科学计算的特点篇1

关键词：计算机基础课程；计算思维；医药专业；教学改革

医药类高等院校的计算机基础教学在很大程度上决定着未来的医药卫生人才掌握信息化技术的程度。经过近30年的发展，大学计算机基础课程已经成为医药院校的公共必修基础课，也是医药专业本科生通识教育的重要组成部分，是培养学生信息素养、综合素质及计算机应用能力不可或缺的重要环节。但是近年来，医药院校的计算机基础教学也遇到了一些新问题，如随着计算机技术的飞速发展和日益普及，刚进入高校的新生对在大学计算机基础课程中能学到什么有困惑，任课教师对在大学计算机基础课程中教什么、怎么教也有疑惑；同时，随着医学技术的发展以及国家对医师资格和队伍管理的日益加强，医学相关课程的内容及学时量大为增加，使得部分医药院校不得不压缩公共课程包括计算机基础课程的学时数，但是医疗机构信息化进程的不断深入和计算机在医学临床及基础研究中的广泛应用，又对从业人员的信息素养和计算机应用能力提出了更高要求。上述各种因素，都使得目前医药院校的计算机基础课程教学面临很大挑战。

本文结合国内外教育界对大学计算机教学的新认识和新要求，对开展以计算思维培养为核心的医药院校计算机基础课程教学改革的必要性进行深入探讨，并阐述了对医药院校计算机基础课程进行教学改革的主要思路。

一、国内外计算机教学的新发展

近年来，随着计算机技术的飞速发展和计算科学跨学科交融的深入，计算学科促进其他学科发展的作用日益凸显。国内外教育界对计算科学的重要性有了进一步

的认识和体会，并将与计算科学对应的计算思维的培养提到了新高度。所谓计算思维（ComputationalThinking），按照美国卡内基·梅隆大学周以真教授2006年给出的定义是“运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”，其“本质是抽象和自动化”[1，2]。为确保美国在计算科学领域的竞争力，2007年美国科学基金会（NSF）启动了“大学计算教育振兴的途径”（CPATH）计划，旨在改革本科生的计算教育，提升学生对计算科学的兴趣。而在项目实践过程中，计算思维的作用日益凸显。为此，NSF进一步启动了一个重大基础研究计划“计算使能的科学发现与技术创新”（CDI），内容涉及所有学科，并以计算思维培养为核心。2011年，NSF又启动了CE21（TheComputingEducationforthe21stCentury）计划，目的是提高中小学生和大学一、二年级学生及老师的计算思维能力[1，3]。

计算思维在国外计算机教育中的兴起也引起了我国计算机教育界的高度重视。在教育部高等教育司的领导下，计算机基础课程教学指导委员会逐步确立了以计算思维培养为导向的计算机基础课程教学改革方向[4]，并组织了一系列的计算思维与大学计算机课程教学改革研讨会，以推进国内教育界对计算思维的理解及相关教学改革的开展。特别是在计算机基础课程教学指导委员会的推动下，教育部高等教育司于2012年底批准的以计算思维培养为导向的大学计算机课程改革项目，其主要目标和内容包括：（1）从理论层面研究计算思维的内涵、表达形式以及对大学计算机教学的影响；（2）从系统层面科学规划大学计算机课程的知识结构和课程体系；（3）从操作层面将大学计算机课程建设成为培养计算思维能力的有效途径，并建设一批教学资源；（4）从实践层面推动一批高校按照不同层次培养目标、不同专业应用需求开展大学计算机课程改革探索[3]。包括理、工、文、农、医等在内超过百所高校参加的这一批项目的启动，标志着我国高校计算机基础教学改革进入了新的篇章。

二、对医药院校计算机基础教学的重新定位

计算机应用能力的培养一直是医药院校计算机基础教学的重点。在2011版《高等学校医药类计算机基础课程教学基本要求》中，将课程的能力培养目标归纳为四点：对计算机的认知能力、应用计算机解决问题的能力、依托信息技术的共处能力及基于网络的学习能力。但在实际教学过程中，许多教学管理者、任课教师和学生都受计算机“狭义工具论”思想的影响，将计算机基础教学的重点放在系统操作、应用软件的使用和在医学中的具体应用上。

随着计算科学的发展以及与自然和社会各个学科结合的日益紧密，它已从最初的数值计算工具、仿真技术以及基于网络的E-Service平台等，变成普遍适用于自然和社会领域的通用思维模式。在医学领域，计算科学也已从最初的生理系统仿真建模、医院信息管理系统、数字医院的应用逐步发展到计算医学、计算生物学、生物信息学、电子病历系统、虚拟人、健康物联网等新型交叉学科以及更广泛深入的应用，并在医学发展和研究中发挥出越来越重要的作用。作为培养医学生掌握先进计算技术的第一门课——大学计算机基础课程，能否在其中发挥应有的作用，就显得至关重要。医学生能否具有计算思维并掌握利用先进计算技术来分析解决医学相关问题的能力，成为医药院校计算机基础教学面临的重大挑战。

作为基本思维方式，计算思维不仅具有通识教育应有的特征，且在医学基础研究及临床实践，特别是整合医学中具有独特优势。因此，无论是作为大学通识教育的重要内容，还是作为提高医药专业本科生综合素质的有效途径，在医药院校计算机基础教学中引入计算思维培养，是计算机教学向深层次发展的必由之路和必然选择。面对计算机基础教学面临的新问题和新挑战，通过改变传统教学方式，使计算思维成为大学计算机基础教学所体现的主要思想，从更高层面定位医药院校的计算机基础教学，并成为改革的主要目标。这一次的教学改革，并不是完全现有的教学模式和内容，而是一种更新和提升，是以本科医学教育的国际标准和国家标准为指导，再结合医药专业人才培养要求和医学应用特色，以计算思维能力培养为导向，实现对医学生应用能力、信息素养和思维能力的综合培养。

三、医药院校计算机基础课程改革的思路

面向计算思维培养的医药院校计算机基础课程改革应在促进教学观念转变的基础上，以计算思维能力的培养为核心及主线，结合医药专业培养目标和《高等学校医药类计算机基础课程教学基本要求及实施方案》，开展计算机基础核心课程的教学改革研究，重点围绕课程的教学内容、教学方法改革、课程资源建设及实验平台建设等四个方面展开。目的是在对医学生进行计算机文化、信息素养教育和计算机应用能力培养的基础上，进一步突出计算思维能力的训练与培养，使大学计算机基础教学的核心课程能够成为开发和培养医学生计算思维能力的重要途径，使医学生对计算及计算机科学的思维形式有更深刻的理解，具有应用计算思维解决医学及临床问题的习惯。

鉴于医学基础及临床研究与实践的特点，长期以来，医学生的培养主要以实验科学和实证思维为主，计算科学和计算思维则相对缺乏。计算机基础课程教学中也更重视计算机操作和工具应用，较少涉及计算思维能力的培养。因此，在课程改革中，需要从医学应用的角度加强学生对抽象、设计等计算思维基本要素的理解。通过对医学生计算思维能力的训练，培养他们对人体复杂生理、病理、生化、药理等过程及临床复杂问题进行分解、提炼归纳、系统设计的能力，从而提高医学生利用计算技术分析解决医学基础和临床实际问题的思维能力和应用能力。

下图是开展面向计算思维培养的医药院校计算机基础课程教学改革的总体框架。通过教学改革研究，力争探索出适合医药专业本科生计算思维培养的计算机基础课程教学实施方案，精选出能适应改革要求的课程内容，总结出适合计算思维培养的教学设计、教学方法、实践实验环节，并积累一批能深度融合和体现计算思维的医学教学案例、应用实例、教学片段等教学资源库，建设相应的实验教学平台和实验案例库，编写出具备计算思维核心要素、体现计算思维方法训练、医学案例和应用丰富的全新课程教材。通过面向计算思维培养的教学改革，把目前医药院校大学计算机课程“工具论”式的教学，提升到对文化素养、应用能力和思维能力的综合培养。

在上述框架中，进行教改的关键是在计算机文化教育、信息素养教育、计算机应用能力培养目标之上，对医药院校计算机基础核心课程教学内容的建设。通过对原有教学内容进行精炼、更新和提升，去掉那些已掌握及可自学的基础知识和操作技能，增加能体现计算思维和计算理论的相关内容，特别是与解决医学问题相关的表达和方法；对课程核心内容进行梳理，对与计算思维概念、理论及问题求解方法等相关的知识单元/知识点/实验单元予以加强；突出医学特点和专业应用。在此基础上，再按照计算思维体系对内容进行优化重组，建立知识单元和知识点等与计算思维表达体系间的映射关系，体现思维方法，初步实现计算思维从“科学”层面到医药院校计算机基础课程“教学”层面的转换。在教学改革实施过程中，针对计算思维能力的培养目标，精选能够体现计算思维方法和过程并与医学应用结合的教学片段/案例、临床数据、实验项目，是资源建设的关键。基于医学数据管理、统计分析、信息处理等应用实例，展示应用计算思维进行求解的过程，特别是核心问题的抽象建模、算法化描述、自动化处理等，可极大促进医学生计算思维和解决问题能力的培养和锻炼。教学改革的另一个关键是通过对教学方式和教学设计的改变，在教学中突出计算思维的过程和基于不同层次计算环境的医学问题求解思路。

相较理工科院校针对计算思维的培养已在前期开展了较多的理论和实践探索，医药院校计算机基础课程教学在相关方面的改革才刚刚起步，因此应该采取系统展

开、循序渐进、分步实施的策略，可以先在小专业、小班中试点，再逐步推广。同时，考虑到基础医学、临床医学、药学等各医学专业对计算机应用能力和工具技术的要求有所不同，对计算思维能力培养的要求也应逐步提高。

计算思维的引入为医药院校计算机教学的改革打开了一扇新的窗户。将计算思维的培养融入医药院校计算机基础课程的教学改革，能够为计算机教育提供更深层次的内涵和更高的目标，体现了计算科学的新发展和计算机教育理念的进步。通过从计算思维培养涉及的不同层次上进行改革探索，为构建医药院校以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程教学体系提供经验和参考。

参考文献：

[1]陈国良，董荣胜.计算思维与大学计算机基础教育[J].中国大学教学，2011（1）：7-11，32.

[2]J.MWing.ComputationalThinking[J].CommunicationsofACM，2006，49（3）：33-35.

科学计算的特点篇2

1.1计算机科学与技术的发展现状

首先，计算机科学与技术同时朝着普及性与发展性两方面发展。当今社会科学技术的发展代表了社会先进生产力的发展，对人类社会的进步就有举足轻重的作用。目前计算进科学技术的发展与普及使得人们的生活发展了巨大的改变，它已经渗透在社会经济生活的方方面面。其次，现如今计算机科学技术的发展越来越综合化与专业化。虽然计算机已经广泛地普及在了世界范围，但是在普及的同时计算机也越来越专业，计算机的功能越来越综合。比如，很多家用电器开始具备了各种智能化的功能，操作起来更加的方便和人性化，家庭的网络运用也开始出现了无线网络以及新的网络分布系统，极大地便捷了人们的生活。同时计算机各种专业化的特点让计算机的功能更加地完整和综合，从而更好地解决人们生活工作方面的特点。最后，当今计算机的发展具有突破性和深入性。计算机普及与专业的发展使得计算机的功能定位更加明确，促使计算机朝着具有挑战和突破的方面发展。现如今人们对计算机功能的需求在不断提高，台式机、笔记本、平板电脑等新型的计算机不断诞生并影响着人们的生活，计算机的发展也将一直朝着人们发展所需求的方向进行不断完善。

1.2计算机科学与技术的发展特点

进入二十一世纪之后计算机发展的最显著的特点就是与现代高科技的结合。现如今计算机科学技术的发展特点主要体现在以下两个个方面：第一，计算机向社会经济文化以及商业等各方面开始渗透和普及，为了使得社会经济活动能够顺利进行，计算机以及电子科技的普及与运用势在必行；第二，新型计算机的更新换代的周期大大缩短了。第一台计算机的诞生到使用经历了将近半个世纪，而从第一台计算机至半导体晶体管的出现仅仅十年左右的时间，再发展至集成电路只用了两年左右的时间，可以说计算机改革和进步的时间在不断地缩短。

2计算机科学与技术的发展趋势

我国计算机最初运用在军事以及国防方面，经过多年的普及与发展，虽然我国投入了大量的人力物力和财力进行研发计算机，但还是难以与国民经济的发展相接轨，我国计算机的发展并没有进行本质上的转变，因此，近年来我国计算机的发展道路其实越来越窄，为了更好地发展我国的计算机科学技术，应该对计算机科学技术的未来发展趋势进行整体的把握：

2.1计算机会朝着更高的层次发展

从计算机的性能以及运行的速度，尤其是计算机主频的精密度方面，应该朝着更高的等级发展。英特尔公司已经拥有十亿以上的晶体管处理器，在一个计算机中同时使用上千个处理器，而目前很多国家最高级的计算机都使用计算机的并行处理。在这种处理器的基础上计算机走向了更加高级的发展阶段，也越来越受到人们的青睐。

2.2计算机科学技术的发展更加宽广

计算机的发展趋势是全世界范围内的发展，可以说无处不在。近几年计算机的发展出现了明显的网络化向各个领域渗透的现状，使得计算机在广度上进行了前所未有的拓展。未来计算机就是家庭的必备电器，我们的学习和上班将会完全电子化，而计算机的价格未来也会非常的平民化，成为人们最日常、最普通的日用品。

2.3计算机科学技术未来的发展会更加的专业和深入，即计算机的发展更加的智能化

科学计算的特点篇3

［关键词］信息管理与信息系统专业；计算机类课程；教学模式

一、不同专业计算机课程教学的几种模式

目前，计算机的应用已渗透到社会的各行各业，正在改变着人们传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。高校的许多专业都开设了与计算机相关的课程，计算机应用基础已成为许多高校的通识平台课程。

计算机在不同的行业有不同的应用，不同行业对计算机的要求是不一样的，因此，高校中对应的不同专业对于计算机课程的教学要求也会不一样。

我们不妨将计算机的研究和应用简单分为以下4种类型：①计算机学科研究和应用类；②工程技术和工业控制中的应用类；③信息管理中的应用类；④其他方面的应用类。这样可清楚地看出不同类型的专业对计算机的不同要求。

1．计算机学科研究和应用类的教学要求

计算机学科研究和应用类专业有计算机科学与技术、通信工程、信息安全、智能科学与技术、软件工程等。

这类专业的特点是研究的目的和对象就是计算机本身，因此，在计算机课程教学中，会把计算机软硬件的基本原理与结构讲得非常全面和深入，以使学生具有研究与开发计算机软硬件的基本能力。这种类型的学生将来主要在IT行业就业。

2．工程技术和工业控制中的应用类的教学要求

这类专业较多，如电气工程及其自动化、电子信息工程、自动化、测控技术与仪器、土木工程中的工程管理、机械设计制造及其自动化、车辆工程、热能与动力工程、工业工程、化学工程与工艺、数学与应用数学、信息与计算科学等专业。

这类专业研究的目的和对象各不相同，但其有两个共性：一是为了更好地解决工程技术和工业控制中的各种问题，即属于工程类和计算类的问题；二是其对计算机的要求主要是应用，即应用计算机快速解决问题。因此，在计算机课程教学中，主要是让学生学会几种工具软件或计算软件，解决工程中的问题即可，而没有必要对计算机系统内部的原理与结构作过多过深的教学。这种类型的学生将来主要在工业制造业或一些工程类、计算类的研究所就业。

3．信息管理中的应用类的教学要求

这类专业有电子商务、信息管理与信息系统、国际经济与贸易、行政管理等专业。

这类专业也有两个共性：一是为了更好地解决管理和商务中的各种问题，它们属于管理类；二是它们对计算机的要求也主要是应用，即应用计算机提高管理效率，减少差错。这类专业的学生不仅要学会计算机能干什么，而且要学会如何利用计算机和网络的特点，去规划和实现企业管理信息化，因此，在计算机课程教学中，对计算机的各种应用要学习比较多的内容，特别还要将计算机的应用与管理相结合，但仍然没有必要对计算机软硬件内部的原理与结构作过多过深的教学，对这方面的知识有一般的了解就行。这种类型的学生将来主要在一些管理类或信息类的行业就业。

4．其他方面的应用类的教学要求

计算机还可在教育、医疗、数字多媒体及其他生活方面应用，相关学校也开设了相关专业，如数字媒体技术等专业不仅要求学生具备基本的艺术素养，还要有扎实的计算机基础知识。

这类专业的计算机课程教学主要就是讲授计算机在一些专门领域的工具软件的应用，如利用计算机进行动画设计等。

综上所述，不同类型的专业和领域对计算机的应用和要求有很大的差别，学科所跨的领域也比较宽，不可能也不应该采用统一的教学模式和教学内容，甚至名称类似的课程可能由于专业特点不一样，教学的内容的侧重点也应不一样。所以，一个学校不同专业的计算机类课程完全靠一个计算机系或计算机学院来统一开设，是不科学的，也是不切合实际的。只有每个专业根据本专业的特点和要求，进行计算机教学模式和内容的研究，开设适合本专业的计算机课程，才能将专业特色体现出来，才能将专业建设得更好。

二、信息管理与信息系统专业计算机课程的教学模式

1．信息管理与信息系统专业计算机类课程特点

信息管理与信息系统专业既不同于计算机专业，也有别于管理专业，更不是计算机专业与管理专业的大拼盘，而是基于现代管理理论，借助先进的计算机工具进行信息管理和信息处理的学科。

信息管理与信息系统专业是信息科学、管理科学、系统科学、计算机科学等众多学科交叉的一个专业。在该专业中计算机类课程是培养学生计算机素养和技能、支撑管理信息化的重要基础，其在课程设置中占有相当的比重，因此，构建适时、科学、合理的计算机类课程教学体系是本专业课程体系建设的核心内容之一。

信息管理与信息系统专业的多学科交叉特点，决定了该专业的发展方向和人才培养的模式与特征，即以管理为基础，以信息科学为支撑，以信息技术为手段，管理与技术并重，培养以应用为目标，管理、信息技术相融合的技术型管理人才。这一方向和目标要求在教学中以计算机作为工具，注重将信息技术与管理的融合，树立“技术进步促进管理理念的发展，管理理念通过技术实现”的思想，让学生获得信息化管理与决策的专业技能。

2．信息管理与信息系统专业计算机课程教学中存在的问题

目前，我国各高校在信息管理与信息系统专业的培养方向上主要有信息技术导向型、管理导向型、信息资源导向型和公共管理导向型4种模式，这些模式虽各有自身特点和优势，但无论何种模式，其课程体系的共同特点都是计算机类课程占有相当大的比重，且计算机类课程与管理类课程分界明显，不能充分体现计算机技术与管理思想的融合与及本专业对人才培养的特色需要。

3．信息管理与信息系统专业计算机课程的教学模式

信息管理与信息系统专业学习的目标是通过信息技术在管理中的应用，提高加强管理的水平，解决管理中存在的问题，进而提升产业发展水平。

信息管理与信息系统专业应该以培养复合应用型人才为目标，培养具有信息分析能力与企业管理创新的知识，具有驾驭信息资源知识与能力的新型管理人才。

应用型人才是指学生能够在某一领域内将与其有关的专业理论知识具体地运用到实践中去，成为理论指导实践、改造客观世界的高级技术工作者。其不同于研究型和学术型人才，也不同于职业技术学校培养出来的技工。应用型人才的培养是在基本理论知识学习的基础上，侧重于对学生应用专业理论知识指导实践工作能力的培养。

在计算机课程的教学中，没有必要对计算机系统内部各个组件的原理、结构及工作过程作过多过深的介绍，而是应该把计算机应用能力的培养放在首位，把计算机同管理知识有机地结合起来，应以计算机如何为管理服务或管理中如何应用计算机为主要宗旨，将管理信息系统的实用程序和案例贯穿其中。

将计算机技术和管理进行有机的结合，构成信息管理与信息系统专业教育和教学的核心内容，体现了信息管理与信息系统专业的内在规律性，使其区别于其他专业。

4．信息管理与信息系统专业计算机课程教学的几个要点

（1）多用案例教学。通过案例教学，可以让学生感到所学知识的实际用途以及如何应用所学知识去解决管理中的实际问题，还可以达到帮他们进行复习的效果。

（2）多用实例或多媒体演示。对于一些难点，或不好理解的知识，老师应多举一些实际例子或现场操作加以辅助说明，如有可能，应利用一些多媒体手段（如动画、电影片段）进行演示，以达到事半功倍的效果。

（3）多做课程设计。有条件的课程可打破传统的作业模式，将做习题改成做课程设计，课程设计的内容应尽量来源于实际工作中，通过做课程设计可提高学生应用知识的能力，达到理论联系实际，巩固学习效果的目的。

（4）不断完善实践体系。各高校对学生实践能力的培养应通过课程实验、课程设计、毕业实习和毕业设计等有步骤、分阶段地来完成。这里每个阶段的内容设计，都必须和计算机在管理中的应用相关联，如管理信息系统设计与开发、信息化调研与咨询、网站设计、软件项目外包等。实践教学环节是能否实现信息管理应用型人才培养目标的关键。

（5）灵活的考试方式。为了提高学生的实际工作能力，有条件的课程可打破一次考试定成绩的考核方法，实现考试多样化，采用笔试、口试、操作演示、开卷、闭卷、小论文、项目规划、项目设计或开发、答辩等形式全面考核学生整体水平。

科学计算的特点篇4

【关键词】计算方法多媒体双语教学

【中图分类号】G642.0【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2013）22-0001-02

随着科学技术的飞速发展和计算机运算速度的不断提高，气象学越来越定量化和精确化。气象预报能力的提升离不开科学计算技术的飞速发展。“计算方法”是介绍科学计算的基础知识与核心内容的课程，对培养学生的科学计算能力和解决实际问题的能力具有重要的作用。计算方法又称数值计算方法、数值分析或科学计算，在大气科学系大气科学专业三年级下学期开设，是大气科学系的专业必修课程，是后续的数值天气预报课程的基础。不同于体系结构严谨、理论性强的高等数学课程，也不同于强调学生动手能力的实验类课程，计算方法侧重于通过理论分析设计出切实可行的有效算法，并在计算机上编程实现，体现了理论与实践的完美结合。它的主要内容包括非线性方程的解法、线性方程组的解法、插值及曲线拟合、数值微分与数值积分、常微分方程数值解法和偏微分方程初步。它的教学目的是使学生掌握数值计算方法的基础知识，能编程实现计算方法里的经典算法，并进行简单的误差或收敛性的分析，同时在学习实践过程中，让学生逐步掌握算法设计的一般过程和主要思路，培养学生解决实际问题的能力。

在中国，双语教学是指用一门外语作为课堂上的主要用语，并配合汉语同时进行的教学方式。双语教学是当前教学改革的热点，是高校适应社会需求，培养既精通专业知识、又精通外语的高素质复合型人才的重要手段。在笔者所在的资源环境与地科学学院的支持下，计算方法课程拟建设成英语和汉语双语示范性课程。近年来，笔者制作了多媒体英文课件，并利用中英文结合的方式进行了授课。本文初步总结教学方面的一些经验，分析计算方法课程多媒体双语教学的利弊，并提出了改进这门课程教学方法的一些建议。

一教学改革措施

1.指导思想

计算方法是一门侧重实践并兼顾理论的课程，实用性较强，必须采用讲授算法的基本原理与编程实验相结合的方法。针对大气科学专业学生的特点，应简化复杂的推理过程，通过实际例子展示算法的过程，并阐述算法的基本思想。通过双语教学使学生掌握计算方法的基础知识的和技能，并熟练掌握专业英语词汇，培养学生阅读英文教材、文献的兴趣，同时提高英语沟通能力。

2.教学大纲的制订

笔者通过多年的教学实践和研究经历，在广泛阅读国内外教材的基础上，根据大气科学的专业特点和教材《数值天

气预报》的教学需求，重新梳理了课程内容体系，删除了在大气科学领域不经常使用且艰涩难懂的算法和部分繁琐的计算公式和理论推导过程，同时增加了国内外最新的一些算法和在大气科学领域最近几年热点问题的相关实例，保证课程内容既跟得上时展的脚步，又生动实用，激发学生学习的热情。在实验课中，精选了九个大气科学中广泛使用的算法，让学生进行编程实践。

3.教材的选择

采用的教材是C.F.Gerald和P.O.Wheatley著（白峰杉改编）的《AppliedNumericalAnalysis》一书。此书的主要特点是科学体系严谨，内容选材精良，可读性强。书中深刻地阐述了算法设计的基本思想，并给出了分析算法性能的客观标准，如收敛速度、误差等。另外，此书给出了一些算法的Matlab程序语言，将计算方法和Matlab语言完美地结合在一起，而计算方法正是Matlab语言的最佳切入点。

4.授课的主要内容

计算方法理论课程的周学时为3，总学时为54。结合大气科学专业的教学要求，确定了教学内容，具体如下表所示：

章节教学内容教学时数

前言预备知识3学时

第1章求解非线性方程6学时

第2章求解线性方程组时

第3章插值及曲线拟合时

第4章数值微分与数值积分12学时

第5章常微分方程数值求解时

第6章偏微分方程初步6学时

相应地，设计了非线性方程组的牛顿迭代法、松弛法解线性代数方程组、Lagrange插值多项式、Aitken逐次线性插值法、多项式拟合、辛普生积分法、高斯积分法、常微分方程的龙格—库塔方法和泊松方程的差分方法等九个实验。

5.授课思路

通过分析大气科学中的实际问题，引出一个相关的数学问题，利用高等数学中相关的基本定理进行分析；根据分析结果设计算法，通过一个简单的例子来描述算法的基本思想；最后，对算法的收敛性或运行时间进行理论分析，并用多媒体演示典型例子的计算过程。

6.多媒体设计的重点内容

所制作的多媒体课件包含了大部分教学内容，并编写了

*资助项目：国家特色优势专业建设、云南大学资环学院教学改革项目

相关的Matlab语言的程序，用于展示算法。与传统的黑板教学相比，下面两个方向的内容具有相当显著的优势。

第一，算法的几何解释。如何用一个多项式函数去逼近未知函数是计算方法里的重要问题之一。从分析学的角度来说，多数算法的思想基于未知函数的泰勒展式，直观性不强。而从几何学的角度来解释算法，生动形象，特别是配合动态的多媒体课件，效果会更佳。

第二，算法的迭代过程与参数调整（如初值）。对于迭代算法（如非线性方程求根的不动点迭代法、求线性方程组的Gauss-Seidel迭代法等），通过实例分析能加深学生对于迭代法收敛性分析的理解。多媒体课件可以很好地展示迭代法收敛或发散的过程，加深学生对迭代法的理解。通过初值的调整，可以让学生了解有些迭代法的收敛性依赖于初值的选择，是局部收敛的，如求解非线性方程的牛顿迭代法。

二多媒体双语教学的利弊分析

1.主要优点

第一，加深学生对算法思想的理解。英文教材中从分析学、几何学的角度来阐述算法思想，尽管通俗严谨，但是对于高等数学基础不太好的同学来说，内容略显枯燥，不够生动。如曲线拟合中的三次B-样条，在本质上可以把每一段曲线理解成四个给定函数的线性组合，同时各段曲线满足一些光滑性的条件，但是由于函数的表达式较为复杂，学生很难把握算法的主要思想。多媒体课件可以展示三次B-样条的函数图像，不断调整给定点的坐标，生成一系列新的图像，产生动画效果，配合函数性质的讲解，更加形象地展示三次B-样条的思想和主要性质。

第二，为进一步学习打下语言基础。通过双语教学，可以让学生掌握一些大气科学专业常用词汇的英文记法，如插值、迭代、拟合等，养成阅读英文书籍期刊的习惯，对本科毕业论文设计、创新实验中查询英文资料有所帮助。大气科学系的学生考研平均入学率约为50%，还有部分同学会在毕业后几年内继续攻读研究生，因此，本科双语教学为学生在研究生阶段的学习研究打下较好的英语基础。

2.主要缺点

经过两年的努力，多媒体双语教学改革尽管取得了一定的成效，但仍有一些不足之处。相对黑板而言，多媒体课件展示推理过程或公式的速度较快，学生很难在短时间内理解推理过程、记住公式，如关于非线性方程的牛顿迭代法是二阶收敛的证明，数学基础较差的同学理解起来较为困难。同时，学生英文基础参差不齐，只能记得经常用到的高频词汇，不理解低频英文词汇的中文意思，以至于对相关专业知识的理解不够深刻，典型的例子就是可适应性积分，部分同学没能理解它的真正含义，以至于体会不到此算法的优点。

三建议与思考

经过近几年的教学改革实践，笔者认为对于非数学类的理科学生而言，在下面三个方面有不少改进的空间。

1.授课内容

“计算方法”课程内容较多，但课时量有限，可以根据专业特点，适当删除专业领域用得不多的内容，同时增加一些广泛使用的相关内容。在大气科学专业中，可以多补充求解三对角矩阵的线性方程组的“追赶法”的授课内容，并删除B-样条曲面的内容。计算方法各章内容相对独立，关联度不是特别强，但在整个授课过程中，应强化算法设计思想的一致性，让学生形成以直代曲、连续问题离散化、逐步逼近的思维方式。同时，让学生学会从时间复杂度、空间复杂度和精确度等方面分析比较算法，掌握算法的优劣性和适用范围，并尝试在特殊情形下修改算法。

2.授课方式

多媒体教学应和黑板教学合理地结合使用。对于那些繁琐的公式，尽管有规律可循，也最好用多媒体课件来展示，既节省时间，也可以降低学生的抵触情绪。对于用来展示算法思想的图形和用来验证算法性能的程序执行过程，最好也用多媒体课件来展示。但是对于一些重要的公式和理论分析过程，最好在黑板上逐步书写并详细解释，加深学生对基础知识的理解和掌握，如中心差商的误差分析等。

语言方面，教师应尽量提高自己英文发音的准确性。对于高频专业词汇，尽量用英语表述，对于那些出现频次不高的专业术语可以使用中文代替，使学生更加精确地理解讲授的内容。同时，应多和学生沟通交流，根据学生的接受程度和自己的英文发音情况决定使用英文的比例。同时，增加互动式教学内容，鼓励学生用英文发言讨论。

3.考核方式

目前，多数院校对计算方法课程的采用笔试的方式进行考核，这造成了许多学生为了获得高分，重理论轻实践，不利于提高编程能力。为了培养学生的理论联系实践的能力，应结合专业和学生的特点，建立更加合理的考核机制。根据笔者的教学经验，笔试成绩、上机成绩和平时成绩的比重分别定为50%、30%和20%较为合适。笔试方面，可以建立计算方法基础试题库，涵盖90%的期中、期末考试试题，并设计一个综合分析题，考查学生利用所学知识分析近年来相关专业领域内热点问题的能力，从而实现教考分离，充分调动学生学习的积极性。上机方面，更加侧重于平时上机编程的考核，不进行期中和期末考试，同时结合专业特点和自己的研究方向，设计出一些开放性的问题，给学生更加自由的空间，提高学生研究问题的兴趣。平时成绩方面，认真批改学生作业并给出等级评价，在课堂上经常提问，以检查学生掌握知识的程度，并根据学生的回答给出相应的分数。

参考文献

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科学计算的特点篇5

计算机专业具有实践性强、技术发展迅速、应用的深度和广度大、与具体应用结合紧密等特点，需要有不断的创新来开展新技术的研发并推进新技术在不同领域、不同层次的应用[1]。同时，解决相关问题需要整合计算机专业中信息技术、计算机工程、软件工程等分支学科，并对其多元知识点进行融合[2]。因此，计算机专业尤其需要也特别适合开展科技创新教育。培养计算机专业科技创新人才，需要深入了解计算机专业的特殊性，建立与之相符的教育教学观念。计算机专业人才的培养需要建立一套合适的课程教学体系，并将各个学科及课程的内容理论联系实际，尤其注重教学实践，并结合计算机科技竞赛及各个层级的科研项目来激发学生的创新能力[3]。

2人才培养模式的实施方案

2.1基于科技竞赛的计算机创新人才培养模式的建立

鼓励科技创新与注重教学实践的初衷对培养学生的创新思维与动手能力有着积极的作用。为此教学实践的改革刻不容缓，在条件允许的情况下，考虑适当增加教学实践的课时，从而提升学生参与项目的积极性。针对计算机学科的前沿知识，及社会领域的棘手问题、热点问题等皆可引导学生分层次逐步介入到关联的课程实践、大学生创新课题、毕业设计中来。不再以唯成绩论的单一方式进行考核，从而实现对实践教学评价体系的改革。计算机专业的特殊性注定其科研与教学目标的实现必须理论联系实际，这使得计算机课程实践具有重要的意义。我院以计算机竞赛为依托，增强了参与学生的动手能力，同时，学校对相关计算机实践平台的规划与建设也给予了大力支持，形成了多个涉及重要课题的实验室，这便于将计算机学科的多元知识点结合起来开展开放式实验，从而提高研究性、综合性、设计性等实验在实践教学中比重。在面向对象的JAVA程序设计语言、数据结构、算法分析与设计等相关课程的实验教学过程中，我院将教学实践改革的目标定位于结果的演示、数据的验证及更高层次的设计性与创新性结合的综合性实验，这些工作将有助于参赛学生实践能力和创新能力的培养。以计算机科技竞赛为依托，根据教学大纲及科技创新的成果对计算机专业的相关课程设计进行了教学改革，并结合计算机仿真及软件设计等竞赛的特点进行选题，使得课程设计的题目更具实用性。为此，课程实践对学生的要求也更具针对性，要求学生依次完成课程选题、解决方案与架构的设计、程序编写、配置、软件测试、撰写课程实践报告等步骤，并依据软件工程的标准，形成一套以国家标准为基准的文档。让学生全过程参与到科研项目中来，明确自身职责，并有效地培养其科技创新、软件方案设计、实践动手等方面的能力，从而为我院储备计算机科技创新人才资源。除此之外，在积极引入科研项目的同时也要落实将科研成果与计算机专业的课程教学实践有机结合，以促进学生由被动学习到主动学习的思想转变。

2.2多元知识点融合的实践教学

大学生的科研能力需要以计算机专业知识为依托，通过不断的积累，从而在某个领域保持优势，并融合各个课程的多元知识点来实现创新突破。由于计算机专业具有较强的实践性，所以在计算机专业学生的培养方面，我院不仅重视学生专业课程的学习，而且关注交叉学科、前导课程、后续课程、多元知识点的融会。在平时教学中，应及时了解计算机专业各二级学科的发展方向，并把各二级学科的相关知识点融入到教学实践中来，从而培养学生对前沿理论与先进技术的研究能力。深入了解计算机专业各课程间的关联性，明确主要课程的关联性教学规则，从而使得各课程多元知识点融合，这样有助于学生专业知识的融会贯通。为此，改进了计算机学科主干课程的教学大纲，在面向对象的程序设计、数据结构、数据库原理、操作系统等课程的理论学习完成后，皆开设了16课时左右的相关上机实践与课程设计。目标是加强学生对计算机专业相关学科与课程多元知识点的综合运用。如：在JAVA程序设计、数据结构课程设计、软法算法分析与设计的教学中，就融合了面向对象程序设计、数据结构知识、算法理论与思想的知识，在实践教学中应向学生介绍这些知识点涉及的课程及其相关性等[4]。同时，依据多年来各类科技竞赛的情况，在计算机相关主干课程的课程设计选题中，我们有目的的挑选其中难度适宜的作为课程设计的可选题目，逐步加强对学生分析与解决问题能力的培养。如此，将之与计算机科技竞赛进行关联，提高了学生的学习积极性，从而促进其科技创新能力的提升，最终实现了教学相长的目标。

2.3构建计算机专业科技竞赛体系

在校领导的大力支持下，并根据计算机专业的特点，课题组从部级、省级的计算机专业竞赛中层层筛选出了一批适合我校特点的竞赛项目，并通过多年的积累，构建了一套具有我校特色的计算机专业科技竞赛体系。当前，我院计算机竞赛体系分为四个层级，涉及校级选拔赛、选拔后的集中培训、湖南省组织的省级比赛、全国性质的比赛。相关竞赛项目包括：全国计算机仿真大赛、ACM、全国软件设计与研发大赛、蓝桥杯、挑战杯、毕癉杯等。每个大赛的侧重点有所差异，但宏观上囊括了计算机专业课程的重要知识点[5]。

2.4组建计算机专业科技竞赛选拔和激励机制

学院鼓励和组织本院学生积极参与各类计算机相关竞赛，并从选拔、培训、竞赛等各个环节给予支持与监督，从而形成了良好的计算机相关竞赛选拔制度与激励机制，并通过多届不同类型的竞赛积累了丰富的指导经验，最终制定出一套竞赛相关的准则与指导方法。1)制定选拔公平与优化组合的准则计算机专业相关竞赛面向全院学生进行公开选拔，而选拔的依据涉及基础知识、专业知识、逻辑能力、问题分析与设计能力、团队协同能力、领导组织能力、人际沟通能力等，详见图1。初步择优选出综合能力较为突出的学生，并进行相关测评，尤其关注入选学生的问题分析、问题解决及团队协同能力。此后，通过评测的学生将进入复赛，并将入围学生分成多个项目团队，依据计算机竞赛的规则进行模拟比赛，并邀请经验丰富的教师担任评审，对每个团队表现给予综合评分，依据综合成绩，评选出成绩优异的团队代表学校参加各个级别的竞赛。参赛队伍的学生构成遵循双向选择、优化组合的原则。由于计算机竞赛常以团队为单位，学生在团队中要各司其职，在此之上，更要充分发挥各自的专业优势，因此，学生如何组合就变得至关重要了。一般而言，项目团队有一个组长，组长主要负责项目小组的全局协调与解决方案的掌控，为此，要求组长需具备优异的组织协调能力与沟通能力，除此之外，团队中至少需要一名职责类似于核心程序员的成员，其主要职责是负责关键技术及实施方案的解决。最后，文档的编写和整理及归档也是一项必不可少的步骤，这就要求项目组成员必须具备较好的文字表述能力。从学校长远发展来看，竞赛的梯队建设问题也是值得我们去深思的。有时为了达到人员组合的最优化，需要对新老队员进行交叉组合，既可发挥老队员的比赛经验优势，也及时锻炼了新队员。2）建立科学、规范的竞赛培训辅导机制竞赛前的培训辅导工作是取得优异成绩的重要保证，我们对每一项赛事都制定周密的计划与安排。在训练方法方面，侧重对学生创新能力的培养，并在选题与解决方案的制定方面给予学生较大的自由空间，鼓励学生积极发挥创造力与想象力；在培训过程中，教师主要起引导作用，如：讲解算法、框架、原理等，而具体的系统解决方案、关键技术路线、算法设计及编码全由学生分工协作来完成，侧重培养他们分析问题、解决问题以及对多元知识点的综合应用能力等。实践证明，科学规范的赛前培训辅导，有利于学生实践能力的提高，同时也增强了学生的创新思维及意识、更重要的是培养了学生的创新能力。在竞赛过程中，指导老师主要从宏观上对技术路线与解决方案进行指导，对项目进度和文档的规范进行把控。例如在蓝桥杯中，由指导教师与参赛队员共同商定一个选题，而后由参赛队员完成软件整体方案的规划、技术路线、程序编码、相关文档编写等，指导老师依据进度安排，进行阶段性临界点检查，及时帮助学生解决遇到的困难，提出改进意见，并在最后阶段检查程序及文档质量。

2.5科技创新团队及实习基地的建立

学生创新能力的培养不能一蹴而就，需要集合社会及学校等多方面资源的支持与鼓励，是个持续的过程。在各方资源允许的情形下，实习基地的建立是必要的，此外，仍需明确发展的方向，并建立可持续性的研发梯队。为此，我们在争团队建设方面及争取社会资源支持上做了大量的工作。企业与学院采取了院企合作的新模式，成立了多个大学生科技创新校外孵化基地。企业方依据业务需求，组织学生团队参与项目的研发工作，这样大大激发了学生的学习积极性，同时也培养了学生的实践能力。除此之外，依托指导教师主持或参与的各类部级、省级、厅级、横向项目及大学生创新项目等学生基金项目为基础，在院内建立创新实习基地并配备相应的项目团队，其目的是建立可持续的、递进式的科研体系和科研团队。由于项目的分类导致科技竞赛侧重点的差异，学校每年从学生中层层筛选出具备科研潜质，并对科研项目有认同感与强烈兴趣的学生参与到指导教师的科学研究团队。通过指导教师的专业指导与培训，科研团队中的学生全过程参与到方案的解决、算法的设计、程序的编码、文档的编写、系统的测试等。这将提高项目的质量，并较好的控制项目进度的实施，也对学生创新能力、科研能力、多元知识应用能力的培养有着积极的作用。在此基础之上，学生在参与科研项目的同时，也需注重将科研成果转化为专利，并反馈到教学实践上，从而发挥科研项目对教学的积极作用[6]。

3结束语

科学计算的特点篇6

关键词：ccc2002；课程教学；计算科学；科学史

1引言

随着计算机的诞生和计算机科学技术的发展，计算技术作为现代技术的标志，已成为世界各国许多经济增长的主要动力，计算领域也已成为一个极其活跃的领域。计算学科正以令人惊异的速度发展，并大大延伸到传统的计算机科学的边界之外，成为一门范围极为宽广的学科，人们对计算学科的认识，已从知识层面上升到了方法论的高度[1]。

1989年1月，美国计算机学会(简称acm)和美国电气和电子工程师学会计算机分会(简称ieee-cs)联合攻关组在《acm通讯》杂志上刊登了他们历经4年的研究成果——“作为学科的计算科学”的报告[2]。该报告围绕计算机的主要现象，从学科的三个基本形态，即理论、抽象和设计入手，结合科学与工程科学两大学科门类的基本特征，完成了计算学科的“存在性”证明，首次给出了计算学科的定义，为“计算”作为学科及其以后的发展奠定了基础。如今，计算已不再是一个一般意义上的概念，它已成为“各门科学研究的一种基本视角、观念和方法，并上升为一种具有世界观和方法论特征的哲学范畴”[3]。在长期的社会生产实践中，计算科学的内涵与外延从学科的角度得到进一步诠释，acm和ieee-cs以及计算机界关于计算学科认知问题的研究不断取得重要成果，其中，cc1991(“计算学科教程1991计划”的简称)和cc2001(“计算学科教程2001计划”的简称)报告为计算学科建立了现代课程体系。随着计算科学的不断发展，其课程体系也在不断完善，2004年11月，acm、ais和ieee-cs又联合公布了新的计算学科教程cc2004，文[4]对该课程体系做了分析与思考。

随着信息技术行业人才需求的与日俱增，世界上绝大多数高等院校均设立了计算科学或与之相关的专业，国内的高等院校也不例外。为了有效地推行国内的计算机科学与技术教育，同时又能与国际接轨，中国计算机科学与技术学科教程研究组于2002年提出了“中国计算机科学与技术学科教程2002”(chinacomputingcurricula2002，简称ccc2002)[5]，该教程从计算机学科教学计划的发展、计算机学科的定义、计算机学科本科生能力培养、计算机学科知识体系演变、计算机学科课程体系结构、计算机学科课程的教学计划与组织方法等方面全面阐述了计算机科学与技术学科知识与课程体系的外延与内涵，进一步明确了新形势下计算机科学与技术学科本科生能力与素质培养的基本要求，为国内高校计算机科学与技术学科制定培养方案和形成具有自身特色的课程体系提供了指南，对中国高校计算机科学与技术学科教育的改革和发展具有重要的参考价值和积极的推动作用。ccc2002给出了中国计算学科课程体系的描述，但如何围绕这一课程体系概括的知识领域和知识点来组织知识内容仍然具有随机性，特别是在幅员辽阔、经济和文化发展水平存在地区差异的中国，这种随机性尤为突出。因此，我们必须深入分析ccc2002的特点，理解其精神实质，根据地区的特点和各高校自身发展的水平与特色合理选择或组织各类课程的教学内容，积极开展教学改革，不断强化课程建设，只有这样，才能为课程目标的实现建立良好基础。

2ccc2002的基本特点

ccc2002的特点在于，它既有对国外研究成果的借鉴，又融合了国内计算机科学与技术学科教育研究成果；由体系到课程，自顶向下进行课程体系设置，按基础课程(包含部分核心知识单元)、主干课程(包含大部分核心知识单元)、特色课程(发挥各校特长，培养学生个性，体现地区特色)，提出了课程分级实施策略；指出在知识领域、知识单元、知识点的描述及核心课程的设计方面，应充分体现“课程体系设计组织与学生能力培养和素质提高密切相关”的理念。ccc2002强调教学过程中实践的重要性，同时又要注重创新精神和能力的培养。值得一提的是，该教程提倡研究型教学，进一步明确了教学向教育转变的重要思想。

在cc2002教程的引导下，国内从事计算机科学与技术学科教育的广大学者对计算机科学与技术学科教育的诸多问题，如培养计划、课程设置、教学类型、教学计划、教学实施、实践设计、教学评价等进行了广泛而有益的探讨[6,7,8,9]，并根据学科体系要求，编写出版了一大批教材，丰富了计算学科课程体系教材建设的内容，推动了计算学科课程教学改革的进程。然而，一个不容忽视的现象是，虽然我们一直都在强调课程与教学的目的是提高学生的综合素质，但是究竟什么是当代学生经过学科课程教育应当具有的综合素质，仍然是一个值得探讨和研究的问题。就目前国内较为普遍存在的教育理念而言，近代课程与教学理论凯洛夫(n.a.kaiipob)的“捷径主义”思想仍旧占据着主导地位，受这一思想的影响，教材内容通常比较“经典”，教学过程各个环节围绕这些经过验证的、可靠的和基本成型的知识而进行，至于这些知识的形成与发展却少有问津。所谓“捷径主义”认为“学生学习的是科学上可靠的知识而不负有发现真理的任务，走的是教师引导的捷径而避免前人在历史上曾走过的弯路”[10]。虽然这一思想“发扬了传统教学论的优点，纠正了适用主义教育忽视系统知识偏向”，在目前高校教育的某些方面仍然具有积极作用，但就总体而言，它与ccc2002倡导的研究型教学、教学向教育转变理念有不相协调的方面。因此，高校计算学科课程教学内容的改革理当受到人们的关注。

3基于知识与知识背景的课程教学

随着教育理念的不断更新，教育教改研究与实践的不断发展，人们已越来越清楚地认识到学生实践与创新能力培养的重要性，越来越注重学生在知识点掌握基础上知识结构的形成，越来越感受到学生关于学科综合素养的内涵，在理工学科课程体系中引入越来越多的与学科有关的人文科学的内容，可以说是适应时代要求和发展的一种进步，是教学向教育转变的一种必然。然而，要真正做到教学向教育转变，仍然有许多值得研究和探索的工作要去完成。其中，如何根据计算学科教程描述的学科知识领域、知识单元和知识点，在教材或教学过程的知识内容安排与讲授过程中，打破传统方式，在现有基础上推陈出新，就是一项非常有意义的工作。我们是否可以做这样一种尝试，在课程知识的组织与传授过程中，把知识的来源即知识产生的背景有机地融入其中，使之成为教材内容的一部分或补充，让学生在学习课程知识的同时，了解知识的背景和来源，更多地知晓与学科知识有关的人和事，更深地理解知识的内涵，更好地把握知识的运用与发展趋势，使学生在学习、理解和掌握知识的同时，学科意识和学科素养得到培养与发展。这样的做法无疑是有益的但却并非易事，有大量值得研究和探索的课题和实践活动，其中以教学内容改革为先导的课程教学改革将成为学科教育改革的主要内容，它涉及教育理念的更新、教学方式与方法的运用，教学组织形式的变化、教学评价体系的构建等等，同时对教师队伍的知识结构也将产生新的要求。它不仅要求人们具备学科知识，而且还要有学科思想史和学科方法论的知识。因此在学科教育中应该有更多的教育工作者关注科学和学科思想史研究。就计算学科而言，计算学科思想史研究是基于背景知识计算学科课程教学改革的基础。

3.1计算科学思想史研究

现代计算科学在理论和应用方面取得的伟大成绩，是人类长期从事社会生产实践的结果，是无数致力于计算科学研究与实践的工作者们共同智慧的结晶。计算科学是整个科学体系的一个重要组成部分，是研究计算知识、计算理论及其应用的科学，是关于计算学科知识体系和与之相关领域知识及其相互间关系的总和。而计算科学思想史则是研究计算科学的形成与发展过程的科学，其研究的目的在于通过对计算科学发展过程中各个事实、各种现象和思想的分析，总结计算科学的历史经验，揭示计算科学的发展规律，促进计算科学的发展。计算科学思想史的研究对象并非计算科学本身，它是以哲学、历史学的观点和方法来分析计算科学的发展历史。

作为一门科学，计算科学思想史研究有其自身的理论体系，这一理论体系涉及计算科学、工程学、哲学、历史学、心理学、社会科学等诸多学科领域的知识。计算科学思想史是以计算科学理论与实践的形成与发展为基础，以辩证唯物主义和历史唯物主义为指导，以科学思想史研究的基本原理为依据，分析人类历史上计算科学重要成果和重要学术理论的诞生过程，其思想与方法的形成过程以及它们的科学与哲学意义。计算科学思想史研究将随着计算科学的发展和人类进一步的发明与发现而不断变化并日趋完善，是一门极富发展性的科学。文[11]中，作者对计算科学思想史研究的特点、内容、方法等问题进行了探讨。

3.2基于知识背景的课程教学

所谓基于知识的课程教学就是把学科知识与知识背景有机结合，使之成为课程教学内容的统一体进行施教与学习的过程。其教学目的是让学生在了解和掌握学科知识的同时，了解知识产生的背景，感知知识背后隐藏的思想与方法，为学生提供更为广阔的想象与思维空间，培养学生的学科意识，提高学生学科文化水平。

知识背景的内容可以是对知识产生过程的叙述，也可以是对学科知识未来发展前景的展望；可以是直接的背景知识，如与学科知识有关的知识进程、事件、理论、思想方法和人物等，也可以是与学科密切关联的相关学科的知识；可以是正史中真实的故事，也可以是传说和轶事；可以是知识成功应用的经典，也可以是正在实践中的探索。

知识背景组织形式可以采用课程设置的方法整体阐述学科的形成与发展以及思想与方法，如计算机科学与技术导论、计算机科学与技术方法论等；也可以是针对具体课程的知识背景叙述，如关于课程的导论、绪论、前言等；还可以是关于课程单元知识背景的描述，如每个章节的前序、引导等；甚至可以是涉及知识点的知识背景，如有关概念的形成，概念与概念之间的关联等等。

把知识背景作为课程教材的内容，或在教学过程中适当地介绍与课程知识相关的知识背景，在目前高校的计算学科课程建设和课程教学中或多或少地受到人们的关注并加以应用，但这并非真正意义上的基于背景知识的课程教学。从基于课程知识的教学到基于知识与知识背景有机统一的课程教学，并非一门计算学科导论所能解决的问题，它涉及整个计算学科课程内容的组织，课程教学计划安排，课程教学模式设计，课程教学方法运用，课程教学评价机制建立等一系列与课程建设和课程改革有关问题的研究、探索与实践，是一项需要广大的计算学科以及相关学科的教育工作者共同参与和共同努力才能够有效实施并不断取得进展的系统工程项目。

如果说基于知识的计算学科课程教学是围绕计算科学的知识体系及其发展过程中不断取得的最新成果而进行的知识与技能传授，那么基于背景知识的课程教学则是在此基础上的学科意识培养和学科素养教育，至少有以下几个方面的作用。

(1)将有利于学生对课程知识学习兴趣的提高

教育心理学认为，学习兴趣是指人们探究事物的心理倾向和获得知识的原动力。古今中外的教育学家们对在教学过程中培养和激发学生的学习兴趣都是极为重视。中国古代教育大师孔子说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”德国近代教育家第斯多惠(f.a.w.diesterweg)在其倡导的“全人教育”理念中就阐述了教育的任务主要是发展学习者自身的能动性思想，认为：“我们的教育艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞。”瑞士现代著名心理学家皮亚杰(j.piaget)更加强调个体在认知生长过程中的积极作用，并明确指出：“所有智力方面的工作都依赖于兴趣。”由此可见，学习兴趣是学生学习的情感意向和动力，是学习积极性和自觉性的核心，在全面推行以培养创新精神和实践能力为重点的素质教育的今天，培养学生学习兴趣尤为重要。

影响学生学习兴趣的因素很多，如教学方法、教学手段、教学风格、教学态度、教学评价等等，其中教学内容的组织安排也不失为一重要因素。教学实践结果表明，学生对“知识背景”感兴趣的程度要比对“知识”本身更高。因此，如果能够在课程教学内容编排中将与课程知识有关的人物、事件以及相关的理论与方法实例有机的融入其中，就能够在教学的实施过程中不断地“激励”和“唤醒”学生的学习兴趣，并通过兴趣的延伸，使学生在不知不觉中获取并掌握知识。

(2)将有利于学生对课程学习知识内容的理解

学生对知识的认识、理解和掌握过程，应遵循人们认识客观世界的一般规律，即是一个从感性认识到理性认识的过程。感性认识是人们通过感官与认知事物接触而形成的关于事物生动和直接的映像，包括事物的具体特性、表面现象、各个片面及其外部的联系等；理性认识是人们在感性认识的基础上，进行抽象和概括而形成的对认知事物的本质和内部联系的认识，通常有概念、判断和推理三种基本形式。在课程学习过程中，我们往往会强调对概念的理解，对知识点的掌握等，这样的认知应属理性认识范畴。基于知识的课程教学内容组织通常是按照概念的引入、概念到概念、例题分析、实际应用举例，习题练习等步骤顺序进行，而课程内容的选择通常是经过实践检验或严格论证的知识的精华部分，是已经上升为理性认识的产物。让学生在对认识的事物尚不具备“自然经验”和“社会经验”的基础上，去“理性”地把握事物的本质，只能是“填压式”的知识灌输，于是在我们的课程教学中就有了许多“先记忆再慢慢理解”的东西。基于背景知识的课程教学将经过提炼的前人对事物认识的自然经验和社会经验呈现在学生面前，在一定程度上可以弥补学生在对事物感性认识方面的不足，帮助学生更好地理解和掌握课程的学习内容。

(3)将有利于学生对课程知识体系的把握

在高等教育中，学科领域的知识体系通常是以课程体系来描述的，而课程的知识体系是由课程涵盖的知识主题及其相互间的关系来刻画的。基于知识的课程教学往往只注重课程知识主题或知识点的教学而忽略课程之间、主题之间、知识点之间内在联系的阐述，使得学生在学习过程产生难以知识联想，对知识的认识是“只见树木，不见森林”。例如，很少有学生能够将平面中的“点”、集合论中的“集合”、命题逻辑中的“命题”等概念统一进行思考的，也很少有学生能够准确地回答在线性代数课程中学习向量空间和向量运算真正目的等等。基于知识背景课程教学的目的之一，就是通过知识背景的阐述，将课程知识的初始本质及其相互间的关系呈现出来，为学生营造知识联想与知识探究的学习情境，更加全面地把握课程的知识体系。

(4)将有利于学生创新能力培养与提高

江泽民指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”而“教育是知识创新、传播和应用的主要基地。也是培养创新精神和创新人才的摇篮。”因此，在实施素质教育过程中，着力培养学生的创新精神与创新能力应成为我国教育改革和发展的当务之急。ccc2002竭力倡导的研究型教学以及教学向教育转变的根本目的之一，就是要在学科课程教育过程中，不断强化学生创新素质的培养。创新的过程是知识综合运用与发展的过程，对知识体系的全面掌握是创新的基础。创新能力培养受到教学内容和教学方法的影响。基于课程知识的教学通常以传授知识为主，教学方法也以课堂讲授为主，这种教学往往使学生思维固化，知识活力得不到发挥，很大程度上影响了学生创新能力的发展。而基于知识背景的课程教学不仅能够大力开发学生的想象力和直觉思维，拓宽学生的学科视野，同时还能够有效地运用案例教学、活动教学、讨论教学、探索性学习等各种方法，促进学生个性发展，使学生独立思考、批判思维、严密分析、从不同视角看问题等多方面能力得到培养和提高。

(5)将有利于学生学科文化素养的提高

科学技术的发展导致学科和专业的发展，使得分科教育成为目前我国高校人才培养体制的主流。分科教育很显然是为了造就专门人才，但狭窄的专门训练往往不利于培养学生的创新意识和创造力。在经历了长期的教育实践之后，人们已认识到分科教育在某些方面的严重不足，提出了新形势下“通才教育”观念，并以某些高校作为试点开展“大类培养”教学模式的实践与探索。如今的社会是信息社会，对it本科生的知识结构提出了新的要求，除了要求他们掌握专业知识外，还要求他们具有数学、物理及相关领域知识，更有人文社会科学知识的要求，既能够适应专业的变化和拓展，又要有敏锐的专业拓展意识。总而言之，现代人才培养过程更加强调的是学科素养，它涵盖了对学科知识的掌握，对学科过程与方法论的认识和对学科的理解与情感。正如专家指出的那样，在人才教育与培养过程中，“大多数人真正需要的是领会科学的精神、掌握学科的方法、树立恰如其分的科学形象，以便在这个科学时智地对待科学、对待社会、对待生活。”[12]如果我们将这样的理念带入学科教育过程就不难发现，仅仅靠基于知识的课程教学是无法实现这一要求的，而基于知识背景的课程教学至少可以从两个方面弥补其不足：首先，基于知识背景的课程教学以发展和进化的观点反映学科知识进程，能够有效地避免课本知识的“神圣化”与“教条化”，将批判与继承的有机统一贯穿学生知识获取过程；其次，基于知识背景的课程教学以学科与相关学科分支领域知识相互联系的思想展现学科知识内容，能够有效地克服对学科知识掌握的“孤立性”和“片面性”，是学生的学科意识与学科素养得到进一步培养与提高。

4结束语

计算学科不只是简单的一些课程汇总，而是一个庞大的知识体系，它对人类社会的发展与进步有着重要而深刻的影响。目前，全国几乎所有高校都开设了计算机专业，有些计算的概念和知识还下放到了中小学课程之中。在此情形之下，如何构建我国计算科学的教育体系，培养什么样的信息技术人才，如何让全社会更深刻地认识计算科学的内涵，更全面了解计算科学的发展规律无疑是一件十分有意义的工作。基于背景知识的课程教学是一种理念、思想和方法，也是一种实践，虽然它不是一个什么新的提法，已或多或少地被人们认识并加以应用，但总体上仍然未形成一种趋势。基于知识背景的课程教学应有它的理论体系、方法体系和实施体系，这些都是需要研究、探讨和实践的，可能还需要一个较长的过程。然而，当我们面对计算学科教育改革中出现的种种问题和在计算学科人才培养中面临的种种困惑时，首先应该想到的是作为计算科学的教育工作者应当作些什么。

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