計算機工程和計算機科學范文
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篇1
關(guān)鍵詞:課程體系:核心課程;核心知識體系
計算機科學與技術(shù)學科雖然很年輕,但它已經(jīng)成為一個基礎技術(shù)學科,在科學研究、生產(chǎn)、生活等方面都占有重要地位。近50年來,我國的計算機科學與技術(shù)專業(yè)教育在國家建設需求的推動下,從無到有,逐漸壯大,尤其是從20世紀90年代以來,更是高速發(fā)展,已經(jīng)成為理工科第一大專業(yè)。
針對計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生量大,社會需求面寬的現(xiàn)實,“十五”期間,教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會編制了《高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范(試行)》(高等教育出版社出版,2006年9月第一版,以下簡稱為《規(guī)范》)。其中,“戰(zhàn)略研究報告”建議改變當前我國計算機科學與技術(shù)專業(yè)教育的趨同性,鼓勵辦學單位對畢業(yè)生的分類培養(yǎng),取4個可能的方向,即計算機科學、計算機工程、軟件工程以及信息技術(shù)。《規(guī)范》參照Computing Curricula 2005,分別詳細給出了四個方向的核心知識體系,以及覆蓋它們的必修課程組示例。
《規(guī)范》體現(xiàn)出的“分類培養(yǎng)”精神得到了廣泛認同,人們普遍認為中國800個左右的計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)點,按同一種模式或者培養(yǎng)方案進行教學是難以滿足廣泛的社會需求的,許多學校也希望得到分類培養(yǎng)的具體指導。但是,如何理解和實現(xiàn)“信息技術(shù)”等新的專業(yè)方向的教育,如何利用已有的基礎,更好地實踐《規(guī)范》,成為大家關(guān)注的問題。
為了能更好地利用現(xiàn)已建成的國家、省部級精品課程、精品教材等優(yōu)質(zhì)資源,希望能夠按照4個專業(yè)方向公共要求來構(gòu)建一些基本課程,每一個方向都可以通過在這一組課程的基礎上進行擴展來形成符合《規(guī)范》的完整的專業(yè)方向教學計劃。這一組課程是“耳熟能詳”的,無論是從師資還是教材的角度,在開始走向規(guī)格分類實踐時,也是一種現(xiàn)實做法。
一、核心課程選取的原則
本項研究的基本目的是要推薦一組課程,當辦學單位希望按照《規(guī)范》描述的知識結(jié)構(gòu)制定自己的教學計劃時,無論四個方向中的哪一個,都能夠比較方便地在這組課程的基礎上進行擴充而實現(xiàn)。顯然,符合這個要求的一組課程不是惟一的,我們著重考慮了如下幾點原則。
1.體現(xiàn)公共要求
《規(guī)范》將計算機科學與技術(shù)專業(yè)劃分成4個專業(yè)方向,雖然他們有著不同的問題空間、能力要求、知識結(jié)構(gòu)和課程體系,但還是有共性的部分,這也是作為同一個專業(yè)的不同方向所決定的。公共核心課程應該能夠?qū)⑦@些公共的要求涵蓋進去,實現(xiàn)在課程層面上對公共知識體系、專業(yè)培養(yǎng)公共要求和基本特征的體現(xiàn)。
2.有利于構(gòu)成優(yōu)化的課程體系
公共核心課程需要與其他相關(guān)課程一起才能構(gòu)成完整的教學計劃,所以,這些課程需要易于與相關(guān)課程結(jié)合,構(gòu)成不同專業(yè)方向的課程體系。
同時我們注意到,近些年來,許多學校在制定新的教學計劃中,采用了設置分級平臺的基本框架。例如,要求教學計劃由公共基礎、學科基礎、專業(yè)基礎等組成??紤]到計算機科學與技術(shù)專業(yè)對應到計算機科學與技術(shù)學科,這些課程可以適當照顧到學科的要求,構(gòu)成一個既照顧到學科,又照顧到專業(yè)的基礎平臺,給人們制定有特色的教學計劃提供一定的基礎,使得人們能夠方便地構(gòu)建完整的、全局優(yōu)化的專業(yè)教育課程體系。
3.充分考慮學時的限制
由于公共核心課程相當于學科、專業(yè)平臺的基本內(nèi)容,所以,只能做一個較小集合,而且課程的學時數(shù)要盡可能小,目標在于體現(xiàn)專業(yè)教育的最基礎要求,同時給具有特色的完整的教學計劃的制定留有足夠的空間。特別是近些年來,不少學校已經(jīng)將教學的總學時數(shù)降到2500學時以下。所以按照20%計算,將公共核心課程的總學時控制在500學時以內(nèi)。
4.盡可能成熟的課程
計算機科學與技術(shù)專業(yè)開辦50余年來,積累了豐富的辦學經(jīng)驗,一些課程的建設取得了很好的成果,已經(jīng)具備良好的基礎,這些課程將在專業(yè)教育中起到核心、骨干作用,將這些課程進行適當改造后構(gòu)成公共核心課程,有利于充分利用已有的優(yōu)質(zhì)資源,迅速提高整體辦學水平。所以選取的課程應該是“耳熟能詳”的成熟課程。
5.體現(xiàn)本專業(yè)教育基本特征
課程要體現(xiàn)學科教育的一些基本特點。例如,雖然計算機科學與技術(shù)學科涉及到計算機理、工程實現(xiàn)和開發(fā)利用,但對大多數(shù)人來說,計算機科學與技術(shù)學科是一個以技術(shù)為主的學科,特別是在本科教育層面上更是如此。所以課程要對技術(shù)和學生的技能訓練有較好的體現(xiàn)。除了學科抽象、理論兩大形態(tài)使得初學者在理解上有一定的困難,需要通過實踐去深入體會外,還要考慮社會要求本專業(yè)的學生能夠更好地去實現(xiàn)一些系統(tǒng)的研究、構(gòu)建和維護。因此,選擇的課程應該在加強學生理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)上有引領(lǐng)作用。此外,在本學科發(fā)展異??焖俚臅r候,這些課程相關(guān)的內(nèi)容應該是成熟的、基礎的,有利于學生可持續(xù)發(fā)展能力培養(yǎng)的。
二、核心知識體系
這里給出計算機科學與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系,力求從不同專業(yè)方向的公共需求出發(fā),給出該專業(yè)的學生應該具備的一些基本知識,我們并不試圖包括各個專業(yè)方向教育要求的全部知識,每個專業(yè)方向都需要在此基礎上按照專業(yè)方向的教育需要增加所需要的知識,以構(gòu)成完整的專業(yè)方向知識體系,其具體內(nèi)容可以參考《規(guī)范》。由于是基本知識,是學生必須掌握的,所以,沒有包含推薦的選修知識。該知識體系共包括8個知識領(lǐng)域,39個知識單元,共342個核心學時。其中,
(1)離散結(jié)構(gòu)(DS)60核心學時,包括函數(shù)、關(guān)系與集合、基本邏輯、證明技巧、圖與樹。
(2)程序設計基礎(PF)67核心學時,包括程序基本結(jié)構(gòu)、算法與問題求解、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、遞歸、事件驅(qū)動程序設計。
(3)算法(AL)28核心學時,包括基本算法和分布式。算法。
(4)計算機體系結(jié)構(gòu)與組織(AR)60核心學時,包括數(shù)據(jù)的機器級表示、匯編級機器組織、存儲系統(tǒng)組織和結(jié)構(gòu)、接口和通信、功能組織。
(5)操作系統(tǒng)(OS)32核心學時,包括操作系統(tǒng)概述、操作系統(tǒng)原理、并發(fā)性、調(diào)度與分派、內(nèi)存管理、設備管理、安全與保護、文件系統(tǒng)。
(6)網(wǎng)絡及其計算(NC)48核心學時,包括網(wǎng)絡及其計算介紹、通信與網(wǎng)絡、網(wǎng)絡安全、客戶,服務器計算舉例、構(gòu)建Web應用、網(wǎng)絡管理。
(7)程序設計語言(PL)13核心學時,包括程序設計
語言概論和面向?qū)ο蟪绦蛟O計。
(8)信息管理(IM)34核心學時,包括信息模型與信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)建模、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫查詢語言、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設計、事務處理、分布式數(shù)據(jù)庫。
按照各個方向核心知識結(jié)構(gòu)的要求,公共核心知識體系覆蓋計算機科學341核心學時的內(nèi)容,覆蓋率為60.9%,覆蓋計算機工程246核心學時的內(nèi)容,覆蓋率為44.7%:覆蓋軟件工程199核心學時的內(nèi)容,覆蓋率為40.3%覆蓋信息技術(shù)136個核心學時,覆蓋率為48.4%。
三、核心課程
公共核心課程共包括程序設計、離散數(shù)學、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成、計算機網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等7門,這些課程的名稱都采用了盡量一般化的處理,即后面沒有諸如“基礎”,“原理”或者“技術(shù)”之類的字樣,為學校開設具體課程留有空間,學??梢愿鶕?jù)自己課程的特點添上適當?shù)南薅?,進一步體現(xiàn)自己的辦學特色。
表1給出了各門課程所含的必修知識單元和所需要的學時數(shù),和各個學校相應課程的實際教學時數(shù)相比,其中有的課程必修學時數(shù)多一點,有的少一點。所需要的總課時為448。希望各個學校在滿足教學基本要求的前提下,根據(jù)本校的具體情況,做出適當?shù)恼{(diào)整,可以通過強調(diào)某些內(nèi)容來體現(xiàn)自己的特色。
四、專業(yè)方向必修課程示例
按照各個專業(yè)方向必修知識體系的要求,以7門公共核心課程為基礎,構(gòu)建相應方向的必修課程。特別需要強調(diào)的是,這里給出的仍然只是“示例”,各個辦學單位可以根據(jù)自己的情況設計出更具特色的必修課程,并制定出恰當?shù)慕虒W計劃。
計算機科學專業(yè)方向的必修課程示例:計算機導論、程序設計基礎、離散結(jié)構(gòu)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成基礎、計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、編譯原理、軟件工程、計算機圖形學、計算機網(wǎng)絡、人工智能、數(shù)字邏輯、社會與職業(yè)道德。15門課程共計776學時。
計算機工程專業(yè)方向的必修課程示例:計算機導論、離散數(shù)學、程序設計基礎、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電路與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字信號處理、數(shù)字邏輯、計算機組成原理、計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、社會與職業(yè)道德。16門課程共計理論學時920學時。
軟件工程方向必修課程示例:軟件工程專業(yè)導論、程序設計、面向?qū)ο蠓椒▽W、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、離散數(shù)學、計算機組成、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、工程經(jīng)濟學、軟件工程、軟件代碼開發(fā)技術(shù)、人機交互的軟件工程方法、軟件設計與體系結(jié)構(gòu)、軟件質(zhì)量保證與測試、軟件需求分析、軟件項目管理。16門課程共計920學時。
信息技術(shù)方向必修課程示例:信息技術(shù)導論、離散數(shù)學、程序設計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成、計算機網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應用集成原理與工具、Web系統(tǒng)與技術(shù)、人機交互、面向?qū)ο蠓椒ā⑿畔⒈U虾桶踩?、信息系統(tǒng)工程與實踐、系統(tǒng)管理與維護、社會與職業(yè)道德。17門課程總計920學時。
五、結(jié)語
《規(guī)范》將“核心知識結(jié)構(gòu)”作為開辦相應專業(yè)方向必須的要求,可以用不同的課程組合來覆蓋,《規(guī)范》中給出的“核心課程”只是這種覆蓋的一個“示例”,這里給出的是另一個“示例”。事實上,這也是《規(guī)范》所鼓勵的。這里的“公共核心課程”并不是《規(guī)范》中四個“核心課程”集合的簡單交集,而是根據(jù)對四個方向的理解,對它們公共核心知識單元的一個課程覆蓋。是每個專業(yè)方向公共的必修課程,而不是任何一個方向完整的必修課程集合。
篇2
關(guān)鍵詞:計算機基礎; 課程設置; 教學模式; 改革
中圖分類號:TP3 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)33-7514-02
在計算機技術(shù)日益成熟和豐富的今天,計算機的運用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。在信息時代的今天,對計算機運用的熟練程度已經(jīng)很大程度上決定了一個工作團隊,甚至是一個公司或者企業(yè),乃至一個國家的高效運作和發(fā)展。大學生作為一個學習和接受計算機教育最為系統(tǒng)和全面的受眾,理所當然應該具備扎實的計算機應用基礎和較高水平的計算機應用能力。在我國,大多數(shù)的普通高校都設置了公共計算機課程,目的是針對非計算機專業(yè)的大學生進行計算機應用能力的培養(yǎng)。過去的若干年來,大學計算機公共教育對普及和提高大學生的計算機運用水平和能力起到了非常重大的作用。然而,隨著計算機的不斷普及和推廣,如今的大學生在進校之前與之前相比,已經(jīng)具備了一定了計算機使用能力和水平,而且加之計算機技術(shù)淘汰快、更新快的行業(yè)特點,新技術(shù)、新理念層出不窮。與此不符的是,大學計算機教育的課程設置陳舊、教育模式和理念滯后、對新技術(shù)新知識的更新不及時導致了如今的計算機教學已經(jīng)不能滿足新形勢的需要。因此,作為大學計算機教育的工作者和研究人員應該及時的改進或者制訂新的課程計劃和教學模式。該文主要探討了大學公共計算機教育的現(xiàn)狀和弊端,分析并提出了符合目前形勢的課程設置新思路和教學改革的新想法,并結(jié)合教學實踐對其可行性進行了初步的研究分析。通過實踐教學我們發(fā)現(xiàn),新的方法和模式具有較好的可行性、適應性和擴展性,能夠滿足新的教學環(huán)境需求。
1 現(xiàn)存問題和弊端
1.1 教學體系缺乏層次化
這個問題在很多高校都存在。以我校為例,每一屆的本科生均來自全國各地,其中相當一部分來自于少數(shù)民族地區(qū),由于地域性的差別,直接導致了計算機能力參差不齊。全國所有地區(qū)的高考科目都是統(tǒng)一的,但計算機相關(guān)知識的學習不同于高考科目,對地域的敏感程度很大。比如,來自偏遠山區(qū)的和來自大城市的學生都會學習語文、數(shù)學、外語等科目,但是偏遠山區(qū)的計算機普及教育肯定遠遠不如大城市,甚至有些地域在此方面是零基礎。所以,在進入大學之后,不同學生群體之間對于計算機知識的了解程度表現(xiàn)出相當?shù)牟町悺?/p>
然而,大多數(shù)高校對于計算機課程的設置和教學都是統(tǒng)一設置,沒有考慮到該課程不同于其他課程的特點,缺乏針對性。這樣簡單的教學體系帶來的直接后果就是,計算機基礎好的學生覺得計算機課程的開設缺乏新意,甚至是可有可無的。另一方面,基礎特別差的學生會覺得跟不上學習進度,缺乏足夠的實踐訓練和學習。
1.2教學方式缺乏擴展性
大多數(shù)學校對于計算機教學采用的教學形式是分為兩部分:理論課堂教學和實踐課堂教學。這種教學模式已經(jīng)沿用了多年。在前幾年學生普遍基礎較差,計算機設備資源相對缺乏的情況下,這種教學模式具有相當?shù)姆e極意義。但現(xiàn)在已經(jīng)表現(xiàn)出不太適應當前要求的弊端。
計算機公共課作為實踐性很強的課程,重點就在實踐二字上。大多學校普遍采取的理論課教學和實驗課教學相結(jié)合的方式從形式上將理論和實踐區(qū)分開來了,大大降低了教學的效果和學生的學習效率。有的學生反映,理論課上老師講的內(nèi)容太多太快,當時還能聽明白,但事后就很快忘記了,等到再上實驗課自己動手操作的事后,完全相當于重新學習。而有的同學反映,如此簡單的內(nèi)容根本不需要專門的時間講解,直接操作就可以了??傊?,理論課程學習是事倍功半的,缺乏靈活性和擴展性。反而實驗環(huán)節(jié)卻顯得嚴重缺乏和不足。近年來,一些學校已經(jīng)看到了這些問題,也采取了相應的策略。但這些方法治標不治本,并沒有從根本上看到問題的實質(zhì)。以我校為例,前幾年只是簡單的減少了理論課時,相對增加了實驗課時,而在課程的內(nèi)容分層和形式多樣上沒有作任何改變。并未從本質(zhì)上改變原有的教學模式,所以效果仍不明顯。
1.3缺乏完善的培養(yǎng)體系
計算機應用知識的學習應該是貫穿整個大學學習期間甚至延續(xù)到研究生的學習階段。但當前的現(xiàn)狀是,大多數(shù)學校只在大學一年級開設計算機基礎和簡單的程序設計課程。一方面,課程門目非常少,另一方面,從時間上看,一年的學習之后再沒有設置計算機的相關(guān)課程的學習,因此缺乏連續(xù)性、系統(tǒng)性。很多學生特別是偏文科的學生在此后的大學生活中再次系統(tǒng)學習和運用計算機技能的機會少之又少,這實際上是讓大學一年級的學習效果大打折扣。而當學生到了工作崗位之后,卻發(fā)現(xiàn)書到用時方恨少。
2 提出的改革策略
2.1 豐富和完整層次化的教學體系
一方面,從教學模式上面著手。打破此前簡單統(tǒng)一的課程設置,進一步提高分級教學的有效性和針對性。對于每個層次的學生設計有針對性的教學內(nèi)容和教學方式。采取內(nèi)容可變,時間可變,形式可變的可擴展性教學應對機制。
另一方面,豐富課程內(nèi)容的設置。不再局限于單一的課程,應該采取多門課程同時展開,必修和選修同時存在的學分標準體系。充分尊重學生的學習主體地位,調(diào)動學生的學習積極性。讓基礎好的學生和基礎薄弱的學生都覺得學有所獲,學有所用。
2.2 設計豐富靈活的學習形式
現(xiàn)代化的教學手段是多樣的,關(guān)鍵是如何整合這些手段以達到最優(yōu)的配置。如前所述,我校的計算機教學主要分成兩個部分:課堂理論知識的教學以及實驗課堂的教學。對于大多數(shù)的院系,理論課堂和實驗課堂采取1:1的課時分配。理論課堂教學采用投影儀的多媒體教室教學。但是由于多是大教室,學生人數(shù)比較多,教學互動嚴重不足,課堂教學效果有待提高。實驗課堂基本實現(xiàn)了人手一臺計算機,但入前面介紹的,由于理論課堂的效果遠遠不夠,所以導致實驗課堂的效果也受到影響,學生在有限的時間內(nèi)并不能對所有的操作都得到實踐訓練。所以顯得實驗時間遠遠不夠。
通過詳細研究和制訂學習方案,我們提出了將理論學習和實踐學習有機結(jié)合,靈活分配的方式進行教學,并將所有的學習場地都設在機房。在總學時不變的情況下,教師有足夠的靈活性根據(jù)課堂的情況分配理論課和實踐課的比重,甚至可以精確到每次課上理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的時間分配。這樣,就不必在拘泥于理論課課時和實踐課課時的死框框。而是需要多少理論講解就安排多長時間講解,需要多長時間進行操作訓練就安排多長時間給學生實際操作。更為重要的是,這樣能夠保證每一個知識點都可以在學生聽取老師的講解和示范后,可以馬上自己動手進行練習和鞏固,從而大大的提高了學習的效果。同樣是相同課時的學習,學生掌握的程度是遠遠好于以前的教學模式的。
2.3 建設教學的長效機制
我們研究和設計了一套完善的跟蹤教學體系,從而能夠建立起計算機學習的長效機制。避免了以前學生只能在大學一年級可以系統(tǒng)接觸計算機學習,而在其后的大多時間內(nèi)無法系統(tǒng)學習計算機的尷尬局面。采取的方法是:(1)設計大學計算機學習的必修學分。學生在大學期間必須完成計算機的若干課程的學習,目的是為大一基礎學習的有效鞏固和補充。比如,學生在高年級可以根據(jù)自己的專業(yè)需求選擇必須的計算機課程學習,這樣既是對大一學習的鞏固,也是對新的技能的進一步學習。從而使得計算機的學習貫穿于整個大學四年的學習區(qū)間。(2)開設豐富的計算機課程。不再僅僅是保有兩門計算機課程,開設多品種、多門類、多層次的課程系列。讓學生有足夠的選擇余地,充分尊重學生的自主選擇。(3)有效利用數(shù)字化校園網(wǎng)絡平臺,將教師的課件、實驗項目等內(nèi)容直接上傳網(wǎng)絡,如果學生有需要可以下載使用。并且可以和教師在線討論問題。這種形式使得學習不再是局限于課堂,隨時隨地都可以學計算機,充分運用了計算機學習的特點。
上述長效機制,可以保證在整個大學期間,學生對于計算機的學習始終處于不斷鞏固,不斷更新的狀態(tài)。為學生畢業(yè)后步入工作崗位后的對計算機運用能力的需求打下扎實的基礎。
3 結(jié)束語
我們提出的改革方案已經(jīng)實行了兩年,從實際情況來看,取得了較好的教學效果。具體反映在:1)學生的主動性高明顯提高,以前的被動接受學習逐漸轉(zhuǎn)換為主動學習。2)課堂教學效率明顯提高,進一步促進和提高了學生的學習熱情和積極性。3)高年級學生對于計算機的學習覆蓋面逐步擴大,多平臺、多渠道的學習跟蹤機制使得他們有更大的動力去學習計算機應用知識,也有更多的實際應用平臺去運用計算機技能,從而極大鍛煉了學生的實際動手能力。
當然,我們的改革方案仍存在不完善和需要改進的地方。在以后的教學中,我們要進一步實現(xiàn)多元化、立體化的改革方式,培養(yǎng)更具競爭力,適應社會需求的高質(zhì)量人才。
參考文獻:
[1] 袁開榜. 不斷創(chuàng)新的中國計算機教育還要科學地向前發(fā)展[J]. 計算機教育, 2009(16).
篇3
高職院校的《計算機應用基礎》課程對全校非計算機專業(yè)學院開設,基本涵蓋了全校90%的專業(yè),我校的《計算機應用基礎》則早在2005年就被評為國家精品課程,如此重頭的基礎課程,在工學結(jié)合人才培養(yǎng)模式的大背景下,其課程的教學體系設計也在不斷的進行改革創(chuàng)新。教育部計算機基礎課程教學指導分委員會主任馮博琴在《對計算機基礎教育的思考》中提出了在新形勢下應從以下三點提高高校計算機基礎教育水平,保證高校計算機基礎教育沿著健康道路發(fā)展:考慮計算機教學的組成與分工,將計算機教育作為整體來研究,對于計算機教育的兩個階段的教學目標和教學內(nèi)容都要妥善安排;考慮與計算機學科的關(guān)系;為學生營造多樣化的計算機氛圍[1]。安徽師范大學數(shù)學與計算機科學學院的許勇教授等人針對高校計算機基礎課程《計算機文化基礎》的教學現(xiàn)狀和突出問題做了詮釋:對課程的重要性認識不足;學生基礎及專業(yè)差異大;教學組織不合理;考核、評價制度不合理;缺乏相應的現(xiàn)代化網(wǎng)絡教學及互動平臺,并提出了相應的改革策略,促進公共計算機課的改革[2]。
縱觀國內(nèi)外相關(guān)研究,職業(yè)教育校企合作、工學結(jié)合這一領(lǐng)域的研究絕大部分集中在宏觀整合以及模式探討方面,而對于具體的應用層面討論的很有限,首先是重視程度不夠,當前社會重理論研究、輕實際應用,普遍的認為教育信息技術(shù)的手段無非是多媒體課件或網(wǎng)絡教學等,缺乏通過特定的信息技術(shù)手段將課程設計、學生績效考核及企業(yè)文化等多種元素進行融合,可以更有效的提高整合的效果的認知;其次是目前高職類基礎課程的教學和科研脫節(jié)嚴重,科研立項對這類選題缺乏足夠的重視,基礎學科教學人員不愿意搞科研創(chuàng)新;第三則是缺乏企業(yè)的參與研究和較大范圍有系統(tǒng)的實驗。
結(jié)合此《綱要》與《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要(2008-2020)》中相關(guān)教育信息化帶動教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略精神,本課題試圖突破前期研究瓶頸,在《計算機應用基礎》課程由單一的教學練模式進化為多方聯(lián)動的綜合教學體系的改革趨勢中,運用相應的信息技術(shù)手段,針對綜合教學體系中的四大模塊,創(chuàng)建相對應的教學系統(tǒng)、交叉學分系統(tǒng)、績效考核系統(tǒng)、實習管理系統(tǒng),使每個模塊的效能得到最優(yōu)化體現(xiàn),從而為課程改革的最終實現(xiàn)提供一套整體的解決方案。
《計算機應用基礎》課程教學輔助系統(tǒng)包含四個子系統(tǒng),分別對應新教學體系中的四大模塊,其設計功能及思路如下:
一、教學系統(tǒng)
本系統(tǒng)的設計借鑒了當前比較流行的moodle和discuz!平臺,吸取其設計精華,結(jié)合《計算機應用基礎》課程,突出強化其中的教學白板、作業(yè)提交、討論組和企業(yè)相關(guān)功能。系統(tǒng)采用賬號管理,可以支持一個或多個老師對一個或多個專業(yè)的課程進行協(xié)同設計,從而可以滿足該課程因不同專業(yè)與不同企業(yè)進行工學結(jié)合而進行相應教學設計的需求。教學白板主要用于日常的課堂教學,也可用于學生課后復習;作業(yè)提交可以使學生上傳的作業(yè)按形成性考核的比例評分;討論組主要用于學生的小組協(xié)同學習及對教學的反饋。在各個功能和細節(jié)中,著力強化企業(yè)文化的滲透。以汽車學院與深圳比亞迪汽車有限公司的校企合作為例,從去企業(yè)面試接觸到比亞迪汽車的宣傳冊(word設計),到了解汽車文化和背景以后為比亞迪做產(chǎn)品宣傳(Photoshop設計logo),再到售后反饋(excel表格統(tǒng)計)等等,我們可以事先模擬一個該企業(yè)發(fā)展所需的主要環(huán)節(jié),深入研究《計算機應用基礎》課程的word、excel、photoshop幾個模塊分別可以為他們做什么,然后精心設計案例,內(nèi)容可按如下設計:
1.WORD長文檔排版:迪車講堂之《春季車輛養(yǎng)護篇》、《夏季車輛養(yǎng)護及節(jié)能環(huán)保的行車方式》;手冊下載之《F0說明下載》、《S系列車型說明下載》等。
2.EXCEL表格處理:產(chǎn)品導購之《貸款購車計算》、《售后服務查詢》等。
3.PHOTOSHOP圖像處理:《個性改裝》圖片處理、《零件保養(yǎng)》圖片處理、《新車型精品》圖片處理等。
二、交叉學分系統(tǒng)
在常規(guī)課程教學以外,還設計了多種輔助教學方式,如該課程與本專業(yè)其他各門課程的整合課、請合作企業(yè)的相關(guān)部門負責人或技術(shù)人員來講授的與企業(yè)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)課等。這一類課在綜合教學體系中統(tǒng)稱為交叉課程。交叉課程模塊的設計旨在通過多種渠道拓展課程的外延,從而到達更加豐富其內(nèi)涵的目的。本系統(tǒng)主要用于管理這種交差課程學分,按形成性成績考核的比例分配,將其納入課程學分中,考核時同時量化到綜合成績中。本系統(tǒng)由于涉及多門學科學分的協(xié)同管理,需要與學校教務管理系統(tǒng)進行對接,因此,設計充分考慮數(shù)據(jù)的兼容性,采用vb作為腳本設計語言,內(nèi)部采用模塊化設計,方便后期數(shù)據(jù)的維護以及由于教學體系的變化而造成的課程增減。
三、績效考核系統(tǒng)
除了專業(yè)課程方面,為了全面提高學生的創(chuàng)新能力和就業(yè)意識,我們提倡多專業(yè)聯(lián)合活動,例如,理工科類的創(chuàng)新社團經(jīng)常要和企業(yè)合作開發(fā)各種各樣的項目,那么經(jīng)管類的創(chuàng)新社團也會和企業(yè)有各種專業(yè)方面的交流與合作,兩個社團聯(lián)合起來共同完成一些合作項目,既能給企業(yè)帶來全方位的服務,也能讓學生在除專業(yè)以外的多個領(lǐng)域獲得提高,不失為一舉多得。本系統(tǒng)主要用于此類創(chuàng)新合作項目的績效管理,根據(jù)項目成果、取得的社會效益、參加各類比賽情況、申請立項等給予相應的考核評定。在技術(shù)上采用在線數(shù)據(jù)庫技術(shù),可以實現(xiàn)企業(yè)、學校等對項目組的多方評價以及項目組成員的內(nèi)部考核評價。
四、實習管理系統(tǒng)
課程的最后三周時間里進行模擬招聘實習,大家分組,用word設計個人簡歷,并現(xiàn)場制作PPT進行自我介紹,第二周可以通過小組討論的形式,用excel設計一些對公司有用的統(tǒng)計性表格,如考勤統(tǒng)計,年度銷售量統(tǒng)計,銷售額統(tǒng)計,返修率統(tǒng)計等等,我們還可以根據(jù)學生所學專業(yè)的不同,設計相應的畢業(yè)實習規(guī)劃案例,本系統(tǒng)主要用于對上述模擬招聘及實習階段的個人表現(xiàn)在教師指導下進行互評,同時,系統(tǒng)包含視頻采集功能,可以對學生的面試情況進行拍攝,并反饋給學生,以提高他們的面試技巧。
篇4
論文關(guān)鍵詞:《計算機應用基礎》;考核模式;改革
一、課程考核改革背景
根據(jù)教育部于2000年1月頒布了《教育部關(guān)于加強高職高專教育人才培養(yǎng)工作的意見》的文件(以下簡稱《意見》),指出要改革考試方法,除筆試外,還可以采取口試、答辯和現(xiàn)場測試、操作等多種考試形式,著重考核學生綜合運用所學知識、解決實際問題的能力,通過改革教學方法和考試方法,促進學生個性與能力的全面發(fā)展。
以前,高職高專計算機專業(yè)學生的考試主要以平時上級練習成績、期末考試(筆試)和平時出勤情況來作為學生的考核成績;考試方法簡單,考試形式單一,考核內(nèi)容仍重于理論;而筆試考試只考共性的、統(tǒng)一的知識技能,不能很好的體現(xiàn)學生動手操作能力。在當今這個“人才飽和”大學生就業(yè)困難的時代,為什么計算機專業(yè)人人員從事的工作確實跑業(yè)務,做銷售員,或是跟計算機有一點搭邊的文員,卻不能勝任一個全職的辦公自動化人員。因為學生實際動手操作的能力較弱,理論與實際沒法結(jié)合。在操作方面文字輸入速度慢,不熟悉機關(guān)公文規(guī)定格式的排版,不熟練辦公軟件的應用。
這一系列問題說明現(xiàn)行計算機專業(yè)課的考核機制存在一些不足:忽視了職業(yè)教育的“職業(yè)”特征,學生實際操作能力差;把學生盡限于校園內(nèi),為考試而考試,例如,有學生平時表現(xiàn)非常好,上課認真,期末考試筆試卷面成績相當不錯,但是計算機一級考試卻通不過,這說明了利用原先的考核方式不利于學生職業(yè)技能的提高;不能讓學生的動手能力得到很好的鍛煉;不能充分突出計算機專業(yè)的特色,脫離了現(xiàn)實工作環(huán)境,沒能與市場很好地接軌,不利于學生就業(yè)。迫使我們不能不反思。中等職業(yè)教育計算機應用基礎課程的考核模式需要進行改革。
二、課程考核改革思路
為了更好適應課程教學改革的方向與進程,著力提高學生自主學習的意識和能力,有效落實教學過程和增強對學生學習全過程的指導和監(jiān)督,全面測評學生的學習行為和成果,達到較高動手能力的計算機辦公自動化應用性人才的目的。為此,將采用計算機一級考試和計算機操作員認證考試為考核目標。
通過考核既要檢測學生對計算機辦公自動化應用的基本理論的了解和基本操作的使用;又要檢測學生對辦公自動化運用程度,重點考核學生對OFFICE的實際操作能力。
結(jié)合課程的培養(yǎng)目標,突出“計算機應用基礎”課程的特點。本次改革的基本思路是:
(一)教、學、評相互結(jié)合。計算機應用基礎課程理論和上機實驗是學生學習內(nèi)容。課程教學大綱要求學生要合理調(diào)配學生計算機應用基礎理論與完成實驗的時間,掌握辦公自動化軟件的操作技能,最終達到學習目的。上機實驗是以實際教學和計算機一級考試內(nèi)容相結(jié)合,直接明了的從實踐中理解理論知識,把教師的教與學生的學相聯(lián)系,把學生的學與學生平時課堂練習和課外應用相對應。提高學生平時的動手能力,及學生對課程學習的自覺性和積極性。
(二)強化實踐能力,促進學生平時學習。提高學生學習的積極性根據(jù)開放教育學生的特點,進行合理地教學過程設計。我們采用平時的教材教學與等級考試、認證考試培訓相結(jié)合的方式,甚至在平時實驗聯(lián)系中我們可以“一對一”的進行講解,促使學生在平時學習時要不斷地操作實踐,對學習《計算機應用基礎》這門課程的主動性,直到學生100%掌握為止。這樣就強化了學生的實踐操作能力,推進對學生職業(yè)化辦公能力訓練和提高,接近職業(yè)化教育的事實。
三、課程考核改革方案
根據(jù)歷年來,學生對計算機辦公自動化軟件操作方面的能力逐漸在提高,尤其是職業(yè)技校、中專上來的學生在辦公軟件操作方面基礎已相當不錯,我們對這類學生最關(guān)鍵是在于辦公軟件實質(zhì)操作的鞏固和理論知識的強化,而普通高中上來的學生在辦公軟件操作方面雖然沒有中專、技校的學生基礎好,但高中階段該課程也是必修課,對于這些學生我們的考核方式要進行改革。
(一)首先我們對《計算機應用基礎》這門課程的考核內(nèi)容上要明確,學生應掌握的基本內(nèi)容有:信心社會概念、計算機硬件的概念和組成、網(wǎng)絡的相關(guān)概念,以及office軟件的基礎應用。
當然我們對這門課程在教學方式上也統(tǒng)一,要把原先先以教材為主的理論課堂教學,或是沒有實際操作的虛擬黑板式教學方式,改為實質(zhì)動手操作的多媒體演示教學,和學生機房實際操作的教學方式。這樣可使學生更明確的把理論與實際相結(jié)合,更能體現(xiàn)信息教育的特色。
(二)我們對學生要掌握《計算機應用基礎》這門課程要有一定的衡量標準,但在有一定基礎的學生中我們的考核標準也要做適當?shù)恼{(diào)整,以便學生在學習態(tài)度上能夠有所改變,能真正學好《計算機應用基礎》這門課程。以前我們采用平時實踐訓練、平時的考勤情況以及期末理論總結(jié)性筆試考試相結(jié)合的方式進行考核,這樣一來我們的學生在平時的學習中沒有壓力,自己真正學到多少東西是模糊的,但近年了我們應該把學生是否能通過計算機一級考試,是否能獲得計算機操作員認證來作為實質(zhì)的考核標準,對學生來說是實質(zhì)的學到了東西,能熟練的掌握和操作辦公自動化軟件,這樣,既可以減少學生在總結(jié)性考核時臨時發(fā)揮失誤的影響,又可以加強對學生實踐教學的過程管理,提高實踐教學的教學質(zhì)量,以及學生的動手能力,與社會人才需求相符合,體現(xiàn)了職業(yè)化。
(三)我們鼓勵計算機專業(yè)的學生在大一第一學期就報名參加計算機一級考試,一般情況下,學生的等級考試是在十一月中旬,在進行教學的同時參加考試,可以很清楚的了解自己對《計算機應用基礎》這門課程的掌握程度,但并不影響學生通過率,因為我們前面也提到了計算機專業(yè)的學生對計算機辦公自動化軟件操作方面的能力逐漸在提高,在高中階段已有一定基礎,只是進行對辦公軟件實質(zhì)操作的鞏固和理論知識的強化。對于非計算機專業(yè)的學生我們把計算機一級考試放于大一的第二學期,也就是每年的四月中旬,非計算機專業(yè)的學生,基礎相對要比計算機專業(yè)的學生差,在第一學期我們將于計算機專業(yè)學生的教學方式一致,只是放慢教學的速度,教學過程中會更加詳細的去演示每個操作題,當然我們不可能保證每位學生對《計算機應用基礎》這門課程的掌握程度是滿意的,所以在第二學期,我們開展計算機等級考試考前輔導,整個輔導原則是學生自愿參加,輔導內(nèi)容以一級考試的內(nèi)容為重點,80%的以上的教學時間是以學生的實際動手操作為主,機房為教學場地,不再以教師的教為主,以學生的練習,難題解答為主,教師起輔導作用。
對于計算機專業(yè)的學生,我們在大一的第二學期會鼓勵學生參加計算機操作員認證考試(已經(jīng)通過計算機一級考試的學生)。計算機操作員資格認證考試的內(nèi)容主要有四大塊分別為:計算機系統(tǒng)操作與使用、文字信息處理、圖形圖像處理、因特網(wǎng)操作。計算機操作員資格認證考試是符合現(xiàn)在社會需求進行培養(yǎng)人才,能完全充分體現(xiàn)職業(yè)化水平的職業(yè)資格認證。當然,我們照樣也對學生進行培訓,此類的培訓是與實訓教學相結(jié)合。每個班級的實訓周里,我們會重點培訓微型計算機系統(tǒng)的基本操作與使用(微型計算機的使用操作方法、基本外部設備的使用與一般調(diào)整方法、微型計算機文件系統(tǒng)的操作與管理、常用軟件的安裝設置方法、計算機病毒的檢查處理方法),而其他幾點(文字信息處理、圖形圖像處理、因特網(wǎng)操作)與計算機一級考試相符由學生自己練習。在實訓周里我們將進行實踐考試,全部課程結(jié)束后組織理論考試。完全符合學校的教學方式,對學生來說計算機職業(yè)化能力水平又是一個很好的體現(xiàn)。
四、課程考核改革的實施效果/結(jié)束語
篇5
關(guān)鍵詞:科研教學;工程實踐;競賽融合;因材施教
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2015)22-0085-02
偉大的算法和程序設計技術(shù)的先驅(qū)者、計算機科學家Danold E. Knuth指出 “計算機科學即是算法的研究”,算法設計與分析設計不僅是國內(nèi)外大學中計算機類和信息工程類專業(yè)本科生的核心課程,也是計算機學科研究生的學位課程,該課程在本科和研究生階段的的整個課程體系中都發(fā)揮著重要的作用。在科學技術(shù)和社會經(jīng)濟水平飛速發(fā)展的今天,傳統(tǒng)的課堂上講好經(jīng)典算法+實踐課上做驗證性實驗的教學方式已無法滿足教學效果需要了。在高度信息化的現(xiàn)代大學中,學生的思維和理想被最大程度的激發(fā),一門課程和一個老師要想滿足大多數(shù)學生的知識需求是很難的。為了能夠從容面對學生求知若渴的眼神,為了讓這門課在他們當前培養(yǎng)體系和未來的職業(yè)生涯中發(fā)揮其應有的作用,算法課程的教師們不斷的嘗試著各種各樣的教學改革。文獻[1]和[2]提出了基于ACM-ICPC模式的算法分析與設計課程實踐教學改革,文獻[3]和[4]提出了將翻轉(zhuǎn)教學用于算法課程中,文獻[5]提出了面向不同層次學生的算法課程教學改革,還有一些教師將先進的教學輔助手段用到了算法教學的課堂中,例如文獻[6]提出了算法可視化的教學輔助平臺,文獻[7]介紹了蟻群算法的教學輔助平臺和教學效果,這些改革措施都在實際教學中取得了很好的效果。但是,單一的改革方式只能優(yōu)化算法教學的冰山一角,最好的改革應該是立足于學生,因材施教。每個走進大學校園的學生都是寒窗苦讀之后飛進象牙塔的天之驕子,沒有差生,有的只是不同的興趣,不同的思維方式。他們有的思維活躍善于創(chuàng)新,有的思維縝密善于邏輯推理,有的思維沉靜善于鉆研?;诖?,針對課堂教學環(huán)節(jié)、實踐課環(huán)節(jié)和成績考核環(huán)節(jié),本文提出了科研、競賽與工程實踐相融合的三位一體的算法分析與設計課程教學方法。
1 課堂教學環(huán)節(jié)
由于學時限制,傳統(tǒng)的算法分析與設計課堂一般會主講或只講一些經(jīng)典算法,例如:基于蠻力、分治、減治、動態(tài)規(guī)劃、貪心等設計技術(shù)的算法,很難抽出時間去講解新的算法設計技術(shù),例如回溯、分支限界法、隨機算法和啟發(fā)式算法等。若算法課程只關(guān)注經(jīng)典算法和對經(jīng)典算法的驗證,就會令學生成為井底之蛙、固步自封。在現(xiàn)今,算法的使用已經(jīng)滲透到日常生活中的各種控制系統(tǒng)中,如果脫離具體應用,讓學生學習純算法,就令學生陷入了讀死書的困局。因此,針對學生情況的不同,筆者將課堂教學的一些改革措施用到了實際教學中,并取得了較好的效果。
天生“學生”之才必有用,結(jié)合學生的不同特點,將學生分為科研型、競賽型和工程實踐性三類。教師不對學生盲目歸類,在教學的過程中潛移默化的傳授他們科研、競賽和工程實踐的精神,令學生自主選擇。為了能夠在課堂教學中科研、競賽和工程實踐并重,教師在課堂授課時需要做到如下幾點:
1)教師選擇經(jīng)典中之經(jīng)典的幾個算法進行詳細講解,講清楚算法原理和編程思路之后,著重分析其時間復雜度。
2)為學生講解最新期刊上發(fā)表的(1)中的幾個算法的論文,介紹其改進方案,以及在時間復雜度或其它方面的改進,帶領(lǐng)學生將該算法學懂學精。
3)選擇ACM競賽中與(1)中幾個算法相關(guān)的賽題,在課堂上與學生一起分析。
4)用(1)中幾個算法實現(xiàn)現(xiàn)實生活中的實際問題,將所學算法第一時間用于工程實踐。
5)講完幾個經(jīng)典之經(jīng)典算法之后將回溯、分支限界法、隨機算法、啟發(fā)式算法搬入課堂,帶領(lǐng)學生在科研、競賽和工程實踐三方面同時強化這些算法。
做到了上述五點,就可以兼顧三種類型學生的需求,令每個學生了解什么是科研,什么是競賽,什么是工程實踐,明白自己適合向哪個方面發(fā)展。之后,在實踐課階段選擇自己適合的方向進行實驗和拓展。那些被排除在經(jīng)典之經(jīng)典算法之外的經(jīng)典算法,可以讓學生用翻轉(zhuǎn)教學的方式學習,教師用較短的時間進行答疑。
在科研、競賽和工程實踐并重的課堂教學環(huán)境下,每個同學都對算法設計技術(shù)有了全面而深刻的認識,雖然比傳統(tǒng)課堂中學的算法類型少,但是學的精,教師真正做到了“授之以漁”。
2 實踐教學環(huán)節(jié)
教學環(huán)節(jié)的全面撒網(wǎng),是為了每個學生都能找到自己的優(yōu)勢并進行收獲。所以實踐教學環(huán)節(jié)應該充分發(fā)揮學生的自主性。教師可以將每個實驗內(nèi)容編為三選一的題目。比如一道算法改進題,一道ACM競賽題,一道路由資源的算法分配題,令學生根據(jù)自己的情況自主選擇。為了不打擊學生的自信心,算法的題目不能出的太難,應該每次實驗兼顧各種難度的題型。令學生在攻克一道道算法問題的時候充滿信心,逐步引導他們走進算法的海洋。要做到這些,教師需要做如下準備和工作:
1) 精心研讀各種算法的算法改進方案,給出學生合理的引導,令他們不要誤入科研的死胡同。
2) 收集ACM競賽試題,并且按算法分類,每次實驗都能拿出合適的題目來訓練學生。
3) 涉及工程實踐的算法源程序通常很長,讓學生從讀程序開始學起,讀懂了之后去改變程序,實現(xiàn)其它的功能。
每個實驗完成之后,教師需要認真批改學生的實驗,選出優(yōu)秀的作品,組織學生進行討論,讓同學們在討論中認可自己,同時學習其它同學的算法思維方式,改進自己的算法設計能力。
3 成績考核環(huán)節(jié)
課堂教學環(huán)節(jié)負責全面撒網(wǎng),實踐環(huán)節(jié)負責重點收獲,成績考核環(huán)節(jié)則需要檢驗學生學習知識的廣度和精度,讓學生認識自己學習的程度,然后進步。在實際教學中筆者將成績考核環(huán)節(jié)分為平時成績(作業(yè)和點到)、實驗成績和期中、期末成績。實驗考察學生的編程能力,期末考察經(jīng)典算法學習情況,期中考察新算法、競賽能力和工程實踐開況。
實驗成績根據(jù)實驗情況、實驗記錄和學生口頭闡述為依據(jù),要求科研型的學生做完美的推理、縝密的闡述,要求競賽型的學生快而準,要求工程實踐型的學生細心周到克服實際開發(fā)中的各種麻煩。期中考試要求學生上交小論文或科學報告來描述自己的設計或創(chuàng)新,期末考試為閉卷考試,現(xiàn)在很多課程都喜歡設置為開卷考試,但是算法設計與分析課程作為一門重要的核心課程,對于計算機和信息專業(yè)的學生而言,就像我們小時候背的乘法律,有些內(nèi)容牢記了,對于日后的學習是可以起到事半功倍的作用的。
成績評定方式是一種督促的手段,這種手段用好了可以檢驗學生的能力,提高他們的積極性,用的不好,會打擊學生的信心。因為在實驗課和期中測試中,都采用學生自主選擇方式,因此,要根據(jù)學生類型制定評分標準:
1)對于科研型的學生,要根據(jù)他們讀科學文獻的數(shù)目、對文獻的理解程度和自己改進方案的合理性和實現(xiàn)情況綜合評定;
2)對于競賽型的學生,要根據(jù)他們的解題速度和解題方法的靈活性來進行成績評定,仿照ACM比賽規(guī)則,若答錯一題則倒扣分;
3)對于工程實踐型的學生,需要讓他們將一個大問題劃分為幾個模塊,將幾個小模塊實現(xiàn)之后再整合成一個完整的系統(tǒng),綜合考評他們面對一個具體問題時的分析和解決能力。
學生根據(jù)教師提出的評分標準,自然會以考試和考評為督促手段,在科研、競賽或工程實踐中養(yǎng)成好的習慣,提高自己算法設計的綜合能力。
4結(jié)論
本文提出了科研、競賽與工程實踐三位一體的算法設計與分析課程教學方法,并應用于實際教學中。通過科研、競賽和工程實踐并重,經(jīng)典算法為導向的課堂教學,令學生可以具備三方面的基本能力和選擇能力,并且在后面的實踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)中自主選擇適合自己的學習方式和知識拓展方式,最終在興趣中學習算法課程,為學生未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎。
參考文獻:
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[2]李華,趙建平.基于ACM―ICPC的算法設計與分析課程改革[J].計算機教育,2013(7):88-91.
[3]高麗萍,劉亞,彭敦陸等.翻轉(zhuǎn)教學在算法設計與分析中的應用研究[J].計算機時代,2014(11):59-61.
[4]張銘.立足北大,放眼未來――“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”MOOC課程教學實踐與思考[J].工業(yè)和信息化教育,2014(9):65-73.
[5]陳翔.面向不同層次學生的算法設計與分析課程教學改革探索[J].計算機教育,2014(18):19-22.
篇6
關(guān)鍵詞:計算機教育;專業(yè)設置;課程設置;實踐教學;南洋理工
新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University,NTU)創(chuàng)辦歷史不長,但在國際上已享有盛譽[1]。她用不到30年的時間超越了世界上很多百年大學的水平,堪稱快速崛起的典范。南洋理工大學是一所以工科見長的大學,其計算機專業(yè)教育對我國新興大學的計算機學院,以及所有正在探索應用型計算機人才培養(yǎng)的高校,無疑具有很好的參考價值。鑒于此,筆者根據(jù)南洋理工大學網(wǎng)站對外公布的辦學資料,梳理南大的計算機教育特色,供同行們參考。
1院系設置與專業(yè)劃分
南洋理工大學包括商學院、工學院、文學院和理學院等四個主要學院,下設12個專業(yè)學院。除此之外,國立教育學院和拉惹勒南國際研究院是兩個自主學院[1]。計算機工程學院隸屬于工學院,下設計算機工程和計算機科學兩個本科專業(yè),可頒授工學學士學位。其辦學主旨是為學生提供基礎扎實、涉及面廣的計算機專業(yè)教育,并進行大量的職業(yè)訓練,為學生迎接未來技術(shù)快速發(fā)展的挑戰(zhàn)和終生學習奠定基礎[2]。
計算機工程專業(yè)的辦學宗旨是綜合計算機科學與微電子工程學科,著重計算機系統(tǒng)及其實時應用的制作工程。讓學生具備計算機科學家的分析技能和電子工程師的開發(fā)設計技能。其可選專業(yè)方向包括計算機及通信網(wǎng)絡、計算機視覺與圖形學、嵌入式系統(tǒng)、高性能計算、信息系統(tǒng)、智能系統(tǒng)[2]。
計算機科學專業(yè)的辦學宗旨是專注于計算機技術(shù)的有效應用,尤其是算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設計方法、程序設計語言等方面,同時也將重點放在滿足給定要求的有效和可靠軟件的實際設計。該專業(yè)與計算機工程專業(yè)有很大程度的重疊,但重心置于算法和概念層面。相比于計算機工程專業(yè),計算機科學專業(yè)更注重軟件的設計和構(gòu)建;相比于頒授理學學位的同名專業(yè),該專業(yè)更強調(diào)計算機科學的實際應用。其可選的專業(yè)方向包括智能系統(tǒng)、軟件工程、信息管理、計算機及通信網(wǎng)絡、計算機視覺與圖形學、高性能計算[2]。
2課程設置
南洋理工大學本科教育學制通常為4年。計算機工程學院本科學生在4年期間要修滿154學分。這154學分所包含的課程類別和數(shù)量如表1所示[3-4]。
以下分通識課、核心專業(yè)課、指定專業(yè)選修課幾部分說明課程。有關(guān)實踐教學的內(nèi)容將在下一節(jié)專門介紹。
2.1通識課
通識(General Education)課相當于我國的公共課,分為三種。一是核心課程(Core Courses),主要涉及人力資源管理與溝通技巧,并為學生提供嚴肅思考和評論社會問題的基礎。現(xiàn)有的5門核心通識課如表2所示。二是指定選修課(Prescribed Electives),分三個子領(lǐng)域,即人文社會科學、科技與社會、商業(yè)與管理。三個子領(lǐng)域覆蓋了幾乎所有學科范圍,有很多全校共享的可選課程。學生可以根據(jù)自己所學專業(yè),從開闊視野的角度盡量選讀其他學科的相關(guān)課程。例如,科學和工程專業(yè)類學生可以選分人文社會科學方面的課,3學分的科技與社會、3學分的商業(yè)與管理[5]。三是任選課(Unrestricted Electives)。這類選修課指所有適合學生個人發(fā)展取向(更專業(yè)或更廣博)的選修課程。通過任選課,有的學生可以輔修其他專業(yè)(稱為Minor),獲得其他領(lǐng)域的資質(zhì)。任選課的來源通常有以下幾種:各專業(yè)學院提供的任選課、學生所學專業(yè)提供的相關(guān)技術(shù)或指定選修課、其他專業(yè)提供的輔修課程以及其他途徑(例如受邀參與校內(nèi)研究項目可獲學分)[5]。
2.2核心專業(yè)課
核心專業(yè)課為特定專業(yè)所有學生都必須修讀的課程。這些課程分布在一到三年級上學期的5個學期中。計算機工程專業(yè)和計算機科學專業(yè)的核心課如表3和表4所示。
上述課程中,英語提高(HW001)是為英語測試不合格的學生提供的輔導,無學分。精通C語言(CPE110, CSC110)是一門電子學習、在線考試的課程,安排在兩個學期之間的空檔進行。除此之外,還有一些課程不能從名稱直接看出其具體內(nèi)容,說明如下[6-7]。
1) 編程導論(Introduction to Programming):該課程用Java語言介紹編程的基本知識。
2) 軟件系統(tǒng)與模型(Software Systems and Models):主要內(nèi)容包括并發(fā)模型、事件驅(qū)動的編程、GUI開發(fā)、并發(fā)編程、進程交互機理、特性分析等。
3) 程序設計語言(Programming Languages):主要介紹軟件開發(fā)中編程語言的角色,語法與語義的描述,語言翻譯,虛擬機,數(shù)據(jù)與控制的抽象,數(shù)據(jù)類型,類型檢查,范圍,異常處理,并發(fā),語言方略比較(面向?qū)ο?、功能和邏輯的編?,程序排錯,大規(guī)模編程等。
4) 以網(wǎng)絡為中心的計算(Net-Centric Computing):主要包含通訊與連網(wǎng)、網(wǎng)絡架構(gòu)、客戶服務器計算與Web技術(shù)、建立Web應用、網(wǎng)絡管理等。
5) 軟件工程I(Software Engineering 1):主要內(nèi)容包括概述、軟件過程模型、面向功能的分析設計方法、面向?qū)ο蟮姆治鲈O計方法、應用程序編程接口 (APIs)、編程環(huán)境與基于Web的軟件工程等。
6) 軟件工程II(Software Engineering 2):主要內(nèi)容包括項目管理、軟件質(zhì)量保證、維護、驗證與測試等。
2.3指定專業(yè)選修課
指定專業(yè)選修課按照不同的專業(yè)方向分組列出。學生根據(jù)自己的興趣選擇某個專業(yè)方向時,就可以選修該方向的指定選修課。但這種分方向的指定選修課,并不一定要打包選修。學生有自己選課的自由。例如,學生可以從一個方向選幾門,再從另一個方向選幾門,只要選修的總學分為24即可。實際上,有些方向給出的指定選修課不足6門(24學分),學生必須選其他方向的課程。
另一方面,所有專業(yè)選修課都是相對獨立的單元,只要修讀了前述專業(yè)核心課,就可以選修。每門課都是4個學分,每周上課3小時,另有1.5小時的教師輔導和實驗時間。這些課都安排在4年級的兩個學期(第七、八學期)[3-4]。
3實踐教學
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關(guān)鍵詞:計算機;工程實踐;課程體系改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
最新人力資源調(diào)查顯示,人才市場急需計算機工程師人才特別是“嵌入式人才”,但是負責人才輸出和培養(yǎng)的大專院校近年卻出現(xiàn)了重軟件輕硬件、重研究輕操作、重理論輕實踐的現(xiàn)象,顯然無法滿足市場對人才的需求。為了解決供需矛盾問題,達到教育部提出的“高等教育要重視培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神”的要求大專院校除了要培養(yǎng)研究和創(chuàng)新型人才以外,應該注重有大工程觀和大系統(tǒng)觀,同時具備一定實踐能力的高級工程師的培養(yǎng)。
為了提高工程實踐教育水平,根據(jù)社會和國家建設的需要,清華大學開始建設計算機工程實踐教育實驗區(qū),以此為契機,我們對計算機工程實踐教育模式進行改革和探索。
1 計算機工程實踐教育的定位和教育理念
計算機工程實踐教育的培養(yǎng)目標是:培養(yǎng)學生接受創(chuàng)新的工程實踐意識、嚴謹?shù)墓こ虒嵺`作風、科學的工程實踐素質(zhì)、優(yōu)秀的工程實踐能力、規(guī)范的工程實踐標準等方面的教育。依據(jù)學校的規(guī)劃和實施方案,根據(jù)教學需要,我們建立了自己的教育理念,內(nèi)容如下:
(1)面向工程需求的課程體系
計算機的發(fā)展推動了計算機學科的進步,計算機的應用提升了各學科的技術(shù)水平。實驗區(qū)面向社會實際工程的不同需求,按照技術(shù)基礎、工程應用和工程實踐,建立多層次的課程體系。
(2)強調(diào)理論基礎上的實踐
計算機教學具有實踐性強的特點,實驗區(qū)給學生提供充足的實踐空間,通過實驗驗證、課程設計、專題訓練、專業(yè)實踐、畢業(yè)設計等實踐活動,提高學生的實踐能力、科學作風,加深對理論知識的理解。數(shù)理、電子技術(shù)是計算機學科的基礎,邏輯思維、抽象思維是計算能力的體現(xiàn),實驗區(qū)強調(diào)理論指導下實踐,實踐與理論的結(jié)合。
(3)依托科研優(yōu)勢的實踐教育
清華大學計算機科學與技術(shù)是全國重點學科,擁有高素質(zhì)的科研隊伍和雄厚的科研能力,承擔了一系列國家“973”、“863”、“國家自然科學基金”、“國家攻關(guān)”等重大和重點項目,取得了多項創(chuàng)新性成果。實驗區(qū)注意提取科研中的相關(guān)知識點,引入到工程實踐教學中,以先進的科學問題激勵學生的思考。通過實踐教學,讓學生體驗書本與應用、學習與研究、通識與專業(yè)、繼承與開創(chuàng)的關(guān)聯(lián)。提升工程實踐人才的培養(yǎng)水平,努力將實驗區(qū)建設成為一個科研成果轉(zhuǎn)化和工程實踐創(chuàng)新基地。
2 計算機工程實踐教育的改革思路
我們深入地分析了國內(nèi)外院校在計算機教學方面的經(jīng)驗,從教學內(nèi)容、授課機制、實踐教學建設、工程意識與團隊精神培養(yǎng)等教學環(huán)節(jié)和培養(yǎng)目標上看到了我們的不足,并在此基礎上明確了近幾年內(nèi)的建設目標。與此同時,我們根據(jù)建設和發(fā)展的要求,針對人才培養(yǎng)模式提出了如下改革思路:
(1)建設一套完整的工程實踐教育體系。計算機學科是實踐性、工程性很強的學科,實踐環(huán)節(jié)十分重要。建設技術(shù)基礎、工程應用和工程實踐三個層次的課程體系,自主研制或引進一批與世界一流大學接軌的實踐教學裝置和儀器,同國內(nèi)外知名的企業(yè)和公司合作建立一批學生工程實踐基地。
(2)建立一支優(yōu)秀的工程實踐教師隊伍。一堂好的實踐課對教師的要求很高,建立一支愛崗敬業(yè)、技術(shù)精湛、水平高、責任心強的教師隊伍十分重要,這是搞好計算機工程實踐教育實驗區(qū)建設、提高實踐教學水平的重要保障。工程實踐教育實驗區(qū)在注重培養(yǎng)學校內(nèi)部教師工程實踐能力的同時,將定期邀請一批企業(yè)、公司中高素質(zhì)的工程技術(shù)人員講學、任教。
(3)注意把科研成果引入到工程實踐教學中,將計算機工程實踐教學區(qū)建設成為一個科研轉(zhuǎn)化基地。高水平的科研始終是實踐教學的有力支撐和源泉。計算機學科發(fā)展很快,必須經(jīng)常更新工程實踐內(nèi)容,引導學生直接面對科學前沿,應用新技術(shù)駕馭新工程,教會學生在實踐中學習,在學習中提高。
(4)加強工程實踐教育標準化,推出面向工程實踐的系列教材。作為工程實踐性強的代表學科,計算機學科對工程實踐能力的要求非常高,但是近10年對此的要求和教育重視程度有所降低,因此加強工程實踐教育尤其是大工程實驗方面的教育是我們接下來的重點改革目標,為了更加系統(tǒng)化和規(guī)范化,將推出配套的面向工程和實踐的系列教材。
3 計算機工程實踐教育的課程體系和培養(yǎng)方式
我們設定的計算機工程實踐教學課程體系包括三個層次:技術(shù)基礎類、工程應用類和工程實踐類課程,其中工程應用類又分為軟件和硬件兩個子類(如圖1所示)。
(1)技術(shù)基礎類課程
從課程設置方面看,這些基礎課程都屬于計算機專業(yè)基礎課程,是計算機系學生的必修專業(yè)基礎課。這類課程為學生打下了堅實的計算機應用技術(shù)基礎,為工程實踐技術(shù)的應用做好準備。
(2)工程應用類課程
工程應用類課程分為兩大系列:軟件工程應用系列和硬件工程應用系列課程。軟件工程應用系列以計算機網(wǎng)絡技術(shù)、軟件工程、數(shù)據(jù)挖掘等課程為主體;硬件工程應用系列以計算機組成原理、微計算機技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、FPGA設計等課程為主體。這些課程雖然如此分類,但是有很多課程軟件和硬件技術(shù)都融合在一起,并非有嚴格的界限劃分,學生在學習和選擇上也僅做參考。這些課程直接為學生服務,提高學生利用“人類通用智慧工具”分析和解決問題的能力,將計算機科學與技術(shù)在工程應用中充分體現(xiàn)出來,提升學生的綜合素質(zhì)和工程應用能力。
(3)工程實踐類課程
計算機工程實踐類課程包括必修和選修環(huán)節(jié),目的是能夠?qū)W生培養(yǎng)成為合格的工程師,有創(chuàng)新的工程實踐意識、嚴謹?shù)墓こ虒嵺`作風、科學的工程實踐素質(zhì)、優(yōu)秀的工程實踐能力。此類課程在內(nèi)容上每年都進行更新,在質(zhì)量有充分保證的基礎上,每年都爭取增加和擴大,以提高學生的選擇空間。
在三類課程中,實驗區(qū)重點突出工程實踐類課程,并逐年提高此類課程所占的比例,力圖將學生訓練成在工程實踐上有很強自主性和創(chuàng)新能力的專才。以計算機工程實踐必修課“計算機專業(yè)實踐”為例。該課程要求學生在教師指導下,靈活運用所學到的基礎知識和主要專業(yè)知識,自己設計、制作、調(diào)試完成一個工程性極強的大型教學實踐課程,使學生在實際動手能力、創(chuàng)新思維、專業(yè)知識、工程實踐能力和團隊合作精神等方面得到全面的訓練。主要內(nèi)容包括“開放式CPU設計與測試”、“多模態(tài)身份驗證系統(tǒng)”、“足球機器人及機器人足球賽”、“基于FPGA的微機接口設計”等。以“開放式CPU設計與測試”專題為代表,該實踐專題的最大優(yōu)點是開放式設計,完全由學生自主設計處理機體系結(jié)構(gòu),并進行全面測試。該實踐專題以“數(shù)字電路”和硬件設計語言為基礎,把“計算機組成原理”和“計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”等課程理論與實踐融合在一起,是計算機本科硬件課程的匯總。
再例如2007年7月夏季學期推出的“基于大規(guī)模集群的海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)”課程,該課程是Google公司與實驗區(qū)合作,在清華大學開設的有關(guān)集群分布式編程的課程。通過本課程的學習,學生將深入了解到通過大規(guī)模集群的模式處理海量數(shù)據(jù)的方式與編程方法。來自Google公司的優(yōu)秀工程師親自講述有關(guān)使用大規(guī)模集群處理海量數(shù)據(jù)的理論知識以及相應的實際編程方法。通過實踐相關(guān)的課程內(nèi)容,使用開源的Apache Lucene Hadoop工具,學生親身實踐Google文件系統(tǒng)以及Google所使用的分布式編程方式MapReduce。學生還需要完成特定的分布式應用程序設計來鞏固所學的編程知識,用于處理實際的海量數(shù)據(jù)問題。課程內(nèi)容的重點放在實踐上面,Google公司為學生提供一個具有20個節(jié)點的大規(guī)模集群范例,學生可以在這個集群上面完成相應的實踐課程以及最后的大項目作業(yè)。大項目作業(yè)是檢驗學生是否掌握課程內(nèi)容的關(guān)鍵,學生可以根據(jù)自己的能力以及對課程的理解程度,選擇一些項目來實踐完成。例如可以利用所學的編程方法完成一個完整獨立的搜索引擎,或者在現(xiàn)有的基礎之上建立類似于Google的分布式鎖機制Chubby以及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)BigTable。我們主要邀請Google內(nèi)部的具有實際分布式工作經(jīng)驗的工程師前來授課,包括世界一流大學的教師,授課語言為英語。
篇8
關(guān)鍵詞:計算機 人才創(chuàng)新
一、計算機科學與技術(shù)人才培養(yǎng)創(chuàng)新體系的制定
計算機科學與技術(shù)人才培養(yǎng)創(chuàng)新體系的構(gòu)建是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要前提,而計算機科學與技術(shù)專業(yè)又不同于相對成熟穩(wěn)定的傳統(tǒng)學科,該學科不僅發(fā)展迅速,而且與其他學科的交叉融合日益突出,因此,原有的人才培養(yǎng)方案己經(jīng)不再滿足新時期的計算機科學與技術(shù)專業(yè)的高等教育的需求。計算機學院對計算機科學與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)體系進行了重新調(diào)整,嚴格執(zhí)行教育部制定的“高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范”和“高等教育計算機科學與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系與課程”的規(guī)定,同時從本校實際出發(fā),創(chuàng)新計算機專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系和教育培養(yǎng)體系,完成了對計算機科學與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建。
計算機人才培養(yǎng)創(chuàng)新體系研究的范圍很廣,具體內(nèi)容包括:課程知識創(chuàng)新體系、實踐教學創(chuàng)新體系、師資隊伍建設創(chuàng)新體系、教學資源建設創(chuàng)新體系等等。此外,還要把上述體系融合為一種行之有效的人才培養(yǎng)模式,逐步進行細化,最終實現(xiàn)基礎扎實、軟硬兼通,同時兼顧計算機科學和計算機工程兩個培養(yǎng)方向的寬口徑人才培養(yǎng)目標。
二、構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才創(chuàng)新體系的措施
(一)構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才課程知識創(chuàng)新體系
擁計算機科學與技術(shù)、網(wǎng)絡工程、軟件工程、信息管理和通信工程共五個專業(yè),各個專業(yè)既是獨立的專業(yè)又相互融合,每個學科都有自己的學科優(yōu)勢和人才優(yōu)勢,而計算機科學與技術(shù)專業(yè)又是學院的龍頭專業(yè),因此我們在制定計算機專業(yè)的課程知識體系時,并沒有把它當做一門孤立的學科對待,而是立足學院的高度建立了一個各個學科既互相融合、又互相促進的課程體系,我們的基本思路是打通五個專業(yè)的主要基礎課,建立學院的基礎教學平臺課,然后在此基礎上構(gòu)建各個專業(yè)的核心課,除了學校的公共課外,學院的課程分成三個層次:學院平臺課、專業(yè)核心課和專業(yè)特色課,如圖1所示。學院平臺課和專業(yè)核心課在計算機科學與技術(shù)專業(yè)中具有舉足輕重的地位,通常被視為該專業(yè)的“看家本領(lǐng)”。此外,通過專業(yè)特色課,我們把人才培養(yǎng)目標定位成“計算機科學”和“計算機工程”兩個出口,前者偏重軟件,后者偏重硬件,做到了軟硬并重。構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才課程知識創(chuàng)新體系。
(二)構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才實踐教學創(chuàng)新體系
計算機科學與技術(shù)專業(yè)具有很強的工程性和應用性,這就決定了我們的本科教育在強調(diào)理論深度的同時,必須把對學生實踐能力的訓練放到一個足夠重要的位置上,因此,實踐教學體系的制定和落實,直接決定了人才的素質(zhì)和培養(yǎng)質(zhì)量。網(wǎng)絡教學平臺是一種行之有效的手段,不僅可以提供優(yōu)質(zhì)的教學資源和豐富的教學活動,而且可以大大拓寬課堂教學的時間和空間。網(wǎng)絡教學平臺一般包括管理員空間、教師空間和學生空間三個組成部分。其中教師空間和學生空間是主體部分,并且功能基本一致。教師空間包括教學資源和教學活動兩部分,如圖3所示。在教師空間中我們?yōu)閷W生提供了豐富的教學資源,包括教學課件、教學視頻、教學文件、題庫、實驗材料等,從而方便學生的自主學習。此外,網(wǎng)絡教學平臺可以彌補課堂教學中師生互動少的不足,可以為教學提供豐富的教學活動,如在線學習、在線討論、在線答疑、提交作業(yè)、批改作業(yè)。因此,網(wǎng)絡平臺不僅極大地豐富了教學資源,而且實現(xiàn)教學和實驗的網(wǎng)絡化,大大拓寬了課堂教學。
三、構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才創(chuàng)新體系的思考
制定一個科學、有效的“計算機科學與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)體系”是將人才培養(yǎng)理念落實到實處、實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的必要條件。由于人才培養(yǎng)體系是一項復雜的系統(tǒng)工程,因此,為了實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標應將其中的各項內(nèi)容貫徹落實到人才培養(yǎng)的實踐當中。首先,要精心設計本學科的課程知識體系;其次,通過多種手段,強化實踐教學體系;然后,要進一步地通過培養(yǎng)高水平的教學團隊提升整個師資隊伍的建設;最后,利用網(wǎng)絡教學平臺為學生提供優(yōu)質(zhì)的教學資源,構(gòu)建計算機科學與技術(shù)人才創(chuàng)新體系,使計算機科學與技術(shù)人才有個新的發(fā)展。參考文獻:
[1]張麗萍.程序設計精品課程建設的研究與實踐[J].教育科學,2012(1).
篇9
【關(guān)鍵詞】電子計算機 網(wǎng)絡 控制軟件 改進
隨著計算機和網(wǎng)絡的不斷進步,信息技術(shù)飛速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)的普及與應用為人們的生活、學習、交流帶來了極大方便,但與此同時網(wǎng)絡安全入侵事件卻屢見報端,如果對于計算機網(wǎng)絡應用中的控制軟件應用不加以改進和提升就會使網(wǎng)絡安全問題更加突出,給網(wǎng)絡用戶帶來更大的安全隱患,所以,加強網(wǎng)絡安全,保證網(wǎng)民的正常生活,確保網(wǎng)絡秩序的正?;蔷W(wǎng)絡工作者現(xiàn)實需要面對的非常棘手的問題。
一、相關(guān)概念界定
(一)網(wǎng)絡控制。所謂網(wǎng)絡控制,是指通過一系列的通信信道網(wǎng)絡控制裝置構(gòu)成一個或多個閉環(huán)控制,隨著信號處理,優(yōu)化和控制決策函數(shù)的操作功能。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)被應用于―系列通信網(wǎng)絡的不同物理部件之間,進行處理系統(tǒng)交換信息和控制分配系統(tǒng)的信號,并且控制器可以被分散在網(wǎng)絡中的不同位置。
(二)網(wǎng)絡軟件。網(wǎng)絡軟件是指,在計算機網(wǎng)絡環(huán)境中,用于支持數(shù)據(jù)通信和各種網(wǎng)絡活動的軟件。連接到計算機網(wǎng)絡的系統(tǒng),通常是基于系統(tǒng)本身的特性,容量和服務對象,配置不同的網(wǎng)絡應用系統(tǒng),目的是用戶與其他系統(tǒng)共享網(wǎng)絡資源,或是把本地系統(tǒng)的功能和資源提供給其他網(wǎng)絡用戶共享使用。網(wǎng)絡軟件通常包括網(wǎng)絡協(xié)議和協(xié)議軟件,網(wǎng)絡通信軟件,網(wǎng)絡操作系統(tǒng)軟件,網(wǎng)絡管理軟件和網(wǎng)絡應用軟件幾種。
(三)網(wǎng)絡控制軟件。網(wǎng)絡控制軟件是網(wǎng)絡軟件之一,即通過支持該軟件的行為,來提高網(wǎng)絡的工作效率,是專門為網(wǎng)絡管理人員設計,以幫助網(wǎng)絡管理人員對網(wǎng)絡進行自動化監(jiān)控和管理,最終達到減少故障,提高IT效率的目標。
二、網(wǎng)絡控制軟件的應用及弊端
網(wǎng)絡管理軟件應用程序的范圍很廣,主要可以分為廣義和狹義兩個方面。從廣義上來說,任何有網(wǎng)絡的地點都需要網(wǎng)絡管理,網(wǎng)絡管理軟件就用在這些領(lǐng)域內(nèi)。從實際的應用來看,電信,銀行,金融等眾多行業(yè)都使用網(wǎng)絡管理軟件。在狹義的角度來看,網(wǎng)絡管理軟件有不同的劃分方式。根據(jù)網(wǎng)絡管理軟件管理的對象來分,它可分為系統(tǒng)管理軟件和設備管理軟件。系統(tǒng)管理軟件是對全面的整個網(wǎng)絡,深入的監(jiān)控和管理的軟件(包括服務器,網(wǎng)絡設備和應用程序);設備管理軟件是各種網(wǎng)絡設備廠商推出的,可以很好地管理他們的網(wǎng)絡的設備(如華為設備管理軟件)。雖然網(wǎng)絡控制軟件通過網(wǎng)絡使得人們的工作、學習和生活都帶來了巨大的方面,讓網(wǎng)絡用戶通過網(wǎng)絡可以實現(xiàn)各種各樣的遠程操作,但是也同樣存在著弊端,例如由此會產(chǎn)生一些網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全問題;計算機運行的速度問題;由于網(wǎng)絡帶寬的問題導致的信息在傳輸過程中的阻塞等現(xiàn)象,這就需要電子計算機網(wǎng)絡工作者加強對網(wǎng)絡控制軟件的改進和完善。
三、電子計算機工程網(wǎng)絡控制軟件改進應采取的措施
目前,隨著人們對網(wǎng)絡需求的提高,網(wǎng)絡規(guī)模急劇擴充的現(xiàn)實已經(jīng)越來越不充分,因此計算機工程網(wǎng)絡控制軟件的另一趨勢是智能化,集成化的網(wǎng)絡管理的方發(fā)展方向。
(一)注重對網(wǎng)絡安全的建設。我們可以有效地利用網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡系統(tǒng),對網(wǎng)絡進行安全性測試,如果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)漏洞和安全風險后,進行排除。由于系統(tǒng)本身不可避免的存在一些漏洞,這時可以使用各種軟件的“補丁”對漏洞進行修補,更多的系統(tǒng)軟件服務,就更容易發(fā)生多的系統(tǒng)漏洞,因此,應該要避免運行過多的軟件,提高電腦速度,減少漏洞風險,經(jīng)常性的進行漏洞掃描,以提升網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性,有效地保證計算機網(wǎng)絡的安全性。用戶可以通過授權(quán)和其他方法來對數(shù)據(jù)進行加密,以此保護網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性。對系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù),可以通過現(xiàn)代數(shù)據(jù)加密技術(shù)進行保護,除了指定的網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡用戶,沒有人可以解密加密數(shù)據(jù)。加密技術(shù)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)運營和維護,以及開發(fā)軟件和應用方面,有效的實了現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡安全保障,是網(wǎng)絡安全問題最有效和最可靠的解決方案。
(二)優(yōu)化配置。配置應用程序為用戶提供了寫訪問的資源,配置應用程序可分為以下幾種形式:(1)有關(guān)當前資源分配信息??梢允褂肧NMP來詢問如路由表,接口表,地址表和ARP表等。(2)通過管理協(xié)議更改配置。通過SNMP協(xié)議服務中的Set服務來更改配置信息。這里的一個困難是由于SNMP安全問題,許多制造商不允許寫訪問的資源。這時可以通過登錄系統(tǒng)進行配置。設備制造商允許用戶登錄到系統(tǒng)中直接更改系統(tǒng)配置工具。
(三)電子計算機工程網(wǎng)絡控制實現(xiàn)分布式管理。核心分布式對象的目的是解決跨平臺的連接和互動的問題,以實現(xiàn)分布式應用系統(tǒng)。分布式網(wǎng)絡管理是建立多域名管理,域名管理負責管理域?qū)ο蟮墓芾磉M程的進程,同時進程間進行協(xié)調(diào)與互動,以完成全球網(wǎng)絡的管理。這不僅降低了在中央網(wǎng)絡管理的負荷,并降低了信息傳送的延遲時間,達到更有效管理的目的。目前,分布式技術(shù)的研究主要來自兩個方面:一是使用CORBA技術(shù)的,另一種是利用移動技術(shù)。
(四)深入研究和拓展智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。智能控制是一類無需人工干預就能夠通過自主駕駛智能機實現(xiàn)其目標的過程,是機器模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域。智能控制,包括學習控制系統(tǒng),分級分級智能控制系統(tǒng),專家系統(tǒng),模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。應用智能控制技術(shù),實現(xiàn)自動控制理論和先進的電腦控制系統(tǒng),將促進科學技術(shù)進步和提高工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化水平,加快計算機技術(shù)智能控制的發(fā)展研究方法。
四、結(jié)束語
總之,為了提升計算機工程網(wǎng)絡控制軟件的計算機工程網(wǎng)絡控制軟件的性能,必須使其朝著智能化、網(wǎng)絡化和集成化的方向發(fā)展,并加以改進,從而促進計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展進程和計算機控制系統(tǒng)的應用。
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篇10
基于自主研發(fā)的新穎異構(gòu)多核工程科學計算加速協(xié)處理器(ESCA)體系結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了圖像Laplace變換算法。針對ESCA架構(gòu)特點,采用子字并行計算和訪存延遲隱藏等機制,進行了一系列并行算法優(yōu)化,并在四核ESCA處理器原型上對圖像Laplace變換算法的進行了性能評測。實驗結(jié)果表明,對于計算密集型計算任務,ESCA處理器具有良好的計算加速效果。
關(guān)鍵詞:異構(gòu)多核;協(xié)處理器;計算密集型;Laplace變換;并行計算
中圖分類號: TN492
文獻標志碼:A
Implementation of Laplace transform on heterogeneous multi-core
engineering and scientific computation accelerator coprocessor
Abstract:
Engineering and Scientific Computation Accelerator (ESCA) is a heterogeneous multi-core architecture to accelerate computation-intensive parallel computing in scientific and engineering applications. This paper described an implementation of Laplace transform on the hybrid system based on ESCA coprocessor, and the performance of Laplace transform on the quad-core prototype ESCA was exploited. The experimental results show that the ESCA can accelerate program of compute-intensive applications fairly well.
Key words:
heterogeneous multicore; coprocessor; compute-intensive; Laplace transform; parallel computing
0 引言
高性能計算(High Performance Computing, HPC)廣泛應用于金融、制藥、交通、銀行、證券、醫(yī)療、教育以及科學計算及信息化服務等領(lǐng)域[1],已成為衡量一個國家核心競爭力的關(guān)鍵指標。近年來受應用需求和系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)的驅(qū)動,高性能計算機的核心評價指標已經(jīng)從高性能計算轉(zhuǎn)向高效能計算[2],即每瓦特能耗下所能實現(xiàn)的性能(Performance-per-Watt,F(xiàn)lops/W)。“主處理器+協(xié)處理器”的混合計算體系結(jié)構(gòu)[3-4]以其獨特的效能優(yōu)勢[5],已經(jīng)成為高性能計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究的主要趨勢之一。同時,片上多核處理器作為摩爾定律的一種新的延續(xù)形式,已經(jīng)成為處理器性能持續(xù)增長的必然途徑[6]。對此,文獻[7-8]面向科學計算、數(shù)字信號處理和多媒體處理等科學與工程計算應用領(lǐng)域,提出了一種自主研發(fā)的異構(gòu)多核處理器——工程科學計算加速協(xié)處理器(Engineering and Scientific Computation Accelerator,ESCA)體系結(jié)構(gòu)。
ESCA處理器是一個具有強大計算性能的協(xié)處理器,采用經(jīng)典存儲器接口方式,與商用主流的通用微處理器(如Intel CPU、IBM Power PC等)或嵌入式微處理器(如ARM、 SPARC等)有效協(xié)同,實現(xiàn)基于混合計算體系結(jié)構(gòu)的高性能計算機系統(tǒng)。其中,主處理器上運行操作系統(tǒng),主要負責執(zhí)行系統(tǒng)任務和控制任務(如響應中斷、操作外設等),并根據(jù)應用特點將并行計算任務分配到協(xié)處理器計算節(jié)點上;ESCA處理器負責對具體的計算任務進行加速。這種“主處理器加協(xié)處理器”的混合異構(gòu)多核架構(gòu)可以提供強大的計算能力,廣泛應用于計算密集型的科學與工程計算應用領(lǐng)域[9]。
圖像信息處理是一種典型的計算密集型應用,而Laplace變換在圖像處理中的應用非常廣泛。本文深入分析了ESCA體系結(jié)構(gòu)的特點,基于ESCA架構(gòu)實現(xiàn)了圖像Laplace變換算法,并進行了一系列并行算法優(yōu)化。實驗結(jié)果表明,對于計算密集型計算任務,ESCA處理器具有良好的計算加速效果。
1 ESCA體系結(jié)構(gòu)
ESCA處理器主要包括計算陣列、控制內(nèi)核、指令高速緩存、總線接口單元以及直接存儲訪問引擎幾大部分,體系架構(gòu)如圖1 所示。其中,計算陣列集成多個計算內(nèi)核(Processing Element,PE),以單指令多數(shù)據(jù)流(Single Instruction Multiple Data, SIMD)模式并行執(zhí)行以提供高計算能力;控制內(nèi)核負責ESCA處理器與外部的通信,同時取指令發(fā)送給PE計算陣列進行運算操作,控制程序的正確執(zhí)行并收集程序執(zhí)行過程中的各種狀態(tài)(異常、中斷等)。指令高速緩存用于存儲近期可能用到的ESCA計算任務程序,為控制內(nèi)核提供快速的取指響應??偩€接口單元則主要用于進行片內(nèi)外數(shù)據(jù)通信,匹配外部Local Bus接口時序和Local Memory接口時序,控制數(shù)據(jù)通路,根據(jù)不同的位寬比例進行數(shù)據(jù)拆包和打包工作,并且產(chǎn)生相應的控制信號。
控制內(nèi)核是ESCA處理器的控制中樞,它包含多個控制狀態(tài)寄存器。這些控制狀態(tài)寄存器參與全局編址,可供Host訪問和查詢。而ESCA處理器芯片根據(jù)這些控制狀態(tài)寄存器的設置執(zhí)行相關(guān)操作,如指令高速緩存的預取、計算任務的開始執(zhí)行、調(diào)試模式、DMA傳輸配置等。此外,控制內(nèi)核讀取指令并進行初步譯碼,識別該指令是在控制內(nèi)核處理器核中執(zhí)行的(如同步指令、Load/Store指令、跳轉(zhuǎn)指令、控制內(nèi)核級別的簡單計算和比較指令等)還是要傳遞給計算陣列進行的(如用于運算加速的計算指令、網(wǎng)絡傳輸指令等)。計算陣列則是進行并行計算,它支持向量模式及子字并行,同時在計算陣列實現(xiàn)了條件執(zhí)行和條件中斷,以及間接尋址等功能。PE之間的互聯(lián)網(wǎng)絡采用層次化方式構(gòu)建,具有很高的可擴展性和靈活性。
2 圖像Laplace變換算法在ESCA上的實現(xiàn)
2.1 圖像Laplace變換基本原理
拉普拉斯算子是最簡單的各向同性微分算子,具有旋轉(zhuǎn)不變性。一個二維圖像函數(shù)的拉普拉斯變換是各向同性的二階導數(shù),定義為:
另外,拉普拉斯算子還可以表示成模板的形式,如圖2所示。從模板形式容易看出,如果在圖像中一個較暗的區(qū)域中出現(xiàn)了一個亮點,那么用拉普拉斯運算就會使這個亮點變得更亮。因為圖像中的邊緣就是那些灰度發(fā)生跳變的區(qū)域,所以拉普拉斯銳化模板在邊緣檢測中很有用。
2.2 Laplace變換算法在ESCA上的實現(xiàn)
2.2.1 任務劃分
由于ESCA系統(tǒng)是以“主處理器加協(xié)處理器” [10]的混合計算模型執(zhí)行的,主處理器(商用CPU)在處理數(shù)據(jù)相關(guān)性不大的計算類和復雜繁瑣的非計算類具有優(yōu)勢,而協(xié)處理器(ESCA處理器芯片)則適合用來處理計算性強但邏輯性不強的大量平行數(shù)據(jù)。所以需要進行合理的任務劃分,使二者協(xié)同工作,共同完成計算任務,能充分利用各自的架構(gòu)優(yōu)勢,發(fā)揮出強大的計算能力。
ESCA系統(tǒng)中主處理器(Host)與協(xié)處理器(ESCA芯片)之間按照offload mode協(xié)同完成具體應用:Host端先對原始數(shù)據(jù)進行預處理,然后創(chuàng)建初始化ESCA處理器芯片線程空間,將相關(guān)指令和數(shù)據(jù)從系統(tǒng)主存下載到ESCA芯片的片外存儲器中,之后再啟動ESCA芯片執(zhí)行;ESCA芯片接收到啟動控制信號后,由控制核控制內(nèi)核從初始地址開始取指運行,配置計算陣列對待處理數(shù)據(jù)的DMA加載過程。當一次批量運算所需的數(shù)據(jù)都從片外存儲器通過DMA方式載入到計算陣列的局部存儲器之后,所有PE在SIMD模式下執(zhí)行并行計算。當計算陣列完成該次計算任務后,由控制內(nèi)核配置計算陣列的結(jié)果數(shù)據(jù)到片外存儲器的DMA下載過程。當ESCA芯片的所有計算任務完成后,控制內(nèi)核將操作完成的控制信號寫入特定狀態(tài)寄存器,Host查詢到該狀態(tài),將ESC外存儲器的結(jié)果數(shù)據(jù)讀回,通過相應處理得到最終結(jié)果。ESCA系統(tǒng)執(zhí)行圖像Laplace算法的具體程序流程如圖3所示。
2.2.2 分塊存儲
從式(3)可知,在對圖片進行Laplace變換時,每計算一個像素點都會用到原始像素矩陣的3×3的小矩陣,而BMP格式圖片的像素點在存儲器中是按行存儲的,所以在計算時,需要多次訪問局部存儲器。因此需要將圖片像素進行分塊存儲,使每一塊的數(shù)據(jù)大小為ESCA計算陣列所能處理的大小,就能減少ESCA計算陣列對局部存儲器的訪問次數(shù),提高訪問效率。
ESCA的一個處理單元有16×16個寄存器,在子字并行(Subword)技術(shù)[11]下,一個寄存器可以存放4個像素值,除去用作臨時變量的16個寄存器,ESCA處理單元一次能批量處理64×15個像素點,在ESCA計算陣列規(guī)模為2×2的情況下,ESCA計算陣列一次能批量處理64×60個像素點。因此可以在Host端先對二維BMP圖片進行分塊,每塊大小為64×60個像素點,以塊為單位部署到ESCA的局部存儲器中。計算時,每次傳遞一塊數(shù)據(jù)到計算陣列,經(jīng)計算陣列計算后,結(jié)果數(shù)據(jù)再以塊為單位放回到ESCA局部存儲器中。最后,由Host端將ESCA局部存儲器中的結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣還原成Bmp圖片。
考慮到邊界元素的影響,原始數(shù)據(jù)塊之間會有部分數(shù)據(jù)重疊,每個數(shù)據(jù)塊包含的實際像素點為56×52個,這也即結(jié)果數(shù)據(jù)塊的大小。所以對于尺寸為W×H的Bmp圖片,分塊后個數(shù)為N,則:
2.2.3 分塊計算
在對圖像數(shù)據(jù)完成分塊處理后,由ESCA計算陣列對分塊數(shù)據(jù)批量完成Laplace變換。計算陣列是ESCA的計算核心,由多個處理單元組成,構(gòu)成了一種片上輕量級集群結(jié)構(gòu),通過片上互聯(lián)網(wǎng)絡進行有效互連,在控制內(nèi)核的控制下以SIMD方式實現(xiàn)高效并行計算。為了方便管理和控制,處理單元以方陣形式組織,根據(jù)應用需求,可以從2×2的規(guī)模,方便的擴展到4×4,甚至16×16的規(guī)模。
在本文中,計算陣列由2×2共4個處理單元組成。將分塊數(shù)據(jù)的64×60個像素點的塊數(shù)據(jù)按列分成4個64×15個像素的小塊,再分配到計算陣列的4個處理單元中去。由于相鄰處理單元數(shù)據(jù)不存在數(shù)據(jù)相關(guān)性,所以4個處理單元可以完全的高速并行進行計算。除去邊界元素,每個處理單元一次批量計算出來的像素點為56×13個,計算陣列一次批量計算出來的總的像素點為56×52個。
2.3 性能優(yōu)化
2.3.1 子字并行機制
為了對性能進行進一步優(yōu)化,除了在計算陣列的多個處理單元能實現(xiàn)SIMD并行外,還可以在處理單元內(nèi)通過子字并行(Subword)機制實現(xiàn)SIMD并行。所謂子字并行,是將多個短數(shù)據(jù)(即子字)打包并封裝到一個寄存器中,利用數(shù)據(jù)并行操作對一個寄存器中的所有子字進行并行處理,是一種低功耗、小規(guī)模的SIMD并行。
對于圖像Laplace變換這項具體應用,ESCA處理單元的寄存器是64位,而8位BMP圖片的1個像素點為8位,考慮到計算的中間結(jié)果可能超過8位,故用16位來存儲,ESCA的1個寄存器可以存儲4個像素點。利用子字并行機制,1條指令能同時對1個寄存器內(nèi)的4個像素點的數(shù)據(jù)進行并行處理。
在Host端圖片像素是順序存儲的,如圖4所示,相鄰的點并不在相鄰寄存器的對應位置。
為了減輕Host端數(shù)據(jù)處理的負擔,盡量保持數(shù)據(jù)的原始性,由ESCA的計算陣列通過多媒體數(shù)據(jù)重排指令來完成這一過程。對于進入ESCA計算陣列的原始數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)重排由圖4到圖5;對于ESCA計算陣列計算出來的結(jié)果數(shù)據(jù),則通過數(shù)據(jù)重排由圖5到圖4。
2.3.2 訪存延遲隱藏
為了解決存儲帶寬對ESCA系統(tǒng)性能提升的制約,還可以通過減少訪存開銷來提高系統(tǒng)性能[12]。通過計算陣列局部存儲器實現(xiàn)的雙緩沖(dual-buffer)機制,在計算陣列的一塊Local Storage進行計算的同時,往另一塊Local Storage里灌數(shù)據(jù),兩塊存儲器交替進行計算,可以最大限度地隱藏訪存延遲,提高效能,具體實現(xiàn)方式如圖6所示。
在這個過程中,由于片內(nèi)外數(shù)據(jù)傳輸以流水方式通過DMA控制器進行,在進行大批量數(shù)據(jù)傳輸之前,需要先通過
DMA 通道命令進行傳輸參數(shù)配置,并觸發(fā)DMA控制器通過正確的DMA隊列向總線接口發(fā)起鏈路請求,進而向片外存儲器控制器發(fā)起連續(xù)的讀寫請求。數(shù)據(jù)傳輸延遲時間(以時鐘周期為單位)的估算公式為:
DMA數(shù)據(jù)傳輸時間=DMA命令配置開銷+
DMA控制器隊列響應及仲裁開銷+
DMA傳輸過程主要包括計算陣列對片上存儲器原始數(shù)據(jù)的讀取和將計算陣列結(jié)果數(shù)據(jù)寫入片上存儲器。通過前面的討論可知,原始數(shù)據(jù)的一次批量讀取為64×60個像素點,結(jié)果數(shù)據(jù)的一次批量寫入為56×52個像素點,其中1個像素點占16位,代入式(5)可以計算得到如表2所示結(jié)果。
3 性能評測
本文采用UMC 0.18μm 1P6M CMOS工藝實現(xiàn)了1個片上集成4個計算內(nèi)核的ESCA處理器原型芯片,其指令寬度128b,目標工作頻率250MHz,單精度浮點性能4 GFlops,片上網(wǎng)絡帶寬8GB/s,存儲器采用256-bit的eDRAM。選擇的主處理器測試平臺為Inter Core2 Duo CPU 9400,工作主頻為2.53GHz,1.99GB內(nèi)存。測試中,分別基于“Intel處理器+四核ESCA芯片”以及獨立的Intel CPU處理器2個平臺對不同尺寸的8位256色BMP圖片執(zhí)行Laplace變換。其中,前者Intel處理器只執(zhí)行簡單的任務分配,計算加速任務完全由ESCA芯片執(zhí)行。由于ESCA芯片通過計算陣列片上存儲器實現(xiàn)的dual-buffer機制實現(xiàn)了訪存延遲隱藏,實際程序運行時間計算公式為:
相比2.5GHz的Intel CPU,工作頻率為250MHz 的ESCA芯片通過采用4個計算內(nèi)核同時執(zhí)行子字并行計算,并且有效隱藏數(shù)據(jù)訪存?zhèn)鬏斞舆t,可以獲得1.10~1.16倍的性能加速比。由于ESCA芯片工作頻率遠低于Intel CPU,因此體現(xiàn)了ESCA處理器良好的計算加速效果。評測中也發(fā)現(xiàn),圖片尺寸ESCA系統(tǒng)加速性能有直接影響。由于ESCA芯片計算陣列一次批量處理的像素點為56×52個,假設圖片尺寸為M×N,那么M和N分別為56和52的整數(shù)倍時,ESCA的計算整列每次批量運算都為滿載運算,計算效率最高。當增加ESCA芯片個數(shù)或者計算陣列規(guī)模時,計算時間會相應減少,但訪存時間會成為制約系統(tǒng)性能提升的瓶頸。
4 結(jié)語
ESCA處理器是一款自主研發(fā)的新穎異構(gòu)多核處理器工程科學計算加速協(xié)處理器,片上集成多個計算內(nèi)核工作在SIMD模式,具有高的計算性能,內(nèi)核之間通過高效的片上網(wǎng)絡進行通信,具有高的網(wǎng)絡通信帶寬,可以針對計算密集型應用進行有效計算加速。本文基于該“主處理器+ESCA協(xié)處理器”系統(tǒng)實現(xiàn)了圖像Laplace變化算法,進行了一系列并行算法優(yōu)化,并在四核ESCA處理器原型芯片上進行性能評測。實驗結(jié)果表明,對于計算密集型計算任務,ESCA處理器具有良好的計算加速效果。如何解決訪存時間對系統(tǒng)性能提升的制約問題,將是我們后續(xù)研究的重點。
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