计算机科学与技术的理解篇1
关键词：计算思维；信息技术课程；计算机
计算思维的提出
思维是人脑对于客观事物的本质及其内在联系间接的和概括的反应，是一种认识过程或心理活动。简单地说，思维是人进行思考、通过人脑的活动解决问题的能力，是人的智力在一个方面的体现。思维方式也是人类认识论研究的重要内容。
2006年3月，时任美国卡内基·梅隆大学(CmU)计算机科学系主任、现任美国基金会(mSp)计算机和信息科学与工程部(CiSe)主任的周以真(Jeannettem.wing)教授，在美国计算机权威刊物《CommunicationsoftheaCm》上，首次提出了计算思维（Computationalthinking）的概念：“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。”周以真教授从思维的视角阐述计算科学，并以此来探索计算机学习的教育价值。为此，周教授撰写了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
计算思维这一概念提出后，立即得到美国教育界的广泛支持，也引起了欧洲的极大关注。目前，计算思维是当前国际计算机界广为关注的一个重要概念，也是当前计算机教育需要重点研究的课题。在美国，不仅有卡内基·梅隆大学的专题讨论，也有包括美国计算机协会（aCm）、美国国家计算机科学技术教师协会（CSta）、美国数学研究所（aim）等组织在内的众多团体的参与；计算思维还直接促成美国国家科学基金会（nSF）重大基金资助计划CDi（Cyber-enabledDiscoveryandinnovation）的产生，CDi计划旨在使用计算思维产生的新思想、新方法，促进美国自然科学和工程技术领域产生革命性的成果。CDi的最终研究成果将使人们的思维模式发生转变。这种以“计算思维”为核心的转变，反映在美国国家自然科学与工程，以及社会经济与技术等各个学科领域。
计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的领域。另外，英国计算机学会（BCS,BritishComputerSociety）也组织了欧洲的专家学者对计算思维进行研讨，提出了欧洲的行动纲领。
国内有关计算思维的研究
上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的基础之上，将思维科学作为11大科学技术门类之一，与自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、人体科学、行为科学、军事科学、地理科学、建筑科学、文学艺术并列在一起。自从钱学森提出思维科学以来，各种学科在思维科学的指导下逐渐发展起来，计算学科也不例外。黄崇福教授可能是国内最早阐述计算思维的学者。1992年，黄崇福在其所著的《信息扩散原理与计算思维及其在地震工程中的应用》一书中给出了计算思维的定义：“计算思维就是思维过程或功能的计算模拟方法论，其研究的目的是提供适当的方法，使人们能借助现代和将来的计算机，逐步达到人工智能的较高目标。”
国内关于计算思维的研讨大部分都是在与计算机方法论一起研究的。桂林电子科技大学计算机与控制学院董荣胜教授在对计算思维和计算机方法论的研究中指出：计算思维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们的互补性很强，可以相互促进，计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反之，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高。两者之间的关系与现代数学思维和数学方法论之间的关系非常相似。
2009年7月26日，中国工程院院士、中科院计算技术研究所所长李国杰在noi2009开幕式和noi25周年纪念会上的讲话提到：“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它选择合适的方式去陈述一个问题，对一个问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题求解。有了计算机，我们就能用自己的智慧去解决那些计算时代之前不敢尝试的问题。”同年11月9日，在《中国信息技术已到转变发展模式关键时刻》一文中，李国杰在展望未来信息技术的发展前景时指出：“20世纪下半叶是以信息技术发明和技术创新为标志的时代，预计21世纪上半叶将兴起一场以高性能计算和仿真、网络科学、智能科学、计算思维为特征的信息科学革命，信息科学的突破可能会使21世纪下半叶出现一场新的信息技术革命。”2009年12月27日，中国计算机学会青年计算机科技论坛哈尔滨分论坛（YoCSe哈尔滨）与哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院青年沙龙共同举办了“计算思维”专题论坛的会议。哈工大计算机学院副院长王亚东教授作了题为“计算与计算思维”的报告。报告从科学技术发展的角度出发，讲述了计算思维已经和即将对各门学科产生的影响，在计算机专业的各门课程中渗透“计算思维”的设想，并倡议学者们总结计算思维有哪些类别，以及它们和各门学科、日常生活的关系。
2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了“C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声明”。
计算思维的关键内容
当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？当我们以计算机解决问题的视角来看待这个问题，我们需要根据计算机科学坚实的理论基础来准确地回答这些问题。同时，我们还要考虑工具的基本能力，考虑机器的指令系统、资源约束和操作环境等问题。
为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问：一个近似解是否就够了，是否有更简便的方法，是否允许误报和漏报？计算思维就是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道怎样解决的问题。
计算思维是一种递归思维，是一种并行处理。它可以把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。例如，对于别名或赋予人与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处；对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道其威力又了解其代价；它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。计算思维是一种多维分析推广的类型检查方法。
计算思维采用了抽象和分解来迎接庞杂的任务或者设计巨大复杂的系统，它是一种基于关注点分离的方法（SeparationofConcerns，简称SoC方法）。例如，它选择合适的方式去陈述一个问题，或者选择合适的方式对一个问题的相关方面建模使其易于处理；它是利用不变量简明扼要且表述性地刻画系统的行为；它是我们在不必理解每一个细节的情况下就能够安全地使用、调整和影响一个大型复杂系统的信息；它就是为预期的未来应用而进行数据的预取和缓存的设计。
计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维。例如，对于“死锁”，计算思维就是学习探讨在同步相互会合时如何避免“竞争条件”的情形。
计算思维利用启发式的推理来寻求解答，它可以在不确定的情况下规划、学习和调度。例如，它采用各种搜索策略来解决实际问题。计算思维利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行权衡。例如，它在内存和外存的使用上进行了巧妙的设计；它在数据压缩与解压缩过程中平衡时间和空间的开销。
计算思维与生活密切相关：当你早晨上学时，把当天所需要的东西放进背包，这就是“预置和缓存”；当有人丢失自己的物品，你建议他沿着走过的路线去寻找，这就叫“回推”；在对自己租房还是买房做出决策时，这就是“在线算法”；在超市付费时，决定排哪个队，这就是“多服务器系统”的性能模型；为什么停电时你的电话还可以使用，这就是“失败无关性”和“设计冗余性”。由此可见，计算思维与人们的工作与生活密切相关，计算思维应当成为人类不可或缺的一种生存能力。
计算机科学是计算的学问，它研究什么是可计算的，怎样去计算。计算思维具有以下特性：（1）概念化，不是程序化。计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那样去思维意味着远不止能为计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。（2）根本的，不是刻板的技能。根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是，当计算机像人类一样思考之后，思维可就真的变成机械的了。（3）是人的，不是计算机的思维方式。计算思维是人类求解问题的一条途径，但绝非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力，是人类赋予计算机激情。配置了计算设备，我们就能用自己的智慧去解决那些在计算时代之前不敢尝试的问题。计算机赋予人类强大的计算能力，人类应该好好地用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。（4）数学和工程思维的互补与融合。计算机科学在本质上源自数学思维，因为像所有的科学一样，其形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统，基本计算设备的限制迫使计算机科学家必须计算性地思考，不能只是数学性地思考。构建虚拟世界的自由使我们能够设计超越物理世界的各种系统。（5）是思想，不是人造物。不只是我们生产的软件硬件等人造物将以物理形式到处呈现并时时刻刻触及我们的生活，更重要的是计算概念，这种概念被人们用于求解问题、管理日常生活、与他人交流和互动。（6）面向所有的人，所有地方。当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再表现为一种显式之哲学的时候，它就将成为一种现实。就教学而言，计算思维作为一个问题解决的有效工具，应当在所有地方、所有学校的课堂教学中得到应用。
计算思维与计算机学科的方法论
正如本文第二部分所述，计算思维与计算机学科的方法论研究有很大的相似性，国内很多学者都在同时研究。计算思维和计算机学科方法论都是试图通过可计算性原理、形理算一体原理和机算设计原理，从思维和方法的高度来进行抽象，以寻求具有一定普适意义的学科价值。
所谓可计算性原理亦即计算的可行性原理。1936年，英国科学家图灵提出了计算思维领域的计算可行性问题：即怎样判断一类数学问题是否是机械可解的，或者说一些函数是否可计算。所谓形理算一体原理，是针对具体问题应用相关理论进行计算发现规律的原理。在计算思维领域，就是从物理图像和物理模型出发，寻找相应的数学工具与计算方法进行问题求解。所谓机算设计原理，就是利用物理器件和运行规则（算法）相结合完成某个任务的原理。在计算思维领域，最显著的成果就是电子计算机的创造（计算机的设计原理），比如，电子计算机构成就是五个外部设备（计算器、运算器、存储器、输入设备、输出设备）以及运用二进制和存储程序的概念来达到解决问题的目的。
尽管计算思维的学科体系尚未成熟，但在教学和培训中的应用和推广已逐步开展。一些从事计算机教育的学者在教学过程中推进计算思维能力的培养，标志性的事情包括2008年美国国家计算机科学技术教师协会（CSta）在网上了得到美国微软公司支持的《计算思维：一个所有课堂问题解决的工具》（Computationalthinking:aproblemsolvingtoolforeveryclassroom）报告。2008年，aCm在网上公布了对CS2001（美国关于大学计算机科学的教学大纲）进行中期审查的报告（CS2001interimReview），开始将美国卡内基·梅隆大学计算机科学系教授周以真倡导的“计算机思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算机思维的本质。美国计算机科学技术教师协会认为，计算思维应当是所有学校所有课堂教学都应当采用的一个工具。采用这个工具，教师自然会问以下几个问题：（1）人所固有的能力与局限性？计算机的计算能力与局限性？（2）问题到底有多复杂？即问题解决的时间复杂性、空间复杂性？（3）问题解决的判定条件是什么？（4）什么样的技术（各种建模技术）能被应用于当前的问题求解或讨论之中？（5）什么样的计算策略更有利于当前问题的解决？
计算机科学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具，也是计算学科认知领域的理论体系。计算机科学与技术方法论也进一步推进了大学计算思维的培养。在大学计算机学科教学中，引入计算思维关注点分离的方法解决软件工程课程中的问题求解、算法设计、软件设计等设计方法以及软件开发过程、软件项目管理和软件开发方法学等诸多方面的问题，因为作为最重要的计算思维原则之一，关注点分离是计算科学和软件工程在长期实践中确立的一项方法论原则。离散数学课堂教学中可以引导学生利用计算思维去解决离散数学中的模型与数理逻辑、递归与等价关系数目的求解、模块化与群、等价关系证明等问题。
目前，尽管计算思维已在大学教学中逐步应用，但是，计算思维本身还未成为独立的学科体系，并且在教学中的应用都是少数专家学者在进行小规模探索性的实验性教学，在培养过程中没有系统性的应用计算思维的系列方法，因此效果并不明显。
计算思维对信息技术课程的影响
尽管有关计算思维的研究目前主要在高校，在国内，也仅在为数不多的高校计算机系或计算机学院开展教学实践探索。由于计算机学科和信息技术学科有着天然的紧密联系，计算思维也会对中小学信息技术课程产生影响。
1.计算思维是每个人的基本技能
计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术（Reading,wRiting,andaRithmetic——3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。当大学计算机专业教学在尝试用计算思维开展计算机专业课程教学的时候，教授们已提出应当为大学新生开一门称为“怎么像计算机科学家一样思维”的课程，面向所有专业，而不仅仅是计算机科学专业的学生。我们应当使入大学之前的学生接触计算的方法和模型。我们应当设法激发公众对计算机领域科学探索的兴趣，传播计算机科学的快乐、崇高和力量，致力于使计算思维成为常识。从目前中小学的课程设置来看，通过信息技术课程让学生接触计算思维是最有效的途径。2000年以来，我们已经习惯于将提升学生信息素养作为信息技术课程目标，随着计算思维的引入，需要我们去探索信息素养与计算思维的关系。
2.计算思维促进信息技术学科思维的研究
目前的信息技术课程普遍存在着“只见技术不见人”和“什么实用教什么”的现象。前者反映我国课程实现中存在着过度的技术化取向问题，后者反映了功利主义的课程价值认识。其实，这两种现象所反映的本质都是相同的，即以简单技术掌握为第一要义，虽然强调了用信息技术解决实际问题，但也仅是解决如何操作软件以达到学以致用，缺乏从学生人生发展的高度看待信息技术课程所应有的价值。
笔者曾从信息技术课程中有关算法与程序设计的学习价值的角度提出算法思维是一种解决问题的过程性思维方式：算法思维就是能清楚说明问题解决的方法，能够将一个复杂的问题转化成若干子问题并将其进一步简化，以达到解决问题的目的，这也是科学和设计领域的一项重要技能；算法思维就是能清楚地理解问题解决的规则，能够认识到问题的起点、边界和限定范围，按部就班地完成任务或解决问题；算法思维就是能清楚地分析问题解决方法的优劣，能够设计与构造操作步骤更少、更经济的算法。
算法思维的提出在一定程度上解决“算法与程序设计”的学习价值不是仅对口程序员的培养，就像数学的学习不仅是培养会计一样。通过算法和程序设计的学习，学生可以体验解决问题的过程，规范的设计与工艺要求，以及人与计算机共存的思维特征。但是，算法思维是以算法为出发点，相比以计算理论出发的计算思维，有更多的局限性。因此，计算思维有利于推进信息技术课程在学科思维方面的研究，有利于学生通过信息技术课程获得终身有用的知识与能力，而不是面临过时的计算机操作步骤。
3.计算思维引发有关信息技术与计算机学科的关系思考
计算机界长期以来一直认为程序设计语言是进入计算学科领域的优秀工具，也是获得计算机重要特征的有力工具。早期中小学开展BaSiC语言学习，其本意也是以认识计算机特征为目的。其存在的明显问题是缺乏学科思维，过多地关注具体语言的细节。而以应用软件为学习对象的计算机课程，虽然强调了应用，但仍然关注软件操作细节的学习，使得课程学习内容与社会上的软件培训班相差无几。随着计算机软件的丰富与普及，以及计算机操作的人性化，重视工具操作、缺乏思维和方法的计算机课程面临改革是必然的。
信息技术课程不仅在课程目标上实现了从掌握计算机知识和技能到信息素养的转变，课程形态、教学内容、教学模式、评价方式、教材等方面都有了较大的发展与改进。但是，目前的信息技术课程在处理学习内容中，“人如何处理信息”、“人如何用工具处理信息”以及“工具如何处理信息（人如何制造信息处理工具）”三者关系时把握不清，特别是对于有关计算机原理与操作的学习内容，存在既想回避又无法回避的现状，要回避是因为要避免学科教学走回原计算机课老路，但计算机作为现代信息技术的典型代表在教学中又无法回避。
信息技术和计算机都能对数据进行加工，这种加工有自动化属性。两者都反映了一个根本的问题：什么能被有效地自动进行。这也是计算思维经抽象以后反映的根本问题。计算思维将促进信息技术课程中信息技术与计算机技术的关系问题，即计算机在信息技术课程中的地位问题。
结束语
对于计算思维来讲，要成为一门学科，还有很长的路要走。目前，计算思维还不是知识形态的学科，因为其本身的概念、原理、特征、培养方法论以及创新方法论等方面的知识体系并未形成，也不是大多数学校或研究所教学内容的基本单位。这方面的学者、知识信息及学术资料所组成的实体化组织虽然正在形成，但远远未达到成熟。另外，各国的教育行政主管部门还没有完全认识到计算思维的重要性。因此，计算思维学科体系的建立任重而道远。
计算机科学与技术的理解篇2
关键词：计算；计算学科；计算机科学思维；计算思维；计算机思维
随着计算机科学技术的发展，计算领域已成为一个极其活跃的领域，计算学科也成为一门范围极为宽广的学科[1]。在此发展过程中产生的种种现象，在很大程度上改变了人们对世界的认识，有力地刺激了人文科学的发展，人们对认知科学的研究就是“以电子计算机的产生发展为物质、技术基础，以计算机与人脑相类比为前提的[2]”。我国著名科学家钱学森院士从近三十年电子计算机发展引起的新技术革命，两千多年逻辑学发展的经验教训，作为符号处理系统的计算机在智能方面存在的严重缺陷，尤其是人们在高级抽象思维领域，如辩证思维、形象思维、创造性思维尚缺乏研究等方面，对认知科学的发展进行了科学的分析。同时结合我国科学技术发展的现状和特点，提出了“思维学”的理念，给出了“思维科学”的研究框架、研究方向与基本道路，并在随后的一系列工作中进一步充实和完善了思维科学的理论与思想体系[3]。他指出：“现代科学技术的实践，正预示着更重大的变革――思维科学的出现。”“引出这项变革的是电子计算机”。而“推动思维科学研究的是计算机技术革命的需要[4]”。在钱学森的倡导下，自上世纪80年代起，面向新技术革命的思维科学研究愈来愈受到国内有关专家学者的关注与重视。
在计算机科学与技术领域，随着美国计算机学会(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)组成的联合攻关组于1988年底提交了“作为学科的计算科学”的报告[5]，计算学科的“存在性”得以证明。随后，CC1991报告和CC2001报告等相继出台，从学科的角度诠释了计算科学的内涵与外延，为计算学科建立了现代课程体系。在计算学科课程体系的本土化进程中，我国相关领域的专家学者们付出了艰辛努力，并取得实质性成果，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)[6]。在CC2002教程的引导下，针对计算机科学与技术学科教育方面的诸多问题，国内从事计算机科学与技术学科教育的广大工作者进行了广泛而有益的探讨[7-10]，大大丰富了计算学科课程体系建设的内容。在计算学科课程教育改革的进程中，如何培养既能熟练掌握计算机科学的知识与技能，又具有计算机科学学科意识和素养的人才问题，逐步成为人们关注的主要方面。
基金项目：本文受江苏省教育厅指导性计划项目“计算机思想史研究”(03KJD520028)及江苏科技大学高教项目“计算思维与创新教育”(GJKtY2009025)资助。
作者简介：张晓如(1963-)，女，教授，学士，研究方向为计算机应用教育、数据库；张再跃(1961-)，男，教授，博士，研究方向为可计算性理论与知识工程。
一个人的实践与创新能力与思维方式密切相关，与其他学科领域的科学家和工程技术人员等相比，计算机学科的专家学者们在思考问题、分析问题和解决问题方面也应有其独特的地方。正如计算大师Dijkstra所言：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响我们的思维能力[11]。”因此，当计算机与人们的生活联系越来越趋密切的形势下，研究与之相关的人类思维活动与思维方式便成为现代思维学科领域中一个十分重要的课题。我们不妨称此种思维为面向计算学科的思维。显然，面向计算学科的思维除了具有一般思维的特点外，还具有其自身的特性，而后者则是从事计算机科学研究的人员和计算机教育工作者们更为关心的。究竟什么是面向计算科学的思维？它的特点是什么？对面向计算学科的思维研究对计算学科的发展会产生哪些积极作用？这种思维能力是可以培养的吗？又如何培养呢？我们现行的计算机课程教学内容结构会因此而有所改变吗？
1面向计算学科的思维
国内最早面向计算学科思维的研究文章是收集在2000年全国高等师范院校计算机教育研究会年会论文集上笔者的《谈谈计算机思维》[12]一文。当时的“计算机思维”意为“计算机科学思维”(ComputerSciencethinking)，在随后关于面向计算科学的思维研究中，相继出现了“计算思维”(Computationalthinking)[13-14]与广义“计算机思维”(Computingthinking)[21]等概念。这些概念虽然与“计算机”有关，但它们有一个共同特点，即它们都是关于人的思维。
1.1计算思维与计算机思维
“计算思维”的思考和研究在国内受到更多专家学者的关注与重视，要归功于全国高等学校计算机教育研究会于2008年10月31日至11月2日在桂林召开的一次专题学术研讨会，会议的主题是“探讨在教学过程中，如何以课程为载体讲授面向学科的思维方法，共同促进国家科学与教育事业的进步”。会议从8各方面征集论文，无不涉及“计算思维”。在会议提供的资料中，美国卡内基・梅隆大学计算机科学系主任周以真(Jeannettem.wing)教授2006年3月发表在美国计算机权威杂志aCm会刊上的文章《计算思维》(Computationalthinking)[13-14]和王飞跃2007年3月发表在中国计算机学会通讯的文章《从计算思维到计算文化》[11]位居榜首。其中，王飞跃教授从计算机文化发展的高度对“计算思维”概念的提出和“计算思维”的研究与发展对计算科学的进步产生的深远影响给出了充分肯定。王飞跃教授在提及国内对“计算思维”研究和计算文化与计算思维联系方面的状况时指出，“在中文里，计算思维不是一个新名词，常被朦朦胧胧地使用，却一直没有被提到周教授所描述的高度广度，那样的新颖、明确、系统”。这一陈述虽然有一定的道理，但不完全正确。“计算思维”从命名的角度可以如是说，但就其作为面向计算机科学思维的概念与特征而言，无论从高度讲，还是从广度说，周以真教授的描述确有“新颖”之处，但在“明确”和“系统”方面，同本文作者在上世纪90年代末就提出的“计算机思维”的概念在主要方面是基本一致的，并可形成互补。特别指出的是，《谈谈计算机思维》在谈到计算机文化与计算机思维相互之间的联系时指出，“随着计算机科学的发展，‘计算机’已不再是一个单纯的计算工具的代名词，而是信息时代高新技术的象征。可以这样说，‘计算机’作为一种文化，已渗透到社会发展的各个领域，而使得生活在这一时期的人们的思维活动中或多或少地与‘计算机’这一概念相联系，研究与之相关的思维活动与思维方式，便成为现代思维科学领域中一个十分重要的课题[12]”。在此，我们可以把有关“计算思维”特征的陈述同有关“计算机思维”的陈述作一比较。
周以真教授在对计算思维的描述中首先指出，“计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家”，这一观点与《谈谈计算机思维》一文中提出的“计算机思维具有广泛性。计算机思维已不仅仅是计算机科学家所应具有的思维，而应是全民族所必须的”的观点是完全一致的。并且文中还强调，“只有这样，计算机科学的发展才能具有广泛的社会基础，才能使计算机科学真正服务于社会”。在总结计算思维的特征时，周以真教授从6个方面，以“是”与“不是”的对立统一作了阐述。
为了更好地挖掘计算机思维的内涵，更加清楚地了解与把握计算机思维与其他学科思维方式的联系与区别，我们对计算科学发展的过程进行了初步考察，提出了“计算科学思想史”研究的基本思想，并对计算科学思想史研究的特点、研究内容、研究方法进行了分析探讨[16]。同时结合现代计算机课程教育，提出了基于知识背景的计算机课程教学改革的基本构想[19]。我们深信，无论是对计算机思维的研究，还是对计算科学思想史的研究，都会对计算机教育的实践与发展产生重要影响。
2“计算思维”研究现状
无论叫计算思维，还是称计算机思维，关键是要解决问题，即“如何让人们学会像计算机科学家一样去思考”。从总体看，计算思维的研究应包含计算思维研究的内涵和计算思维推广与应用的外延两个方面。周以真在给出“计算思维”概念后，进一步探讨了计算思维的本质，并指出计算思维将在各种行为方面影响每个人，这一点对我们的社会教育提出挑战，特别是少儿教育。在关于计算的思考中，我们需要理解不同类型的3个方面：科学、技术与社会。飞速发展的技术进步和巨大的社会需求迫使我们重新思考计算科学最基本的问题[20]。从周以真教授多次关于计算思维的论述中可以看出，其“计算思维”的概念是面向社会、面向教育和面向大众的。这也许是一种策略，为了能让更多的人关注并思考“计算思维”的问题，并将思考的结果应用于计算科学实践，以此促进计算科学的普及和发展。在对“计算思维”的深入研究过程中，郭喜凤教授等从工程化的角度对“计算思维”的内涵进行剖析[20]，以周以真面向大众的计算思维为基础，根据计算机科学与技术中的理论、技术、工程、工具、服务和应用等几个不同层面的思维特点，阐述了计算思维的工程化思想，将计算思维的概念加以推广并提出了计算机思维(Computingthinking)工程化的层次结构，丰富了计算思维的研究内涵。董荣胜和古天龙教授从计算机科学与技术方法论的角度对计算思维研究的外延进行分析。“计算机科学与技术方法论是对计算领域认识和实践过程中一般方法及其性质、特点、内在联系和变化发展进行系统研究的学问。计算机科学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具，也是计算学科认知领域的理论体系[21]”。在关于计算思维和计算机科学与技术方法论之间关系的论述中，董荣胜和古天龙教授在周以真教授工作的基础上，对计算思维的特征进一步加以阐述，从抽象与自动化两个方面，以具体的实例刻画了计算思维的本质，并介绍了国外关于计算思维研究的进展情况。在谈到计算思维与计算机方法论关系时，他们指出，“尽管计算思维与计算机方法论有着各自的研究内容与特色，但是，显而易见，它们的互补性很强，可以相互促进”。“计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反过来，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高[22]”。这不是一个一般概念的问题，我们认为是计算思维研究的一个技术路线问题，只有把计算思维的研究同计算机科学与技术方法论有机地结合起来，计算思维才具有实际的意义和价值，计算机科学与技术的方法才能够获得进步。
3“计算思维”研究内容
不管是周教授的计算思维(Computationalthinking)，或是郭教授的计算机思维(Computingthinking)，还是计算机科学思维(ComputerSciencethinking)，它们都有一个共同面向，即都是面向计算学科的思维；都有一个共同的出发点，即研究和探索面向计算学科的思维规律；都有一个共同的目标，即引导人们在解决有关计算学科及其应用领域问题时，能够运用正确的思维方法。计算学科是关于“计算”的学问，因此，计算思维的研究势必围绕解决所谓“计算问题”而展开。
3.1计算思维研究的基本问题
何谓计算思维？《谈谈计算机思维》一文对计算机思维的内容进行了概括，即人们有意识地将计算机用于生产、生活等各个领域的认识活动以及人们解决计算机问题的认识过程。一方面，它是指一种形式，这种形式表现为人们认识具体的计算机科学，或是应用计算机科学于其他科学、技术的过程中的辩证思维；另一方面，它是由计算机科学本身的特点及计算机作为认识世界的工具所决定的，它同样受到一般思维方式的限制[12]。周教授则将计算思维归纳为运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[13]。董教授等则从方法论的角度将计算思维定义为运用计算机科学的思想与方法进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[22]。
计算机科学与技术的理解篇3
关键词：信息技术教育定位；计算机教育；信息素养
中小学信息技术教育在我国实施的20多年时间里，已取得了巨大的成绩，也日益显示出信息技术教育的重大意义。随着课程改革的不断深入，信息技术教育在中小学教育的课程结构中将占据越来越重要的地位。但信息技术学科还是一门新兴学科，还有很多问题需要我们不断地研究和探索。本文就中小学信息技术教育该如何定位，进行了初步探索。
一、计算机科学的含义
美国德克萨斯a＆m大学赵伟教授（美国科学基金会计算机与网络部主任）在中国计算机50年大会演讲时问过在场的计算机科学家，什么是计算机科学。然而，没有人能够信心十足地回答这个问题，也没有人可以明白无误地回答出来。美国斯坦福大学在20世纪60年代给计算机科学下了定义，计算机科学是算法的科学。不管当初这个定义是否正确，至少我们现在应该研究清楚计算机科学到底是什么科学！它绝不像物理学、化学、气象学等科学，因为计算机和照相机、菜刀一样是个产品，计算机科学不应该是计算机的科学，就像不会有照相机科学、电视机科学、微波炉科学、菜刀科学一样。
对于信息技术，我们通常将其定义为：能够支持信息的获取、传递、加工、存储和呈现的一类技术。其中，应用在教育领域中的信息技术主要包括电子音像技术、卫星电视广播技术、多媒体计算机技术、人工智能技术、网络通信技术、仿真技术和虚拟现实技术等。
只有教育教学管理部门以及教师、学生都明白了计算机科学究竟是什么科学，信息技术是什么，我们才能真正明白信息技术教育应该教什么，学生应该学什么。
二、中小学信息技术教育的演变
按照华南师范大学徐晓东博士的观点，从计算机技术教育到今天以培养信息素养为目标的信息技术教育，大致经历了三个阶段，即计算机教育时代、计算机素养时代和信息素养时代。
1.计算机教育时代（20世纪80年代初至80年代后期）
这一时期，计算机教育的内容主要包括计算机硬件结构和程序设计、算法语言、文件处理等，教学目标定位在了解计算机基本工作原理以及培养逻辑思维能力上，课程内容主要设定在程序设计上，程序设计语言主要是BaSiC语言、LoGo语言，教学的形式主要是兴趣小组。
按照尹尔肖夫的倡导，这一时期对人的内在品性的要求是具有计算机素养，核心是程序设计能力，强调逻辑思维能力，强调利用算法解决问题的能力。理想的结果应当是学生可以通过程序设计的学习学会利用算法来解决生活中的实际问题。
2.计算机素养时代（20世纪90年代初至90年代后期）
90年代初，随着图形化操作系统（例如：windows、macoS等）的成熟，计算机教学内容的重心转向学习图形化的操作系统和工具软件的使用，直接为学习者的学习和工作奠定基础，教育的内容主要是文字处理、列表计算，数据库、计算机绘画、计算机通讯等应用软件的运用。
随着计算机应用软件的不断增多，计算机的应用领域也不断拓展，使人们深切感受到计算机被普遍应用的可能，于是开始重新审视计算机的定位及计算机课程的教学内容。其明显的变化是课程目标中明确了计算机的工具性定位，强调计算机应用。教学内容则相应转向了关于计算机的基本知识与基本操作以及常用软件的学习。
按照课程目标的规定，这一时期对人的内在品性的要求已经涉及以计算机为工具处理信息的能力，可以称之为计算机素养，其核心是计算机应用能力。
3.信息素养时代（20世纪90年代后期至今）
互联网技术的飞速发展，使得信息技术分化为两个分支：专业化的信息技术和大众化的信息技术。大众化的信息技术对我们的学习、工作、生活方式产生了巨大的影响，人类也正步入信息化社会。
随着《中小学信息技术课程指导纲要(试行)》（教育部，2000）、《基础教育课程改革纲要(试行)》（教育部，2001）和《普通高中技术课程标准（实验）》（教育部，2003）的出台，信息技术教育的目标确定为信息素养的培养。信息素养通俗地讲就是灵活运用信息的能力，主要由信息意识与信息伦理道德、信息知识以及信息能力三部分组成。国内外学者普遍认为：信息素养已经成为继读、写、算之后的第四种基本能力，是现代信息社会的基本学习能力。信息技术教育把信息技术看成是为解决问题、建立计划、进行表现等的手段，并重视灵活运用这一手段从事分析、综合、创作、展示等活动。
这一时期对人的内在品性的要求是具备获取、加工、处理信息的能力以及创造新信息的能力，具备良好的信息意识和信息伦理道德，掌握基本的信息知识，也就是信息时代的公民必须具备良好的信息素养。
三、中小学信息技术教育的定位
《普通高中技术课程标准（实验）》中对信息素养的描述：“信息素养是信息时代公民必备的素养，强调通过合作解决实际问题，让学生在信息的获取、加工、管理、表达与交流的过程中，掌握信息技术，感受信息文化，增加信息意识，内化信息伦理，使学生发展为适应信息时代要求的具有良好信息素养的公民。”
现在我们将信息技术教育的培养目标确定为提高中小学生的信息素养，但信息素养概念过于宽泛，难于把握，由于研究者的视角不同而有着不同的理解和解读。而且许多专家、学者强调信息技术要整合到其他学科中进行教学，还提出不少整合的模式和方法。但笔者看来“整合”这个概念就有点不伦不类，如果其他学科中用点信息技术就是整合，那么物理课、化学课中用到数学，是不是就叫数学与物理整合，或数学与化学整合呢？我们现在很重视教育信息化，经济条件好的地区已经将多媒体配置到班级，欠发达的地区也开始重视“农远工程”。但教学包含两个方面：教和学，我们现在的信息化主要是为“教”信息化，为教师信息化，为学生学习的信息化却没有多少，学生还没有课余时间使用计算机，又如何获取自己所需要的信息呢？
从计算机教育到信息技术教育，我们走过了20多年，一开始我们过于强调计算机技术本身；而现在我们又过分淡化计算机学科本位，强调一线教师难于把握的信息素养。我们的信息技术教育到底该如何走，值得我们深思。
参考文献：
[1]陈俊良.计算机科学是什么科学[J].中国教育信息化（高教职教），2007(1)：4-5．
[2]徐晓东.信息技术教育的理论与方法[m].北京：高等教育出版社，2004,11．
计算机科学与技术的理解篇4
关键词:信息技术教育定位；信息技术教育；计算机教育；信息素养
中小学信息技术教育在我国实施的20多年时间里，已取得了巨大的成绩，也日益显示出信息技术教育的重大意义。随着课程改革的不断深入，信息技术教育在中小学教育的课程结构中将占居越来越重要的地位。但信息技术学科还是一门新兴学科，还有很多问题需要我们不断去研究和探索。本文就中小学信息技术教育该如何定位，进行了初步探索。
一、计算机科学是一门什么科学
你是否能够信心十足地回答这个问题？是否有人可以确切而且明白无误地回答。美国德克萨斯a＆m大学赵伟教授（美国科学基金会计算机与网络部主任）在中国计算机五十年大会演讲时问过在场的我国计算机科学家：“计算机学会的学是什么学？”问的其实就是计算机科学。你看物理学、化学、生物学、气象学、地质学等等就都不存在这个问题。赵先生说，美国斯坦福大学在60年代给计算机科学下了定义，计算机科学是算法的科学。不管这个定义是否完全正确，至少我们现在应该研究并且明白无误地知道计算机科学是什么科学！但是，它绝不是计算机的科学。因为计算机和照相机、菜刀一样是个产品，计算机科学不应该是计算机的科学，就像不会有照相机科学、电视机科学、微波炉科学、菜刀科学一样。
对于信息技术，我们通常将其定义为：信息技术是指能够支持信息的获取、传递、加工、存储和呈现的一类技术。其中，应用在教育领域中的信息技术主要包括电子音像技术、卫星电视广播技术、多媒体计算机技术、人工智能技术、网络通信技术、仿真技术和虚拟现实技术等。
只有教育教学管理部门以及老师、学生都明白了计算机科学究竟是什么科学，信息技术是什么，我们才能知道信息技术教育应该教什么，应该学什么。
二、中小学信息技术教育的演变及现状
按照华南师范大学徐晓东博士的观点，从计算机技术教育到今天以培养信息素养为目标的信息技术教育，大致经历了三个阶段，即计算机教育时代、计算机素养时代和信息素养时代。
1、计算机教育时代（80年代初至80年代末）。这一时期，计算机教育的内容主要包括计算机硬件结构和程序设计、算法语言、文件处理等，教学目标定位在了解计算机基本工作原理以及培养逻辑思维能力上，课程内容主要设定在程序设计上，程序设计语言主要是BaSiC语言、LoGo语言，教学的形式主要是兴趣小组。
按照尹尔肖夫的倡导，这一时期对人的内在品性的要求是具有计算机素养，核心是程序设计能力，强调逻辑思维能力，强调利用算法解决问题的能力。理想的结果应当是学生可以通过程序设计的学习学会利用算法来解决生活中的实际问题。
2、计算机素养时代（90年代初至90年代后期）。90年代初，随着图形化操作系统（例如：windows、macoS等）的成熟，计算机教学内容的重心转向学习这些图形化的操作系统和工具软件的使用，直接为学习者的学习和将来的工作打基础，教育的内容主要是文字处理、列表计算，数据库、计算机绘画、计算机通讯等应用软件的运用。
随着计算机应用软件不断增多，计算机的应用领域也不断拓展，使人们深切感受到计算机被普遍应用的可能，于是开始重新审视计算机的定位及计算机课程的教学内容。明显的变化是课程目标中明确了计算机的工具性定位，强调计算机应用。教学内容则相应转向了关于计算机的基本知识与基本操作以及常用软件的学习。
3、信息素养时代（90年代后期开始至今）。互联网技术的飞速发展，使得信息技术分化为二个分支：专业化的信息技术和大众化的信息技术；大众化的信息技术对我们的学习、工作、生活方式产生了巨大的影响，人类也正步入信息化社会。
随着《中小学信息技术课程指导纲要(试行)》（教育部，2000）、《基础教育课程改革纲要(试行)》（教育部，2001）和《普通高中技术课程标准（实验）》（教育部，2003）的出台，信息技术教育的目标确定为信息素养的培养。信息素养通俗地讲就是灵活运用信息的能力，主要由信息意识与信息伦理道德、信息知识以及信息能力三部分组成。国内外学者普遍认为：信息素养已经成为继读、写、算之后的第四种基本能力，是现代信息社会的基本学习能力。信息技术教育把信息技术看成是为解决问题、建立计划、进行表现等的手段，并重视灵活运用这一手段从事分析、综合、创作、展示等活动。
三、中小学信息技术教育到底应该如何定位
《普通高中技术课程标准（实验）》中对信息素养的描述：“信息素养是信息时代公民必备的素养，强调通过合作解决实际问题，让学生在信息的获取、加工、管理、表达与交流的过程中，掌握信息技术，感受信息文化，增加信息意识、内化信息伦理，使学生发展为适应信息时代要求的具有良好信息素养的公民”。
计算机科学与技术的理解篇5
关键词：计算机仿真技术；项目教学法；matLaB
中图分类号：G642文献标识码：a文章编号：1009-3044(2012)18-4453-02
随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门[1]。为了拓宽电子与信息专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对电子与信息专业人才的需求，高校电子与信息类专业的学生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校电信学院面向建筑电气专业的学生开设的一项重要的专业课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，应逐步推广到电子技术专业与通信专业。我院开设计算机仿真技术课程，目的就是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的仿真技术为本专业工作服务。
但是，建筑电气专业开设的计算机仿真技术教学目前还存在很多问题，如仿真实验设备缺乏和实践教学的不足之间的矛盾[1]；新的计算机仿真技术和理论与教材内容所形成的矛盾；如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容的问题[2]；传统教学与多媒体教学的矛盾等。为了达到计算机仿真技术教学的目标，提高建筑电气专业学生的专业素养，本人基于计算机仿真技术方法较多，实践性强的特点，在教学方面做了以下一些探索和实践，取得了一定的经验。
1基于计算机仿真技术特点的项目教学法
“计算机仿真技术”课程的主要内容包括仿真数值计算、仿真模型与仿真算法、优化问题求解方法等基础理论，以及matLaB仿真工具的使用。其中，仿真技术涉及的原理枯燥难懂，仿真算法复杂，要求学生对高等数学、自动控制理论和计算机编程有较深的了解。因此在教学中发现学生普遍有学习主动性差、畏难等情况。如何激发学生在课堂上的兴趣，提高课堂教学的实效性，是计算机仿真技术教学必须解决的问题。
“项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，旨在把学生融入有意义的任务完成的过程中，让学生积极地学习，自主地进行知识的构建，在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法的核心在于针对项目要求积极获取必要的学习资料，进而解决问题。
根据院系教学任务的统一规划，计算机仿真技术这门重要的专业课程课时数仅为24个学时。同时，由于大多数建筑电气的毕业生在计算机仿真技术方面认知能力差，解决应用与开发的能力以及创新能力不强，尤其是动手和实践能力相对较差，这就要求建筑电气专业的学生能够在项目教学法的指导下积极参与计算机仿真实习锻炼。相对于传统的灌输式理论教学模式，教师将需要解决的问题以项目的形式交给学生。在教师的指导下，以小组工作方式，由学生自己按照实际工作的完整程序。这种项目教学模式让学生更加容易掌握仿真技术，更易了解工程实践中计算机仿真技术的发展水平和状况，弥补了理论和实践脱节的缺陷。因此，这种教学方式不仅提升了人才培养质量，实现教学理论与实践有机结合，而且对促进专兼结合的双师型教学队伍建设具有重要的现实意义。
2matLaB仿真工具在教学中的应用
我院将该课程安排在本科生三年级第二学期或四年级第一学期，这时学生面临着考研与找工作两项压力。如果还是停留在黑板上进行数学推导、算法分析，将难以把学生的注意力留在课堂上，而采用基于matLaB的多媒体教学，强调仿真技术应用，可以激发学生学习兴趣。在教学中教师应始终围绕要解决的仿真问题和要讲授的仿真理论，适当引用编程实例，突出工具包的使用，拓展最新的仿真应用，引导学生通过实践、分析来选择深入学习的内容。通过多媒体的应用，讲解与演示相结合，信息量大，图文并茂，有具体感性的操作步骤与典型应用实例，可最大程度的激发学生的学习兴趣。通过本人的教学实践发现，matLaB工具的引入对提高学生掌握计算机仿真技术的应用能力有明显效果，同时对学生的计算机应用水平和技能也取得了较大的提高。但这种教学模式要求专业教师熟悉仿真技术发展现状，及时掌握仿真技术在各个工程领域的最新应用，为学生提供适合、有效的仿真技术资料。
3教学内容的合理整合
以计算机仿真技术教学大纲中规定的基本内容为主线，增加工程实例与专题讲座等环节，目的是使学生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，强化计算机仿真在实际工程的应用概念。在此基础上，还可根据具体进度进行相应扩充，例如可以开展半实物仿真、刚性系统仿真、现代优化技术等讨论专题。
计算机仿真技术教学关键在于包括引导学生掌握仿真理论基础，培养学生对系统仿真问题的解决思路[4]。我们的做法是：
1）理论部分教学采用启发式方法，充分调动学生的思维能力，鼓励学生发现问题，提出问题，勇于对书上的方法做进一步的思考和推广。如在介绍数值积分方法时，讲解过欧拉法和其改进方法后，提示学生是否有可能从几何意义上找到提高精度的其他算法，并在后续的线性多步法中做出对比，从而很好的激发了学生的课堂参与意识，提高了学习兴趣。
2）在上述的项目教学法环境下加强学生独立解决问题的能力。利用学校提供的网络平台为学生收集详实的计算机仿真技术资料，介绍相关理论与技术的发展现状与发展趋势，提供最新的仿真案例，让学生掌握利用网络资源获取更多仿真知识的能力。
3）在完成了教学主线规定内容后，尽可能的给学生讲解计算机仿真技术的科研课题，如仿真技术在工业过程控制中的应用等。
4总结
上述教学方法和经验是经过多年的计算机仿真技术教学探索、实践与研究后取得的一些成果。实践表明，合理的应用先进教学理论，结合科学的教学方法，就可以有效地提高学生的学习兴趣和理解程度，从而保证了建筑电气专业计算机仿真技术教学的先进性和实用性。
参考文献：
[1]李国勇.《系统仿真及机辅分析与设计》课程的教改探讨[J].太原理工大学学报:社会科学版，2002,20(z1):88-89.
[2]梅从立,廖志凌,刘国海.“控制系统计算机仿真”教学改革与实践[J].电气电子教学学报，2009,31(6):79-81.
计算机科学与技术的理解篇6
数学技术是数学与技术以灵巧方式组合而成的二者不可分割的和谐整体。从某种角度讲，数学上的每一次重大的发展和突破都是技术（当然包括科学）有大的发展与进步的前奏，而事实是数学的发展往往超前于重大技术的发现而走在前面。数学的追求与技术（科学）发展的目标是相一致的，都追求简单、清晰、方便、可操作、易于掌握。其实，现阶段数学总是任何计算机仿真的核心，数学通过对复杂现象的仿真建模，借助计算机对数据流进行缩成和可视化，将有助于人们把事情做得更好、更快、更安全、更便利。数学技术正在以不同的形态广泛地应用于现实生活世界的各个方面。数学技术正是依附于计算机来显现它的威力，而计算机正是依靠数学技术得以工作与革新换代。
“信息技术是指对信息进行采集、传输、存储、加工、交流、应用的手段和方法的体系。”信息技术按表现形态的不同分为硬技术与软技术，前者指各种信息设备，即一种物化形态的技术；后者指有关信息获取与处理的各种知识、方法与技能，即一种智能形态的技术。前者就是将人类的一切信息都以计算机语言的0或1的二进制来表达，这是人类文明在数学基础上的一次史无先例的科学整合，是影响人类生存和发展的巨大科学成就，而最具代表性的计算机的设计者就是20世纪最著名的数学家冯・诺依曼；后者所指的信息获取与处理的知识、方法、技能都是与数学技术密不可分的，从某种程度上看，就是数学化的过程。由此可见，数学技术是信息技术中最为关键的技术，是信息技术的技术支撑点。
二、信息技术――数学及数学技术发展与应用的平台
现代信息技术的发展、应用，把数学以技术化的方式快速地传送到人们日常生活的各个领域，使得数学对科学、技术、社会的发展起到了更加巨大的推动作用，同时也促使数学技术的不断发展。数学技术的发展使得图形计算器、数学软件的功能增长，用于计算、解方程、绘图像、解微积分方程、因式分解、数据统计、数值计算、符号演算、机器证明、图形演示以及进行思维实验都能以更加简洁快捷的方式进行，而且使得计算机的验证功能、编程功能、联网功能更加强大。由于数字化经济、数字信息处理以及大量的探索性数据分析、观察、实验、模拟与计算技术密不可分，因而数学就同时具有科学和技术的双重身份，这也就从某一侧面反映了数学的实质性内涵。由于计算机的发展，使人们可以解决非常复杂的非线性问题，已经超越了常规解决问题的方法，利用计算机的支撑能揭示本来数学的现象，能给数学以强大的推动力，计算机不仅为数学应用提供了解答，而且赋予人们以灵感和直觉，数学实验室软件能够动态地揭示知识的构造，并形象地对数学知识进行表述，而且能动态地呈现问题产生的过程，并自动解决，相互推理。计算机的应用对数学家而言犹如望远镜对于天文学家、显微镜对生物学家，给数学家进行数学研究和创造提供了锐利的武器。
信息技术为数学的发展注入了活力，在计算机面前由于好多知识变成动态化，可以激发人们对数学的热爱，引发人们展开想像的翅膀不断思索与追求，使得数学以与以往不同的形态――可视化、快捷化、人文化而展现在人们面前。由于计算机的影响，数学正在加速改变着它的内容、结构和方法，也加速改变着人们对数学的理解方法，这是因为几何现象的实验成为可能，从数学上看，迄今为止代数的表现形式在书写表示方面有非常有利的一面，几何不是记号，而仅仅是你头脑中的某个几何对象――图形，表现的是更为抽象和复杂的数学概念，借助计算机就可以传送出比现在更多、更丰富的几何内容，如可以展现一些分形模型、一些动态的复杂曲线等。用计算机进行科学计算是计算机最为基本的功能，它可以在很短的时间内收集和处理大量的数据，作出判断，形成公式，构建理论；计算机可用于作数学实验，如火箭发射、核弹爆炸、军事演示、飞机汽车桥梁设计等都是借助计算机进行实验的；计算机同时还可以进行数学证明，如四色定理在1976年被两位美国数学家用计算机予以证明，我国数学家吴文俊也在计算机上用代数方法证明了欧氏几何已知的一切定理。
计算机科学与技术的理解篇7
1、计算机科学与技术专业主要培养具有良好的科学素养，系统地、较好地掌握计算机科学与技术包括计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法，能在科研部门、教育单位、企业、事业、技术和行政管理部门等单位从事计算机教学、科学研究和应用的计算机科学与技术学科的高级科学技术人才。主干学科有算法、数据结构、操作系统、编译原理、计算机组成原理、计算机体系结构、计算机网络等。
2、网络工程是指按计划进行的以工程化的思想、方式、方法，设计、研发和解决网络系统问题的工程。培养掌握网络工程的基本理论与方法以及计算机技术和网络技术等方面的知识，能运用所学知识与技能去分析和解决相关的实际问题，可在信息产业以及其他国民经济部门从事各类网络系统和计算机通信系统研究、教学、设计、开发等工作的高级网络科技人才。主干学科是计算机科学与技术。交叉学科是信息与通信工程。
（来源：文章屋网）
计算机科学与技术的理解篇8
其次，计算机专业的学生必须具有系统的专业知识，要学量的专业基础课和专业课，例如程序设计基础、数字逻辑电路、计算机组成原理、操作系统、数据结构，编译原理、网络原理、软件工程等等。学生通过这些课程的学习能够深刻理解计算机的硬件组成与结构，掌握全面的软件设计与开发技术。学习过程强调要将基础理论与实际应用相互结合，在学习和实践中培养创新能力。非计算机专业的学生一般只是学习基本的程序设计、简单的操作系统和网络应用等知识，在深度和广度两个方面都无法和计算机专业的学生相比。
再次，计算机专业的学生还能够有大量的机会学习反映计算机学科前沿知识的专业选修课，如数据库技术、人工智能技术、多媒体技术、网络安全技术等。通过这些课程可以与世界前沿的领先科技接轨，开阔学生的视野，拓宽学生的知识面，努力将学生培养成为适应研究、设计和应用开发的复合型人才。非计算机专业的学生往往缺少这样的机会了解计算机科学与技术的前沿，学习的都是一些比较成熟的计算机基础知识，缺乏挑战性。
计算机性能永远是计算机设计中最重要的一个方面，在CpU设计与实现技术上我国与国际先进水平还有较大的差距，设计计算速度更快、处理能力更强、系统结构更合理的计算机对于计算机专业的毕业生来讲责无旁贷，而承担起这个责任的基本要求就是要掌握计算机专业扎实的理论基础，学会先进的设计开发技术，而且要具有非凡的创新能力，这些都是要经过一系列专业课程的训练才能达到的，不是一般非计算机专业的人员所能胜任的。一般的用户只是通过操作系统使用计算机，非计算机专业的学生绝大多数属于此类，而计算机专业的学生将来是要研究、设计和开发操作系统等系统软件，为一般用户提供使用计算机的优秀人机交互界面。数据库技术、网络技术、多媒体技术等的发展为人们能够更方便，更有效地使用计算机提供了新的技术手段，但这些技术的很多方面都还有待进一步研究。计算机专业的学生不仅要应用这些新技术保证用户便捷高效地使用计算机，而且更要对这些技术本身进行改进和提高，甚至是提出全新的技术来满足用户日益增长的需求。计算机和网络的普及使得人们对它们的依赖程度越来越高，人们必须面对由此带来的一系列安全问题，系统安全、数据安全、网络安全等都是计算机专业人员所面临的挑战，学好专业的计算机知识，打好扎实的理论基础才能解决好诸如此类的问题，计算机专业的学生必然是迎接这些挑战的主要力量。
总之，信息时代的很多领域都需要专业的计算机人员，他们不是一般的计算机使用者，也不是仅仅把计算机当作一种工具，他们所要从事的工作是研究、设计和开发各种各样的计算机硬件和软件，发明和创造满足用户进一步需要的新技术，面对和解决计算机科学发展过程中所面临的各种问题和挑战。任何一个计算机专业的学生都要勇敢地承担起这样的责任和使命。把计算机作为系统中的“智能”部分加以广泛利用，将要求使用者至少具有维护和理解计算机身的能力。使用者将需要学习使其知识和行动具体化为计算规则或者学习一些关于能译成信号输入计算机并通过计算机表达出来的知识。数学和实验是这一分理加工过程的必不可少的重要内容。
在人工智能发展的早期过程中，两股最重要的推动力是数理逻辑和有关计算机的新思想。计算机最初的服务目的是计算机处理数据，但不久人们就对计算机能否下棋、证明定理或者翻译语言等发生了兴趣，所有这些计算机都做了，但效果不是很好。学习借鉴人类的思维过程和智力是目前这一领域努力的核心。
然而，人工智能有的已得到了有效的利用，如在一个特定的医学诊断中，所谓的专家系统通过把问题分析出来得出诊断。程序编制由医学专家(他提供内容)和计算机编程序人员共同完成。这样就能使计算机用来诊断疾病。人工智能还被应用于石油和矿物勘探。另一项应用是辨别简单的会话，还有的应用于视觉系统，使之在加工流水线上辨认物体。所有这些都是最基本的应用，都不表明计算机实际上能“思考”。
目前，更复杂的会话辨别和对图像的“理解”的程序正在发展之中。语言翻译辅助机已经生产出来。更有甚者，要产生具有先进的学习、设计和推理功能的计算机当然离实现还远。也再次重申，这并不意味着出现人的意义上的思维。现在计算机目前就发展到如此也就是第五代计算机。
参考文献：
[1]徐哲.计算机技术发展过程中的创造与选择[J].硅谷，2010年，第8期
[2]蒋天宏.计算机技术发展迅速的原因分析[J].科技创新导报．2008年．第8期
[3]李艳华.集群计算机技术应用[J].湖北财经高等专科学校学报，2007年,第2期
计算机科学与技术的理解篇9
关键词：计算机科学与技术；实践教学；改革策略
近年来，随着我国高等教育的不断普及，社会对技术型、应用型、创新型人才的需求量进一步增大，要求高校切实提升整体教育教学水平，加大实践教学环节改革、创新力度。从而达到革新教学思路、优化教学资源、提高学生理论联系实践水平的目的。研究表明，计算机科学与技术专业实践教学环节是对课堂理论知识和动手操作能力的统一整合，旨在培养大学生动脑、动手和问题分析、处理能力[1]。因此，研究和探析计算机科学与技术专业实践教学内容及策略，将是我国高等教育部门和学术界共同关注和亟需解决的重大课题。
一、计算机科学与技术专业实践教学主要内容
（一）上机操作
作为计算机科学与技术专业实践教学的主要内容之一，上机操作的主要目的是对课堂理论知识的升华和巩固，旨在培养学生的动手操作能力和计算机运用能力，并且起到理论联系实践的真正作用。
（二）课程设计
为了让学生能够对课本理论知识有一个系统、全面的理解和掌握，高校将会对计算机科学与技术专业进行课程设计实践环节的设置，课程设计环节重点进行实践操作和专项训练。首先由教师进行课程设计目标的确定，然后由学生利用计算机软、硬件进行课程设计任务的完成。学生通过进行课程设计，一方面能够提高其计算机运用能力；另一方面有利于专业知识的掌握和问题分析、解决能力的提升[2]。
（三）组织竞赛
高校及教师对计算机科学与技术专业学生学习情况进行考核评估，认为学生已经能够独立完成课程设计，并且基本掌握了所学理论知识、具有一定的实践操作能力之后，便会通过组织专业知识竞赛和专业技能大比拼活动的方式来进行集中检验。所有的规则由学院和专业教师共同制定，其目的在于提升学生理论联系实践、学以致用的能力和水平。
（四）毕业设计
作为高校计算机科学与技术专业最后一个实践环节，此时学生已经学业完成，并且完成了本专业教学大纲和课本内容的系统化学习，接下来需要在专业教师的指导下进行毕业设计。首先由教师进行毕业选题的确定，学生可以结合自身实际，进行毕业设计题目的选择。毕业设计涉及到本专业所有理论、实践知识，需要学生系统、全面运用所学知识，培养自身实践能力和创新思维。
二、计算机科学与技术专业实践教学改革策略
（一）转变传统实践教学理念
计算机科学与技术专业实践教学的主要目的是为了增强学生理论联系实践能力、提升学生实践、探索和创新能力，其意义深远而重大。通常而言，实践教学主要涉及到实验、实习、实践、课程设计、知识竞赛、毕业设计等环节内容。实践教学过程中，教师为指导主体，学生为实践主体，在教师的正确指导下，学生自己动脑、动手完成实践任务。然而，传统的实践教学理念陈旧、方式落后，无法满足计算机科学与技术专业实践教学基础所需，也不能达到计算机专业化人才培养目标[3]。因此，要转变传统实践教学理念，结合计算机科学与技术专业实践教学现状和学生学习实际，以学生为实践核心，积极引导和鼓励学生参与改革和创新。
（二）坚持以市场人才需求为导向
调查发现，计算机科学与技术专业毕业生数量逐年增多，尽管如此，但是用人单位在专业化、技能型、高素质人才选聘过程中，却无法找到合适的人选。究其原因，正是由于高校在计算机科学与技术专业人才培养过程中，未遵循市场人才标准和要求，没有以市场人才需求为导向，所培养出来的人才缺乏针对性和价值性。因此，坚持以市场人才需求为导向，将是计算机科学与技术专业实践教学环节改进和创新的主要方向之一。
（三）构建完善的实践教学体系
计算机科学与技术专业实践教学环节要注重专业化、技能型、高素质人才的培养，这就需要构建完善的实践教学体系，突出实践教学体系的系列性和系统性。首先，将实践教学体系视为整个教学过程的一个重要分支，通过四年时间的学习，学生对专业知识的理解和掌握达到了较高水平，具备一定的问题分析和解决能力，学习结构较为系统、全面，这便为实践教学体系的系统性特征；其次，实践教学环节中，需要将之前所学知识连贯起来，形成统一整体，便于后期集中使用，即为系列性特征[4]。大学一、二年级学生学习计算机科学与技术专业知识的时候，通常以基础理论知识的学习和掌握为主，到了大三的时候，重点运用重点核心知识，参与实践创新，大四的学生基本上已经学习完专业知识，并且掌握了专业核心技能，实践能力较强，此时，需要通过实践教学，继m巩固和完善知识、技能体系，进而来达到提升专业水平的目的。
（四）提高师资队伍建设水平
对于高等院校而言，师资队伍建设水平的高低，直接关系到教育教学质量和水平的高低。计算机科学与技术专业实践教学过程中，同样需要专业化、技能型、高素质、复合型教师队伍的建立。同时，需要打造一支理论教学经验丰富、实践技能水平高超的“双师型”师资队伍。长期以来，我国高校计算机科学与技术专业教师不仅缺乏先进的教学理念，而且由于自身知识能力十分有限，教育教学手段过于落后，严重影响和制约到最终的教育教学成效。因此，在计算机科学与技术专业实践教学环节中，需要加大专业教师的教育和培训力度，聘请校内外专业人士前来指导，有条件的高校，可以指派教师前往国内外其他高校和企事业单位学习新知识、借鉴新做法，从而达到丰富自身知识体系和提升专业化素养的目的。
（五）创新考核机制
计算机科学与技术专业实践教学成效的大小，取决于考核机制。为了突出实践教学成效，在考核机制创建过程中，需要与理论教学相独立。同时，为了满足考核公平性、客观性、公正性所需，需要进行三个指标的科学设计：一是实验过程。通过实验能够全面了解学生的理论知识运用能力和实践技能操作水平；二是实验报告。作为实验过程的总结，能够通过实验报告进行实验过程所开展工作进行归纳、总结，并形成实验成果，为实践工作提供基础依据；三是实验答辩。学生通过实验操作、实验总结，结合实验原理，参与实验考核、答辩，其目的是教师对学生所掌握知识和技能运用情况的系统化检验，并且给予客观、公正的评价[5]。
（六）强化校企合作
为了满足社会用人单位人力资源基础需求，高校有必要与用人单位建立合作关系，建立订单培养模式，深入企业内部，全面了解企业对人才的真正需求。同时，计算机科学与技术专业实践教学环节中，融入企业生产模式，让学生提前对企业的相关操作有所熟知和掌握，进而达到增强技能和提高业务素养的目的。计算机科学与技术专业教师可以带领即将毕业的大学生，前往企业参与顶岗实习，通过深入企业生产线和内部组织管理体系，对企业运作模式有一个系统、全面的掌握。另外，高校要结合市场用人实际，及时对计算机科学与技术专业课程大纲内容进行调整，对教学资源进行优化配置。唯有此，高校才能把握市场机遇，为学生创造出更宽、更广的就业路子。
三、结语
计算机科学与技术专业实践教学环节主要包含上机操作、课程设计、组织竞赛及毕业设计等内容。为了提高计算机科学与技术专业实践教学成效，需要从转变教学理念、完善教学体系、创新考核机制、提升师资队伍建设水平和强化校企合作等层面入手。可以说，计算机科学与技术专业实践教学环节改革和创新，将有利于符合社会人才市场需求的计算机专业化人才的培养和人才创新能力的提升。
参考文献：
[1]周启明.计算机科学与技术专业实践教学环节探讨[J].当代教育理论与实践，2011（05）：74-76.
[2]宫洁，李颖，刘长勇.计算机科学与技术专业实践教学环节探讨[J].电子测试，2013（14）：154-155.
[3]吴海超.计算机科学与技术专业实践教学体系的研究与构建[J].电子制作，2014（14）：84-85.
计算机科学与技术的理解篇10
关键词:计算机发展智能
中图分类号:tp3文献标识码:a文章编号:1672-3791201101b-0014-01
随着计算机知识的普及,有些学生和家长认为计算机只不过是辅助人们进行其他工作的工具而已,既然大学的任何专业都要学习使用计算机,那么似乎就没有必要将计算机作为一个专业来学习。其实这是对计算机专业的一种误解,是缺乏对计算机专业培养目标和学习内容的了解所致。
举个例子,也许不久的将来每个人都会使用汽车作为交通工具,人人都会驾驶汽车,但是肯定不是每个人都能研究与设计汽车,只有学习汽车专业的人才能从事此类工作。对计算机专业而言同样如此,每个人都可能会使用计算机,但是研究与设计计算机的工作只能由计算机专业的人员来承担。
计算机专业的培养方案和课程体系与非计算机专业的计算机教学有着根本性的区别。首先,计算机专业的学生必须掌握坚实的理论基础,要学习计算机科学的数学基础,例如离散数学、概率与数理统计、形式语言与自动机、理论计算机科学等。这些基础理论往往都是一般的非计算机专业的学生不能系统学习的,而没有这些理论知识将来就不可能从事理论计算机科学的研究工作,诸如可计算性理论,算法设计与复杂性分析,密码学与信息安全,分布式计算理论,并行计算理论,网络理论,生物信息计算,计算几何学,程序语言理论等等。
其次,计算机专业的学生必须具有系统的专业知识,要学习大量的专业基础课和专业课,例如程序设计基础、数字逻辑电路、计算机组成原理、操作系统、数据结构、编译原理、网络原理、软件工程等等。学生通过这些课程的学习能够深刻理解计算机的硬件组成与结构,掌握全面的软件设计与开发技术。学习过程强调要将基础理论与实际应用相互结合,在学习和实践中培养创新能力。非计算机专业的学生一般只是学习基本的程序设计、简单的操作系统和网络应用等知识,在深度和广度两个方面都无法和计算机专业的学生相比。