導語：如何才能寫好一篇計算機科學研究方向，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：案例導向 計算機導論 教學方法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0166-01

《計算機導論》是高等學校計算機科學與技術(shù)相關(guān)專業(yè)本科新生的首門必修專業(yè)課，也是學生學習其它計算機專業(yè)知識的先導課。該課程擔負著系統(tǒng)、全面地介紹計算機科學技術(shù)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學生學習計算機的興趣和熱情，提高學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重任[1]。通過對《計算機導論》課程的學習，學生對計算機專業(yè)的所學內(nèi)容有了全局的、概貌性的認識，為以后各門專業(yè)課程的學習奠定了基礎(chǔ)[2]。同時，該課程也是對新生的一次具體而詳盡的專業(yè)思想教育[3]。目前，《計算機導論》課程教學中存在著教學方法和教學手段落后等問題，對其進行改革和完善非常必要。

1 教學目標與內(nèi)容

《計算機導論》課程的教學目標是使學生通過對本課程的學習了解計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，掌握基本的計算機操作技術(shù)，培養(yǎng)學生對計算機專業(yè)的學習興趣，理解學習計算機專業(yè)主干課程的重要性，了解職業(yè)前景與職業(yè)要求，力求使學生對計算機專業(yè)及其后續(xù)課程的學習有一個整體上的認識，為今后在各自的專業(yè)中對計算機的使用打下堅實的基礎(chǔ)。

《計算機導論》是將計算機基礎(chǔ)理論與應(yīng)用操作相結(jié)合的課程，其中教學內(nèi)容要緊密聯(lián)系教學目標，重視對學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的要求，將理論知識和實踐操作相結(jié)合。雖然其課程內(nèi)容涉及到計算機科學的各個方面，但重點描繪體系框架，奠定知識基礎(chǔ)，為今后的深入學習做好準備。具體來說，該課程主要講述計算機的基礎(chǔ)知識、計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)表示方法等方面的內(nèi)容。

2 教學中存在的問題

《計算機導論》課程涉及的知識面廣，且大部分是學生首次接觸到的內(nèi)容，教學中容易使學生感覺學習的內(nèi)容抽象，過程枯燥，進而影響其學習的積極性，以至達不到良好的教學效果。究其原因有以下幾點。

（1）傳統(tǒng)教學方式和理念缺乏創(chuàng)新。當前的《計算機導論》課程教學以知識的傳授為主，學生往往只能被動地接收教學信息。教學中沒有結(jié)合本課程的特點進行教學手段的創(chuàng)新，同時也缺少對學生學習能力的培養(yǎng)。落后的教學方式和理念，不但無法實現(xiàn)教學目標，也會對今后其它計算機專業(yè)課程的學習帶來不利影響。

（2）沒有結(jié)合學生的不同起點進行教學?！队嬎銠C導論》課程教授的對象是剛剛邁入大學校園的新生，由于進入大學前所接受的教育環(huán)境不一樣，學生對計算機的認識程度也參差不齊，如果仍然采取傳統(tǒng)的課堂講授方法，將很難達到預期的教學效果。

（3）教學中多媒體技術(shù)的應(yīng)用水平較低。當前，多媒體技術(shù)在課堂教學中被廣泛采用，通過對圖文聲像的綜合展示，提高了課堂教學的效率。但是我們也應(yīng)該看到，大部分多媒體課件采用PPT模版制作，內(nèi)容設(shè)計流于形式，交互性不佳，無法實現(xiàn)師生雙向的溝通，從而使得學生缺乏學習的主動性和積極性。

（4）實驗與理論教學脫節(jié)。某些地方將《計算機導論》實驗課與《計算機基礎(chǔ)》公共課實驗歸為一類，只練習基本的Windows和Office軟件操作，這和《計算機導論》的理論教學內(nèi)容存在嚴重脫節(jié)，使得學生所學的理論內(nèi)容無法得到有效的操作實踐。

3 案例導向的教學方法

在《計算機導論》的課堂教學中，傳統(tǒng)教學方法通常先提出概念，然后再對其進行解釋說明，無法對每個問題進行深入系統(tǒng)的講解，對教學內(nèi)容的深度和廣度都難以把握，容易使計算機知識的介紹成為各自獨立、互不相關(guān)的內(nèi)容。要改變這種現(xiàn)狀，可以選擇采用案例導向的方法來組織教學。

案例導向的教學方法是指根據(jù)教學目標的要求，組織學生通過實際案例的分析、討論和操作實踐，指導學生綜合各方面知識來分析和解決實際問題的自主探究性學習方法。在《計算機導論》的課程中采用案例導向的教學方法，能夠產(chǎn)生良好的教學效果，具體有以下幾個方面。

（1）能培養(yǎng)學生采用創(chuàng)新思維解決問題的能力。教師應(yīng)盡可能選擇與學生的學習生活關(guān)系密切的案例，例如通過組裝學生個人電腦的案例來讓學生了解計算機硬件系統(tǒng)，能夠加深學生對所學計算機相關(guān)知識的理解和掌握。案例的討論分析不是要得到一個標準答案，恰恰相反，這里并沒有所謂的標準答案，學生可以從實際應(yīng)用的角度全面而熟練地掌握所學知識，進一步提高解決實際問題的能力。

（2）能培養(yǎng)學生對所學計算機專業(yè)課程的整體認識度。通過將計算機領(lǐng)域的多種知識融合入案例，可以讓學生在進入相關(guān)專業(yè)課學習之前對整個教學體系有一個全面的認識，了解它們之間的關(guān)聯(lián)與作用，系統(tǒng)地掌握計算機科學與技術(shù)方法論，并將其貫穿于大學四年的專業(yè)課學習當中，從而真正實現(xiàn)《計算機導論》課程的教學目標。

（3）能有效提高學生的學習興趣和積極性。在案例導向的教學方法中，教師是組織者，學生是參與者，課堂教學過程變成一項師生共同參與交互的有趣活動。通過對案例的講解與分析，學生會自然而然地開始自主的學習與探究。在交互式的教學活動中所產(chǎn)生的強烈興趣能夠使學生比在采用傳統(tǒng)教學法的課堂上更加積極和認真，從而提高教學效果。

4 結(jié)語

《計算機導論》是高校計算機科學與技術(shù)專業(yè)的先導必修課，對于培養(yǎng)學生對計算機的興趣，提高學生的綜合創(chuàng)新能力起到重要作用。針對當前《計算機導論》課程教學中存在的教學方法及手段落后的問題，采用案例導向的教學方法對其進行改革和完善，在實際教學中可以取得良好的效果。

參考文獻

[1] 孫兆豪，黃文艷.“計算機科學導論”雙語教學的探討和改革[J].計算機教育，2008（5）：11-13.

篇2

關(guān)鍵詞：計算；計算學科；計算機科學思維；計算思維；計算機思維

隨著計算機科學技術(shù)的發(fā)展，計算領(lǐng)域已成為一個極其活躍的領(lǐng)域，計算學科也成為一門范圍極為寬廣的學科[1]。在此發(fā)展過程中產(chǎn)生的種種現(xiàn)象，在很大程度上改變了人們對世界的認識，有力地刺激了人文科學的發(fā)展，人們對認知科學的研究就是“以電子計算機的產(chǎn)生發(fā)展為物質(zhì)、技術(shù)基礎(chǔ)，以計算機與人腦相類比為前提的[2]”。我國著名科學家錢學森院士從近三十年電子計算機發(fā)展引起的新技術(shù)革命，兩千多年邏輯學發(fā)展的經(jīng)驗教訓，作為符號處理系統(tǒng)的計算機在智能方面存在的嚴重缺陷，尤其是人們在高級抽象思維領(lǐng)域，如辯證思維、形象思維、創(chuàng)造性思維尚缺乏研究等方面，對認知科學的發(fā)展進行了科學的分析。同時結(jié)合我國科學技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和特點，提出了“思維學”的理念，給出了“思維科學”的研究框架、研究方向與基本道路，并在隨后的一系列工作中進一步充實和完善了思維科學的理論與思想體系[3]。他指出：“現(xiàn)代科學技術(shù)的實踐，正預示著更重大的變革――思維科學的出現(xiàn)?！薄耙鲞@項變革的是電子計算機”。而“推動思維科學研究的是計算機技術(shù)革命的需要[4]”。在錢學森的倡導下，自上世紀80年代起，面向新技術(shù)革命的思維科學研究愈來愈受到國內(nèi)有關(guān)專家學者的關(guān)注與重視。

在計算機科學與技術(shù)領(lǐng)域，隨著美國計算機學會(簡稱ACM)和美國電氣和電子工程師學會計算機分會(簡稱IEEE-CS)組成的聯(lián)合攻關(guān)組于1988年底提交了“作為學科的計算科學”的報告[5]，計算學科的“存在性”得以證明。隨后，CC1991報告和CC2001報告等相繼出臺，從學科的角度詮釋了計算科學的內(nèi)涵與外延，為計算學科建立了現(xiàn)代課程體系。在計算學科課程體系的本土化進程中，我國相關(guān)領(lǐng)域的專家學者們付出了艱辛努力，并取得實質(zhì)性成果，于2002年提出了“中國計算機科學與技術(shù)學科教程2002”(China Computing Curricula 2002，簡稱CCC2002)[6]。在CC2002教程的引導下，針對計算機科學與技術(shù)學科教育方面的諸多問題，國內(nèi)從事計算機科學與技術(shù)學科教育的廣大工作者進行了廣泛而有益的探討[7-10]，大大豐富了計算學科課程體系建設(shè)的內(nèi)容。在計算學科課程教育改革的進程中，如何培養(yǎng)既能熟練掌握計算機科學的知識與技能，又具有計算機科學學科意識和素養(yǎng)的人才問題，逐步成為人們關(guān)注的主要方面。

基金項目：本文受江蘇省教育廳指導性計劃項目“計算機思想史研究”(03KJD520028)及江蘇科技大學高教項目“計算思維與創(chuàng)新教育”(GJKTY2009025)資助。

作者簡介：張曉如(1963-)，女，教授，學士，研究方向為計算機應(yīng)用教育、數(shù)據(jù)庫；張再躍(1961-)，男，教授，博士，研究方向為可計算性理論與知識工程。

一個人的實踐與創(chuàng)新能力與思維方式密切相關(guān)，與其他學科領(lǐng)域的科學家和工程技術(shù)人員等相比，計算機學科的專家學者們在思考問題、分析問題和解決問題方面也應(yīng)有其獨特的地方。正如計算大師Dijkstra所言：“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將深刻地影響我們的思維能力[11]?！币虼?，當計算機與人們的生活聯(lián)系越來越趨密切的形勢下，研究與之相關(guān)的人類思維活動與思維方式便成為現(xiàn)代思維學科領(lǐng)域中一個十分重要的課題。我們不妨稱此種思維為面向計算學科的思維。顯然，面向計算學科的思維除了具有一般思維的特點外，還具有其自身的特性，而后者則是從事計算機科學研究的人員和計算機教育工作者們更為關(guān)心的。究竟什么是面向計算科學的思維？它的特點是什么？對面向計算學科的思維研究對計算學科的發(fā)展會產(chǎn)生哪些積極作用？這種思維能力是可以培養(yǎng)的嗎？又如何培養(yǎng)呢？我們現(xiàn)行的計算機課程教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)會因此而有所改變嗎？

1面向計算學科的思維

國內(nèi)最早面向計算學科思維的研究文章是收集在2000年全國高等師范院校計算機教育研究會年會論文集上筆者的《談?wù)動嬎銠C思維》[12]一文。當時的“計算機思維”意為“計算機科學思維”(Computer Science Thinking)，在隨后關(guān)于面向計算科學的思維研究中，相繼出現(xiàn)了“計算思維”(Computational Thinking)[13-14]與廣義“計算機思維”(Computing Thinking)[21]等概念。這些概念雖然與“計算機”有關(guān)，但它們有一個共同特點，即它們都是關(guān)于人的思維。

1.1計算思維與計算機思維

“計算思維”的思考和研究在國內(nèi)受到更多專家學者的關(guān)注與重視，要歸功于全國高等學校計算機教育研究會于2008年10月31日至11月2日在桂林召開的一次專題學術(shù)研討會，會議的主題是“探討在教學過程中，如何以課程為載體講授面向?qū)W科的思維方法，共同促進國家科學與教育事業(yè)的進步”。會議從8各方面征集論文，無不涉及“計算思維”。在會議提供的資料中，美國卡內(nèi)基?梅隆大學計算機科學系主任周以真(Jeannette M.Wing)教授2006年3月發(fā)表在美國計算機權(quán)威雜志ACM會刊上的文章《計算思維》(Computational Thinking)[13-14]和王飛躍2007年3月發(fā)表在中國計算機學會通訊的文章《從計算思維到計算文化》[11]位居榜首。其中，王飛躍教授從計算機文化發(fā)展的高度對“計算思維”概念的提出和“計算思維”的研究與發(fā)展對計算科學的進步產(chǎn)生的深遠影響給出了充分肯定。王飛躍教授在提及國內(nèi)對“計算思維”研究和計算文化與計算思維聯(lián)系方面的狀況時指出，“在中文里，計算思維不是一個新名詞，常被朦朦朧朧地使用，卻一直沒有被提到周教授所描述的高度廣度，那樣的新穎、明確、系統(tǒng)”。這一陳述雖然有一定的道理，但不完全正確?！坝嬎闼季S”從命名的角度可以如是說，但就其作為面向計算機科學思維的概念與特征而言，無論從高度講，還是從廣度說，周以真教授的描述確有“新穎”之處，但在“明確”和“系統(tǒng)”方面，同本文作者在上世紀90年代末就提出的“計算機思維”的概念在主要方面是基本一致的，并可形成互補。特別指出的是，《談?wù)動嬎銠C思維》在談到計算機文化與計算機思維相互之間的聯(lián)系時指出，“隨著計算機科學的發(fā)展，‘計算機’已不再是一個單純的計算工具的代名詞，而是信息時代高新技術(shù)的象征?？梢赃@樣說，‘計算機’作為一種文化，已滲透到社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，而使得生活在這一時期的人們的思維活動中或多或少地與‘計算機’這一概念相聯(lián)系，研究與之相關(guān)的思維活動與思維方式，便成為現(xiàn)代思維科學領(lǐng)域中一個十分重要的課題[12]”。在此，我們可以把有關(guān)“計算思維”特征的陳述同有關(guān)“計算機思維”的陳述作一比較。

周以真教授在對計算思維的描述中首先指出，“計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家”，這一觀點與《談?wù)動嬎銠C思維》一文中提出的“計算機思維具有廣泛性。計算機思維已不僅僅是計算機科學家所應(yīng)具有的思維，而應(yīng)是全民族所必須的”的觀點是完全一致的。并且文中還強調(diào)，“只有這樣，計算機科學的發(fā)展才能具有廣泛的社會基礎(chǔ)，才能使計算機科學真正服務(wù)于社會”。在總結(jié)計算思維的特征時，周以真教授從6個方面，以“是”與“不是”的對立統(tǒng)一作了闡述。

為了更好地挖掘計算機思維的內(nèi)涵，更加清楚地了解與把握計算機思維與其他學科思維方式的聯(lián)系與區(qū)別，我們對計算科學發(fā)展的過程進行了初步考察，提出了“計算科學思想史”研究的基本思想，并對計算科學思想史研究的特點、研究內(nèi)容、研究方法進行了分析探討[16]。同時結(jié)合現(xiàn)代計算機課程教育，提出了基于知識背景的計算機課程教學改革的基本構(gòu)想[19]。我們深信，無論是對計算機思維的研究，還是對計算科學思想史的研究，都會對計算機教育的實踐與發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

2 “計算思維”研究現(xiàn)狀

無論叫計算思維，還是稱計算機思維，關(guān)鍵是要解決問題，即“如何讓人們學會像計算機科學家一樣去思考”。從總體看，計算思維的研究應(yīng)包含計算思維研究的內(nèi)涵和計算思維推廣與應(yīng)用的外延兩個方面。周以真在給出“計算思維”概念后，進一步探討了計算思維的本質(zhì)，并指出計算思維將在各種行為方面影響每個人，這一點對我們的社會教育提出挑戰(zhàn)，特別是少兒教育。在關(guān)于計算的思考中，我們需要理解不同類型的3個方面：科學、技術(shù)與社會。飛速發(fā)展的技術(shù)進步和巨大的社會需求迫使我們重新思考計算科學最基本的問題[20]。從周以真教授多次關(guān)于計算思維的論述中可以看出，其“計算思維”的概念是面向社會、面向教育和面向大眾的。這也許是一種策略，為了能讓更多的人關(guān)注并思考“計算思維”的問題，并將思考的結(jié)果應(yīng)用于計算科學實踐，以此促進計算科學的普及和發(fā)展。在對“計算思維”的深入研究過程中，郭喜鳳教授等從工程化的角度對“計算思維”的內(nèi)涵進行剖析[20]，以周以真面向大眾的計算思維為基礎(chǔ)，根據(jù)計算機科學與技術(shù)中的理論、技術(shù)、工程、工具、服務(wù)和應(yīng)用等幾個不同層面的思維特點，闡述了計算思維的工程化思想，將計算思維的概念加以推廣并提出了計算機思維(Computing Thinking)工程化的層次結(jié)構(gòu)，豐富了計算思維的研究內(nèi)涵。董榮勝和古天龍教授從計算機科學與技術(shù)方法論的角度對計算思維研究的外延進行分析?！坝嬎銠C科學與技術(shù)方法論是對計算領(lǐng)域認識和實踐過程中一般方法及其性質(zhì)、特點、內(nèi)在聯(lián)系和變化發(fā)展進行系統(tǒng)研究的學問。計算機科學與技術(shù)方法論是認知計算學科的方法和工具，也是計算學科認知領(lǐng)域的理論體系[21]”。在關(guān)于計算思維和計算機科學與技術(shù)方法論之間關(guān)系的論述中，董榮勝和古天龍教授在周以真教授工作的基礎(chǔ)上，對計算思維的特征進一步加以闡述，從抽象與自動化兩個方面，以具體的實例刻畫了計算思維的本質(zhì)，并介紹了國外關(guān)于計算思維研究的進展情況。在談到計算思維與計算機方法論關(guān)系時，他們指出，“盡管計算思維與計算機方法論有著各自的研究內(nèi)容與特色，但是，顯而易見，它們的互補性很強，可以相互促進”。“計算機方法論可以對計算思維研究方面取得的成果進行再研究和吸收，最終豐富計算機方法論的內(nèi)容；反過來，計算思維能力的培養(yǎng)也可以通過計算機方法論的學習得到更大的提高[22]”。這不是一個一般概念的問題，我們認為是計算思維研究的一個技術(shù)路線問題，只有把計算思維的研究同計算機科學與技術(shù)方法論有機地結(jié)合起來，計算思維才具有實際的意義和價值，計算機科學與技術(shù)的方法才能夠獲得進步。

3 “計算思維”研究內(nèi)容

不管是周教授的計算思維(Computational Thinking)，或是郭教授的計算機思維(Computing Thinking)，還是計算機科學思維(Computer Science Thinking)，它們都有一個共同面向，即都是面向計算學科的思維；都有一個共同的出發(fā)點，即研究和探索面向計算學科的思維規(guī)律；都有一個共同的目標，即引導人們在解決有關(guān)計算學科及其應(yīng)用領(lǐng)域問題時，能夠運用正確的思維方法。計算學科是關(guān)于“計算”的學問，因此，計算思維的研究勢必圍繞解決所謂“計算問題”而展開。

3.1計算思維研究的基本問題

何謂計算思維？《談?wù)動嬎銠C思維》一文對計算機思維的內(nèi)容進行了概括，即人們有意識地將計算機用于生產(chǎn)、生活等各個領(lǐng)域的認識活動以及人們解決計算機問題的認識過程。一方面，它是指一種形式，這種形式表現(xiàn)為人們認識具體的計算機科學，或是應(yīng)用計算機科學于其他科學、技術(shù)的過程中的辯證思維；另一方面，它是由計算機科學本身的特點及計算機作為認識世界的工具所決定的，它同樣受到一般思維方式的限制[12]。周教授則將計算思維歸納為運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[13]。董教授等則從方法論的角度將計算思維定義為運用計算機科學的思想與方法進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[22]。

篇3

關(guān)鍵詞:計算機應(yīng)用技術(shù);實驗課程體系;實驗項目

計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)是我院于2005年設(shè)立的,學校于1987年成立了經(jīng)濟信息管理籌備組,設(shè)立“經(jīng)濟信息管理”本科專業(yè),在管理信息系的基礎(chǔ)上成立了信息學院,并于2006年開始進行“計算機應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)招生,學院將計算機應(yīng)用技術(shù)學科確立為重點建設(shè)學科,學科建設(shè)目標是以信息管理與信息系統(tǒng)、電子商務(wù)等信息類專業(yè)為支撐點與財經(jīng)等優(yōu)勢學科交叉滲透、互補發(fā)展;開設(shè)計算機科學理論、計算機軟硬件系統(tǒng)及應(yīng)用知識,包括計算機硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用的基本理論、基本知識和基本技能與方法,熟練地進行程序設(shè)計和使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等從事針對金融、經(jīng)濟、統(tǒng)計等財經(jīng)應(yīng)用領(lǐng)域的軟、硬件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計或系統(tǒng)集成、企業(yè)信息管理,培養(yǎng)具有堅實的計算機軟件理論基礎(chǔ)知識,較強的應(yīng)用軟件實踐與開發(fā)能力高級人才[1]。

由于發(fā)展時間短,該專業(yè)暴露出一些問題,諸如專業(yè)定位不明確、專業(yè)特點不突出,特別是實踐教學環(huán)節(jié),對于“面向應(yīng)用,強調(diào)實踐”的培養(yǎng)目標來說,直接關(guān)系著其目標的實現(xiàn)。在整個實踐教學環(huán)節(jié)中,實驗課程體系中哪些課程應(yīng)該開出實驗?開設(shè)哪些實驗項目?這些問題對于所有開設(shè)此專業(yè)的財經(jīng)類院校都在探索實踐中。

1實驗教學課程體系

1.1實驗教學課程體系設(shè)置目標

實驗教學課程體系設(shè)置目標是建立與理論教學有機結(jié)合,以能力培養(yǎng)為核心,確定分層次的實驗項目。由于計算機技術(shù)專業(yè)是應(yīng)用性很強的學科,并且隨著大學生就業(yè)形勢的日益嚴峻,考慮到學生的后續(xù)發(fā)展,計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實驗項目的設(shè)置和選擇,主要依據(jù)兩個方面,其一是注重與理論教學的有機結(jié)合,合理分配理論課與實驗課學時的比例,根據(jù)培養(yǎng)目標形成配套、科學的實驗教學課程體系,將培養(yǎng)學生寬厚的基礎(chǔ)知識、扎實的專業(yè)知識和現(xiàn)代的計算機應(yīng)用技術(shù)知識統(tǒng)一起來,培養(yǎng)學生科學思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。其二是考慮計算機專業(yè)畢業(yè)生的社會需求,就業(yè)方面要求實驗項目應(yīng)與新實踐技術(shù)應(yīng)用、工程實踐緊密結(jié)合,融入科技創(chuàng)新和實驗教學改革成果;另外,考慮部分學生有繼續(xù)深造的需求,應(yīng)主要考慮實驗項目與科學研究緊密結(jié)合,介紹新技術(shù)、新設(shè)備和新的研究發(fā)展方向。

根據(jù)《中國高等院校計算機基礎(chǔ)教育課程體系2008》中的課程設(shè)置,計算機專業(yè)實驗項目包括了3類:軟件設(shè)計實驗、硬件技術(shù)基礎(chǔ)實驗和應(yīng)用技術(shù)實驗。其中,分層次的實驗教學體系涵蓋基本型實驗、應(yīng)用型、綜合型、設(shè)計型、研究型、創(chuàng)新型實驗等[2]。

作者簡介:馮海旗(1964-),男,教授,博士,研究方向為信息管理的理論與方法;張媛媛(1982-),女,助理工程師,碩士,研究方向為計算機應(yīng)用技術(shù)。

圖1計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實驗項目

1.2項目具體設(shè)置

(1) 根據(jù)現(xiàn)有的實驗器材,確定能覆蓋本中心所承擔的所有實驗教學項目。

目前我院的計算機應(yīng)用技術(shù)實驗教學中心共有專業(yè)實驗室7個,包括電子技術(shù)實驗室、計算機組成原理實驗室、計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全實驗室、信息管

理與系統(tǒng)實驗室、電子商務(wù)實驗室、本科生開放實驗室和研究生創(chuàng)新研究實驗室。近年來,在教育部專項的重點支持下,中心得到了快速的發(fā)展,現(xiàn)有面積約1000平方米,各類實驗設(shè)備、儀器儀表約830臺套件。根據(jù)現(xiàn)有的實驗器材,指定了相應(yīng)的規(guī)劃,開設(shè)的實驗覆蓋高等院校計算機專業(yè)實驗項目,如表1所示[3]。

表1本中心開設(shè)的計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實驗項目

序號 實驗項目名稱 實驗課/學時 所占課程比例 所屬類別

1 C語言程序設(shè)計 22 30% 軟件設(shè)計類

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 10 19%

3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 18 100%

4 操作系統(tǒng) 16 30%

5 編譯原理 10 19%

6 軟件開發(fā)工具 16 30%

7 軟件開發(fā)工具課程設(shè)計 18 100%

8 數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘 8 22%

9 Java程序設(shè)計 12 33%

10 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 12 33%

11 UML面向?qū)ο蠼?20 56%

續(xù)表

序號 實驗項目名稱 實驗課/學時 所占課程比例 所屬類別

12 IT項目管理 10 28% 軟件設(shè)計類

13 軟件測試 16 44%

14 電工與電子學基礎(chǔ) 10 19% 硬件基礎(chǔ)類

15 數(shù)字邏輯 10 19%

16 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 22%

17 計算機組成原理 16 30% 應(yīng)用技術(shù)類

18 計算機網(wǎng)絡(luò) 8 15%

19 計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計 18 100%

20 網(wǎng)站開發(fā)技術(shù) 20 56%

21 嵌入式系統(tǒng) 6 19%

22 微機原理與接口 18 33%

23 計算機安全 10 28%

24 人工智能概述 8 22%

(2) 參考其他院校計算機科學技術(shù)專業(yè)成熟的實驗教學體系,逐步確定自己的實驗項目。

北京語言大學作為文科院校中,開設(shè)計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)較早并且較成熟的院校,教學特色突出,培養(yǎng)目標明確,充分利用學校英語環(huán)境好的優(yōu)勢,培養(yǎng)計算機專業(yè)知識扎實,同時英語能力較強的復合型人才。其實驗教學體系完整,有突出特色的實驗項目,語言信息處理研究所始建于1987年,是中國第一個以漢語信息處理為主要研究方向的研究所。研究所面向?qū)嶋H應(yīng)用,主要研究計算語言學理論和面向信息處理的漢語語言理論,發(fā)展自然語言處理關(guān)鍵技術(shù)和知識庫,開發(fā)相應(yīng)的工具軟件和應(yīng)用軟件,支持對外漢語教學和語言本體研究。分析其文科信息技術(shù)綜合實驗教學中心所開設(shè)的實驗項目不難發(fā)現(xiàn),軟件設(shè)計類的實驗項目所占比例達到64%,突出其語言信息處理特色的實驗課程,其中匯編語言編程和Perl語言編程分別設(shè)實驗課,實驗課時分別有36學時和18學時。

中國人民大學信息學院針對計算機科學與技術(shù)專業(yè)開設(shè)的實驗項目中,必修課中相對我?，F(xiàn)有的實驗課程,增設(shè)了“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”和“匯編語言”兩門課程,在選修課中主要分兩個方向,一是信息管理方向二是計算機應(yīng)用技術(shù)方向,計算機應(yīng)用技術(shù)方向所開設(shè)的實驗課程,涵蓋了目前計算機專業(yè)領(lǐng)域熱門的課題,包括信息安全、數(shù)字通信、無線通信技術(shù)、

篇4

關(guān)鍵詞：計算思維;通識教育;計算機基礎(chǔ)教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）40-0276-03

一、計算思維提出的意義

計算思維和計算問題關(guān)系密切，美國在2005年6月，通過一份報告《計算科學：確保美國競爭力》中明確闡述了計算科學的重要性，提出計算科學中的先進技術(shù)可以在經(jīng)濟以及其他的前沿研究中發(fā)揮重要作用[1]，21世紀科學研究中的難題可以通過計算找到相應(yīng)的解決辦法。2007年美國科學基金會啟動了“大學計算教育振興的途徑”計劃，投入巨資進行美國計算教育的改革。美國政府開始實行CPATH計劃進一步宣傳了計算思維在社會生活各領(lǐng)域以及人才培養(yǎng)中的重要作用，在高等教育中提出了具體的以計算思維能力培養(yǎng)為核心的課程改革[2，3]。2008年，美國麻省理工學院還向全球開放公開課程《計算科學與編程導論》，重點講解計算思維訓練，讓全球的讀者都可以自由免費學習計算思維的本質(zhì)。

在我國近幾年也有越來越多的學者和機構(gòu)開始認識到計算思維的重要性，并開展了相關(guān)的研究。全國高等教育學校2008年中國計算機教育研究會在召開了“計算思維與計算機導論”專題學術(shù)研討會，探討了在中國高等學校中開展計算思維能力培養(yǎng)的研究。2010年7月，中國的“常青藤”學校發(fā)表了《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，提出計算機基礎(chǔ)課程應(yīng)該以計算思維為核心[4]。

新生的事物出現(xiàn)還是需要一個普及的過程，目前多數(shù)高校教師對于計算思維價值的認識和重視程度還遠遠不夠，因此培養(yǎng)計算思維的實踐也甚少。針對這個問題本文探討計算思維在科學研究、哲學方法論以及人才培養(yǎng)等方面的價值，提出在計算機通識教育中培養(yǎng)學生計算思維能力的教學改革措施，使非計算機專業(yè)學生像具備讀、寫、算能力一樣，具備計算思維的普適能力。

二、計算思維的定義及解讀

2006年周以真教授的《Computational Thinking》給出了計算思維系統(tǒng)定義，在國際上被廣泛認同。計算思維涉及運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去解問題、設(shè)計系統(tǒng)并理解人類行為。計算思維涵蓋反映了計算機科學之廣泛性的一系列思維活動。強調(diào)計算思維是所有人必需具備的基本技能，在閱讀、寫作及算術(shù)之外，應(yīng)將計算思維添加到每個孩子解析能力之中。周以真從多個角度給出了計算思維的細致描述[5]。具備計算思維能力，是在信息化社會中創(chuàng)新的需要。各領(lǐng)域中的科學研究都需要有高效思維的正確引導，要培養(yǎng)出具有創(chuàng)造性的人才，我們在思想方法上就必須重視思維能力的培養(yǎng)，讓學習者運用高效的思維去思考。

三、計算思維對于科技創(chuàng)新的價值

對應(yīng)于自然科學領(lǐng)域的理論、實驗和計算三大科學的方法，同樣有三大科學的思維：理論思維、計算思維和實驗思維。計算創(chuàng)新在人類科技發(fā)展史上占有異常重要的地位，歷史上有多位科學家因為在計算方面的成就而獲得了諾貝爾獎。1982年的物理學獎和化學獎都是計算技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，證明科學計算在科學方法論中的重要地位。1985年得主豪普曼就憑借X光晶體結(jié)構(gòu)分析的方法摘得當年的諾貝爾化學獎，同樣，1998年科恩與波普爾也是因為將計算量子化學方法獲得了大獎。

人類歷史上的許多重大科學發(fā)現(xiàn)也與計算思維有關(guān)。19世紀海王星的發(fā)現(xiàn)就是通過計算得來的，在20世紀愛因斯坦的廣義相對論開創(chuàng)物理學的新紀元，充分體現(xiàn)計算思維對于科學史的貢獻。前人未能證明的“四色定理”也通過計算機的數(shù)值計算得到了證明。

中國著名的“華―王方法”，有限元方法，及“吳方法”，也都是和計算相關(guān)的重大的科學創(chuàng)新[6]。

很多科學發(fā)現(xiàn)的過程充分說明了計算思維在科技創(chuàng)新中的重要價值。

四、計算思維的哲學價值

計算機科學家、圖靈獎獲得者Edsger Dijkstra曾說：我們使用的工具影響著我們的思維方式及習慣，從而也將影響我們的思維力。思維的方式、方法是人類認識論研究的一項重要內(nèi)容，恩格斯說過：每一時代的理論思維，包括我們時代的理論思維，都是一種歷史的產(chǎn)物，在不同的時代具有不同的形式，并因而具有不同的內(nèi)容。所以，有關(guān)于思維的科學，和其他的任何科學是一樣，是一種歷史科學，是關(guān)于人的思維的歷史發(fā)展的科學[7]。

五、計算機的計算思維對于人才的培養(yǎng)價值

人才對于國家和企業(yè)的重要性是不言而喻的，高等學校的首要任務(wù)就是為國家培養(yǎng)合格的人才。衡量人才質(zhì)量的標準有多種多樣，最重要的是解決實際問題的創(chuàng)新能力，而在計算機普及的現(xiàn)代社會中，利用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題和設(shè)計系統(tǒng)的計算思維能力就顯得非常重要了。現(xiàn)代的合格人才應(yīng)該是能充分利用計算機的優(yōu)越性能高效地解決實際問題，能根據(jù)實際問題的規(guī)模選擇合適的計算環(huán)境和算法，這就是計算思維能力的具體體現(xiàn)了?，F(xiàn)實社會中的問題用人工解決還是計算機輔助解決，即不同的計算環(huán)境采取的思路是有很大不同的;同樣用計算機輔助求解問題，問題的復雜程度不同，采用的算法也是截然不同的。因此面對問題解決的思路和效果就和決策人的計算思維相關(guān)了。計算思維不是獨立存在的，是融合在一個人的整體素質(zhì)中的，但是在高校的培養(yǎng)方案和課程設(shè)置中卻可以特別強調(diào)計算思維能力的培養(yǎng)，確保提高學生的創(chuàng)新能力，而計算機基礎(chǔ)教學對此責無旁貸。

六、計算機通識教育課程中培養(yǎng)計算思維

計算思維本質(zhì)上是一種利用計算機去解決問題的思維方式，是基于不同計算環(huán)境的問題求解，而這和計算機基礎(chǔ)教學的教學目標相吻合。計算機基礎(chǔ)課程作為各高校的通識教育課程，面向廣大的非計算機專業(yè)的學生，不僅要擴展學生的計算機方面的知識面，更重要的是展示計算機科學的思維方式。其核心目標就是培養(yǎng)學生應(yīng)用計算機解決專業(yè)問題的能力，因此，在計算機基礎(chǔ)教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力是很順理成章的，也應(yīng)該作為計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)，特別可以在大學的第一門計算機課程――《大學計算機基礎(chǔ)》課中著力培養(yǎng)計算思維。

目前由于對于《大學計算機基礎(chǔ)》課程的錯誤認識，出現(xiàn)了“狹義工具論”的說法，甚至有人質(zhì)疑《大學計算機基礎(chǔ)》課程開設(shè)的必要性。問題的產(chǎn)生可能是因為多數(shù)《大學計算機基礎(chǔ)》課程的教學內(nèi)容偏重知識的介紹和流行軟件的使用方法，僅注重實用而沒有提升到計算機科學的思維方式，即教學過程中僅將計算機作為一個普通的工具使用，而并沒有重視計算機科學本身自有的思想方法、方式，導致學生感覺不到新知識而失去學習的興趣。因此，在《大學計算機基礎(chǔ)》以及其他計算機通識課程教學課程中加強計算思維能力的培養(yǎng)不僅關(guān)系到學生的綜合素質(zhì)和能力，也關(guān)系到《大學計算機基礎(chǔ)》課程本身的出路，重新審視計算機基礎(chǔ)教學的定位，將計算思維能力培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)，是一個明智的選擇。

計算機基礎(chǔ)課程群一般包括《大學計算機基礎(chǔ)》、《程序設(shè)計》、《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)》和《計算方法》等，可以從多方面培養(yǎng)學生的計算思維，包括涉及計算機基本原理的思維、應(yīng)用計算機的思維以及計算機和專業(yè)結(jié)合的思維等。從《大學計算機基礎(chǔ)》中計算機系統(tǒng)的構(gòu)成和存儲程序的思想讓學生了解二進制的存儲、0和1的思維、程序代碼和機器指令的思維、程序設(shè)計語言的思維和計算機系統(tǒng)的思維等。從《程序設(shè)計》語言中可以培養(yǎng)學生關(guān)于問題求解的算法的思維，例如問題約簡、細化和仿真的思維，遞歸和并行的思維、預防、保護和啟發(fā)式推理的思維，在時間和空間之間、處理能力和存儲能力之間尋求平衡的思維等。讓學生為解決問題而主動學習駕馭計算機硬件和軟件的方法，而不是為考試而被動學習。計算思維是人類求解問題的一條途徑，使人類更好地借助計算機發(fā)揮強大的計算能力去解決各種需要大量計算的問題。

計算思維的培養(yǎng)可以貫穿于教學活動的過程中，《大學計算機基礎(chǔ)》課程的基本教學內(nèi)容大部分可以保留，思維方式的培養(yǎng)可以滲透到每一教學環(huán)節(jié)中，例如課程實施中通過講解案例分析，讓學生感受思維方式對問題有效解決的影響，再通過實踐環(huán)節(jié)中問題的有效解決讓學生體驗計算的愉悅，培養(yǎng)學生將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為可計算問題的思維習慣，訓練學生針對問題規(guī)模選擇或發(fā)掘計算工具和算法的敏銳性，在教學過程和實踐過程培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

計算機基礎(chǔ)課程作為通識教育課程在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和能力方面應(yīng)該承擔更多的責任，特別應(yīng)充分發(fā)揮學科優(yōu)勢在培養(yǎng)學生綜合能力方面有所作為，更好地體現(xiàn)楊玉良所說的通識教育的特征：通識教育要同時傳遞科學精神和人文精神;要展現(xiàn)不同文化、不同學科的思維方式;要充分展示學術(shù)的魅力[8]。通識教育課程受眾面大，影響廣泛，認真研究通識教育規(guī)律將對人才培養(yǎng)質(zhì)量有深入的影響?，F(xiàn)在已有幾所高校針對計算思維能力做了對應(yīng)的培養(yǎng)，將大學生入學的第一門計算機基礎(chǔ)課《大學計算機基礎(chǔ)》課程改名為《計算思維導論》，從內(nèi)容到形式都聚焦在計算思維上，明確的為基礎(chǔ)課程的改革做了示范。希望更多的高校能認識到計算思維對于人才培養(yǎng)的價值，繼而在計算機基礎(chǔ)教學及計算機通識教育中開展計算思維能力培養(yǎng)的實踐。

參考文獻：

[1]President's Information Technology Advisory putational Science：Ensuring America's Competitiveness [EB/OL].http：//nitrd.gov/pitac/reports/20050609 _computational/computational.pdf，June 2005.

[2]美國國家科學基金CPATH計劃2009年項目申報說明[EB/OL].http：//nsf.Gov/cise/funding/cpath_faq.jsp#1.

[3]美國國家科學基金CDI計劃官方網(wǎng)站[EB/OL].http：//nsf.gov/crssprgm/cdi/

[4]九校聯(lián)盟（C9）.計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學教學，2010，（9）.

[5]Jeannette putational Thinking[J].Communications of the ACM.2006，49，（3）.

[6]朱亞宗.論計算思維[J].計算機科學，2009，（4）.

[7]恩格斯.自然辯證法[M].北京：人民出版社，1971.

[8]楊玉良.實施通識教育，培養(yǎng)未來社會中堅[Z].教育部直屬高校工作咨詢委員第二十次全體會議大會交流發(fā)言材料，2010.

篇5

關(guān)鍵詞：運動人體科學；論文選題

中圖分類號：G807．0 文獻標識碼：A 文章編號：1007―3612(2006)09―1231一04

本文對1982―2003年全國體育院校及部分重點大學體育院系、國家體育總局等30多個單位的運動人體科學專業(yè)碩士、博士生研究生論文選題進行了分類統(tǒng)計和比較分析，并對其選題方向和特點進行歸納總結(jié)，以期為今后運動人體科學學科研究生的論文選題提供參考。

1　研究對象與方法

1．1研究對象 本文共收集1982―2003年運動人體科學專業(yè)各研究方向的研究生論文505篇，其各專業(yè)的分布情況如下表：

1．2研究方法

1．2．1 文獻資料法 本文搜集了研究生論文選題方面的文獻并進行了分類整理，獲得了相關(guān)資料和信息。

1．2．2數(shù)理統(tǒng)計法 對論文的題目、研究對象、研究方向、研究內(nèi)容和特征等指標進行了初步統(tǒng)計，并對統(tǒng)計結(jié)果進行了數(shù)理分析。

2　結(jié)果與分析

2．1 人體運動科學專業(yè)論文分布情況 運動生理方向的研究生論文數(shù)量占運動人體科學專業(yè)研究生論文總數(shù)的46．34％(表1)，這與以北京體育大學為代表的一批體育院校運動生理學科點開設(shè)較早、而其他學科點開設(shè)較晚有關(guān)，同時與80年代某些院校只設(shè)立運動生理專業(yè)碩士的現(xiàn)象也有一定的關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示：運動生物力學方向的論文數(shù)量較少，90年代后有所增加，這主要是由于運動生物力學為一門較為年輕的學科，在我國的起步較晚；而運動解剖學方向的論文數(shù)量總數(shù)也相對比較少，尤其是進入21世紀后的3年中運動解剖方向的研究生數(shù)量急劇減少，其原因主要在于各院系的招生培養(yǎng)結(jié)構(gòu)所致，該學科屬基礎(chǔ)理論學科，且與運動訓練相關(guān)性不大所致。

從圖形及數(shù)量分析可以看出，各研究方向在年代分布上，盡管呈現(xiàn)出一些波動，但總體趨勢是各研究方向的數(shù)量和總數(shù)都在逐漸增多。

統(tǒng)計結(jié)果顯示，近年來運動生理學研究生的選題方向主要集中在骨骼肌生理、疲勞與恢復、機能評定和心血管等范圍內(nèi)，其數(shù)量占運動生理方向研究總數(shù)的55．98％，這與目前國內(nèi)體育期刊上相關(guān)領(lǐng)域的研究方向與研究趨勢基本相符。其原因是骨骼肌生理，運動性疲勞與恢復，運動員機能評定及心血管等方向與運動訓練關(guān)系密切，這些研究可以解決運動訓練中出現(xiàn)的實際問題。進入21世紀后，內(nèi)分泌功能的調(diào)解、訓練效果等與大眾健康、全民健身關(guān)系密切相關(guān)的問題也將受到了重視，其研究生論文數(shù)量必然有所增加。

2．2各專業(yè)方向研究生論文選題方向分析

2．2．1運動生理專業(yè)

2．2．2運動生化專業(yè)

如表3所示，營養(yǎng)是運動生物化學方向研究的一個主要方面，其研究生論文數(shù)量約占總數(shù)的1／3。在運動訓練中“沒有恢復就沒有訓練”的新觀點提出之后，人們開始逐漸著眼于營養(yǎng)學的相關(guān)研究，如何應(yīng)用合理的營養(yǎng)手段來延緩運動性疲勞的產(chǎn)生，促進運動后恢復已成為體育科研領(lǐng)域中的熱點問題。但這些論文的研究對象多采用動物實驗，對人體的研究相對較少，而運動營養(yǎng)及合理的恢復段在運動員當中推廣使用，還須更多的人體實驗作為更直接的依據(jù)。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和體育健身在我國的開展，近年來針對各種健身鍛煉項目的訓練效果的研究數(shù)量也在逐漸增加，呈現(xiàn)了與運動生理方向相一致的變化趨勢。

2．2．3運動解剖學

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，兒童少年體質(zhì)現(xiàn)狀和生長發(fā)育規(guī)律及體育運動在人體塑造方面的作用是運動解剖學方向研究者們所關(guān)注的主要問題，其論文數(shù)量分別占該研究方向論文總數(shù)的37．14％和28．57％。涉及骨骼肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)性研究也占有一定的比例，而其它方向的論文數(shù)量比例均相對較少，呈現(xiàn)出明顯的“選題分布極不均衡”的特點，這一現(xiàn)象說明運動解剖學知識領(lǐng)域廣泛，可供研究的問題相對比較多，而經(jīng)過幾十年的發(fā)展，運動解剖學已經(jīng)形成了較為固定的研究領(lǐng)域，這也是一個學科發(fā)展基本成型的表現(xiàn)。

2．2．4運動醫(yī)學

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動醫(yī)學方向研究生的選題方向主要集中于心血管生理、訓練效果、骨骼肌生理及運動損傷等方向，各個方向的科研討論數(shù)量分布均衡，占其方向的百分比均在15％左右，且這些研究相對集中，與運動訓練實踐結(jié)合比較緊密，體現(xiàn)了科學研究服務(wù)于訓練實踐的基本指導思想，和運動醫(yī)學實用性較強的學科特點。

2．2．5運動生物力學

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動生物力學方向的研究熱點集中在對運動項目的某些技術(shù)環(huán)節(jié)的動作分析上，其研究主要是利用運動生物力學的手段輔以現(xiàn)代化技術(shù)手段展開探索研究，從而得到一些敏感指標、數(shù)據(jù)，并采用計算機評價系統(tǒng)進行分析、評價。其中涉及動作技術(shù)分析的占42．86％，而涉及計算機評價系統(tǒng)的研究呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，達到生物力學研究生論文總數(shù)的23．81％，體現(xiàn)了運動生物力學與計算機科學的聯(lián)系日趨緊密。隨著科學的發(fā)展運動生物力與數(shù)學、物理、計算機、醫(yī)學等學科的交叉將逐漸增多。

2．2．6 各專業(yè)方向選題特點的分析 從表2～6的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，各方向的選題方向一方面呈現(xiàn)了各自專業(yè)的學科特點，同時各學科之間互相關(guān)聯(lián)，存在一些共同點。

從各自專業(yè)方向選題特點來看，運動生理方向選題中骨骼肌生理及疲勞與恢復的內(nèi)容較多，尤其是在90年代前后，對肌纖維類型、肌纖維組成比例的研究很多，采用無損傷方法測定肌纖維類型，對延遲性肌肉酸痛以及骨骼肌疲勞后超微結(jié)構(gòu)改變的研究，都是這一領(lǐng)域的研究熱點。

運動生化方向?qū)\動員營養(yǎng)補充問題以及運動后恢復手段的研究得到越來越多的注視?！皼]有恢復就沒有訓練”這一新觀點提出之后，營養(yǎng)及其他恢復手段成為競技體育中的熱門問題。

運動解剖學方向論文選題明顯集中在“兒童少年體質(zhì)現(xiàn)狀和生長發(fā)育規(guī)律的研究”、“體育運動對人體器官組織形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的研究”和“骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的研究”這3個方向，占論文總數(shù)的80％。

運動醫(yī)學的選題則集中在創(chuàng)傷、心血管、訓練效果及骨骼及生理四方面，而且分布比較均衡，各占該方向論文選題的13．04％、17．39％、15．22％和13．04％。

運動生物力學是相對較為獨立的學科，其選題集中在兩個方面：動作技術(shù)分析(42．86％)，其次是計算機評價系統(tǒng)的研究(23．8l％)；除此之外人體組織力學、動力學及身體素質(zhì)等方面的論文選題也逐漸受到一定程度的關(guān)注。

2．3各專業(yè)方向研究生論文的研究對象

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動人體科學專業(yè)的研究對象中動物實驗占到總數(shù)的41．05％。運動員只占到19．26％左右，位居第

三位的是體院學生，占12．26％。近年來，動物實驗的比重越來越大，而人體實驗在逐漸減少。

從科學研究的實際應(yīng)用價值上看，人體實驗的科學研究通常具有更直接的實用價值。但是，由于人體實驗時，實驗條件不一，且實驗對象在實驗期間難以控制，作為受試對象的人本身個體差異較大，因此在實際實施過程中會造成很大的困難。動物實驗的優(yōu)點是樣本個體差異小，條件容易控制，測試結(jié)果更為準確，特別適合做一些機制性的研究。其缺點是動物與人的親緣關(guān)系太遠，有時候反映在動物身上的變化，未必可以在人體上得到重現(xiàn)。而且，動物采用的運動模型較為單一。從目前來看，常用的動物運動模式為大鼠(或小鼠)游泳，以及在動物跑臺。且不說這些運動模型的控制是否嚴格，從這些運動方式上看，與人體的運動畢竟有一定的差異。而且疲勞點如何確定的問題，一直是動物實驗論文中存在爭議的問題。

在實際操作中，如何將人體實驗與動物實驗的優(yōu)勢結(jié)合起來，一直是研究生論文需要重點考慮的問題。好的選題不僅在于題目本身，實驗設(shè)計也是論文成敗的關(guān)鍵。

2．4各專業(yè)方向研究生采用的研究手段

2．4．1運動生理專業(yè)

2．4．2運動生化專業(yè)

2．4．4運動醫(yī)學專業(yè)

數(shù)據(jù)顯示，運動生理、生化、解剖和運動醫(yī)學方向研究生論文中使用的各種研究手段中，運動生化指標的測定占相當大的數(shù)量和比例。尤其與運動實踐結(jié)合比較密切的論文多采用生化指標對受試者進行評定，觀察受試者身體機能的變化。如：血乳酸一直是科學訓練所關(guān)注的主要問題。另外，血常規(guī)、血尿素指標以及以血清酶的變化都是運動訓練中經(jīng)常涉及的問題。另外，在一些機制性的研究中，如運動性低血睪，運動性閉經(jīng)或月經(jīng)紊亂等問題，都需要對激素及激素受體輔助生化手段進行定性分析。近些年來，隨著基因分析手段的日益更新、先進，實用性的基因分析手段逐漸應(yīng)用到了體育科學研究中來，例如對骨骼肌a―actin基因表達的研究，對β－腎上腺素受體基因表達的研究，對衰老過程中線粒體DNA缺失的研究等等，都是現(xiàn)代基因手段與運動實際相結(jié)合的有益嘗試。

在研究手段的選取上：運動生理學使用較多的是生化指際、生物電技術(shù)和常規(guī)生理指標，共占其研究總數(shù)的74．99％，近幾年來，借助生化指標檢測的研究數(shù)量逐漸升高。運動生化方向則是生化指標占絕對統(tǒng)治地位，達到總數(shù)的85．19％，充分體現(xiàn)了本學科的特點。運動解剖學則較多地應(yīng)用身體素質(zhì)指標、組化電鏡、生物電技術(shù)及常規(guī)生理指標等，所采用研究手段相對較多，且分布均勻，即運動解剖學的研究手段呈現(xiàn)多元化。運動醫(yī)學方向中應(yīng)用較多是生化指標、常規(guī)生理指標和組化電鏡及生物電技術(shù)，占該方向研究手段總數(shù)的89．36％，體現(xiàn)了運動醫(yī)學監(jiān)測過程中需要借助生理、生化手段的特點。各方向的研究手段呈現(xiàn)出互不相同特點，歸結(jié)原因在于不同專業(yè)研究的側(cè)重點不同所致。

動作技術(shù)分析系統(tǒng)是運動生物力學專業(yè)研究中最常用的手段，占生物力學各研究手段總數(shù)的42．22％，它是運動生物力學為運動訓練直接服務(wù)的最常用手段，在近幾年隨著計算機技術(shù)和數(shù)碼拍攝技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進展。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機也逐漸進入體育科學研究領(lǐng)域，其主要運用在計算機分析、評價系統(tǒng)中，這些先進、準確手段的引入對運動訓練和科學研究產(chǎn)生了巨大的推動作用。

2．4．6 除運動生物力學外所有專業(yè)不同年代研究手段的對比

表13顯示，80年代采用較多的是生物電技術(shù)、常規(guī)生理、生化指標，各占總數(shù)的28．87％、25．77％、25．77％，他們之間的分布相對均衡。進入90年代后，隨著研究的進一步深入，一些簡單手段，如生物電技術(shù)和常規(guī)生理指標的應(yīng)用比例逐漸減少，而生化指標等反應(yīng)受試者機體機理的研究手段所占比例增大，達到總數(shù)的52．30％，體現(xiàn)了各學科研究的精確、精細化和定量分析的逐漸增多。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，一些前沿科技手段，如基因技術(shù)開始在運動人體科學領(lǐng)域中應(yīng)用。本文所統(tǒng)計的只是2001―2003年的研究生論文，樣本量相對較少，但其變化趨勢基本和90年代相同，這些變化趨勢反映了體育科學研究的不斷深入以及研究手段的不斷發(fā)展，同時也反映了運動人體科學專業(yè)學科水平的提高。

3　結(jié) 論

篇6

首先從社會需求來看，據(jù)人事部人才網(wǎng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2001~2007年，全國各個地區(qū)對人才需求的統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 計算機人才(季)供需情況

年度

求職數(shù)量

招聘數(shù)量

供需比

2001

9.9

6.9

1.43

2002

31.6

14

2.26

2003

57.1

20.6

2.77

2004

31.6

25.9

1.22

2005

76.9

34.7

2.21

2006

75.3

33.2

2.27

2007

90.9

39.

02.33

由表1可以看出，計算機專業(yè)需求和供應(yīng)的比例關(guān)系為1：2.5左右，供求大致平衡。供和求都在前三名，大部分排名第一。

第二，從精英教育和大眾教育的角度來看，大眾化教育是國際教育的總趨勢。根據(jù)國際通用的高等教育“大眾化”階段臨界指標(毛入學率達到15%以上)顯示，各國數(shù)據(jù)分為高等教育毛入學率15%以上和15%以下兩組(分別簡稱為A類國家和B類國家)。

1995年，A類國家為68個，其中超過35%的國家為29個，加拿大、美國、澳大利亞、芬蘭、新西蘭、挪威和韓國等7個國家超過了50%。

B類國家為50個，其中低于8%的國家有34個。近25年來，發(fā)達國家高等教育毛入學率增幅均較為顯著，遠遠高于世界平均水平。

表2 1950-1995年部分國家高等教育毛入學率年均遞增率

國別

1950年

1995年

2007 年

均遞增率(%)

美國

2

081.8

0.03

日本

2.95

40.9

0.06

英國

3

26.9

43

0.05

法國

5.3

51

0.05

德國

3.93

41.1

0.05

意大利

5.78

41.4

0.04

韓國

0.8

60.3

0.10

中國

0.31

6.86

23

0.07

由表2可以看出，我國的高等教育毛入學率在1950年達到0.31%，1995年達到6.86%，2007年達到23%。

2007年，我校組織團隊到英國大學考察大學教育，當時英國的高等教育毛入學率達到43%。通過跟專家教師的交流我們了解到，我們現(xiàn)在遇到的問題，他們也曾遇到過，如學生人數(shù)的增加與相關(guān)資源的矛盾等。如表3所示，從教育指標和國家人均GDP產(chǎn)值對照可以看出，發(fā)達國家人均入學率是持續(xù)增長的。

表3 教育指標和國家人均GDP產(chǎn)值對照

2000/01年國際數(shù)據(jù)

人均GDP (美元)　大學毛入學率(%)

全世界平均

512

022

高收入國家

2651

062

中上收入國家

455

026

中等收入國家合計

186

017

中下收入國家

123

015

中下收入國家

123

015

中國(2006年)

2055

22

估計中國國際排序

約1

00

以社會進步來看，入學率的增長是一個重要的趨勢或指標。教育部長周濟在2005年“亞洲教育北京論壇”上發(fā)表主題演講時表示，我國還將繼續(xù)推進高等教育大眾化，到2020年實現(xiàn)高等教育毛入學率40%的目標。

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》提出，我國2010年高等教育毛入學率達到25%。從國家需求和教育目標來看，入學率要持續(xù)增長，另一方面，現(xiàn)在的學生都是獨生子女，人口當年入學率在降低。因此，我們應(yīng)該好好考量人才培養(yǎng)目標，制定出優(yōu)秀的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。

培養(yǎng)人才應(yīng)和國家的科技計劃緊密結(jié)合。2006年，國家制訂了《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》(以下簡稱《綱要》)，對我國的科技計劃具有重要作用。我們現(xiàn)在培養(yǎng)的學生，10年后是國家科技計劃中發(fā)揮重要作用的一批人，能否滿足國家需求，對我們來說是重要挑戰(zhàn)。《綱要》給出了國家創(chuàng)新體系，即建設(shè)以企業(yè)為主體、產(chǎn)學研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系；知識創(chuàng)新體系，建設(shè)科學研究與高等教育有機結(jié)合的知識創(chuàng)新體系；建設(shè)軍民結(jié)合、寓軍于民的國防科技創(chuàng)新體系；建設(shè)各具特色和優(yōu)勢的區(qū)域創(chuàng)新體系；建設(shè)社會化、網(wǎng)絡(luò)化的科技中介服務(wù)體系。

《綱要》中設(shè)立了11個國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重點領(lǐng)域；68項優(yōu)先主題；16個重大專項；8個技術(shù)領(lǐng)域的27項前沿技術(shù)；18個基礎(chǔ)科學問題；4個重大科學研究計劃。其中有關(guān)信息產(chǎn)業(yè)的重點領(lǐng)域及優(yōu)先主題包括現(xiàn)代服務(wù)業(yè)信息支撐技術(shù)及大型應(yīng)用軟件；下一代網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)；高效能可信計算機；傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理；數(shù)字媒體內(nèi)容平臺；高清晰度大屏幕平板顯示；面向核心應(yīng)用的信息安全幾大項。前沿技術(shù)包括智能感知技術(shù)；自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)。面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究主要是支撐信息技術(shù)發(fā)展的科學基礎(chǔ)，包括重點研究新算法與軟件基礎(chǔ)理論；虛擬計算環(huán)境的機理；人機交互理論；海量信息處理及知識挖掘的理論與方法；網(wǎng)絡(luò)安全與可信可控的信息安全理論等。

考慮到我們培養(yǎng)的人才最終要適應(yīng)未來社會的發(fā)展需要，因此要制定計算機專業(yè)規(guī)范與專業(yè)認證，計算機科學與技術(shù)專業(yè)教學指導委員會將計算機學科分為計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息技術(shù)四大領(lǐng)域；計算機專業(yè)認證的學校有山東大學、北京航空航天大學、西安電子科技大學、哈爾濱工業(yè)大學、復旦大學、華南理工大學。

規(guī)范計算機教學知識體系在教學過程中起到了很好的作用，也提出了很多問題。如計算機專業(yè)認證分為四個方向，即計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息技術(shù)，高校認為雖然定了各個方向的指標體系，但如何實現(xiàn)這些指標體系是高校結(jié)合自身特點確定的。企業(yè)也有專家參加專業(yè)認證，如ISO9000的專業(yè)認證也有一系列指標，達到就可以通過，沒達到就無法通過，因此這里有很多挑戰(zhàn)性的問題。比如在這四個方向中，計算機科學對同一門課的知識體系規(guī)定是不相同的，如操作系統(tǒng)課程就可以選擇三個方向，一個學校很難把一門操作系統(tǒng)課程按照三個不同方向進行講授。但如果不這樣講授，高校和企業(yè)的認證標準就會出現(xiàn)不吻合的現(xiàn)象。

下面介紹計算機專業(yè)學科的布局情況，全國普通高校開設(shè)計算機專業(yè)的數(shù)量是(按省市劃分)：

江蘇(114)

廣東(101)

山東(99)

湖南(93)

河北(87)

湖北(85)

河南(83)

安徽(81)

北京(78)

遼寧(76)

陜西(72)

上海(69)

四川(68)

浙江(67)

江西(67)

黑龍江(62)

山西(59)

福建(53)

廣西(51)

吉林(44)

云南(44)

天津(42)

重慶(36)

貴州(34)

內(nèi)蒙古(33)

甘肅(33)

新疆(30)

海南(15)

寧夏(13)

青海(11)

(4)

從以上數(shù)據(jù)可以看出，我國大學分布極不均衡。

另外，我們還對我國計算機科學與技術(shù)學科分布的情況做了統(tǒng)計。

學科分布情況是：

重點一級學科(7)

國家重點學科(27)

一級學科博士點授予權(quán)(25)

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)博士點授予權(quán)(29)

計算機軟件與理論博士點授予權(quán)(37)

計算機應(yīng)用技術(shù)博士點授予權(quán)(63)

專業(yè)分布情況是：

計算機專業(yè)(771)

一級學科碩士點授予權(quán)(116)

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)碩士點授予權(quán)(119)

計算機軟件與理論碩士點授予權(quán)(184)

計算機應(yīng)用技術(shù)碩士點授予權(quán)(314)

在此基礎(chǔ)上，又對具體情況進行了詳細統(tǒng)計(按省市劃分)。

計算機科學與技術(shù)一級學科及博士點的情況如下：

一級學科的分布情況是：

北京(6)

上海(3)

江蘇(2)

湖北(2)

四川(2)

陜西(2)

遼寧(1)

吉林(1)

黑龍江(1)

浙江(1)

安徽(1)

山東(1)

湖南(1)

重慶(1)

廣東(0)

廣西(0)

海南(0)

福建(0)

天津(0)

河北(0)

山西(0)

內(nèi)蒙古(0)

江西(0)

河南(0)

貴州(0)

云南(0)

甘肅(0)

青海(0)

寧夏(0)

新疆(0)

(0)

博士點的分布情況是：

北京(26)

陜西(13)

上海(12)

江蘇(12)

四川(7)

湖北(7)

遼寧(6)

湖南(6)

黑龍江(5)

浙江(5)

安徽(5)

山東(5)

吉林(3)

河南(3)

廣東(3)

重慶(3)

天津(2)

山西(2)

河北(1)

內(nèi)蒙古(1)

貴州(1)

新疆(1)

福建(0)

江西(0)

廣西(0)

海南(0)

云南(0)

甘肅(0)

青海(0)

寧夏(0)

(0)

從數(shù)據(jù)可以看出分布是非常不均衡的。

計算機科學與技術(shù)一級碩士點及碩士點的分布情況如下(按省市劃分)。

一級學科的分布情況是：

北京(20)

陜西(12)

江蘇(9)

浙江(9)

山東(7)

上海(7)

重慶(6)

湖南(5)

四川(5)

遼寧(5)

湖北(5)

黑龍江(4)

天津(4)

廣東(4)

河北(4)

山西(3)

安徽(3)

甘肅(3)

吉林(2)

福建(2)

江西(2)

河南(2)

云南(2)

內(nèi)蒙古(1)

廣西(1)

新疆(1)

貴州(1)

海南(0)

青海(0)

寧夏(0)

(0)

碩士點的分布情況是：

北京(88)

陜西(51)

江蘇(43)

遼寧(37)

山東(35)

上海(29)

湖北(27)

浙江(25)

湖南(23)

河北(22)

黑龍江(21)

河南(21)

廣東(21)

重慶(21)

四川(21)

安徽(18)

江西(17)

天津(15)

吉林(14)

甘肅(13)

山西(13)

福建(10)

廣西(10)

云南(8)

內(nèi)蒙古(7)

貴州(5)

寧夏(2)

新疆(2)

海南(1)

青海(0)

(0)

從數(shù)據(jù)可以看出分布是極度不均衡的。

因此人才培養(yǎng)面臨挑戰(zhàn)與機遇。

第一個挑戰(zhàn)，社會認知問題。高思在《提高高等學校本科教學質(zhì)量的重大舉措》一文中指出，“實施‘質(zhì)量工程’，是提高高等教育服務(wù)社會的能力，發(fā)揮高等教育在建設(shè)創(chuàng)新型國家和構(gòu)建社會主義和諧社會中的關(guān)鍵作用的要求。然而，高校辦學條件不足、教師隊伍水平不高、教育觀念落后、教學內(nèi)容陳舊、教學方法過死的局面，正在削弱著高等教育對經(jīng)濟社會發(fā)展應(yīng)有的支撐作用，影響高等教育的健康發(fā)展?！?/p>

第二，高校為國家培養(yǎng)人才承擔了責任，計算機技術(shù)發(fā)展快，高等教育入學比例持續(xù)提升，社會需求多樣性，國家的中長期發(fā)展規(guī)劃要求高校承擔更多的責任。

但同時，我們也面臨著很多機遇，教育部的質(zhì)量工程和專業(yè)認證為本科生培養(yǎng)創(chuàng)造了好的條件。在此基礎(chǔ)上，北航也做了一些探索性工作，這些工作也付出了相當?shù)钠D辛和努力。

北航是研究型大學，北航計算機學院也是研究型學院，在學科上有很大優(yōu)勢。我校學科建設(shè)的任務(wù)是凝煉研究方向、匯聚學術(shù)隊伍、構(gòu)筑學科基地。但學科優(yōu)勢與人才培養(yǎng)并非等同，在人才培養(yǎng)過程中如何發(fā)揮優(yōu)勢學科作用，如何將優(yōu)勢學科真正用在人才培養(yǎng)上，是一個挑戰(zhàn)性的問題。

我校的李未校長提出了本科教育要“強化基礎(chǔ)、突出實踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新”。

計算機學院將本科生培養(yǎng)目標定位為培養(yǎng)科技研究型人才?？萍佳芯啃腿瞬啪褪菗碛锌茖W型與工程型相結(jié)合的素質(zhì)、具有堅實的理論基礎(chǔ)、強烈的創(chuàng)新意識，具有正確地分析和解決問題的能力及良好組織能力的人才。而人才培養(yǎng)的基本理念就是把學科優(yōu)勢變成人才培養(yǎng)優(yōu)勢，在此過程中建好人才培養(yǎng)的三個環(huán)境，即教學環(huán)境、實踐環(huán)境和科研環(huán)境，深化優(yōu)勢學科在人才培養(yǎng)環(huán)境建設(shè)中的核心作用。

我們的基本做法是：

1．強化基礎(chǔ)，建設(shè)6門校級核心基礎(chǔ)課和10門核心專業(yè)基礎(chǔ)課

李校長提出大學生的教育要分二個階段強化基礎(chǔ)性教育，其一是通識素質(zhì)教育，重點在大學一、二年級進行；其二是專業(yè)素質(zhì)教育，重點在大學三、四年級進行；學校建設(shè)六門校級核心基礎(chǔ)課程，即數(shù)學分析(272學時)、高等代數(shù)(112學時)、基礎(chǔ)物理(206學時)、大學英語、大學語文、工程訓練(程序設(shè)計)；學院建設(shè)8-10門核心專業(yè)基礎(chǔ)課；學院作為首批試點，選擇了離散數(shù)學、數(shù)字邏輯、計算機組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、軟件工程、計算機圖形學、數(shù)據(jù)庫原理和計算機網(wǎng)絡(luò)作為計算機專業(yè)核心基礎(chǔ)課。

2．學科梯隊作為課程群和核心課程主體

學院在學校最早完成了所有教授上本科課程的任務(wù)，進而組建了學科責任教授、學術(shù)帶頭人負責的5個課程群。課程群教授負責整合課程體系結(jié)構(gòu)，組織設(shè)計課程及實驗內(nèi)容等，形成教學與實驗教學有機銜接，促進了新知識、新技術(shù)及時進入課堂。

學科責任教授組織教學與實驗體系設(shè)計與建設(shè)，使得教學實驗體系能夠按學科方向建設(shè)；按本科生與研究生實驗統(tǒng)籌規(guī)劃，使得本科生與研究生實驗打通，并有機銜接，為優(yōu)秀的本科生提供更深入的實驗內(nèi)容。

3．以建設(shè)精品課程為驅(qū)動力，建設(shè)核心課程

精品課程建設(shè)是教學一項重要工作，我們現(xiàn)有校級精品課程8門，北京市精品課程2門，國家精品課程2門。

2008年，《計算機概論與倫理》和《編譯技術(shù)》獲得國家精品課程。熊璋教授是學科責任教授，他首先將計算機倫理引入本科計算機教學，教學效果非常好，是學生最喜愛的教師之一。

張莉教授是國家重大基礎(chǔ)研究計劃973項目二級課題負責人，她負責的《編譯技術(shù)》課程注重團隊建設(shè)，將科研成果融入教學。

4．突出實踐，強化計算機專業(yè)教學實驗中心建設(shè)

學院教學實驗中心已經(jīng)建設(shè)成為一個具有堅實的學科基礎(chǔ)、擁有先進的實驗體系和一流的實驗環(huán)境的實驗教學基地和工程創(chuàng)新能力培育基地，2006年獲得首批計算機專業(yè)國家教學示范中心。

學院除教學實驗中心的專任實驗教師參與實驗體系建設(shè)外，另有20多名非實驗中心的教師參與到實驗體系的建設(shè)與實驗教學過程中。

實驗教學體系結(jié)構(gòu)上分為學科基礎(chǔ)實驗平臺、一級學科實驗平臺和二級學科實驗平臺三個層次。

在實驗教學體系建設(shè)過程中，實驗中心堅持本研一體化建設(shè)。

堅持教學實驗室與國際企業(yè)合作。

實驗體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 北航計算機學院實驗體系結(jié)構(gòu)

5．以計算機系統(tǒng)系列課程為突破口，實現(xiàn)核心理論基礎(chǔ)課程與工程實驗課程相結(jié)合

對數(shù)理邏輯、數(shù)字邏輯、計算機組成原理、編譯原理與技術(shù)、操作系統(tǒng)進行統(tǒng)一一體的研究?，F(xiàn)在的教材基本上自成一體，課程之間相對獨立，缺乏有效的銜接，各門課程知識自成體系，冗余性較為突出，學生難以建立計算機系統(tǒng)整體概念。我們通過MIPS指令系統(tǒng)建立環(huán)境，使本科生能夠設(shè)計實現(xiàn)一個功能型計算機、一個編譯系統(tǒng)、一個操作系統(tǒng)，最終實現(xiàn)一個相對完整的計算機系統(tǒng)。

具體做法是，用數(shù)理邏輯建立邏輯描述的方法和能力，包括布爾邏輯及其變換、真值表的邏輯表示以及邏輯范式表示。這樣就可以應(yīng)用數(shù)字邏輯知識，基于MIPS指令集，實現(xiàn)基本部件，設(shè)計寄存器、加法器、移位器、控制器、多路選擇器、計數(shù)器、比較器。有了基本部件，就可以應(yīng)用組成原理知識，將基本部件搭建起來，形成數(shù)據(jù)通路，進行實驗。在此基礎(chǔ)上，學生實現(xiàn)編譯，實現(xiàn)操作系統(tǒng)。這樣可以使課程有機地結(jié)合在一起，解決了核心課程與方向核心課程的合理有效劃分；為解決工科類研究型學院實現(xiàn)計算機專業(yè)認證提出的四個方向知識體系教學；為實踐科學型和工程型相結(jié)合的人才培養(yǎng)的教學課程與實驗課程體系提供了一種成功的經(jīng)驗。

6．以企業(yè)作為人才培養(yǎng)的重要基地，了解企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境

本科人才培養(yǎng)的過程中，建立學生社會實習基地，使學生了解社會需求，參與社會技術(shù)活動，培養(yǎng)學生的競爭能力。每年的45%的專業(yè)實習、5%~10%的畢業(yè)設(shè)計在企業(yè)進行。

另外，我校著眼創(chuàng)新能力與素質(zhì)培養(yǎng)的科研環(huán)境建設(shè)，具體做法是：

1．將重點實驗室作為學術(shù)梯隊的基地

我校擁有軟件開發(fā)環(huán)境國家重點實驗室、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室、可信網(wǎng)絡(luò)計算國防科工委重點學科實驗室、先進計算機應(yīng)用技術(shù)教育部工程中心、北京市先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點實驗室等重點實驗室以及中德軟件技術(shù)研究所、軟件所和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究所等單位。90%以上的教師與實驗室是緊耦合的合作關(guān)系。

2．以重點實驗室等科研環(huán)境為基地，培養(yǎng)科學研究和工程實踐能力與素質(zhì)

以重點實驗室為主要培養(yǎng)基地，發(fā)揮重點實驗室的主導作用，為本科生感悟科技探索、研究和創(chuàng)新提供了實踐環(huán)境。

通過本科生參與學術(shù)討論，培養(yǎng)學生有效的交流能力；通過團隊合作，培養(yǎng)學生能夠較好地與人合作共事的能力；通過科研實踐，培養(yǎng)學生的專業(yè)自信心及對計算機專業(yè)的熱愛，培養(yǎng)他們的探索精神，并具備渴望解決問題的愿望和自驅(qū)力。

將重點實驗室科研環(huán)境轉(zhuǎn)化為教學實驗環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室在“985”工程和科技部實驗室基金的支持下建立了良好的實驗研究環(huán)境，虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程實踐充分利用這一有利條件開設(shè)實驗課程，包括演示驗證、典型系統(tǒng)開發(fā)和創(chuàng)新實驗三個不同層次。

發(fā)揮重點實驗室的主導作用，將其作為科學型與工程型教學實踐的重要基地。近三年來，我院進入科研實驗室的本科生達到90%以上，其中有55%的專業(yè)實習在科研實驗室完成，承擔了90%以上的本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。

3．以重點實驗室為國際學術(shù)交流的窗口，使直接感悟國際學術(shù)前沿

重點實驗室成為國際交流與合作的窗口，與英國劍橋大學、南安普頓大學、利茲大學與愛丁堡大學，美國MIT、芝加哥大學與伊利諾斯理工學院，加拿大多倫多大學，德國洪堡大學，澳大利亞Monash大學及香港科技大學等建立了合作關(guān)系。

重點實驗室邀請國際著名專家、教授訪問，如邀請“圖靈獎”獲得者Robin Milner教授、“萊布尼茲獎”和“祖思獎”獲得者Hotz教授、英國皇家學會會員Gordon Plotkin教授、英國eScience首席科學家Tony Hey、美國阿貢實驗室Ian Foster教授、荷蘭科學院院士Barendregt教授來華訪問交流。

篇7

認知科學是研究人類認知的本質(zhì)及規(guī)律，揭示人類心智奧秘的科學。它的研究范圍包括知覺、注意、記憶、動作、語言、推理、思考乃至意識在內(nèi)的各個層次和方面的人類的認知活動。認知科學是建立在心理學、計算機科學、神經(jīng)科學、人類學、語言學、哲學共同關(guān)心的交界面上，即為解釋、理解、表達、計算人類乃至機器的智能的共同興趣上，涌現(xiàn)出來的高度跨學科的新興科學。

2認知科學的起源及發(fā)展

2.1認知科學的起源認知科學起源于古代，基本上以思辨式的研究為主。從20世紀30年代開始，一批有遠見卓識的科學家就已經(jīng)開始了認知科學的基礎(chǔ)研究，1973年，美國心理學家朗蓋特第一次在論文中使用“認知科學（CognitiveScience）”一詞。1977年，著名的認知科學研究領(lǐng)域的權(quán)威期刊《CognitiveSci－ence》創(chuàng)刊。1979年，在著名的斯隆基金會的資助下，由心理學、語言學、計算機科學和哲學界著名的學者SchankR、CollinsA、NormanD等人發(fā)起，聯(lián)合其他學科對認知進行深入研究，一些著名的學者在加州共同成立了美國認知科學協(xié)會，并將權(quán)威期刊《CognitiveScience》確定為認知科學學會會刊。美國認知科學協(xié)會的成立標志著認知科學的誕生［9］。從此以后，世界各國的名牌大學及科研院所紛紛成立認知科學的研究中心或研究所，并創(chuàng)刊了一批具有國際影響力的認知科學學術(shù)期刊，如《CognitivePsychology》、《Cognition》、《CognitiveNeuroscience》。上述種種努力，使得認知科學得到了迅速的發(fā)展，并逐漸成為世界各國爭相發(fā)展的前沿學科［10］。

2.2認知科學的發(fā)展在認知科學近60年的發(fā)展歷程中，其主要指導理論在發(fā)生著變化，因此我們可以按照主要指導理論將認知科學的發(fā)展分為以下三個不同的發(fā)展階段。

2.2.1計算理論階段約為20世紀40年代到50年代末，這一階段認知科學的研究主要是基于“認知即計算”這一經(jīng)典理論而展開的。其代表人物為丘奇（Church）、圖靈、馮•諾伊曼。美國數(shù)學家丘奇最早在他的論文《初等數(shù)論中的一個不可解問題》中，提出了人類的認知和其它任何具有輸入輸出關(guān)系的函數(shù)一樣，都是可定義可計算的；圖靈在其著名的“圖靈機”和“圖靈測試”中，進一步表達了對認知和智力的理解，他認為認知和智力的任何一種狀態(tài)都是圖靈機的某一種狀態(tài)，認知和智力的任何活動都是圖靈機定義的可以表達的、可以一步一步地機械實現(xiàn)的“計算”；馮•諾伊曼在“馮•諾伊曼體系結(jié)構(gòu)計算機”中，將人類的大腦思維模擬為中央處理器對一系列指令序列的處理，而將人類記憶的認知信息和學習技能模擬為存儲器中存儲的數(shù)據(jù)和程序，將接受信息和改造世界模擬為輸入／輸出，從而將認知統(tǒng)一在“計算機”這一認知模擬器中，其中心思想仍然是中央處理器對指令的計算。

2.2.2符號處理理論階段從20世紀50年代末到80年代初期，這一階段認知科學的研究主要基于“認知是對符號的計算機處理”的理論，又被稱為“計算機處理經(jīng)典符號階段”，因為它和當時逐漸發(fā)展起來的計算機科學緊密相關(guān)。符號處理理論實際上是“認知即計算”理論的延伸和拓展。既然認知是計算，所以它一定是個信息處理系統(tǒng)，并將描述認知的基本單元定義為“符號”；而不同的認知活動都可以模擬為一個計算機程序；因此，人類的認知就是計算機程序?qū)Ψ柕囊幌盗刑幚恚ㄝ斎敕枴⑤敵龇?、存儲符號、復制符號、建立符號結(jié)構(gòu)及條件性轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)智能。艾倫•紐維爾和赫伯特•西蒙是這個階段認知科學研究的杰出代表，他們將任何可被人類感覺器官感知、智能系統(tǒng)分辨、認知功能實現(xiàn)的有意義的認知模式，如圖像、聲音、文字、語言、意識等，都編碼為物理符號，而將人類的某個認知活動模擬為一個計算機程序?；谶@種思想，他們合作開發(fā)了最早的模擬人類認知的啟發(fā)式程序“邏輯理論家（LogicTheorist）”，并在著名的“達特茅斯會議”上，引起認知科學研究領(lǐng)域的極大轟動。他們進一步研究人類認知中求解難題的共同思維規(guī)律，開發(fā)出能夠求解11種難題的著名計算機程序“通用問題求解器（GeneralProblemsSolver）”，從而將符號處理階段的認知科學的研究發(fā)展到了一個頂峰。

2.2.3多理論階段從20世紀70年代到今天，三種主要的指導理論引領(lǐng)著認知科學的發(fā)展，它們分別是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、模塊理論、環(huán)境作用理論?！叭斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)理論”又稱“聯(lián)結(jié)主義理論”，該理論把人類的認知模擬為多個人工神經(jīng)元所組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理信息，是一種信息處理系統(tǒng)，信息是交互作用的人工神經(jīng)元的激活模式，信息并不存在于特定的神經(jīng)元中，而是存在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)中或權(quán)重里，通過調(diào)整權(quán)重就可以改變網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)關(guān)系并進而改變網(wǎng)絡(luò)的功能?！澳K理論”由福德（Forder）首次提出，受計算機硬件和軟件中的模塊化思想影響，福德認為人類認知的主體—大腦，在結(jié)構(gòu)及功能上實際都可以劃分為若干個高度專業(yè)化并相對獨立的認知模塊，這些模塊的結(jié)合及相互作用實現(xiàn)了人類的認知功能。因此，認知科學研究的重點應(yīng)該是大腦功能模塊的劃分及相互作用機制的研究?！碍h(huán)境作用理論”認為，認知科學的研究不應(yīng)該僅僅局限在表達（Represention）和推理（Reason－ing）等認知方法和理論的研究中，還應(yīng)該從系統(tǒng)的角度來研究，尤其注重認知體所在的環(huán)境及現(xiàn)場對認知的影響。人類的認知不只是認知個體大腦的思維活動，還取決于環(huán)境，發(fā)生在個體與環(huán)境的交互作用之中。這方面研究的代表人物是MIT的Brooks教授，他的《沒有表達的智能》、《沒有推理的智能》等一系列的論文，強調(diào)了認知體與環(huán)境交互作用對認知的重大影響，并以研究成果“人造昆蟲”將這一理論推到了高峰［13］。

3認知科學的學科結(jié)構(gòu)及研究方向

3.1認知科學的學科結(jié)構(gòu)當前，國際上公認的認知科學的學科結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是基于美國科學家PylyshynZ提出的六角形認知科學學科結(jié)構(gòu)圖，分布在六角形六個頂點的是心理學、計算機科學、神經(jīng)科學、語言學、人類學、哲學六大核心支撐學科，體現(xiàn)了認知科學是上述六大核心支撐學科共同關(guān)注的交界面［14］。這六大核心支撐學科之間互相交叉，又產(chǎn)生出11個新興交叉學科，分別是控制論、神經(jīng)語言學、神經(jīng)心理學、認知過程仿真、計算語言學、心理語言學、心理哲學、語言哲學、人類學語言學、認知人類學、腦進化。

3.2認知科學的研究方向當前，認知科學的研究方向主要集中在與計算機科學相關(guān)的認知模型、大腦存儲模型及認知計算的研究上。4．2．1認知模型認知模型是指模擬人類認知，從而人工構(gòu)建出的認知對象、認知架構(gòu)、認知模擬的統(tǒng)一體?？紤]到認知科學研究的巨大復雜性，研究認知科學往往摒棄認知的許多表象，而將認知的實質(zhì)簡化在一個認知模型（CognitiveModel）中，并通過對認知模型的研究來發(fā)現(xiàn)認知的本質(zhì)及其規(guī)律。

3.2.2大腦存儲模型大腦存儲模型是指仿生人類大腦的存儲機制而構(gòu)造出的人工存儲模型。人類的大腦是迄今為止已知的最復雜、最合理、最高效的存儲系統(tǒng)。模擬大腦的存儲機制構(gòu)建一個大腦存儲模型，以這個大腦存儲模型為研究對象進行大腦存儲的深入研究，不但可以解決以真正大腦為研究對象進行研究面臨的諸多生理和倫理困難，而且可以以一個全新的角度提出大腦存儲研究的科學理論和方法，并將這些理論和方法應(yīng)用于人造存儲系統(tǒng)的實踐中。因此，大腦存儲模型的研究有著很高的理論水平和應(yīng)用價值。

3.2.3認知計算認知計算（CognitiveComputation）是指仿生人類在認知過程中，對所有認知數(shù)據(jù)連續(xù)進行處理時所采用的全部算法。借助于認知計算，我們不但可以將外部世界紛繁復雜的信息進行量化、融合、轉(zhuǎn)達，而且還可以把人類的認知機制建模在一個適合認知科學研究的認知模型中，開展認知實驗，記錄認知數(shù)據(jù)，計算認知性能指標，發(fā)現(xiàn)認知的本質(zhì)和規(guī)律，并最終構(gòu)建一個具有人類認知功能的“認知機”。

4認知模型的相關(guān)研究

4.1符號主義認知模型符號主義認知模型是最傳統(tǒng)的認知模型，它的認知對象是符號。符號主義認知模型主要思想是把認知當成對理性符號的處理，借助于不同的產(chǎn)生式規(guī)則，對符號進行替換運算。產(chǎn)生式規(guī)則被描述成“條件———動作”形式，它模仿了人類在推理和解決問題對應(yīng)不同條件執(zhí)行的相應(yīng)動作。符號主義認知模型的主要代表是NewellA提出的狀態(tài)算子和結(jié)果模型SOAR（StateOperatorAndResult）、AndersonJK提出的思維適應(yīng)性控制模型ACT（AdaptiveControlofThought）。SOAR是圍繞著算子的選擇和應(yīng)用功能來組織產(chǎn)生式規(guī)則，其高層結(jié)構(gòu)由控制策略、成果記憶區(qū)和工作記憶區(qū)組成?；谏鲜鏊枷氲腟OAR實現(xiàn)了短時記憶的功能，并且很好地使概念、事實、規(guī)則有機結(jié)合在一起。ACT模擬人類高級認知過程的產(chǎn)生式規(guī)則，產(chǎn)生式規(guī)則系統(tǒng)由三個記憶部分組成：工作記憶、陳述性記憶和產(chǎn)生式記憶。產(chǎn)生式規(guī)則既可以由工作記憶根據(jù)現(xiàn)場情況臨時產(chǎn)生，也可以是陳述性記憶存儲的以往的產(chǎn)生式規(guī)則，還可以是產(chǎn)生式記憶中推理出的新的產(chǎn)生式規(guī)則。ACT實現(xiàn)了長期記憶的功能，較好地體現(xiàn)了認知過程中“從做中學”的思想。

4.2聯(lián)結(jié)主義認知模型聯(lián)結(jié)主義認知模型是一個巨大的信息節(jié)點交互網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點與其他每個節(jié)點之間相互聯(lián)結(jié)、相互影響，它的認知對象是在這個網(wǎng)絡(luò)中傳遞的信息。聯(lián)結(jié)主義認知模型模擬了人類的思維過程，具有自學習和自適應(yīng)的能力。聯(lián)結(jié)主義的典型代表是McClelland等人創(chuàng)立的平行分配過程模型PDP（ParallelDistributedProcessing），又稱人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。PDP模擬了人類的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其特色在于信息的分布式存儲和并行協(xié)同處理。雖然單個節(jié)點的結(jié)構(gòu)極其簡單，功能有限，但大量節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能卻很強大。

4.3腦邏輯認知模型腦邏輯認知模型是模擬大腦的認知機制而非生理解剖結(jié)構(gòu)建立起來的認知模型，該模型包括思維引擎、記憶體和感知及動作緩存機制，力圖研究記憶的意識對認知行為的影響。該方面的研究尤其以Calgary大學的WangYing－xu教授最為有名，WangYing－xu教授及其團隊自2003年至2011年，連續(xù)發(fā)表了多篇論文，詳細闡述了腦邏輯認知模型對人類認知的模擬、腦邏輯認知模型中如何實現(xiàn)認知中數(shù)據(jù)、信息、知識和行為間的關(guān)聯(lián)。腦邏輯認知模型為計算機模擬自然智能行為和認知方法建立了基礎(chǔ)［21］。國內(nèi)學者提出的基于粒計算的認知模型和機制主義模型同樣屬于腦邏輯認知模型。

4.4認知模型的最新研究———一元事件認知模型一元事件認知模型如圖3所示。

4.4.1一元事件認知模型的基本概念（1）認知元。認知的基本單位是認知元，以小寫字母x、y、z等表示。及所在行的清晰度等屬性值。（4）任務(wù)。任務(wù)記作j＝｛r｝k，是一個不完整的一元事件描述。（5）方法。方法是任務(wù)中缺省的必元或結(jié)元，是完成任務(wù)后輸出的結(jié)果。

4.4.2一元事件認知模型的特征（1）本能。本能是一元事件認知模型各功能機構(gòu)本身固有的操作序列，在滿足一定的外部和內(nèi)部條件時被觸發(fā)執(zhí)行。（2）hlt。hlt是一元事件認知模型的各功能機構(gòu)的一種暫停狀態(tài)，此時，它暫停一切操作，等待該功能機構(gòu)某種本能被觸發(fā)。（3）box。一元事件認知模型內(nèi)部的各功能機構(gòu)內(nèi)都存在著一定數(shù)量的box，作為存放數(shù)據(jù)的中間存儲單元。

4.4.3認知流程將按時間先后串行作用于一元事件認知模型上的一元事件、認識、任務(wù)定義為一個認知流程，如圖4所示即是一個認知流程例子。5．4．4認知性能指標（1）成功率：認知模型到某一時刻止，完成的任務(wù)占提交的任務(wù)總數(shù)的比例，記作η。（2）潛能：認知模型到某一時刻止，能夠完成的所有任務(wù)的總數(shù)，記作pl。（3）水平：某一時刻，記憶體的水平即為認知模型的水平，記作l。（4）認知量：認知模型在某一時刻，已經(jīng)存儲在記憶體中的認識總量，記作q。（5）認知率：認知模型在某一時刻之前，認知量和感悟及接受的認識總量之比，記作a。5．4．5一元事件認知模型的研究結(jié)論文獻［22］認為，理想的認知模型隨著認知流程的延續(xù)，各個認識的屬性值呈動態(tài)變化，完成任務(wù)能夠改變記憶體中存儲的認識，而認知指標的變化則與記憶體容量的變化線性相關(guān)。圖5a和圖5b分別是一元事件認知模型中對應(yīng)圖4的認知流程實驗，在容量c＝19時，t9和t15兩個不同的時刻，記憶體存儲的認識屬性變化情況。其中，認識y4的范數(shù)由1變化為3，單元數(shù)由2變化為8，復雜度由3變化為17，而全部認識y1、y2、y3、y4、y5、y6所在行的清晰度由6、3、5、4、2、1改變?yōu)?、4、5、1、3、2；而完成任務(wù)的前后，即t9和t15兩個不同的時刻，記憶體中存儲的認識由6個減少為5個?？梢?，一元事件認知模型中，隨著認知流程的延續(xù)，各個認識的屬性值都呈動態(tài)變化，而完成任務(wù)改變了記憶體中存儲的認識。表1為在t9時刻和t15時刻，容量c變化時一元事件認知模型認知指標的對應(yīng)變化。從表1中可以看出，不同時刻，當記憶體的容量c增大時，各項認知指標都相應(yīng)增大，而當容量Figure5Cognitionstoredinmemorybankatt9andt15圖5t9時刻和t15時刻記憶體中存儲的認識減小時，各項認知指標又相應(yīng)地減小。如認知指標潛能pl，當記憶體的容量c從10增加到19時，潛能pl從20增加到40，而當記憶體的容量c從21減小到19時，潛能pl從44減小到40?？梢?，認知指標的變化與記憶體容量的變化線性相關(guān)。更多的認知流程實驗在一元事件認知模型上的結(jié)果和圖5a、圖5b及表1的結(jié)果相似，因此綜合以上論述，可知一元事件認知模型是一種理想的認知模型。

5大腦存儲模型的相關(guān)研究

5.1基于神經(jīng)科學的大腦存儲模型基于神經(jīng)科學的大腦存儲模型認為大腦存儲認知信息的最小解剖單位是神經(jīng)元細胞。大腦左右兩個半球的表面是一層平均厚度約2．5mm的大腦皮層，由150億個左右的神經(jīng)元細胞構(gòu)成，是認知信息存儲的主要場所。大量的大腦皮層損傷病例及通過去除大腦皮層的某個區(qū)域或?qū)Υ竽X皮層的某個區(qū)域給予適當?shù)奈锢泶碳ぃㄈ珉娏鞔碳ぃ┌l(fā)現(xiàn)，大腦皮層的不同物理區(qū)域存儲不同的認知信息。最新的研究發(fā)現(xiàn)，位于大腦前部的額葉（Fron－talLobe）區(qū)域存儲與人類智能及運動有關(guān)的認知信息，位于大腦上部的頂葉（ParietalLobe）區(qū)域存儲與人類的感覺、知覺及語言有關(guān)的信息，位于大腦后部的枕葉（OccipitalLobe）區(qū)域存儲與人類視覺有關(guān)的信息，而位于大腦中部的顳葉（Tempo－ralLobe）區(qū)域則存儲與人類聽覺、嗅覺有關(guān)的信息。籍此，基于神經(jīng)科學的大腦存儲模型認為大腦的存儲機制是將不同性質(zhì)的認知信息在不同的大腦皮層區(qū)域分類存儲。

5.2基于神經(jīng)影像學的大腦存儲模型基于神經(jīng)影像學的大腦存儲模型利用現(xiàn)代神經(jīng)影像學技術(shù)，對人類認知活動產(chǎn)生的認知信息存儲在大腦的物理位置進行定位，對大腦對認知信息的響應(yīng)強度進行測量，對存儲認知信息時腦區(qū)各部分之間相互關(guān)聯(lián)的變化進行觀察，從而建立對應(yīng)的大腦存儲模型。這些神經(jīng)影像學技術(shù)包括直接測量與腦神經(jīng)活動直接相關(guān)的生物電磁場變化信號的彌散張量成像DTI（DiffusionTensorImaging）、腦磁圖MEG（Magnetoencephalography）、腦電圖EEG（Electroencephalography）和事件相關(guān)電位（ERPs）等技術(shù)，以及間接測量腦神經(jīng)活動引起的血液動力學變化信號的單光子發(fā)射計算層析成像（SPECT）、正電子發(fā)射層析成像（PET）和功能磁共振成像fMRI（functionalMagneticResonanceImage）等技術(shù)。其中，功能磁共振成像fMRI是在磁共振成像（MRI）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的進行腦功能成像的新技術(shù)，可無創(chuàng)傷地對神經(jīng)元活動進行比較準確的定位，并具有比較高的空間和時間分辨率及較好的可重復性，通過腦血流、葡萄糖代謝和受體的觀察，依據(jù)血氧水平依賴性BOLD（BloodOxygenLevelDependent）腦功能成像方法，得到優(yōu)質(zhì)的fMRI圖像，借助于先進的fMRI圖像處理和分析技術(shù)，可以更精確地確定各腦功能區(qū)以及其內(nèi)部構(gòu)造和功能特點，尤其是腦的存儲認知信息情況，因此成為目前最先進的大腦存儲模型研究手段之一。基于上述的fMRI技術(shù)，人們發(fā)現(xiàn)了大腦存儲認知信息的更精細結(jié)構(gòu)。對短時間內(nèi)需要存儲和操作的信息—即工作記憶，大腦皮層會分配不同的區(qū)域存儲不同類型的信息或作為操作的臨時存儲區(qū)。如詞語工作記憶中信息是存儲在左半球后頂葉皮質(zhì)區(qū)（BA40），而詞語工作記憶進行復述時，由左半球Broca區(qū)（BA44）、左前運動區(qū)（BA6）以及左輔助運動區(qū)（BA6）作為臨時存儲區(qū)；而空間工作記憶中的信息是存儲在腦右半球一些腦區(qū)，包括右枕前皮質(zhì)（BA19）、右前運動區(qū)（BA6）以及右腦前額葉腹側(cè)（BA47）；視覺工作記憶信息主要存儲在左半球的頂葉和顳葉下部。對長時間內(nèi)需要存儲和操作的信息———長時記憶，大腦皮層也有相應(yīng)的存儲區(qū)域。如長時記憶的情景記憶信息是存儲在左額葉、顳葉內(nèi)側(cè)和頂枕區(qū)，長時記憶的語義記憶信息存儲在左側(cè)前額葉和顳葉的左側(cè)顳中回（BA21）和雙側(cè)顳頂區(qū)（BA37）［27］。fMRI研究還表明，某個大腦皮層區(qū)域存儲對應(yīng)類型的信息不是絕對的，在某些情況下（如另外一個大腦皮層區(qū)域被切除）它可以代償存儲另外一個大腦皮層區(qū)域應(yīng)該存儲的認知信息；進一步的研究還發(fā)現(xiàn)，內(nèi)顳葉體積的縮小與長時記憶中的提取成功率減少有關(guān)，而隨著人類年齡的增加，內(nèi)顳葉體積有逐漸減小的趨勢，這也解釋了老年人相對于年輕人記憶力減退的原因［28］。

5.3基于心理學的大腦存儲模型基于心理學的大腦存儲模型把大腦當作一個黑箱，通過給被試提供不同的視覺素材、聽覺素材及對應(yīng)的記憶規(guī)則，研究被試在該記憶規(guī)則下對輸入信息的記憶效果，從而把大腦黑箱還原成一個存儲認知信息的存儲模型。這些不同的視覺素材、聽覺素材及對應(yīng)的記憶規(guī)則構(gòu)成了不同的研究人類大腦存儲模型的心理學實驗。其中經(jīng)典的實驗有Posner視覺信息編碼實驗、Clark和Chase句子－圖畫匹配實驗、Sternberg短時記憶信息相加因素法實驗、字母轉(zhuǎn)換實驗（“開窗”實驗）、Peterson和Peterson遺忘進程實驗、Waugh和Norman分開痕跡消退與干擾實驗、四卡片證真和證偽等一系列心理學實驗［29］。通過這一系列的實驗，心理學家在關(guān)于大腦的存儲模型上得出以下的共識：即大腦的存儲模型是以Baddeley三成分模型為框架的泛工作記憶模型。Baddeley三成分模型是Baddeley等人最早提出的，他們認為刺激人類認知的信息被分為三種不同的成分，分別存儲到大腦中不同功能的存儲區(qū)中。其中，直接刺激人類感覺器官產(chǎn)生的視覺、聽覺等認知信息被稱為工作記憶信息，它們暫時存儲在大腦的工作記憶區(qū)中，如果這些信息不被人類的認知進行處理，則這些信息很快就會從工作記憶區(qū)中消失，所以，工作記憶信息又被稱為短時記憶信息；當工作記憶信息被人類的認知有意識地進行了一次處理，則生成的信息稱為陳述性記憶信息，被存儲在陳述性記憶區(qū)。而當工作記憶信息被人類的認知有意識地進行了重復的處理，則生成的信息稱為程序性記憶信息，被存儲在程序性記憶區(qū)內(nèi)；程序性記憶信息存儲在大腦中的時間最長，因此又被稱為長時記憶信息，而陳述性記憶信息存儲在大腦中的時間介于工作記憶信息和程序性記憶信息之間。心理學后續(xù)的關(guān)于大腦存儲模型的研究擴展了工作記憶信息、陳述性記憶信息、程序性記憶信息的內(nèi)涵和外延，但都基于工作記憶信息，所以統(tǒng)稱為泛工作記憶模型。

5.4基于語言學的大腦存儲模型語言是人類特有的信息交流與存儲方式，人類的語言功能受大腦皮層的語言中樞控制，與大腦的關(guān)系極其復雜。很多語言學家從人類語言的組成單位及組織規(guī)則的角度，映射大腦對應(yīng)的存儲模型。Elissa等人認為，人類語言的組成單位有音節(jié)、詞語、短語、句子、段落、篇章，它們都具有聲學特征或語義特征，人類語言的組織規(guī)則是由小的語言組成單位分層遞歸地組合建構(gòu)成較大的語言組成單位，正是不同的組織規(guī)則才構(gòu)成了人類不同的語言。音節(jié)是最小的語言組成單位，音節(jié)的個數(shù)是有限的，人類大腦生來就具有識別和控制發(fā)出音節(jié)的神經(jīng)元組織，即對音節(jié)的掌握是人類大腦的本能；由小的音節(jié)組合建構(gòu)成大的詞語，是后天訓練學習的結(jié)果，這個訓練學習的方式或程序構(gòu)成了人類語言的第一層組織規(guī)則，并被牢牢地存儲在大腦皮層中；依次類推，由詞語構(gòu)成短語，由短語構(gòu)成句子，由句子構(gòu)成段落，由段落構(gòu)成篇章都是后天訓練學習的結(jié)果，這些訓練學習的方式或程序被作為人類語言不同層次的組織規(guī)則，相繼存儲在大腦皮層中。因此，基于語言學的大腦存儲模型認為語言是不同層次的組織規(guī)則（程序）在本能音節(jié)（數(shù)據(jù)）上的運行結(jié)果（輸出），大腦中存儲的是語言的組織規(guī)則而非語言本身，任一層次組織規(guī)則的改變都可以改變語言本身，但處于較低層次的組織規(guī)則的改變對語言的改變影響更大。這種存儲模型得到很多語言學家的支持。

6認知計算的相關(guān)研究

6.4基于腦電信號的認知計算基于腦電（EEG）信號的認知計算是設(shè)計一組認知實驗，記錄被試對應(yīng)認知實驗中不同認知活動的腦電信號，并通過對腦電信號的計算、分析，提取不同的認知活動對應(yīng)的腦電信號特征。常見的認知實驗有圖片刺激實驗、數(shù)字運算實驗、規(guī)則提取實驗等。被試一般經(jīng)過挑選，文化程度較高且頭發(fā)不太濃密的短發(fā)成年男性是首選。實驗中，被試佩戴電極導數(shù)適中（如64導、128導）的電極帽，按要求完成認知實驗中的任務(wù)。實驗過程中生成的腦電信號被與電極帽相連的放大器放大，再經(jīng)降噪、過濾、采樣、A／D轉(zhuǎn)換，最終生成特定格式的文件如．cnt文件，作為基于腦電信號的認知計算的原始數(shù)據(jù)存儲在PC機中。認知計算繼續(xù)對存儲在PC機中的腦電信號的原始數(shù)據(jù)進行處理。去除壞樣本是計算的第一步，比如發(fā)生嚴重漂移的EGA信號或明顯的肌電、眼電信號。接著是根據(jù)腦電信號對不同認知活動進行特征提取，共空間模式CSP（CommonSpa－tialPattern）是最新的從多導的腦電信號中提取某種認知活動腦電信號特征的有效算法。該算法將某種認知活動對應(yīng)的腦電信號進行標記，作為Ⅰ類，而把其它的所有信號進行標記，作為Ⅱ類。CSP通過對兩類的腦電信號進行訓練，得到一個投影矩陣P，P能將兩類數(shù)據(jù)投影到方差區(qū)別最大的方向，從而去除了Ⅱ類信號的干擾，突出了Ⅰ類信號的特征。設(shè)V是包含兩類信號的原始腦電信號，而Z是經(jīng)過投影之后得到的可供特征提取及分類的腦電信號，則Z＝PV。取A＝（P－1）T，A的每一行向量被稱為一個空間模式。CSP的關(guān)鍵是求解投影矩陣P，設(shè)供訓練的輸入腦電信號是一個K×T的矩陣，其中K是腦電數(shù)據(jù)的導數(shù)，T是數(shù)據(jù)的樣本點數(shù)，X1是Ⅰ類帶標記的訓練數(shù)據(jù)，X2是Ⅱ類帶標記的訓練數(shù)據(jù)，X1的協(xié)方差矩陣為。

6.2基于功能磁共振（fMRI）數(shù)據(jù)的認知計算基于fMRI數(shù)據(jù)的認知計算分為三個步驟：認知活動實驗、圖像采集、數(shù)據(jù)分析。認知活動實驗同樣需要精心設(shè)計，所不同的是，為了提高fMRI圖像中BLOD信號的信噪比，同一種認知活動的實驗需要重復多次，重復的時間間隔稱為刺激時間模式，常用的刺激時間模式有組塊設(shè)計BD（BlockDesign）和事件相關(guān)設(shè)計ED（E－vent－relatedDesign）。圖像采集包括fMRI圖像采集和解剖圖像采集兩部分。fMRI圖像通過采用特定的成像序列掃描而獲得，掃描與實驗同步進行；由于fMRI圖像的分辨率和信噪比不高，還需要掃描一幅與fM－RI圖像位置完全相同的高分辨率解剖圖像，從而把fMRI圖像得到的腦區(qū)激活信息對應(yīng)到相應(yīng)的解剖位置上，解剖圖像一般采用3D圖像或T1解剖結(jié)構(gòu)圖像。數(shù)據(jù)分析包括對采集的圖像數(shù)據(jù)進行預處理及計算，以確定不同認知活動對應(yīng)的解剖腦區(qū)。預處理一般包括層間時間校正、頭動校正、標準化、平滑等；計算包括原始fMRI圖像重建、轉(zhuǎn)換成標準格式、fMRI圖像層面時間校正和運動校正、fMRI圖像的時間域濾波、fMRI圖像的空間平滑、去除頭皮外偽影、時間序列時間點數(shù)據(jù)的標準化、空間歸一化或標準化、統(tǒng)計、激活腦區(qū)與解剖位置對應(yīng)等。很多新開發(fā)的軟件已經(jīng)能夠完成fMRI數(shù)據(jù)分析的某些功能，如美國Wisconxin醫(yī)學院生物物理研究所研制的ANFI、Friston等人開發(fā)的SPM、美國匹茲堡大學CCN實驗室（ClinicalCog－nitiveNeurosciencelaboratory）開發(fā)的NIS、商業(yè)fMRI數(shù)據(jù)分析軟件BrainVoyage等。

6.3基于視聽覺信息的認知計算基于視聽覺信息的認知計算將認知定義為大腦對視聽覺信息的計算，它的認知數(shù)據(jù)就是被人類直接感知和理解的一組圖像、語音和文本（語言）等信息。認知計算的目標是從人類的視聽覺認知機理出發(fā)，研究并構(gòu)建新的計算模型與計算方法，提高計算機對非結(jié)構(gòu)化視聽覺感知信息的理解能力和海量異構(gòu)信息的處理效率，克服圖像、語音和文本（語言）信息處理所面臨的瓶頸困難。認知計算主要解決感知特征提取、表達與整合，感知數(shù)據(jù)的機器學習與理解，多模態(tài)信息協(xié)同計算等核心科學問題。目前，基于視聽覺信息的認知計算已經(jīng)在視聽覺信息協(xié)同計算、自然語言理解以及與視聽覺認知相關(guān)的人腦―計算機接口等三項關(guān)鍵技術(shù)方面取得一定的突破，Google公司已經(jīng)研制成功集成上述相關(guān)研究成果、具有自然環(huán)境感知與智能行為決策能力的無人駕駛車輛，并成功地在加州的公路上行駛了20萬公里。

7結(jié)束語

篇8

[關(guān)鍵詞]信息管理與信息系統(tǒng)；實驗教學；實踐能力

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）05-0036-02

信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)設(shè)立在我校信息科學與技術(shù)學院，主要是計算機科學、經(jīng)濟管理與系統(tǒng)科學等多門學科的交叉綜合，目前涵蓋兩個研究方向：管理信息系y和數(shù)據(jù)建模與智能決策。數(shù)據(jù)建模與智能決策方向的特點是依托計算機技術(shù)進行各類系統(tǒng)的分析，建立數(shù)學模型，進行模型優(yōu)化，系統(tǒng)決策，發(fā)展趨勢是對供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)進行研究，并初步形成科研團隊。在研究方向的發(fā)展過程中，有很多因素制約著學科的發(fā)展，目前比較突出的一個問題是教學過程中學生實踐環(huán)節(jié)薄弱，學生動手能力不強，沒有穩(wěn)定的教師教學團隊以及規(guī)范的實踐培養(yǎng)機制。我們希望通過數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗教學平臺的建設(shè)彌補這些不足，促進學科的全面發(fā)展。

一、相關(guān)專業(yè)課程實驗教學現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)建模與智能決策研究的課程教學體系是以運籌學為核心，前期課程包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、統(tǒng)計學、離散數(shù)學等，相關(guān)課程包括信息經(jīng)濟學（主要內(nèi)容是博弈理論）、預測與決策和數(shù)據(jù)挖掘，后續(xù)課程（主要是知識應(yīng)用類課程）有供應(yīng)鏈管理、電子商務(wù)、企業(yè)資源計劃、生產(chǎn)與運作管理、決策支持系統(tǒng)等。這些專業(yè)課大多是純理論教學，沒有實驗教學環(huán)節(jié)，已經(jīng)開設(shè)實驗環(huán)節(jié)的課程有運籌學和企業(yè)資源計劃，但是實驗課時量很少，實驗環(huán)境簡單，通常是借用公共課實驗室進行，軟硬件要求都只能滿足最基本的實驗要求。數(shù)據(jù)建模與智能決策研究方向課程體系中實驗教學嚴重不足，現(xiàn)有實驗課程無法進一步開展更多的實踐內(nèi)容，同時由于沒有穩(wěn)定的實驗環(huán)境，很難集中學生開展一些專項的實踐活動，比如一些學科競賽和實踐項目：互聯(lián)網(wǎng)+大賽，大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，大學生研究訓練計劃項目等，目前這些活動都是由學生各自分散完成，不能形成規(guī)?；蛨F隊化，可持續(xù)性也很差。

規(guī)范合理的實驗平臺建設(shè)，一方面可以保證專業(yè)課程實驗環(huán)節(jié)的正常開展，進一步增加實驗教學內(nèi)容，加強理論結(jié)合實際，促進課程教學體系的完善，可以更好地讓學生理解和掌握理論知識，提高動手能力，增強學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，同時為學生創(chuàng)造一個創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的基地；另一方面，可以促進教師教學研究和科學研究等各項活動的開展，培養(yǎng)教師科研團隊，同時帶動學生參加各類社會實踐活動，參加專業(yè)競賽，申報學生專項研究，逐漸形成教學研究與科學研究、教師與學生協(xié)作的綜合團隊，逐步提高學科競爭力，培養(yǎng)師資力量，為社會培養(yǎng)更多高級應(yīng)用型人才。

二、數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗教學平臺建設(shè)的主要目標和內(nèi)容

（一）搭建教學平臺，優(yōu)化學科體系

1.硬件平臺建設(shè)，配置數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗室的硬件環(huán)境。配備專業(yè)實驗室1間，購置100臺計算機、1臺服務(wù)器、1臺投影儀等設(shè)備，搭建基本硬件平臺，為實驗平臺建設(shè)提供基本保障。2.軟件環(huán)境建設(shè)，搭建實驗室軟件環(huán)境。購買具有一定行業(yè)背景的開發(fā)應(yīng)用類軟件、業(yè)務(wù)流程類軟件、建模與優(yōu)化和決策類軟件，使學生能通過這些軟件的學習和應(yīng)用，掌握理論知識，模擬企業(yè)信息化管理流程，優(yōu)化算法，從而培養(yǎng)學生的科學研究能力。3.優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，在現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，與企業(yè)對接，通過實驗室的建設(shè)，進一步優(yōu)化理論教學體系和實踐教學環(huán)節(jié)，使之與社會人才需求對應(yīng)。

（二）完善課程教學，加強實踐體系建設(shè)

1.課程實驗教學的擴充。數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗室可進一步增加現(xiàn)有實驗教學學時，增設(shè)統(tǒng)計學、信息經(jīng)濟學、供應(yīng)鏈管理、企業(yè)信息資源規(guī)劃、數(shù)據(jù)挖掘等課程的實驗教學內(nèi)容，讓學生通過對一些實際的社會、經(jīng)濟、金融、生產(chǎn)管理等各系統(tǒng)中的相關(guān)問題進行分析、建模、規(guī)劃設(shè)計和優(yōu)化決策等，加強課程理論結(jié)合實際，促進學生實踐能力的培養(yǎng)。2.課程設(shè)計類教學的增加。增加部分課程設(shè)計環(huán)節(jié)，增加高年級實訓模塊，畢業(yè)設(shè)計集中開展等。3.自主設(shè)立學科競賽，積極鼓勵學生參加各類學科競賽項目。在全系或者全院范圍內(nèi)組織學生承擔大學生創(chuàng)新實驗、競賽實驗教學，并鼓勵教師指導學生利用實驗平臺參加各類專業(yè)技能大賽，如信息技術(shù)類競賽，大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等。

（三）通過實驗平臺的建設(shè)和使用，形成規(guī)范的育人機制

實驗平臺一方面用于開展本科和研究生專業(yè)課程的實驗，專業(yè)實訓和畢業(yè)設(shè)計等教學，另一方面也為學生創(chuàng)造了一個先進的技術(shù)支持平臺和企業(yè)真實項目庫等，同時提供遠程在線專家講座和實時交流，為學生提供了一個多維度的學習空間，形成一個由校內(nèi)外共同協(xié)作支持指導的有效育人環(huán)境和機制。

（四）培養(yǎng)教師教學團隊和科研團隊

實驗室平臺也可以為教師提供一個教學研究和科學研究平臺，把課程體系中各課程教師凝聚在一起，開展教學研究工作，同時也可以團結(jié)科研骨干的力量，開展科研項目的申報和實施，并帶動更多教師積極參與到科學研究中，使教學促進科研，科研反饋教學，推動教學和科研協(xié)同發(fā)展。

（五）通過實驗平臺與企事業(yè)單位協(xié)作，進行開放式交流和服務(wù)

專業(yè)系部和學院可以借助實驗平臺與企事業(yè)單位進行知識和人員的合作交流，為企業(yè)研發(fā)和發(fā)展規(guī)劃等提供咨詢，企業(yè)為專業(yè)的發(fā)展和研究提供建議，逐步形成產(chǎn)學研一體化的合作方式，實現(xiàn)實驗室服務(wù)社會的功能。

三、實驗平臺建設(shè)實施方案

第一步，從數(shù)據(jù)建模與智能決策課程邏輯體系和教學目標出發(fā)，重新梳理和構(gòu)建相關(guān)課程教學體系，以重點課程如統(tǒng)計學、運籌學、預測與決策等課程為主線，拓展相關(guān)實驗課程和應(yīng)用類課程；在現(xiàn)有基礎(chǔ)上規(guī)劃實驗室建設(shè)，從學科專業(yè)發(fā)展方向出發(fā)，配備專業(yè)實驗室1間，服務(wù)器1臺，計算機100臺，投影儀1臺，購買具有一定行業(yè)背景的開發(fā)類軟件、業(yè)務(wù)流程類軟件、建模與優(yōu)化和決策類軟件，對軟硬件進行合理配置。

第二步，對主干課程實驗和實踐教學內(nèi)容進行梳理和補充完善，并逐步增設(shè)純理論課程的實驗教學內(nèi)容。一方面對已經(jīng)開設(shè)實驗教學的課程進行內(nèi)容的補充和拓展，改進實驗教學方法，編制實驗指導書，另一方面對一些課程循序漸進地增設(shè)實驗環(huán)節(jié)，如增設(shè)數(shù)據(jù)挖掘、電子商務(wù)等課程的實驗。

第三步，積極鼓勵教師和學生開展各類實踐活動和實訓項目。教師以實驗平臺為依托申報各類科研和教學項目，并制作課程網(wǎng)絡(luò)課件、教學視頻、微課程等，一方面豐富了教學形式，教師可以參加各類教學比賽，形成教師團隊；另一方面可以鼓勵學生申報和參加大學生研究計劃、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+和IT類競賽等，配備教師長期指導，逐步形成學生團隊。

第四步，進行實驗教學平臺使用效果的評價，教學效果和實踐能力的檢驗和評估。構(gòu)建科學的實驗平臺考核評價指標體系，按照年度進行實驗平臺綜合效果的評估，根據(jù)評價結(jié)果，取長補短進一步完善教學平臺的建設(shè)和使用。

第五步，進行數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗教學平臺建設(shè)的總結(jié)和反思。按一年和三年為時間節(jié)點對實驗平臺使用過程中的經(jīng)驗進行總結(jié)，為實驗平臺后續(xù)發(fā)展提供參考，也為其他實驗平臺建設(shè)提供借鑒和依據(jù)。

第六步，在實驗平臺建設(shè)和使用過程中，制定配套的制度和政策，以有利于平臺的可持續(xù)發(fā)展。實驗室建設(shè)和使用過程中，制定合理的財物管理和使用制度，持續(xù)的人力和物力支持措施，以及依托實驗室平臺的教師和學生管理規(guī)范等，將為實驗室平臺健康發(fā)展提供保障。

四、總結(jié)

數(shù)據(jù)建模與智能決策實驗室以本科教學和教師科研為主，以提高學生的綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，將科學研究和教學有機結(jié)合，突出資源的有效配置和充分利用，滿足專業(yè)人才培養(yǎng)的目標，服務(wù)于教學，服務(wù)于學生，服務(wù)于教師。實驗室為師生提供了良好的實驗教學環(huán)境，可以進行大量綜合訓練、學科競賽，從而提高了學生的實踐動手能力，培養(yǎng)了學生的動態(tài)思維、創(chuàng)新能力，達到了知識體系的完整化、系統(tǒng)化，使所學知識與社會需求接軌，并推動了學科體系建設(shè)，形成了良好的育人機制，突出了專業(yè)特色，形成了專業(yè)優(yōu)勢。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 郭必裕.課程群建O與課程體系建設(shè)的對比分析[J].現(xiàn)代教育科學，2005（4）.

[2] 肖文峰.管理科學專業(yè)《運籌學》課程群構(gòu)建分析[J].經(jīng)營管理者，2015（36）.

[3] 黃留佳.數(shù)學建模與計算機仿真實驗室建設(shè)芻議[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2004（S1）.

篇9

按照教育部電氣信息類專業(yè)目錄和定位，電氣信息類專業(yè)方向涵蓋電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、通信工程、計算機科學與技術(shù)、電子科學與技術(shù)、生物醫(yī)學工程等專業(yè)。從學科內(nèi)涵來看，電子信息類專業(yè)涉及的主干學科包括電氣工程、控制科學與工程、計算機科學與技術(shù)、電子科學與技術(shù)、信息與通信工程。由此決定了電子信息類專業(yè)教學應(yīng)遵循以下四個原則：以電氣工程為背景；以控制理論為基礎(chǔ)；以信號分析和處理為手段；以計算機、電子技術(shù)為核心。

二、人才培養(yǎng)目標和要求

從總體上來說，電氣信息類專業(yè)大學生的人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論、自動檢測與儀表、信息處理、系統(tǒng)工程、計算機技術(shù)與引用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)和信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識，能從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運行、運動控制、工業(yè)過程控制、電力電子技術(shù)、檢測與自動化儀表、信息處理、試驗分析、管理與決策、電子與計算機技術(shù)應(yīng)用、各類電子設(shè)備及信息系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、集成、應(yīng)用和開發(fā)等領(lǐng)域工作的寬口徑“復合型”高級工程技術(shù)人才。[2，3]當然，對于歸屬于電氣信息類專業(yè)下的各個子專業(yè)來說，根據(jù)其主干學科的側(cè)重點不同，其人才培養(yǎng)目標各有側(cè)重。要實現(xiàn)上述人才培養(yǎng)目標，對電氣信息類專業(yè)本科畢業(yè)生在業(yè)務(wù)、能力和素質(zhì)方面應(yīng)提出以下要求：掌握扎實的數(shù)學、物理、化學等自然科學基礎(chǔ)知識，具備較高的管理科學、人文社會科學和外語綜合能力，具有較高的軍政素質(zhì)；掌握電子信息類專業(yè)領(lǐng)域必要的技術(shù)基礎(chǔ)理論知識，主要包含電工理論、電路理論、電子技術(shù)、信號處理、控制理論、計算機技術(shù)基本原理與應(yīng)用等；系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)及應(yīng)用方面的工程實踐訓練，具有較熟練的與本專業(yè)相關(guān)的計算機軟硬件開發(fā)能力；掌握本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)1～2個研究方向的理論知識與實踐技能，了解本專業(yè)學科的發(fā)展趨勢；在本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具有一定的科學研究、科技開發(fā)、組織管理、團隊合作的實際工作能力，同時要具有較強的工作適應(yīng)能力。

三、電氣信息類專業(yè)的人才培養(yǎng)模式探討

目前，高校電氣信息類專業(yè)課程體系設(shè)置主要包括公共課程、技術(shù)基礎(chǔ)課程（又稱專業(yè)基礎(chǔ)課）、專業(yè)課程（簡稱專業(yè)課）三部分。[4]公共課程主要在低年級展開，包括文化課程類、工具課程類及能力培養(yǎng)課程類。公共課程是從學生可持續(xù)性發(fā)展的角度考慮，針對該類專業(yè)大學生必備的知識和基礎(chǔ)，全面培養(yǎng)學生的基本素質(zhì)，使學生獲得較寬泛的公共基礎(chǔ)學科的理論知識，從而為學生后續(xù)學習及工作打下堅實的基礎(chǔ)。技術(shù)基礎(chǔ)課程涵蓋非常廣，主要包括人才培養(yǎng)要求中提到的電路理論、電工理論、電磁場、電子技術(shù)、機械基礎(chǔ)理論、計算機軟硬件原理及對應(yīng)的實驗和設(shè)計等課程，使學生系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域必需的技術(shù)基礎(chǔ)理論知識。專業(yè)課程根據(jù)電氣信息類下屬各專業(yè)特點選擇相應(yīng)的專業(yè)必修課、專業(yè)方向核心課以及專業(yè)拓展課，使學生掌握本專業(yè)方向的專業(yè)知識和技能，訓練學生的專業(yè)設(shè)計、實踐和創(chuàng)新能力，接觸相應(yīng)學科的學術(shù)前沿。綜上所述，從課程體系來看，各個高校電氣信息類專業(yè)課程設(shè)置都是嚴格遵循該類專業(yè)的專業(yè)定位、學科內(nèi)涵、人才培養(yǎng)目標和要求而設(shè)置的，為學生提供了豐富的自然科學和專業(yè)技術(shù)知識，同時也在一定程度上提高了學生的實踐和創(chuàng)新能力。然而，這種“始終以教師為中心”的統(tǒng)一的教學培養(yǎng)模式也不利于學生自主解決與課程對應(yīng)的實驗、設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種問題，不利于學生系統(tǒng)理解和掌握電氣信息類專業(yè)的各種相關(guān)技術(shù)，同時在一定程度上也影響了學生實踐和創(chuàng)新能力的鍛煉效果。

因此，為了促進學生理論與實踐相結(jié)合、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，必須在當前“以教師為中心”的培養(yǎng)模式中增加“以學生為中心”的培養(yǎng)模式，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，激發(fā)他們的探索和研究精神，讓學生在逐步深入的學習過程中構(gòu)建自己的本專業(yè)知識框架體系。為了充分調(diào)動學生的積極性和主動性，達到電氣信息類大學生人才培養(yǎng)的目標和要求，應(yīng)讓學生根據(jù)自己的興趣選擇喜歡的課題，真正參與到一些沒有借鑒的實際開發(fā)類項目中，與教師或?qū)W生共同討論、設(shè)計并實施項目方案，了解電氣信息類項目的整體實現(xiàn)過程以及可能出現(xiàn)的問題。如在新加坡國立大學電氣與計算機工程學院，學校教師在學校主頁上本科學生招聘信息（包括：項目名稱、項目實現(xiàn)目標和要求、具體負責任務(wù)、對所招收學生的要求、聯(lián)系方式等等）；學生可以通過網(wǎng)站在線查找學校教師的招聘信息，針對自己感興趣的項目可以聯(lián)系相應(yīng)教師，申請相關(guān)職位；教師收到學生申請要求后，組織面試；學生面試通過后正式加入該教師項目組，與團隊協(xié)作共同完成項目任務(wù)。在國內(nèi)高校，近年大量出現(xiàn)“大學生暑期企業(yè)實習計劃”，即各企業(yè)在相關(guān)網(wǎng)頁上暑期實習職位，相關(guān)專業(yè)大學生遞交個人簡歷，申請企業(yè)提供的實習職位；企業(yè)組織相關(guān)人員進行簡歷篩選、筆試以及幾輪面試，通過的學生進入企業(yè)進行實習。這種“大學生暑期企業(yè)實習計劃”不僅讓大學生了解和掌握了就業(yè)的相關(guān)知識、技能，鍛煉和培養(yǎng)了大學生的社會實踐以及進入社會的適應(yīng)能力。同時，對于能夠進入企業(yè)進行實習的學生，還能鍛煉其創(chuàng)新思維、靈活應(yīng)變的能力、持續(xù)學習和掌握新知識的能力、不斷適應(yīng)新環(huán)境的能力以及團隊合作精神等等。由此可見，學生實踐和創(chuàng)新等能力的提升需要實際的項目或任務(wù)支撐。為了更好地鍛煉和培養(yǎng)電氣信息類專業(yè)大學生的實踐、創(chuàng)新能力，可以借鑒上述國外高校的人才培養(yǎng)方式以及“大學生暑期企業(yè)實習計劃”，在本科生培養(yǎng)階段可以引入“項目實習制”，引導學生盡早、更頻繁地接觸實際項目工作，感受專業(yè)氛圍。另外，目前國內(nèi)高校中一些青年教師指導的學生比較少。一方面，沒有指導的研究生或者研究生數(shù)目比較少；另一方面，本科生畢業(yè)設(shè)計有時間限制（與項目進展不同步，缺乏延續(xù)性），因此導致教師有實際的科研項目但是缺乏足夠的人力資源去實現(xiàn)?！绊椖繉嵙曋啤辈粌H可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，同時也能解決青年教師項目人員缺少的現(xiàn)狀，對于高校來說是一個雙贏策略。

本文介紹的“項目實習制”具體如下：1.實施方法高校教師根據(jù)自身需求（如國家自然科學基金研發(fā)項目、企業(yè)橫向項目等），通過各種渠道（如校內(nèi)網(wǎng)站等）項目實習職位需求，相關(guān)專業(yè)的各年級大學生可以應(yīng)聘感興趣的職位，教師經(jīng)過考核后聘用適合的學生。聘用后的學生要按項目進度完成教師交代的各項任務(wù)，出現(xiàn)問題可以查閱資料、與課題組其他組員以及教師商討。以“水壓試驗機故障診斷”項目為例，學生首先需要到現(xiàn)場進行調(diào)研，了解水壓試驗機設(shè)備的運行原理和流程，學習PLC（可編程邏輯控制器）、WinCC等軟件編程方法，同時針對該設(shè)備的故障診斷問題提出可行的解決方法。此外，還要考慮方法的時效特性。2.管理方法高校制定有關(guān)使“項目實習制”進入正規(guī)化渠道。學校制定學生實習津貼標準，根據(jù)學生的考核成績劃分為五檔：A檔（考核成績90分），B檔（80分，考核成績<90分），C檔（70分，考核成績<80分），D檔（60分，考核成績<70分），E檔（考核成績<60分）。根據(jù)學校規(guī)定的標準以及學生參與實習的時間，教師從項目人力資源經(jīng)費中支出學生的津貼。3.實施過程和效果在項目實習的過程中，學生會遇到各種實際問題，通過自身所學理論知識、查閱相關(guān)資料、現(xiàn)場調(diào)研與高年級學生以及教師交流積極主動解決實際項目中出現(xiàn)的問題?！绊椖繉嵙曋啤辈粌H能夠培養(yǎng)學生技術(shù)方面解決實際問題的專業(yè)能力，而且對于學生個人綜合素質(zhì)（包括：創(chuàng)新思維、靈活應(yīng)變的能力、持續(xù)學習和掌握新知識的能力、不斷適應(yīng)新環(huán)境的能力、良好的溝通能力、團隊合作精神等）的培養(yǎng)也非常有益。相比而言，“項目實習制”比“大學生暑期實際計劃”更加靈活，便于學生在項目實施的過程中發(fā)現(xiàn)問題，促進對書本知識的理解和運用。綜上所述，通過這種“項目實習制”人才培養(yǎng)方式，本科生可以跟隨教師進行研究性學習，并且可以充分利用實驗室設(shè)備以及博士、碩士資源，把課堂“填鴨式”教學擴展為現(xiàn)場教學，為本科生今后的工程實踐打下良好的基礎(chǔ)。同時，大學生可以在本科階段接觸多個研究方向，有利于學生對本專業(yè)主要的研究方向有一個較清晰的認識，進而明確自身愛好所在，為學生繼續(xù)求學或就業(yè)指明方向。

四、結(jié)束語

篇10

作者簡介:（1978-），男，安徽滁州人，講師，碩士，主要研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能計算； 崔遜學（1969-），男，安徽桐城人，副教授，博士，主要研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化； 陳桂林（1965-），男，安徽天長人，教授，主要研究方向：虛擬化與普適計算、分布式計算。

文章編號:1001-9081（2011）07-1924-04doi:10.3724/SP.J.1087.2011.01924

（1.滁州學院 計算機科學與技術(shù)系，安徽 滁州 239012； 2.炮兵學院 二系，合肥 230031）

（）

摘 要:大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中常見路由算法耗能嚴重，不利于網(wǎng)絡(luò)生命期最大化。在抽象出傳感器網(wǎng)絡(luò)移動路由模型的基礎(chǔ)上，將移動路由歸結(jié)為一個優(yōu)化問題。為了優(yōu)化移動路由，結(jié)合混沌搜索的全局空間能力和模擬退火算法的快速尋優(yōu)能力，設(shè)計了一種具有記憶功能和多種鄰域搜索方法的混沌模擬退火算法。理論分析和模擬實驗表明，隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，算法在優(yōu)化結(jié)果、收斂速度及時間效率方面均優(yōu)于遺傳算法和粒子群算法，明顯延長了網(wǎng)絡(luò)的生命期。

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由優(yōu)化算法；移動；模擬退火；混沌；數(shù)據(jù)融合

中圖分類號:TP393.07文獻標志碼:A

Mobile Agent-based routing optimization algorithm in

large-scale wireless sensor networks

ZHOU Qiang1, CUI Xun-xue2, CHEN Gui-lin1

（1.Department of Computer Science and Technology, Chuzhou University, Chuzhou Anhui 239012, China;

2.The Second Department, Artillery Academy of PLA, Hefei Anhui 230031, China）

Abstract: The common routing algorithms tremendously dissipate energy in large-scale wireless sensor networks, which goes against the maximization of the network lifetime. A routing model about mobile Agent in sensor networks was drawn out, and then an optimization problem of mobile Agent static route was derived. A chaotic simulated annealing with memory ability and various neighborhood search methods were proposed to optimize the route of mobile Agent in large-scale sensor network. The theoretical analysis and experimental results show that the proposed algorithm is superior to other intelligent algorithms in terms of the solutions, the convergence speed, and the computation time. It proves that the proposed approach has obviously prolonged the network lifetime.

Key words: Wireless Sensor Network （WSN）; routing optimization algorithm; mobile Agent; simulated annealing; chaos; data fusion

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）是連接數(shù)字世界與物理世界的橋梁，實現(xiàn)對物理世界的信息獲取和處理。數(shù)字物理系統(tǒng)又稱物聯(lián)網(wǎng)，是數(shù)字世界與物理世界交互的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)采集信息的終端工具，體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)人和物之間相融互動的精髓［1］。

傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機分布在某一地理區(qū)域的傳感器節(jié)點組成，節(jié)點通常使用電池供電。節(jié)點測量的數(shù)據(jù)可看做有一定結(jié)構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源通過通信接口以無線多跳的方式傳送到sink節(jié)點。目前硬件技術(shù)的局限使得傳感器的通信帶寬有限，電池能量不足，失效率較高。因此，通常需要部署上千個傳感器來組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，意圖通過冗余來克服傳感器硬件上的局限，然而，有限的能量和通信帶寬難以傳輸大量的傳感數(shù)據(jù)，如何有效地融合傳感數(shù)據(jù)以減少網(wǎng)絡(luò)通信量一直是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要課題［2］。

在實際應(yīng)用環(huán)境中，使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠合并多個數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，去除冗余信息，減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量，從而達到節(jié)省傳感器節(jié)點能量、延長WSN生命期的目的。文獻［3］提出的低功耗自適應(yīng)分簇（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH）分簇路由策略讓簇內(nèi)節(jié)點把數(shù)據(jù)發(fā)送至簇頭，然后由簇頭對匯總的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，再通過多跳方式發(fā)送給sink節(jié)點以節(jié)省能量；文獻［4-5］采用分布式的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將各個節(jié)點的傳感數(shù)據(jù)按一定的路由協(xié)議直接發(fā)送到sink節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合處理，得到較為可靠的綜合信息。這些方法雖然節(jié)省了一定的系統(tǒng)能耗，但仍然存在網(wǎng)絡(luò)延遲、能量消耗大、帶來安全隱患和自適應(yīng)能力較差等問題，特別是當WSN的規(guī)模非常大時，節(jié)點數(shù)量可能達到成千上萬個，例如森林監(jiān)測［6-7］、活火山活動情況的監(jiān)控等。即使中間節(jié)點采用了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，但末端的傳感器節(jié)點仍會向網(wǎng)絡(luò)中傳遞大量的監(jiān)控數(shù)據(jù)，極度消耗無人職守區(qū)域?qū)氋F的網(wǎng)絡(luò)資源。

針對以上問題，本文提出一種基于移動的路由優(yōu)化算法，使用一種具有記憶功能和多種鄰域搜索方法的混沌模擬退火算法（Chaotic Simulated Annealing, CSA）優(yōu)化大規(guī)模WSN移動的路由，和其他優(yōu)化算法相比，該算法具有較好的優(yōu)化結(jié)果和收斂速度，較少的運算時間，實現(xiàn)了減少網(wǎng)絡(luò)耗能和延時，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。