前言：中文期刊网精心挑选了计算机科学研究方向范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
计算机科学研究方向范文1
关键词：信息与计算科学；科技立项；科技竞赛；实验室开放项目
作者简介：王恒友（1982-），男，安徽固镇人，北京建筑大学理学院，讲师；高雁飞（1971-），女，陕西西安人，北京建筑大学理学院，副教授。（北京 100044）
基金项目：本文系北京建筑大学2012年校级实践教学专项基金项目（项目编号：J12-14）的研究成果。
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0176-02
信息与计算科学专业是1998年国家教育部进行专业改革与调整后增设的新型复合专业，该专业是以信息技术、计算技术和运筹控制技术的数学基础为研究对象的理科专业。由于其专业内涵宽泛，交叉性广，自1999年以来，全国已有400多所高等院校注册开办信息与计算科学专业。然而由于办学时间短、专业文化沉淀少、就业方向不够明确等特点，仅有少数院校具有鲜明特色并逐渐成熟。
北京建筑大学是一所以“工”为主的学校，“立足首都，面向全国，依托建筑业，服务城市化”是北京建筑大学的办学定位。结合北京建筑大学实际情况和信息与计算科学专业的培养目标，以着重培养学生的动手能力、实践创新能力为根本，为了把北京建筑大学信息与计算科学专业办成具有一定特色的专业，开展实验室开放项目研究就显得尤为重要。另外，实验不仅在自然科学的发展中起着举足轻重的作用，而且能激发学生的学习兴趣，培养学生的综合素质和创新能力。[1，2]全国很多高校都相继研究开放实验项目，较典型的有宁波大学、山东大学等。[3，4]
一、实验项目的设立
以往每学年，北京建筑大学要求各实验室设立一些开放实验项目，并汇总在校最新公告与教务处网页上公布，让学生自愿选择参加。虽然信息与计算科学专业没有开设过这类开放实验项目，但经调查发现，对于这种自愿性的活动，学生的主动性与积极性不高。究其原因在于：一是部分项目属于验证性或基础性实验，对于这类试验，学生的兴趣一般不大；二是对于研究型（包括设计型、创新型）实验项目没有可持续执行的项目实施办法；三是开放实验项目的研究成果没有成熟的成果鉴定与奖励等相应的鼓励措施。基于上述三个原因，以学生科技立项、科技竞赛为依托，尝试设立科研小课题，把实验作为科学探索的工具与手段，确定研究型开放实验项目。
鉴于学生的知识结构与储备、兴趣爱好、就业方向等各不相同的特点，并结合专业特点，组织实验室专业教师设立不同的小课题，如技术研发型、学术科研型等，并申报学校、北京市大学生科技立项。组织不同的科技小组，每个小组3到5人，并对科技立项、科技竞赛的资金资助、奖励办法进行宣传。仅以北京建筑大学2013年大学生科技立项、科技竞赛情况为例，申请的科技立项小课题有“北京市二手住房价格趋势模型分析”、“信息与计算科学专业网站设计与开发”、“网络爬虫软件研究与改进”、“网络论坛文本语义倾向性统计与分析”、“优化算法在图像重构算法设计中的应用”；组织参加的科技竞赛有“蓝桥杯”全国软件专业人才设计与创业大赛20人，“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛8组。以这些项目为依托，开设相应的开放实验项目，这些开放实验项目的实施不仅能提高学生的研究创新能力，还可以让学生学到新的实验知识，复习已学过的实验内容，从而较全面地掌握专业领域的知识与技能。
二、实验项目的实施
1.团队组建
确立了开放实验的项目后，团队组建是实验能否顺利开展并取得良好效果的前提。没有一个团结协助、努力克服一切困难的团队则不可能顺利完成项目。在组建团队方面，坚持以尊重学生的个人意愿、自由组合为主，以教师根据实际情况进行适当调节为辅，确立组长负责制，由意志坚强，组织、活动、协调能力都较强的同学担任组长。另外，为了保证每个人对项目投入的精力和专注程度，要求每人每年最多参加一个项目。
2.实验项目规划与分工
无论是学术研究型、技术开发型科技项目，还是科技竞赛，都有一个很长的时间周期。如何合理安排时间，规划好每个阶段的任务，是开放实验顺利完成的重要保证。另外，需要根据每个人的能力分配相应的任务，并进行阶段性的总结与小组讨论，研究下一阶段的任务及目标。
每个阶段实验前，向学生强调每个同学的实验研究模块是小课题不可缺少的内容，每个同学的实验研究成果是小课题成果的重要组成部分，甚至影响到课题成果的分析与总结。
3.指导教师全面掌控
在一般的实验中，教师基本会把实验内容、任务、方案都告诉学生，而且实验任务相对简单，教师可以在课堂上把实验基本要点都讲解给学生，学生也都能很顺利完成实验。但在开放性实验项目中，很多内容是未知的，是没有现成的答案和结果的，需要学生自己去探索。由于学生知识与视野的局限性，还不能从大局上把握实验项目，这就要求教师要对学生进行宏观的把握和引导。教师要根据具体的实验项目，指定整体的方案，尽量把整个实验项目进行任务细化，细化成一个一个的小实验（只有任务，没有具体的操作方法或实验方案），且要使学生能通过自己的努力查阅文献等。
从时间付出方面，要求教师每周不少于一定学时的实验指导，以确保学生实验时认真投入，避免只有形式、没有内容，并从中发现问题，给予及时解决。
4.实验过程
不同的实验项目，经历的时间段也不相同。一般的科技立项的实验项目，从春季学期开始到年底结束。学生科技竞赛的时间段，也是根据赛事的时间来安排。如：“蓝桥杯”全国软件专业人才设计与创业大赛是在每年的5月份进行赛区选拔赛，7月份进行全国总决赛，相应的实验开放项目是从3月份开始到6月底结束。“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛是在每年9月份举行，所以实验开发项目也是从3月份开始到9月份竞赛结束。
由于开放实验室是8：00～21：30点开放，被批准进入的学生在此后的项目时间周期内的每一天的该时间段都可以使用实验室。学生在开放实验室中拥有专用的实验桌及计算机。在暑假里，一般会统一安排一部分时间让同学们在实验室中做实验。正常上课期间主要是利用课余时间和双休日做实验。学生在开放实验室中所做的一切（包括实验内容、实验时间和实验方式）都是自主的，很多问题需要自己独立查资料、独立解决。
当然，开放实验是学生在所有学习环节中最自主也是最具挑战性的实验。很多任务没有书本知识可以照搬，有的问题甚至没有固定的答案。特别是研究型的课题，更需要学生深入到学科前沿领域。通过对这些问题的研究，可以了解哪些知识是自己以后工作或学习中必须要掌握的，哪些技能是必须要加强的。
5.项目报告
在很多项目成员看来，撰写项目报告相对于每个具体的实验任务要简单。然而在撰写报告时才发现，事实并非如此。根据小组的一系列实验，撰写出一份全面而深入的报告要比单个实验要困难的多。撰写报告不仅考验项目组成员对项目的全面的认识程度，更体现了文笔的水平。由于信息与计算科学专业学生都是理科学生，也没有写过项目报告的经验，很多都是不知该如何写，有的组写出来的报告甚至不能体现项目的实际情况。仅以2013年“北京市二手住房价格趋势模型分析”项目为例，项目组成员前期各项数据收集、预处理、分析都非常好，但写出来的项目总结报告与要求差距很大，从一开始涵盖格式、语句、内容形式修改到最后定稿，经过了近十次修改。也正是经过这样反复的修改过程，让同学们对项目有更全面、深入的认识，撰写报告的技能也有了很大提高。
三、资金资助与激励措施
北京建筑大学对学生科技立项资助、科技竞赛的奖励有一定的办法。特别是自2011年以来，北京建筑大学加大了对该方面的奖励。北京市学生科技立项科技类的资助为1万元，这方面的资助金由学生支配，指导教师把关。科技竞赛获奖奖励教师办法：市级三等奖2000元、市级二等奖5000元、市级一等奖10000元；国家级二等奖15000元、国家级一等奖20000元。自2012年开始，信息与计算科学专业为了鼓励学生参赛、参加科技立项活动，调动学生的积极性，对学校奖励政策进行了调整，即以上所有奖励办法按照团队奖励，团队里的教师和每个学生是平等的，把所有奖励按人进行平均分配。另外，学生还可以享受因获奖申请学校奖学金的政策。这样可以充分调动学生参与科技竞赛、科技立项的积极性，设立的开放实验项目受到了更多学生的青睐。仅以全国高教杯大学生数学建模竞赛为例，以往每年参赛6支队伍一般只有1组获北京赛区奖，2012年参赛的6支队伍有5支队获奖，其中全国二等奖1项，北京赛区一等奖1项，北京赛区二等奖三项。
四、开放实验项目总结
2012～2013学年开放实验项目取得了较好的效果，目前所有在研项目的进展都比较顺利，已经结束的竞赛类开放项目也取得了比较好的效果，特别是“蓝桥杯”全国软件专业人才设计与创业大赛，参赛的20名同学有18人分别获得北京赛区一、二、三等奖，并有1名同学获得了全国二等奖。参加“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛的8支队伍，虽然目前评比结果还没出来，但从比赛过程来看，要比以往效果更好。
五、总结与展望
实验室开放项目对专业发展具有重要的推动作用，取得的成果是检验专业建设与发展的有力指标之一。相信教师的辛勤付出，同学们的热情投入，定会使开放实验项目开展的更好。为了使学生受益、教师得到发展，还要努力探索，并结合北京建筑大学建筑特色，把北京建筑大学信息与计算科学专业办成具有鲜明特色且逐渐成熟的专业。
参考文献：
[1]郑清洁，邹正盛.研究型开放实验项目的教学探索[J].中国电力教育，2012，（8）：99-100.
[2]洪涛，钱晓耀，杨其华.创新开放实验项目管理方法研究[J].高等工程教育研究，2009，（3）：141-144.
计算机科学研究方向范文2
充满欢乐和喜悦的奋斗之路
姚期智祖籍是湖北省孝感市孝昌县，1946年12月24日圣诞夜出生于上海。像很多有志的学生一样，因为受到杨振宁、李政道获得诺贝尔物理学奖的鼓励，当他填写大学所学专业时，选择了物理学。当然这并不是他出于对物理学真正地了解。后来，当他开始接触到相对论和量子学，了解了其中的意义的时候，对物理学才有了犹如醍醐灌顶的感受。姚期智虽然是学理工科学的，但对文学的喜爱却一直没有放弃过，文学使他学会如何更好地与人沟通。1967年他获得台湾大学物理学士学位以后，当年就进了哈佛大学，成为著名物理学家格拉肖（Sheldon Lee Glashow，1979年诺贝尔物理学奖得主）的研究生，开始了自己的物理世界探索之旅，并顺利地在1972年获得物理学博士学位。
1970年，中国同学会组织哈佛大学男生与麻省理工学院女生野餐。正是在这次野餐中，姚期智认识了在麻省理工学院学习计算机的女学生储枫。她的端庄的淑女风度，立即打动了姚期智的心。储枫也同样喜欢这位儒雅、帅气而又富有幽默感的姚期智。姚期智决定与储枫约会，第一次约会他们去了歌舞剧院看芭蕾舞剧《天鹅湖》。认识一年之后，在1971年他们就走进了婚姻的殿堂。日后，姚期智骄傲地说：“‘图灵奖’和储枫，是我此生的最爱。”
结婚之后，储枫建议姚期智转行研究计算机，姚期智觉得她的建议很有道理。他在回忆中曾经说：“就能力和性格而言，我更适合搞计算机。物理看重直觉，你必须推想出问题的正确答案，求证也许不严格。可数学，包括计算机，最重要的是你必须用严密的数学推理来证明这个答案。我发现自己的论证能力在计算机领域更合适。”
1973年，26岁的姚期智做出了一生中的一个重要决定：放弃苦心钻研多年的物理学，转而投向方兴未艾的计算机技术。他选择了以计算机闻名的伊利诺伊大学计算机系，再次攻读博士学位。1975年，他获得计算机的博士学位。姚期智和储枫，有爱情的甜蜜，更有着共同的志趣和共同的事业，难怪有人说他们夫妻开的是学术“夫妻店”。
信息技术极大地改变着社会生活，同时它又涉及如何保密的问题。因为即使只有两人之间的联系，而且即使使用只有双方通晓的暗语，也存在泄密的可能。信息的安全，是姚期智研究的重要方向，后来他在这方面取得了举世瞩目的成就。
如果他没有转行而继续留在物理学的世界里，很有可能他不会获得如此大的成就。
在计算机领域里游刃有余，硕果累累
姚期智在学术领域里研究范围非常宽广，不断向数据组织、基于复杂性的伪随机数生成理论、密码学、通信复杂性乃至量子通信和计算等多个尖端科研领域发起冲击。早在上世纪70年代末以前，密码学尚属政府研究范畴，随着社会的发展，人们感到密码学在未来商业行为中会越来越频繁地使用。怎样在通信上使用一种保密的方法？怎样用计算理论解决密码学上的问题？这成为当时诞生的一个新的研究领域。姚期智就是从那个时候开始做这方面的研究工作的。
事实上，他在计算机极其广泛的领域里都做出了巨大而独到的贡献。他所发表的近百篇学术论文，几乎涵盖了计算复杂性的所有方面。现在姚期智已经成为计算机理论方面国际上公认的最拔尖的学者、世界级大师。
变化迅猛的计算机进展，其变化之迅速简直使人目不暇接，一般人会在这样迅猛变化的面前不知所措，慌了手脚，但姚期智却反而对此惊喜不已。他说：“做研究的人也是不同的，每个人做事的方式也不一样。我比较喜欢新奇的东西，有新的方向我就喜欢去看一看，试一试。”“我喜欢做这类事情，怎样把一个东西变成一个问题，然后再去解决它。”
他还认为：集中精力攻自己喜爱的方向，才可能在那个方向上获得经验和直觉。这样你在某一段时间里可能会非常专注于自己研究的领域，而没有时间兼顾其他。姚期智认为，这没有什么关系，研究本身就会带你走出困境：
“年轻的时候我认为我现在做的东西是世界上最重要的，别的事情都不值得做。从某种意义上讲这也是一件好事，你认为有意义，你才会有那么大的兴趣和那么大的投入。当你在你的领域研究钻研得比较深了以后，慢慢地你的视野会比较大一点，你会知道你的研究在世界上充当一个怎样的角色。你会觉得自己所取得的成就，只是在这个世界上做出了一点小小的贡献。”
姚期智还有一个重要的体会是，阅读是缓解压力的主要手段之一。让他感到惊喜的是，这种随便翻一翻的阅读方式，对他的研究视野产生了重要影响。
细节决定成败——对待科学研究也是如此
如何对待挫折和失败，是研究工作中一件非常重要的事情。因为处理不好，就会退缩，或者继续蛮干，这样的话结果就只可能是彻底失败。姚期智的经验是：最开始不知道做不成功是由于自己太笨，还是因为问题太难。当自己一再失败的时候，他会问自己还会不会做出成功的事情来。过一两年他会对自己有所了解，有所了解以后会比较容易一点……每一个人由于性格不同，选择问题和处理问题的方法也会不太一样。他的原则是在选择课题的时候，不能选择超过自己能力太大的课题，不能野心太大，要量力而行，但也不要选择太容易的问题，最好选择比自己的能力稍稍高一点的问题进行研究。当自己的能力得到培养以后，再选择更难一点的课题进行研究。
姚期智说：刚开始他写很多文章，看到的问题他都想去解决它。后来就比较聪明一点，选择比较难一点的问题进行研究，写的文章也会慢慢少一点。因为一开始要培养自己的能力的话，就要多做一些事情，等能力够了以后，才有资格选择比较重要的事情去做。他的这种性格有助于增强自己的自信心，挖掘自己的潜能，也容易成功。
始终在著名大学执教的姚期智，不仅坚守着自己的成功理念，而且还把这种理念直接引入到培养学生的实际教育中。了解他的同事都知道，他带研究生的时候，常常先出些题目给学生试一试，看学生对问题的兴趣和解决问题的能力，了解他们的数学根底，看他们对自己的指导是否适应，然后采取最合适的方式培养他们。
他还认为，学生能够积极主动，有很强的获得成就的欲望和动机是最重要的。学生必须对自己的研究有真正的兴趣。他常说：“我们这个研究领域比较像数学，要有很大的兴趣才能做出成就来，像做家庭作业一样的方式是做不出成就的。”
主持“清华大学理论计算机科学研究中心”
作为在国际一流大学长期任教的教授以及在计算机理论领域享有世界声誉的学者，姚期智教授很快就出任清华大学“信息科学与技术国家实验室”学术委员会主任和首席科学家，立即承担起建设世界一流的清华大学信息科学的重任，组织筹建国家实验室。
众所周知，要想建立一流的实验室，必须邀请国内外知名学者、大师来清华工作，并为教师和学生作学术报告。姚期智的归来一下子就带进了一个开始是6人、后来迅即增至10人的“讲席教授组”，他们都是国际上算法和复杂性领域最出色的华人学者。
伴随着姚期智的归来，清华计算机学科国际交流的频率和层次都达到了一个新的高度。2006年，清华计算机系有3篇论文入选理论计算机科学领域最顶级学术会议 FOCS（Symposium on Foundation of Computing Science），不仅实现了国内学者在该会议上“零的突破”，而且入选篇数超过了美国计算机科学领域的“超一流”伯克利大学。更令人振奋的是， 当年24岁的博士生陈汐与来自香港城市大学的讲席教授邓小铁合作，出色地解决了理论计算机科学的著名难题——“二人博弈中纳什均衡点的复杂性问题”，并因此获得2006年度FOCS最佳论文奖。
这一年，姚期智的团队还为国内计算机学者填补了在《美国科学院院刊》上发文的空白。
姚期智的到来，不仅为清华师生提供了与国际一流学者交流的宝贵机会，更是大大提升了学术讲座的水平，丰富了学院的学术气氛。每一次只要是大师的讲座，许多慕名而来的学生就会把整个讲堂挤得水泄不通，而精彩的讲演也让清华学子们真正领略到了大师们的风采。
姚期智还经常告诉学生，当今的中国正迎来史无前例的最好时代，有非凡的事业等待年轻的学子去实践。他勉励莘莘学子珍惜优越的环境资源，投身把清华大学建设成世界一流大学的伟大事业中。
2007年3月29日，清华大学在姚期智的努力下成立了“清华大学理论计算机科学研究中心”（Institute for Theoretical Computer Science，ITCS）。
中心成立半月之后的4月16日～19日，理论计算机科学研究中心成功主办了“第十届国际公钥密码学会议”，来自世界15个国家的学者参会，姚期智担任大会主席。这是国际密码学研究领域和理论计算机研究方向的世界级盛会，首次在中国召开，又恰逢该会议的十周年庆典，可谓意义深远。由于有姚期智的威望和信誉，理论计算机科学研究中心（ITCS）成立以后迎来了众多的世界著名学者来访。仅2007年5月，国外学者的访问日程就已经安排到了12月31日。美国两院院士、1985年“图灵奖”得主理查德·卡普（Richard Karp，1935—），2002年“图灵奖”得主、著名密码学家阿迪·萨默尔（Adi Shamir，1952—）……都先后出现在ITCS的访问学者名单上。
姚期智回国后两年半，不仅显著改变了中国理论计算机领域的研究面貌和学术水平，也在广大华人学者和学生中产生了潜移默化的影响。
讲席教授滕尚华注意到，现在有很多中国留学生回到北京，参加微软亚洲研究院理论组的招聘面试，这在10年前是不可想象的。至于他自己，以前回国往往只呆一周左右的时间，现在有了姚期智的理论计算机科学研究中心，他每次都会在北京呆大半个月甚至更久。他感觉到在姚期智的影响下，北京正逐渐成为理论计算机科学的中心城市之一。
讲席教授组成员、香港城市大学邓小铁教授这样评价姚期智的归来：
清华请来姚先生，同时也带回了他在这个领域的影响力。从那以后，有很多知名科学家造访清华……一些顶尖的计算机科学家说，只要姚先生在这里工作，清华将会有越来越多有天分的学生进入理论计算机科学领域，并成为这一领域有影响力的人物。
如何完善世界一流计算机学科建设的整体规划，如何吸引并留住一批顶尖人才、一个优秀团队，在中国共同建设一流的计算机学科，是姚期智目前最关心的问题。他始终坚信：能够为中国的高等教育、为中国的科学发展出力，非常值得。
“天然的感情联系”
软件科学实验班的每堂课都是姚期智精心设计的。每次上课，姚期智都会选择生动典型的实例，把学生引入到最根本的理论问题中。从清华到王府井怎么走路程最短？男女生如何选择约会对象成功率最高？教学楼里的自动售货机如何付款最划算？……这些贴近学生生活的例子，大大激发了学生们的兴趣和求知欲。
有一次，姚期智在课堂上“悬赏”出题，承诺请25分钟内解出答案者到“必胜客”吃饭。令他没有想到和惊喜的是，90%的学生都在规定时间内得出了正确的解答。姚期智信守承诺，按人数叫来近百份外卖，奖励了每位答对的学生。那天姚期智特别高兴，甚至半开玩笑地问学生：“你们以前有没有遇到过像我这么好的老师？”
在姚期智眼中，这一群学生是那么聪明可爱。但姚期智并没有因为这种特别的钟爱而放松对学生的严格要求。恰恰相反，他的课是出了名的容量大、习题多，所有作业必须以英文完成，而且要用专门的科学论文排版软件LaTeX来写。
除了指导本科生的毕业设计和带博士生做研究以外，他每周还要为本科生讲4小时的课。这是姚期智为自己定下的工作量。而他在普林斯顿大学任教时，每年只不过按照惯例为本科生和研究生各上一学期的课。他这种不辞辛劳的精神，明显地显示出他对清华本科生所寄予的厚望。2006年春天着手创办软件科学实验班时，姚期智明确表示：
我们的目标并不是培养普通的计算机软件程序员，而是培养具有国际水平的一流计算机人才。
姚期智与微软亚洲研究院沈向洋院长一起探讨，为软件科学实验班制定培养方案，编写教学计划。按照这个计划，8门高水平核心课程分别由姚期智等知名教授和来自微软亚洲研究院的高级研究人员承担，其中由姚期智亲自主讲的《理论计算机科学》是国内首次开设的计算机理论课程。
8门核心课程中，有4门课程由微软亚洲研究院的高层研究人员讲授，他们将最新的科研进展和课题引进教学。2006年秋，来自微软的教员竟然讲到了当时还未在中国上市的Vista操作系统。那时，很多讲授类似课程的教师，都还无法获得任何有关Vista的具体资料。
培养方案将大四整整一年设置为实践教育和研究训练时间，地点在微软等国际知名的大IT公司，采用双导师制，以保证教学的规范性和工程实践的先进性。姚期智说：
我们要多为学生提供增加基础理论知识的机会，同时也要不断丰富他们将理论用到实际方面的经验。唯有具备深厚的理论基础和主动学习的能力，他们才能适应未来的工作环境。
计算机科学研究方向范文3
关键词：计算机科学与技术；实践教学体系；规范措施
中图分类号：TP3-4
计算机科学与技术专业是一门以技术为主，以培养社会所需的计算机应用型人才为教学目标的专业，极为重视实践教学。其中，实验教学体系指的是以培养专业性的人才为目标，以理论教学为指导，通过设置专业课程以及配置各个实践教学环节而建立起的一套内容体系。实验教学课程主要包括教学实习、科技训练、社会实践等多种形式，在实践教学过程中，教师应当注重学生科学研究及社会实践等多项能力的训练和培养。
1 计算机科学与技术专业实践教学体系的构建原则
各高校为了培养出具备高素质、高技能的计算机应用型人才，就要构建一套以激发学生创新意识、提高其实践能力的富有特色的计算机科学与技术专业实践教学体系。为了实现实践教学资源的优化配置，充分发挥出实践教学的优势，在构建其教学体系的过程中，需要满足目标性、实践性、层次性、规范性等原则[1]。
（1）目标性指的是在构建实践教学体系的过程中，必须充分考虑到专业知识及职业技能要求，从而提出具体的实践教学目标；（2）实践性是指构建的实践教学体系必须具备一定的实践性和科学性，满足各项操作需求；（3）层次性指的是为了使得学生的实践能力得到循序渐进的发展，因而分层次、分阶段地将实践教学进行逐步的深化；（4）规范性则是指是实践教学体系必须与学校的人才培养计划相适应，规范其教学内容和形式。下图1为计算机科学与技术各专业实践教学体系：
图1 计算机科学与技术各专业实践教学体系
2 计算机科学与技术专业实践教学体系中存在的问题
2.1 实践课程的设置缺乏合理性。由于我国部分高等院校的课程时间短，学科结束匆忙，因而在设置相关课程时，常常会缺乏必要的科学性与规范性。目前，学校现存的一些培养方案已远不能满足新形势次下，高等教育理念的要求与社会对人才的实际需求。
2.2 实践教学内容与形式落后。我国大多院校存在实验教学内容与形式落后的现象。在教学内容上，严重脱离了社会的实际需求，依然停留在传统的陈旧内容层面，缺少必要的与时俱进；在教学形式上，未能科学合理地安排各项实践课程，教学模式落后，存在一定的随意性。这些做法均严重影响了学校实践教学的质量。
2.3 学校的实验设备不足。一些高等院校由于不够重视实践教学，再加上缺乏必要的教学经费，因此经常出现实验室不够不足以及设备无法满足企业实际发展需求的现象。由于计算机科学与技术专业有着极高的硬件要求，倘若学校实验条件落后，那么便会对实践教学质量造成严重的影响。
2.4 师资力量缺乏。随着高校不断扩展，计算机专业的教师已无法满足日益增多的学生的教学需求。此外，由于学校的待遇较低，很难留住高素质的计算机专业教师，再加上分配制度缺乏一定的公平性和合理性，导致学校严重缺乏实践教师与相关的技术人才[2]。
3 加强计算机科学与技术专业实践教学的规范措施
3.1 改进计算机科学与技术专业的培养方案。随着我国现代化社会主义建设进程的不断加快，对计算机行业的人才也提出了更高的要求，其不但需要掌握理论知识和技术维护、编程等专业技能，更需要具备强有力的创新能力。因此，各高校首先应当明确计算机科学与技术专业与高等职业教育的本质区别，防止出现职业化的教育倾向；此外，根据社会市场的实际需求，制定出结合理论与实践的计算机人才培养方案，科学合理地选择实践教学的内容和课程，以培养知识、素质与能力全面发展的计算机人才为培养目标。完善课程体系框架是计算机科学与技术专业实践体系最为重要的方面。下图2为计算机课程体系框架：
图2 课程体系框架
3.2 加大独立的实践教学体系的构建力度。实践教学的开展在验证各项教学理论的同时，有效促进了学生综合素质、创新能力的提高。其中，课内实践教学与课外实践活动为实践教学体系的两个主要内容。为实现应用型人才的培养目标，高等院校不但需要为学生建立充足的校内实践平台和基地，同时还要建立一定数量的校外实习基地，从而为学生分析、解决问题的能力和动手操作能力提供足够的锻炼机会，从而为其在将来激烈的市场竞争中打下扎实的基础。课程体系创新能够实现实践教学体系的完善。图3为“岗位+拓展”模块课程体系的基本结构：
图3 “岗位+拓展”模块课程体系的基本结构
3.3 更新学校的实验仪器设备。计算机科学与技术专业的实践教学不但需要设定相应的实验课程，而且还需用到相关的仪器设备。目前，随着社会建设的不断发展和科技的显著进步，企业实际运用的设备与学校实践教学的仪器设备具有一定的差距。因此，各高校在购置仪器设备时，需以社会实际需求出发，充分借鉴国外先进的技术，挑选符合工业实际要求的设备。学校为培养出高素质的应用型计算机人才，就要建立并完善体现出现代技术理论的校内实训中心和相关实验室[3]。
3.4 加强学校师资力量的建设。在实践教学过程中，教师起着重要的引导作用。学校可以安排教师到优秀的企业单位中进行实地学习，在亲身实践过程中，教师便能够充分了解企业对人才的各项要求，从而制定出相应的实践方案，培养出社会所需的人才类型。此外，学校还可邀请资深专家和企业优秀人才来学校进行学术交流，从而建立一支高素质、高能力的教师队伍，使学校适应新形势下的社会需求。
4 结束语
综上可知，作为对实践要求较高的计算机科学与技术专业，建立一套科学合理的实践教学体系尤为关键。规范的实践教学，能有效促进学生实践能力、问题的解决能力以及创新能力的提升，为学校培养全面发展的高素质计算机应用型人才做出了巨大的贡献。
参考文献：
[1]王浩，胡学钢，侯.计算机科学与技术专业实践教学体系的研究与建设[J].计算机教育，2012（22）：73-74.
[2]肖利，李海波，刘茂军.全面实施物理实验改革，培养学生创新素质[J].实验室研究与探索，2011（26）：123-125.
[3]张辉宜，吴光龙.计算机科学与技术专业实践教学体系的研究[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2011（22）：114-115.
计算机科学研究方向范文4
关键词:人才培养;产学研一体;研究性学习;校企合作;多学科融合
近年来,计算机学科自身的内涵、外延和发展的动力与源泉都已经发生了重大的变化。计算机在不同领域中的创新技术与工程应用已经成了计算机学科发展的重要源泉,计算机学科的知识体系也逐渐呈现学科融合的趋势,人才国际化竞争趋势越来越明显。针对这些变化,浙江大学计算机学院根据自身长期积累的教学基础和在技术与工程应用研究方面的优势,在人才培养模式上锐意改革,建立了以工程型、复合型、国际化为特色的产学研一体的人才培养体系。
多年来,浙江大学计算机学院利用自身的学科研究特色,针对具有国际竞争力的复合型工程人才培养需求,整合计算机、软件工程、数字媒体技术、工业设计(信息产品设计方向) 4个专业的资源,围绕“知识、能力、素质”的培养目标,以能力培养为导向,以精品课程推动课程群建设,并以课程建设为基础[1-2],构建了多层次的工程实践能力培养体系[3]、多方位的国际交流能力培养体系、多学科融合的人才培养知识体系,在计算机类工程型、复合型、国际化人才培养模式的探索和实践方面取得了显著成效[4]。
1建立多层次的工程实践能力培养体系
长期以来,浙江大学计算机学院以课程建设为基础、产学研合作为平台,积极探索教学科研互动、校企互动、课内外互动的实践教学模式,针对工程实践能力培养的不同阶段,建立了基础实践、工程方法实践和创新体验等多层次的实践教学体系。
1) 引导研究性学习,以课程综合型实验为基础,培养学生基础实践能力。
在本科专业基础和专业课程教学中,大力推行课程设计(俗称大作业Project),通过团队式合作、研究式分析、工程化设计完成较大型的系统或软件的设计题目。课程设计也为教师提供了一种从科研中提炼综合性、设计性实践内容,将科研成果转换为教学内容的有效途径。
目前我们已在80% 的专业基础和专业课程中设置了课程设计教学环节,如在3门国家精品课程中分别开设不同类型的综合实验:“操作系统”――Linux系统分析、“软件工程”――典型金融软件设计、“程序设计基础”――趣味游戏设计。在实施课程大作业十
作者简介:陈刚(1973-),男,教授,博士研究生,浙江大学计算机科学与技术学院副院长,研究方向为计算机软件;何钦铭(1965-),男,教授,博士研究生,研究方向为计算机应用;陈越(1967-),女,教授,博士研究生,研究方向为计算机软件;陈丽(1970-),女,副研究员,硕士研究生,研究方向为高教管理。
多年经验的基础上,组织编写了国内第一套涵盖13门计算机专业基础课程和计算机专业课程的课程设计系列教材。
2) 加强校企合作,将主流技术和工程方法引入教学实践中,培养学生的工程方法实践能力。
我们与企业建立战略技术联盟,与知名企业合作,包括:共建专业方向和模块课程、聘请企业教师授课、共同指导毕业设计和学位论文、共建工程训练教学基地等,将主流技术和工程方法引入教学实践中。在课堂上组织学生对若干相关热点问题进行研讨,作正式的技术报告,将项目实践引入课堂教学,鼓励学生将最新的科学研究成果进行技术化、工程化。让学生在接触学科前沿、体验新技术的同时,培养科学实践能力和动手能力。目前有9门课程获教育部-微软(IBM、Intel、SUN)精品课程,其中嵌入式系统、软件工程、并行计算与多核程序设计3门课程获国家精品课程。
我校已经与浙大网新和美国道富银行共建了金融信息技术方向的课程体系,与阿里巴巴公司共建了电子服务技术方向的课程体系等。开设项目实训课程10个左右,同时与Intel、微软、IBM、网易、网新、道富等著名国内外IT企业建立了稳定的企业实习基地30多家。
3) 以学科竞赛和科研训练为手段,激发学生自主创新兴趣,培养其创新实践意识。
我校通过丰富多彩的课外实践活动,探索课内外互动的实践机制,加强对学生创新意识的培养,主要包括鼓励学生参与科技竞赛、科研训练和创新俱乐部(社团)活动等。
一年一度的“浙江大学学生电脑节”已举办,每一届电脑节直接参与学生人数均达到2000余人次,成为浙大最有影响力的学生科技活动之一。学院还积极组织学生参与各类国际竞赛,包括ACM大学生程序设计竞赛、国际顶级设计大赛等,并频频获奖。近5年共有100多位学生获省级以上各类竞赛奖,其中国际大奖50多项;利用学校的大学生科研训练计划(SRTP)和自主设立支持的SRTP项目,使SRTP的学生参与面达90%;先后创建了IBM技术俱乐部、Intel技术俱乐部、腾讯创新俱乐部等近10个与专业技术相关的创新型学术俱乐部,成员超过500人。
4) 以高水平的工程技术研究中心和重大项目为平台,培养学生的工程创新研究能力。
我校将高水平的工程技术中心作为工程型人才培养的重要基地,并结合近年承担的面向国家产业发展需求的重大工程技术性项目,吸引一批高年级的本科生进入工程技术型研究基地和课题组,从事高水平的工程技术创新研究工作。
现有的工程技术研究中心有:道富技术中心(金融软件)、嵌入式系统教育部工程研究中心、计算机辅助产品创新设计教育部工程研究中心、视觉感知教育部-微软重点实验室等,每年吸收本科生150位以上。其中,道富技术中心几乎参与了美国道富银行所有的核心金融系统研发项目,成为国际化金融信息人才培养的重要平台,也是吸纳毕业生就业的大户。
2建设全方位的国际交流能力培养体系
我校以双语课程建设为基础,大力推行全英语教学,通过营造国际化教学语言环境、拓展国际交流与合作、引进国际师资等方式,构建多方位的国际交流能力培养体系,提升国际化教学的质量。
1) 推进双语教学,营造国际化教学语言环境,培养国际化交流基础。
大力推动双语教学,开展全英文教学,为本校学生和国际生源创造必要的国际化教学语言环境。
目前,我们有46门本科专业课程采用英文教材并实施双语教学,开设了全英文双语教学课程共27门,其中数据结构、计算机网络两门课程获国家双语示范课程;另外我们还聘请外籍英语教师为学生开设高级英文写作、高级英语口语等实用语言课程。
2) 拓展国际交流与合作,提高学生的跨文化国际交流能力,探索国际合作教学的新模式。
通过形式多样的海外高校短期交流、中加双学位项目等,加强学生跨文化国际交流能力的培养,在课程体系建设、课程内容建设、海外师资队伍的聘任和教师国际交流等方面全面提升国际化教学的质量。
目前,我院已与加拿大、法国、爱尔兰、荷兰、新加坡、日本、德国、瑞士、瑞典、澳大利亚等地的19所高校实施本科学生交流。全部项目每年涉及本科生约100余名,达到单届学生总人数的25%。
2005年开始我院与加拿大西门菲莎大学(Simon Fraser University,简称SFU)合作,启动了中外学生共同参加的双向“2+2”计算机本科双学位项目,不仅在培养方案上融合两所优秀高校的特色,而且在双方教师的互派、两国学生的融合教育方面创立了新的模式。接下去,将继续探索研究生双学位项目,发挥两校优势,积极组建国际化团队联合培养研究生。
3) 引进国际师资,拓展国际生源,建设具有国际吸引力的人才培养环境。
我院聘请了一批国际知名大学的学者和国际著名IT公司的高级技术人员参与课程教学,并积极拓展国际生源,形成了具有吸引力的国际化人才培养环境。
近五年来,我院邀请了24位外籍专家学者讲授本科专业课程32门次,接受来自加拿大、美国、法国、爱尔兰、澳大利亚、新加坡等国留学本科生89人(其中2009年接受22人),分别在我院进行课程学习、工程实践、毕业设计等专业训练,其中33人为攻读本科学位的全日制学生。
3创建多学科融合的人才培养知识体系
根据计算机学科交叉融合的发展趋势和社会需求,我院发挥学科研究优势,以计算机技术课程为核心,课程叉为基础,创建了多学科融合的人才培养知识体系。
在专业建设中,我院突出学科交叉融合的特色,催生了新的交叉学科研究方向,实现了教学与科研的良好互动。
1) 以“宽、专、交”的知识体系为目标,建立融合多学科知识的模块化课程群。
围绕“宽、专、交”的目标,我院整合计算机、软件工程、数字媒体、工业设计(信息产品设计方向)4个本科专业的教学内容,并通过模块化的课程群和交叉课程实现多学科知识体系的融合。
软件工程专业以计算机核心技术为基础融合了软件工程方法、金融信息技术、软件开发技术、电子服务工程等;数字媒体技术专业以计算机核心技术为基础融合了多媒体技术、艺术设计等;工业设计专业(信息产品设计方向)[5]以设计方法与技术为基础融合概念创新设计和计算机嵌入式系统技术等;计算机科学与技术专业则围绕系统设计与分析的培养目标,融合数字媒体、金融信息技术、人机交互设计等多个应用领域方向。
目前,浙江大学计算机学院共建设完成12个课程群,所有课程群均涉及2个以上专业,如图1所示。2门学科交叉型课程获国家精品课程为计算机辅助工业设计、(信息产品)整合与创新设计。
图1以计算机技术为核心的多学科融合知识体系
2) 发挥学科研究优势,突出专业建设特色,催生学科研究新方向。
我院工业设计专业是国内唯一一家设立于计算机学科内部的该专业,已形成了“工业设计+嵌入式系统+机电一体化”的复合型人才培养特色,培养了一批信息产品创新设计人才并形成了富有优势的信息产品创新设计研究方向。软件工程专业则依托学科在工程技术研究方面的优势,在金融信息学培养方向上具有很强的特色,形成了金融软件系统优势学科研究方向;并充分利用我校在计算机图形学和多媒体技术研究方面的优势设立了国内第一家数字媒体技术专业。
目前所有3个拓展专业都被评为国家特色专业,其中工业设计专业被评为第一类特色专业;软件工程专业的软件开发技术、金融信息技术、服务科学与技术3个专业方向被评为第二类特色专业(方向)和国家人才培养创新实验区;数字媒体技术被评为第二类特色专业,同时也已成为国家级动画教学研究基地。
3) 综合多学科知识,实践创新体验,建立省级研究生教育创新示范基地。
目前我们已有2个教育基地成为浙江省首批研究生教育创新示范基地,分别是浙江大学―网新国际金融信息技术与工程研究生教育创新示范基地、浙江大学―杭州亿脑智能科技有限公司信息产品创新设计研究生教育创新示范基地。
网新国际金融信息技术与工程研究生教育创新示范基地与金融等专业的学科交叉,注重计算机软件、金融学、工程训练以及外语能力的培养。通过提供研究生的国际化科研实践基地,实战性的国际合作项目,不仅可以让研究生掌握产业动态,融入全球理念并拓展其研究视野和实践领域,还可以充分发挥研究生的积极性,实现理论研究与国际商业需求的无缝对接。每年选拔的基地研究生不仅可获得3个月的海外研究和实践机会,而且有经验丰富的企业科研人员作为实践导师并制定以国际化为特色的实践计划。同时,合作企业网新国际还将为出访学生提供与国际专家的合作科研项目,以真实的银行金融历史数据为基础,从事金融数据分析与挖掘方面的研究。
杭州亿脑智能科技有限公司信息产品创新设计研究生教育创新示范基地,以“工业设计+嵌入式系统+机电一体化”为创新模式,以技术创新为核心,与形式化的视觉表达相结合,通过功能创新、行为方式等创新模式整合多学科知识,将“设计+技术+商业+用户”紧密整合在一起,由内而外,真正地将概念设计转化成生产力,为我国传统产业的提升作出贡献。在教学上,引入研究型、应用型课题到专业课教学,推行学科间互动,构建围绕学科发展的开放式创新教学平台,建立国际化互动的指导教师团队,以及建立国际竞赛和知识产权成果推进平台。
4结语
教学改革的深入开展需要有相应的组织与政策
保证。学院十多年前就开始建设以课程群为基础的课程小组,并以院级教改项目为驱动,教师评价政策为保障,全面推进教学改革的深入开展。目前,已建立了14个本科课程小组(含12个课程群)和9个研究生课程小组,每年投入教学经费近100万元,同时设立了教学骨干教师岗位,以确保教师从事教学的积极性。
建立产学研一体的工程型、复合型、国际化计算机人才培养体系,有力地提高了人才培养的质量。培养的学生以其扎实的专业基础、良好的工程实践能力,在就业市场中广受好评。近年来,本科生就业率在99%以上,研究生就业率100%,毕业当年起薪保持全校第一。50%以上的就业学生到全球500强企业、国际一流企业工作。2008年48%的本科生出国深造或国内读研究生,其中出国深造比例13%。近年毕业生中,涌现了许多耀眼的“新星”,如浙江省十大“创业之星”、“手机备备”的发明人方毅,北京奥运会“祥云火炬”的核心设计师章俊,被美国商业周刊称为TopCoder程序设计竞赛“大赢家”并据此要重新评估中国软件工业水平的吴嘉之等。
参考文献:
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009.
[2] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.
[3] 干红华,何钦铭,陈德人,等. 工程型国际化软件人才培养模式探索与实践[J]. 计算机教育,2008(13):30-34.
[4] 陈根才,何钦铭,陈越,等. 与时俱进的计算机本科教育[J]. 计算机教育,2008(13):26-29.
[5] 孙守迁,应放天,罗仕鉴,等. 多学科知识渗透的创新型工业设计人才培养模式探索与实践,计算机教育,2008(13):35-37.
Engineering and Compound Oriented Internationalized Computing Talent Training with the Integration of Industry, Education and Research
CHEN Gang, HE Qin-ming, CHEN Yue, CHEN Li
(College of Computer Science and Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
计算机科学研究方向范文5
摘 要：本文通过全面论述计算机图形学的知识结构体系与它在计算机科学教育中的作用与地位，提出把计算机图形学列入计算机专业的核心课程，以弥补“高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)”与“高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程”中对计算理论“能行性”教育的缺失与应用软件编程系统训练的不足。
关键词：计算机图形学；计算机教育；核心课程；软件系统；应用开发
中图分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
2006年，国家教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制出版了“高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)“(以下简称”新专业规范“)[1]，该“新专业规范”指出：由于计算机专业是全国在校人数最多、高校开设专业最多的专业，这导致计算机类专业毕业生目前出现就业困难，其主要原因还是计算机人才的培养满足社会需要的针对性不够明确，导致了人才结构上的不合理。解决方法是分类培养、使计算机专业的学生能有相对优势的知识结构，高校教育应该为计算机专业现在的毕业生增加专业特色、增强就业竞争优势，等等。并由此提出了“高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程”(以下简称“核心课程”)[2]。无疑，这对全面规范并提高国内计算机教育的整体水平具有非常大的指导作用。通过认真学习研究这些内容之后发现，究竟应选择哪些课程作为计算机的公共核心课程供全国各行业人员作为学习计算机的基础知识，以及一些课程的教学内容应该如何安排，才能做到既拓展计算机专业学生的知识领域、又能增加学生毕业后的就业渠道等，这些都是大家不断思考的问题。而计算机“核心课程”的选择似乎对上述已有问题的解决帮助不够，而增加计算机图形学的教育对解决这些问题是一个值得借鉴的好方法，理由如下(不妥之处，请批评指正)。
2 计算机图形学课程列入核心课程，弥补本科教学计算能行性教育的缺失
作为具有全国指导意义的“新专业规范”，应该为计算机教育在多个行业方向的发展奠定基础，而抽出它们所共有的基础课作为计算机本科教育的核心课程，但现有的“新专业规范”的公共“核心课程”[2]只有
程序设计
离散数学
数据结构
计算机组成
计算机网络
操作系统
数据库系统
等7门课程内容，而把“计算机图形学”课程排斥在核心课程之外，这显然不利于计算机应用的全面发展，不利于计算机动画、游戏、图形标准、计算机仿真、计算机辅助设计与制造等计算机应用软件行业的全面发展，会缩小计算机本科生毕业之后的就业面，也与制定“新专业规范”的初衷相悖。
什么能被自动计算一直是计算机界探讨的主题之一[8]，那些确切能用计算方法解决的问题如何设计才能被计算机自动计算简称计算的能行性(可计算性的实现前提)，而程序设计与数据结构这两门课程是计算机编程的基础，它们作为计算机的公共核心课程是必须的。但这两门课程(该“程序设计”课程实为计算机程序设计语言＋语句的简单应用，“数据结构”讲授程序加工的数据如何配合算法进行有效管理安排、以实现算法的功能)并没有从理论上解决计算机程序根据什么原则才能进行有效设计、以及程序如何构成系统后才能最后自动解决用户提交的计算问题，这是国内“程序设计”课程多年来悬而未决的老大难题。其原因在于：讲授程序设计语言时，学生还没有数据结构方面的知识，而数据结构本身既不讲模型方法、又不讲解软件系统等概念，同时这两门课程也缺少具有复杂计算模型的大规模实用软件编程的整体训练内容与方法，若把这些缺失的内容都加入到教学中，则一无足够的课时、二是改变了授课的性质。所以，从算法语言的角度介绍程序的设计方法是不完备的。
对于这个问题，计算理论早已从计算的机理与实现上予以解决。但计算理论的内容一般只在研究生阶段讲授，且计算理论是研究生的一个专业方向、即使该理论在研究生阶段讲授、学生理解也有一定难度，而把这套理论方法直接用于实践以解决实际应用问题难度更大[9]。即现有成熟的程序设计理论与方法没有通过适当的载体引进本科课堂教学中是现行教育政策最大的不足，而计算机图形学是直接从应用软件开发的角度阐述计算的“能行性”问题(见下述)，当其列入计算机的核心课程后，既能弥补上述计算理论教育中缺失的一环，也能有效弥补上述7门核心课程中计算机应用软件编程系统训练不足的尴尬。事实上，GPU(图形处理芯片)与CPU在PC机上的发展并驾齐驱，证明计算机图形学是计算机科学中不可缺少的重要研究领域，可这些没有在“核心课程”[2]中得到有效的体现令人不解。
3 计算机图形学的知识结构体系
3.1 计算机图形学的研究对象、研究方法与基本教学内容
计算机图形学的最终目的就是用计算机程序的方法在计算机显示器屏幕上生成图像效果，特别是生成类似照相机拍摄的三维图像。而照相机拍摄三维图像是一个具体的物理过程，它的基本原理是光线在空间物体之间相互传播，当光线被物体表面反射并被照相机接收后形成的显示效果。由于人们能从二维照片上光点的亮度与大小判断出物体表面该点距照相机的相对远近，故人们常称这种图像为三维图像。用计算机程序的方法生成具有高度真实感的图形就是对上述物理过程的一种近似仿真模拟得到的效果。为了达到这一目的，人们根据仿真方法的要求，建立了仿真过程需要的各种模型(包括照相机模型，灯光模型，颜色模型，照明模型，物体的几何模型，物体表面的材质与纹理模型)，通过①模型数据的输入(交互输入、编程输入、文件输入等)、②数据的存储与管理(系统参数文件、图形模型数据文件、规格化图形数据文件、物理显示设备的图形显示文件)、③数据的运算处理(物体的几何变换、全剖切运算、集合运算、三维重建算法、物体的各种变形运算等)、④数据的输出(各种线段图形的生成与实面积多边形的填充算法、着色算法、消隐算法、纹理映射算法、阴影算法，光线跟踪算法与辐射度算法)等4个处理过程，用系统编程设计的方法实现其图形显示[7]。
这里照相机模型描述了三维空间中的点、线、面等图形投影转换成二维空间中点、线、面等图形，并调用二维图形的生成算法生成二维图像，同时裁剪超出显示范围的三维图形、便于图形的正确显示。灯光模型与颜色模型描述了光线产生的根源、点光源的空间几何分布、光线在空间中的传播方向与衰减规律，光线的色彩属性、亮度计算方法与合成色的变化规律等内容。照明模型描述了物体表面反光或透光能力的计算方法。物体的几何模型描述了一个物体的点线面等几何尺寸与大小。材质特性描述了各物体表面对各种性质光线的反光与透光能力的大小。纹理模型直接描述了物体表面各点的显示细节与像素值。着色算法确定了用何种插值算法填充多边形网格表面、使其显示效果是多边形网格效果或是一张光滑的曲面效果。消隐算法确定显示物体表面的各个可见表面与边线，不显示其被遮挡的不可见的表面与边线。纹理映射算法就是把一张照片映射至物体的表面上(又称贴图)，而这个照片既可以是实际照相机拍摄的三维照片，也可以是用数学模型描述并动态产生的结果。在场景中，由于某些遮挡物的存在，光线不能直接照射到某些物体的表面，使得这些表面反光(透光)的亮度暗于被光线直接照射物体表面的亮度；观察的角度不同，所见这种阴影效果的形状与大小不一样；阴影算法即在场景图中统一绘制这种阴影显示效果与非阴影显示效果。光线跟踪算法、辐射度算法就是仿真光线的传播过程以达到最后生成所需的图像效果。
事实上，在计算机图形学的应用领域中仅研究这些模型还不够，还要用程序设计语言与数据结构的知识把它们都转换成一个个可执行的算法，并用系统编程的方法把这些算法构成一个软件系统整体，才能方便各种图形的生成。而在这个软件系统中生成图形的第一步是构造多种物体的几何模型与形状(物体的几何变换、全剖切运算、集合运算是用简单物体构造复杂物体的有效工具之一，三维重建算法是用点、线、面等元素恢复物体外壳的几何形状)，在统一的世界坐标系中确定它们的位置与朝向，再逐一确定物体表面的材质特性与纹理效果等，使这种多物体造型(称场景造型)满足实际应用的需要。第二步是设置灯光与灯光的特性，设置照相机模型等。第三步是在上述二步的基础上，统一用光线跟踪算法或辐射度算法生成上述场景造型所对应的三维图像效果(又称渲染)。
应注意：
① 试图精确的构造现实世界中所有物体、特别是具有复杂结构或微小结构或细微动态变化物体的几何模型既不现实、其代价也太大，人们总是想用其它的方法来代替，这就是所谓分形描述、粒子描述建模等多种其它建模方法的来源；
② 完全按照物理学上光线的传播方法来生成图像太费时间，光线跟踪算法、辐射度算法事实上是对物理光线传播方法的一种近似。这个近似程度一般由图像显示的真实感与计算的复杂度来确定。
③ 在上述场景造型的构造过程中，若物体运动或变形，灯光改变照射的范围、朝向、亮度、色彩，照相机改变拍摄的方向或跟踪拍摄，此时若连续拍摄(即渲染)三维空间场景效果，就形成了多帧图像，连续播放这些多帧图像就是计算机动画。
④ 所谓图形标准就是把上述的照相机模型、点光源的灯光模型、颜色模型、简单的照明模型、着色算法，以及点线面、多边形网格模型等模型与算法用硬件实现，并由图形标准提供软件接口方法调用这些硬件功能；当用户向该图形标准提供上述模型的描述数据与材质、纹理描述数据之后，计算机就能用硬件加速的方法实现在显示器中高速生成点线面、多边形网格，以及光照效果的表面、纹理效果等图形。目前的图形标准本身并不负责物体几何模型的构造，也不负责管理各种模型数据等。现图形标准主要以纹理映射算法为主，暂时还没有用光线跟踪或辐射度算法以实现三维图形的实时显示。可见图形标准仅是计算机图形学部分研究成果的具体实现。
⑤ 若能在上述场景造型中，让各种物体实时运动(照相机与灯光是具有其它功能的物体，它们也有几何形状，也能与人、动物等角色(多关节物体)一样进行各种运动)，并能接收用户的交互操作、且这种运动过程具有故事情节性，同时这种多物体运动的效果能在计算机显示器屏幕中实时生成显示，这种计算机动画就是3D游戏(人类社会活动的仿真)。3D游戏另一个难点在于复杂游戏引擎的构造――即如何构造并管理游戏场景的模型数据(包括声音与人工交互操作等)，使整个游戏画面达到实时显示的目的。事实上，3D游戏可以看成是计算机多媒体技术与虚拟现实技术在商业上的降级简单应用。
⑥ 物体的几何造型、变形与运动是计算机动画的一个难点，比体这个概念更复杂的是流体与场的模型构造、显示，它们能描述更广泛一类的物理现象，如台风的变化过程、风洞的实验效果、物体表面的应力变化现象、环境中热传递效果的变化、地质勘探结果的可视化显示等，一般人们把这些问题归纳在“科学计算的可视化”课程中讲授，因为这些流体与场的模型构造等需要比较深的数学知识。但是，一旦这些流体与场的几何数据模型确定之后，人们就能用图形标准显示它们。
⑦ 计算机辅助设计CAD与计算机动画的区别：在CAD中，也需要构造物体的几何模型并显示这些物体的构造效果，更重要的是还需要用数控机床把这些设计出的物体零件加工制造出来，故它对物体的几何模型要求特别高、特别是其误差控制，因为多个零部件组成的精密加工机床等最后影响加工的精度都与各个物体模型的误差精度相互关联。显然，在CAD领域中，也有零部件之间的联动等多种运动需要精密控制(机械运动与仿真)。与物体几何模型要求相比，CAD领域中物体的显示要求可以放低些。而在计算机动画中，相对而言，对物体几何模型的要求低，例如物体的外表面可以不封闭，只要这个不封闭的外壳表面破绽不被照相机拍摄到就可以了；但计算机动画对最后渲染的图像显示质量的真实感效果要求很高。
⑧ 二维图形与三维图形的区别：这两者的区别除了其数学模型一个是二维的、一个是三维的之外，更大的区别还在于二维图形学只能从数学上研究图形的基本规律(点、直线、曲线、平面与形状，位置，运动与变形，色彩等)、以及图形的模型构造与显示方法；利用二维图形的简单性，可剖析计算机二维图形系统的组成，即软件系统是一个能自动运行的程序，它能从输入、存储、运算处理、
输出等方面全面处理用户在某个领域中提出的诸多数学模型并完成其模型描述数据的加工任务，使用户很容易明确这种软件的组成、功能与使用范围。三维图形学却可以用数学模型的方法研究自然界中的多种物理现象，由此探讨大自然中多种物理现象的变化规律，并能用图形显示的方法来表现这种变化过程，这种方法正是人们探索自然并进行科学研究所倡导的基本方法之一。因此，从三维图形学的基本教学研究内容可知，用图形方式(可见的点线面、色彩、纹理)显示各种物理现象的变化过程只是一个表面现象，关键的是要掌握这种变化过程的物理机理并能用数学模型的方法全面正确的描述这种变化(即用图形的方法表达计算机信息数据的含义非常适合人们观察自然、了解自然现象与变化规律，而计算机的信息描述数据是由具体的各种物理变化过程确定的)，即掌握计算机仿真与科学研究方法才是学习计算机图形学的真谛，也即用计算物理学的基本思想能统一传统意义上计算机图形学与计算机辅助设计学科中的基本研究内容。计算机专业的学生有了这种方法后，再深入其它各应用学科领域，努力掌握其物理原理、科学实验与数学模型方法等知识，并与行业专家相互配合，计算机与计算工具就在各专业领域的科学研究与系统设计上大有用武之地了。
综上所述，可以给出计算机图形学如下定义：
计算机图形学属于计算机应用软件的研究范畴，它主要通过物理原理与数学方法，建立描述自然景观(虚幻世界)的几何数据模型与显示图形的物理数学模型，以达到用程序的方法把这些模型的描述数据通过算法转换成在计算机显示器中显示自然景观图像的目的。本质上，用计算机生成三维真实感图形就是用数学模型的方法仿真光线在物体之间相互传播而产生的显示效果或把光线传递的效果即照片映射至物体表面上所产生的显示效果。
国内计算机图形学教育工作者已认识到计算机图形学在计算机学科教育与科学研究中的重要性，并于2001年公开出版计算机图形学教材支持上述观点[10]。但由于这些观点没有引起国内计算机界制定政策的主流阶层人士的关注，相反，从2000年开始，计算机图形学的内容却从全国范围内的计算机专业等级考试中消失，这不能不说是国内计算机教育的一大损失。
而计算机图形学的授课关系见4.1节。
3.2 “新专业规范”中，计算机图形学的教学内容有待改进
“新专业规范”中计算机图形学的教学内容主要放在计算机图形标准的使用上，核心内容只有图形标准、照相机模型，图形显示设备与输入设备，前期课程要求计算机程序设计语言与离散数学，并只安排8个课时来讲授这些内容，其它的内容作为选修内容(这包括各种图形的生成算法、物体几何模型的描述方法，计算机动画，可视化，虚拟现实，计算机视觉，人们对色彩的主观感受、如何用色彩方式表达设计作品的主题思想，等等)。这种教学安排能使学生掌握图形标准的使用、以及照相机模型的应用，很容易导致学生误认计算机图形学就是在显示器上绘制各种图形这种认识偏差。
这种教学安排不当之处如下：
首先，计算机图形学的前期课程应该是程序设计语言与数据结构。实际上，不学离散数学并不影响学生编写图形学的各种应用程序；但不学数据结构，则编程困难；而且授课学时数太少。
其次，图形标准自成体系，但它不能构成一个完全自动运行并具有图形数据输入、存储、运算处理、输出等处理全流程功能的软件系统，它往往需要用户在应用软件中向图形标准输入模型数据并调用其各函数才能出现所需要的图形显示效果。初学者原指望学了计算机图形学，就知道象3DS MAX与OpenGL等软件中是如何编写程序并实现各种动画图形的显示，但授课结果却令人失望。
第三，由于初学者一般缺少对计算机图形学的全面了解，缺少对计算机图形学的研究对象与研究方法的认识，也没有图形系统的概念，该“新专业规范”授课大纲中虽有物体几何模型的描述方法但缺少在图形系统中具体建造物体几何模型等实例；另大纲中授课内容的逻辑关系非常不顺畅(例如把计算机视觉作为计算机图形学的一部分对待并讲授值得商榷，虽然人们期待从计算机视觉图像中获得图像的模型描述数据并一直朝这个方向努力，但计算机图形学与计算机视觉的研究方向与研究方法毕竟有很大的区别)，也没有总结出计算机图形学的核心概念，且对计算机图形学的认识仍停留在图形学由各种算法的集合所组成的认识层面上，很难正确体现计算机图形学在科学研究中的重要作用。若授课内容掌握不当易使教学与学习迷失方向，或再次导致计算机图形学课程被计算机专业边缘化，这也是多年来国内同行反映计算机图形学难教难学的原因之一，这显然与当今计算机图形学在计算机科学中的发展潮流相悖。
第四，图形标准只是计算机图形学部分研究成果的具体实现，当初国外为什么会选择图形标准而不是选择计算机动画为案例作为讲授计算机图形学课程的主要内容，作者认为可能有以下原因：
① 历史的原因：因为图形标准是计算机图形学最早、最成熟的研究领域，后才有CAD、游戏与动画等；且图形标准在各个行业都有广泛的应用，而CAD、游戏与动画是一个具体的专业方向，教学难度大。
② 商业发展的需要：图形标准用硬件实现后，已经成为个人计算机的标准配置，这就促使人们更加专注图形标准的发展。
③ 国外的教学体系不一样：美国的计算机工业、图形学产业与计算机教育均位于世界领先水平，但全美国并没有强制性的计算机教育指导大纲，可是美国各校的计算机教育各有特色，他们对计算机的各个方面都有涉及、且各种层次的计算机课程都有，这种宽松的教育体制有利于科技成果与教育的创新培养。以图形学课程为例，若你需要继续深造，它还有许多图形学的选修课、提高课程(如计算机辅助几何设计、数字几何处理、曲面造型与设计、CAD、计算机动画、游戏、计算机程序设计方法等等)以及最新的学术论文等待着你、直至让你从这种授课体系中走向学科的最前沿与商业开发――即虽然他们的某一门基础课不一定很完美，但他们可以从完整的授课体系中，让你掌握计算机图形学等计算机应用学科的全部内容；但这也同时留下了因为课程划分过细，使人不容易一下掌握学科内容的全貌而留下遗憾。可是国内的计算机教育与国外不一样，首先，国内的高校没有条件开设那么多的计算机选修课；其次，若是全国性的计算机教学指导大纲不全面、不权威的话，就会在计算机学科的发展道路上留下无可挽回的遗憾。
④ 出于知识产权的保护，美国没有一本书的教学内容是一样的(包括CC2005中关于计算机图形学的知识结构体系的论述)，这固然便于知识创新，但却不利于优秀知识的继承与传授，结果使得每本新书的内容与体系都不一样且庞杂，这对初学者是一个极大的负担，需要教师认真抽取众多书籍的有效内容，成系统后传授给学生，才能有效的提高学生的学习效率，2000年以前国内外计算机图形学的教材内容与体系的不够成熟，也是造成国内计算机图形学授课不能得到有效重视的原因之一。
⑤ 由于以上原因，美国人并没有把计算机图形学作为计算机学科的核心课程，这使得美国人的计算机图形学课程的教育落后于其计算机图形学等商业软件开发等应用，这是一个不争的事实(在美国，教材与授课基本上是老师的个人作为，商业软件的开发是团队作为并有经济利益作为支撑，它能不断发展并自我完善)。也有很多国际人士认识到计算机图形学的教育出现了问题[4]，显然，仍把计算机图形学定义为在显示器上显示各种图形是过于简单，这是没有正确地把计算机图形学学科的发展规律引入教育部门、忽视计算机图形学在各行业领域中的具体应用与需求的一种表现。因此，全面认真研究美国人在计算机教育与计算机工业的发展规律、商业软件开发等多种优缺点，再针对国内计算机教育中存在的不足，提出解决问题的方法应该是国内计算机教育界值得深思的问题；显然，仅用跟踪所谓国外先进的教学方法与理念也有不全面的地方。
4 计算机图形学课程在计算机科学教育中的作用与地位
4.1 计算机图形学是计算机应用软件编程思想系统训练的重要基础课程
数据计算、数据存储与检索、数据联网通信是现代计算机的三个最基本的应用。在这三者中，对于数据存储，一般有数据结构课程与数据库系统软件分别介绍其基本原理与大规模数据的系统管理等软件应用；对于数据联网通信，一般有通信技术、计算机互联网等课程、WinSocket技术等介绍其基本原理与实现方法；对于数据计算，一般有算法语言、编译原理、自动机理论等课程介绍其原理，计算机科学与技术专业追求的目标是：用形式语言与自动机理论，通过形式化和模型的建立，构建系统，进行模型计算。但这些内容抽象、内容难以理解、难以直接应用解决实际应用问题[9]，计算机专业的本科生学习这一方法尚有一定难度，非计算机专业的学生更不会接触编译原理与自动机理论等，这就造成一般学生在学习计算机进行编程计算的问题上存在知识缺陷，而计算机图形学课程的授课正好可以有效的解决这个问题。
国内新一版的计算机图形学的授课方法[7]：首先，以二维图形为例，从理论上全面解决了图形系统软件的构建方法以及图形数据处理流程的全过程，使初学者牢固的树立起软件系统的概念；其次，为了用计算机仿真的方法在显示器中生成三维真实感图形效果，建立了描述各种物理现象的多种数学模型(见上述)，这些数学模型的描述数据都能通过图形模型数据文件的方式保存在计算机图形系统中供系统内部程序调用，以仿真方法生成三维图像。也就是说，①系统与模型的数学与形式化的描述方法；②按系统数据处理流程，用算法语言与数据结构等知识把模型数据的处理方法全转换成一个个程序，以实现其数据处理的全过程等任务；③编程实现时，需根据计算机的配置与用户的经济要求，合理考虑所选算法的复杂度(或选择优化算法实现图形功能)；这三者是计算机编程计算的基本步骤与要求，是实现可计算性的三个条件――即计算机图形学既成功探索了一般典型的计算机应用软件系统开发的基本规律，又用可视化的方式表达了其程序数据运算处理的最后结果，这为该课程成为初学者学习计算机程序设计方法的首选课程之一奠定了基础。
若没有计算机图形学等编程课程的系统训练，计算机初学者一般只能通过实际大型软件项目的学习与训练(或继续深造)，通过自我总结与提高，才能全面地掌握这种编程与数据计算等知识，而这种机会不是人人都具有的，其付出的代价也将是巨大的。例如现在一般计算机本科专业的学生虽然能熟练的掌握3ds max软件的操作使用，但不清3ds max软件是如何编制而成，就是现阶段本科教育存在缺陷的具体表现。
通过数据结构的学习，使学生明白：算法＋数据结构决定程序设计；但计算机图形学的授课能使学生进一步明白：算法不是从天上掉下来的，它们是由用户解决实际问题建立的物理数学模型、并抽象出模型描述数据之后，提出处理其数据模型的基本方法与步骤；而数据结构是记录该模型的描述数据、以及根据算法的需要构造而成、以配合保存各种中间加工数据或最后加工结果；编程者只有把这些解决问题对象的多种模型编写成软件系统之后，才能完满的完成程序设计的任务――即计算模型及对模型的变换与运算处理方法决定了程序设计的算法与数据结构。
4.2 计算机图形学的教育体现了计算机学科的科学性
计算学科是指通过在计算机上建立模型并模拟物理过程来进行科学调查和研究。该学科是对信息描述和变换算法的系统研究，主要包括它们的理论、分析、效率、实现和应用[6]。在目前所见的计算机教材中，只有计算机图形学是按照这种理论体系组织教学内容的。这些教学内容是人们耳熟能详的物理原理与相对简单的数学知识在计算机中的综合运用，是计算机学科科学性的具体表现之一――只有把计算工具直接应用于科学研究中，这种计算工具与方法具有科学性才有说服力，而计算机仿真是科学研究中常用的一种有效方法，复杂的数学计算又是仿真建模的基础，从这个意义上讲，仿真与复杂的数学计算等都是科学研究中重要的研究方法之一。这样，该课程就很好的解决了“新专业规范”中人们对“数字科学计算”的认识不统一而导致该课程的教学内容与要求不详等问题，很好地使计算机的应用回归其本来面目；
4.3 用图形方式表示计算机信息数据的含义，比用数字符号方式表示其含义更高级、更自然，也是计算机科学研究的对象之一
用文字符号方式描述客观世界是对客观世界的一种抽象，是对客观世界的一种不完整的描述；而人们感受客观世界最自然、相对全面的是用眼睛观察客观世界，它可以较准确的确定客观世界中物理现象的存在与变化规律，这个方法运用于计算机中，就是用图形方式表示计算机信息数据的含义，这种表示方法比符号方式表示信息数据的含义复杂，表示的信息量大，对计算机的硬件要求高。在计算机的多媒体信息表达方式中，图形方式是处理过程最复杂的、也更符合人们的观察习惯。故用图形方式表达信息数据是一种表达信息数据含义的高级表达方式。
现代计算机的应用，不仅是数值计算与数据管理、还表现在工程设计中，人们用图形方式来表达设计人员的设计思想、设计方法，以及设计作品的体系结构与功能等，它能充分表达设计人员的形象思维方式，这种表达方式不仅要求能用计算机表达出来，而且要求计算机能接受人们用这种方式向计算机输入数学模型，这些都是计算机科学面临的新课题。例如古代三国时期，诸葛亮造木牛流马搬运粮草，史书虽然有文字记载其构造方法，但后人却无法复原这种运输工具。在没有实物的情况下，只有用图形方式表示该运输工具的基本构造方法才能使后人复原这种古代的运输工具。对于这类复合结构的复杂物体与运动形式即使用几何数据对它详细描述，若不借助图形方式来表示其几何形状与结构等信息，人们对它的理解也会发生困难，这就是现实中用符号方式描述与图形方式描述(抽象描述与形象描述)信息含义之间的差别。经验告诉我们：在计算机中，信息数据的描述方法不同，往往导致编程的方法与效果也不同，若我们不进行这种方式的培训，就会落后于计算机时代的发展。
4.4 掌握计算机配置的常用工具，是计算机应用的必要条件
传统计算机学科的授课内容，并不直接讲解如何进行科学计算等问题，而是为解决复杂的科学计算等问题提供软件服务工具、方法与手段等。例如，从大量应用中(包括软件编程)，找准、预测用户的需求；然后，从中抽象其具有共性的方法与难题，并把它们上升为理论，最后把这种理论开发成工具与系统方法，供用户使用；操作系统软件、汇编语言与编译系统、高级语言与编译系统、软件工程的概念与方法、面向对象的软件开发语言等都是这样逐渐发展起来的；同样的思路，为了计算机的应用，人们开发了办公自动化软件、数据库系统软件、网络浏览器、三维图形标准等各种工具，等等，用户用这些工具能更高效率的开发应用程序。但是，这种授课方式却把用计算机解决科学计算等应用问题留给具体的应用部门与用户对应用软件的具体开发，而课堂教学一般缺少这方面的系统实例，这也是导致目前计算机本科生应用软件系统开发能力弱的原因之一。
但当计算机学科发展到用可视化软件开发应用程序，而计算机的基础教育却忽视这种发展潮流与技术进步(现有的计算机公共核心课程没有计算机图形学的内容)，这只能使我们的应用软件的开发水平仍停留在上世纪70年代的字符表现水平上。因此，计算机本科教育中，使学生掌握计算机配置的常用工具是计算机应用的必要条件，这当然包括让学生掌握计算机三维图形标准这个有用工具。
4.5 计算机图形学是嫁接多学科的桥梁，是科学研究思维能力训练的延续与有效方法之一
大学的教育，除了要求学生掌握一门专业的系统基础理论知识与应用外，关键是要掌握“根据任务与需要，学会从中发现问题、分析问题、提出解决问题的方法，建立解决问题的数学模型，直至用物理实验或软件编程的方法解决发现的问题”这种工作能力以及继续学习深造的能力。只有这样，计算机专业的学生才具备自我获取知识和探索解决问题的能力，并使自己在新的工作岗位上做到既是计算机方面的专家，也是行业领域的专家助手，计算机专业的学生才能更好的服务于社会，造福于自己。
什么样的课程能做到使他们具备自我获取知识和探索解决问题的思维能力？传统上大学物理与数学课程的教育是培养这一方法的有效途径。因为物理学是蕴藏科学方法论的宝库，物理不仅包含了物质世界的运动规律，同时蕴涵了丰富的哲理和研究、思维方法，对于培养创新思维有着独特的优势。这种独特的优势地位决定了大学物理在培养全面发展型人才中的特殊作用。显然，知识的内容是有限的，而思维的创造力是无限的。物理学若干世纪以来的辉煌成就，使之创造了一整套行之有效的思想方法和研究方法，据专家统计，在300种通用的科学方法中，物理学包含170种，占56．7%。在大学物理课程中，学生可以接触到实验的方法、观察的方法、科学抽象的方法、理想模型的方法、科学归纳的方法、类比的方法、演绎的方法、统计的方法、证明和反驳的方法、数学模型的方法；还可以学习到科学假设的方法、对称性分析的方法以及定性和半定量的方法等等。同时，物理课程中还包含了无数著名科学大师许多深刻的物理思想和精妙的哲学思辩，尤其随处可见前辈科学破除权威，敢于怀疑，大胆创新的许多生动鲜活的事例。这些闪耀人类智慧光芒的科学方法和科学精神，对提高学生的科学素养，培养他们的探索精神和创新意识，都会产生积极而深远的影响，起到其他课程无法替代的作用[3]。
但传统上计算机课程内容的安排中断了高等数学与大学物理的学习与后续计算机课程学习的相互关系，一些搞计算机工作的人员会片面地认为不学物理与高等数学也一样能学好计算机课程、一样能从事计算机工作。而计算机图形学课程的教学是嫁接大学一年级的高等数学、大学物理与三年级计算机专业教育的有效桥梁，是物理、数学知识在计算机应用领域中的具体应用。而计算机图形学编程思想的训练，特别是探索解决物理问题的数学模型的各种研制方法与思维能力，对各种行业面临实际问题的解决与计算机应用软件的编程具有典型的示范作用――即不同的应用领域、待解决的物理问题与性质不同，其建模解决问题的方法也不同。这种思维方式能告诉各专业学习计算机的学生：通过建立软件系统、并用模型与仿真的方法指导工程实现(例如实现计算机图形显示)是工程应用中的典型方法之一(自动控制、通信、雷达系统工程中都是先用系统的数学模型与仿真方法确定系统工作参数后，再考虑其具体系统的物理实现)，这种思维方式是目前计算机公共核心课程与“软件工程”课程所缺少的。具备这种知识与能力，无疑为计算机专业的学生拓展新的发展方向、为计算机专业的学生向其他应用行业的转行做好了思想准备。
4.6 计算机学科的发展是为了应用，而计算机图形学是计算机科学计算等应用的典型代表
计算机科学与技术主要以计算机产业的形式出现在人们的日常生活中，是人们生活、学习与工作的有效计算、存储查询、娱乐等辅助工具之一。计算机科学除了要探讨计算理论自身的发展之外，还要探讨产业的发展，探讨用户的应用与需求；再强大的计算机、功能更全面的开发工具，也需要更复杂的计算机应用课题做支撑，这是计算机学科发展的两条主线。计算机学科的核心教育仅局限于计算理论自身的发展是不完善的，而计算机图形学在计算机动画、3D游戏、图形标准、计算机仿真(如天气预报、大规模地质勘探数据处理、模拟原子弹爆炸与理论设计、模拟汽车碰撞、电磁辐射设计、计算流体力学等应用都需要用图形方式表达其结果)、计算机辅助设计与制造等领域的大量应用，代表了当今计算机科学应用的发展水平，是推动计算科学向前发展的源动力之一，不能再被计算机教育界所忽视。
基于以上理由，相信计算机图形学成为计算机公共核心课程是可行的！
未经授权，谢绝在公开的商业出版物中复制、引用本文之观点与内容。
参考文献
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会．“高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)”[M]．北京：高等教育出版社，2006.
[2] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会．“高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程”[M]．北京：清华大学出版社，2007.
[3] 陈菊梅．论大学物理教学对学生创新思维的培养[J]．高等教育研究学报，2006，(9).
[4] 石教英．需重视工程科学的可视化学习[J]．国际学术动态，2005,(3).
[5] 蒋彦等．关于数学建模思想融入课程教学的研究[J]．高等教育研究学报，2005，(3).
[6] 蒋宗礼．认识计算学科分类培养优秀人才[J]．计算机教育，2006，(5).
[7] 魏海涛．计算机图形学(第2版)[M]．北京：电子工业出版社，2007.
[8] 赵致琢．计算科学导论(第三版)[M]．北京：科学出版社，2004.
计算机科学研究方向范文6
在综合实践活动课程中，信息技术不仅是活动实施的主要手段，而且是实践探究的重要内容。活动指导纲要提出，义务教育阶段的信息技术教育要强调跨学科的物化应用和技能培养，从学生的真实生活和发展需要出发，在生活情境中发现问题，转化为活动主题，通过创意、设计、制作、服务等方式培养学生的信息素养。在教学上，以“创意物化”为主要形式，通过文字处理、报刊创作、图像处理、动画制作等，培养学生数字化产品的设计与制作能力，同时加入一些与之相关的计算机科学基础知识。高中新课标则兼重理论性和实践性，围绕信息意识、计算思维、数字化学习与创新及信息社会责任等学科核心素养，凝练出数据、算法、信息系统和信息社会四个学科大概念，将理论学习、知识积累、思维发展与技能培养融入到运用数字化工具解决问题的过程中，形成有关计算机科学领域思想与方法的课程体系。在教学上，构建了新的课程结构，制定了学业质量标准，以主题为引领进行有关计算机科学领域的知识学习、思维发展和技能运用，建立起完整而全面的信息技术知识体系并予以实践。可见，同样是用计算机科学领域的思想和方法解决问题，综合实践活动侧重于信息技术应用能力和操作技能的培养，以作品质量和操作水平为主要评价标准，突出教学活动的灵活性和开放性；而高中信息技术则强调学科的科学性、知识性和严谨性，在构建知识体系的基础上进行实践和应用，以具体的学业要求控制教学质量，形成完整、稳定的专业课程体系。虽然两者有所不同，但其思想和目标却是一致的，即以核心素养为统领，通过实践培养学生运用数字化工具学习与生活，在真实情境中解决实际问题，理解信息技术对人类社会的影响，提高学生的社会责任感、创造力和实践能力。
二、综合实践活动中信息技术课程设计
信息技术教育蕴含丰富的有关计算机科学领域的思想、方法和理论知识，学生在不具备正确思维方式和基础知识的状态下，仅凭掌握一些计算机操作技能，无法达成“用计算机解决实际问题，提升信息素养”的培养目标。因此，在初中信息技术教育中，除了作品制作以外，还应该进行较为系统和全面的有关计算机科学的思维培养、知识讲授和方法指导。
1.课程目标的设计
初中信息技术课程应以全面提高学生的信息素养为基本思想，通过实践活动让学生深刻理解什么是“计算机科学领域的思想和方法”，理解数据、算法、信息系统、信息社会等学科大概念，以及用计算机解决问题的一般过程和方法等，并能熟练运用数字化工具设计、制作作品并解决其他相关问题，在实际生活中，能够自觉遵循信息社会规范，负责、有效地参与社会活动，成为信息社会的合格公民。
2.课程内容的设计
（1）课程内容的设计
综合实践活动是将学习内容分解成一个个主题，围绕某一个主题开展活动，活动内容侧重于作品制作。虽然活动指导纲要给出了一些知识模块，但由于各个主题相对独立，知识内容被分散、隔离在不同的主题中，模块与模块之间、主题与主题之间缺少关联，使得整个信息技术课程缺乏系统性、知识性、连贯性和整体性。要想体现教育思想，反映课程取向，关注全体学生，适应个性发展，强调基础知识与实践应用的内在联系与递进关系，初中信息技术课程必须在活动指导纲要的基础上，融入高中新课标的课程理念和课程内容，以综合实践活动的形式与方法、高中新课程的理念与内容，将综合实践活动的综合性、创造性和实用性与高中新课标的科学性、知识性和实践性相结合，形成与高中新课程紧密衔接、螺旋上升的完整体系。因此，在进行课程设计时，要以“学科核心素养”为培养目标，围绕“学科大概念”规划课程结构；以高中新课标确定的学科核心素养预备级水平划分为基础，配置教学内容，使课程具有灵活性、拓展性和宽容度，适于教师创造性地开展教学活动；以活动指导纲要和高中新课标为依据，体现本学科的科学性、严谨性与规范性；以评价标准为引领，使活动有方向、有目的、可测量、可控制。基于以上原则，结合活动指导纲要对活动方式的要求，把初中信息技术课程内容划分成三类——信息技术基础类、跨学科知识应用类、社区服务类，每一类包含若干活动单元，每个单元分解出不同的活动阶段。“信息技术基础类”以计算机科学领域的知识、方法和技能为主要学习内容，是初中信息技术课程的内容主体，为后续实践活动打下知识与技能基础；“跨学科知识应用类”立足于跨学科整合，以信息技术为工具开展学科实践活动，运用不同学科的观念、知识、方法和技能，认识、分析和解决学科问题；“社区服务类”培养学生利用信息技术关注社会、服务社会、满足公众需求的责任意识和技术能力。“单元”是围绕某一类所设计的主题活动。“阶段”是单元活动的具体环节和步骤，对应于传统教学中的一个课时。
（2）单元活动内容的设计
按照高中新课标要求，信息技术课程应该围绕数据、算法、信息系统与信息社会等学科大概念选择和组织教学内容，而依照活动指导纲要的主导思想，教学内容应内化为活动主题，将思维培养、知识学习和技能训练融入到解决问题的过程中。因此，初中信息技术教学要从单元整体出发，创设真实情境，设计活动案例，以完成活动任务、解决具体问题为途径展开学习。恰当、适用的活动案例，是达成学习目标的关键。“信息技术基础类”教学案例围绕计算机科学领域的知识和原理进行设计，如认识计算机程序、信息编码、人工智能初探等。“跨学科知识应用类”教学案例突出多学科的综合，如探究清明上河图、你了解声音吗、交通灯模型设计等。“社区服务类”所设计的案例不但要有实用性，还应该体现信息技术发展的新思想、新技术和新方法，如手势识别、社区邻里旧书转换APP、社区车辆出入管理等。
三、主要教学策略的设计
1.逆向教学设计
综合实践活动是对真实、复杂问题的探究过程，在这个过程中，学生往往会有不同的想法、意图和行为，这些不确定因素常常使学习效果难以与教师的理想预期相吻合。因此，教师要控制学生不偏离学习方向，使他们清晰、明确、始终如一地知道自己“要做什么”和“怎样做”，而“逆向教学设计”符合这一要求。逆向教学设计在教学活动开展之前就给出精准的评价标准，并将这个标准贯穿于整个教学过程，始终指向目标的达成。不同的学生可以采用不同思路、不同途径和不同方法完成实践任务，但其学习目标应该是一致而明确的。因此，在综合实践活动中，可以采用逆向设计使学生在灵活、宽松、自主的活动过程中始终保持正确的学习方向。
2.单元整体教学设计
受课时等客观因素影响，学生在一段时间内所能完成都主题任务是有限的，加上不同主题都相对独立，这就不可避免地会出现知识零散化和碎片化现象。纠正这一现象的有效手段，是采用“单元整体教学设计”方法。单元整体教学设计是以活动单元为基本单位进行教学设计，每个单元都有确定的活动目标、评价依据、活动要求和活动规划。所有活动都以完成单元目标为目的，各阶段的学习目标、学习内容、学习方法和评价依据都要遵从本单元的整体设计，确保学生所获取的知识结构完整、连续和系统。
3.单元活动指导设计
受综合实践活动教学特点的影响，学生在活动中常会遇到各种各样的困难，如果教师给予学生过多、过频的帮助，很容易对学生的探究思路、想象空间形成约束和限制，失去实践活动的本义。因此，比较好的办法是为学生设计合理、实用的单元活动指导，在不干预学生活动的基础上，给学生指明活动意义，引导探究方向，明晰评价标准，提供知识补充和技能帮助。单元活动指导应该贯穿于整个活动过程，内容包括导言、单元目标、单元内容、评价依据、活动规划及阶段指导等一系列详细而具体的内容。其中，“导言”用于设置活动情境，“单元目标”“单元内容”分别指明本单元应该达成的学习目标和具体的学习内容，“评价依据”是本单元学习成果的内容要求和质量标准，“活动规划”是活动的环节与步骤，“阶段指导”是每个阶段活动的目标、要求、流程、资源和活动记录。
四、初中信息技术课程单元活动指导实例
以下是“跨学科知识应用类”中的“探究清明上河图”的单元活动指导实例。
1.导言
中华文明源远流长，厚重的历史与灿烂的文化凝聚着数千年的民族智慧。生活在现代社会的我们，难以领略唐宋的繁华，无法感受当年的风貌。幸而有北宋时的“照相机”——《清明上河图》。以往人们对《清明上河图》的研究大多从艺术、历史、文化和社会的角度来进行，本单元活动将综合历史、语文、美术等学科知识，运用信息技术手段对《清明上河图》进行实践探究，学习运用信息技术对“视觉画面”进行“数据计算”的原理和方法。在单元活动中，你可以和几个同伴组成一个团队，先对《清明上河图》进行整体观摩和分析，然后就你们感兴趣的主题进行专门探究。主题可以是画面所呈现的某一类历史事物，也可以是绘画的美学表现手法，还可以是对某些有争议问题的独到见解。探究完成后，要以PPT演示文稿、Word文档、Excel表格或主题MV等形式呈现研究成果，完成研究报告，并进行分享交流。
2.单元目标
综合艺术、历史、文学及信息技术等学科内容，对《清明上河图》所表现的北宋时期文化、商贸及其他社会现象进行探究，得出有效结论；运用信息技术手段，通过计算思维抽象和界定问题、设计解决方案，利用量化、计算和数据分析方法对《清明上河图》进行加工处理，掌握用计算机科学技术解决问题的思想和方法。
3.单元内容
研读《清明上河图》，查阅相关资料，综合历史、语文和美术等学科知识，形成整体认识；学习和掌握信息处理的基本知识与技能，包括数据的采集和整理、量化、建立计算模型、结合学科知识分析计算结果并用图表呈现，以及研究报告的编写和制作等；选择活动主题，确定探究方向，制订探究方案；开展研究活动，完成探究报告；展示交流，评价活动效果。
4.评价依据
5.单元活动规划
