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计算机学科的基本问题范文1
关键词：计算机图形学；科学思维；学科结构；教学改革；教学方法
0 引言
大学的主要任务是培养人才，特别是培养创新人才。培养创新人才的基本途径与方法有课程教学、参与科学研究与项目开发、对外学术交流等。然而传统本科课程教学多注重传授学科的系统理论等专业知识，不重视对知识产生原因、方法的介绍，如忽视思考解决学科基本问题的具体过程等，这会造成课程教学传授知识与科学研究相脱节，导致学生的知识结构产生缺陷，不利于他们将来从事创新等研究工作。为配合计算机图形学课程的教学改革，根据计算机图形学课程的特点，笔者提出一种面向科学思维的教学新方法，它能有效弥补传统本科课程教学的不足。
1 面向科学思维教学方法的基本要求
常见典型的教学方法有：结构主义的教学方法、建构主义的教学方法、问题（任务）驱动教学方法等。这3种方法各有其优缺点，一个好的教学方法最好能全面综合这3种方法的优点。面向科学思维的教学方法要求把思考问题的方法、系统分析与综合的方法、科学研究的工作方法、查找资料与抽象的方法等知识产生的方法引入课程教学中，有效讲解学科专业知识是根据发展需求、通过研究各种问题产生的；专业理论体系或与其学科结构是由多项研究成果形成的，这些知识是科学研究与科学思维产生的结果。
结构主义、建构主义与面向科学思维教学方法的异同点见表1。
2 确立计算机图形学课程的教学内容与教学模式
2.1 传统计算机图形学课程教学改革的原因
2013年以前，国内外传统计算机图形学课程教学以讲授图形标准（显卡驱动与显示图形等子程序的集合）或CAD为主。这种CAD与计算机图形学（即图形标准）学科的划分有问题，它只便于图形标准的硬件实现，却因基本概念不全导致这两者均不能独立讲清三维真实感图形的自动生成原理以及计算机程序设计的基本规律，更不能总结计算机图形学的研发成果与发展规律，不能满足计算机图形学学科建设发展需求。
2.2 用系统分析与综合的方法确立计算机图形学课程的教学内容
2.2.1 系统分析：从理论上确立实现计算机图形学课程目标的发展路线图
本课程目标是用计算机程序自动生成类似人眼观察世界获得的观察图像（亦为学科研究的基本问题，它适合作为建构主义教学方法要求的教学环境需求问题）。为此至少要完成3个子任务：①掌握三维图形的生成原理；②掌握生成三维动画等图形的程序设计；③理顺新课程教学内容与图形标准、CAD的相互关系。
1）第一个任务的实现方法。
照相机生成照片遵循光线传播生成三维图形这一物理原理，计算机生成所有三维图形（包括光线跟踪算法、辐射度算法、投影、多边形填充、纹理映射、阴影算法、图像融合算法与二维直线的生成等）也应遵循该原理。这是本课程知识理论体系的完备性与一致性的基本要求，它决定了计算机图形学的学种性质与教学定位。
2）第二个任务的实现方法。
用辐射度和光线跟踪算法生成的三维真实感图形等程序，是一类典型的显示图形的计算机仿真应用程序。故计算机图形学的编程实现既遵循计算机仿真的基本原理，也遵循计算机程序设计的基本规律。
计算机仿真遵循系统（决定被仿真对象的范围与其行为特性）、建模（用数学模型描述仿真实验对象）、仿真算法（计算机通过执行该仿真算法，进行仿真实验）与评估（检验仿真实验的结果是否与应用需求保持一致）这一基本原理。
计算机程序设计应遵循计算理论可计算性的实现前提对程序设计的规范要求：①待解问题被模型与系统形式化方法所描述；②这种描述要转换成算法；③算法要有合理的复杂度。
这里，形式化描述指用数学符号、逻辑符号与流程图描述并要求保持逻辑上的一致性。系统的概念被本文定义为软件系统：它按解决问题的系统流程要求，编程实现数个模型描述数据与命令的输入、存储管理、运算处理、输出显示4个过程，能直接达到自动运行软件的设定目标并具有完整动态结构的综合程序。软件系统的概念是国内传统计算机核心课程教学缺失的重要概念。
故三维图形学的教学内容，主要用3组数学模型描述可视物体、灯光、照相机物理模型的物理特性（如用几何模型、材质模型与纹理模型描述可视物体；用光线几何模型、颜色模型、照明模型、辐射度算法和光线跟踪算法等描述点光源；根据类照相机的观察参数，用阴影算法、图像融合等算法描述照相机模型；对光线跟踪算法，应重构照相机模型）；在物理仿真、数学建模与软件系统概念的指引下，编程构建三维图形软件系统，实现三维图形的自动显示。物体运动与变形、灯光变幻、照相机运动可形成计算机动画。计算机游戏是用人机交互的操作方式并通过实时动画与声音有效描述具有智能行为能力的人（或动物）的多种社会实践活动。
3）第三个任务的实现方法。
计算机动画包含了传统图形标准与CAD的原理，所以在课程最后，可讲解图形标准OpenGL的原理与编程使用方法。同时图形标准是游戏软件的基石，是现代计算机应用不可缺少的基本配置。
2.2.2 系统综合：介绍图形学的基本原理与动画软件的实现方法
这要求教师先查找资料、汇集前人发表解决以上问题的不同论文与教材（解决课程教学问题的先决条件），挑选材料编写课程讲义，详细介绍完成该任务所需的基本原理与实现方法，讲义试用成熟后再编著出版教材。
教材按以下思路组织：用二维图形学构建软件系统概念的教学，用三维图形学构建三维图形数学建模的教学（直接用三维图形构建软件系统概念的教学，会导致课程教学内容的复杂化）。在每章的开头，均提出应思考并解决哪些问题才能达到本章的教学要求，加强训练读者思考问题的习惯。
学完本课程，学生要能胜任计算机动画软件的设计与编程实现等任务。
2.3 归纳计算机图形学的学科结构
以上教学充分展示：由物理模型（化学模型、生物模型、社会发展需求模型等）数学模型（数据模型是数学模型的一种简单特例，其编程操作主要是数据的存储与检索，以实现数据库软件。根据数学模型“曲高和寡”的原理得知，数据库软件是应用软件中应用面最广的一类软件；或用离散数学的方法、判断规则与判据或可编程实现的自然语言与功能等描述解决问题的过程与步骤；或用通信协议描述数据通信过程要遵循的规则、约定等要求，这是网络通信编程的基础）软件的系统功能与结构用算法语言实现程序编码并形成算法软件测试评估等过程所确立程序设计的基本规律。程序设计这一规律，能被雷达的设计与制造过程所佐证，如通过物理实验确立雷达原理用数学模型描述雷达的工作过程设计雷达系统的功能与结构用电子技术制造雷达设备做好的雷达要通过测试评估才能交付使用等。
由此能用理论（物理原理、建模、软件系统、仿真、程序设计）、工具（OpenGL、Direct3D、着色语言、ACIS、WebGL、OpenCL、3D游戏引擎等）与应用（显示图形的应用程序，如3D动画或CAD、地理信息系统（空间复杂性高而时间复杂性低）、游戏与虚拟现实系统（时间复杂性高而空间复杂性低））3个学科形态描述计算机图形学的学科结构。
2.4 用科学研究的工作方法确立计算机图形学课程的教学模式
（1）选题（发现问题）：找任务、了解用户需求、检索阅读资料并提出问题。自由选题要确立研究问题的科学性、目标性、创新性和可行性，并找准课题的申报渠道。提出问题是对任务深入思考或科学研究的前提。如计算机图形学的学科属性与教学内容是否成熟，是此前国际计算机图形学教育界多年关注的教学疑难问题。
（2）分析问题：真实照片由照相机、可视物体与灯光3个主要因素决定，由此确立解决问题的方法。
（3）寻找解决问题的方法（提出假说）：首先用二维图形建立软件系统的概念；然后建立描述照相机、可视物体、灯光物理模型物理特性所需的数学模型，构建仿真光线在计算机场景与照相机模型中传播，生成三维动画图形。
（4）做实验解决问题（找寻证据支持假说）：针对建立的数学模型，选择数据结构，设计算法，编写程序源代码并调试测试程序，构建三维图形软件系统，实现图形的自动显示。
（5）取得新成果（查新验证）：改进学科的系统理论与基本方法，发表研究论文，推广该研究成果或论证申报新开发项目，推动学科建设向前发展。当我们解决好计算机图形学的教学问题时，就为撰写本文并申报计算机图形学国家规划教材奠定了基础。
由此构建程序设计教学的完整过程，并把程序设计拓展成科学研究工作方法的一种形式与组成部分。
该教学模式不仅把教学与科学研究两个不同性质的学术过程结合在一起，还说明围绕课程教学思考问题的训练属于科学研究领域思维活动的一种基本形式。
3 在课程教学过程中合理安排思考问题的训练
教师在重点介绍、讲解每个专题前，要考虑如何训练学生根据学科的发展需求思考问题，这些问题是任务驱动教学法中各种问题的来源。
3.1 用二维图形学构建软件系统概念的教学
专题1：线段图形的描述与生成。基本问题：如何用数学的语言与方式（如描述函数）描述各种线段图形的几何形状，以形成各种线段图形的几何模型？如何形成矢量汉字等子图形高效率的描述方法？如何把这种描述函数转换成算法，并根据其描述数据生成这些基本图形？
专题2：实面积图形的描述与生成。基本问题：用什么方法描述实面积图形的几何形状，以形成各种实面积多边形的几何模型？如何利用显示设备的绘图功能生成实面积图形？如何实现直线图形边缘的反走样显示？
专题3：图形的基本运算。基本问题：图形运算的目的是什么？如何用几何变换矩阵的方式描述图形几何模型的几何变换？若用实面积多边形的布尔运算构建新的复杂图形的几何模型，则布尔运算的数学基础是什么？如何实现其布尔运算？
专题4：图形的观察运算。基本问题：如何把输入到计算机中的图形几何模型描述数据，转换成显示设备坐标系中的图形几何模型描述数据？并调用图形的生成算法显示各种图形的几何形状？
专题5：图形数据与命令的输入。基本问题：能用哪些方法把图形模型描述数据与命令高效率地输入到计算机中？如何利用输入设备的数据输入功能与显示设备的图形显示功能，编程实现图形数据的交互输入？如何规划应用程序中的人机交互设计问题？
专题6：图形的数据结构。基本问题：图形数学模型的种类与复杂、复合图形的构建方法，这些对保存图形几何模型的描述数据提出了哪些动态管理上的要求？如何设计相应图形的数据结构，才能有效地保存、管理存储于计算机中的各种图形描述数据（命令）？如何把图形显示区中的图形描述数据编译转换成多种显示设备能识别并运行的显示指令代码，以实现图形的显示？为编程实现各种图形的自动显示，需要确定编程处理图形数据的基本流程和程序的功能与结构，以形成软件系统的概念。
3.2 用三维图形学构建数学建模的教学
专题7：照相机模型的建立与三维几何图形的显示。基本问题：如何用数学模型，特别是用矩阵的方法，描述照相机拍摄（投影显示）三维直线图形的物理过程？
专题8：平面物体几何模型的构建与图形显示。基本问题：如何用直线与平面函数描述平面物体的几何形状？如何记录这种描述所形成的几何模型数据？如何构建形状复杂的平面几何物体？如何显示平面物体的几何形状与表面？
专题9：曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示。基本问题：用什么方法描述曲面物体的几何形状并构建其几何模型？如何显示曲面物体的几何形状？
专题10：灯光模型的建立与光照物体的图形显示。基本问题：如何用数学模型的方法描述灯光的物理特性？如何描述在灯光照射条件下几何物体的可视物理特性？如何显示光照效果的曲面物体的表面与几何形状？如何更有效地描述光线传播的物理特性与变化规律？
学生按照这一思路进行选题，可考虑为实现像照片一样自然景观（如白光的薄膜干涉等现象）的图像显示，需研究哪些问题等，并发表其研究成果。课程教学内容成熟完整后，才便于界定计算机图形学的学科内涵。
4 分析计算机专业主要课程的基本特点，提炼计算科学的学科结构
4.1 计算机教学此前无计算科学学科结构概念的原因分析
现有权威资料和维基百科、百度百科表明，此前国内外计算机教学均无计算科学学科结构这一重要概念。以下3点是导致这一现象存在的重要原因。
4.1.1 对计算工具的分类作用认识不足
尽管人们知道计算机是一种计算工具，计算机有广泛的应用，计算机科学有自己的一套理论根据，但仅用“理论、工具与应用”很难全面概括计算科学的研究全貌与多项用途。事实上，计算机的系统工具对总结计算科学的学科结构非常重要。
计算机系统是一个能对编程实现的数学模型与逻辑模型，进行自动解算与推理的通用计算工具。这决定了程序设计在编程使用计算机上的重要性。
操作系统是对计算机的各种硬件资源与软件资源进行程序管理，使计算机正常运行的系统工具软件。同时，它能对用户程序（命令）的输入、存储管理与自动运行提供服务（包括对通信进程进行有效监管控制），并用人机交互与图形界面的方式记载这种用户程序与命令操作的运行结果。
编译系统是用高级语言编程必备的系统工具软件，它可以把用户用高级语言编写的程序源代码、编译转换成计算机能识别并自动执行的机器语言程序代码。
算法语言是用户为编程使用计算机的各种计算功能，用类自然语言的方式与计算机相互交流思想的符号表达工具。
这些计算工具本身没有直接解决数学计算与逻辑推理等应用问题，该任务由编程解决。
这类计算工具是在实际应用过程中总结、提炼的结果，工具本身一般不直接解决最终的应用问题，这是工具的第一个特点。它的第二个特点是工具的制造具有递归性，即可用简单工具制造复杂工具。它的第三个特点是专业复杂工具的制造方法与技术具有封闭性与隐蔽性，但这不影响他人对工具的操作使用；且其隐蔽、封闭性是工具使用方便、高效的主要原因。
软件系统与计算工具等概念的形成，是用抽象的方法（从众多事物中总结提炼出具有共同本质的特征、而舍弃其非本质的特征等内容）处理形成的结果。
4.1.2 传统课程没有讲清计算机仿真的原理与计算机程序设计的基本规律
传统计算科学的核心课程（计算机导论、计算机原理与系统结构、算法语言与数据结构、编译系统与操作系统、软件工程、离散数学、数据库和计算机网络）从未讲清计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。学生往往通过课后大量的编程训练，积累对计算机程序设计与计算机仿真的认识。这种程序设计经验式教学培养模型，无助于学生总结并提炼计算科学的学科结构。相反，人们在算法语言与数据结构课程的教学上存在一些模糊认识。例如，算法语言是用一组语法规则与功能约定的一种符号标记系统，它让人们掌握语言的符号约定、功能、特性以及用算法语句描述给定的数学计算与数据处理、逻辑判断等――即其教学主要是完成程序的编码训练，由此形成算法；也为研制该语言的编译系统做铺垫。然而部分算法语言的教科书，只有一些算法验证性应用实例，并把它们等同于计算机程序设计教学，这无助于初学者全面正确地掌握计算机程序设计的基本规律，因为学习算法语言后，他们还是没有数据结构的概念。
数据结构是研究用程序编码的方式，在计算机中有效实现多种类型数据的存储组织（形成线性、非线性、网状结构形式以及静态或动态结构形式的数据存储方法）、存储管理、排序检索与编程效率等任务的一门专业基础课程。数据结构课程有很多计算复杂性的案例，是培训人们掌握编程技巧的一种有效方法。因为编写程序所采用的数据结构往往决定了算法的编码实现方法，更重要的是，CPU是根据保存在内存各处程序代码的逻辑次序、通过逐条读取其指令代码来完成用户指定应用程序（或命令）的执行。如何规划、设计、调度与管理内存的使用，这与数据的调度与管理原理类似，是数据结构讨论的问题之一（常在操作系统课程中介绍解决该问题的方法。数据结构问题本质上属计算机内存的动态、合理使用与管理问题）。而该课程中所谓抽象数据类型，是指在指定的数据集上定义对该数据元素进行多种加工等编程操作方法。这个数据集以及对其数据元素的加工方法（数据集与其加工方法均能递归定义），应来源于人们用数学的方法描述解决实际应用问题这一过程，该主次关系不能颠倒。没有这些数据结构与程序编码等基础训练，初学者很难规划好一个软件的系统功能与结构。
由于传统的算法语言与数据结构课程教学无数学建模（它决定了解决多种应用问题算法的来源）与软件系统的概念，故传统的算法语言与数据结构课程没有讲清程序设计的基本规律。
4.1.3 传统计算机课程存在教学问题
首先，传统计算机图形学课程存在教学问题，现已被本教学改革有效化解。
其次，软件工程课程存在教学效果空洞抽象等困惑。若把新的计算机图形学课程作为软件工程课程的教学实习对象，可以有效解决该教学困惑。由于新的计算机图形学课程可以讲清程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理，这使软件工程课程的教学从理论上能达到软件全生命周期设计的教学目的。
第三，计算机导论与计算机基础课程存在教学困惑。计算机导论应对计算学科发展的全貌作整体介绍，并理顺计算学科与其他学科之间的关系，引导读者根据自己的需求有效选择学习不同的计算机专业知识。由于此前计算机课程存在以上问题，导致历次获国家级奖励的计算机教学改革成果以通过有效载体进入课程教学，致使计算机课程教学体系仍然不够成熟。这往往是行业外人士选修计算机课程的迷惑。因为自牛顿时代以来，用数学的语言描述自然科学取得的新进展，是各自然学科之间相互交流学术思想与成果的通用方法；然而目前其他自然科学工作者学习计算机后，却无法顺利地用计算工具的方法来表达其各自学科建设研究成果的数学模型等。这种计算机课程教学不便于计算机教育与其他自然科学教育进行对等有效的学术交流，并导致计算机基础课程教学出现危机。另计算机教学无计算科学学科结构的概念，即人们没有评判计算机导论教材好坏的客观标准。计算机图形学教学改革取得的新成果――发现计算科学学科结构的客观存在，为重构计算机导论与计算机基础课程提供了重要借鉴。
最后，计算机网络课程存在不足。如该课程介绍网络通信协议较多，却较少介绍网络通信工具的构建与编程使用方法，以及计算机网络通信程序的编程实现，这不利于初学者承担计算机网络计算的重任。
4.2 借鉴计算机图形学的教改成果。归纳计算科学的学科结构
传统计算机核心课程缺少一门计算机的综合运用课程，以总结并提炼计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。计算机图形学课程可以很好地承担这一重任。有了计算工具的概念与计算机图形学课程后，可以重新分类、归纳已知计算机的多种应用。
成熟的计算机图形学与传统计算机核心课程的教学，使计算科学理论（即计算机的系统理论和专业知识。它需回答：什么能被工具有效地进行自动计算，用什么方法研究该命题并形成哪些结论、成熟的理论与发展方向；满足何种条件的实物装置能实现计算功能，计算装置如何构造实现并使其正常运行、操作使用；可计算性的实现前提是什么，如何用该计算装置实现这种自动计算，如何保证计算结果的正确性和计算装置运行的安全稳定，该计算装置有多强大的计算能力；计算理论与计算机专业各课程的关系等）、工具（算法语言、编译系统、操作系统、计算机系统）与应用（数据存储与检索，数据计算、仿真、符号变换与推理，数据网络通信，数据获取、输出表达与控制即多媒体）3个学科形态得到完整展现。它们是形成计算机专业多个发展方向（如杀毒与网络防火墙、网络存储与查询、网页设计开发工具与网站建设、网络浏览器，即时通信、流媒体与播放器、人工智能与专家系统、计算机嵌入式应用、计算机在通信与自动控制系统中的应用等）与综合（如3D网络游戏）或研发计算机硬件（计算机系统结构与CPU设计、计算机工程）的基础。
因互联网的应用，计算机网络计算有网络理论（在通信理论的支持下，如何可靠、快速、方便、安全地实现计算机信息描述数据的通信；网络计算的理论基础与基本规则是什么，如何利用网络资源进行有效的传输与计算）、网络工具（计算机与互联网、路由器与交换机、调制解调器、Java、html语言、浏览器、Socket、遵循HLA标准的分布式实时仿真工具RTI、网络游戏引擎）与网络应用（如计算机数据通信与监管、电子商务、社交网站、网络游戏、云计算、信息技术与信息系统、物联网、大数据的应用等）。
图1显示了计算科学的学科结构。由计算机仿真的基本原理与可计算性的实现前提，可论证程序设计教学与计算机仿真教学的一致性。
故计算作为一门学科（招生专业）的根据是：①它有自己独立的研究领域。即什么能被有效地用工具进行自动计算以及可靠、安全、快速地传输？②产生专业知识的方法。科学研究与科学思维是产生（创造）多种学科新知识的主要方法，这是研究生阶段的主要学习任务。③由此形成的理论体系与其学科结构。这是本科生学习阶段应掌握的专业知识。④传授知识的法定机构与办学条件。⑤广泛的应用基础。
5 结语
计算机学科的基本问题范文2
关键词：新型教育模式 英特尔·未来教育 信息技术 课程教学的整合
一、“Intel·未来教育”探究教学的基本模式
“英特尔·未来教育”是以美国教育为背景，吸收了当今最新的计算机技术与各学科整合的理念，它以信息化教学设计为中心，强调信息技术与课程教学的整合，突出研究性学习、案例教学、合作学习。
1、“Intel·未来教育”的模式特征
它在设计上遵循以下几个原则：以学生为中心；强调情境的重要性；强调协作学习的关键性；强调对学习环境的设计；强调利用各种信息资源来支持“学”。该模式打破了单一学科限制，教学周期由一课时延长为星期甚至学期。下图是三种教学模式的对比表：
2.“Intel·未来教育”的课程特点
“英特尔·未来教育”采用模块化教学，它以策划“单元计划”——创建作品——“结队共享”——制作“评价量规”为主线，根据研究课题设计出框架问题，围绕知识诞生的原始情境发生的问题来建设课程。其中“单元计划”是整个活动的灵魂，它重在框架问题设计：根据本单元的教学目标，设计内容问题、单元问题和基本问题。基本问题必须能体现现代教育要达成的总目标和具体的目标，又要涵盖学科的演变、发展和影响；其外延必须能形成一个具体的学习任务，供学习者展开自主探究学习。
它的特点是：（1）指向学科的核心；（2）在某一领域的发展历史和人们学习过程中自然地重演；（3）孕育了其他重要问题，单元问题是学科特定和主题特定的。
它的特征是：（1）为基本问题提供了学科特定及主题特定的通道；（2）没有明显的“正确”答案；（3）是为了激发和维持学生的兴趣而精心构造的；内容问题是指向事实性知识的问题。“问题乃通向理解之门”，学生在自主探究过程中，通过“结队共享”能不断解决问题、提出新问题、解决问题，从而促进他们高级思维技能的提升。
二、“Intel·未来教育”的案例分析
本文选取高中信息技术课中关于网络安全的案例作为研究对象，旨在通过“Intel·未来教育”模式有效提升学生学习能力、思维水平，以促进学生智能培养方式和教学规律的发展。
1、课题策划——精心完善单元计划，做好框架问题设计
选题是探究的开始，策划一项有意义的活动对整个教学计划有着深远的影响。本案例在制定研究课题时，主要从学生的学习兴趣、知识储备、网络技能等多方面去精心设计、思考。在选题时还注意到课题的趣味性、开放性、挑战性、真实性和成长性。
以下是制定的框架问题：
2、课题开展——循循善诱，引导学生自主探索完成单元计划
在研究课题开展前，本案例创设了单元情境，促使学生进入学习情境，使之明确学习目标和要解决的问题。在任务完成阶段，教师只是作为一个帮助者和指导者，多给学生鼓励，让每位学生都能自由、大胆地去解决“框架问题”。
在组织实施单元计划教学过程中，本案例还特别注意引导学生独立思考、主动探索，做到能及时发现问题、解决问题。课题实施步骤为：
搜集整理资源感悟创新知识制作整合作品。
3、作品评价
对学生学习的过程进行评价是整个课题开展实现目标的重要一环，它包括对学生个人参与状况的评价、对小组合作学习效果的评价以及对学生演示文稿的评价等。评价的目的是为了全面了解学生的学习过程，（上接第96页）它贯穿了整个教学过程的始终。教师要善于运用这个手段，对活动过程进行有效的微观调控。
例如，对学生制作的POWERPOINT课件评价时，本案例从内容、技术性、演示等方面考虑，力求多元化评价。下面是病毒与“病毒”案例的评价量规：
三、结束语
在新旧教学模式的转型阶段，为避免走“课本搬家”、“课堂搬家”、“为用技术而用技术”的老路，我们应该充分利用浩瀚的知识与日趋成熟的信息技术，积极开展“英特尔·未来教育”模式教学，以转变教师角色及旧式教学理念，努力培养学生的创新精神，提高他们的信息素养，真正做到信息技术与课程教学的有效整合，促进教师教学模式以及学生学习方式的转变。
参考文献
计算机学科的基本问题范文3
论文摘要：计算科学主要讲述了一种科学的思想方法，计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。
引言：随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》正如此书的名字，此书很好的诠释了计算科学这一学科，并且指导了我们应如何去学好这一学科。使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。正如赵老师书中所讲的：“计算科学是年轻人的科学，一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域，就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生，必须在大学几年的学习中，打下坚实的基础，才有可能在将来学科的高速发展中，或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。
<一>什么是计算科学和它的来历
计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是，什么能（有效的）自动运行，什么不能（有效的）自动运行。本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代的后期。
随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。计算科学的快速发展以也取得大量成果，计算科学这一学科也也应运而生。
<二>计算科学的发展
a、首先先介绍图灵机
图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。图灵机通过一条两端可无限延长的袋子，一个读写头和一组控制读写头的（控制器）组成它有一个状态集和符号集，而此符号集一般只使用0和1两个符号。而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想，深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机，而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。
b、计算机带动的计算学科
1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。计算机工作和运行就摆在了人们的面前。
1、计算机语言
我们要用计算机求解一个问题，必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后，计算机的发展步入了实用化的阶段。然而，在最初的应用中，人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下，而且十分别扭，也不利于交流和软件维护，复杂程序查找错误尤其困难，因此，软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。1952年，第一个程序设计语言ShortCode出现。两年后，Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言，Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位，并使之成为世界通用的程序设计语言。Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。该语言的文本中提出了一整套的新概念，如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且，它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式（BNF）定义语言文法的高级语言。还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言，适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA，支持并发程序设计的MODULA-2，支持逻辑程序设计的PROLOG语言，支持人工智能程序设计的LISP语言，支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。
2、计算机系统和软件开发方法
现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件（系统软件、应用软件）。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计，在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。之后，在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下，通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后，并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关，如各种并行、并发程序设计语言，进程代数，PETRI网等，它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型
3、计算机图形学
在计算机的硬件的迅速发展中。随着它的存储容量的增大，也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展，促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试（CAT）等方向的发展。图形化界面的出现，彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft。
4、计算机网络
随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。这也促进计算机的发展和广泛应用。
<三>计算机学科的主线及发展方向
围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面：
1、计算科学应用层
它包括人工智能应用与系统，信息、管理与决策系统，移动计算，计划可视化，科学计算机等计算机应用的各个方向。
2、计算科学的专业基础层
它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学，计算机网络与通信技术，程序设计科学，计算机体系结构、电子计算机系统基础。
3、计算科学的基础层
它包括计算科学的数学理论，高等逻辑等内容。其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。
<四>计算机的网络的发展及网络安全
(1)计算机网络与病毒
一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。
通过上面定义，我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一，信息技术改变着人们的生活方式。现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet正在爆炸性的扩大，已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。
因为互联网的快速发展与应用，我们各行各业都在使用计算机。信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展，计算机网络系统的安全受到严重的挑战，来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的，譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。
我们想更好的让计算机为我们服务，我们就必须很好的利用它，利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施，以抵抗外来信息的侵入，保护我们的信息不受攻击和破坏。
(2)计算机病毒及它的防范措施：
计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。当程序运行时，嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。一些病毒不带有恶意攻击性编码，但更多的病毒携带毒码，一旦被事先设定好的环境激发，即可感染和破坏。
<一>、病毒的入侵方式
1．无线电方式。主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式，同时技术难度也最大。可能的途径有：①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射，使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式，发射病毒码，使之能够混在合法传输信号中，进入接收器，进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。通过对方未保护的数据链路，将病毒传染到被保护的链路或目标中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和软件中，然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方，使病毒直接传染给对方电子系统，在需要时将其激活，达到攻击目的。这种攻击方法十分隐蔽，即使芯片或组件被彻底检查，也很难保证其没有其他特殊功能。目前，我国很多计算机组件依赖进口，困此，很容易受到芯片的攻击。
3．后门攻击方式。后门，是计算机安全系统中的一个小洞，由软件设计师或维护人发明，允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。攻击后门的形式有许多种，如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在这样的后门。
4．数据控制链侵入方式。随着因特网技术的广泛应用，使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术，可以很容易地改变数据控制链的正常路径。
<二>病毒攻击的防范的对策
1．建立有效的计算机病毒防护体系。有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。一是访问控制层；二是病毒检测层；三是病毒遏制层；四是病毒清除层；五是系统恢复层；六是应急计划层。上述六层计算机防护体系，须有有效的硬件和软件技术的支持，如安全设计及规范操作。
2．严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品，应建立自己的生产企业，实现计算机的国产化、系列化；对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用，以预防和限制计算机病毒伺机入侵。
3．防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法，阻断电磁波辐射，这样，不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的，而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。
4．加强计算机应急反应分队建设。应成立自动化系统安全支援分队，以解决计算机防御性的有关问题。
很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历，不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运，造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为，小小的字符串带给我们的损失已经太多。因此，如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员......请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁，及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。经常杀毒，注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。
<五>总结
在学了计算科学导论之后，让我更深入的了解了我将来要从事的学科。计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样，在不断的成长。信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。总之学习了这门课之后让我受益匪浅，也知道自己应该好好努力，争取在自己的专业领域上有所成就。
参考文献：
1、《计算科学导论》（第三版），赵志琢著，科学出版社2004版
2、《计算机病毒分析与对抗》傅建明彭国军张焕国编著武汉大学出版社2004版
计算机学科的基本问题范文4
关键词:计算机;密码学;教学内容;教学方法
中图分类号:G642 文献标识码:B
密码学是一门由数学与计算机科学两门学科交叉产生、主要研究信息从发送到接收的安全通信和安全存储的学科。本学科自产生以来,便随着互联网的普及而迅速发展,又因现代社会人们隐私观念的增强而蕴含了巨大的市场需求。在国外很多高校的计算机专业,“密码学”是一门重要的课程。而在我国,长期以来,该课程很少被安排在计算机科学与技术专业的教学计划中。近年来,随着中外合作办学与学术交流的不断繁荣,一些高校的计算机专业已开始将“密码学”列为必修课。然而,由于密码学所包含的知识涉及很深的数学背景,而且截至目前为止已经出版发行的密码学教材多适用于数学专业和通信专业,所以很难找到适合计算机专业的教材。此外,国内高校计算机专业开设该门课程时间不长,尚无权威的教学大纲和授课范围,也为本门课的讲授增加了难度。笔者根据自身的教学实践和计算机科学与技术专业学生的知识基础,对教学内容和教学方法进行了一些探索,使学生在能对密码学知识有系统的理解的前提下,充分发挥计算机专业学生的专业技能,令学生达到能够将该门课中的方法应用到实际的能力。
1教学内容的选取
密码学学科所涉及的知识面较广,且涉及较深的数论知识。在很多高校的数学院系的密码学教学中,密码学的理论基础往往是讲授的重点,而这并不适宜计算机专业的学生学习。与数学专业的学生相比,计算机专业学生的长处在于较强的程序设计能力。考虑到计算机专业学生的知识基础,笔者在教学内容的选择中注重以下几个方面。
1.1密码学的发展背景和密码学研究的基本问题
介绍密码学的发展背景和密码学研究的基本问题,尤其是密码体制、单向函数以及伪随机序列生成器的阐述,既让学生对密码学有一个大致的了解,又为以后即将学习的各种加密方案以及密码安全性做好铺垫。另外还需着重介绍一下密码学的主要用途,让学生认识到密码学不止存在于战争中,也存在于我们身边,从而激发学生的学习兴趣。
1.2古典密码体制
麻雀虽小,五脏俱全。古典密码学虽然是较为简单的密码学内容,但对现代密码学的产生和发展有着深远的影响。各种古典密码体制在其设计方案、安全性分析等各方面都是各种现代密码体制的雏形,可以看作是各种现代密码体制的简易版本。通过讲授古典密码体制及其安全性的相关知识,可以进一步加深学生对密码学加密方法的理解,让学生了解加密、解密以及密码破译的具体含义,为下面介绍各种现代密码体制做好准备。在介绍这些内容的过程中,可以让学生编写一些基于古典密码体制的加密软件,激发学生对本门课的兴趣。在讲解过程中,对这部分内容涉及到的数论知识做穿插性的通俗的介绍,这样也可以避免学生对数学理论基础的畏惧。
1.3密码体制的安全性
简单介绍衡量密码体制安全性能的两个方面,让学生能够对密码体制安全性做简单的分析。密码体制的安全性是密码学的重要组成部分,但是这部分内容过程较为繁琐。在讲授过程中,着重从信息论与计算量两个角度介绍设计密码安全性的基本知识。讲授这部分内容的目的是让学生了解常用的密码体制的设计思想。
1.4各种常用的现代密码体制
较详细的讲解序列密码、分组密码、公钥密码等常用的现代密码体制;简单介绍各种密码体制的安全性和破译方法;简单介绍数字签名相关知识;同时将该部分涉及的数论知识作简单的穿插性介绍。这部分是本门课程的重点,也是前面各部分工作的目的所在。在这部分课程中,通过编程实现所学的加密算法是本门课的重中之重,也是计算机专业“密码学”课程的特色。在理论内容讲解完毕后,需要简单介绍编程过程中需要注意的技巧和事项,如C++中指针的应用和函数的应用,必要时可以带领学生编写部分函数代码作为示范。
2教学方法
根据学生的情况和教学内容的特点,为了取得尽可能好的教学效果,笔者在授课内容的组织、授课方法的取舍、实践教学效果的强化以及考核方式等方面做了一些探究。
2.1提出问题――解决问题――提出课下思考问题
由于本门课程的内容较多且较为繁琐,理论基础较深,将所有内容都向学生传授是不可能的。因此在讲授的方式上,可以采用“提出问题――解决问题――提出课下思考问题”的方法。首先,提出一个现实中要解决的问题,如在讲授古典密码学前提出问题“甲和乙通信,信件公开,采用什么办法可使第三者丙对信件的内容一无所知?”这时学生会积极思考,踊跃回答,提出很多方法,而学生所提出的众多方法往往就是本节课所要讲的方法,然后对学生提出的方法分类,并采用严格的专业语言加以表述,引出所要讲授的内容,而“如何客服古典密码学的缺陷――密钥空间太小?”则是“课下思考问题”,而后续课程对这个问题的解决也就引进了现代密码学中的一些密码体制。这样以来,学生对原本陌生枯燥难懂的新知识产生了亲切感,不仅促使学生积极思考,也降低了学习难度,激发学生对密码学的学习兴趣。
2.2鼓励学生改进学习方法,一切为教学效果服务
在具体教学过程中,不鼓励学生上课记笔记,但要求学生全神贯注于课堂;不鼓励学生预习,但督促学生课下及时地、充分地复习。笔者在教学实践中发现,记笔记往往使学生分心,影响听课效果,而且将课上的内容拿到课后再学习,将花费更多的时间和精力,学习效果也难以保证;而课前预习往往导致两个不好的结果:或者使学生对即将讲授的课堂内容掉以轻心;或者使学生感到学习内容太难,打击其学习的积极性,另外,预习时由于没有老师指导,学生花费的时间较多而收获较少,因此与其让学生将时间花在预习上,不如让其将时间花在课后的复习上。
2.3着重培养学生对所学知识的应用能力
与其他专业的学生相比,计算机专业的学生具有较强的程序设计能力,而密码学也是一门以电子计算机为实现工具的学科。因此计算机专业的“现代密码学”课程教学应该重视培养学生运用自己的编程技能将所学到的加密算法编制为应用软件的能力。在这个环节上,有一些重要的编程技巧需要强调,比如模块化的软件设计思想,C++函数与指针的使用。使用编程工具将所学的加密算法编写成应用软件是计算机专业“现代密码学”课程教学相对于其他专业密码学教学的一个特点。图1是学生使用C++编写的基于DES分组密码体制的界面。
2.4注意拓宽学生在本课程方面的知识面
课堂上的时间是有限的,难以对每种方法都加以详细介绍,因此在每次详细讲解过具有代表性的经典算法后,便将其他同类别的加密方法做一个简要的介绍,让学生对这一大类方法有一个总体的了解,比如在讲完DES分组密码后,可对美国国家标准技术研究所于2001年推出的AES分组密码做简要介绍,并带领学生分析它与具有代表性的分组密码DES的不同,如此有利于拓宽学生的知识范围;再者,不同的教材往往采用不同的组织思路和表述方法,比如在计算复杂性理论部分,不同教材描述计算复杂度所用到的表述方式相差较大,笔者采用的是较为直观的、涉及理论基础较浅的表述方法,在讲解完该种方法后,再向学生简要介绍一些基于图灵机等较复杂的描述途径,这样使学生对所讲述的内容理解更加深刻。另外,由于科学总是在实践中不断地发展,密码学新方法、新技术、新进展不断涌现,在课堂上对这部分内容加以介绍,并将其与课上所学的理论基础联系起来,对于加深学生对所学内容理解是很有好处的,比如若选讲杂凑函数部分,可以简要介绍一下我国女科学家王小云教授分别于2004年和2005年破译MD5和SHA-1的事情,这样学生不止了解了该门学科的前沿进展,而且能够认识到目前所学的基础知识的重要作用。
2.5重视实验环节,改革考核方法
实验是本门课程的重要环节。本课程中可以设置实验的内容有古典密码体制、序列密码体制、分组密码体制、公钥密码体制以及数字签名等。其中古典密码体制由于原理简单,易于完成,而且将该实验中的一些函数和类进行相应的替换和扩充,可以得出其他现代密码体制的实验结果,并且使学生在该实验过程中熟练可视化编程工具的组件使用,引导学生逐渐适应实验的难度,避免学生直接面对后面较难的现代密码体制实验而无从下手、望而却步;对于后面几个现代密码体制的实验,难度渐增,可以根据学生自身的能力和时间选做1～3个。
期终的考核是对学生平时学习的督促,也是对学生学习侧重方向的指引。笔者根据本文所提出的教学理念,采取了侧重应用能力的考核方法,即在平时表现、实验成绩和考试成绩三项中,实验成绩所占的比重不低于其他两项。
3结论
“密码学”是部分高校计算机专业近几年新开设的课程。计算机专业的培养目标和该专业学生的知识基础决定了该专业的“密码学”授课方式和重心不同于其他专业的同种课程。教师要从学生的实际情况出发,充分发挥学生的专业优势,尽力激发并维持学生的学习兴趣,才能取得好的教学效果。另外,计算机专业的各门课程都不是孤立的,寻找各门课程中的各种机会锻炼学生诸如程序设计能力等专业技能,无论对与学生本门课程的学习,还是对学生整体专业素质的培养,都是大有裨益的。
参考文献:
[1] 章照止. 现代密码学基础[M]. 北京:北京邮电大学出版社,2004.
计算机学科的基本问题范文5
关键词:信息化教学设计 因特尔?未来教育知识管理绩效技术
1.引言
教学设计是教育技术的重要研究领域,自其产生以来的近40余年,国内外的教学设计理论与方法得到了不断地丰富和发展。近年来,随着建构主义学习理论的不断完善、信息技术的飞速发展、信息技术与课程的整合不断深入,信息技术在课堂教学中的应用已经引起学习方式和教学方式的深刻变革,因此它要求教学设计也要做出相应变化。
信息技术在教学设计领域的不断深入,使得教学设计呈现出了一种新兴的发展态势。英特尔?未来教育为教师的信息技术和学科教学整合提供了一个全新的理念;国家教育技术标准的颁布规范了信息技术与课程的整合,对教师的信息化教学设计的能力也提出了具体要求;教学中概念图、blog、wiki的使用为教师的信息化教学设计添加了有力的翅膀。因此,作为实现教育信息化重要过程的信息化教学设计已经引起了人们的广泛兴趣。在教育信息化环境下的教学设计,我们将其简称为“信息化教学设计”。
2.信息化教学设计
教学设计实质上是对教师课堂教学行为的一种事先筹划,是对学生达成的教学目标、表现出的学业进步的条件和情境做出的精心安排。教学设计的根本特征在于如何创设一个有效的教学系统。其发展大致经历了计算机辅助教学设计、多媒体组合教学设计、基于信息环境的教学设计这几个阶段。
既然教学设计已经迈入信息化的进程,那么何谓信息化教学设计呢?南国农教授认为:信息化教学设计是充分利用现代信息技术和信息资源,科学安排教学过程的各个环节和要素,为学习者提供良好的信息化学习条件,实现教学过程最优化的系统方法,其目的在于培养学生的信息素养、创新精神和综合能力,从而增强学生的学习能力,提高学生的学业成就,并使他们最终成为具有信息处理能力的、主动的终身学习者。因此信息化教学设计打破了以教师主导,讲授型教学,单学科、脱离情境的封闭的教学,固定性、复述性的学习,贫乏的学习环境等为特点的传统教学设计,是教师进行信息技术与课程整合应具备的基本素质之一,是信息化教学的前期工作,也是信息技术与课程整合的关键所在。
3.教学设计信息化的新发展
3.1因特尔?未来教育
因特尔?未来教育是把计算机和网络技术有机融合到教学中的一种教学模式,它的精髓在于树立用技术去解决教学问题的思想,它的实施有利于提高教师的理论水平和教学能力;有利于研究性学习的开展;有利于现代教育技术在学科教学中的运用。
因特尔?未来教育的实质之一就是使教师知道如何进行“把计算机应用到课程中去”的教学设计,即信息化教学的设计。
因特尔?未来教育的核心是信息化教学设计。而信息化教学设计的核心是问题设计。因此因特尔?未来教育为了帮助教师提升问题设计的能力,提出了课程框架问题的概念,并作为单元计划的重要组成部分。课程框架问题又由基本问题、单元问题和内容问题构成。基本问题的特点:对学生有吸引力;不应该涉及特定的主题、事件或内容,是抽象的、范围宽泛的;基本问题具有穿透性、综合性、挑战性等特点,如地球上资源能维持多久?单元问题是对基本问题的细化,为基本问题提供了学科特定及主题特定通道;单元问题也没有明显的正确答案,是为了激发和维持学生的兴趣而精心构造的。内容问题为学生研究单元问题,并进而探究基本问题打造知识基础;大多涉及的是事实而不是对事实的阐释;都有明确的答案。具体实例可参看下表所示。
众所周知,信息技术在课堂教学中的应用、新课程改革的最终实施以及素质教育理念的贯彻等等,最终要通过教师和学生的教学来实现,因此,教师的信息化教学设计的能力在现代教学中尤为重要。因特尔?未来教育的出现,成为信息化教学设计的教师培训的重要平台。
3.2教学设计与知识管理
所谓知识管理是应用于企业中搜集、传播、共享知识和生成新知识的过程。在这个过程中,不但实现了知识的传播与共享,同时也实现了新知识的生成,而新知识的生成需要的恰恰是创新性思维。所以,在基于知识管理在企业中的应用,能够把企业知识管理的一般过程融入教学,把教学看成是一个知识搜集、传播、共享和生成的过程,并对各个环节进行设计是教学设计研究领域中一个新的着眼点。
基于知识管理的教学设计目的在于更有效地指导学生通过显性知识获得在教学中容易被忽略但却更为重要的隐性知识。本文从概念图在教学中的使用来阐释基于知识管理的教学设计。
3.3教学中概念图的使用
教学中概念图的使用是知识管理的一个重要体现。教师的信息化教学设计能力成为决定信息化教育改革成功与否的关键因素之一。而在教学设计中运用概念图可以促进学生的高级思维发展,从而使学生能够有效地提高学习效率。
所谓概念图,是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中,然后用连线将相关的概念和命题连接,连线上标明两个概念之间的意义关系。使用概念图学习新知识,学生不再被动地去记下老师的每一句话和长长的句子,而是积极地对关键词进行加工、分析和整理。下图是以我对概念图的认识为例,体验概念图的形式。
知识的创新、外化是教育持续发展的动力,而概念图是一种能将思维可视化的工具,它在教学设计中的使用可以更好地体现教育的发展规律。
信息化教学设计就是要充分利用现代信息技术和信息资源,科学安排教学过程的各个环节和要素。因此概念图在常规课堂教学设计的应用表现为:(1)课前帮助教师了解和分析学生的认知结构和能力起点;(2)备课时帮助教师分析和设计教学内容,梳理教学思路;(3)课堂讲授时用于展示教学内容;(4)作为教学策略,通过学生或师生共同构图,帮助学生生成不同概念之间的联系;(5)用于总结和复习;(6)用于教学评价,诊断学生的学习情况。
3.4教学设计与绩效技术
所谓绩效就是指行为活动的可测量的结果,反映的是个人和组织的成果,对企业来说就是业绩。然而“绩效”这个概念并不是企业培训所独有的,在人类的教学和学习过程中同样存在绩效问题,同样应该提高教师和学生行为的绩效,追求教学和学习绩效的最优化。绩效技术正是在教学设计的基础上发展起来,吸收和发展教学设计的系统观、需求分析、形成性评价方法等方法和思想,逐渐形成了自己的理论和方法,并逐渐走向成熟。
随着信息化时代的到来,教育也进入了信息化的时代,信息化教学设计在现代教学中地位也逐步升高。许多学校已经迈入了信息化时代,甚至有些学校信息化教学设计的运用已经很成熟了。但是当我们能够运用信息化教学设计的时候,不得不考虑如何测量和评价信息化教学设计是否达到了我们预期的目的。
在绩效技术的组成步骤中,评价是最为重要的一步,评价有形成性和总结性评价,评价的结果随时作用于每一个步骤中。教学设计成果的评价一般也包括形成性评价和总结性评价两种形式,但它不同于其他评价的主要特点在于教学设计成果的评价主要以形成性评价为主,也就是说,教学设计成果要在其形成的同时对其加以评价。总结性评价是证明教学设计有效性或不足最客观的办法,包括充分的收集信息并利用这些信息作出利用的决策。从根本上讲,总结性评价着眼于教学设计的结果,并力图回答三个问题:教学设计是否真正解决了教学问题?教学设计是否优化了教学?教学设计是否获得了比较理想的教学效果?
当前,绩效技术是教学设计的重要组成部分和发展方向。教学设计的思想和方法为绩效技术打下了基础,同时绩效技术也开阔了教学设计工作者的视野,扩展了教学设计领域的范围。将绩效技术引入教育技术领域,与教学设计相融合,实现优势互补,将为教学设计开拓更为广阔的发展空间。教学设计逐渐从学校走向企业,绩效技术也在教育领域同教学设计有所融合,二者的最终目的是统一的。
4.结论
教学设计自20世纪80年代初引入中国以来,一直是教育领域特别是教育技术领域关注和研究的热点,在教育技术学科体系中占据着核心地位。经过计算机辅助教学设计、多媒体组合教学设计、信息化教学设计的发展,已经呈现出了一些必然新的发展趋势。尤其在信息化教学环境下,教学设计的信息化发展也更加明显。就信息化环境下的教学设计未来发展,本人主要从以下四个方面进行展望。(1)教学设计越来越注重跨学科研究和跨领域应用。(2)教学设计越来越注重信息技术与教育理念的整合。(3)教学设计越来越注重各种因素整合下的学习环境的建构。学习不是传输的过程,也不是接受的过程。(4)教学设计越来越注重新的评估理念和方法。当前教学设计研究与实践发展所表现出来的各种倾向,构成了影响未来教学设计的发展走势力量。这些力量相互交织、相互影响,汇成了当代教学设计研究变革的洪流,正在创造着教学设计发展的崭新图景。
参考文献:
[1]盛群力.教学设计[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2]南国农.信息化教育概论[M].北京:高等教育出版社,2004.
[3]中国知识管理网[EB/OL].省略.
计算机学科的基本问题范文6
关键词：基本问题；统计分析；宏观经济
宏观经济分析是一项系统性的工作，有着十分鲜明复杂性特点与专业性特点，涉及工业、农业以及科研等多个社会经济领域。做好宏观经济的统计与分析工作对于科学决策有着十分重要的意义。这就需要相关的研究人员综合运用各种理论与技术对宏观经济统计分析的方法进行深层次的研究。
一、宏观经济统计分析概述
宏观经济统计分析是一项经济学与统计学相结合而形成的独立知识科目体系。由于统计学是经济学十分重要的研究工具，二者之间存在着相互推动、共同发展的关系。将统计学知识与经济学知识结合起来，能够将各个领域的研究方面与研究方法统一起来，打破不同研究内容在领域上的界限，为经济决策与经济规律的探索创造良好的条件。由于我国在宏观经济统计分析领域的起步比较晚，在该研究领域中尚未形成一个高效的研究体系，在我国产业结构升级与经济增长方式变化的过程中，宏观经济统计分析的重要意义才逐渐显示出来。
二、宏观经济统计分析在发展过程中普遍存在的问题
在宏观经济统计分析发展初期，由于统计学的有关理论沿未得到完善，尤其是在计算机技尚未成熟时，统计学分析理论在应用方面的重要意义没有充分显示出来，对于宏观经济分析方面的支持十分有限，造成宏观经济统计分析在实际应用方面所直到的作用不够突出。随着我国社会生产部门的不断分化，越来越多的小型企业尤其是民营企业，在管理与经营决策方面对于新的统计与分析技术表现出了巨大的需求，加上计算机技术的不断发展。统计学理论在研究人员的不断探索下开始进入到了快速发展的阶段。在这一过程中，政府以及有关部门形成了比较明确的周期性经济规划目标，根据周期性经济目标对我国农业、工业以及服务业等产业进行了有针对性的宏观调控，大幅提高我国经济建设的科学性与合理性，为我国经济的调整增长奠定了良好的基础。目前我国宏观经济统计分析在能力在已经进入宏观统计与微观统计并行发展的重要阶段，宏观统计与微观统计在目的划分上更加明确，在应用效率与应用水平上得到了大幅度的蚊帐，两项学科之间存在着相互促进、共同发展的新局面，同时也将宏观经济统计分析的发展带入了一个全新的阶段。
当前我国已经全面进入信息化与数字化时代，选择计算机技术与统计分析技术为宏观经济统计分析的发展奠定了良好的基础。尤其是在我国电子商务领域不断创新与发展的过程中，宏观经济统计分析的重要作用得到了最大程度的体现。在网络环境下，消费群体在消费过程中会产生大量的消费需求数据，有关单位与企业可以以用户的消费数据为资源，以统计学与经济学的有关理论为基础，以宏观经济统计分析为重要手段，对未来一段时间内的消费行为进行科学、有效的判断，提高社会产品生产的合理性与有效性，为电子商务消费用户提供更加具有针对性的商品，为我国经济消费的不断增长创造有利的条件。除了电子商务领域之外，银行业与服务业也可以利用宏观经济统计分析的有关手段对用户名的储蓄行为与消费行为进行判断，为用户制定出更加科学的理财方案与出行方案。对于政府单位来说，则可以利用宏观经济统计分析结果，对社会公众的物流状态与交通状态进行有针对性的分析，对社会公众在日常的生产生活活动中的支行规律有一个全面且深入的了解，将宏观经济统计分析的重要作用充分发挥出来。
三、宏观经济统计分析的发展问题研究
当前我国宏观经济统计分析领域已经进入到了快速发展的新阶段。成经济发展过程中，宏观经济统计分析已经成为分析国民经济发展情况与发展水平十分重要的一项工具。有关部门需要进一步加大该领域的研究力度，为领域的发展奠定良好的人才基础与技术基础，真正认识到宏观经济统计分析对于国民经济发展的重要意义。同时，政府及有关单位还需要进一步加强城市数据信息的收集能力建设与处理能力建设，设置云计算中心，对各方面流动数据进行统计，了解经济数据变化的有关规律，交各方面的统计与分析结果应用到市政管理与组织决策中，为区域内乃至于国家的经济增长奠定良好的基础。
四、宏观经济统计分析的自主发展
由于宏观经济统计分析无论对于政府机关还是在于中小企业来说有着十分重要的意义与价值，尤其是在计算机技术不断发展的大背景下，宏观经济统计分析的应用范围与应用空间得到了进一步的拓展，在社会各阶段与各领域工作与研究人员的共同努力下，宏观经济统计分析中的有关理论将会得到不断的发展与完善。同时也是统计学领域宏观经济分析得到快速独立发展的重要机遇，由此可以现对人类经济社会发展的重要进步性影响，宏观经济统计分析在自身的独立发展前提下吸收了大量的信息数据，之后又利用统计学的思想和方法进行创新研究尝试。
结束语
先进的科技和信息技术的发展是国家宏观经济统计分析发展的重要支持，与此同时还应该配合以功能强大的数据库系统和计算机网络系统，在先进技术和统计学专家的密切配合下可以进一步推动其发展，实现系统完善的宏观经济统计分析体系。
参考文献：
[1]蔡真.宏观经济统计分析发展的基本问题[J].商，2015，47：266.
[2]袁天夫.宏观经济统计分析发展的基本问题研究[J].现代经济信息，2016，06：20.
