计算机科学发展篇1
摘要：理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。本文通过对计算机的发展历史和人类对计算本质认识的回顾,提出量子计算系统的发展和成熟,并且提出了人类认识未知世界的规律:“计算工具不断发展-整体思维能力的不断增强-公理系统的不断扩大-旧的神谕被解决-新的神谕不断产生”不断循环。
关键词：计算科学计算机科研计算工具
理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。
据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。
首先，先谈谈关于计算科学与计算机发展。
第一，计算的本质以及远古的计算工具。抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲,计算主要有两大类:：数值计算和符号推导。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。
第二，近代计算系统与电动计算机和电子计算机。近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。
20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
第三，摩尔定律与计算的极限。人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果――造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以iBm研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律――牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。所有的美妙都是彼此联系和有意义的
第四，量子计算系统。量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼Richardp.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
再次，关于理论计算机科学研究提速
据了解，从1998年成立至今，微软亚洲研究院已经确立了五大研究方向，涵盖多媒体、数字娱乐、用户界面、无线及网络技术和互联网搜索与挖掘等领域。本次成立的理论研究组将与原有的五个研究组平行运作，为他们提供理论方面的支持，帮助他们进一步拓展研究的深度和广度。
第一，理论研究科学深厚的科学意义和具备丰富的应用功能。理论研究科学既有深厚的科学意义，又具备丰富的应用功能，是最基本的计算机科学的组成部分，在国际上一直很受重视，但在国内却是大家不太了解的领域。直到2004年,计算机理论学界大师姚期智从任教多年的普林斯顿大学回归清华大学时，才算刚刚起步。
微软亚洲研究院院长沈向洋认为，理论研究组的意义在于，从科研角度来讲，理论相当于底层的基础支撑，丰富的、有深度的、坚实的理论资源将使基础研发走得更快更远。他表示，对于微软亚洲研究院来说，促进地区整体科研实力的提高是其使命之一。理论研究组的成立，除了为研究院其他组的研究以及微软产品的研发做好坚实的理论储备，进一步促进研究院的发展和创新外，还希望能和清华大学等科研院所一道促进理论计算机科学在中国的研究与发展。
第二，理论计算机科学研究的机会与挑战。理论计算机科学怎样才能够做出一些突破性的研究，让中国信息科学的研究更上一层楼，姚期智院士举了两个例子：
其一点，有些问题是效率问题，譬如互联网的搜索就能得益于理论计算机科学的发展。互联网是一个很大的图形，在这个图形里面所做的事情，基本上是理论计算机科学里面所包含的问题，如果能在算法上进行改进的话，就能在科学、时间、商业上取得非常大的效果，从而发挥强大的效益。
另一点，有些问题，不单是效率问题，而是能不能够做到的问题。譬如安全，在过去30年的研究里，大家公认的在信息安全、网络安全方面，没有一个好的理论框架和基础，不可能做到绝对安全，完全避免黑客的攻击。因此，必须在理论发展的基础上去保证各种信息的安全。
未来可能会从两个方面解决摩尔定律的极限问题：一方面是计算机的硬件，譬如说量子计算机；另一方面是计算机的软件。
综上所述，如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律：“计算工具不断发展-整体思维能力的不断增强-公理系统的不断扩大-旧的神谕被解决-新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。如果我们用最好的方法，写的软件程序能够比现在更有效率的话，计算能力本身就会帮我们做许多现在无法做到的事情。
参考文献：
[1]m.a.nielsenandi.L.Chuang,QuantumComputationandQuantuminformation[m].CambridgeUniversitypress.
计算机科学发展篇2
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
1计算的本质
抽象地说，所谓计算，就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说，从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2，而符号串g是2x，从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此，令f表示一组公理和推导规则，令g是一个定理，那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看，文字翻译也是计算，如f代表一个英文句子，而g为含意相同的中文句子，那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始，一步一步地改变符号(串)，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲，计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明，几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导，它们在本质上是等价的、一致的，即二者是密切关联的，可以相互转化，具有共同的计算本质。随着数学的不断发展，还可能出现新的计算类型。
2远古的计算工具
人们从开始产生计算之日，便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此，计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪，中国人已开始用算筹作为计算工具，并在公元前3世纪得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后来，人们发明了算盘，并在15世纪得到普遍采用，取代了算筹。它是在算筹基础上发明的，比算筹更加方便实用，同时还把算法口诀化，从而加快了计算速度。
3近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年，对数被发明以后，乘除运算可以化为加减运算，对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年，冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年，曼南在计算尺上装上光标，因此而受到当时科学工作者，特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的，是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年，莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器，是长1米的大盒子。自此以后，经过人们在这方面多年的研究，特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后，出现了多种多样的手摇计算器，并风行全世界。
4电动计算机
英国的巴贝奇于1834年，设计了一部完全程序控制的分析机，可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成，但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后，由于电力技术有了很大的发展，电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年，德国的楚泽采用了继电器，制成了第一部过程控制计算器，实现了100多年前巴贝奇的理想。
5电子计算机
20世纪初，电子管的出现，使计算器的改革有了新的发展，美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展，使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一，也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中，因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(Godonmoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明，自20世纪60年代以后的数十年内，芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番，而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。
6“摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题，学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高，最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低，这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的，因此，传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以iBm研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代，芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米)，此时，导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行，而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象，从而导致芯片无法正常工作;同样，芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后，晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说，电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家，哈佛大学终身教授威尔逊(edwardo.wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信，通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环，我们可以开拓一个个新领域，世界最终会变得越来越清晰，我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的
7量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼Richardp.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例，在干涉过程中，相互作用的光子每增加一个，有可能发生的情况就会多出一倍，也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了，不过，在费曼眼里，这却恰恰提供一个契机。因为另一方面，量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中，只要给定初始条件，就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算，那么搭建这样一个实验，测量其结果，就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此，只要在计算机运行的过程中，允许它在真实的量子力学对象上完成实验，并把实验结果整合到计算中去，就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下，1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时，不需要考虑计算是如何实现的，即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强，例如，现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”，困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前，就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题，大约需要28万年，这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且，分解的难度随着整数位数的增多指数级增大，也就是说如果要分解2046位的整数，所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机，我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。
8量子计算中的神谕
人类的计算工具，从木棍、石头到算盘，经过电子管计算机，晶体管计算机，到现在的电子计算机，再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算，随后，人们发明了算盘，来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”，机器也可以用来搬动“算珠”，而且效率更高，速度更快。随后，人们用继电器替代了纯机械，最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时，数学家们开始对计算的本质展开了研究，图灵机模型告诉了人们答案。
量子计算的出现，则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
因为在此之前，所有计算均是模拟一个快速的“算盘”，即使是最先进的电子计算机的CpU内部，64位的寄存器(register)，也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同，对于量子计算的核心部件，类似于古代希腊中的“神谕”，没有人弄清楚神谕内部的机理，却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子，人们通过输入，可以得到输出，但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力，随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现，大大加强了人类整体的科研能力，那么，量子计算系统的产生，会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力，并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此，量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质，把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
如果观察历史，会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”，人们的公理系统在不断的增大，随着该系统的不断增大，人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:
“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现，也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命，也许许多困扰人类的问题，将会随着量子计算机工具的发展而得到解决，它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代，并会给人类文明带来更加深刻的影响。
参考文献
[1]m.a.nielsenandi.L.Chuang，QuantumComputationandQuantuminformation[m].CambridgeUniversitypress，2000.
计算机科学发展篇3
一、计算机学科发展趋势
1计算机学科逐步向独立门类发展
计算机学科具有着显著的应用与交叉性。计算机学科由数学、自动化等学科发展而来。在2011年，我国计算机学科衍生出软件工程学科，随后几年出现了信息和通信工程等交叉性学科。在2016年，计算机学科衍生出网络空间安全学科。尤其，近几年的人工智能领域，成为计算机学科的又一大进步。随着计算机学科的不断发展，我国教育部不断更新与优化计算机学科专业类别，截止2020年，教育部颁发的《普通高等学校本科专业目录》中将计算机本科专业细化为了17个专业，如：计算机科学与技术、软件工程、网络工程和信息安全等。近几年，我国高校为了加快计算机相关学科的发展，在计算机学院的基础上，成立了软件学院、网络空间安全学院以及人工智能学院等不同学院，使得计算机学科的独立门类特性逐步显现。
2呈现出交叉融合趋势
计算机学科的交叉融合主要体现在以下几个方面：首先，基础理论存在着不同程度的交叉。例如mLSys会议就是由机器学习和体系结构领域专家共同发起，促使机器学习理论与计算机体系结构的联结性加强。其次，关键性技术间也存在着交叉。比如，云计算、大数据等技术均具有着较强的系统性，往往会涵盖数据库、计算机网络和数据库等多种知识。再次，研究团队也存在着较大的交叉。新时期的研究团队往往来自于计算机网络、数据库、机器学习和计算机安全等多个领域。最后，计算机学科与其他学科间的交叉性逐步增强。计算机学科属于应用导向学科，通过对计算机学科进行内外交叉与渗透，使计算机学科获得了良好发展。非计算机学科在出现发展瓶颈后，与计算机学科交叉融合，这为非计算机学科发展指明了新方向。
3富有创新性的计算机技术助推各个学科发展
在计算机学科发展初期，计算机技术作为一种辅助性工具被应用到其他学科或领域，比如，计算机技术成为多数理工科专业的重要编程工具。尽管计算机技术被广泛应用到其他学科或领域，但是学科间具有着较为明显的边界，计算机学科往往无法与其他学科进行高度融合。然而，随着计算机学科的快速发展，对其他学科的引力作用逐步显现，且学科间的融合性逐步增强。未来，计算机将会引领其他学科积极探索“人、机、物”三元空间，不断增大科技创新力度。
二、计算机发展趋势对计算机教育的影响
计算机科学发展篇4
关键词：计算机科学；发展趋势；技术；探析
随着国家经济条件的不断改变，计算机科学与技术也越来越先进，信息传播能力也越来越强，各个国家之间的沟通更加密切[1]。计算机科学与技术的发展，丰富了人们的社会视野，提高了人们的生活质量，使人们的生活更加惬意，这种现象表明，计算机科学与技术的发展才是让国家强大起来的重要基础，计算机发展趋势的不断深化，是提高国家社会生产力和各种能力的重要组成部分。
1计算机科学与技术的起源和历史回顾
计算机科学与技术诞生于1946年2月15日，它是世界上第一台通用电子数字计算机，名字叫“埃尼阿克”，这台体积又大又笨重的机器在美国发明成功，它由1.8万个电子管组成，体重有30余吨，运行速度大概为500次每秒的加法运算，而且当时它的成本非常高，后来随着经济条件的不断进步，计算机的体积在逐渐减小，且在运行速度、性价比、成本等方面都得到很大的提高。计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，它从诞生的那一天起就与其他的学科有着密不可分的关系，但是从其他方面讲，任何学科知识也会促进计算机科学的发展。
2计算机科学与技术的发展现状
2.1普遍性和重要性
从古到今，科学技术始终是第一生产力，不断提高计算机科学与技术是当今社会的方向，也是人们生活中必不可少的一部分，随着计算机科学与技术70多年的发展历史，从简单到复杂，从低级到高级，如今计算机已经融入到社会生活的各个方面，无论是医疗机械、社会文化、学生的学习区域，都离不开计算机科学与技术的发展。人们的生活在不断变化，计算机科学与技术也在日益强大。
2.2专业化和综合应用化
随着计算机科学与技术的不断普及，它的专业化和综合应用化也越来越明显，比如，我们日常生活中经常使用的各种家电，它们都涉及到了计算机的方便性，它们运用计算机来操控各种家电的运行程序，为人们的生活节省了很大的空间和精力。此外，为适应国家经济发展的需求，计算机技术与科学的多方面专门化又必须强化为系统的综合应用化，从而更好地解决社会生活中各领域产生的问题。
2.3突破性和深入性
随着计算机科学与技术在各个领域的广泛应用，它的功能和使用目的也更加明确，从1904年电子管的发明到1964年第一台计算机的诞生，一共用了42年，而随着科学技术的不断进步，从半导体晶体到半导体计算机的发明阶段却只用10年的时间，微电子精细加工发展到集成电路也更加迅速，在这个时期仅用了两年的时间，直到今天，第四代计算机已经问世，这更加反映了科技的重大进步和突破性，同时，根据不同使用人群的要求，有针对性地对各种台式机和笔记本电脑进行改造，为人们的日常生活以及所从事的工作提供更大的便利[2]。
3计算机科学与技术在未来社会中可能出现的发展趋势
3.1网络无线化
一直以来，追求自由是人类的理想生活，计算机网络的无线化也是人们一直梦寐以求的，未来的无线化，将比现在的笔记本电脑更加方便，它摆脱了如今的网络和设备之间的无线连接，未来的计算机显示器与主机之间也是通过无线来连接的。它是一种与其他技术有很大不同的无线通信技术，这种技术不仅会用在计算机的网络上，还会用于各种计算机装置和部件间的沟通。
3.2信息智能化
从某种角度来看，网络技术的发展是计算机科学与技术的核心，也是现代通信技术与计算机技术相结合的产物，在发挥计算机功能方面存在着极大的影响。如今的宽带连接实现了网络传播的途径，各种不同的发展技术将在未来得到更好的体验，智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维方式的能力，同时，人们也可以更方便地在网络上得知来自世界各地的信息，拓展人们的视野[3]。目前，人们利用计算机科学技术所提供的智能化服务，将此应用在家庭、工作等不同区域，促进了社会的发展，使未来的计算机科学与技术得到更深层次的发展。
3.3多方面发展性
随着计算机科学与技术的不断应用，如今的每家每户基本都拥有自己心仪的计算机，一方面希望众多用户能共享信息资源，另一方面也希望各台计算机之间能更加快速地互相传递信息进行通信，人们对计算机的要求也越来越高。对于现代社会来讲，计算机是人类生活中不可缺少的必备工具，无论是上班、学习还是娱乐，都离不开电脑，他们可以随时通过笔记本电脑查阅自己想要的资料。计算机普遍发展的现象不仅在国内体现得淋漓尽致，在国外也是相当受重视的，它的发展普及适应了高效率、高节奏的城市生活发展，使计算机在未来更加多方面、多元化、个性化地发展。
3.4性能效率好
目前，计算机的更新速度越来越快，科技也在不断进步，但是不得不承认，它是一把双刃剑，有利也有弊，在使用的过程中也存在着一定的弊端。比如某些人利用计算机的优势在网络上进行欺诈，以此来骗取人们的钱财，给人们造成不必要的损失；此外，有的人还利用网络漏洞来攻击他人的系统，盗取他人的重要信息。因此，新时代的计算机科学与技术，应根据以往的经验来尽量避免这些问题的发生，加快计算机的更新效率，运行速度也逐渐顺畅，性价比更高，使计算机科学与技术性能更好，在科技发达的今天，不断地在生活中实践计算机的科学与技术，促进社会科学技术的进步。
4结语
总之，在当今社会中，计算机的科学与技术的发展，应用于生活中的各个年龄阶段的人，如今的计算机发展，应该逐渐向多元化、智能化发展。众所周知，计算机科学与技术对促进我国的经济发展也起着关键的作用。同时，人们还应该降低计算机的开发成本，生产更加环保的硬件和组件，无论何时，都应该本着计算机科学与技术的健康发展趋势，让人们的生活更加便利、舒适，人与人之间的关系也更加和谐，使社会经济与计算机的发展共同进步，探索未来神秘而未知的世界。
参考文献
[1]陈相吉.计算机科学与技术的起源和历史回顾[J].电脑与电信，2014(102):122.
[2]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化，2015(21):161-162.
计算机科学发展篇5
制造业的发展进步也给计算机科学与技术的发展带来巨大的能量。在上世纪五六十年代，困扰计算机发展的最大因素就是制造计算机的材料品质低下效率很差，使的无法实现相关理论。出现了空有理论却无法实现的局面。但是随着制造业的发展，用以制造计算机的各种元件不断问世，集成电路和微处理器的革命性出现，都给计算机科学与技术的发展注入了强劲的动力，使其在短时间内得到了质的转变。
2来自于个人对于pC的需求
在计算机逐渐推广普及之后，越来越多的个人用户开始接触到计算机pC，并且开始了解其具体功能和一定的技术原理。随着社会整体的科技水平不断进步，智能化时代逐步来临，通过计算机pC进行办公、学习和娱乐，已经成为许多个体单位对计算机的需求。在未来，其对于计算机的需求将会更高。个人用户的不同需求，将成为计算机科学与技术未来发展的关键推动力量。
3计算机科学与技术的发展方向分析
3.1向更高的方向发展
计算机的未来发展，更高是不可避免。更高的要求就是计算机的处理速度越来越高，综合性能越来越高，其核心在计算机的主频上得以体现。目前，英特尔公司已经开发出了晶体管数量超过10亿个的微型处理器，不仅如此，对于一台计算机来说，其不仅仅只是使用一个处理器。根据实际情况和需要，一台计算机可以使用成百上千个处理器进行并行处理，如此可以超大幅提升计算机的性能，使其具有超高的处理能力，能够满足任何计算工作的需要。当前世界上使用处理器最多的通用机达到了上万个处理器，由此可见，专用机的处理器使用数量将会更加庞大。向更高的方向发展，需要注意两个方面的问题，第一是构建高效的操作系统，保证各处理器之间的高速信息交换渠道；第二是加强计算机之间的协调配合工作。
3.2向更广的方向发展
在社会进步和经济发展的背景下，计算机已经走进千家万户，成为大多数家庭的必备产品，大大提升人们的工作和学习效率，丰富了其娱乐生活。但是，计算机的发展绝对不可满足于此，还应该朝着更广的未来发展。更广的发展方向主要可以分为三个方面。第一是大力拓展计算机科学技术的应用范围，使其更广地渗透到各行各业。目前计算机pC的普及率虽然很高，但是相关科学技术的普及程度并不高，诸多行业多缺少计算机科学技术的应用。因此，需要加强计算机科学技术在和行业的普及。第二是大力拓展计算机技术产品的使用范围，当前计算机产品主要被应用工作、学习和娱乐，这并不是计算机产品的全部，其还可以被运用到更多方面，这就需要相关科技企业细心分析大胆创新。第三是大力拓展计算机技术在其他产品中的应用，推动智能化生活的构建。诸如将计算机技术运用到洗衣机、冰箱等各种家用电器，构建智能化的生活环境。
3.3向更深的方向发展
更高和更广的发展方向主要是从外部推动计算机科学技术的发展，而更深的发展方向主要是从内部加强计算机科学技术的发展。具体来说，更深的发展方向主要就是向人工智能的方向发展。人工智能可以说是计算机科学技术发展的致高点，这里所说的人工智能并不只是简单的可以进行人机交互程序的机器，而是具备独立的思维逻辑，能够进行不受人为因素影响的逻辑分析。人工智能将成为社会的一次重大变革，需要足够的计算机科学技术来实现。
4计算机科学与技术的发展趋势具体分析
4.1生物计算机的发展分析
生物计算机的理念提出已经长达三十年了，但是其发展依旧缓慢，成果甚低。这主要是由于世界计算机科学技术人才依旧主要着力与传统计算机的发展，生物计算机缺少足够的人才进行相关研究。生物计算机的研究始于上世纪八十年代，其最显著的特点就是利用生物工程技术产生的蛋白质分子来构成生物芯片，再将其用于计算机。生物芯片的优点十分显著，其信息的传递是通过波的形式进行，运算速度相当于普通计算机的几十万倍，储存空间巨大，能耗极低，只占普通计算机的十分之一左右。生物芯片的这些特点，正是计算机技术未来发展所应该逐步达到的目标。不仅如此，蛋白质分子具有一定的再生能力，在生物计算机发展故障时，其可以通过自我修复排除芯片故障，极大地延长了计算机的使用寿命。目前，生物计算机的相关技术已经得到了初步的应用，证实了其所具备的高效性和实用性。诸如超微生物机器人，就是基于超微生物技术的研究成果。
4.2光学计算机的发展分析
光是速度极快的一种物质，或者说波。就目前的认知范围来讲，还没有任何一样物质的运动速度能够超过光速。所以将光作为计算机的信息传输手段，将可以极大提高计算机的信息数据处理能力。光学计算机相比传统计算机来说具有多个方面的优点，其数据处理能力远超传统计算机；其偏振和频率特性提高了信息传输能力；光的传播不需要导线，所以光学计算机内部信息数据不会产生互相干扰；光学计算机的智能化程度也远远高于传统计算机。光学计算机的研究起于上世纪九十年代，世界范围内诸多国家都投入了大量的人力财力物力来进行光学计算机的研究，并切实研发出来基于光学的计算机，其数据处理速度超出电子计算机一千多倍。光学计算机不会受到环境的限制，可以在各种极限环境下使用，加之抗干扰能力强悍，但从适用性角度来讲，光学计算机的发展前景不可估量。
4.3量子计算机的发展分析
量子理论近年来被广泛提及，其开始被逐渐运用到一些高精尖领域，计算机也是其中之一。基于量子理论开发量子计算机，具有极其重要的意义。量子计算机的运算速度极快，相关信息数据以量子形态进行传输和储存，能够极大地提高硬件使用率；量子计算机的信息安全度很高，基于测不准原理，量子态化的信息数据很难被拦截和破译，可以极大提高计算机的信息安全等级。目前，美国的研究机构已经实现了锂离子的量子形态缠绕，推动量子技术在计算机领域的应用向前跨进了一步。不过从量子计算机的发展历程来说，其仍然处于构想阶段，想要实现还存在技术方面的诸多缺陷。
5结束语
计算机科学发展篇6
【关键词】计算机科学技术应用发展趋势
1计算机科学技术的发展
人类研制出世界上第一台计算机是在1946年，该计算机发明引领人类进入第三次工业革命时代。从冯・诺依曼发明第一台计算机至今，计算机在70年内不断的发展与改进，从以往具有庞大体积的笨重机器，演变成当前零件集中、技术集成、功能强大的台式计算机与便携式笔记本。自改革开放以来，计算机科学技术发展更为迅猛，计算机逐渐的应用在各个领域，成为现代化社会处理日常工作的主要工具。
在国家层面，计算机技术可以用来处理政府事务、分析军事战略；在企业层面，计算机技术可以用来存储处理各种数据、实现办公自动化；在生活层面，计算机技术可以用来获取信息、视频通讯、网络购物等，使人们的生活更加便捷。计算机科学技术高低已经成为衡量一个国家信息化水平、科学技术能力的一个主要标准。
2计算机科学技术的应用
近年来，国家大力推进信息化建设，在实际生活中计算机科学技术的应用领域也更加广泛。以下选取几个较为重要的领域分析计算机科学技术的应用：
2.1军事、国防领域
计算机的最初研发就是为了应用在军事发展上，到现今计算机仍是军队和航空航天技术研究的重点课题。至今为止，计算机在政务处理、军事战略、以及队部模拟演练等方面都发挥着重要的作用。国家明确强调要全面打造信息化社会，将先进的计算机科学技术、设备以及产品应用在国家现代化军事建设中。在国际领域，计算机科学技术的发展水平也衡量着一个国家的现代化军事水平与综合国力的高低。
2.2电力领域
目前我国大多的风力发电厂位于空旷、建筑物较少的地方，如海岸或沙漠中。然而在这些环境较为恶劣的地区建设发电厂，经常会受到过热、过冷、振动、盐雾或电燥等的影响，导致发电机的性能有所降低。因此，为了保障发电机的高性能、稳定性，除了需要硬件加固之外，还需要计算机科学技术来完成自我检测、自我诊断功能。使用计算机科学技术可以将发电机的运行状态、检测记录等操作数据全面的收集整合传输给管理维护人员，不仅极大程度上减轻了工作人员的劳动力，还节省了大量的时间和成本，获得更精准全面的数据。
2.3无人机研发
随着近年来计算机、网络技术、人工智能等技术的飞速发展，现今我国的无人机研发已经取得较大的成就。无人机在军事方面可以完成侦察、电子干扰、战场目标毁伤效果评估等多种功能，甚至直接可以作为攻击武器打击重点目标或定点清除。一方面这些功能的实现都离不开计算机科学技术，需要强大的信息收集传输和综合计算分析判断提供支撑，另一方面由于无人机应用的环境较为复杂，包括复杂的地区环境、多变的场景、电磁的干扰以及无法预知的突况等，这些都需要更高的计算机科学技术来应对。
2.4教育领域
近年来计算机信息技术在教育领域也逐渐普及。比较常见的应用在教育领域的计算机科学技术，包括多媒体教室、网络课堂、电子图书馆、以及各种计算机应用软件等。在高考中，考生的登记以及高考以后的成绩查询都离不开计算机科学与技术。对于学生来说，计算机有助于了解更多的知识信息，能够拓宽视野，帮助解决学习上、生活上的各种难题。计算机科学技术极大的改变了学生的学习方式，又使学习过程更加方便快捷，有利于提高成绩、丰富知识、培养综合素质。
3计算机科学技术下一步的发展趋势
通过分析计算机科学技术的发展应用，可以发现当前的计算机技术正朝着智能化、日常化、功能更加集成的方向发展。
3.1更加智能化
电子计算机自研发以来就致力于模拟人类的思维，人们希望计算机能够越来越“智慧”，可以独立进行运算、推理、学习以及联想等。如大家所知的超级国际象棋电脑“深蓝”，它碛32个大脑（微处理器），输入了一百多年来优秀棋手的对局两百多万局，每秒钟可以计算2亿步。
由此看来，智能化是当前信息化社会发展的大趋势，各个行业的产品都在向智能化方向发展。智能化计算机的研发可以快速实现多个数据、多条指令的并行处理，在运算速度上也不是普通计算机所能比拟的。通过云计算它可以在较短的时间内完成对大量数据的模拟分析，统一处理，也能更加精准度的进行一些模拟实验。除了应用在军事、航空、交通、科研等领域外，也可以应用在人们的生活中，如智能家居、智能小区的打造等。
3.2更加日常化
日常化指的是计算机科学技术就像电、水一样渗透到人们的生活之中。尤其是近年来，在政府、企业等的发展中几乎离不开计算机技术。现在我们的洗衣机、电冰箱甚至录音机中都有马达的存在，而未来计算机技术将会像现在的马达一样存在于家中的各种电器中。国外称这种趋势为普适计算（pervasiveComputing）或无处不在的计算。
近年来我国也在大力推进教育信息化的建设，教师可以不局限于时间地域进行远程授课，也可以使用各种先进的计算机科学技术来丰富授课方式，并通过计算机网络进行问题的解答与收发作业等。学生可以利用计算机针对性的查找自己需要的课程教材、辅导资料等，也可以观看一些教学视频等来提升自己的学习成绩。特别是通过计算机和网路的完美结合，可以打破教育资源不平衡的限制，使师资力量薄弱的学校学生享受到优秀教师的远程教学，整体提高教学水平。
3.3多种功能基于一体
在2016年的新品会上，青岛小鸡出壳网络科技有限公司向市场展示了最新的电脑技术发展趋势――激光电脑产品，该激光电脑被誉为现有电子科技成熟技术上的二次开发，也是电脑、电视、投影机等电子科技最新技术的集大成者，具有计算机、电视播放、投影投像、投影键盘等多个功能。
4结语
随着电子信息技术的进步，计算机从以往的台式机演变为笔记本，再到如今普及的平板电脑，计算机技术在发生着日新月异的变化。计算机科学技术以其超强的生命力和不可替代性，在社会发展中不断更新换代，并长期具有广阔的发展前景。
参考文献
[1]郭妍岑.论计算机科学与技术发展趋势[J].计算机光盘软件与应用，2012（22）.
[2]汪凯.计算机技术在广播电视工程中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2014（11）.
作者简介
谢辰熙（1999-），男，河南省安阳市人，北京市第十三中学高三学生，研究方向为计算机科学与技术、无线充电无人机系统。
计算机科学发展篇7
[关键词]计算机；科学；技术；发展
中图分类号：tp3-4文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）18-0240-01
一、计算机科学技术的发展历史
1946年美国宾尼法尼亚大学和科研机构共同研制出eniaC计算机，是世界上第一台电子计算机，标志着全球进入计算机时代。它由1.8万个电子管组成，体积和重量较大，计算机运算速度为五千次每秒，运算成本较高，以通信技术、核物理电子计数计数、雷达脉冲技术为基础。eniaC计算机主要应用于军事方面。1956年科学家们成功研制出第二代电子计算机―晶体管电子计算机。1959年，集成电路电子计算机的问世标志着计算机技术进入第三代。计算机的硬件由单一转为固件、软件组合系统，降低了生产成本，计算机技术发展越来越快，提升了计算机使用性能，种类也多种多样，如微型计算机、小型计算机、通用型计算机、中型计算机、大型计算机和巨型计算机等，标志着计算机科学技术趋于成熟。1976年，计算机技术进入第四代，美国研制出小型化、智能化的计算机―“克雷1号”，一些个人用户和小型公司都开始使用计算机。20世纪90年代，计算机科学技术逐渐向大型化和微型化发展。进入21世纪后，随着科学家们对集成电路的研究，集成电路广泛应用到企业、工厂，计算机也随之趋于智能化、专业化，运算速度更快，操作更方便、简单，逐渐应用到社会生产的各个行业和领域。
二、计算机科学技术的发展现状
1、计算机科学技术在生活中应用广泛
在这个信息化时代，计算机网络作为人们社会生活的重要部分，已经进入千家万户。人们不用出门就可以通过计算机了解国内外新闻、天气预报资讯、股市行情、世界地图、收发电子邮件、检索信息等；不用逛街就可以通过互联网中的购物网站买到喜欢的东西；通过计算机可以与相隔较远的朋友在线聊天、视频聊天等，加强了人们之间的交流和沟通，进一步增进了友谊；人们可以通过计算机网络订购飞机票、火车票等，节省排队时间；教师可以更及时、更方便地通过计算机科学技术实现对学生的在线授课；动漫工作者可以使用计算机科学技术制作动漫；政府机关也可以通过计算机科学技术建立城市网站，及时了解市民反映的问题，并通过计算机与各个行业的工作人员在线交流；很多企业使用计算机来处理大量数据和信息，代替传统的人工处理，提高工作效率。计算机科学技术潜移默化地影响着人们的生产、工作和学习。
2、计算机科学技术更加智能化和专业化
计算机科学技术的快速发展和广泛应用，推动了集成电路、微电子和半导体晶体管的发展，计算机科学技术更加智能化和专业化。计算机能根据使用对象的不同需要进行改装、更新，对于有更高需求的用户可以专门定做计算机，用户可以根据使用环境的不同选择台式计算机、笔记本电脑、掌上电脑和平板电脑等。计算机科学技术在其他特殊领域也能发挥自己的优势，如智能化家用电器和智能手机，家庭式网络分布系统代替了传统的单机操作系统，满足人们的生活需求。
3、计算机的微处理器和纳米技术
微处理器能提高计算机的使用性能，缩小传统处理器芯片中的晶体管线宽和尺寸。利用光刻技术，波长更短的曝光光源经过掩膜的曝光，将晶体管在硅片上制作的更精巧，将晶体管导线制作的更细小。计算机科学技术的快速发展使计算机运算速度更快，体积更微型，操作更智能，传统的电子元件不能适应计算机的发展。纳米技术是一种用分子射程物质和单个原子的毫微技术，可以研究0.1～100纳米范围内的材料应用和特性。计算机科学技术中利用纳米技术，可以使计算机尺寸变小，解决运算速度和集成度的问题。
三、计算机科学技术的未来发展方向
现今，计算机科学技术的应用越来越广，人们对掌握计算机科学的技术水平要求越来越高，促使数学家和计算机学家们不断研究计算机科学技术，使计算机科学技术在各个领域、各个行业发挥更大的作用，满足了人们的不同需求。下面从Dna生物计算机、光计算机和量子计算机三方面来探究计算机科学技术的发展前景。
1、Dna生物计算机
Dna生物计算机用生物蛋白质芯片代替传统的半导体硅芯片。1994年，美国科学家阿德勒曼率先提出关于生物计算机的设想。在计算机运算数据时，将生物Dna碱基序列作为信息编码载体，运用分子生物学技术和控制酶，改变Dna碱基序列，从而反映信息，处理数据。这一设想增加了计算机操作方式，改变了传统的、单一的物理操作性质，拓宽了人们对计算机的了解视野。Dna生物计算机元件密度比大脑神经元的密度高100万倍，信息数据的传递速度也比人脑思维快100万倍，生物计算机的蛋白质芯片存储量是传统计算机的10亿倍。
2001年，以色列科学家研制出世界上第一台Dna生物计算机，体积较小，仅有一滴水的体积。2013年，英国生物信息研究院的科学家们使用Dna碱基序列对文学家莎士比亚154首作品的音乐文件格式和相关照片进行编制，增加了储存密度，使储存密度达到2.2pB/克（1024tB=1pB），提高了人们对信息储存的认识，这一重大突破使生物计算机的设想有望成为现实。
2、光信号和光子计算机
光子计算机是一种由光子信号进行信息处理、信息存储、逻辑操作和数字运算的新型计算机。集成光路是光子计算机的基本构成部件，包括核镜、透镜和激光器。光子计算机和传统计算机相比较，有以下几点好处：（1）光计算机的光子互联芯片集成密度更高。在高密度下，光子可以不受量子效应的影响，在自由空间将光子互联，就能提高芯片的集成密度。（2）光子没有质量，不受介质干扰，可以在各种介质和真空中传播。（3）光自身不带电荷，是一种电磁波，可以在自由空间中相互交叉传播，传播时各自不发生干扰。（4）光子在导线中的传播速度更快，是电子传播速度的1000倍，光计算机的运算速度比传统计算机更快。
20世纪50年代末，科学家提出光计算机的设想，即利用光速完成计算机运算和储存等工作。与芯片计算机相比较，光子计算机可以提高计算机运行速度。1896年，戴维米勒首先研制出光开关，体型较小。1990年，贝尔实验室的光计算机工作计划正式开启。根据元器件的不同，光子计算机可以分为全光学型计算机和光电混合型计算机。全光学型计算机比光电混合型计算机运算速度快，还可以对手势、图形、语言等进行合成和识别。贝尔实验室已经成功研制出光电混合型计算机，采用的是混合型元器件。研发制作全光学型计算机的重要工作就是研制晶体管，这种晶体管与现存的光学“晶体管”不同，它能用一条光线控制另一条光线。现存的光学“晶体管”体积较大较笨拙，满足不了全光学型计算机的研发要求。
3、量子理论计算机
量子计算机将处于量子状态的原子作为计算机CpU和内存，处于量子状态的原子在同一时间内能处于不同位置，根据这一特性可以提高计算机处理信息的精确度，提高处理数据的运算速度，有利于数据储存。量子计算机处理信息时的基本数据单元是量子比特，取代了传统的“1”和“0”，具有极强的运算能力，运算速度比传统计算机快10亿倍。
四、结束语
总而言之，计算机科学技术已经涉及到社会生活的各个方面，改变了人们传统的生活、工作、学习方式，推动社会的全面发展，具有广阔发展前景的领域。随着网络和科技的不断进步，未来计算机科学技术势必会朝着高性能、环保化、功能化的方向发展。
参考文献
计算机科学发展篇8
关键词：计算机；运用科学；实践发展
中图分类号：tp3-4
许多计算机教师仅把计算机应用技术为教学而教学，很少关心国家计算机人才的培养和计算机应用技术学科的实践发展。应用技术学科必须要不断建设不断发展，培养出符合现代化的计算机人才。
1计算机应用技术学科对社会发展的重要性
计算机应用技术学科的重要性让我们了解到为什么我们需要如此重视其学科的建设工作，下面就应用技术学科的重要性从社会、人们和国防三方面来讲述。
1.1社会生活工作离不开计算机
计算机影响范围很广，从医院收银台需要特别的医学软件、办公室工作需要wpS等程序，以及图片处理往往需要用上美图秀秀、pS等等，随处可以见到计算机融入我们工作和生活当中，如果生活中少了手机、电脑和无线通信等等，反而使我们感到很不方便。
1.2改善人们的生活质量
计算机大大提高了人民通信、工作、学习的速度，比起远古时期的烽火、飞鸽传书，计算机仅需要几秒钟就能实现全球的通信。我们可以通过计算机进行搜索大量的学习资料，可以通过计算机为我国领土呐喊，也可以了解世界新。此外，计算机作为提醒闹钟、娱乐等方面也对人民生活的质量起到改善作用。
1.3增加国家国防的安全
国防跟信息紧紧联系在一起，很多时候通过高超计算机应用技术来盗窃或者敌对国家的情报，甚至可以远程控制卫星、导弹等。目前因为网络被攻击泄露国家科技情况经常出现。加强计算机应用科技的建设、提高我国计算机科技人才的水平，是增加我国国防水平的必须条件。
2应用技术学科建设的意义
近年来，有些目光长远的学者重视起应用技术学科的建设，该学科的建设意义，可以从人才培养和目前我国深受影响的网络安全两方面分析。其中计算机的应用技术学科建设对人才的能力培养是关键，加强我国网络安全是目的。
2.1决定我国it人才的竞争能力
我国it人才跟美国相比，特点是数量多，质量差。其一是因为我国计算机技术水平发展落后，掌握许多高级网络技术没有掌握。此外还有目前大学计算机应用技术学科的教学有待提高。人才的培养是提高竞争力的关键，在软件开发方面，我国缺乏足够特级的软件工程师，目前世界公认最优秀的十位软件编程员中没有中国人，这间接反应了我国软件水平落后于发达国家。人才的质量和数量反应一个国家该方面的高度。为了提高我国计算机竞争力，我们应该重视应用技术学科的建设实践和发展。
2.2迫切解决我国网络安全问题
我国是网络攻击的受害国家，每天都有许多外境黑客对我国科研、军事等网络进行非法入侵，也让我国从中蒙受巨大损失。我国重要网络较多，对计算机人才需求量大，目前做好我国重要网络的安全成为了非常急迫的时期，而相关人才的培养，还需要提高计算机学科的建设。
许多欧美发达国家已经投入巨大资金来培养高水平的计算机人才，这也使得欧美许多国家计算机行业发达，带动其他行业的发展。我国计算机起步较欧美发达国家晚，如果需要赶超外国，还要在应用技术学科的建设上面多花功夫。
3如何建设和发展高质量的应用技术学科
计算机应用技术学科的主题是学生和老师，此外教材内容页是比较重要，该学科建设的实践和发展离不开师资、人才、和教学内容。
3.1优秀的师资队伍建设
经常听说“名师出高徒”，优秀的学生出来需求具备自学能力之外，如果有优秀的老师带领，可以减少走弯路。出色的老师用于更多的计算机运用经验，这些经验往往是学生自学也不容易学到的。发展计算机应用学科的建设，首先要发展高质量的师资队伍的建设。包括吸引更多具有丰富教学经验和实践经验的老师。此外，建设高质量师资还包括对老师不断提升自己的要求。信息时代的变化，使得每一位计算机人才都需要不断充实自己，往往新技术出现速度快，容易淘汰曾经高水平的老师，老师不断提高自己的知识，也是建设优秀师资的主要途径。
3.2挖掘具有计算机潜力的学生
在我国的应试制度中，埋没了许多有天资的计算机学生，许多学生因为其他科目不过关，即使爱好计算机应用技术，甚至学习计算机能力较强，也不容易被录取。在计算机系学生招生时，最好重视具有计算机发展潜能的学生，给部分对计算感兴趣或者计算机应用技术比较强的学生接受正式学习的机会。
3.3进行教学改革和创新
我国高校计算机应用技术的教学内容过于简单和基础，同时也存在部分过时的知识在内。好的教材更有利于培养好的学生，对目前计算机学科教材内容进行改革势在必行。其一是追踪国际一流计算机技术，我们不能夜郎自大，要看到发达国家的计算机技术的优点，在各方面学习外国先进的计算机技术，而不能仅仅满足于现在我国的计算机应用技术；其二要及时更新计算机教材内容，现代化的进程，使得计算机发展猛速，每年都有新技术产生，近几年主要是无线网络、安卓系统、面部识别功能的普及，未来的一年还会有更多新技术的产生，如果不及时更新教材内容，我们还在学习逐渐被淘汰的知识时，发达国家已经学会了新的技术，明显会落后。
3.4配置较完整的实验设备
古人提过：“工欲善其事必先利其器”，说的是先把自己工具制造先进了，工作起来也更加容易，计算机应用技术学科是一门基于实践操作的学科，建设计算机应用技术，必然需要高校具有最基础的计算机实验设备。计算机学科的理论需要建立在实践的基础上，许多知识时讲不清的，记忆文字也很难，动手操作过后就觉得学习起来很方便了。学校自然不可能花太多资金把实验室打造成世界一流，毕竟资金有限，但起码要有最基本的设备。
3.5进行学术交流
自古以来，我国文人非常注重学术交流，每个人都有自己学习的地方，我们不能只看到自己的长处而忘记别人的短处。不同高校直接计算科学的学生相互交流，也是提高自己学生计算机水平的一种方法。在建设应用技术学科时，不能忘记了跟兄弟学校进行教学方法、教学经验等交流。交流之后，可以学习别人之长，弥补己之短。
3.6教学内容优化
如何让学生在最短时间学习到最多内容呢？这个要靠教程内容优化。优化是指把残旧、过时、使用频率不高又作用不大的内容省略去。学生学习时间有限，而计算机应用技术学科的知识众多，不可能每一种知识都教给学生，有必要选择性教学，优先教学最新、最需要的知识，把学生很少用得上的知识给删除去。
计算机应用技术学科建设的实践和发展是个庞大的过程，上面六部份仅仅是其中的小部分而已，更多方面内容需要大家去努力思考和挖掘，只要朝着正确方向前进，迟早能为我国计算机培养出高质量、高水平的人才。
4结束语
计算机涉及到我国化工、政府、国防、科教等各方面，计算机应用技术学科的建设，关系到我国其他行业的发展，而计算机学科建设不够先进，必然会牵连到许许多多与计算机有关的行业的发展前程。每一位高校计算机应用技术的老师都应该在建设该学科方面花费心思，为我国实现国家富强的梦想而努力。
参考文献：
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[2]于金霞，贾宗璞，汤永利等.计算机应用技术学科建设实践与发展探讨[J].计算机教育，2010（14）：45-48.
[3]范效亮，杨卫军.高职计算机应用技术专业课程标准与实践标准的关系[J].中国教育技术装备，2012（30）：71-72.
计算机科学发展篇9
（一）在教学中的作用
在教学过程中教师重视的便是学生学习效率的高低，教师的作用便是在教学过程中对学生进行教学管理，一方面随时了解学生们的日常学习的情况，对学生们的学习情况通过测验的方式进行了解；另一方面也需要管理学生们除了学习之外的其他事情。传统的教学管理既浪费师生们的时间又降低教师的教学活动的创造性，产生负面的影响。在现代化教育中，计算机科学技术在教学管理中的运用，集成学习的计算机系统以及计算机测验软件的运用，在教师们的教学管理中发挥着重要的作用，既提高了教学管理的效率又提高了教师的教学水平，节省出更多的时间来进行其他教学活动，学生们在日常生活中更具自由性。计算机科学技术特色课堂教学的重要组成便是多媒体的交互应用。计算机的大力发展使得教学资源更加丰富，资源共享更加方便。计算机教学课件大量的运用，都提高了教学水平。教师们将这些计算机科学技术合理的运用在自己的课堂之上，使得学生们在学习时更好的理解掌握这些知识，教师们也可以与学生们利用计算机科学技术进行交流，增加师生间的互动性，形成师生共同参与的高效的具有特色的课堂教学。远程教育是随着计算机的发展同步发展的新型教学模式，现在也在高校中广泛地被使用。在师生互动的课堂教学之外还存在多媒体教学，这样学生在学习过程中接收了知识的图像视频语音，比老师的教授更加具有生动性与趣味性，使教学过程变得更加的直观形象；还可以让学生们按照自己的学习情况来安排学习的进度，更具灵活性。
（二）提高学生能力起到重要作用
创新是灵魂。教育教学过程中是否具有创新力的参与，是提高学生们能力的重要部分。高校需要为学生们创造良好的创新教育教学环境。既要提高计算机科学技术的教学环境，也要揣摩教学过程中学生的心理。教师不能限制学生的思维，在他们拥有自己的思维活动时，教师应该大力的鼓励学生们将自己的想法表现出来，提出自己的问题，提高学生们的创新能力。计算机科学技术教学是一个十分开放性的体系，教师在进行教学时，要将计算机方面的最新动态与学生们的学习相结合，通过计算机科学技术与学生们日常学科的结合，将其运用到学生们的各个领域，加强学生们的创新能力在各个学科间的运用。兴趣是创新的开始，教师们在日常的教学过程中要加大学生们对课堂的学习兴趣，计算机科学技术特色课堂教学的作用便体现出来了；在计算机科学技术运用的同时不要忽视教材的重要作用，所有的教学都要以教材为基础进行拓展，要求学生们自行探索。这些都可以加强学生们的创新能力。
二、计算机科学技术特色课堂教学未来发展趋势
现在计算机科学技术在高校教学过程中的运用只是一小步，随着计算机技术的进一步发展，其在教学中的重要性越来越明显，这是就必须加强创新能力，这就需要在未来进行更多的实践。首先需要提高教学过程的环境。学生们对于特定的学生内容具有很强的兴趣并且会努力进行探索与检验他们还会不断的找寻解决问题的途径，在这个过程中学生们在思维方面的强化以及对计算机中学习资料的灵活运用，既增加了理论的学习也增强了组织与动手能力，将会从两方面提高了学生们的创新能力。再者随着社会的发展，教育的发展，学生们在课堂教学中的中心地位将被体现，其计算机科学技术特色课堂教学将会建立以学生为中心的超媒体教学模式。就是采用计算机科学技术将其作为学生学习的主要方式，教师的作用便是辅助学生，不再在学生的学习中占据太多的地位。计算机在未来的教育界的作用一定会是无穷大的，现在的技术还无法达到，但是会渐渐的在实践中去实现它，尽早的让学生们的学习变得更加高效，更加有趣，更加丰富。
三、结语
计算机科学发展篇10
摘要：本文通过全面论述计算机图形学的知识结构体系与它在计算机科学教育中的作用与地位，提出把计算机图形学列入计算机专业的核心课程，以弥补“高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)”与“高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程”中对计算理论“能行性”教育的缺失与应用软件编程系统训练的不足。
关键词：计算机图形学；计算机教育；核心课程；软件系统；应用开发
中图分类号：G642文献标识码：B
1引言
2006年，国家教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制出版了“高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)“(以下简称”新专业规范“)[1]，该“新专业规范”指出：由于计算机专业是全国在校人数最多、高校开设专业最多的专业，这导致计算机类专业毕业生目前出现就业困难，其主要原因还是计算机人才的培养满足社会需要的针对性不够明确，导致了人才结构上的不合理。解决方法是分类培养、使计算机专业的学生能有相对优势的知识结构，高校教育应该为计算机专业现在的毕业生增加专业特色、增强就业竞争优势，等等。并由此提出了“高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程”(以下简称“核心课程”)[2]。无疑，这对全面规范并提高国内计算机教育的整体水平具有非常大的指导作用。通过认真学习研究这些内容之后发现，究竟应选择哪些课程作为计算机的公共核心课程供全国各行业人员作为学习计算机的基础知识，以及一些课程的教学内容应该如何安排，才能做到既拓展计算机专业学生的知识领域、又能增加学生毕业后的就业渠道等，这些都是大家不断思考的问题。而计算机“核心课程”的选择似乎对上述已有问题的解决帮助不够，而增加计算机图形学的教育对解决这些问题是一个值得借鉴的好方法，理由如下(不妥之处，请批评指正)。
2计算机图形学课程列入核心课程，弥补本科教学计算能行性教育的缺失
作为具有全国指导意义的“新专业规范”，应该为计算机教育在多个行业方向的发展奠定基础，而抽出它们所共有的基础课作为计算机本科教育的核心课程，但现有的“新专业规范”的公共“核心课程”[2]只有
程序设计
离散数学
数据结构
计算机组成
计算机网络
操作系统
数据库系统
等7门课程内容，而把“计算机图形学”课程排斥在核心课程之外，这显然不利于计算机应用的全面发展，不利于计算机动画、游戏、图形标准、计算机仿真、计算机辅助设计与制造等计算机应用软件行业的全面发展，会缩小计算机本科生毕业之后的就业面，也与制定“新专业规范”的初衷相悖。
什么能被自动计算一直是计算机界探讨的主题之一[8]，那些确切能用计算方法解决的问题如何设计才能被计算机自动计算简称计算的能行性(可计算性的实现前提)，而程序设计与数据结构这两门课程是计算机编程的基础，它们作为计算机的公共核心课程是必须的。但这两门课程(该“程序设计”课程实为计算机程序设计语言＋语句的简单应用，“数据结构”讲授程序加工的数据如何配合算法进行有效管理安排、以实现算法的功能)并没有从理论上解决计算机程序根据什么原则才能进行有效设计、以及程序如何构成系统后才能最后自动解决用户提交的计算问题，这是国内“程序设计”课程多年来悬而未决的老大难题。其原因在于：讲授程序设计语言时，学生还没有数据结构方面的知识，而数据结构本身既不讲模型方法、又不讲解软件系统等概念，同时这两门课程也缺少具有复杂计算模型的大规模实用软件编程的整体训练内容与方法，若把这些缺失的内容都加入到教学中，则一无足够的课时、二是改变了授课的性质。所以，从算法语言的角度介绍程序的设计方法是不完备的。
对于这个问题，计算理论早已从计算的机理与实现上予以解决。但计算理论的内容一般只在研究生阶段讲授，且计算理论是研究生的一个专业方向、即使该理论在研究生阶段讲授、学生理解也有一定难度，而把这套理论方法直接用于实践以解决实际应用问题难度更大[9]。即现有成熟的程序设计理论与方法没有通过适当的载体引进本科课堂教学中是现行教育政策最大的不足，而计算机图形学是直接从应用软件开发的角度阐述计算的“能行性”问题(见下述)，当其列入计算机的核心课程后，既能弥补上述计算理论教育中缺失的一环，也能有效弥补上述7门核心课程中计算机应用软件编程系统训练不足的尴尬。事实上，GpU(图形处理芯片)与CpU在pC机上的发展并驾齐驱，证明计算机图形学是计算机科学中不可缺少的重要研究领域，可这些没有在“核心课程”[2]中得到有效的体现令人不解。
3计算机图形学的知识结构体系
3.1计算机图形学的研究对象、研究方法与基本教学内容
计算机图形学的最终目的就是用计算机程序的方法在计算机显示器屏幕上生成图像效果，特别是生成类似照相机拍摄的三维图像。而照相机拍摄三维图像是一个具体的物理过程，它的基本原理是光线在空间物体之间相互传播，当光线被物体表面反射并被照相机接收后形成的显示效果。由于人们能从二维照片上光点的亮度与大小判断出物体表面该点距照相机的相对远近，故人们常称这种图像为三维图像。用计算机程序的方法生成具有高度真实感的图形就是对上述物理过程的一种近似仿真模拟得到的效果。为了达到这一目的，人们根据仿真方法的要求，建立了仿真过程需要的各种模型(包括照相机模型，灯光模型，颜色模型，照明模型，物体的几何模型，物体表面的材质与纹理模型)，通过①模型数据的输入(交互输入、编程输入、文件输入等)、②数据的存储与管理(系统参数文件、图形模型数据文件、规格化图形数据文件、物理显示设备的图形显示文件)、③数据的运算处理(物体的几何变换、全剖切运算、集合运算、三维重建算法、物体的各种变形运算等)、④数据的输出(各种线段图形的生成与实面积多边形的填充算法、着色算法、消隐算法、纹理映射算法、阴影算法，光线跟踪算法与辐射度算法)等4个处理过程，用系统编程设计的方法实现其图形显示[7]。
这里照相机模型描述了三维空间中的点、线、面等图形投影转换成二维空间中点、线、面等图形，并调用二维图形的生成算法生成二维图像，同时裁剪超出显示范围的三维图形、便于图形的正确显示。灯光模型与颜色模型描述了光线产生的根源、点光源的空间几何分布、光线在空间中的传播方向与衰减规律，光线的色彩属性、亮度计算方法与合成色的变化规律等内容。照明模型描述了物体表面反光或透光能力的计算方法。物体的几何模型描述了一个物体的点线面等几何尺寸与大小。材质特性描述了各物体表面对各种性质光线的反光与透光能力的大小。纹理模型直接描述了物体表面各点的显示细节与像素值。着色算法确定了用何种插值算法填充多边形网格表面、使其显示效果是多边形网格效果或是一张光滑的曲面效果。消隐算法确定显示物体表面的各个可见表面与边线，不显示其被遮挡的不可见的表面与边线。纹理映射算法就是把一张照片映射至物体的表面上(又称贴图)，而这个照片既可以是实际照相机拍摄的三维照片，也可以是用数学模型描述并动态产生的结果。在场景中，由于某些遮挡物的存在，光线不能直接照射到某些物体的表面，使得这些表面反光(透光)的亮度暗于被光线直接照射物体表面的亮度；观察的角度不同，所见这种阴影效果的形状与大小不一样；阴影算法即在场景图中统一绘制这种阴影显示效果与非阴影显示效果。光线跟踪算法、辐射度算法就是仿真光线的传播过程以达到最后生成所需的图像效果。
事实上，在计算机图形学的应用领域中仅研究这些模型还不够，还要用程序设计语言与数据结构的知识把它们都转换成一个个可执行的算法，并用系统编程的方法把这些算法构成一个软件系统整体，才能方便各种图形的生成。而在这个软件系统中生成图形的第一步是构造多种物体的几何模型与形状(物体的几何变换、全剖切运算、集合运算是用简单物体构造复杂物体的有效工具之一，三维重建算法是用点、线、面等元素恢复物体外壳的几何形状)，在统一的世界坐标系中确定它们的位置与朝向，再逐一确定物体表面的材质特性与纹理效果等，使这种多物体造型(称场景造型)满足实际应用的需要。第二步是设置灯光与灯光的特性，设置照相机模型等。第三步是在上述二步的基础上，统一用光线跟踪算法或辐射度算法生成上述场景造型所对应的三维图像效果(又称渲染)。
应注意：
①试图精确的构造现实世界中所有物体、特别是具有复杂结构或微小结构或细微动态变化物体的几何模型既不现实、其代价也太大，人们总是想用其它的方法来代替，这就是所谓分形描述、粒子描述建模等多种其它建模方法的来源；
②完全按照物理学上光线的传播方法来生成图像太费时间，光线跟踪算法、辐射度算法事实上是对物理光线传播方法的一种近似。这个近似程度一般由图像显示的真实感与计算的复杂度来确定。
③在上述场景造型的构造过程中，若物体运动或变形，灯光改变照射的范围、朝向、亮度、色彩，照相机改变拍摄的方向或跟踪拍摄，此时若连续拍摄(即渲染)三维空间场景效果，就形成了多帧图像，连续播放这些多帧图像就是计算机动画。
④所谓图形标准就是把上述的照相机模型、点光源的灯光模型、颜色模型、简单的照明模型、着色算法，以及点线面、多边形网格模型等模型与算法用硬件实现，并由图形标准提供软件接口方法调用这些硬件功能；当用户向该图形标准提供上述模型的描述数据与材质、纹理描述数据之后，计算机就能用硬件加速的方法实现在显示器中高速生成点线面、多边形网格，以及光照效果的表面、纹理效果等图形。目前的图形标准本身并不负责物体几何模型的构造，也不负责管理各种模型数据等。现图形标准主要以纹理映射算法为主，暂时还没有用光线跟踪或辐射度算法以实现三维图形的实时显示。可见图形标准仅是计算机图形学部分研究成果的具体实现。
⑤若能在上述场景造型中，让各种物体实时运动(照相机与灯光是具有其它功能的物体，它们也有几何形状，也能与人、动物等角色(多关节物体)一样进行各种运动)，并能接收用户的交互操作、且这种运动过程具有故事情节性，同时这种多物体运动的效果能在计算机显示器屏幕中实时生成显示，这种计算机动画就是3D游戏(人类社会活动的仿真)。3D游戏另一个难点在于复杂游戏引擎的构造――即如何构造并管理游戏场景的模型数据(包括声音与人工交互操作等)，使整个游戏画面达到实时显示的目的。事实上，3D游戏可以看成是计算机多媒体技术与虚拟现实技术在商业上的降级简单应用。
⑥物体的几何造型、变形与运动是计算机动画的一个难点，比体这个概念更复杂的是流体与场的模型构造、显示，它们能描述更广泛一类的物理现象，如台风的变化过程、风洞的实验效果、物体表面的应力变化现象、环境中热传递效果的变化、地质勘探结果的可视化显示等，一般人们把这些问题归纳在“科学计算的可视化”课程中讲授，因为这些流体与场的模型构造等需要比较深的数学知识。但是，一旦这些流体与场的几何数据模型确定之后，人们就能用图形标准显示它们。
⑦计算机辅助设计CaD与计算机动画的区别：在CaD中，也需要构造物体的几何模型并显示这些物体的构造效果，更重要的是还需要用数控机床把这些设计出的物体零件加工制造出来，故它对物体的几何模型要求特别高、特别是其误差控制，因为多个零部件组成的精密加工机床等最后影响加工的精度都与各个物体模型的误差精度相互关联。显然，在CaD领域中，也有零部件之间的联动等多种运动需要精密控制(机械运动与仿真)。与物体几何模型要求相比，CaD领域中物体的显示要求可以放低些。而在计算机动画中，相对而言，对物体几何模型的要求低，例如物体的外表面可以不封闭，只要这个不封闭的外壳表面破绽不被照相机拍摄到就可以了；但计算机动画对最后渲染的图像显示质量的真实感效果要求很高。
⑧二维图形与三维图形的区别：这两者的区别除了其数学模型一个是二维的、一个是三维的之外，更大的区别还在于二维图形学只能从数学上研究图形的基本规律(点、直线、曲线、平面与形状，位置，运动与变形，色彩等)、以及图形的模型构造与显示方法；利用二维图形的简单性，可剖析计算机二维图形系统的组成，即软件系统是一个能自动运行的程序，它能从输入、存储、运算处理、
输出等方面全面处理用户在某个领域中提出的诸多数学模型并完成其模型描述数据的加工任务，使用户很容易明确这种软件的组成、功能与使用范围。三维图形学却可以用数学模型的方法研究自然界中的多种物理现象，由此探讨大自然中多种物理现象的变化规律，并能用图形显示的方法来表现这种变化过程，这种方法正是人们探索自然并进行科学研究所倡导的基本方法之一。因此，从三维图形学的基本教学研究内容可知，用图形方式(可见的点线面、色彩、纹理)显示各种物理现象的变化过程只是一个表面现象，关键的是要掌握这种变化过程的物理机理并能用数学模型的方法全面正确的描述这种变化(即用图形的方法表达计算机信息数据的含义非常适合人们观察自然、了解自然现象与变化规律，而计算机的信息描述数据是由具体的各种物理变化过程确定的)，即掌握计算机仿真与科学研究方法才是学习计算机图形学的真谛，也即用计算物理学的基本思想能统一传统意义上计算机图形学与计算机辅助设计学科中的基本研究内容。计算机专业的学生有了这种方法后，再深入其它各应用学科领域，努力掌握其物理原理、科学实验与数学模型方法等知识，并与行业专家相互配合，计算机与计算工具就在各专业领域的科学研究与系统设计上大有用武之地了。
综上所述，可以给出计算机图形学如下定义：
计算机图形学属于计算机应用软件的研究范畴，它主要通过物理原理与数学方法，建立描述自然景观(虚幻世界)的几何数据模型与显示图形的物理数学模型，以达到用程序的方法把这些模型的描述数据通过算法转换成在计算机显示器中显示自然景观图像的目的。本质上，用计算机生成三维真实感图形就是用数学模型的方法仿真光线在物体之间相互传播而产生的显示效果或把光线传递的效果即照片映射至物体表面上所产生的显示效果。
国内计算机图形学教育工作者已认识到计算机图形学在计算机学科教育与科学研究中的重要性，并于2001年公开出版计算机图形学教材支持上述观点[10]。但由于这些观点没有引起国内计算机界制定政策的主流阶层人士的关注，相反，从2000年开始，计算机图形学的内容却从全国范围内的计算机专业等级考试中消失，这不能不说是国内计算机教育的一大损失。
而计算机图形学的授课关系见4.1节。
3.2“新专业规范”中，计算机图形学的教学内容有待改进
“新专业规范”中计算机图形学的教学内容主要放在计算机图形标准的使用上，核心内容只有图形标准、照相机模型，图形显示设备与输入设备，前期课程要求计算机程序设计语言与离散数学，并只安排8个课时来讲授这些内容，其它的内容作为选修内容(这包括各种图形的生成算法、物体几何模型的描述方法，计算机动画，可视化，虚拟现实，计算机视觉，人们对色彩的主观感受、如何用色彩方式表达设计作品的主题思想，等等)。这种教学安排能使学生掌握图形标准的使用、以及照相机模型的应用，很容易导致学生误认计算机图形学就是在显示器上绘制各种图形这种认识偏差。
这种教学安排不当之处如下：
首先，计算机图形学的前期课程应该是程序设计语言与数据结构。实际上，不学离散数学并不影响学生编写图形学的各种应用程序；但不学数据结构，则编程困难；而且授课学时数太少。
其次，图形标准自成体系，但它不能构成一个完全自动运行并具有图形数据输入、存储、运算处理、输出等处理全流程功能的软件系统，它往往需要用户在应用软件中向图形标准输入模型数据并调用其各函数才能出现所需要的图形显示效果。初学者原指望学了计算机图形学，就知道象3DSmaX与openGL等软件中是如何编写程序并实现各种动画图形的显示，但授课结果却令人失望。
第三，由于初学者一般缺少对计算机图形学的全面了解，缺少对计算机图形学的研究对象与研究方法的认识，也没有图形系统的概念，该“新专业规范”授课大纲中虽有物体几何模型的描述方法但缺少在图形系统中具体建造物体几何模型等实例；另大纲中授课内容的逻辑关系非常不顺畅(例如把计算机视觉作为计算机图形学的一部分对待并讲授值得商榷，虽然人们期待从计算机视觉图像中获得图像的模型描述数据并一直朝这个方向努力，但计算机图形学与计算机视觉的研究方向与研究方法毕竟有很大的区别)，也没有总结出计算机图形学的核心概念，且对计算机图形学的认识仍停留在图形学由各种算法的集合所组成的认识层面上，很难正确体现计算机图形学在科学研究中的重要作用。若授课内容掌握不当易使教学与学习迷失方向，或再次导致计算机图形学课程被计算机专业边缘化，这也是多年来国内同行反映计算机图形学难教难学的原因之一，这显然与当今计算机图形学在计算机科学中的发展潮流相悖。
第四，图形标准只是计算机图形学部分研究成果的具体实现，当初国外为什么会选择图形标准而不是选择计算机动画为案例作为讲授计算机图形学课程的主要内容，作者认为可能有以下原因：
①历史的原因：因为图形标准是计算机图形学最早、最成熟的研究领域，后才有CaD、游戏与动画等；且图形标准在各个行业都有广泛的应用，而CaD、游戏与动画是一个具体的专业方向，教学难度大。
②商业发展的需要：图形标准用硬件实现后，已经成为个人计算机的标准配置，这就促使人们更加专注图形标准的发展。
③国外的教学体系不一样：美国的计算机工业、图形学产业与计算机教育均位于世界领先水平，但全美国并没有强制性的计算机教育指导大纲，可是美国各校的计算机教育各有特色，他们对计算机的各个方面都有涉及、且各种层次的计算机课程都有，这种宽松的教育体制有利于科技成果与教育的创新培养。以图形学课程为例，若你需要继续深造，它还有许多图形学的选修课、提高课程(如计算机辅助几何设计、数字几何处理、曲面造型与设计、CaD、计算机动画、游戏、计算机程序设计方法等等)以及最新的学术论文等待着你、直至让你从这种授课体系中走向学科的最前沿与商业开发――即虽然他们的某一门基础课不一定很完美，但他们可以从完整的授课体系中，让你掌握计算机图形学等计算机应用学科的全部内容；但这也同时留下了因为课程划分过细，使人不容易一下掌握学科内容的全貌而留下遗憾。可是国内的计算机教育与国外不一样，首先，国内的高校没有条件开设那么多的计算机选修课；其次，若是全国性的计算机教学指导大纲不全面、不权威的话，就会在计算机学科的发展道路上留下无可挽回的遗憾。
④出于知识产权的保护，美国没有一本书的教学内容是一样的(包括CC2005中关于计算机图形学的知识结构体系的论述)，这固然便于知识创新，但却不利于优秀知识的继承与传授，结果使得每本新书的内容与体系都不一样且庞杂，这对初学者是一个极大的负担，需要教师认真抽取众多书籍的有效内容，成系统后传授给学生，才能有效的提高学生的学习效率，2000年以前国内外计算机图形学的教材内容与体系的不够成熟，也是造成国内计算机图形学授课不能得到有效重视的原因之一。
⑤由于以上原因，美国人并没有把计算机图形学作为计算机学科的核心课程，这使得美国人的计算机图形学课程的教育落后于其计算机图形学等商业软件开发等应用，这是一个不争的事实(在美国，教材与授课基本上是老师的个人作为，商业软件的开发是团队作为并有经济利益作为支撑，它能不断发展并自我完善)。也有很多国际人士认识到计算机图形学的教育出现了问题[4]，显然，仍把计算机图形学定义为在显示器上显示各种图形是过于简单，这是没有正确地把计算机图形学学科的发展规律引入教育部门、忽视计算机图形学在各行业领域中的具体应用与需求的一种表现。因此，全面认真研究美国人在计算机教育与计算机工业的发展规律、商业软件开发等多种优缺点，再针对国内计算机教育中存在的不足，提出解决问题的方法应该是国内计算机教育界值得深思的问题；显然，仅用跟踪所谓国外先进的教学方法与理念也有不全面的地方。
4计算机图形学课程在计算机科学教育中的作用与地位
4.1计算机图形学是计算机应用软件编程思想系统训练的重要基础课程
数据计算、数据存储与检索、数据联网通信是现代计算机的三个最基本的应用。在这三者中，对于数据存储，一般有数据结构课程与数据库系统软件分别介绍其基本原理与大规模数据的系统管理等软件应用；对于数据联网通信，一般有通信技术、计算机互联网等课程、winSocket技术等介绍其基本原理与实现方法；对于数据计算，一般有算法语言、编译原理、自动机理论等课程介绍其原理，计算机科学与技术专业追求的目标是：用形式语言与自动机理论，通过形式化和模型的建立，构建系统，进行模型计算。但这些内容抽象、内容难以理解、难以直接应用解决实际应用问题[9]，计算机专业的本科生学习这一方法尚有一定难度，非计算机专业的学生更不会接触编译原理与自动机理论等，这就造成一般学生在学习计算机进行编程计算的问题上存在知识缺陷，而计算机图形学课程的授课正好可以有效的解决这个问题。
国内新一版的计算机图形学的授课方法[7]：首先，以二维图形为例，从理论上全面解决了图形系统软件的构建方法以及图形数据处理流程的全过程，使初学者牢固的树立起软件系统的概念；其次，为了用计算机仿真的方法在显示器中生成三维真实感图形效果，建立了描述各种物理现象的多种数学模型(见上述)，这些数学模型的描述数据都能通过图形模型数据文件的方式保存在计算机图形系统中供系统内部程序调用，以仿真方法生成三维图像。也就是说，①系统与模型的数学与形式化的描述方法；②按系统数据处理流程，用算法语言与数据结构等知识把模型数据的处理方法全转换成一个个程序，以实现其数据处理的全过程等任务；③编程实现时，需根据计算机的配置与用户的经济要求，合理考虑所选算法的复杂度(或选择优化算法实现图形功能)；这三者是计算机编程计算的基本步骤与要求，是实现可计算性的三个条件――即计算机图形学既成功探索了一般典型的计算机应用软件系统开发的基本规律，又用可视化的方式表达了其程序数据运算处理的最后结果，这为该课程成为初学者学习计算机程序设计方法的首选课程之一奠定了基础。
若没有计算机图形学等编程课程的系统训练，计算机初学者一般只能通过实际大型软件项目的学习与训练(或继续深造)，通过自我总结与提高，才能全面地掌握这种编程与数据计算等知识，而这种机会不是人人都具有的，其付出的代价也将是巨大的。例如现在一般计算机本科专业的学生虽然能熟练的掌握3dsmax软件的操作使用，但不清3dsmax软件是如何编制而成，就是现阶段本科教育存在缺陷的具体表现。
通过数据结构的学习，使学生明白：算法＋数据结构决定程序设计；但计算机图形学的授课能使学生进一步明白：算法不是从天上掉下来的，它们是由用户解决实际问题建立的物理数学模型、并抽象出模型描述数据之后，提出处理其数据模型的基本方法与步骤；而数据结构是记录该模型的描述数据、以及根据算法的需要构造而成、以配合保存各种中间加工数据或最后加工结果；编程者只有把这些解决问题对象的多种模型编写成软件系统之后，才能完满的完成程序设计的任务――即计算模型及对模型的变换与运算处理方法决定了程序设计的算法与数据结构。
4.2计算机图形学的教育体现了计算机学科的科学性
计算学科是指通过在计算机上建立模型并模拟物理过程来进行科学调查和研究。该学科是对信息描述和变换算法的系统研究，主要包括它们的理论、分析、效率、实现和应用[6]。在目前所见的计算机教材中，只有计算机图形学是按照这种理论体系组织教学内容的。这些教学内容是人们耳熟能详的物理原理与相对简单的数学知识在计算机中的综合运用，是计算机学科科学性的具体表现之一――只有把计算工具直接应用于科学研究中，这种计算工具与方法具有科学性才有说服力，而计算机仿真是科学研究中常用的一种有效方法，复杂的数学计算又是仿真建模的基础，从这个意义上讲，仿真与复杂的数学计算等都是科学研究中重要的研究方法之一。这样，该课程就很好的解决了“新专业规范”中人们对“数字科学计算”的认识不统一而导致该课程的教学内容与要求不详等问题，很好地使计算机的应用回归其本来面目；
4.3用图形方式表示计算机信息数据的含义，比用数字符号方式表示其含义更高级、更自然，也是计算机科学研究的对象之一
用文字符号方式描述客观世界是对客观世界的一种抽象，是对客观世界的一种不完整的描述；而人们感受客观世界最自然、相对全面的是用眼睛观察客观世界，它可以较准确的确定客观世界中物理现象的存在与变化规律，这个方法运用于计算机中，就是用图形方式表示计算机信息数据的含义，这种表示方法比符号方式表示信息数据的含义复杂，表示的信息量大，对计算机的硬件要求高。在计算机的多媒体信息表达方式中，图形方式是处理过程最复杂的、也更符合人们的观察习惯。故用图形方式表达信息数据是一种表达信息数据含义的高级表达方式。
现代计算机的应用，不仅是数值计算与数据管理、还表现在工程设计中，人们用图形方式来表达设计人员的设计思想、设计方法，以及设计作品的体系结构与功能等，它能充分表达设计人员的形象思维方式，这种表达方式不仅要求能用计算机表达出来，而且要求计算机能接受人们用这种方式向计算机输入数学模型，这些都是计算机科学面临的新课题。例如古代三国时期，诸葛亮造木牛流马搬运粮草，史书虽然有文字记载其构造方法，但后人却无法复原这种运输工具。在没有实物的情况下，只有用图形方式表示该运输工具的基本构造方法才能使后人复原这种古代的运输工具。对于这类复合结构的复杂物体与运动形式即使用几何数据对它详细描述，若不借助图形方式来表示其几何形状与结构等信息，人们对它的理解也会发生困难，这就是现实中用符号方式描述与图形方式描述(抽象描述与形象描述)信息含义之间的差别。经验告诉我们：在计算机中，信息数据的描述方法不同，往往导致编程的方法与效果也不同，若我们不进行这种方式的培训，就会落后于计算机时代的发展。
4.4掌握计算机配置的常用工具，是计算机应用的必要条件
传统计算机学科的授课内容，并不直接讲解如何进行科学计算等问题，而是为解决复杂的科学计算等问题提供软件服务工具、方法与手段等。例如，从大量应用中(包括软件编程)，找准、预测用户的需求；然后，从中抽象其具有共性的方法与难题，并把它们上升为理论，最后把这种理论开发成工具与系统方法，供用户使用；操作系统软件、汇编语言与编译系统、高级语言与编译系统、软件工程的概念与方法、面向对象的软件开发语言等都是这样逐渐发展起来的；同样的思路，为了计算机的应用，人们开发了办公自动化软件、数据库系统软件、网络浏览器、三维图形标准等各种工具，等等，用户用这些工具能更高效率的开发应用程序。但是，这种授课方式却把用计算机解决科学计算等应用问题留给具体的应用部门与用户对应用软件的具体开发，而课堂教学一般缺少这方面的系统实例，这也是导致目前计算机本科生应用软件系统开发能力弱的原因之一。
但当计算机学科发展到用可视化软件开发应用程序，而计算机的基础教育却忽视这种发展潮流与技术进步(现有的计算机公共核心课程没有计算机图形学的内容)，这只能使我们的应用软件的开发水平仍停留在上世纪70年代的字符表现水平上。因此，计算机本科教育中，使学生掌握计算机配置的常用工具是计算机应用的必要条件，这当然包括让学生掌握计算机三维图形标准这个有用工具。
4.5计算机图形学是嫁接多学科的桥梁，是科学研究思维能力训练的延续与有效方法之一
大学的教育，除了要求学生掌握一门专业的系统基础理论知识与应用外，关键是要掌握“根据任务与需要，学会从中发现问题、分析问题、提出解决问题的方法，建立解决问题的数学模型，直至用物理实验或软件编程的方法解决发现的问题”这种工作能力以及继续学习深造的能力。只有这样，计算机专业的学生才具备自我获取知识和探索解决问题的能力，并使自己在新的工作岗位上做到既是计算机方面的专家，也是行业领域的专家助手，计算机专业的学生才能更好的服务于社会，造福于自己。
什么样的课程能做到使他们具备自我获取知识和探索解决问题的思维能力？传统上大学物理与数学课程的教育是培养这一方法的有效途径。因为物理学是蕴藏科学方法论的宝库，物理不仅包含了物质世界的运动规律，同时蕴涵了丰富的哲理和研究、思维方法，对于培养创新思维有着独特的优势。这种独特的优势地位决定了大学物理在培养全面发展型人才中的特殊作用。显然，知识的内容是有限的，而思维的创造力是无限的。物理学若干世纪以来的辉煌成就，使之创造了一整套行之有效的思想方法和研究方法，据专家统计，在300种通用的科学方法中，物理学包含170种，占56．7%。在大学物理课程中，学生可以接触到实验的方法、观察的方法、科学抽象的方法、理想模型的方法、科学归纳的方法、类比的方法、演绎的方法、统计的方法、证明和反驳的方法、数学模型的方法；还可以学习到科学假设的方法、对称性分析的方法以及定性和半定量的方法等等。同时，物理课程中还包含了无数著名科学大师许多深刻的物理思想和精妙的哲学思辩，尤其随处可见前辈科学破除权威，敢于怀疑，大胆创新的许多生动鲜活的事例。这些闪耀人类智慧光芒的科学方法和科学精神，对提高学生的科学素养，培养他们的探索精神和创新意识，都会产生积极而深远的影响，起到其他课程无法替代的作用[3]。
但传统上计算机课程内容的安排中断了高等数学与大学物理的学习与后续计算机课程学习的相互关系，一些搞计算机工作的人员会片面地认为不学物理与高等数学也一样能学好计算机课程、一样能从事计算机工作。而计算机图形学课程的教学是嫁接大学一年级的高等数学、大学物理与三年级计算机专业教育的有效桥梁，是物理、数学知识在计算机应用领域中的具体应用。而计算机图形学编程思想的训练，特别是探索解决物理问题的数学模型的各种研制方法与思维能力，对各种行业面临实际问题的解决与计算机应用软件的编程具有典型的示范作用――即不同的应用领域、待解决的物理问题与性质不同，其建模解决问题的方法也不同。这种思维方式能告诉各专业学习计算机的学生：通过建立软件系统、并用模型与仿真的方法指导工程实现(例如实现计算机图形显示)是工程应用中的典型方法之一(自动控制、通信、雷达系统工程中都是先用系统的数学模型与仿真方法确定系统工作参数后，再考虑其具体系统的物理实现)，这种思维方式是目前计算机公共核心课程与“软件工程”课程所缺少的。具备这种知识与能力，无疑为计算机专业的学生拓展新的发展方向、为计算机专业的学生向其他应用行业的转行做好了思想准备。
4.6计算机学科的发展是为了应用，而计算机图形学是计算机科学计算等应用的典型代表
计算机科学与技术主要以计算机产业的形式出现在人们的日常生活中，是人们生活、学习与工作的有效计算、存储查询、娱乐等辅助工具之一。计算机科学除了要探讨计算理论自身的发展之外，还要探讨产业的发展，探讨用户的应用与需求；再强大的计算机、功能更全面的开发工具，也需要更复杂的计算机应用课题做支撑，这是计算机学科发展的两条主线。计算机学科的核心教育仅局限于计算理论自身的发展是不完善的，而计算机图形学在计算机动画、3D游戏、图形标准、计算机仿真(如天气预报、大规模地质勘探数据处理、模拟原子弹爆炸与理论设计、模拟汽车碰撞、电磁辐射设计、计算流体力学等应用都需要用图形方式表达其结果)、计算机辅助设计与制造等领域的大量应用，代表了当今计算机科学应用的发展水平，是推动计算科学向前发展的源动力之一，不能再被计算机教育界所忽视。
基于以上理由，相信计算机图形学成为计算机公共核心课程是可行的！
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参考文献
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