計(jì)算機(jī)學(xué)科的根本問題范文
時(shí)間:2023-11-22 17:56:37
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篇1
關(guān)鍵詞:精品資源共享課;教學(xué)研究;培養(yǎng)目標(biāo);教學(xué)設(shè)計(jì);能力導(dǎo)向;研究性教學(xué)
在“十二五”期間,國家將通過對(duì)精品課程的升級(jí)改造,建設(shè)精品資源共享課,使其資源更豐富,更適應(yīng)網(wǎng)上傳播,進(jìn)一步發(fā)揮其示范引領(lǐng)作用。同時(shí)我們注意到,既然課程教學(xué)的基本目標(biāo)是培養(yǎng)人才,首先就要構(gòu)建合理的課程體系,保證其科學(xué)性和對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的支持力度。而課程建設(shè)和教學(xué)則要忠實(shí)于培養(yǎng)目標(biāo),以提高教學(xué)的效率,把課程的教學(xué)目標(biāo)及其評(píng)估基本要求從“教師教了什么”提升到“學(xué)生學(xué)到了什么”、“會(huì)做什么”。本文將從5個(gè)方面討論相關(guān)問題。
一、重視課程教學(xué)研究與實(shí)踐
大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)根據(jù)其背靠學(xué)科、教師、學(xué)生等基礎(chǔ)和社會(huì)需求的不同而不同,從而決定了課程教學(xué)的不同。課程教學(xué)要想有特色,就必須與人才培養(yǎng)的具體目標(biāo)和具體需求密切結(jié)合,不斷地研究、實(shí)踐,不斷地積累、提高。上好一門課,建設(shè)一門精品課程確實(shí)需要多年研究與實(shí)踐的積累,真正做到常講常新。根據(jù)作者的研究,不同的學(xué)科具有不同的根本問題、知識(shí)體系、問題空間、學(xué)科特點(diǎn),而不同類型人才的教育強(qiáng)調(diào)不同的學(xué)科形態(tài)、能力構(gòu)成、知識(shí)取向、學(xué)科方法。如圖1所示,完整的教學(xué)內(nèi)容體系不僅僅有知識(shí),還有學(xué)科方法學(xué)的內(nèi)容和解決專業(yè)技能問題的技術(shù)層面的內(nèi)容。知識(shí)外的內(nèi)容在教材中不易體現(xiàn),有的還是潛移默化的,需要在具體教學(xué)中利用知識(shí)的載體屬性去表達(dá)。
另外,不同類型的人才關(guān)注不同的根本問題。依據(jù)人才培養(yǎng),可以將問題歸為科學(xué)、工程、應(yīng)用三類??茖W(xué)的根本在于發(fā)現(xiàn)規(guī)律,工程的根本在于構(gòu)建系統(tǒng),而應(yīng)用的根本在于實(shí)現(xiàn)服務(wù)。對(duì)應(yīng)到一門具體的學(xué)科,其根本問題將有不同的描述。就計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)科(即計(jì)算學(xué)科)來說,計(jì)算機(jī)科學(xué)型分支的根本問題是“什么能夠被有效地自動(dòng)計(jì)算”,計(jì)算機(jī)工程型分支的根本問題是“如何低成本、高效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算”,而計(jì)算機(jī)應(yīng)用型分支學(xué)科的根本問題是“如何方便有效地利用計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算”。由于根本問題的不同,計(jì)算機(jī)類各專業(yè)就需要選擇不同的知識(shí)載體,強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科形態(tài)的內(nèi)容。
圖1 計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系
這些需要在課程教學(xué)的研究與實(shí)踐中去深化理解、去體現(xiàn)。所以,課程負(fù)責(zé)人需要直接講授課程,要帶頭并積極組織教師開展教學(xué)研究活動(dòng)。研究不用拘泥于形式,關(guān)鍵是營造一種氛圍,把其融入日常的教學(xué)研究活動(dòng)、優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)、教學(xué)項(xiàng)目研究工作中。課程組要積極走出學(xué)校,參加更廣范圍的交流、討論,提高更廣范圍的教育研討活動(dòng)的參與度。適時(shí)地總結(jié)研究成果、教學(xué)體會(huì),不斷提高教學(xué)研究和教學(xué)活動(dòng)水平。成果的形式可以是多樣的,例如:教材、教學(xué)成果(獎(jiǎng))、自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)網(wǎng)站、教學(xué)輔助工具、特色教學(xué)資源,甚至包括積極爭取教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)等。實(shí)際上,一線教師在課程教學(xué)研究上有著明顯的優(yōu)勢(shì),能夠來源于實(shí)踐,又直接用于實(shí)踐,很容易形成不斷改進(jìn)的正反饋。這種正反饋可以有效地避免年復(fù)一年簡單重復(fù)。
教育需要面向社會(huì)需求,專業(yè)教育的研究、課程教學(xué)的研究也要密切關(guān)注社會(huì)需求,要努力構(gòu)建一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),形成機(jī)制,支持課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)。如圖2所示。
圖2 形成閉環(huán)控制,持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)
大學(xué)的基本功能是培養(yǎng)人,這是高校和教師的本職工作,研究是為了更好地實(shí)現(xiàn)這一功能。一些人狹義理解“大學(xué)教師要進(jìn)行科學(xué)研究”,認(rèn)為僅僅是為了把最新的成果教給學(xué)生。實(shí)際上,大學(xué)教師進(jìn)行科學(xué)研究不是簡單地為了將最新研究成果(內(nèi)容)教給學(xué)生,而是通過研究,更深地理解教學(xué)的內(nèi)容,更好地將相應(yīng)的思想和方法傳授給學(xué)生。所以,我們要求從事工程教育的老師要有工程背景。實(shí)際上,不少新成果并不一定適應(yīng)作為基礎(chǔ)教育的本科課堂的內(nèi)容,經(jīng)典問題的求解更重要。另外,有人把理工類教師的科學(xué)研究狹義化了,以為只有專業(yè)上的項(xiàng)目才是研究。其實(shí),即使是知識(shí)內(nèi)容很少變化的基礎(chǔ)課程的教學(xué),也需要研究,甚至需要更多的研究。現(xiàn)代教育要求“能力導(dǎo)向的教育”、“目標(biāo)導(dǎo)向的教育”、“揚(yáng)長教育”,不進(jìn)行研究,就不知道具體的“能力”,就找不到“目標(biāo)”,就無法“揚(yáng)長”,就無法引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)卓越。顯然狹義的科學(xué)研究是無法替代課程教學(xué)的研究的。
二、瞄準(zhǔn)培養(yǎng)目標(biāo)促進(jìn)效率提高
培養(yǎng)目標(biāo)絕不是華麗的辭藻,也不是口號(hào),必須在畢業(yè)生身上達(dá)成。培養(yǎng)目標(biāo)的導(dǎo)向作用使得我們必須準(zhǔn)確地確定和描述它。按照國家對(duì)工程教育的要求,培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該是“公開的、符合學(xué)校定位的、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的”,要明確給出“學(xué)生畢業(yè)時(shí)的要求,還應(yīng)能反映學(xué)生畢業(yè)后5年左右在社會(huì)與專業(yè)領(lǐng)域預(yù)期能夠取得的成就”,要給出一定時(shí)期內(nèi)培養(yǎng)人才的層次、類型和主要服務(wù)面向。培養(yǎng)目標(biāo)要得到培養(yǎng)要求(也叫培養(yǎng)規(guī)格或者畢業(yè)生能力)的支持。比如說,要把學(xué)生培養(yǎng)成有“創(chuàng)新能力”、“實(shí)踐能力”、“國際視野”、“公民道德”的高級(jí)人才,在培養(yǎng)要求的描述中要明確地體現(xiàn)這些目標(biāo)。進(jìn)一步而言,培養(yǎng)要求要落實(shí)到相應(yīng)的理論和實(shí)踐課程教學(xué)上,保證任何一項(xiàng)培養(yǎng)要求的達(dá)成都有相應(yīng)的課程作保障。當(dāng)然,培養(yǎng)要求等必須滿足國家的基本要求。
培養(yǎng)目標(biāo)確定之后,教師應(yīng)該站在人才培養(yǎng)的高度上,擺脫課程為本、教師為本、教材為本,瞄準(zhǔn)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)規(guī)劃和開展教學(xué)活動(dòng),提高教學(xué)活動(dòng)的效率和對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的忠實(shí)度。
從宏觀上講,瞄準(zhǔn)目標(biāo),要密切關(guān)注人才的類型。圖1給出了完整的計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系,其中的基本知識(shí)和學(xué)科方法學(xué),需要注意針對(duì)不同類型人才的培養(yǎng)而強(qiáng)調(diào)不同的學(xué)科形態(tài)。對(duì)科學(xué)型人才,應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)理論和抽象形態(tài);對(duì)工程型、應(yīng)用型人才,則應(yīng)強(qiáng)調(diào)理論和設(shè)計(jì)形態(tài)。一是表明理論是三種類型人才的培養(yǎng)都需要的,這正好吻合本科教育可持續(xù)發(fā)展的要求;二是他們各有偏重,而這種偏重正好和學(xué)生、教師的特長相吻合,并吻合揚(yáng)長教育的取向,有效促成“揚(yáng)長以求卓越”;三是要看到,雖然都需要理論,但他們需要的目的不同。例如,科學(xué)型人才在于考慮對(duì)理論的進(jìn)一步研究,而應(yīng)用型人才在于謀求按照理論所指方向做開發(fā)應(yīng)用。這一不同也就決定了同樣的理論對(duì)不同類型的學(xué)生講法的不同。所以,作者認(rèn)為專業(yè)教育需要關(guān)注根本問題、知識(shí)體系、問題空間、學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)科形態(tài)、能力構(gòu)成、知識(shí)取向、學(xué)科方法8個(gè)方面,要研究它們和課程體系構(gòu)建、所講授課程、人才培養(yǎng)、課程作用與地位以及能力導(dǎo)向的教育的關(guān)系,并在實(shí)際工作中去體現(xiàn)。
從課程教學(xué)的微觀上看,要著力體現(xiàn)能力導(dǎo)向的教育。例如,計(jì)算機(jī)類專業(yè)的人都知道,離散數(shù)學(xué)是該類專業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課程。為什么那樣重要?這門課程到底要起什么作用?如圖3所示,離散數(shù)學(xué)是繼數(shù)學(xué)分析(高等數(shù)學(xué))后的一門數(shù)學(xué)類課程,數(shù)學(xué)分析(高等數(shù)學(xué))的運(yùn)算范圍是實(shí)數(shù),而計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天,早已從科學(xué)計(jì)算發(fā)展到更一般的計(jì)算,它們由更一般的符號(hào)組成的抽象集合描述,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要有能力實(shí)現(xiàn)對(duì)此類問題的求解。所以,需要把學(xué)生的思維從實(shí)數(shù)范圍的、單一具體的計(jì)算推進(jìn)到一般的、形式化的計(jì)算。離散數(shù)學(xué)就起到將學(xué)生的思維引導(dǎo)到這個(gè)新“世界”,實(shí)現(xiàn)“階躍”的作用。但離散數(shù)學(xué)研究的是呈離散和抽象形態(tài)的基本運(yùn)算系統(tǒng),而計(jì)算機(jī)問題求解將是從形式化開始,追求類計(jì)算,甚至模型化計(jì)算的計(jì)算系統(tǒng)。所以,離散數(shù)學(xué)之后,還應(yīng)該有一門關(guān)于計(jì)算系統(tǒng)的課程。目前認(rèn)為“形式語言與自動(dòng)機(jī)理論”是比較合適的。當(dāng)然,要想達(dá)到期望的教學(xué)目標(biāo),還需要在教學(xué)中強(qiáng)化能力導(dǎo)向的教育。不妨把這類課程作為“思維體操”,在課堂上引導(dǎo)學(xué)生學(xué)著做,并通過學(xué)生的課外練習(xí),使這種能力在學(xué)生身上形成。
圖3 計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的計(jì)算思維能力漸進(jìn)培養(yǎng)體系
三、重視課程教學(xué)設(shè)計(jì),支持理性教學(xué)
教學(xué)活動(dòng)要想更有意識(shí)地瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行,需要有很好的課程教學(xué)設(shè)計(jì)。在國家精品課程評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中,將教學(xué)設(shè)計(jì)作為5大指標(biāo)中“教學(xué)方法與手段”的重要內(nèi)容。教學(xué)設(shè)計(jì)可以說是仁者見仁、智者見智,作者曾在2000年基于哈工大計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)做過“形式語言與自動(dòng)機(jī)理論”課程的教學(xué)設(shè)計(jì),后來作為附錄加在《形式語言與自動(dòng)機(jī)理論》及其教學(xué)參考書中,并在后來編著的《編譯原理》中也給出了教學(xué)設(shè)計(jì)。2009年更是組織了50余位專家研制了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案》(高等教育出版社2009年7月出版),給出了8門課程共計(jì)24個(gè)教學(xué)實(shí)施方案。
課程教學(xué)設(shè)計(jì)就是要規(guī)劃好課程要講授的知識(shí)和知識(shí)“背后”的內(nèi)容。首先是課程內(nèi)容,要更加精細(xì)地選擇知識(shí)載體。也就是在涵蓋有關(guān)建議(例如,教育部的專業(yè)說明、教指委的專業(yè)規(guī)范)的基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上,根據(jù)人才培養(yǎng)的具體需要,確定重點(diǎn)和難點(diǎn)。其次是更加全面地確定要教什么。明確利用確定的知識(shí)載體,向?qū)W生傳授什么樣的思想和方法,引導(dǎo)學(xué)生怎么樣去做,做什么,培養(yǎng)什么樣的能力。再次就是如何教。如何用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和手段,有效地利用知識(shí)載體,融教育于課程教學(xué),實(shí)現(xiàn)有效的教育。
根據(jù)這些目標(biāo),課程教學(xué)設(shè)計(jì)可包含以下主要內(nèi)容。第一是課程的性質(zhì)。同樣一門課,性質(zhì)不同,定位和講法就不同。例如,將某課程作為專業(yè)課和專業(yè)基礎(chǔ)課就必須有不同的要求。第二是站在人才培養(yǎng)的全局討論課程主要特點(diǎn)、能力培養(yǎng)要求、教學(xué)基本要求。而且除了明確對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的要求外,要明確提出問題求解思想、方法以及能力培養(yǎng)的要求。第三是知識(shí)與學(xué)時(shí)分配,不能簡單地列舉,更不能僅僅把教材的目錄“貼”在這里。第四是講授提示。要深入到章節(jié),按章給出重點(diǎn)、難點(diǎn)及其講授,充分體現(xiàn)基本內(nèi)容講授、重點(diǎn)突出、難點(diǎn)突破的需要,考慮相關(guān)的典型思想和方法,與相關(guān)的能力點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來,不能只面向課程泛泛而談。
在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)上,需要處理好“經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與實(shí)踐”的關(guān)系,理性選擇,防止盲目。要努力做到6個(gè)體現(xiàn),即體現(xiàn)為培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)服務(wù)、體現(xiàn)教師和學(xué)生的特點(diǎn)、體現(xiàn)社會(huì)的需求、體現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”的本科教育基本要求、體現(xiàn)課程基本內(nèi)容的覆蓋要求、體現(xiàn)是最佳知識(shí)載體。需要防止簡單盲目追求全、深、新。另外,保證課程內(nèi)容的邏輯性,更好地引導(dǎo)學(xué)生,使學(xué)生真正能夠感到“隨著問題一個(gè)個(gè)地被解決,一個(gè)個(gè)的新問題又被引入,然后又被一個(gè)一個(gè)地解決,這樣不斷地前進(jìn),逐漸解決問題的過程好像踏著前人研究的路線,不斷感受大師們遇到的問題、解決問題的思路”,實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生走出一條探索未知的道路,為其今后的探索積累經(jīng)驗(yàn)。
要重視實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)。理論,可以使學(xué)生站到巨人的肩膀上,并擁有一個(gè)智慧的腦;實(shí)踐,就是用智慧的腦,練就一雙靈巧的手,開創(chuàng)一個(gè)新世界。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相輔相成,必須提倡理論指導(dǎo)下的實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生理論實(shí)踐相結(jié)合,創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力。而且動(dòng)腦和動(dòng)手都是實(shí)踐,兩者要結(jié)合起來才能收到更好的效果。此外,對(duì)實(shí)踐教學(xué),同樣要有質(zhì)和量的要求,要追求一步一個(gè)臺(tái)階的引導(dǎo),做到“學(xué)習(xí)系統(tǒng),切莫冷落原理”、“使用工具,不可忽視規(guī)律”,促進(jìn)學(xué)生全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。所以,實(shí)踐教學(xué)要體現(xiàn)與理論結(jié)合的基本要求,體現(xiàn)對(duì)課程與專業(yè)總目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的支持。
四、能力導(dǎo)向體現(xiàn)面向未來
能力導(dǎo)向的教育很好地體現(xiàn)了面向未來的教育要求,在國際和國內(nèi)工程教育通用標(biāo)準(zhǔn)中得到充分的體現(xiàn)。
作者認(rèn)為,從專業(yè)的角度講,能力應(yīng)該是能夠“靈活地、探索性地、綜合地運(yùn)用知識(shí)有效地解決實(shí)際問題”。作為專業(yè)教育,應(yīng)該強(qiáng)化專業(yè)能力培養(yǎng)的意識(shí)。各種類型的高校,就是要發(fā)揮各自的特色,培養(yǎng)不同類型的人才,從而形成各自的特長。尊重人才的意愿,開展個(gè)性化教育,培養(yǎng)不同類型的人才正是揚(yáng)長教育的基本要求,是實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長以求卓越的途徑。不能將一般能力的培養(yǎng)與專業(yè)能力的培養(yǎng)人為割裂開來,在專業(yè)教育中,同樣能夠并需要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)習(xí)、交流、克服困難、勇于探索的品質(zhì)和能力。尤其要注意到,以學(xué)習(xí)能力為代表的發(fā)展?jié)摿Γ怯萌藛挝蛔铌P(guān)注的素質(zhì)之一。
要實(shí)現(xiàn)專業(yè)能力的培養(yǎng),先要厘清專業(yè)能力的構(gòu)成(作者曾在《計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才專業(yè)能力的構(gòu)成與培養(yǎng)》一文中討論過相關(guān)內(nèi)容);然后是建立意識(shí),循序漸進(jìn)培養(yǎng)能力。例如,培養(yǎng)計(jì)算思維能力,首先要使學(xué)生明白計(jì)算機(jī)(技術(shù))可以增強(qiáng)自己解決問題的“能力”,要想利用它,就要追求問題求解的機(jī)械化(抽象描述與思維,離散、機(jī)械可執(zhí)行),以此建立“計(jì)算”的基本意識(shí)。其次是了解“計(jì)算”的基本功能。各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能干什么,不能干什么。再次是掌握“計(jì)算”的基本方法。包括遞歸、歸納、折中、重用、嵌入、并行、模塊化、自頂向下、自底向上、逐步求精等計(jì)算機(jī)問題求解的經(jīng)典方法,以及算法描述、程序?qū)崿F(xiàn)、系統(tǒng)集成等基本途徑。最后是會(huì)用“計(jì)算”的硬件類和軟件類基本工具。最終形成“計(jì)算”的基本能力,包括結(jié)合專業(yè)使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ撸鉀Q實(shí)際問題。
作為實(shí)現(xiàn)本科教育目標(biāo)的主渠道,能力培養(yǎng)要體現(xiàn)在包括基礎(chǔ)課程教學(xué)在內(nèi)的所有課程教學(xué)中。例如,到目前為止,人類的研究實(shí)踐有理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算三大范型。理論范型以邏輯思維為主要特征,其典型代表是數(shù)學(xué);實(shí)驗(yàn)范型以實(shí)證思維為主要特征,其典型代表是物理和化學(xué);計(jì)算范型以計(jì)算思維為主要特征,其典型代表是計(jì)算機(jī)。因此數(shù)學(xué)、物理或者化學(xué)、計(jì)算機(jī)類課程成為理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,他們承擔(dān)著學(xué)生基本思維能力、基本的世界觀和方法論的培養(yǎng)。再例如,我國計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生很少有人會(huì)從事編譯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),但是編寫編譯器的原理和技術(shù)具有十分普遍的意義,以至于在每個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家的研究生涯中,編譯中的原理和技術(shù)都會(huì)反復(fù)用到。我們將作為專業(yè)基礎(chǔ)課程的“編譯原理”的教學(xué)目標(biāo)確定為:掌握終生受用的基本思想與方法,在系統(tǒng)級(jí)上再認(rèn)識(shí)程序和算法,提升計(jì)算機(jī)問題求解的水平,增強(qiáng)系統(tǒng)能力,體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算的樂趣。具體而言,要求學(xué)生掌握程序變換基本概念、問題描述和處理方法,包括自頂向下、自底向上、逐步求精、遞歸求解、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、問題的抽象與形式化描述、算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇與使用、系統(tǒng)構(gòu)建、模塊化等,引導(dǎo)學(xué)生修養(yǎng)“問題-形式化描述-計(jì)算機(jī)化”的問題求解習(xí)慣,推進(jìn)從“實(shí)例計(jì)算”到“類計(jì)算”和“模型計(jì)算”的跨越;通過培養(yǎng)算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力,使其從整體到局部、從局部到整體,提升系統(tǒng)能力,增強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際能力,鼓勵(lì)探索未知,獲得更多的“頂峰
體驗(yàn)”,從而使學(xué)生建立探索的意識(shí)、信心和激情。
當(dāng)然從能力導(dǎo)向教育的角度,我們要注意課程內(nèi)容的整體性,要利于學(xué)生融會(huì)貫通,防止將課程內(nèi)容離散化。
五、研究性教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生探索未知
“學(xué)生在校時(shí)間的有限性與知識(shí)的無限性,教育的基礎(chǔ)性與探索和創(chuàng)造的未來性”這兩大矛盾決定了教師引導(dǎo)的重要性?!敖虒W(xué)以教師為主導(dǎo),以學(xué)生發(fā)展為中心”而不是“教學(xué)以學(xué)生為中心”。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)已知,探索未知,掌握知識(shí),增強(qiáng)能力。美國博伊研究型大學(xué)本科生教育委員會(huì)1998年4月發(fā)表的《重建本科教育:美國研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》的報(bào)告中就鼓勵(lì)建立探索為本的新生年、開展研究為本的學(xué)習(xí)、不斷尋求頂峰體驗(yàn)。這些需要在課程的教學(xué)過程中去落實(shí)。研究性教學(xué)是一種有效的方法。按照作者的實(shí)踐和觀點(diǎn),研究性教學(xué)可以簡單地描述為“教師在對(duì)問題的研究中教,學(xué)生在對(duì)未知的探索中學(xué)”,在這個(gè)過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和方法,體驗(yàn)其精髓,在學(xué)師們的思維過程中培養(yǎng)探索未知、解決實(shí)際問題的能力,而不能狹義地理解為引導(dǎo)學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室中做一點(diǎn)研究實(shí)踐。
本科教育的基礎(chǔ)性,決定了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性。這一基礎(chǔ)型特征表明對(duì)教師來說,大多數(shù)內(nèi)容是已知的,但它們是一個(gè)個(gè)問題求解所獲得的結(jié)果,遵循著人們探索的軌跡,在這個(gè)探索的過程中留下了很多經(jīng)典的、閃閃發(fā)光的思想和方法,體現(xiàn)了探索精神,它們和被發(fā)現(xiàn)的知識(shí)一起成為人類及其科學(xué)技術(shù)事業(yè)加速發(fā)展的動(dòng)力,更是學(xué)生賴以進(jìn)步的沃土,課程教學(xué)應(yīng)該盡可能有效地加以利用。這樣也能夠更好地引導(dǎo)學(xué)生融入課堂。
篇2
關(guān)鍵詞:專業(yè)辦學(xué);研究學(xué)科專業(yè);知識(shí)體系;科學(xué)描述
為了促進(jìn)我國高等教育質(zhì)量的迅速提高,教育部從2001年開始,就質(zhì)量工程問題先后了多個(gè)文件。根據(jù)文件的基本精神,高教司在2001年安排各個(gè)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)研究相關(guān)專業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)范。
本文以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為背景,討論相關(guān)問題。
一、研究學(xué)科與專業(yè)
專業(yè)辦學(xué)依賴于支撐學(xué)科及其專業(yè)本身的狀況。所以,要辦好專業(yè),首先必須深入研究面對(duì)的學(xué)科與專業(yè)。我們從以下幾方面討論計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科和專業(yè)。
1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科涉及科學(xué)、工程、應(yīng)用
簡單地說,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是對(duì)信息描述和變換算法的系統(tǒng)研究,主要包括它們的理論、分析、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。從基本的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)建開始,到各個(gè)層次虛擬機(jī)的構(gòu)建,最終給用戶提供一個(gè)界面友好的系統(tǒng),涉及計(jì)算機(jī)理、工程實(shí)現(xiàn)和開發(fā)利用,呈現(xiàn)出抽象、理論、設(shè)計(jì)三大學(xué)科形態(tài)。
如果說科學(xué)在于研究現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律,工程在于低成本有效地構(gòu)建高效的系統(tǒng),則技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)方便的服務(wù)。落實(shí)到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科,計(jì)算機(jī)科學(xué)研究“什么能夠有效地自動(dòng)計(jì)算”;計(jì)算機(jī)工程、軟件工程分別從硬件和軟件兩方面研究和實(shí)現(xiàn)“如何低成本、高效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算”;而計(jì)算機(jī)技術(shù)則在于研究“如何方便有效地利用計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算”。所以,學(xué)科的根本問題是什么能、且如何被有效地自動(dòng)計(jì)算。所以,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)除了具有較強(qiáng)的科學(xué)性外,還具有較強(qiáng)的工程性和實(shí)用性,因此,它是一門科學(xué)性與工程性并重,理論與實(shí)踐緊密相關(guān)的學(xué)科。作為基礎(chǔ),人們需要討論問題的計(jì)算機(jī)求解的“能行性”,它將“問題分析、形式化描述、計(jì)算機(jī)化”作為問題求解的典型過程。由于系統(tǒng)對(duì)對(duì)象狀態(tài)刻畫的離散特征,決定了其變換的離散特征,使得離散結(jié)構(gòu)成為其重要基礎(chǔ)。
2、多個(gè)富有生命力的分支學(xué)科
相比之下,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是一個(gè)很年輕的學(xué)科,只有幾十年的歷史,但該學(xué)科發(fā)展非常迅速,從原來的以計(jì)算機(jī)科學(xué)為主,發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)成為一門基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科,在科技發(fā)展占有重要地位。同時(shí),作為一種廣泛應(yīng)用的技術(shù),它在人類的生產(chǎn)和生活中也占有重要地位;而作為信息化建設(shè)的核心技術(shù),它在國家信息化建設(shè)中同樣是占有重要地位。隨著學(xué)科的發(fā)展,計(jì)算機(jī)工作者的計(jì)算情結(jié)先后發(fā)生了多次遷移,從用原始的0、1代碼刻畫簡單的計(jì)算開始,先后經(jīng)過匯編計(jì)算、基于高級(jí)語言的科學(xué)計(jì)算,到關(guān)于操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等基本系統(tǒng)的計(jì)算,再發(fā)展到目前的普適計(jì)算等廣義計(jì)算,其追求已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從“實(shí)例計(jì)算”到“類計(jì)算”和“模型計(jì)算”的跨越。所以,計(jì)算的概念發(fā)生了巨大的變化,ACM/IEEE-CS的專家們?cè)贑C2001(Computing Curricula 2001)中指出,“計(jì)算的概念在過去lO年里發(fā)生了巨大變化,對(duì)教學(xué)計(jì)劃的設(shè)計(jì)和教育方法具有深刻的影響?!坝?jì)算”已經(jīng)拓展到難以用一個(gè)學(xué)科來定義的境地。將計(jì)算機(jī)科學(xué)(CS)、計(jì)算機(jī)工程(CE)和軟件工程(SE)融合成關(guān)于計(jì)算教育的一個(gè)統(tǒng)一文件的做法在十年前也許是合理的,但我們確信21世紀(jì)的計(jì)算蘊(yùn)含有多個(gè)富有生命力的學(xué)科,它們分別有著自己的完整性和教育學(xué)特色?!倍覍W(xué)科的發(fā)展,還會(huì)逐漸地增加新的分支學(xué)科。例如,到了2005年,就又新增加了信息技術(shù)(IT)。我們將計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科與計(jì)算學(xué)科等同,并稱計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程和軟件工程、信息技術(shù)、信息系統(tǒng)等為他們的分支學(xué)科。
3、國家的需求促使專業(yè)迅速發(fā)展
中國最早的計(jì)算機(jī)專業(yè)建立于1956年,當(dāng)年只有兩所大學(xué)有此專業(yè),1958年增加到14所,1983年有63所,1993年有137所,2002年達(dá)到484所,2003年有505所,2004年有652所,2005年有771所。不僅專業(yè)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他專業(yè),而且在校生數(shù)、招生數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他專業(yè)。例如,2003年,在校生多達(dá)25.84萬人,當(dāng)年招生量是6.36萬人,畢業(yè)生是4.14萬人;就工科專業(yè)而言,當(dāng)年專業(yè)點(diǎn)數(shù)排第二的電子信息工程專業(yè)的在校生為10.1319萬人,招生量是2.7873萬人。到了2005年,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(不包括軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、計(jì)算機(jī)軟件等計(jì)算機(jī)類專業(yè))的在校生數(shù)達(dá)到了44萬之眾,大約占工科在校生的1/10。巨大規(guī)模專業(yè)的形成,適應(yīng)了國家現(xiàn)代化建設(shè)的需要,也給專業(yè)教育提出了更多的要求。
4、國家建設(shè)需要不同類型的計(jì)算機(jī)人才
《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告》指出,從國家的根本利益出發(fā),需要一支計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論與核心技術(shù)的創(chuàng)新研究隊(duì)伍,此為科學(xué)型人才:大部分IT企業(yè)開發(fā)滿足國家信息化需求的產(chǎn)品,需要工程型人才。企事業(yè)單位和國家信息系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行,需要大批應(yīng)用型人才。三類人才呈金字塔的結(jié)構(gòu):科學(xué)型的在上部,工程型在中部,應(yīng)用型在下部。
5、規(guī)格分類
注意到我國目前的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基本上是1996年由計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)合并成的專業(yè),以計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算機(jī)工程為基礎(chǔ)。這種設(shè)置已經(jīng)難以容納目前的辦學(xué)規(guī)模,也難以與社會(huì)的人才需求結(jié)構(gòu)相吻合。
學(xué)科內(nèi)涵的寬泛化、分支學(xué)科相對(duì)獨(dú)立化、社會(huì)需求多樣化、專業(yè)規(guī)模巨大化、計(jì)算教育大眾化、促進(jìn)我們?nèi)プ非蠼逃ㄎ粶?zhǔn)確化和資源效益最大化。所以我們感到簡單地詮釋“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”這一個(gè)名稱與實(shí)際已不相適應(yīng),需要更多的、更具針對(duì)性的專業(yè)教育。規(guī)格分類就是以計(jì)算機(jī)科學(xué)培養(yǎng)科學(xué)型人才,以計(jì)算機(jī)工程、軟件工程培養(yǎng)工程型人才,以信息技術(shù)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。他們將致力于不同的問題,強(qiáng)調(diào)問題的不同方面,需要不同的培養(yǎng)。
同時(shí)我們注意到,人作為最寶貴資源,必須找準(zhǔn)其適應(yīng)點(diǎn),展開揚(yáng)長教育,促使其擅長得到發(fā)揮,而他們的(可持續(xù))發(fā)展也將需要不同的基礎(chǔ)。因此必須關(guān)注教育的基礎(chǔ)性在高等教育中的地位,雖然“地基越厚,樓蓋得越高”,但是“基礎(chǔ)的厚薄是相對(duì)的、內(nèi)容是因人而異的”,規(guī)格分類就在于引導(dǎo)準(zhǔn)確定位,給學(xué)生不同的基礎(chǔ),有效開發(fā)其潛質(zhì)。
二、構(gòu)建本科專業(yè)教育內(nèi)容體系
高等教育包括知識(shí)、能力、素質(zhì)。要想實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng),提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì),僅僅有知識(shí)是不夠的,還必須注意學(xué)科思想和方法的傳授。也就是說,要以知識(shí)為載體,通過對(duì)知識(shí)的“研究”將思想、方法融進(jìn)去,在培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的過程中給他
們鍛煉和獲得頂峰體驗(yàn)的機(jī)會(huì),實(shí)現(xiàn)對(duì)他們的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此,本科專業(yè)的教育內(nèi)容體系可以看成二維的結(jié)構(gòu),這個(gè)體系以分支學(xué)科的知識(shí)體系為基礎(chǔ),中間為學(xué)科方法學(xué),上層是本科培養(yǎng)中技能要求的主題――相關(guān)技術(shù)。在有關(guān)細(xì)節(jié)描述上,CC2005(Computing Curricula 2005)給出了一套值得學(xué)習(xí)和借鑒的形式和方法。
CC2005是在“計(jì)算作為一個(gè)學(xué)科”、CC1991(Computing Curricula 1991)、CC2001的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。CC1991提出用知識(shí)領(lǐng)域、知識(shí)單元、知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成知識(shí)體系,替代傳統(tǒng)的課程作為專業(yè)教育的基本要求。CC2001繼承了這種科學(xué)描述,同時(shí)給出了課程設(shè)計(jì)思想和課程設(shè)計(jì)示例,并關(guān)注了計(jì)算學(xué)科的發(fā)展。此后的CC2005給出了各個(gè)分支學(xué)科的問題空間、知識(shí)取向、能力要求,定性、定量地描述了相應(yīng)分支學(xué)科的畢業(yè)生的相關(guān)教育定位和要求。
1、知識(shí)體系
知識(shí)體系給出專業(yè)教育知識(shí)方面的基本要求。在知識(shí)體系的構(gòu)建上,認(rèn)為計(jì)算學(xué)科是由多個(gè)分支學(xué)科組成,每個(gè)分支學(xué)科包含多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域,每個(gè)知識(shí)領(lǐng)域包括若干個(gè)知識(shí)單元,它們可以是必修的,也可以是選修的,而知識(shí)單元又由若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)組成。
學(xué)科知識(shí)體系并不總是和本科專業(yè)教育的知識(shí)體系是相同的。可以認(rèn)為,狹義的學(xué)科知識(shí)體系僅指學(xué)科本身的知識(shí),并不包含更基礎(chǔ)性的。例如,在軟件工程分支學(xué)科,SWEBOK給出了學(xué)科本身的10個(gè)知識(shí)領(lǐng)域:軟件需求、軟件設(shè)計(jì)、軟件構(gòu)造、軟件測(cè)試、軟件維護(hù)、軟件配置管理、軟件工程管理、軟件工程過程、軟件工程工具和方法、軟件質(zhì)量。而SEEK給出的是本科教育知識(shí)體系,它也是10個(gè)知識(shí)領(lǐng)域,共494必修學(xué)時(shí):計(jì)算基礎(chǔ)(CMP)、數(shù)學(xué)和工程基礎(chǔ)(FND)、專業(yè)實(shí)踐(PRF)、軟件建模與分析(MAA)、軟件設(shè)計(jì)(DES)、軟件驗(yàn)證與確認(rèn)(VAV)、軟件演化(EVL)、軟件過程(PRO)、軟件質(zhì)量(QUA)和軟件管理(MGT)。其中后7個(gè)知識(shí)領(lǐng)域是SWEBOK的知識(shí)領(lǐng)域整合后得到的,前3個(gè)是添加的,用于反映計(jì)算學(xué)科本科教育基礎(chǔ)內(nèi)容,共296必修學(xué)時(shí),占59.9%。
2、問題空間
問題空間以二維的形式給出分支學(xué)科覆蓋范圍的定性描述,在一定程度上回歸到人們頭腦中習(xí)慣的專業(yè)印象。其橫坐標(biāo)從最左邊的“理論、原理、創(chuàng)新”到最右邊的“應(yīng)用、部署、配置”,從傾向理論逐漸延伸到傾向應(yīng)用:縱坐標(biāo)則由下而上分成計(jì)算機(jī)硬件體系、系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、軟件開發(fā)、應(yīng)用技術(shù)、系統(tǒng)組織行為。不同的分支學(xué)科占據(jù)其中不同的部分。
3、知識(shí)取向
知識(shí)取向則給出了各個(gè)分支學(xué)科程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、軟件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)語言理論等56個(gè)方面知識(shí)要求的不同最小和最大權(quán)重,用0~5表示。當(dāng)某種知識(shí)的最小權(quán)重和最大權(quán)重都是5時(shí),表示該分支學(xué)科對(duì)這種知識(shí)要求極高;如果都是0,則表示根本不要求。也存在最小為0,最多為5的知識(shí)。例如,科學(xué)計(jì)算(數(shù)值方法)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)來說就是這樣。表明科學(xué)計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)來說可以是不要求的,也可以是要求最高的。實(shí)際上,大約在20年前,科學(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要領(lǐng)域,而發(fā)展到現(xiàn)在,許多數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)已比較成熟,計(jì)算機(jī)科學(xué)的人直接研究科學(xué)計(jì)算的就很少了。
4、能力要求
為了反映高等教育包括知識(shí)、能力、素質(zhì)三方面的要求,CC2005給出了計(jì)算學(xué)科中不同分支學(xué)科對(duì)算法、應(yīng)用程序、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、硬件與設(shè)備等11個(gè)方面59種能力的要求。權(quán)重仍然用0~5表示。與知識(shí)取向相比,這里只給出了一個(gè)值。例如,對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息系統(tǒng)、信息技術(shù)來說,它們對(duì)小規(guī)模程序設(shè)計(jì)能力的要求權(quán)值依次為5、5、5、3、3,對(duì)大規(guī)模程序設(shè)計(jì)能力的要求權(quán)值依次為4、3、5、2、2,而對(duì)選擇數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品能力的要求權(quán)值依次為3、1、3、5、5。
5、課程體系
每一個(gè)專業(yè)的教育,都有自己的定位。我們要求這些定位是明確的,有特色的,在某種意義上是可以評(píng)測(cè)的。在這個(gè)基礎(chǔ)上去構(gòu)建課程和課程體系,以實(shí)現(xiàn)要求的能力的培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。
各個(gè)分支學(xué)科的所有核心知識(shí)單元是該分支學(xué)科教育的基本內(nèi)容,其問題空間、知識(shí)取向、能力要求給出了另一角度的要求。這些內(nèi)容,尤其是知識(shí)體系給出的內(nèi)容,需要最終以課程的形式落實(shí)到教學(xué)中。通常以知識(shí)點(diǎn)作為組成課程的基本單元,必修課程實(shí)現(xiàn)對(duì)必修知識(shí)單元的完全覆蓋,一個(gè)必修知識(shí)單元的知識(shí)點(diǎn)可以含在不同的課程中,一門課程可以含來自不同知識(shí)單元(領(lǐng)域)的知識(shí)點(diǎn),所有必修課程中所含的必修知識(shí)單元的學(xué)時(shí)總數(shù)等于知識(shí)體系中該知識(shí)單元的學(xué)時(shí)數(shù)。作為體現(xiàn)自身的專業(yè)特色的一個(gè)方面,各個(gè)學(xué)??梢杂貌煌乃悸方⒉煌恼n程體系,規(guī)范(教程)中給出的課程體系通常只是示例性的。
三、課程為專業(yè)目標(biāo)服務(wù)
在總體目標(biāo)下,特別強(qiáng)調(diào)課程為實(shí)現(xiàn)專業(yè)目標(biāo)服務(wù)。作為教育的最終實(shí)施者,教師需要掌握課程在人才培養(yǎng)中的地位和作用,并在教學(xué)過程中加以實(shí)施。同時(shí)要努力使學(xué)生理解這些,以便學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠給予良好的配合。因此,發(fā)展戰(zhàn)略、專業(yè)規(guī)范等都應(yīng)該最終體現(xiàn)在教師的教學(xué)活動(dòng)中。所以,通過廣泛的宣講活動(dòng)等,使廣大的教師了解專業(yè)發(fā)展、專業(yè)規(guī)劃、專業(yè)教育的基本要求,是非常有必要的。另外,鼓勵(lì)教師掌握課程體系,有意識(shí)地瞄準(zhǔn)專業(yè)教育目標(biāo)開展教學(xué)活動(dòng),對(duì)促進(jìn)教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是非常有利的。
例如,“編譯原理”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程,其課程基本目標(biāo)應(yīng)該是“掌握‘編譯原理’中的基本概念、基本理論、基本方法,在系統(tǒng)級(jí)上再認(rèn)識(shí)程序和算法,提升計(jì)算機(jī)問題求解的水平,增強(qiáng)系統(tǒng)能力,體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算的樂趣”。課程努力使學(xué)生掌握程序變換基本概念、問題描述和處理方法。包括本學(xué)科自頂向下、自底向上、逐步求精、遞歸求解,目標(biāo)驅(qū)動(dòng),問題分析、問題的抽象與形式化描述,算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)構(gòu)建、模塊化等最經(jīng)典、最常用的問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。使學(xué)生修養(yǎng)“問題、形式化描述、計(jì)算機(jī)化”這一典型的問題求解過程,推進(jìn)從“實(shí)例計(jì)算”到“類計(jì)算”和“模型計(jì)算”的跨越。從宏觀到微觀、從微觀到宏觀,培養(yǎng)系統(tǒng)能力;增強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際能力,在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中讓學(xué)生獲得更多的“頂峰體驗(yàn)”。
所以,課程的內(nèi)容體系的設(shè)計(jì)要關(guān)注三方面的內(nèi)容:首先是課程的基本內(nèi)容,要選擇最佳知識(shí)載體。此時(shí)要確定課程的基本內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)。其次是解決“教什么”的問題,需要進(jìn)一步弄清楚向?qū)W生傳授什么?引導(dǎo)學(xué)生干什么?確定對(duì)先進(jìn)的教育理念、思想、方法的體現(xiàn)。第三是解決如何教的問題,也就是如何利用選定的知識(shí)載體,通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法融教育于課程教學(xué)。
篇3
關(guān)鍵詞:新時(shí)期計(jì)算機(jī)專業(yè);建設(shè);策略
中圖分類號(hào):TP393-4
2013年10月12日,以“新形勢(shì)下的計(jì)算機(jī)學(xué)科建設(shè)”為主題,“第十六屆全國高校計(jì)算機(jī)院長/系主任論壇”在上海交通大學(xué)徐匯校區(qū)召開,近200位來自全國高校計(jì)算機(jī)學(xué)院院長、計(jì)算機(jī)系主任、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專家學(xué)者、業(yè)界精英共聚一堂,研討學(xué)科建設(shè)改革,交流人才培養(yǎng)舉措,暢談當(dāng)前形勢(shì)下計(jì)算機(jī)學(xué)科面臨的熱點(diǎn)、機(jī)遇與挑戰(zhàn),這次論壇會(huì)議的召開為新時(shí)期中職院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)的建設(shè)和教學(xué)指明了發(fā)展的方向和路子。特別是《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)下發(fā)以后,中等職業(yè)學(xué)校根據(jù)近年來社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)的要求,確立了“專業(yè)立校、質(zhì)量興?!钡陌l(fā)展思路,致使學(xué)校近幾年培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生供不應(yīng)求,對(duì)計(jì)算機(jī)操作熟練、有“實(shí)戰(zhàn)”經(jīng)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)管理畢業(yè)生更是受用人單位“瘋搶”。所以說在中國隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展的今天,與之相關(guān)的信息技術(shù)也會(huì)得以高速發(fā)展,那么相關(guān)單位對(duì)有一技之長的中等專業(yè)計(jì)算機(jī)人才更是需求有加。
1 中職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)滯后的原因
1.1 信息技術(shù)課設(shè)置有問題。一是信息技術(shù)課教學(xué)課程設(shè)置多年不變,教材內(nèi)容陳舊;二是教學(xué)有隨波逐流現(xiàn)象。教學(xué)內(nèi)容盲從于教材,看到網(wǎng)絡(luò)受到世人的追捧,就會(huì)一擁而上教學(xué)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程,多媒體很時(shí)髦,把多媒體工具又添進(jìn)教學(xué)內(nèi)容;三是中職學(xué)校信息技術(shù)課教學(xué)沒有專業(yè)特色。
1.2 教學(xué)方式存在問題。計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生上理論課多,實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)抓得不夠,忽視了中職學(xué)生操作技能的教育,致使學(xué)生樣樣都會(huì)一點(diǎn),技能水平不高,不能夠在一個(gè)方面能夠很專業(yè),沒有一技之長,學(xué)生無法按照學(xué)到的知識(shí)在工作單位立即參與工作,社會(huì)適應(yīng)能力差,出現(xiàn)學(xué)生的就業(yè)脫節(jié)。
1.3 計(jì)算機(jī)專業(yè)教師隊(duì)伍問題。一是大多數(shù)職業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)教師都看重教學(xué)目標(biāo)的完成,但在教學(xué)中常常表現(xiàn)出經(jīng)驗(yàn)不足,不能夠進(jìn)行科研的問題;二是優(yōu)秀計(jì)算機(jī)從業(yè)人員在社會(huì)上有一定的“市場(chǎng)”,有一技之長的教師不夠安心,導(dǎo)致計(jì)算機(jī)教師流失快。三是學(xué)校不能保證教師業(yè)務(wù)進(jìn)修和自我學(xué)習(xí)時(shí)間,知識(shí)教師的知識(shí)水平不能夠與時(shí)俱進(jìn),影響了教學(xué)質(zhì)量,學(xué)生學(xué)得知識(shí)在社會(huì)后“學(xué)非所用”,已是淘汰過時(shí)。
1.4 教學(xué)設(shè)施的問題。一是對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來說就應(yīng)該在計(jì)算機(jī)上上課,以便鍛煉學(xué)生的上機(jī)實(shí)習(xí)水準(zhǔn),但就當(dāng)前的情況來說不少學(xué)校對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)習(xí)沒有足夠的機(jī)子應(yīng)對(duì),再加上有些學(xué)校機(jī)房設(shè)備老化,存在嚴(yán)重的設(shè)施投資資金短缺的問題。二是學(xué)生在單位碰到流行新式的配件反而無所適從;三是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)課時(shí)隨意安排現(xiàn)象嚴(yán)重,并且在學(xué)生的訓(xùn)練教學(xué)上缺乏目標(biāo)和監(jiān)督。
1.5 教學(xué)方法的陳舊。就當(dāng)前來說還有很多學(xué)校的計(jì)算機(jī)教學(xué)還是采用傳統(tǒng)的“粉筆加黑板”的說教式教學(xué)方式,教師沒有時(shí)代賦予教師的現(xiàn)代教育意識(shí)和激情,沒有充分認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的互動(dòng)式教學(xué)的先進(jìn)性,不使用或者不會(huì)使用多媒體教室、多媒體教學(xué)軟件、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué),致使教學(xué)效率低下。
1.6 產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不緊密的問題。目前學(xué)校的教師的教學(xué)、課題研究等因經(jīng)費(fèi)、精力等因素而使得教師對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)積極性不高,這就使得中職學(xué)校的教師不去研究教學(xué),更不去關(guān)注學(xué)科的前沿知識(shí),最終使得大多數(shù)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)結(jié)果和社會(huì)需求脫節(jié)。
2 新時(shí)期計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的策略
2.1 學(xué)校和教師要按照《規(guī)劃》要求更新計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的理念,注重學(xué)科的前沿知識(shí),及時(shí)組織相關(guān)人員根據(jù)新課標(biāo)要求,結(jié)合實(shí)際情況制定教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃,適時(shí)跟進(jìn)調(diào)整計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方向與目標(biāo),逐步從“以教師為中心,學(xué)生被動(dòng)接收”的傳統(tǒng)教學(xué)模式,過渡到“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式,根據(jù)市場(chǎng)需求,逐步把本專業(yè)建設(shè)成為集專業(yè)理論、學(xué)生實(shí)踐、教師教學(xué)“三位一體”的人才培養(yǎng)基地。
2.2 學(xué)校和教師要制定新時(shí)期的教學(xué)目標(biāo)與人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。一是培養(yǎng)愛崗敬業(yè),重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)精神與職業(yè)意識(shí)。二是根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的需要,學(xué)習(xí)必要的文化知識(shí),重在學(xué)生專業(yè)技能的訓(xùn)練和社會(huì)的需求上下功夫。三是教師要時(shí)刻關(guān)注學(xué)科的前沿知識(shí),力爭與時(shí)代同步發(fā)展,同時(shí)培養(yǎng)能夠適應(yīng)計(jì)算機(jī)高速發(fā)展而對(duì)知識(shí)進(jìn)行快速更新的中職學(xué)生的綜合素質(zhì)。
2.3 按照《規(guī)劃》要求強(qiáng)化計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)。一是培養(yǎng)具有“雙師型”素質(zhì)的師資隊(duì)伍。把教師送出去定期到高等學(xué)府參加各種計(jì)算機(jī)專業(yè)培訓(xùn);特別是中青年教師更要參加niit、思科、微軟、ceac等考證,以此來保證教師知識(shí)的全面性和整體素質(zhì)的提高。二是按照《規(guī)劃》要求創(chuàng)設(shè)條件,積極推進(jìn)教學(xué)能手、學(xué)科帶頭人建設(shè)等名師工作工程,以此來提高骨干教師業(yè)務(wù)水平與學(xué)術(shù)水平。三是強(qiáng)化與企業(yè)的橫向交流與縱向合作,在企業(yè)建設(shè)實(shí)習(xí)基地,讓老師到企業(yè)鍛煉,便于教師在教學(xué)時(shí)能夠教育出與時(shí)代同步、社會(huì)適應(yīng)能力較強(qiáng)的學(xué)生。四是進(jìn)行計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的綜合化改革,嘗試對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的基礎(chǔ)課和專業(yè)課進(jìn)行整合教學(xué),嘗試進(jìn)行考試改革,實(shí)施學(xué)生能力評(píng)價(jià)體系改革,采取激勵(lì)評(píng)價(jià)機(jī)制。五是加強(qiáng)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的分制管理,讓學(xué)生有更多的選擇面和權(quán)力,使學(xué)生可以花更多的精力放在學(xué)生自己感興趣的課程上,這是對(duì)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的嘗試和探索。六是在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生上機(jī)進(jìn)行足夠的訓(xùn)練,以此提升學(xué)生的操作能力,加強(qiáng)操作能力訓(xùn)練與考核力度,讓學(xué)生走向社會(huì)后即刻進(jìn)入工作崗位狀態(tài)。七是鼓勵(lì)學(xué)生多參加人社部等部門組織的理論考試,讓學(xué)生參加國家計(jì)算機(jī)等級(jí)考試、國家文字錄入技術(shù)鑒定,部分學(xué)生也可參加nit模塊考試和niit培訓(xùn),做到“藝不壓身”,而且“強(qiáng)身健體”。八是是加強(qiáng)校園網(wǎng)資源庫的建設(shè),積極推擠教學(xué)管理的創(chuàng)新。根據(jù)《規(guī)劃》精神和新課標(biāo)的要求、結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際積極推進(jìn)教學(xué)管理制度化、規(guī)范化、數(shù)據(jù)化、信息化,建立建全計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的各項(xiàng)管理制度,用制度來約束運(yùn)行機(jī)制,以運(yùn)行機(jī)制來規(guī)范“備、教、考、評(píng)”等教學(xué)活動(dòng),最終形成一個(gè)高效、有序的教學(xué)管理機(jī)制。
總之,中職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生能夠適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要,必須根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的文件精神,按照《中職學(xué)校計(jì)算機(jī)新課標(biāo)》的要求,根據(jù)教材內(nèi)容和學(xué)科的前沿知識(shí),以學(xué)生為本進(jìn)行教學(xué)。這種教學(xué)是注重提高計(jì)算機(jī)專業(yè)建設(shè)的質(zhì)量,保證專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,同時(shí)專業(yè)要結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活的需要和學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行學(xué)科的自我調(diào)節(jié)、自我發(fā)展、自我更新,最終提升學(xué)生的綜合能力和整體素質(zhì),以便能夠讓計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下相關(guān)部門的招工、就業(yè)市場(chǎng)的變遷和工作單位的變化,以便能夠讓計(jì)算機(jī)專業(yè)的走專門化道路,到社會(huì)上后要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和一技之長,為擴(kuò)大學(xué)生的擇業(yè)面和為其終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)、創(chuàng)造條件。
參考文獻(xiàn):
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篇4
關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;信息技術(shù)課程;計(jì)算機(jī)
計(jì)算思維的提出
思維是人腦對(duì)于客觀事物的本質(zhì)及其內(nèi)在聯(lián)系間接的和概括的反應(yīng),是一種認(rèn)識(shí)過程或心理活動(dòng)。簡單地說,思維是人進(jìn)行思考、通過人腦的活動(dòng)解決問題的能力,是人的智力在一個(gè)方面的體現(xiàn)。思維方式也是人類認(rèn)識(shí)論研究的重要內(nèi)容。
2006年3月,時(shí)任美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)(CMU)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任、現(xiàn)任美國基金會(huì)(MSP)計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)與工程部(CISE)主任的周以真(Jeannette M.Wing)教授,在美國計(jì)算機(jī)權(quán)威刊物《Communications of the ACM》上,首次提出了計(jì)算思維(Computational Thinking)的概念:“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為。它包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?!敝芤哉娼淌趶乃季S的視角闡述計(jì)算科學(xué),并以此來探索計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的教育價(jià)值。為此,周教授撰寫了針對(duì)大學(xué)所有新生的“計(jì)算思維”講義,并以此作為“怎樣像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思維”課程的主要教材。
計(jì)算思維這一概念提出后,立即得到美國教育界的廣泛支持,也引起了歐洲的極大關(guān)注。目前,計(jì)算思維是當(dāng)前國際計(jì)算機(jī)界廣為關(guān)注的一個(gè)重要概念,也是當(dāng)前計(jì)算機(jī)教育需要重點(diǎn)研究的課題。在美國,不僅有卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的專題討論,也有包括美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)、美國國家計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教師協(xié)會(huì)(CSTA)、美國數(shù)學(xué)研究所(AIM)等組織在內(nèi)的眾多團(tuán)體的參與;計(jì)算思維還直接促成美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)重大基金資助計(jì)劃CDI(Cyber-Enabled Discovery and Innovation)的產(chǎn)生,CDI計(jì)劃旨在使用計(jì)算思維產(chǎn)生的新思想、新方法,促進(jìn)美國自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的成果。CDI的最終研究成果將使人們的思維模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。這種以“計(jì)算思維”為核心的轉(zhuǎn)變,反映在美國國家自然科學(xué)與工程,以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。
計(jì)算思維不僅影響著美國,也影響著英國的教育,在英國的愛丁堡大學(xué),人們?cè)谝贿B串的研討會(huì)上探索與計(jì)算思維有關(guān)的主題。每次研討會(huì),都有不少專家討論計(jì)算思維對(duì)不同學(xué)科的影響。研討會(huì)上所涉及的學(xué)科已延伸到哲學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、建筑、教育等各個(gè)不同的領(lǐng)域。另外,英國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(BCS, British Computer Society)也組織了歐洲的專家學(xué)者對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行研討,提出了歐洲的行動(dòng)綱領(lǐng)。
國內(nèi)有關(guān)計(jì)算思維的研究
上世紀(jì)80年代,錢學(xué)森先生在總結(jié)前人的基礎(chǔ)之上,將思維科學(xué)作為11大科學(xué)技術(shù)門類之一,與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、人體科學(xué)、行為科學(xué)、軍事科學(xué)、地理科學(xué)、建筑科學(xué)、文學(xué)藝術(shù)并列在一起。自從錢學(xué)森提出思維科學(xué)以來,各種學(xué)科在思維科學(xué)的指導(dǎo)下逐漸發(fā)展起來,計(jì)算學(xué)科也不例外。黃崇福教授可能是國內(nèi)最早闡述計(jì)算思維的學(xué)者。1992年,黃崇福在其所著的《信息擴(kuò)散原理與計(jì)算思維及其在地震工程中的應(yīng)用》一書中給出了計(jì)算思維的定義:“計(jì)算思維就是思維過程或功能的計(jì)算模擬方法論,其研究的目的是提供適當(dāng)?shù)姆椒?,使人們能借助現(xiàn)代和將來的計(jì)算機(jī),逐步達(dá)到人工智能的較高目標(biāo)?!?/p>
國內(nèi)關(guān)于計(jì)算思維的研討大部分都是在與計(jì)算機(jī)方法論一起研究的。桂林電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院董榮勝教授在對(duì)計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)方法論的研究中指出:計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)方法論雖有各自的研究內(nèi)容與特色,但它們的互補(bǔ)性很強(qiáng),可以相互促進(jìn),計(jì)算機(jī)方法論可以對(duì)計(jì)算思維研究方面取得的成果進(jìn)行再研究和吸收,最終豐富計(jì)算機(jī)方法論的內(nèi)容;反之,計(jì)算思維能力的培養(yǎng)也可以通過計(jì)算機(jī)方法論的學(xué)習(xí)得到更大的提高。兩者之間的關(guān)系與現(xiàn)代數(shù)學(xué)思維和數(shù)學(xué)方法論之間的關(guān)系非常相似。
2009年7月26日,中國工程院院士、中科院計(jì)算技術(shù)研究所所長李國杰在NOI2009開幕式和NOI25周年紀(jì)念會(huì)上的講話提到:“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為,它選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題,對(duì)一個(gè)問題的相關(guān)方面建模并用最有效的辦法實(shí)現(xiàn)問題求解。有了計(jì)算機(jī),我們就能用自己的智慧去解決那些計(jì)算時(shí)代之前不敢嘗試的問題?!蓖?1月9日,在《中國信息技術(shù)已到轉(zhuǎn)變發(fā)展模式關(guān)鍵時(shí)刻》一文中,李國杰在展望未來信息技術(shù)的發(fā)展前景時(shí)指出:“20世紀(jì)下半葉是以信息技術(shù)發(fā)明和技術(shù)創(chuàng)新為標(biāo)志的時(shí)代,預(yù)計(jì)21世紀(jì)上半葉將興起一場(chǎng)以高性能計(jì)算和仿真、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、智能科學(xué)、計(jì)算思維為特征的信息科學(xué)革命,信息科學(xué)的突破可能會(huì)使21世紀(jì)下半葉出現(xiàn)一場(chǎng)新的信息技術(shù)革命?!?009年12月27日,中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年計(jì)算機(jī)科技論壇哈爾濱分論壇(YOCSE哈爾濱)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院青年沙龍共同舉辦了“計(jì)算思維”專題論壇的會(huì)議。哈工大計(jì)算機(jī)學(xué)院副院長王亞東教授作了題為“計(jì)算與計(jì)算思維”的報(bào)告。報(bào)告從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的角度出發(fā),講述了計(jì)算思維已經(jīng)和即將對(duì)各門學(xué)科產(chǎn)生的影響,在計(jì)算機(jī)專業(yè)的各門課程中滲透“計(jì)算思維”的設(shè)想,并倡議學(xué)者們總結(jié)計(jì)算思維有哪些類別,以及它們和各門學(xué)科、日常生活的關(guān)系。
2010年7月19日至20日,北京大學(xué)等九所知名高校在西安交通大學(xué)舉辦了“C9高校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”。教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任陳國良院士親臨大會(huì),作了“計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究”的報(bào)告。大會(huì)就增強(qiáng)大學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)發(fā)表了“C9高校聯(lián)盟計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明”。
計(jì)算思維的關(guān)鍵內(nèi)容
當(dāng)我們必須求解一個(gè)特定的問題時(shí),首先會(huì)問:解決這個(gè)問題有多么困難?怎樣才是最佳的解決方法?當(dāng)我們以計(jì)算機(jī)解決問題的視角來看待這個(gè)問題,我們需要根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)來準(zhǔn)確地回答這些問題。同時(shí),我們還要考慮工具的基本能力,考慮機(jī)器的指令系統(tǒng)、資源約束和操作環(huán)境等問題。
為了有效地求解一個(gè)問題,我們可能要進(jìn)一步問:一個(gè)近似解是否就夠了,是否有更簡便的方法,是否允許誤報(bào)和漏報(bào)?計(jì)算思維就是通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法,把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決的問題。
計(jì)算思維是一種遞歸思維,是一種并行處理。它可以把代碼譯成數(shù)據(jù)又把數(shù)據(jù)譯成代碼。它是由廣義量綱分析進(jìn)行的類型檢查。例如,對(duì)于別名或賦予人與物多個(gè)名字的做法,它既知道其益處又了解其害處;對(duì)于間接尋址和程序調(diào)用的方法,它既知道其威力又了解其代價(jià);它評(píng)價(jià)一個(gè)程序時(shí),不僅僅根據(jù)其準(zhǔn)確性和效率,還有美學(xué)的考量,而對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì),還考慮簡潔和優(yōu)雅。計(jì)算思維是一種多維分析推廣的類型檢查方法。
計(jì)算思維采用了抽象和分解來迎接龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大復(fù)雜的系統(tǒng),它是一種基于關(guān)注點(diǎn)分離的方法(Separation of Concerns,簡稱SOC方法)。例如,它選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題,或者選擇合適的方式對(duì)一個(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理;它是利用不變量簡明扼要且表述性地刻畫系統(tǒng)的行為;它是我們?cè)诓槐乩斫饷恳粋€(gè)細(xì)節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)的信息;它就是為預(yù)期的未來應(yīng)用而進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)取和緩存的設(shè)計(jì)。
計(jì)算思維是按照預(yù)防、保護(hù)及通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式,并從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的一種思維。例如,對(duì)于“死鎖”,計(jì)算思維就是學(xué)習(xí)探討在同步相互會(huì)合時(shí)如何避免“競爭條件”的情形。
計(jì)算思維利用啟發(fā)式的推理來尋求解答,它可以在不確定的情況下規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。例如,它采用各種搜索策略來解決實(shí)際問題。計(jì)算思維利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算,在時(shí)間和空間之間,在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行權(quán)衡。例如,它在內(nèi)存和外存的使用上進(jìn)行了巧妙的設(shè)計(jì);它在數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮過程中平衡時(shí)間和空間的開銷。
計(jì)算思維與生活密切相關(guān):當(dāng)你早晨上學(xué)時(shí),把當(dāng)天所需要的東西放進(jìn)背包,這就是“預(yù)置和緩存”;當(dāng)有人丟失自己的物品,你建議他沿著走過的路線去尋找,這就叫“回推”;在對(duì)自己租房還是買房做出決策時(shí),這就是“在線算法”;在超市付費(fèi)時(shí),決定排哪個(gè)隊(duì),這就是“多服務(wù)器系統(tǒng)”的性能模型;為什么停電時(shí)你的電話還可以使用,這就是“失敗無關(guān)性”和“設(shè)計(jì)冗余性”。由此可見,計(jì)算思維與人們的工作與生活密切相關(guān),計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)成為人類不可或缺的一種生存能力。
計(jì)算機(jī)科學(xué)是計(jì)算的學(xué)問,它研究什么是可計(jì)算的,怎樣去計(jì)算。計(jì)算思維具有以下特性:(1)概念化,不是程序化。計(jì)算機(jī)科學(xué)不是計(jì)算機(jī)編程。像計(jì)算機(jī)科學(xué)家那樣去思維意味著遠(yuǎn)不止能為計(jì)算機(jī)編程,還要求能夠在抽象的多個(gè)層次上思維。(2)根本的,不是刻板的技能。根本技能是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的??贪寮寄芤馕吨鴻C(jī)械的重復(fù)。具有諷刺意味的是,當(dāng)計(jì)算機(jī)像人類一樣思考之后,思維可就真的變成機(jī)械的了。(3)是人的,不是計(jì)算機(jī)的思維方式。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑,但絕非要使人類像計(jì)算機(jī)那樣地思考。計(jì)算機(jī)枯燥且沉悶,人類聰穎且富有想象力,是人類賦予計(jì)算機(jī)激情。配置了計(jì)算設(shè)備,我們就能用自己的智慧去解決那些在計(jì)算時(shí)代之前不敢嘗試的問題。計(jì)算機(jī)賦予人類強(qiáng)大的計(jì)算能力,人類應(yīng)該好好地用這種力量去解決各種需要大量計(jì)算的問題。(4)數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維,因?yàn)橄袼械目茖W(xué)一樣,其形式化基礎(chǔ)建筑于數(shù)學(xué)之上。計(jì)算機(jī)科學(xué)又從本質(zhì)上源自工程思維,因?yàn)槲覀兘ㄔ斓氖悄軌蚺c實(shí)際世界互動(dòng)的系統(tǒng),基本計(jì)算設(shè)備的限制迫使計(jì)算機(jī)科學(xué)家必須計(jì)算性地思考,不能只是數(shù)學(xué)性地思考。構(gòu)建虛擬世界的自由使我們能夠設(shè)計(jì)超越物理世界的各種系統(tǒng)。(5)是思想,不是人造物。不只是我們生產(chǎn)的軟件硬件等人造物將以物理形式到處呈現(xiàn)并時(shí)時(shí)刻刻觸及我們的生活,更重要的是計(jì)算概念,這種概念被人們用于求解問題、管理日常生活、與他人交流和互動(dòng)。(6)面向所有的人,所有地方。當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類活動(dòng)的整體以致不再表現(xiàn)為一種顯式之哲學(xué)的時(shí)候,它就將成為一種現(xiàn)實(shí)。就教學(xué)而言,計(jì)算思維作為一個(gè)問題解決的有效工具,應(yīng)當(dāng)在所有地方、所有學(xué)校的課堂教學(xué)中得到應(yīng)用。
計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科的方法論
正如本文第二部分所述,計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)學(xué)科的方法論研究有很大的相似性,國內(nèi)很多學(xué)者都在同時(shí)研究。計(jì)算思維和計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論都是試圖通過可計(jì)算性原理、形理算一體原理和機(jī)算設(shè)計(jì)原理,從思維和方法的高度來進(jìn)行抽象,以尋求具有一定普適意義的學(xué)科價(jià)值。
所謂可計(jì)算性原理亦即計(jì)算的可行性原理。1936年,英國科學(xué)家圖靈提出了計(jì)算思維領(lǐng)域的計(jì)算可行性問題:即怎樣判斷一類數(shù)學(xué)問題是否是機(jī)械可解的,或者說一些函數(shù)是否可計(jì)算。所謂形理算一體原理,是針對(duì)具體問題應(yīng)用相關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)規(guī)律的原理。在計(jì)算思維領(lǐng)域,就是從物理圖像和物理模型出發(fā),尋找相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具與計(jì)算方法進(jìn)行問題求解。所謂機(jī)算設(shè)計(jì)原理,就是利用物理器件和運(yùn)行規(guī)則(算法)相結(jié)合完成某個(gè)任務(wù)的原理。在計(jì)算思維領(lǐng)域,最顯著的成果就是電子計(jì)算機(jī)的創(chuàng)造(計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)原理),比如,電子計(jì)算機(jī)構(gòu)成就是五個(gè)外部設(shè)備(計(jì)算器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備)以及運(yùn)用二進(jìn)制和存儲(chǔ)程序的概念來達(dá)到解決問題的目的。
盡管計(jì)算思維的學(xué)科體系尚未成熟,但在教學(xué)和培訓(xùn)中的應(yīng)用和推廣已逐步開展。一些從事計(jì)算機(jī)教育的學(xué)者在教學(xué)過程中推進(jìn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng),標(biāo)志性的事情包括2008年美國國家計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教師協(xié)會(huì)(CSTA)在網(wǎng)上了得到美國微軟公司支持的《計(jì)算思維:一個(gè)所有課堂問題解決的工具》(Computational Thinking: A problem solving tool for every classroom)報(bào)告。2008年,ACM在網(wǎng)上公布了對(duì)CS2001(美國關(guān)于大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)的教學(xué)大綱)進(jìn)行中期審查的報(bào)告(CS2001 Interim Review),開始將美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授周以真倡導(dǎo)的“計(jì)算機(jī)思維”與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)論”課程綁定在一起,并明確要求該課程講授計(jì)算機(jī)思維的本質(zhì)。美國計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)教師協(xié)會(huì)認(rèn)為,計(jì)算思維應(yīng)當(dāng)是所有學(xué)校所有課堂教學(xué)都應(yīng)當(dāng)采用的一個(gè)工具。采用這個(gè)工具,教師自然會(huì)問以下幾個(gè)問題:(1)人所固有的能力與局限性?計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與局限性?(2)問題到底有多復(fù)雜?即問題解決的時(shí)間復(fù)雜性、空間復(fù)雜性?(3)問題解決的判定條件是什么?(4)什么樣的技術(shù)(各種建模技術(shù))能被應(yīng)用于當(dāng)前的問題求解或討論之中?(5)什么樣的計(jì)算策略更有利于當(dāng)前問題的解決?
計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論是認(rèn)知計(jì)算學(xué)科的方法和工具,也是計(jì)算學(xué)科認(rèn)知領(lǐng)域的理論體系。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論也進(jìn)一步推進(jìn)了大學(xué)計(jì)算思維的培養(yǎng)。在大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中,引入計(jì)算思維關(guān)注點(diǎn)分離的方法解決軟件工程課程中的問題求解、算法設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法以及軟件開發(fā)過程、軟件項(xiàng)目管理和軟件開發(fā)方法學(xué)等諸多方面的問題,因?yàn)樽鳛樽钪匾挠?jì)算思維原則之一,關(guān)注點(diǎn)分離是計(jì)算科學(xué)和軟件工程在長期實(shí)踐中確立的一項(xiàng)方法論原則。離散數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算思維去解決離散數(shù)學(xué)中的模型與數(shù)理邏輯、遞歸與等價(jià)關(guān)系數(shù)目的求解、模塊化與群、等價(jià)關(guān)系證明等問題。
目前,盡管計(jì)算思維已在大學(xué)教學(xué)中逐步應(yīng)用,但是,計(jì)算思維本身還未成為獨(dú)立的學(xué)科體系,并且在教學(xué)中的應(yīng)用都是少數(shù)專家學(xué)者在進(jìn)行小規(guī)模探索性的實(shí)驗(yàn)性教學(xué),在培養(yǎng)過程中沒有系統(tǒng)性的應(yīng)用計(jì)算思維的系列方法,因此效果并不明顯。
計(jì)算思維對(duì)信息技術(shù)課程的影響
盡管有關(guān)計(jì)算思維的研究目前主要在高校,在國內(nèi),也僅在為數(shù)不多的高校計(jì)算機(jī)系或計(jì)算機(jī)學(xué)院開展教學(xué)實(shí)踐探索。由于計(jì)算機(jī)學(xué)科和信息技術(shù)學(xué)科有著天然的緊密聯(lián)系,計(jì)算思維也會(huì)對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)課程產(chǎn)生影響。
1.計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能
計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能,不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家。我們應(yīng)當(dāng)使每個(gè)孩子在培養(yǎng)解析能力時(shí)不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)(Reading, wRiting, and aRithmetic——3R),還要學(xué)會(huì)計(jì)算思維。正如印刷出版促進(jìn)了3R的普及,計(jì)算和計(jì)算機(jī)也以類似的正反饋促進(jìn)了計(jì)算思維的傳播。當(dāng)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)在嘗試用計(jì)算思維開展計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)的時(shí)候,教授們已提出應(yīng)當(dāng)為大學(xué)新生開一門稱為“怎么像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思維”的課程,面向所有專業(yè),而不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。我們應(yīng)當(dāng)使入大學(xué)之前的學(xué)生接觸計(jì)算的方法和模型。我們應(yīng)當(dāng)設(shè)法激發(fā)公眾對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域科學(xué)探索的興趣,傳播計(jì)算機(jī)科學(xué)的快樂、崇高和力量,致力于使計(jì)算思維成為常識(shí)。從目前中小學(xué)的課程設(shè)置來看,通過信息技術(shù)課程讓學(xué)生接觸計(jì)算思維是最有效的途徑。2000年以來,我們已經(jīng)習(xí)慣于將提升學(xué)生信息素養(yǎng)作為信息技術(shù)課程目標(biāo),隨著計(jì)算思維的引入,需要我們?nèi)ヌ剿餍畔⑺仞B(yǎng)與計(jì)算思維的關(guān)系。
2.計(jì)算思維促進(jìn)信息技術(shù)學(xué)科思維的研究
目前的信息技術(shù)課程普遍存在著“只見技術(shù)不見人”和“什么實(shí)用教什么”的現(xiàn)象。前者反映我國課程實(shí)現(xiàn)中存在著過度的技術(shù)化取向問題,后者反映了功利主義的課程價(jià)值認(rèn)識(shí)。其實(shí),這兩種現(xiàn)象所反映的本質(zhì)都是相同的,即以簡單技術(shù)掌握為第一要義,雖然強(qiáng)調(diào)了用信息技術(shù)解決實(shí)際問題,但也僅是解決如何操作軟件以達(dá)到學(xué)以致用,缺乏從學(xué)生人生發(fā)展的高度看待信息技術(shù)課程所應(yīng)有的價(jià)值。
筆者曾從信息技術(shù)課程中有關(guān)算法與程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)價(jià)值的角度提出算法思維是一種解決問題的過程性思維方式:算法思維就是能清楚說明問題解決的方法,能夠?qū)⒁粋€(gè)復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成若干子問題并將其進(jìn)一步簡化,以達(dá)到解決問題的目的,這也是科學(xué)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技能;算法思維就是能清楚地理解問題解決的規(guī)則,能夠認(rèn)識(shí)到問題的起點(diǎn)、邊界和限定范圍,按部就班地完成任務(wù)或解決問題;算法思維就是能清楚地分析問題解決方法的優(yōu)劣,能夠設(shè)計(jì)與構(gòu)造操作步驟更少、更經(jīng)濟(jì)的算法。
算法思維的提出在一定程度上解決“算法與程序設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)價(jià)值不是僅對(duì)口程序員的培養(yǎng),就像數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)不僅是培養(yǎng)會(huì)計(jì)一樣。通過算法和程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí),學(xué)生可以體驗(yàn)解決問題的過程,規(guī)范的設(shè)計(jì)與工藝要求,以及人與計(jì)算機(jī)共存的思維特征。但是,算法思維是以算法為出發(fā)點(diǎn),相比以計(jì)算理論出發(fā)的計(jì)算思維,有更多的局限性。因此,計(jì)算思維有利于推進(jìn)信息技術(shù)課程在學(xué)科思維方面的研究,有利于學(xué)生通過信息技術(shù)課程獲得終身有用的知識(shí)與能力,而不是面臨過時(shí)的計(jì)算機(jī)操作步驟。
3.計(jì)算思維引發(fā)有關(guān)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)學(xué)科的關(guān)系思考
計(jì)算機(jī)界長期以來一直認(rèn)為程序設(shè)計(jì)語言是進(jìn)入計(jì)算學(xué)科領(lǐng)域的優(yōu)秀工具,也是獲得計(jì)算機(jī)重要特征的有力工具。早期中小學(xué)開展BASIC語言學(xué)習(xí),其本意也是以認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)特征為目的。其存在的明顯問題是缺乏學(xué)科思維,過多地關(guān)注具體語言的細(xì)節(jié)。而以應(yīng)用軟件為學(xué)習(xí)對(duì)象的計(jì)算機(jī)課程,雖然強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用,但仍然關(guān)注軟件操作細(xì)節(jié)的學(xué)習(xí),使得課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與社會(huì)上的軟件培訓(xùn)班相差無幾。隨著計(jì)算機(jī)軟件的豐富與普及,以及計(jì)算機(jī)操作的人性化,重視工具操作、缺乏思維和方法的計(jì)算機(jī)課程面臨改革是必然的。
信息技術(shù)課程不僅在課程目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了從掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)和技能到信息素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變,課程形態(tài)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)方式、教材等方面都有了較大的發(fā)展與改進(jìn)。但是,目前的信息技術(shù)課程在處理學(xué)習(xí)內(nèi)容中,“人如何處理信息”、“人如何用工具處理信息”以及“工具如何處理信息(人如何制造信息處理工具)”三者關(guān)系時(shí)把握不清,特別是對(duì)于有關(guān)計(jì)算機(jī)原理與操作的學(xué)習(xí)內(nèi)容,存在既想回避又無法回避的現(xiàn)狀,要回避是因?yàn)橐苊鈱W(xué)科教學(xué)走回原計(jì)算機(jī)課老路,但計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的典型代表在教學(xué)中又無法回避。
信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)都能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工,這種加工有自動(dòng)化屬性。兩者都反映了一個(gè)根本的問題:什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。這也是計(jì)算思維經(jīng)抽象以后反映的根本問題。計(jì)算思維將促進(jìn)信息技術(shù)課程中信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)系問題,即計(jì)算機(jī)在信息技術(shù)課程中的地位問題。
結(jié)束語
對(duì)于計(jì)算思維來講,要成為一門學(xué)科,還有很長的路要走。目前,計(jì)算思維還不是知識(shí)形態(tài)的學(xué)科,因?yàn)槠浔旧淼母拍?、原理、特征、培養(yǎng)方法論以及創(chuàng)新方法論等方面的知識(shí)體系并未形成,也不是大多數(shù)學(xué)?;蜓芯克虒W(xué)內(nèi)容的基本單位。這方面的學(xué)者、知識(shí)信息及學(xué)術(shù)資料所組成的實(shí)體化組織雖然正在形成,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到成熟。另外,各國的教育行政主管部門還沒有完全認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維的重要性。因此,計(jì)算思維學(xué)科體系的建立任重而道遠(yuǎn)。
篇5
關(guān)鍵詞:“三型”人才;計(jì)算機(jī)應(yīng)用;人才培養(yǎng)模式;模式設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)文章編號(hào):16727800(2013)0010000802
基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目:常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)教育研究項(xiàng)目(2013JY011)
作者簡介:廖定安(1976-),男,常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系講師,研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)倉庫、智能系統(tǒng)。
0引言
近年來,由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)培養(yǎng)模式的滯后,使得當(dāng)今高職院校學(xué)生的創(chuàng)新能力不足,學(xué)生實(shí)際應(yīng)用開發(fā)能力較弱,與用戶溝通困難。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①專業(yè)特色不明顯,知識(shí)相對(duì)陳舊,學(xué)生的知識(shí)“雜”而不“專”;②人才結(jié)構(gòu)性矛盾突出,高校培養(yǎng)的人才層次不合理,培養(yǎng)中普遍存在“一刀切”現(xiàn)象,與社會(huì)真正需求脫軌;③ 科研與實(shí)踐訓(xùn)練不足,人才培養(yǎng)沒有達(dá)到真正的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合;④學(xué)生的創(chuàng)新能力與行業(yè)交流溝通能力較弱。
國外計(jì)算機(jī)應(yīng)用職業(yè)教育也強(qiáng)調(diào)立足學(xué)生實(shí)際,但其分層分類細(xì)化的人才培養(yǎng)模式比國內(nèi)先進(jìn)。美國的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生廣闊的知識(shí)面、較好的學(xué)科適應(yīng)能力。對(duì)此,他們的課程設(shè)置范圍十分廣泛,并且學(xué)生選課自由;教師授課以學(xué)生為主體,側(cè)重應(yīng)用,內(nèi)容不拘泥于教材的特定知識(shí)體系,而是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,并實(shí)時(shí)更新;學(xué)校與行業(yè)公司聯(lián)系緊密,常常請(qǐng)一些著名的計(jì)算機(jī)公司的開發(fā)人員給學(xué)生做現(xiàn)場(chǎng)講座;教師要求學(xué)生學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)查閱文獻(xiàn),總結(jié)學(xué)科前沿,技術(shù)明確自己在行業(yè)中的角色與定位,并組織學(xué)生在課堂及時(shí)討論并進(jìn)行組織引導(dǎo)。如此一系列的培養(yǎng)過程,可以為學(xué)生創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。
英國計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)根據(jù)學(xué)生的不同需要,課程設(shè)置有的側(cè)重工程,有的卻偏向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。教學(xué)過程中,根據(jù)學(xué)生的不同需求加強(qiáng)對(duì)學(xué)生不同能力的培養(yǎng),尤其注重學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力培養(yǎng),學(xué)生除了參加課堂學(xué)習(xí)之外,還要完成一系列綜合練習(xí)、團(tuán)隊(duì)作業(yè),這在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能的同時(shí),還加強(qiáng)了學(xué)生的協(xié)作意識(shí)和獨(dú)立完成任務(wù)的能力,為適應(yīng)激烈的就業(yè)競爭環(huán)境打下了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然,英國也強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研素質(zhì)的培養(yǎng),教師根據(jù)各自的專業(yè)特色讓學(xué)生選擇多個(gè)與計(jì)算機(jī)交叉的學(xué)科,學(xué)科的交叉往往能激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力,相應(yīng)培養(yǎng)了學(xué)生的科研素質(zhì)。
計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)趨勢(shì)是:深入貫徹《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》文件精神,立足學(xué)生實(shí)際,優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容,改革教學(xué)方法,構(gòu)建創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式,以培養(yǎng)面向市場(chǎng)需求的,具備創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)開發(fā)能力和好的交流溝通能力的三型技能人才為目標(biāo)。開展“三型”計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)模式的研究具有較好的理論意義和實(shí)際應(yīng)用意義。
1“三型”計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)模式思考
(1) 改革課程內(nèi)容,構(gòu)建科學(xué)的課程體系。眾所周知,計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的知識(shí)更新速度快,因此要結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),不斷更新課程內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容要突出理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合,基礎(chǔ)理論課以應(yīng)用為目的,專業(yè)課結(jié)合行業(yè)需要,增強(qiáng)針對(duì)性與實(shí)用性,實(shí)踐教學(xué)要與行業(yè)緊密聯(lián)系,必要時(shí)請(qǐng)行業(yè)專家參與指導(dǎo)。課程建設(shè)是一項(xiàng)長期、細(xì)致的工作,需要不斷地總結(jié)、積累和提高,在課程體系的不斷更新過程中,也要保持一定的穩(wěn)定性。專業(yè)教研室(學(xué)校)可通過與相關(guān)行業(yè)的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作,完全參照市場(chǎng)需求,每隔固定的時(shí)間周期對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行更新、完善課程體系,縮小學(xué)校和行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)與需求之間的差距,從而真正意義上解決學(xué)校培養(yǎng)和行業(yè)需求脫節(jié)這一根本問題。
(2) 改革教學(xué)方法,運(yùn)用多種現(xiàn)代化教學(xué)手段。在課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)施多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異把學(xué)生分成不同的類別,根據(jù)課程和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的要求分成不同的層次,實(shí)施橫向與縱向差別化教育,體現(xiàn)因材施教的教育思想。
除了傳統(tǒng)的教學(xué)手段外,還可采用豐富多彩的電子課件進(jìn)行教學(xué)。每門課程,教學(xué)團(tuán)隊(duì)中每位授課教師都制作了具有自己特點(diǎn)的多媒體CAI教學(xué)課件。課件把難以講解的知識(shí)點(diǎn)和紛繁的工作過程,作了生動(dòng)、活潑、形象、直觀的演示,激發(fā)了學(xué)生的興趣。同時(shí),我們特別注重網(wǎng)上平臺(tái)建設(shè),分別開發(fā)了教學(xué)資源共享支撐平臺(tái)、在線教學(xué)支撐系統(tǒng)等多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái),供教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí),學(xué)生可隨時(shí)網(wǎng)上下載視頻、課件資源,從而構(gòu)建立體化教學(xué)模式。
(3)采用基于真實(shí)工作過程的項(xiàng)目化教材。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)知識(shí)更新快,專業(yè)課教材的更新往往趕不上知識(shí)和技術(shù)的更新。傳統(tǒng)項(xiàng)目化教材大多數(shù)并非真正意義的基于真實(shí)工作過程,而只是在章節(jié)上體現(xiàn)項(xiàng)目模塊和任務(wù)模塊。因此,應(yīng)采用基于真實(shí)工作過程的項(xiàng)目化教材,并在教材中及時(shí)補(bǔ)充或更新新的知識(shí)和技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。我們與兄弟院校合作,組織教師參加全國高等職業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的教材編寫。聯(lián)合使用基于真實(shí)工作過程的項(xiàng)目化教材,集體備課,利用現(xiàn)代化教學(xué)手段,開展網(wǎng)上教學(xué)、網(wǎng)上教學(xué)資源共享,并把網(wǎng)上信息作為內(nèi)容最廣泛的教材。
(4)應(yīng)用實(shí)效的“校企合作、工學(xué)結(jié)合”的實(shí)踐過程。在項(xiàng)目化教學(xué)方面,一直困擾課程教學(xué)的是項(xiàng)目的真實(shí)應(yīng)用性,我們有多個(gè)橫向課題,完全解決了基于工作過程中的項(xiàng)目教學(xué)資源匱乏問題。
傳統(tǒng)項(xiàng)目式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在開發(fā)企業(yè)或模擬開發(fā)企業(yè)情境下,被動(dòng)地接受開發(fā)任務(wù),這種模式限制了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、思考及創(chuàng)新能力,以及缺乏學(xué)生在社會(huì)行業(yè)場(chǎng)景交流能力的鍛煉。我們提出基于“企-校-企”三方平臺(tái)工作過程思想,即客戶企業(yè)向校方(指教師帶隊(duì)學(xué)生項(xiàng)目組)提出開發(fā)任務(wù),校方主動(dòng)跟客戶企業(yè)洽談業(yè)務(wù)需求,提出解決方案;隨后,校方項(xiàng)目組成員與開發(fā)企業(yè)專家交流,或在真實(shí)開發(fā)企業(yè)情境下進(jìn)行客戶需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)并撰寫項(xiàng)目計(jì)劃書。在這種“企-校-企”三方平臺(tái)下,充分鍛煉了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考及創(chuàng)新能力,也鍛煉了學(xué)生的社會(huì)行業(yè)場(chǎng)景交流能力,實(shí)現(xiàn)了真正意義的產(chǎn)學(xué)結(jié)合。
(5)提高教師自身能力,構(gòu)建合理的師資隊(duì)伍。隨著計(jì)算機(jī)知識(shí)與技術(shù)的更新,要求計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師不斷學(xué)習(xí)、不斷更新知識(shí)體系,重要的是還必須具備專業(yè)教育和企業(yè)一線相關(guān)實(shí)踐的知識(shí)與能力。一方面,要重視教師進(jìn)修學(xué)歷,鼓勵(lì)教師到企業(yè)一線進(jìn)行掛職鍛煉,培養(yǎng)教師擁有為企業(yè)服務(wù)之能力,把理論知識(shí)融匯到實(shí)踐工作中去,成為“理論水平高,實(shí)踐能力強(qiáng)”的雙師型人才。教師在教學(xué)時(shí)就可把一線經(jīng)驗(yàn)直接傳授給學(xué)生,做到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合;另一方面,可以通過科研促進(jìn)教學(xué),鼓勵(lì)和引導(dǎo)教師利用各種渠道爭取橫縱向科研課題,通過對(duì)科研課題的研究來不斷提高自身的科研水平和教學(xué)水平。
同時(shí),我們要求骨干教師每年必須承擔(dān)工程項(xiàng)目的開發(fā)工作,保證與企業(yè)保持緊密聯(lián)系;盡量參加國際國內(nèi)的教育、學(xué)術(shù)交流活動(dòng),開闊視野,豐富和更新知識(shí),提高教學(xué)水平,保證教師有先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)方法,保證骨干教師具有專業(yè)課程開發(fā)的能力;經(jīng)常組織團(tuán)隊(duì)開展學(xué)習(xí)討論活動(dòng),共同討論教學(xué)、項(xiàng)目開發(fā)中存在的問題,研討教學(xué)與科研的方法,以促進(jìn)教學(xué)效果、提高科研能力。
(6)激勵(lì)學(xué)生參與各類技能競賽、參加科研課題工作,完善學(xué)生科技創(chuàng)新體系。傳統(tǒng)導(dǎo)師制是學(xué)生在第三年才分配,我們采取進(jìn)校導(dǎo)師分配制,學(xué)生進(jìn)校后,雙向選擇個(gè)人導(dǎo)師,這樣可以更好地引導(dǎo)學(xué)生,充分挖掘?qū)W生潛力。鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好參加各種社會(huì)實(shí)踐、學(xué)科競賽、申報(bào)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、參與應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),或者讓他們參與教師的一些科研項(xiàng)目。實(shí)際項(xiàng)目和應(yīng)用系統(tǒng)要和專業(yè)緊密相關(guān),要具有一定前沿性。學(xué)生參與的項(xiàng)目要難度適中,在學(xué)生的能力解決范圍之內(nèi),但是不能太容易,學(xué)生通過一定的努力后能夠解決。這樣學(xué)生的不同潛力得到了挖掘和發(fā)揮,也激發(fā)了學(xué)生的參與熱情,激發(fā)了他們的創(chuàng)造性思維和能動(dòng)性,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
2結(jié)語
總體來說,“三型”計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)模式是一種系統(tǒng)的、全新的人才培養(yǎng)理念,該模式有利于學(xué)科發(fā)展和專業(yè)建設(shè),有利于促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化,有利于促進(jìn)高等技術(shù)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng),真正意義上實(shí)現(xiàn)學(xué)校與社會(huì)的無縫對(duì)接,促進(jìn)學(xué)生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)。同時(shí),師生的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)課題、項(xiàng)目、作品能夠獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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篇6
關(guān)鍵詞:計(jì)算思維;離散數(shù)學(xué);教學(xué)方法;抽象;自動(dòng)化
計(jì)算思維是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Jeannette M. Wing教授在2006年提出的教育理念[1],被認(rèn)為是近十年來產(chǎn)生的最具有基礎(chǔ)性、長期性的重要思想[2]。Wing教授認(rèn)為計(jì)算思維不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家,還應(yīng)該和閱讀、寫作和算術(shù)一樣,成為21世紀(jì)每個(gè)人必須具備的基本技能。
計(jì)算思維的概念一經(jīng)提出就引起了國內(nèi)外科學(xué)界和教育界的廣泛關(guān)注??茖W(xué)界主要關(guān)注于計(jì)算思維如何深刻影響其他領(lǐng)域的思考方式,進(jìn)而如何促進(jìn)其他領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。例如美國國家科學(xué)基金會(huì)于2008年啟動(dòng)了以計(jì)算思維為核心的重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃“計(jì)算使能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新”,旨在通過計(jì)算思維領(lǐng)域的創(chuàng)新和進(jìn)步來促進(jìn)自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的成果。教育界主要關(guān)注于對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。例如ACM和IEEE-CS在修訂后的計(jì)算機(jī)科學(xué)教程2008(Computer Science Curriculum 2008)[3]79-84中明確指出應(yīng)該將計(jì)算思維作為計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分。
計(jì)算思維對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的要求。針對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)問題,文獻(xiàn)[4]介紹了普渡大學(xué)開設(shè)計(jì)算思維導(dǎo)論課程取得的經(jīng)驗(yàn)。文獻(xiàn)[5]對(duì)以計(jì)算思維為基礎(chǔ)和以學(xué)科思想與方法為基礎(chǔ)的兩類計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程進(jìn)行了分析比較。文獻(xiàn)[6]探討了如何在程序設(shè)計(jì)課程中強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算思維能力。文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]分別探討了如何在編譯原理課程和人工智能課程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。
離散數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程;該課程不僅為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理、人工智能等專業(yè)課程提供必須的基礎(chǔ)知識(shí),更是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和邏輯思維能力起著重要作用。因此,針對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力這個(gè)新的目標(biāo),抓好離散數(shù)學(xué)課程的教學(xué)顯得尤其重要。本文首先對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)與離散數(shù)學(xué)教學(xué)之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行分析,然后通過若干案例探討如何在離散數(shù)學(xué)教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。
1計(jì)算思維培養(yǎng)與離散數(shù)學(xué)教學(xué)
在探討對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)之前我們需要明確什么是計(jì)算思維。根據(jù)Cuny、Snyder和Wing等的定義[9],計(jì)算思維是指對(duì)問題及其解決方案進(jìn)行闡釋進(jìn)而將解決方案表示成可以被信息處理(information-processing agent)有效實(shí)現(xiàn)的形式的思維過程。從這個(gè)定義可以看出,計(jì)算思維最本質(zhì)的內(nèi)容是抽象和自動(dòng)化;而這兩個(gè)內(nèi)容恰好反映了計(jì)算的根本問題,即什么能被有效地自動(dòng)進(jìn)行。
從外延的角度來看,計(jì)算思維運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念來求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為,包括了一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法[1]。例如,計(jì)算思維通過約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真等方法,把一個(gè)看起來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道如何解決的問題;計(jì)算思維采用抽象和分解來迎接龐雜的任務(wù);計(jì)算思維選擇合適的表示方式來陳述一個(gè)問題或者對(duì)問題的相關(guān)方面進(jìn)行建模,從而使問題易于處理;計(jì)算思維通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等方法來預(yù)防、檢測(cè)或者從最壞的情況恢復(fù)系統(tǒng);計(jì)算思維在時(shí)間與空間,處理能力與存儲(chǔ)容量等之間進(jìn)行折中,計(jì)算思維進(jìn)行遞歸思考等等。
根據(jù)Jeannette M. Wing等的設(shè)想[9],一個(gè)人具備計(jì)算思維能力之后將體現(xiàn)在以下方面:給定一個(gè)問題,能夠理解其哪些方面是可以計(jì)算的;能夠?qū)τ?jì)算工具或技術(shù)與需要解決的問題之間的匹配程度進(jìn)行評(píng)估,能夠理解計(jì)算工具和技術(shù)所具有的能力和局限性;能夠?qū)⒂?jì)算工具和技術(shù)用于解決新的問題;能夠識(shí)別出使用新的計(jì)算方式的機(jī)會(huì);能夠在任何領(lǐng)域應(yīng)用諸如分而治之等計(jì)算策略。此外,對(duì)于科學(xué)家、工程師以及其他專業(yè)人士來說,具備計(jì)算思維能力之后還應(yīng)該能夠應(yīng)用新的計(jì)算方法來解決具體的專業(yè)問題,能夠?qū)栴}進(jìn)行重新闡釋從而可以采用計(jì)算策略,能夠通過分析大型的數(shù)據(jù)從而得到新的科學(xué)發(fā)現(xiàn),能夠提出之前沒有想過或者由于問題的規(guī)模不敢提出但采用計(jì)算的方式容易處理的問題,能夠應(yīng)用計(jì)算的術(shù)語對(duì)問題及其解決方案進(jìn)行解釋等等。
基于以上分析我們認(rèn)為,為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力,最為關(guān)鍵的是抓住抽象和自動(dòng)化這兩個(gè)核心內(nèi)容。而對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說,抽象和自動(dòng)化這兩個(gè)核心內(nèi)容更具體地體現(xiàn)為如何構(gòu)建各種層次的計(jì)算環(huán)境以及如何在這種環(huán)境下進(jìn)行問題求解。此外,我們還需要提煉出計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本概念和思維方法,在教學(xué)過程中有意識(shí)地強(qiáng)化學(xué)生對(duì)這些基本概念和思維方法的理解和掌握。實(shí)際上,對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本概念和思維方法的梳理已經(jīng)得到了國內(nèi)外教育者的重視;在ACM和IEEE-CS聯(lián)合攻關(guān)組制訂的計(jì)算教程CC1991(Computing Curricula 1991)中已經(jīng)提取出了計(jì)算機(jī)學(xué)科的12個(gè)核心概念[10],包括:概念化和形式化模型、大問題的復(fù)雜性、抽象層次、折中和結(jié)論、一致性和完備性、效率、演化、按空間排序、按時(shí)間排序、重用、安全性、以及綁定等。這些概念反映了計(jì)算機(jī)學(xué)科最核心的思想、方法和原則,我們應(yīng)該在教學(xué)過程中不斷強(qiáng)化學(xué)生對(duì)這些概念的理解和掌握。
作為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中的核心課程,離散數(shù)學(xué)具有內(nèi)容多、概念多、理論性強(qiáng)、高度抽象等特點(diǎn),被普遍認(rèn)為是一門既難教又難學(xué)的課程。首先,該課程由數(shù)理邏輯、集合論、代數(shù)結(jié)構(gòu)、圖論等多個(gè)彼此獨(dú)立的數(shù)學(xué)分支組成;這些內(nèi)容自成體系,很容易讓學(xué)生覺得各部分內(nèi)容聯(lián)系不大,進(jìn)而使得學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的目的不明確。其次,該課程每部分都包含大量以字母、符號(hào)、圖形等形式呈現(xiàn)出來的抽象概念,使得學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以適應(yīng)由大量抽象概念建立起來的理論體系,往往會(huì)茫然不知所措。最后,學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)認(rèn)識(shí)不到這門課程的重要性,覺得這門課程與計(jì)算機(jī)科學(xué)聯(lián)系不起來,看不到離散數(shù)學(xué)知識(shí)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的具體應(yīng)用,從而缺乏相應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣。
計(jì)算思維為我們提供了一種重新審視離散數(shù)學(xué)的視角。從計(jì)算思維的角度來看,雖然離散數(shù)學(xué)由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容組成,但這些內(nèi)容的教學(xué)目的其實(shí)是高度統(tǒng)一的,即:訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用離散結(jié)構(gòu)構(gòu)建問題的抽象模型并在其基礎(chǔ)上構(gòu)造算法和解決問題的能力;而根據(jù)上文的分析,這種能力恰好就是計(jì)算思維能力的核心所在。因此,一方面,離散數(shù)學(xué)課程為我們培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。另一方面,我們可以從計(jì)算思維這個(gè)層面來梳理和組織離散數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容,從計(jì)算思維這個(gè)高度來進(jìn)行離散數(shù)學(xué)教學(xué)。
2面向計(jì)算思維的離散數(shù)學(xué)教學(xué)
計(jì)算思維可以貫穿于離散數(shù)學(xué)課程的整個(gè)教學(xué)過程。下面分別從課程引入和課程教學(xué)兩個(gè)階段探討如何將離散數(shù)學(xué)教學(xué)與計(jì)算思維培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來。
2.1從計(jì)算思維出發(fā)的課程引入
在引入離散數(shù)學(xué)課程之前,首先要向?qū)W生指明:對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)的核心所在;大家在經(jīng)過四年的大學(xué)學(xué)習(xí)之后,不僅要掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)的相關(guān)知識(shí),更為重要的是能夠應(yīng)用這些知識(shí)構(gòu)建出各種層次的計(jì)算環(huán)境并在這些計(jì)算環(huán)境下進(jìn)行問題求解。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步向?qū)W生闡述:電子計(jì)算機(jī)本身是一個(gè)離散結(jié)構(gòu),只能處理離散的或者離散化了的數(shù)量關(guān)系;因此,無論是計(jì)算機(jī)科學(xué)本身,還是與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域,都面臨著如何運(yùn)用離散結(jié)構(gòu)建立模型或者如何將已用連續(xù)數(shù)量關(guān)系建立起來的模型離散化,從而可以由計(jì)算機(jī)加以處理和實(shí)現(xiàn)。
接下來,可以比較自然地引入離散數(shù)學(xué)課程,告訴學(xué)生該課程的目的是訓(xùn)練大家運(yùn)用離散結(jié)構(gòu)構(gòu)建問題的抽象模型并在其基礎(chǔ)上構(gòu)造算法和解決問題的能力,而這種能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生具備計(jì)算思維能力的重要體現(xiàn)。
最后,還可以按照引入離散數(shù)學(xué)課程的常見方式,介紹該課程在ACM和IEEE-CS制定的計(jì)算機(jī)科學(xué)教程以及我國高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的計(jì)算機(jī)專業(yè)規(guī)范中所處的核心地位;用一棵樹形象地展示該課程在計(jì)算學(xué)科主要課程中處于樹干位置的情形;以及分別列舉出數(shù)理邏輯、集合論、代數(shù)結(jié)構(gòu)、圖論等內(nèi)容在計(jì)算學(xué)科的相關(guān)課程和領(lǐng)域中的應(yīng)用等等。
總的來說,從計(jì)算思維出發(fā)引入離散數(shù)學(xué)課程可以較好地達(dá)到以下目的。首先,能夠讓學(xué)生明白該課程的重要性,能夠從整體上了解該課程在整個(gè)專業(yè)課程體系中所處的位置。其次,能夠讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)該課程的目的,即訓(xùn)練運(yùn)用離散結(jié)構(gòu)構(gòu)建問題的抽象模型并在其基礎(chǔ)上構(gòu)造算法和解決問題的能力;圍繞這個(gè)學(xué)習(xí)目的,離散數(shù)學(xué)中的數(shù)理邏輯、集合論、代數(shù)結(jié)構(gòu)、圖論等內(nèi)容形成了一個(gè)有機(jī)的體系。最后,能夠糾正學(xué)生普遍存在的認(rèn)為計(jì)算機(jī)專業(yè)就是學(xué)習(xí)編程的誤解,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到通過離散數(shù)學(xué)等各門專業(yè)課程訓(xùn)練出來的計(jì)算思維能力才是大家應(yīng)該具備的核心競爭力。在實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的基礎(chǔ)上,一方面還可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到離散數(shù)學(xué)課程為訓(xùn)練他們的計(jì)算思維能力提供和一個(gè)非常好的機(jī)會(huì),從而激發(fā)他們對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣;另一方面還可以讓他們提前認(rèn)識(shí)到抽象和自動(dòng)化將是貫穿該課程的兩個(gè)主題,從而為接下來將要接觸的大量抽象概念和符號(hào)做好心理準(zhǔn)備。
2.2結(jié)合計(jì)算思維的課程教學(xué)
計(jì)算思維與離散數(shù)學(xué)課程教學(xué)的結(jié)合主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:首先可以將抽象和自動(dòng)化兩個(gè)核心思想貫穿于整個(gè)教學(xué)過程,其次可以根據(jù)講授的具體知識(shí)點(diǎn)適時(shí)地引入計(jì)算思維中其他基本概念和思維方法。下面分別從數(shù)理邏輯部分和圖論部分挑選兩個(gè)教學(xué)實(shí)例進(jìn)行說明。
實(shí)例1:從計(jì)算思維的角度組織數(shù)理邏輯教學(xué)
對(duì)于數(shù)理邏輯部分,按照經(jīng)典的教學(xué)方式,我們首先可以介紹萊布尼茨的理想,即把推理過程像數(shù)學(xué)一樣利用公式來描述,建立直觀而又精確的思維演算,從而得出正確的結(jié)論;形象地說,當(dāng)兩個(gè)人遇有爭論時(shí),雙方可以拿起筆來說“讓我們來算一下”,就可以很好地解決問題。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想,基本思路是首先引入一套符號(hào)體系,規(guī)定一些符號(hào)變換規(guī)則,然后借助這些符號(hào)和規(guī)則將邏輯推理過程在形式上變得像代數(shù)演算一樣。
從計(jì)算思維的角度來看,上述基本思路的核心恰好就是抽象和自動(dòng)化,即將雙方爭論的內(nèi)容抽象成符號(hào),將邏輯思維過程抽象成符號(hào)演算,進(jìn)而可以借助工具實(shí)現(xiàn)邏輯推理。當(dāng)學(xué)生建立起這種認(rèn)識(shí)之后,我們比較自然地引入數(shù)理邏輯的基本概念,并且通過表1將離散數(shù)學(xué)中數(shù)理邏輯部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容展現(xiàn)出來,讓學(xué)生對(duì)該部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容形成一個(gè)清晰、全面的認(rèn)識(shí)。在接下來學(xué)習(xí)數(shù)理邏輯部分的每個(gè)章節(jié)時(shí),我們可以反復(fù)呈現(xiàn)這張表,一方面可以幫助學(xué)生知道接下來的學(xué)習(xí)內(nèi)容處于哪個(gè)位置,另一方面可以加深學(xué)生對(duì)抽象和自動(dòng)化這兩個(gè)核心思想的理解和掌握。
在表1列出的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)中,對(duì)歸結(jié)推理方法的教學(xué)往往被許多教材和老師忽略。但從計(jì)算思維的角度看,歸結(jié)推理方法非常直觀地體現(xiàn)了自動(dòng)化這個(gè)核心思想,是離散數(shù)學(xué)中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。學(xué)習(xí)了構(gòu)造證明方法之后,學(xué)生一般會(huì)形成一個(gè)印象,覺得構(gòu)造證明法使用起來簡單方便,但使用過程中需要一定的觀察能力或者需要一定的技巧。以學(xué)生的這種直觀認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ),我們可以比較自然地引入歸結(jié)推理方法,告訴學(xué)生這種方法容易用算法實(shí)現(xiàn),易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的推理證明。在接下來講授了歸結(jié)推理方法的基本原理之后,我們可以將這種方法以算法的形式呈現(xiàn)出來;在有條件的情況下,還可以讓學(xué)生上機(jī)實(shí)現(xiàn)命題邏輯的歸結(jié)推理算法等[11]。
在給出命題邏輯的歸結(jié)推理算法之后,我們還可以對(duì)算法的可終止性、可靠性、完備性、復(fù)雜度等進(jìn)行簡單論述。與之相對(duì)應(yīng),在給出謂詞邏輯的歸結(jié)推理算法之后,可以告訴學(xué)生這個(gè)算法不一定會(huì)終止,即謂詞邏輯本身是不可判定的。當(dāng)學(xué)生理解了上述內(nèi)容之后,我們可以進(jìn)一步分析邏輯系統(tǒng)的表達(dá)能力與推理能力之間存在的矛盾關(guān)系,進(jìn)而引入計(jì)算機(jī)科學(xué)中的“折中”這個(gè)核心概念,訓(xùn)練學(xué)生能夠以解決問題為導(dǎo)向來選擇合適的工具。
實(shí)例2:在歐拉圖和哈密爾頓圖教學(xué)中訓(xùn)練計(jì)算思維能力
對(duì)于圖論部分,我們可以在一開始介紹圖論的起源時(shí)就將計(jì)算思維的相關(guān)內(nèi)容融入到課堂教學(xué)中。具體來說,在給出著名的哥尼斯堡七橋問題之后,可以向?qū)W生強(qiáng)調(diào)歐拉如何將橋的寬度、距離等無關(guān)的因素去掉,進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)抽象的以圖的形式呈現(xiàn)的模型;接下來,可以讓學(xué)生分析歐拉如何在圖的基礎(chǔ)上總結(jié)出三條判定規(guī)則,形成一套用來解決類似問題的可靠并且完備的理論;最后可以讓學(xué)生體驗(yàn)如何應(yīng)用歐拉建立的理論判斷任何一個(gè)圖中是否含有歐拉回路。上述三個(gè)階段實(shí)際上體現(xiàn)了進(jìn)行科學(xué)研究或者問題求解時(shí)采用的一般方法,同時(shí)也是計(jì)算思維的精髓所在。
在講授完歐拉圖的相關(guān)內(nèi)容之后,可以類似地引入并講授哈密爾頓圖的相關(guān)內(nèi)容,并且可以從問題的定義以及是否存在有效的判定方法等方面對(duì)這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較和總結(jié)。在此基礎(chǔ)上,我們可以通過一個(gè)單詞排序問題來強(qiáng)化學(xué)生對(duì)計(jì)算思維能力的掌握。其中,對(duì)單詞排序問題描述如下:假設(shè)有n個(gè)盤子,每個(gè)盤子上分別寫著由小寫字母組成的英文單詞;需要給這些盤子安排一個(gè)合適的順序,使得相鄰兩個(gè)盤子中前一個(gè)盤子上面單詞的末字母與后一個(gè)盤子上面單詞的首字母相同。針對(duì)這個(gè)問題,要求學(xué)生對(duì)其進(jìn)行抽象后建立模型,并在此基礎(chǔ)上給出該問題的解決方法,以及分析所給出的解決方法的復(fù)雜度。
對(duì)于上述單詞排序問題,學(xué)生可能會(huì)給出兩種抽象建模方法。第一種方法將每個(gè)單詞作為圖中的一個(gè)頂點(diǎn);兩個(gè)單詞之間存在一條邊當(dāng)且僅當(dāng)前一個(gè)單詞的末字母與后一個(gè)單詞的首字母相同。在此基礎(chǔ)上,單詞排序問題可以轉(zhuǎn)換為尋找哈密爾頓路徑的問題。第二種方法將26個(gè)小寫字母作為圖中的各個(gè)頂點(diǎn);每個(gè)單詞都對(duì)應(yīng)于一條以其首字母為始點(diǎn)并且以其末字母為終點(diǎn)的邊。在此基礎(chǔ)上,單詞排序問題可以轉(zhuǎn)換為尋找歐拉路徑的問題。對(duì)這兩種方法進(jìn)行分析后學(xué)生可以發(fā)現(xiàn):第一種方法的復(fù)雜度為NP完全,而第二種方法的復(fù)雜度為多項(xiàng)式時(shí)間??偟膩碚f,借助單詞排序問題,不僅進(jìn)一步訓(xùn)練了學(xué)生進(jìn)行抽象建模和問題求解的能力,還將計(jì)算機(jī)科學(xué)中的復(fù)雜性、效率等核心概念融合進(jìn)來,訓(xùn)練了學(xué)生對(duì)解決方案進(jìn)行評(píng)估的能力。
限于篇幅,這里僅僅列舉數(shù)理邏輯部分和圖論部分的兩個(gè)例子。其他典型例子還有:結(jié)合學(xué)生在小學(xué)和中學(xué)階段學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)知識(shí),對(duì)有理數(shù)四則混合運(yùn)算、實(shí)數(shù)運(yùn)算和復(fù)數(shù)運(yùn)算等進(jìn)行抽象后得到代數(shù)結(jié)構(gòu);利用等價(jià)關(guān)系對(duì)集合進(jìn)行劃分;利用偏序關(guān)系劃分抽象層次等等。實(shí)際上,離散數(shù)學(xué)中基本上每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都蘊(yùn)含了抽象和自動(dòng)化這兩個(gè)核心思想以及計(jì)算思維中其他典型的基本概念和思維方法。將這些基本思想、概念和方法抽取出來并教授給學(xué)生,是我們授課教師的職責(zé)所在,但同時(shí)也對(duì)授課教師提出了挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),要求授課教師不僅僅是照本宣科,不僅僅是以教會(huì)學(xué)生課本上的知識(shí)為目的,而是要能夠從計(jì)算思維的高度來看待離散數(shù)學(xué)教學(xué),要具備開闊的視野和廣博的知識(shí),要能夠不斷學(xué)習(xí)并且不斷提升自己的知識(shí)和認(rèn)知水平。
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關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 計(jì)算思維 課程教學(xué)
中圖分類號(hào):G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.01.067
目前,計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用已經(jīng)遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和社會(huì)生活的各個(gè)方面,信息化社會(huì)要求所有工作人員必須不同程度地了解和掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及,使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍更加廣泛。由此帶來的計(jì)算機(jī)知識(shí)在各個(gè)專業(yè)中的應(yīng)用也越來越普遍,如何體現(xiàn)本專業(yè)的普及性及特殊性,需要我們深入探究。
1 計(jì)算思維概念回顧
1.1 計(jì)算思維的定義
美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院周以真(Jeannette Wing)教授是最早提出“計(jì)算思維”概念的學(xué)者,她提出計(jì)算思維的定義為:計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。
1.2 計(jì)算思維的特征
計(jì)算思維的特征表現(xiàn)為:(1)概念化,不是程序化。計(jì)算機(jī)科學(xué)不是計(jì)算編程,可進(jìn)一步說,計(jì)算機(jī)科學(xué)不僅關(guān)注計(jì)算機(jī),還要求能夠在抽象的多個(gè)層面上思維。(2)根本的,不是刻板的技能。根本的技能是每一個(gè)人為了在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮職能所必須掌握的;刻板的技能意味著繼續(xù)的重復(fù)。(3)是人的,不是計(jì)算機(jī)的思維方式。計(jì)算思維是人類求解問題的一條途徑,但絕非要使人類像計(jì)算機(jī)那樣去思考。(4)數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。計(jì)算機(jī)科學(xué)在本質(zhì)上源自數(shù)學(xué)思維,又本質(zhì)上源自工程思維,兩者的互補(bǔ)與融合很好地體現(xiàn)在抽象、理論和設(shè)計(jì)三個(gè)學(xué)科形態(tài)上。(5)是思想的,不是人造物。不只是生產(chǎn)出的計(jì)算機(jī)硬件和軟件等人造物將以物理形式呈現(xiàn)并時(shí)刻觸及人們的生活,更重要的是計(jì)算的概念。(6)面向所有人的,所有地方。當(dāng)計(jì)算思維真正融入人類生活的整體以至于不再體現(xiàn)為一種顯示哲學(xué)時(shí),就將成為現(xiàn)實(shí)。
1.3 計(jì)算思維的本質(zhì)及其與計(jì)算機(jī)的關(guān)系
計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象(Abstract)和自動(dòng)化(Automation)。反映了計(jì)算機(jī)的根本問題,計(jì)算是抽象的自動(dòng)執(zhí)行,自動(dòng)化需要某種計(jì)算機(jī)去解釋抽象。
計(jì)算思維雖然具有計(jì)算機(jī)的許多特征,但計(jì)算機(jī)思維本身并不是計(jì)算機(jī)的專屬。即使沒有計(jì)算機(jī),計(jì)算思維也會(huì)逐步發(fā)揮,甚至有些內(nèi)容與計(jì)算機(jī)沒有關(guān)聯(lián)。但正是計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),給計(jì)算思維的研究和發(fā)展帶來了改變。
2 計(jì)算思維在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論教學(xué)中的應(yīng)用
通過對(duì)上述計(jì)算思維的概念、特征、本質(zhì)及與計(jì)算機(jī)的關(guān)系的回顧,我們可以試探性地把計(jì)算思維思想引入計(jì)算機(jī)導(dǎo)論教學(xué)中。
2.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
莎士比亞曾說過“學(xué)問必須合乎自己的興趣,方可得益”。計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的作用是引導(dǎo)學(xué)生入門,是把學(xué)生引入計(jì)算機(jī)技術(shù)殿堂。如果通過本課程的學(xué)習(xí),能激發(fā)起學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)的濃厚興趣,有了興趣學(xué)生才能更主動(dòng)地學(xué)習(xí),才會(huì)把后續(xù)課程學(xué)好,那么該課程的內(nèi)容選擇與教學(xué)算是成功了。如何激發(fā)學(xué)習(xí)興趣是每個(gè)教育工作者的必由之路。而計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的內(nèi)容的特殊性又需要我們針對(duì)不同的章節(jié)提出不同的興趣出發(fā)點(diǎn)。例如,在計(jì)算機(jī)的發(fā)展史部分,我們介紹計(jì)算機(jī)最早出現(xiàn)的歷史,提到一個(gè)典故:小說作家謝爾頓在《假如明天來臨》里的一個(gè)故事說,商人杰夫向經(jīng)銷商兜售一種袖珍計(jì)算機(jī),說它“價(jià)格低廉、絕無故障、節(jié)約能源、十年中無需任何保養(yǎng)”,當(dāng)經(jīng)銷商打開包裝盒一看,原來是來自中國的“算盤”。由這個(gè)典故一方面激發(fā)學(xué)生對(duì)早期世界文明的敬仰,另一方面也促使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)真正的初衷是作為計(jì)算機(jī)工具而存在。計(jì)算機(jī)典故之后再逐步介紹機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代的開荒者、電子計(jì)算機(jī)的誕生:從ABC(Atanasoff-Berry Computer)到ENIAC(Electronic Numerical Integrator&Calculator)到晶體管計(jì)算機(jī)再到集成電路及大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。
2.2 重視直觀教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用
往往感性的認(rèn)知是人們獲取知識(shí)最直接也是最容易的途徑。但計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中的許多概念是抽象的,對(duì)于那些不易被理解的概念,教師可換種方式,不直接給出定義,而從學(xué)生了解的實(shí)際示例或已有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)出發(fā),通過模擬演示、直觀操作等方式教學(xué),進(jìn)而幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)概念的本質(zhì),從而達(dá)到歸納出概念基礎(chǔ)的途徑。譬如在講信息技術(shù)這一抽象概念時(shí),可先向?qū)W生討論日常生活中常見的技術(shù)(如即時(shí)聊天工具QQ、信息采集技術(shù)中指紋識(shí)別器等),然后引入信息技術(shù)(IT-Information Technology)是指一切能擴(kuò)展人的信息功能的技術(shù),是利用電子計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信手段實(shí)現(xiàn)獲取信息、傳遞信息、存儲(chǔ)信息、處理信息、顯示信息、分配信息等的相關(guān)技術(shù)這一抽象概念。通過這種方式來使學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際,將認(rèn)識(shí)由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí),從而加深對(duì)概念的理解。但另外需要說明的是,運(yùn)用直觀的教學(xué)不是最終目的,只是引導(dǎo)學(xué)生積極思維的一種方式方法或者說是手段,為此不能夠僅停留在感性,需要在學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)知后,對(duì)所觀察的事物概括歸納,揭示概念的本質(zhì)屬性,使認(rèn)識(shí)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
2.3 適當(dāng)引入合作式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式
任何一個(gè)高質(zhì)量的工程,都不是一個(gè)人的行為,是多方面、多領(lǐng)域、多部門團(tuán)隊(duì)合作的結(jié)晶。對(duì)知識(shí)的探索過程中強(qiáng)調(diào)人際互動(dòng)對(duì)認(rèn)識(shí)的發(fā)展能起到促進(jìn)作用。并且大學(xué)生未來就業(yè)中依然會(huì)需要強(qiáng)調(diào)合作的重要性。為此我們也可以試探性地把合作式學(xué)習(xí)模式引入到對(duì)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論這樣基礎(chǔ)但又復(fù)雜的課程中。即通過小組教學(xué)使得學(xué)生之間構(gòu)建諸如溝通、討論、幫助、支持、鼓勵(lì)、評(píng)價(jià)等一系列的合作互動(dòng)過程,共同解決學(xué)習(xí)中的問題,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo),共享探索成就,體驗(yàn)合作帶來快樂的學(xué)習(xí)模式。而合作式學(xué)習(xí)模式可在學(xué)校資源允許的情況下使用:大班教學(xué),小組討論,分隊(duì)競賽等的思路。在具體實(shí)施合作式教學(xué)時(shí)需說明幾點(diǎn):首先,分組的單位設(shè)置。建議每組4~6人為宜,不宜過多,否則在人數(shù)過多時(shí)不排除會(huì)有濫竽充數(shù)的少部分學(xué)生存在。也不宜1~2人為組,因?yàn)槿藬?shù)過少就限定了對(duì)分組的任務(wù)規(guī)模設(shè)置不宜過大,否則會(huì)使大多數(shù)學(xué)生因完不成而產(chǎn)生畏難情緒,從而影響合作式學(xué)習(xí)的初衷。其次,分組時(shí)最好由基礎(chǔ)、性別、性格、愛好等不同的同學(xué)構(gòu)建組單位,這樣可以充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的特長,調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與性、增強(qiáng)各組成員的集體榮譽(yù)感。再就是,每組都有多個(gè)子題目可選擇,而每2~3個(gè)組也可以選擇同一個(gè)子題目,這樣既便于組與組之間討論,也可以保證解決問題的全面性。
2.4 加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度
目前,大多數(shù)學(xué)校認(rèn)為實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)理論的驗(yàn)證性模擬,進(jìn)而忽略了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性,往往把實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的課時(shí)安排得甚少。另一方面,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí),有的僅強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),造成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的簡單、陳舊,使得學(xué)生失去了實(shí)驗(yàn)的興趣。為此,我們強(qiáng)調(diào)需要加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度,防止學(xué)生出現(xiàn)眼高手低,看懂了卻不會(huì)做的情況。
為達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo),需要老師精心安排課堂及課后實(shí)驗(yàn)作業(yè),要有計(jì)劃地選擇能夠涵蓋課堂教學(xué)中知識(shí)點(diǎn)的綜合性習(xí)題作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,能夠讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)習(xí)和掌握到計(jì)算機(jī)的技能。對(duì)于那些對(duì)計(jì)算機(jī)有濃厚興趣的學(xué)生,就更應(yīng)該讓他們參與到相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)中來,進(jìn)而鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和科研能力。另外需要說明的是,還應(yīng)強(qiáng)調(diào)作業(yè)的重要性,使每個(gè)學(xué)生都有作業(yè)可做,又要防止少部分學(xué)生因?yàn)槁牰?,而?yīng)付作業(yè)的行徑,為此,作業(yè)布置要大類似而細(xì)不同。
3 結(jié)束語
通過引入計(jì)算思維概念及相關(guān)屬性,使我們構(gòu)建出了,在計(jì)算機(jī)導(dǎo)論這一計(jì)算機(jī)專業(yè)入門課程教學(xué)方式的探討。引入計(jì)算機(jī)導(dǎo)論教學(xué)中可從激發(fā)學(xué)生興趣開始,到直觀教學(xué)為基點(diǎn),再到合作學(xué)習(xí)和重視實(shí)驗(yàn)及作業(yè)為藍(lán)本的教學(xué)方式方法中。探討我們計(jì)算機(jī)教學(xué)教學(xué)工作者目標(biāo)是要培養(yǎng)出懂理論、能動(dòng)手、善協(xié)作的全方面發(fā)展的計(jì)算機(jī)人才。
參考文獻(xiàn)
[1] 張洪明等.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)[M].云南大學(xué)出版社,2012.
篇8
復(fù)合型創(chuàng)新人才區(qū)別于單一性創(chuàng)新人才。這種人才一般具有三個(gè)層面上的復(fù)合:一是在形成人才要素上具有知識(shí)、能力、素質(zhì)的復(fù)合。二是在各要素內(nèi)容上具有理論與實(shí)踐、自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)、思維能力與動(dòng)手能力、理智與情感等的復(fù)合。三是內(nèi)容元素上的復(fù)合。比如在個(gè)人素質(zhì)方面,同時(shí)具備事業(yè)心、責(zé)任感、誠信、守法、團(tuán)隊(duì)精神等素質(zhì)元素??茖W(xué)的、和諧的“知識(shí)—能力—素質(zhì)”結(jié)構(gòu),會(huì)產(chǎn)生更高層次的綜合和創(chuàng)新。
當(dāng)今學(xué)科交叉、知識(shí)融合、技術(shù)集成等特征,決定著每一個(gè)人都必須要努力提高自身綜合的知識(shí)、能力與素質(zhì),才能更好的適應(yīng)社會(huì)的急劇變化,實(shí)現(xiàn)個(gè)人可持續(xù)發(fā)展。因此,高等學(xué)校必須在更新教育思想觀念的基礎(chǔ)上,改革人才培養(yǎng)模式,糾正目前我國高校人才培養(yǎng)存在的“過強(qiáng)的功利主義、過窄的專業(yè)設(shè)置、過弱的文化底蘊(yùn)”等現(xiàn)象,積極構(gòu)建具有自身特色的復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。
二、工業(yè)工程的學(xué)科特點(diǎn)
國外IE的應(yīng)用與發(fā)展表明,IE作為工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理和人文社會(huì)科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科,是培養(yǎng)復(fù)合型的創(chuàng)新人才的重要模式,它具有如下特點(diǎn):
(1)工業(yè)工程知識(shí)與目標(biāo)的復(fù)合性
IE是工程學(xué)與管理學(xué)相結(jié)合的一門交叉學(xué)科。IE與一般管理科學(xué)的區(qū)別在于:它是通過工程途徑,利用工程分析與設(shè)計(jì)的原理和方法去解決管理問題。IE與其它工程學(xué)的區(qū)別則在于:它不單純以機(jī)器、設(shè)備、工藝、質(zhì)量、成本、效益等為著眼點(diǎn),還要考慮能源、環(huán)境、生態(tài)等因素,特別是考慮人的因素,而且最終著眼于給人帶來不斷的滿足。
(2)工業(yè)工程實(shí)踐的創(chuàng)新性
IE是解決各生產(chǎn)要素達(dá)到有效結(jié)合、形成一個(gè)有機(jī)整體過程中各種復(fù)雜矛盾的創(chuàng)造性方法。IE從一誕生起就強(qiáng)調(diào)不斷改進(jìn)與創(chuàng)新,這是IE的精髓和職業(yè)精神。IE工程師的基本理念是:任何一種工作,永遠(yuǎn)都有更好的方法。因此IE就是在不斷發(fā)現(xiàn)問題,考察分析問題、尋求對(duì)策的實(shí)踐中,永無止境地改革、創(chuàng)新和發(fā)展。
三、我國工業(yè)工程本科教育的培養(yǎng)模式
1.IE本科教育的培養(yǎng)模式
我國IE教育始于20世紀(jì)90年代初,1992年國家教委批準(zhǔn)西安交通大學(xué)、天津大學(xué)等院校首批設(shè)立工業(yè)工程專業(yè),從此開始了我國高等教育IE學(xué)科的建設(shè)和人才的培養(yǎng)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),迄今全國已有l(wèi)60多所高校設(shè)立了IE專業(yè),現(xiàn)每年還在不斷增加,已形成管理類專業(yè),機(jī)械類或其他工程專業(yè)兩大類型的四年制本科。此外,還出現(xiàn)了五年雙學(xué)位制,以及六年本碩連讀制等多種培養(yǎng)模式。
2.我國IE教育存在的問題
我國的IE人才教育培養(yǎng)通過十多年的發(fā)展已取得了長足的進(jìn)步,但也暴露出不少值得思考和解決的問題,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠合理——目前,我國IE教學(xué)中,要么純以某一產(chǎn)業(yè)(如機(jī)械工程)為背景增加一些管理知識(shí),要么以管理科學(xué)為背景增加一些工程技術(shù)知識(shí)(如機(jī)械基礎(chǔ))。這種模式培養(yǎng)的IE人才難以具備基于工程技術(shù)的管理能力,也缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)、電子、材料、能源等多學(xué)科知識(shí)的融合,滿足不了對(duì)復(fù)合型人才越來越高的社會(huì)需求。
(2)理論與實(shí)踐相脫節(jié)——IE是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科,與其它工程學(xué)科一樣,具有利用自然科學(xué)知識(shí)和技術(shù)進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)、研究、設(shè)計(jì)等功能和屬性。目前我國大部分院校在IE的教學(xué)模式上有明顯的理論與實(shí)踐相脫離的傾向。比如,課堂教學(xué)注重理論性、學(xué)科系統(tǒng)知識(shí)性,缺乏結(jié)合實(shí)際的案例式、啟發(fā)式、綜合式應(yīng)用性教學(xué);實(shí)踐性環(huán)節(jié)薄弱,實(shí)驗(yàn)條件較差,實(shí)習(xí)往往流于走形式,缺少有關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)。
(3)教育方法和手段比較落后——目前我國的IE教育多以課堂傳授理論知識(shí)為主,輔以傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)手段,缺乏多形式、多手段的教育方式,以及充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段。
四、西華大學(xué)工業(yè)工程復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式
1.指導(dǎo)思想和培養(yǎng)目標(biāo)
我校工業(yè)工程專業(yè)所在的機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院,早在1993年就開始了當(dāng)時(shí)國家教育部的教研教改課題,產(chǎn)生了名為《拓寬專業(yè)口徑、培養(yǎng)機(jī)電復(fù)合型人才》的教學(xué)成果。之后,又在1996年開展了國家教委“地方院校面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)模式研究與改革實(shí)踐”的課題,產(chǎn)生了名為《寬口徑、厚基礎(chǔ)、分類人才培養(yǎng)》的教學(xué)成果。我校IE專業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)模式的研究與改革實(shí)踐,就是在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行的,其中分析了IE人才需求的特征及IE學(xué)科發(fā)展趨勢(shì),結(jié)合了我校和我院的自身?xiàng)l件。通過六年的艱辛努力,IE專業(yè)建設(shè)獲得了較快的發(fā)展,在改革實(shí)踐上取得了一定的成效,工業(yè)工程復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式己現(xiàn)端倪。
通過大量調(diào)查我們感到,IE專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革必須要解決一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題:企業(yè)對(duì)IE人才的需求以及畢業(yè)生的就業(yè)去向都具有多樣性。因此,我們改革模式所培養(yǎng)的IE畢業(yè)生,應(yīng)當(dāng)具有較大的就業(yè)空間和較強(qiáng)的創(chuàng)業(yè)能力。這已成為我校IE專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革的指導(dǎo)思想。事實(shí)上,IE人才在企業(yè)內(nèi)所扮演的角色已日趨多元化,現(xiàn)在的IE專業(yè)學(xué)生,將會(huì)成為企業(yè)某一方面(如生產(chǎn)效率、質(zhì)量監(jiān)控、資源整合、客戶關(guān)系、企業(yè)診斷等)的管理專家;成為推動(dòng)企業(yè)流程再造,基于精益設(shè)計(jì)、及時(shí)制造、并行工程或新產(chǎn)品遠(yuǎn)程開發(fā)組織的高級(jí)協(xié)調(diào)者;也可能成為制定企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、重大問題決策的核心成員;少數(shù)學(xué)生還會(huì)成為企業(yè)高管或企業(yè)家。因此,我校IE專業(yè)確立了“寬口徑,厚基礎(chǔ),重素質(zhì),揚(yáng)個(gè)性,求創(chuàng)新”的育人理念;確定了“懂工程、會(huì)管理”的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。
2.“合格+拓展”要求和“平臺(tái)+模塊”體系
上述指導(dǎo)思想和培養(yǎng)目標(biāo)必須體現(xiàn)在人才培養(yǎng)計(jì)劃中。在我校實(shí)行全面學(xué)分制管理的環(huán)境下,我們按“合格+拓展”的要求,用“平臺(tái)十模塊”的結(jié)構(gòu)體系,精細(xì)制定人才培養(yǎng)計(jì)劃,該計(jì)劃最低畢業(yè)學(xué)分及理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的學(xué)分分配如圖1。
圖中實(shí)踐性環(huán)節(jié)不包含理論課程教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)和上機(jī)。其中,公共選修(其它選修)有10學(xué)分,可在全校的范圍內(nèi)選擇;學(xué)科基礎(chǔ)選修有18學(xué)分,包括工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理、計(jì)算機(jī)技術(shù)等模塊;專業(yè)選修有8學(xué)分,包括企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理、企業(yè)信息化管理、企業(yè)運(yùn)營理和企業(yè)診斷與咨詢等四個(gè)模塊;實(shí)踐環(huán)節(jié)的選修主要體現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)上,有6學(xué)分(6周),包括計(jì)算輔助管理、產(chǎn)品營銷方案設(shè)計(jì)、市場(chǎng)調(diào)研與預(yù)測(cè)、產(chǎn)品開發(fā)、工藝工裝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)等模塊。學(xué)生可按照自己的特長、愛好及社會(huì)需要等,選擇不同模塊。鼓勵(lì)學(xué)生在某些能力上有特殊的發(fā)展和創(chuàng)新。
培養(yǎng)計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基本手段。由公共基礎(chǔ)平臺(tái)、學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)和專業(yè)核心平臺(tái)、專業(yè)或?qū)I(yè)方向模塊三個(gè)不同層次構(gòu)成,相互聯(lián)系、逐層遞進(jìn)。公共基礎(chǔ)平臺(tái)包括外語、數(shù)學(xué)、體育、政治理論、計(jì)算機(jī)等公共基礎(chǔ)課。學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)包括:①機(jī)械工程類知識(shí)—工程制圖、機(jī)械工程基礎(chǔ)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)等;②經(jīng)濟(jì)管理類知識(shí)—管理學(xué)原理、會(huì)計(jì)學(xué)、市場(chǎng)營銷學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)等;③計(jì)算機(jī)類的知識(shí)—管理信息系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃ERP、數(shù)字化管理等。專業(yè)核心平臺(tái)包括運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、人因工程、基礎(chǔ)工業(yè)工程、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、設(shè)施規(guī)劃與物流、質(zhì)量管理與可靠性。專業(yè)或?qū)I(yè)方向有四個(gè)模塊供學(xué)生選擇。
由上可見,必修課程及必修實(shí)踐環(huán)節(jié)用來保證學(xué)生達(dá)到畢業(yè)的“合格”要求。在此基礎(chǔ)上,用選修課程及選修實(shí)踐環(huán)節(jié)來綜合提升知識(shí)、能力和素質(zhì),以實(shí)現(xiàn)“拓展”要求。這兩種要求都貫穿在四年學(xué)習(xí)的整個(gè)過程中,嵌入在基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)教學(xué)及其相應(yīng)實(shí)踐環(huán)節(jié)四個(gè)方面?!捌脚_(tái)”保證人才的基本規(guī)格和全面發(fā)展的共性要求,體現(xiàn)寬口徑、厚基礎(chǔ),“模塊”體現(xiàn)專業(yè)不同方向人才的分類培養(yǎng),特別是選修模塊體現(xiàn)個(gè)性原則。個(gè)性發(fā)展是能力和素質(zhì)教育的重要部分,也是現(xiàn)代教育模式與傳統(tǒng)教育模式的重要區(qū)別。
3.改革實(shí)踐的主要經(jīng)驗(yàn)
第一,課程體系整合優(yōu)化
IE的課程設(shè)置不是機(jī)械專業(yè)和管理專業(yè)課程的簡單拼盤和疊加,也不是兩個(gè)專業(yè)濃縮學(xué)時(shí)的平行學(xué)習(xí),而是將其有機(jī)整融合,相互滲透,符合內(nèi)在邏輯規(guī)律。同時(shí)圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo),進(jìn)行課程體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和內(nèi)容優(yōu)化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化以“平臺(tái)十模塊”來體現(xiàn)。內(nèi)容優(yōu)化包括三個(gè)方面:以計(jì)算機(jī)、外語及專業(yè)能力培養(yǎng)“不斷線”為代表的縱向優(yōu)化;以基于整合的必修課系列化、選修課模塊化所表征的橫向優(yōu)化;以及專業(yè)核心課程的特色化。
第二,培養(yǎng)方式能力化
充分利用學(xué)分制和選修課程模塊化,為學(xué)生能力培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展提供更大的空間。我校IE專業(yè)的高職稱教師全部具有在國有、合資或民營中型企業(yè)從事實(shí)際管理或技術(shù)的工作經(jīng)歷,所以在教學(xué)中積極采用啟發(fā)討論、學(xué)生主講、案例分析等多種形式,還要求每個(gè)學(xué)生使用相應(yīng)工具軟件完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)、課程大作業(yè)、開卷考試和各種設(shè)計(jì)。能力是通過“訓(xùn)練”而不是知識(shí)傳授培養(yǎng)出來的,所以培養(yǎng)計(jì)劃中強(qiáng)化了實(shí)踐環(huán)節(jié),在低年級(jí)設(shè)有認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)1周,金工實(shí)習(xí)2周;高年級(jí)設(shè)有生產(chǎn)實(shí)習(xí)4周,必修課程設(shè)計(jì)8周,選修課程設(shè)計(jì)6周,畢業(yè)設(shè)計(jì)14周。在選修課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中充分尊重學(xué)生的自主選擇。有的學(xué)生甚至在課程大作業(yè)中就選擇了親友所在企業(yè)需要解決的問題,或通過網(wǎng)上所調(diào)查的案例,既有理論分析又有軟件計(jì)算和繪圖。這表明,尊重學(xué)生的自主選擇,可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性,讓學(xué)生表現(xiàn)出年青人活躍的思想,創(chuàng)新的愿望和潛能。
第三,培養(yǎng)計(jì)劃動(dòng)態(tài)化
隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)知識(shí)不斷的更新,培養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整;對(duì)IE專業(yè)的前沿知識(shí),應(yīng)對(duì)某些必修課特別是選修課的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和更新。
第四,學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)化
通過各種方式,讓學(xué)生明確學(xué)校、教師、學(xué)生三者的關(guān)系,明確自己在學(xué)習(xí)中的地位和作用。大學(xué)的任務(wù),是為學(xué)生健康發(fā)展提供最佳組配的智能、道德和物質(zhì)環(huán)境,包括教師、圖書資料、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、校風(fēng)和校園文化等等。在“教”與“學(xué)”這對(duì)矛盾中,學(xué)生處于主導(dǎo)地位,上大學(xué)是為培養(yǎng)自己適應(yīng)快速變化社會(huì)的知識(shí)、能力與素質(zhì),以在國家、企業(yè)和個(gè)人的發(fā)展中保持成功,教師只是學(xué)校提供的條件之一。在某種意義上,學(xué)生樹立這種觀點(diǎn)并產(chǎn)生積極效果,是人才培養(yǎng)模式改革所要解決的根本問題。
4.改革效果
目前,我校工業(yè)工程專業(yè)畢業(yè)生已有三屆,每屆畢業(yè)生就業(yè)率都在95%以上。畢業(yè)生去向以企業(yè)為主,特別是沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的獨(dú)資或合資企業(yè),另外有政府、銀行、學(xué)校和部隊(duì)等單位。不少畢業(yè)生積極工作在企業(yè)生產(chǎn)第一線,很快就適應(yīng)了企業(yè)的要求,有的已走上技術(shù)或管理的重要崗位。據(jù)用人單位和校友網(wǎng)反饋的信息,我校IE畢業(yè)生普遍受到歡迎,很多用人單位每年都指定要我校的IE畢業(yè)生。
五、結(jié)束語
篇9
0 引言
1986年聯(lián)合國教科文組織提出“數(shù)學(xué)為大眾”的口號(hào),倡導(dǎo)進(jìn)行“大眾數(shù)學(xué)”教育,即人人學(xué)習(xí)和使用有用的數(shù)學(xué),讓數(shù)學(xué)走進(jìn)大眾,使各類不同層次的學(xué)生都有相應(yīng)的提高,使數(shù)學(xué)成為一種使人人都終身受益的文化力量[1]。另一方面,隨著高校的不斷擴(kuò)招,我國目前已進(jìn)入“大眾教育”階段。在中國高等教育大眾化背景下,獨(dú)立學(xué)院已成為“大眾本科教育”的重要承載體和生力軍,是高等教育體系中的重要組成部分。在這種形勢(shì)下,獨(dú)立學(xué)院的教學(xué),尤其是基礎(chǔ)學(xué)科中數(shù)學(xué)課程的教學(xué),其傳統(tǒng)的應(yīng)試型教學(xué)模式已不再適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才的要求,必須以提高學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用的能力為導(dǎo)向作出相應(yīng)的改革和創(chuàng)新。
1 數(shù)學(xué)課程改革與創(chuàng)新的必要性
1.1 當(dāng)前高校數(shù)學(xué)教育面臨的形勢(shì) 近代數(shù)學(xué)的飛速發(fā)展使高校數(shù)學(xué)的面貌發(fā)生了根本變化,在理論上更加抽象,方法上更加綜合。新的數(shù)學(xué)分支層出不窮,而且相互交叉、相互滲透。另一方面數(shù)學(xué)的理論、方法已滲透到自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。出現(xiàn)了眾多的交叉學(xué)科。大量新的數(shù)學(xué)方法被有效地應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、行政管理甚至人們的日常生活之中。數(shù)學(xué)的發(fā)展也推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使計(jì)算機(jī)廣泛被使用。計(jì)算機(jī)軟件包的使用大大提高了數(shù)據(jù)處理和數(shù)字計(jì)算的速度。這些都沖破了傳統(tǒng)觀念和傳統(tǒng)方法,改變了人們對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)的需求和使用??傊?,新的形勢(shì)就是數(shù)學(xué)變得更深刻了,更有用了,更能用了。
1.2 當(dāng)前應(yīng)用型高校數(shù)學(xué)課程存在的問題 ①課程設(shè)置死板,教學(xué)內(nèi)容陳舊。目前應(yīng)用型高等院校數(shù)學(xué)課程設(shè)置基本上還是老三篇:微積分、線性代數(shù)、概率論。這些幾乎60年經(jīng)久不變的內(nèi)容基本上是數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的壓縮。反映現(xiàn)代數(shù)學(xué)及應(yīng)用的內(nèi)容很少。②課程的教學(xué)方法落后,現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)無用武之地。(這是和教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的,只教“老三篇”,用黑板和粉筆往往比使用多媒體的效果還佳。)課程多是片面強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的形式化、抽象性、嚴(yán)密性和邏輯性,強(qiáng)調(diào)推理和解題技巧,數(shù)學(xué)思想講得少,數(shù)學(xué)課堂基本上是滿堂灌,缺少數(shù)學(xué)應(yīng)用的講解和訓(xùn)練,基本上還是應(yīng)試教育。教學(xué)沒有和目前多種多樣的數(shù)學(xué)軟件包相聯(lián)系。③課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在問題。教學(xué)效果的檢查主要是看應(yīng)試成績,只看題做的如何,不考察對(duì)數(shù)學(xué)思想的理解能力和用數(shù)學(xué)方法與數(shù)學(xué)軟件解決實(shí)際問題的能力。此外看考研的及格率。而考研的內(nèi)容與對(duì)應(yīng)用型本科生的要求并不完全符合,考研成績的好壞不足以作為評(píng)價(jià)本科教育好壞的重要憑據(jù)。這一標(biāo)準(zhǔn)加重了應(yīng)試教育產(chǎn)生的弊端。④沒有因材施教。擴(kuò)招以后,我國的高等教育從精英教育進(jìn)入毛入學(xué)率達(dá)到30%以上的大眾教育階段。研究型高校依然“我行我素”始終在延續(xù)著精英教育,眾多的應(yīng)用型高等院校則成了大眾教育的主要承載體。發(fā)生了根本改變的學(xué)生現(xiàn)狀一方面與早應(yīng)改變的教育內(nèi)容、教育方法發(fā)生了激烈的沖突,另一方面又與精英教育的模式發(fā)生了激烈的沖突。各應(yīng)用型高校本應(yīng)重新找準(zhǔn)各自的定位,根據(jù)學(xué)生情況發(fā)生的轉(zhuǎn)變,改革舊的教育模式,制定新的教學(xué)內(nèi)容、采用新的教學(xué)方法和考核方法。但是很可惜,絕大多數(shù)應(yīng)用型高校沒有順利完成及時(shí)的再定位和改革,仍沿用原有的數(shù)學(xué)教育教學(xué)模式。教學(xué)的內(nèi)容與精英教育時(shí)沒有差別,甚至應(yīng)試難度還有提高。這就使原本存在的數(shù)學(xué)教育上的問題雪上加霜。不能因材施教是其中的根本問題。
所以應(yīng)用型高校與研究型高校在數(shù)學(xué)教育教學(xué)上相比更需要改革。獨(dú)立學(xué)院屬于應(yīng)用型高校,其定位是培養(yǎng)應(yīng)用型人才。在數(shù)學(xué)飛速發(fā)展的形勢(shì)下,上述存在的問題在獨(dú)立學(xué)院一應(yīng)俱全,且更有甚者。因此,數(shù)學(xué)課程的改革和創(chuàng)新勢(shì)在必行。
2 數(shù)學(xué)課程改革與創(chuàng)新的方向
2.1 “新三篇”的概念 北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院提出應(yīng)用型高校數(shù)學(xué)教學(xué)“新三篇”概念,即“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”、“應(yīng)用數(shù)學(xué)”和“數(shù)學(xué)建?!?,為獨(dú)立學(xué)院數(shù)學(xué)課程提供改革與創(chuàng)新的方向。不求知識(shí)的全面系統(tǒng),但求理論知識(shí)和實(shí)踐能力的最佳結(jié)合。適當(dāng)降低傳統(tǒng)“老三篇”中的理論推導(dǎo)和計(jì)算技巧,且增加應(yīng)用性知識(shí)的比例,改變過去基礎(chǔ)性過強(qiáng)而實(shí)踐應(yīng)用性偏弱的狀況。
“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”分兩部分,第一部分為高等數(shù)學(xué),第二部分為線性代數(shù)和概率統(tǒng)計(jì)。“老三篇”是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ),其思想和精髓應(yīng)作為課程內(nèi)容。因?yàn)橐榻B“應(yīng)用數(shù)學(xué)”和“數(shù)學(xué)建?!保n時(shí)又不能大量增加,故“老三篇”就要壓縮。其中《基礎(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅰ高等數(shù)學(xué)》一個(gè)學(xué)期,《基礎(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅱ線性代數(shù)與概率統(tǒng)計(jì)》一個(gè)學(xué)期?!痘A(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅰ高等數(shù)學(xué)》突出講述微積分中的重要概念,如極限、微分、積分、級(jí)數(shù)和微分方程等;強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)思想,如使用極限的思想研究函數(shù)的性質(zhì)等,并注意以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向?!痘A(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅱ線性代數(shù)與概率統(tǒng)計(jì)》中的線性代數(shù)主要講述線性方程組的有關(guān)概念及應(yīng)用;概率統(tǒng)計(jì)主要講述一維隨機(jī)變量及其應(yīng)用和參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析與回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法及思想?;A(chǔ)數(shù)學(xué)主要講思想、講概念和主要的結(jié)論及應(yīng)用,通過簡單的例子說明問題。
“應(yīng)用數(shù)學(xué)”可包括差分方程、數(shù)值計(jì)算、運(yùn)籌學(xué)、對(duì)策論、多目標(biāo)決策、圖論、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。讓學(xué)生了解近現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的一些內(nèi)容及應(yīng)用的實(shí)例,拓展學(xué)生的視野,提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)。
“數(shù)學(xué)建模”以數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)為教學(xué)形式,讓學(xué)生掌握綜合應(yīng)用各種數(shù)學(xué)概念和方法,通過建立數(shù)學(xué)模型,結(jié)合數(shù)學(xué)軟件等工具解決實(shí)際問題的一般方法。
“新三篇”課程的設(shè)置旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的感知,即數(shù)學(xué)是有用的,是能用的,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解決簡單實(shí)際問題的能力。
2.2 淡化推導(dǎo)和計(jì)算技巧的原則 擴(kuò)招以后,大批按原來精英教育的標(biāo)準(zhǔn)上不了大學(xué)的學(xué)生涌進(jìn)應(yīng)用型高校。應(yīng)用型高校包括獨(dú)立學(xué)院受教育的對(duì)象主要是即將進(jìn)入社會(huì)的應(yīng)用型人才,而不是數(shù)學(xué)上的創(chuàng)新人才。目前,獨(dú)立學(xué)院數(shù)學(xué)課程的教學(xué)大多借鑒甚至照搬一本或二本院校的模式。但獨(dú)立學(xué)院錄取分?jǐn)?shù)相對(duì)較低,學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和抽象思維能力相對(duì)較差,照搬傳統(tǒng)的培養(yǎng)“精英人才”的教育模式和教學(xué)方法必然不適合,結(jié)果是許多學(xué)生學(xué)不懂?dāng)?shù)學(xué),大批學(xué)生數(shù)學(xué)不及格以致不能畢業(yè)成了很普遍的現(xiàn)象。結(jié)合學(xué)生狀況及獨(dú)立學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo),獨(dú)立學(xué)院的數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)體現(xiàn)學(xué)科思想的重要概念、結(jié)論的理解以及數(shù)學(xué)的應(yīng)用。課程應(yīng)淡化繁瑣的理論推導(dǎo)和計(jì)算技巧,而將這一部分交由相關(guān)數(shù)學(xué)軟件來實(shí)現(xiàn)。要把數(shù)學(xué)盡量變成讓現(xiàn)在的學(xué)生容易接受的,簡單又有樂趣的課程。因此“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”課程教材在各章節(jié)內(nèi)容的編排上,首先采用常規(guī)的、基礎(chǔ)的例題介紹基本的知識(shí)點(diǎn)和簡單的計(jì)算,而對(duì)復(fù)雜的、涉及較高計(jì)算技巧的問題,則直接運(yùn)用一些數(shù)學(xué)軟件來求解,這樣學(xué)生可以從大量繁瑣復(fù)雜的運(yùn)算中解放出來,通過數(shù)學(xué)軟件化解過難過繁的運(yùn)算,使學(xué)生提高學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,同時(shí)也使學(xué)生掌握了一種簡單實(shí)用的計(jì)算軟件。
2.3 與數(shù)學(xué)軟件相結(jié)合的原則 錢學(xué)森教授1989年就指出了計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)的深刻影響,許多著名的科學(xué)家與數(shù)學(xué)家也都指出要培養(yǎng)一代創(chuàng)新人才必須在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)是數(shù)學(xué)教師的得力助手。隨著數(shù)學(xué)的發(fā)展,數(shù)學(xué)軟件將成為人們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)必不可少的工具。獨(dú)立學(xué)院更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件的能力,這將使學(xué)生在今后的工作中更得心應(yīng)手。許多數(shù)學(xué)軟件都具有強(qiáng)大而完備的計(jì)算功能,數(shù)學(xué)課程所涉及的絕大多數(shù)計(jì)算幾乎都能通過數(shù)學(xué)軟件來迅速求解,且大大提高了計(jì)算的速度。數(shù)學(xué)軟件還能以更直觀的方式向?qū)W生展現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)。如利用數(shù)學(xué)軟件強(qiáng)大的圖形繪制功能,在數(shù)學(xué)教材中可以繪制出豐富有趣的曲線和曲面,利用彩色的圖形吸引學(xué)生的眼球,激發(fā)學(xué)生的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力;同時(shí)也使數(shù)學(xué)課程的內(nèi)容表達(dá)得更全面、更直觀、更清晰、更易懂,將重要而抽象的數(shù)學(xué)概念、原理、方法和思想等直觀地呈現(xiàn)出來,加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的印象,為學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)提供了有益的幫助?!盎A(chǔ)數(shù)學(xué)”課程應(yīng)體現(xiàn)數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)內(nèi)容的緊密結(jié)合。當(dāng)然我們也必須十分注意,在教學(xué)過程中要避免學(xué)生過分地依賴數(shù)學(xué)軟件,在基本理論和基本計(jì)算方法部分,利用黑板、粉筆進(jìn)行教學(xué),利用書面作業(yè)進(jìn)行練習(xí),比用計(jì)算機(jī)更為有效。關(guān)鍵是要做到兩者恰當(dāng)結(jié)合和相互促進(jìn),才能充分發(fā)揮數(shù)學(xué)軟件對(duì)數(shù)學(xué)課程教學(xué)的促進(jìn)作用。
2.4 課程教材的編寫應(yīng)體現(xiàn)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想 通過數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)可化解知識(shí)難點(diǎn)并進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的探索。
數(shù)學(xué)課程中涉及眾多抽象的定義、定理,依靠邏輯而不是觀測(cè)結(jié)果作為其真理的標(biāo)準(zhǔn)。但同時(shí)也不排斥使用觀測(cè)、模擬的手段作為發(fā)現(xiàn)真理的手段[3]。學(xué)生借助計(jì)算機(jī)軟件,在老師的指導(dǎo)下自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的全過程。借助數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生去探索、學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律,可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),運(yùn)用所學(xué)知識(shí),建立數(shù)學(xué)模型,使用數(shù)學(xué)軟件解決實(shí)際問題的,最終達(dá)到提高學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)和綜合能力的目的[4]。比如多元函數(shù)微積分學(xué)一直是非常重要而又非常難以掌握的部分,在介紹多元函數(shù)極值時(shí),可先用數(shù)學(xué)軟件畫出函數(shù)①z=x2+y2;②z=-■;③z=xy的曲面圖形,讓學(xué)生分析三個(gè)函數(shù)在點(diǎn)P(0,0)的函數(shù)值與點(diǎn)P領(lǐng)域內(nèi)其他點(diǎn)函數(shù)值的大小關(guān)系,再結(jié)合一元函數(shù)極值的概念,推廣出二元函數(shù)極值的概念。為求二元函數(shù)極值,引導(dǎo)學(xué)生分析這三個(gè)函數(shù)在點(diǎn)
P(0,0)的偏導(dǎo)數(shù)得到求可疑極值點(diǎn)的方法,再用數(shù)學(xué)軟件畫出這三個(gè)函數(shù)在點(diǎn)P(0,0)附近的等高線引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)出:在兩個(gè)極值點(diǎn)附近,等高線是封閉的;非極值點(diǎn)附近,等高線不封閉。由此得到從圖形上判斷可疑的極值點(diǎn)是否為極值點(diǎn)的方法。最后再介紹一下極值點(diǎn)的充分條件定理,感興趣的同學(xué)可以課后自學(xué)。讓學(xué)生自己動(dòng)手,在實(shí)驗(yàn)過程中去觀察、發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律,驗(yàn)證和鞏固數(shù)學(xué)知識(shí),領(lǐng)悟數(shù)學(xué)思想,找到解決問題的方法,而不再是老師的滿堂灌,重塑了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的信心,可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。因此,“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”課程結(jié)合數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)也是舍去了繁瑣、冗長的理論推導(dǎo),認(rèn)識(shí)一些重要的數(shù)學(xué)結(jié)論的好方法。
目前絕大多數(shù)學(xué)校雖然也都開設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課,但是一般都是在大學(xué)三年級(jí)單獨(dú)開設(shè),單獨(dú)開設(shè)使得數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程只能對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)起到一定的補(bǔ)充作用,貢獻(xiàn)不大。而在“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”課程中融入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),可以使數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)成為數(shù)學(xué)教學(xué)中的常態(tài)。
不少人認(rèn)為只有傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)才能訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和形象思維能力,而在數(shù)學(xué)教學(xué)中借助數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)將背離數(shù)學(xué)的本質(zhì),使學(xué)生失去了重要的數(shù)學(xué)訓(xùn)練機(jī)會(huì)。不可否認(rèn),現(xiàn)代計(jì)算工具的運(yùn)用導(dǎo)致了部分心腦計(jì)算功能的退化而使人們更多的依賴于計(jì)算工具,但如果人的智能轉(zhuǎn)向更高層次的開發(fā),這部分的退化則并不是那么值得令人擔(dān)憂[5]。事實(shí)上,學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的過程,能促進(jìn)其對(duì)數(shù)學(xué)概念、定理的理解,在某種程度上加快了數(shù)學(xué)素質(zhì)的形成。
2.5 數(shù)學(xué)建模思想的融入 數(shù)學(xué)的應(yīng)用說到底就是運(yùn)用數(shù)學(xué)的知識(shí)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生來說,領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)的有用性,學(xué)會(huì)使用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題應(yīng)是數(shù)學(xué)課程教學(xué)的最重要的方面。在“基礎(chǔ)數(shù)學(xué)”課程中應(yīng)盡早融入數(shù)學(xué)建模思想,這樣一方面有利于增加數(shù)學(xué)課程的趣味性,另一方面也能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí)。再結(jié)合“新三篇”中“數(shù)學(xué)建?!闭n程的開設(shè),可以促使學(xué)生在實(shí)踐、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中自覺地運(yùn)用數(shù)學(xué),提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力,有助于完成應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),提高應(yīng)用型人才的綜合素質(zhì);同時(shí)也將全面提高教師的教學(xué)水平和綜合能力。
3 結(jié)語
為了符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)目標(biāo),北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院在數(shù)學(xué)課程教材的改革和創(chuàng)新方面做了可以借鑒的大膽嘗試,已經(jīng)完成了《基礎(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅰ高等數(shù)學(xué)》和《基礎(chǔ)數(shù)學(xué)Ⅱ線性代數(shù)與概率統(tǒng)計(jì)》兩本教材的編寫。但要探索出一條適合目前數(shù)學(xué)發(fā)展的形勢(shì),適合人們對(duì)數(shù)學(xué)新的需求和利用,適合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生現(xiàn)狀的數(shù)學(xué)教育之路,我們還需要不斷研究,不斷實(shí)踐,不斷總結(jié)……任重而道遠(yuǎn)。
篇10
據(jù)我所知,我校共有社團(tuán)13個(gè),經(jīng)票選分別選出了一星級(jí),二星級(jí),三星級(jí),四星級(jí),五星級(jí)和新成立社團(tuán)。社團(tuán)總體分為兩種類別:一是與自身專業(yè)相關(guān)的,比如說計(jì)算機(jī)專業(yè)的數(shù)據(jù)處理社;二是人文藝術(shù)類的,比如墨緣書法社,三人行社團(tuán),跆拳道社等。對(duì)于一所中職學(xué)校,同學(xué)們?nèi)狈θ宋纳鐣?huì)類學(xué)科知識(shí)的熏陶。而我校的社團(tuán)組織在一定程度上彌補(bǔ)了這一方面的不足,比如墨緣書畫社,話劇社,三人行社團(tuán)等等。但是,由于社團(tuán)本身的自由性決定了其成員及事務(wù)管理方面的復(fù)雜性。由于成員來自不同的院系、專業(yè),入社團(tuán)門檻低手續(xù)簡單,沒有嚴(yán)格的面試,勢(shì)必造成社團(tuán)人員的復(fù)雜多樣;再者,每學(xué)年各社團(tuán)都大量招新,直接導(dǎo)致每學(xué)年都有許多事物重新被交代和開始。由于社團(tuán)的自由性,有許多成員不怎么重視社團(tuán)的活動(dòng),導(dǎo)致社團(tuán)活動(dòng)經(jīng)常無法正常開展。
據(jù)了解和觀察以及親身體會(huì),我校各社團(tuán)組織間差異明顯。有的社團(tuán)人員構(gòu)成極其復(fù)雜,社團(tuán)內(nèi)事物也一團(tuán)糟,完全違背社團(tuán)組建的初衷;而有的社團(tuán)有條不紊,可以舉辦全校性的活動(dòng),發(fā)展良好。綜合起來,我校各社團(tuán)或多或少存在以下問題:
一、資金不足
有些社團(tuán)由于資金不足,無力承辦中大型社團(tuán)活動(dòng),只能小范圍內(nèi)活動(dòng),使整個(gè)社團(tuán)失去發(fā)展的動(dòng)力,漸漸門庭冷落,無人應(yīng)和。
二、無固定活動(dòng)場(chǎng)地
由于我校場(chǎng)地問題,有許多社團(tuán)沒有固定場(chǎng)地活動(dòng)。教室本來就不多,空余的幾乎找不到,每晚都有這樣或那樣的選修課,無疑給了社團(tuán)很大的考驗(yàn)。
三、沒有專業(yè)老師的指導(dǎo)
有許多社團(tuán)都是帶有專業(yè)學(xué)科知識(shí)的。沒有老師的指導(dǎo)無法解決根本問題,也提不起學(xué)生的積極性。比如推拿社,舞美社等。這些專業(yè)性的社團(tuán),緊靠少數(shù)成員的興趣愛好,根本不能長久。
這些問題極大地挫傷社團(tuán)積發(fā)展的積極性及影響其正?;顒?dòng)的開展,使學(xué)生社團(tuán)出現(xiàn)虎頭蛇尾,甚至名存實(shí)亡半數(shù)社團(tuán)自生自滅。目前大部分社團(tuán)活動(dòng)經(jīng)費(fèi)僅依靠收取有限的會(huì)費(fèi)僅有少量的社團(tuán)能開展經(jīng)營活動(dòng)或獲得一些社會(huì)贊助。希望學(xué)??梢愿淖兩鐖F(tuán)發(fā)展中的這些現(xiàn)象以解決社團(tuán)發(fā)展的受限因素,使其健康的發(fā)展。
而對(duì)于社團(tuán)的發(fā)展規(guī)劃,我有如下幾點(diǎn)建議:
一、社團(tuán)內(nèi)部應(yīng)盡可能減少人動(dòng)以維護(hù)社團(tuán)的穩(wěn)健發(fā)展。
一年一換屆對(duì)于一個(gè)社團(tuán)來說變動(dòng)太大。據(jù)我了解,一般是大一學(xué)生做普通社員,大二學(xué)生擔(dān)任副手,少數(shù)大三學(xué)生為正式負(fù)責(zé)人。以此為潛規(guī)律,每年換屆。但每一換屆必然帶來社團(tuán)發(fā)展方向的改變,在管理與執(zhí)行上都有很大的差異,不利于社團(tuán)的穩(wěn)健發(fā)展。
二、社團(tuán)應(yīng)有明確的管理體制與獎(jiǎng)懲淘汰制度以保持社團(tuán)的活力與朝氣。
社團(tuán)在管理上優(yōu)勢(shì)難以避免存在個(gè)人因素,若無明確的獎(jiǎng)懲淘汰制度就很難從根本上解決這些問題。
三、社團(tuán)與社團(tuán)之間應(yīng)加強(qiáng)交流與合作以防固步自封。
目前為止,各社團(tuán)很少有互相溝通合作的先例。我認(rèn)為各社團(tuán)間應(yīng),比如推拿社可以與書法社聯(lián)合舉辦中國的傳統(tǒng)活動(dòng),羽毛球社可以與籃球或其他體育專業(yè)性的社團(tuán)聯(lián)合舉辦體育活動(dòng)等。畢竟合作與溝通可以增加社團(tuán)平時(shí)單一活動(dòng)的樂趣。
四、社團(tuán)組織應(yīng)多與學(xué)校溝通合作以共同促進(jìn)學(xué)生生活與學(xué)習(xí)的美好發(fā)展。
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