进行按位累加,联锁关系全部检查正确时,其累加值应与预期结果相符。
(4)安全信息的输出:计算机的开关量的输出是非故障安全的。为了保证安全,可对输出环节进行连续的监视,如出现不应有的危险侧输出,应快速地在现场设备未动作前予以切断。
(5)安全信息在计算机间的传递:为了符合信号系统的传统做法,遵循故障安全的要求,在计算机联锁的设计时,应采用点对点的循环传送方法,而不采用变化检出、一次传送的方法。
计算机联锁的串行数据在传输过程中,由于干扰而引起误码是难免的,在检查数据位和冗余位之间的关系是否正确时,应着重防止在传输中错误地出现危险侧代码。为了确保信息传输的安全可靠,一方面可以采用冗余度小、检错能力高的循环码(CRC)作为检错码;另一方面就是在软件编程时对传输的信息进行特殊编码,并以反馈重发方式纠错。
根据编码理论,利用n位二值码元可生成一个具有2”种伏态的码字或代码的集合。在这2”种状态的代码组合当中,仅取一种状态代表危险侧码字(例如用危险侧码字10101010代表对应继电器吸起),再取另一种状态代表安全侧码字(例如用安全侧码字01010101代表对应继电器落下),其余的均认为是非法码字,则这种代码便具有典型的故障—一安全特性。由于非法码字在正常的联锁运算时也被认做安全侧码字,故而该编码组合仅有1种码字对应危险侧,其余2“—1种状态均对应安全侧。但在实际的运行中要真正能做到故障导向安全,还需对软件编程的安全编码进行科学的分析和认真的考虑。
我们认为编码中各个码元发生差错的概率是相同的且不同码元发生差错的事件是独立的。假定每一码元发生差错的概率是",则无差错的概率即为1—p,此时整个代码均无差错的概率为(1—p)“。当选用编码组合中码距最大的一对代码,即码距等于n的—对代码分别作为代表危险侧和安全侧的有效码时,安全侧代码因故畸变成危险侧代码的条件是n个码元同时出错,其出错概率为旷;而安全侧代码出错变为另外一个代码的概率则为1—(1—p),显然这两个概率有着明显的数量的不同,这就造成了编码在故障或受到干扰情况下逻辑出错的不对称性,假定2“种编码中任一个发生畸变、出错变为另外任一个代码的概率相同,均为P(c);此时,因危险侧代码只有—个,某一代码错为该代码的概率即为户(c)以上数值与目前国内外广泛使用的信号安全型继电器的不对称指数相比显然是可以认可的;同时n取为16,恰好是计算机内存字节的整数,便于进行软件编程。根据铁道部《计算机联锁技术条件》标准,与行车安全有关的信息在计算机内必须以空间冗余的方式存储,在自由状态下其非法码字和合法码字出现的比率或非安全侧码字和安全侧码字出现的比率必须大于255:1,上述规定中所谓空间冗余即意味着必须用多余的信息位表示单一比特的信息,采用不对称码元的方法表示涉安信息即为空间冗余方法之一。此外,自由状态即指任一代码发生畸变而成另一代码相同概率P(c)的假设。该条件给出的具体数值则意味着如采用不对称码元,则所选代码位至少为n:8。基于这些原因,计算机联锁中选用16位代码来表示联锁数据是可取的。经过正确的合理编码,完全可以保证编码的汉明距大于4。
4结论
计算机联锁系统的安全可靠性是计算机联锁系统的关键,我们必须从系统的硬件设计、软件设计和数据传输及处理等几个方面采取各种综合技术措施,才可使计算机联锁系统符合故障—一安全的原则。
综合以上分析和考虑,并通过可估算和推导的数学方法进行可靠性和安全性计算机联锁系统的安全可靠性指标:平均故障间隔时间MTBF为1x10h,平均危险侧故障间隔时间MTBFAS为1x10h,符合国家标准。
参考文献
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[4]TB/T3027--2002.计算机联锁技术条件
[5]TB/t2307--1992.电气集中各种结合电路技术条件
1.1调整课程体系
课程设计的思路是以就业岗位分析为导向,充分考虑课程与职业的关系、与职业能力和职业标准的关系,那么计算机网络课程就应该在掌握计算机网络的基础知识的这一基本要求之上,针对软件技术专业所需要的计算机局域网技术和网络操作系统知识设置相应内容,以够用为原则,砍去软件技术专业不需要的计算机网络课程中其他的内容。课程内容应当主要包括三个部分:第一,是计算机网络的基础知识;第二,是局域网技术;第三,是网络操作系统。由于软件技术专业的其他专业课都需要计算机网络知识,因此,《计算机网络》作为专业课是与软件技术专业的其他的基础专业课开设在第一学期或第二学期。
1.2丰富教学内容
教学除了理论知识和实验技能,同时还应通过对各种案例的分析理解,提高学生分析问题、解决问题的能力,更加强调综合实训和工学结合,内容更具体、更细致。据此,把课程体系中的三部分内容作了细化:第一,计算机网络基础知识应涵盖以下内容:计算机网路基础、广域网组网技术基础、Internet与Intranet技术基础和网络安全技术等;第二,局域网技术应涵盖以下内容:TCP-IP协议、子网规划、局域网实用组网技术、网络互连设备及应用技术;第三,是主流网络操作系统。既包括适度和必要的基础理论知识,又有比较详细的网络技术指导,特别是软件技术中需要用到的网络知识和网络技能要加强学习和实践。
1.3优化的教学方法
《计算机网络》课程教学采用理论和实践有机融合的三明治教学方法,理论教学采用多媒体方法使课堂互动,实践教学采用合作实践,以学生为主体。在第一个部分的教学中,理论知识主要通过各种案例传达给学生,使原本枯燥呆板的理论知识通过一个个生动的案例给学生留下深刻的印象,也使他们很快地理解,实践教学主要向学生提供相似案例情境,让他们模仿之前的案例自己去动手分析和解决问题,从而真正掌握计算机网络技能。在第二部分的教学中,这部分是课程教学的重点和难点,而学生自己组织知识的能力比较差,所以在教授这一部分的时候应尽量避免知识点过于分散,而应注意组织一个实际应用中涉及到的几个知识点一起教授,协议、技术部分和组网部分相交融,告诉学生协议这样设置时与之匹配的组网应该是怎样的,使学生认清协议的重要性和作用,再通过案例告诉学生什么情况下应该组什么样的网、采用什么协议和网络设备,最后在实验室给出相似的案例情景,让学生自己分析和动手组网设置协议等。在第三部分的教学中,要注意讲授网络操作系统与一般的操作系统的区别,在实践的时候也应侧重操作网络设置和网络管理的部分的实践。
1.4改革考核方式
考核方式应该充分发挥考核的教学功能、教育功能、督促引导功能、检测鉴定和评价功能,考核要能够使教学内容、教学方法与人才培养方案相一致,从而促进人才培养的质量提高。考核既要注重理论知识的检验也要重视动手能力的检验,既要注重形成性考核也要重视终结性考核,考核方式中形成性考核占总成绩的30%,其中,平时出勤、作业、实训表现和实训报告占10%,平时实操测试占20%;终结性考核占总成绩的70%。
2结语