计算机科学与技术研究方向篇（1）

[4]陈向阳.美国技术教育课程百年变革的历史考察[J].职教论坛，2011，（12）：81-84.

[5]万明秀，章洁.国内外中小学信息技术教育比较研究[J].教学与管理，2010，（2）：159-160.

[6]张瑞梅.第72届国际技术教育年会在美国北卡罗来纳州夏洛特市举行[J].教育研究与评论：技术教育，2010，（3）：88.

计算机科学与技术研究方向篇（2）

非计算机专业研究生计算机教育是一个复杂和具有挑战性的问题。各学科研究生的计算机教学要求是什么？基本知识、素质和能力是什么？培养计划是什么？这些问题是必须明确回答的，只有这样才能够制定出实用的研究生计算机教学规划。

1现状及存在问题

1.1开课情况分析

目前，我校面向全校研究生(列入公共课课程目录)开课，与计算机或信息技术有关的课程共15门，包括微机控制系统及其应用、计算机网络与通信技术、嵌入式系统及其设计、软件工程专题、神经网络导论、神经网络理论及应用、微机控制系统及应用、计算机通信与网络、Internet原理与技术、数据库系统原理与应用、面向对象技术、软件开发、计算方法(A)、计算方法(B)、有限元方法及其程序设计。

软件开发课程开设于1994年，由冯博琴教授发起，面向全校的研究生，采用了西安交通大学出版社出版的、冯博琴教授等编写的《软件开发》这本书。自1996年起，李波老师担任该课程的主讲教师。该课每学年上一次，1996-2007年，该课的学生人数在70～90人之间，2007-2010年，该课的学生人数稳定在40～50人之间。选此课的主要为电气、电信、能动、机械、材料等学院的学生。该课的学生以硕士生为主，每学期有5名左右的博士生选修。自1996年起，教师采用自己编写讲课幻灯并布置阅读清单的方式开展教学。

1.2国内研究综述

国内学者普遍认为，非计算机专业研究生不应从计算机应用基础起步。富春岩等[1]针对非计算机专业文史类、理工类、师范类和医学类硕士研究生的计算机教学方法，提出改革方案――“四个层次”的课程设置模式。即第一层次为计算机基础知识和基本操作，第二层次为高级语言程序设计，第三层次为计算机软硬件新知识学习，第四层次为结合专业需要开设应用课程。根据信息技术发展的要求和信息检索课的现状，研究生计算机信息检索课程的教学内容设计、教学方法设计以及教学模式设计要进行改革，要适应信息化、网络化要求。

在工科院校的研究生中开设计算机应用课程，是时展的需要。国内高校根据专业特色，为非计算机专业的学生开设了计算机课程，如中国科技大学的神经生物学专业就开设了计算机在生物学中的应用这门课，热能工程专业开设了利用Matlab建筑传热建模这门课。上海交通大学机械制造及其自动化专业开设了计算机图形学等课程。这些课程为学生在本专业的研究提供了方便的工具，打下了坚实的基础。国内大学对于非计算机专业计算机教育的改革是不遗余力的，不过目前还处于初级阶段，课程体系还不够成熟，普及率也不高。大部分学校的课程还局限在选修计算机网络、软件工程等传统课程，存在课程与本专业联系不够紧密的问题，学生反映上课与实用脱节。

国外理工科大学的研究生计算机教育为学生提供与研究方向密切相关的课程，学生每学期至多选3门课。课程要求严格，作业量大。比如，MIT的航空航天系开设了设计及最优化计算课程，人口与环境科学系开设了计算机及工程问题解决导论课程。这类课程的共同点是计算机是专业研究的辅助工具。学生在完成课程作业过程中，需要用到编程等计算机知识时，一般采用自学或旁听的方式。系统建模与仿真、软件工程、算法基础是其他工科专业开设最多的课程。国外大学为学生提供配置齐全的计算机实验室、模拟实验室或仿真实验室等，实验室有计算机专业的老师进行辅导，对全校师生开放，方便大家实现自己的想法或者作业。以我国目前的教学模式和师资情况来看，不适合实行这样的开放式教学。而把非计算机专业的计算机教育改革着眼于为学生提供与本专业相关的计算机知识、基础实验，更符合当前的实际情况。

1.3研究生计算机应用能力现状

1999年，中国开始进入高等教育的大发展阶段，中国高等教育一举从精英型变成了大众型。目前，本科生、硕士生教育规模居世界第一位，博士生教育规模在2008年已超过美国，居世界第一位。西安交通大学现有全日制在校生30 126人，其士、硕士研究生13 044人。本科专业并没有多大变化，本科人数的增加主要是合校的结果，在此期间主要进行的是研究生的扩招。在计算机能力和素质方面，普遍存在学生编程能力不强，信息技术和方法应用能力不足的情况，在导师课题中不能发挥应有作用，远不能适应专业应用的需要。目前，我们在本科阶段实施“质量工程”，各研究型大学应高瞻远瞩，及早在研究生教学阶段重视计算机教学工作。

1.4计算思维及非计算机专业研究生教学面临的挑战

2006年，美国卡内基•梅隆大学计算机科学前系主任周以真(Jeannette M.Wing)教授在美国计算机权威杂志ACM会刊上提出，计算思维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等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。她将计算思维与工程问题的联系给出了更清晰的描述：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问题怎样解决的思维方法；是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法(SoC方法)；是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模，使其易于处理的思维方法；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方法；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是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折中的思维方法[3-4]。计算思维既向我们计算教育提出了挑战又指明了方向，如何在教学过程中贯彻计算思维的基本原则，是目前和未来亟待解决的一个问题。

在计算机学科(计算学科)教育方面，最有代表性和影响力的工作依然是IEEE-CS/ACM组织的Computing Curricula研究工作。CC2005报告认为，计算概念在过去的十年中发生了巨大变化，这种变化对教学计划的设计和教育方法会产生深刻影响。21世纪的计算包含许多富有生命力的学科，它们有着自己的完整性和教育学特色。研究者将报告分为5个独立的卷出版，它们分别是计算机科学卷(Computer Science―CS)、计算机工程卷(Computer Engineering―CE)、软件工程卷(Software Engineering―SE)和信息系统卷(Information System―IS)、信息技术卷(Information Technology―IT)。计算所包含的内容在深度和广度上有了巨大的增加，如何在规定的学分及学时内完成对巨量的与计算有关的基本知识传授，如何选择和抽取基本的核心的内容，是对教学工作提出的严峻挑战。

信息技术的发展对各个学科的研究与发展起到了推动作用。主要体现在如下方面：

应用数学和应用物理学的发展，使复杂自然和工程现象可用数理方程描述，用并行算法求解；传感器技术的发展，使人们所观察到的自然和工程现象的信息实现数字化；通信技术和先进网络的发展，使人们可以在任何时间、任何地点、以任何方式获取和交互信息；高性能芯片、并行计算机和软件技术的发展，使自然和工程现象实现数字化模拟和可视化，工程现象可以进行实时数字化控制，从而优化了产品质量，缩短了研发周期，提高了生产效率[2]。

如何针对科学技术的进步，尤其是信息技术的发展，培养新一代适应信息化社会的高端人才，是中国研究生教育的一个重大战略问题。

1.5结论

从以上文献和各校的实际情况可以得知，目前，非计算机专业研究生计算机教学处于各自为政的非规范化状态。虽然研究生的计算机教学和本科生不一样，不必提出统一的要求和内容，各校可独立发展出自己特色的教学体系，但目前还未见一个大学在此方面有系统的、能说得出特点的方法。

综上所述，我们认为当前的研究生计算机教育存在以下问题：

1) 在全校层面重视不够，没有开展此方面的统筹和规划工作。

2) 研究型大学的研究生计算机教学研究工作尤其薄弱，没有回答出研究生计算机教学的目的、要求、基本内容、教学方法等核心问题。

3) 目前实行的计算机课程难以说清体系，教学目标也欠清晰。

4) 由于对“计算”的概念理解不到位，造成对计算机教育的认识有偏差。

因此，我们有必要号召骨干教师和教学管理人员对以上问题引起重视，共同解决。

2教学改革思路

为响应国家提出的“知识创新工程”的号召，适应时展的需要，创建研究型大学成为我国重点高等院校发展的主要方向。研究型大学主要具有如下特征：1)能够培养出具有世界一流水平的人才。2)能够取得高水平的科研成果。3)教师队伍强大，拥有一批世界公认的学术权威和知名学者。4)学科门类齐全，基础学科具有明显的优势，同时具有强大的工科，作为学校发展的支柱。5)办学具有国际性，招收众多的外国留学生和访问学者。6)拥有一流的实验室。

为了创办研究型大学，我们提出以下几点想法和建议。

2.1计算机教育的目标定位

我们认为，在我国目前的研究型大学研究生教育中，计算机教育应该继续作为所有专业学生的培养内容并予以高度重视，应该进一步结合各专业教学改革与发展，不断强化计算机教学。为此，各大学要有明确的机构负责并实施全校研究生的计算机基础教学，提出实验室建设及加强师资队伍建设的要求。

作为计算机教学的依据和目标，研究型大学的研究生计算机知识与能力应该达到什么水平？研究型大学的核心是知识创新，对各个学科而言，应用数学和计算是从事各学科学习和科研工作的方法和工具。如何建立自然现象的数学模型，如何处理自然界的随机现象和复杂现象，如何考虑模型中典型参数的渐近行为，以及如何针对具体问题设计数值格式并进行数值分析，已经成为当代应用数学与计算领域的基本问题与基本模式。我们还知道，应用数学的方法只有通过计算机进行工具化，才能变成科学研究的锐利武器，否则会导致方法没有支持、工具缺乏内容的现象发生。若在此方面对研究生进行高水平的训练，必然会推动其科学研究手段的进步。我们认为，研究生计算机基础教学应紧密围绕提高学生采纳数学方法、使用计算机工具的能力培养上来。

有关研究生计算机基础教学的目标定位，在前提假定学生掌握了教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会基础课程分委员会在2009年8月提出的计算机基础课程教学基本要求后，我们认为新的课程要求可以归纳为以下几个方面：

1) 计算机软硬件基础知识，主要掌握软件技术、体系结构及网络。具备专业领域中应用系统的集成与软硬件开发能力。

2) 掌握数学模型方法。

3) 新计算模型及新算法。

4) 掌握数值计算及数值分析方法及工具。

2.2变“传授型教学”为“研究型教学”

研究型教学的特点是：1)教师不能只满足于依照一成不变的教材一般化地“完成”教学任务，而要通过继续学习、终身学习，不断更新自己的知识结构，使自己处于学科前沿。2)教师要担负一定的具有创新性的研究课题，力争成为本学科的学术骨干乃至学术带头人。3)教师要把研究与教学有机地结合起来，在向学生传授基本知识和新知识的同时，提高学生的综合素质，帮助学生完成一些较小的研究课题，使学生具备一定的研究和创新能力。

美国麻洲大学(The University of Massachusetts)的Jim Kurose教授长期从事计算机网络的教学和研究工作，曾担任IEEE Transactions on Communications和IEEE/ACM Transactions on Networking期刊的主编。他写的计算机网络教科书被全世界300多个大学采用，此书最显著的特点是将自己的研究结果编辑成书，别人的成果自己也经过实验进行了论证。他无疑是“研究型教学”的楷模。

以往，高校本科的计算机教学分为计算机专业的计算机教学和非计算机专业的计算机教学，由于两者的教学对象不同，所以教学目标和教学内容也不同。各校大多形成了一支专门从事计算机基础教学的师资队伍，许多高校计算机专业与非计算机专业的计算机教学基本处于分离状态。这种状态是不适合研究生的培养，肯定是没有生命力的。

目前，研究型大学都有较好的计算机学科和应用数学学科。特别是经过“211”和行动计划建设，各校的学科水平得到进一步加强。各校应依托和发挥计算机学科和应用数学学科优势，统筹学校的研究生计算机教学，只有这样才能真正地变“传授型教学”为“研究型教学”。

2.3将计算机与应用数学紧密结合

计算机应用是一个范畴很大的应用领域。广义地说，凡是与计算机使用相关联的领域，都可纳入计算机应用的范畴。但对于计算机应用技术学科而言，应将计算机应用于各个行业的计算机具体应用与研究计算机应用与具体领域的共性理论、方法和技术的学问区分开来。前者叫计算机具体应用，它们应该划入具体应用领域的学科，后者称为计算机应用或计算机基本应用技术，这是计算机应用技术学科的范畴。

计算机应用技术是一门发展中的前沿学科，计算机应用技术已渗透到国民经济的各个领域，并占有相当重要的地位。该学科是其他技术或学科研究的基础，对其他技术或学科的发展具有一定的支撑作用。同时，作为一门独立的学科体系，它具有其他学科所不具备的辐射渗透作用，和其他学科相互融合，带动和促进了其他学科的发展。

计算机应用技术着重研究计算机用于各个领域所涉及的共性原理、方法与技术。学科研究范围包括人工智能、计算机图形学与CAD、图像处理与模式识别、计算机视觉、多媒体应用技术、人机交互技术、计算机模拟技术、基于网络的计算机应用技术、智能控制与机器人学、管理信息系统等。

应用数学是五个数学二级学科(基础数学、计算数学、概率论与数理统计、应用数学、运筹学与控制论)中尤为重要的一个二级学科，是联系数学与自然科学、工程技术以及信息、管理、经济、金融、社会和人文科学的重要桥梁。由于它涉及的学科与专业面广，而且地位突出，在数学学科中的地位显得越来越重要。特别的，通过建立数学模型，借助于高性能计算机，使得应用数学在科学与工程技术领域中取得了令人瞩目的成就，越来越多的应用数学方法被越来越多的科学技术研究工作者所重视。

另一方面，应用数学也是数学新问题的重要来源。应用数学的研究范围非常广泛，包括建立实际对象的数学模型、利用数学方法解决实际问题、研究具有实际背景和应用前景的数学理论等。同时应用数学的发展丰富了数学学科的内涵，扩大了其外延，使数学学科不断和其他学科相互交叉和融合，产生了许多极具生命力的交叉学科和新兴学科。

作为研究型大学，应该充分发挥多学科优势，深入挖掘数学学科对工程技术、生命科学、社会科学等学科的支撑作用，以先进的数学理论和方法提升其他学科科学研究的水平。

从以上分析可以看出，研究型大学要出高水平的成果和培养高层次的人才，应建设高水平的计算机应用技术和应用数学学科，并将两学科的学术优势变为向全校师生提供高质量的教育服务及资源，从而成为研究型大学研究生计算机基础教育的根本保障。

3课程参考

研究型大学在应用数学和计算机学科中开设了大量的课程，应用数学的主要课程有微分方程稳定性理论及应用、线性控制理论、最优化方法及应用、数理统计学导论、可靠性数学理论、多元统计分析、数值代数、特殊矩阵与新型算法、矩阵谱论、模糊数学基础、计量经济学、数理经济学、模糊逻辑与神经网络。计算机应用的主要课程有人工智能导论、模式识别、数字图像处理、多媒体技术基础及应用、计算机图形学基础、计算机实时图形和动画技术、虚拟现实、现代控制技术、信息检索、电子商务平台及核心技术、数据挖掘。

从以上内容可以看出，课程纷繁复杂，让学生摸不着头绪，也没有一个教研室能开设全部的课程。为此，有必要分层次设计研究生计算机教学，便于学生学习和组织教学。以上课程主要面向本学科的学生设计，对于非本专业的学生，只能在学习了一个基本内容后，结合自己的研究方向选修以上课程。因此，必须要分析各个学科对应用数学和计算机学科的要求现状，找出基本的和共性的要求和内容，作为公共基础类课程，制订一定明确的培养要求，向全校研究生开设。

根据计算思维的观点，并结合英国SouthBank大学的Centre for Applied Methods经验，我们建议计算机公共基础类的课程分成3个层次：计算思维类、硬软件技术类、计算方法类。计算思维类的核心课程有计算思维、计算原理等。硬软件技术类的核心课程有软件技术、体系结构、计算机网络与数字系统。计算方法类的核心课程有数学模型方法、科学计算、数值分析、新算法。

计算思维、计算原理主要讲授计算的核心概念及应用方式。软件技术包括面向对象程序设计、软件开发方法学、分布式计算，力图使学生熟练地掌握面向对象的开发方式，为今后从事研究工作的数字实验及开发本领域的系统打下基础。除此之外，学生可选修一些学科的专题课程，例如嵌入式软件的开发、可视计算等。体系结构、计算机网络与数字系统包括计算机、网络、数字系统的工作原理、系统构建方式等。数学模型方法包括形式化方法(逻辑、代数、可计算函数)，可视化方法及方法对应的工具软件。科学计算包括矩阵计算、符号计算、数值常微分方程、数值偏微分方程、有限元法、矩阵演算。数值分析包括数值分析方法及工具，是计算机处理科学研究和工程技术研究的重要内容，而对于理、工、经济、管理、医学等学科，精确的数值分析技术是提高科研水平的重

要基础。新算法包括遗传及进化计算、神经网络、统计学习算法等新型计算和优化方法。

课程应遵循以数学方法为体，计算工具为用这一指导原则。通过以上课程的学习，学生可以建立系统工程的思想，掌握基本的数学方法，熟练使用数学软件工具，独立地研究自己专用的算法或数学软件工具。

4结语

总之，非计算机专业学生的计算机教学应结合特定专业具体案例，这样学习效果更好，学生更容易接受。理工科专业研究生对数值计算、数值分析方法及工具等课程很感兴趣，而经济、管理以及少量法学专业的学生选择经济统计与分析软件应用课程，这就对课程案例设计提出了很高的要求。对于同一课程，不同学科有不同的能力要求，因此在制定知识体系、课程指引、能力要求报告时，都必须参考各科具体情况，体现学科特性。在此基础上寻找学科共性，培养学生的计算思维，通过教学案例使学生学会常用工具，并学会用计算思维解决工程问题。

参考文献：

[1] 富春岩. 非计算机专业研究生计算机教学的研究[J]. 计算机教育,2006(6):38-40.

[2] 李未. 对新形势下我国计算机教育发展的思考[R]. 福州:第四届全国计算机教育论坛,2008.

[3] 董荣胜,古天龙. 计算思维与计算机方法论[J]. 计算机科学,2009(1):1-4.

[4] 周以真. 计算思维[C]//中国科学技术协会学会学术部. 新观点新学说学术沙龙文集⑦教育创新与创新人才培养. 北京:中国科学技术出版社,2007:83-85.

Study of Computer Learning Problems

――Aiming at Non-computer Major Graduates in Research Universities

LI Bo, FENG Boqin, HAN Lina

计算机科学与技术研究方向篇（3）

计算机应用技术专业是我院于2005年设立的,学校于1987年成立了经济信息管理筹备组,设立“经济信息管理”本科专业,在管理信息系的基础上成立了信息学院,并于2006年开始进行“计算机应用技术”专业招生,学院将计算机应用技术学科确立为重点建设学科,学科建设目标是以信息管理与信息系统、电子商务等信息类专业为支撑点与财经等优势学科交叉渗透、互补发展;开设计算机科学理论、计算机软硬件系统及应用知识,包括计算机硬件、软件、网络技术与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法,熟练地进行程序设计和使用数据库技术和网络建设等从事针对金融、经济、统计等财经应用领域的软、硬件系统的开发设计或系统集成、企业信息管理,培养具有坚实的计算机软件理论基础知识,较强的应用软件实践与开发能力高级人才[1]。

由于发展时间短,该专业暴露出一些问题,诸如专业定位不明确、专业特点不突出,特别是实践教学环节,对于“面向应用,强调实践”的培养目标来说,直接关系着其目标的实现。在整个实践教学环节中,实验课程体系中哪些课程应该开出实验?开设哪些实验项目?这些问题对于所有开设此专业的财经类院校都在探索实践中。

1实验教学课程体系

1.1实验教学课程体系设置目标

实验教学课程体系设置目标是建立与理论教学有机结合,以能力培养为核心,确定分层次的实验项目。由于计算机技术专业是应用性很强的学科,并且随着大学生就业形势的日益严峻,考虑到学生的后续发展,计算机应用技术专业实验项目的设置和选择,主要依据两个方面,其一是注重与理论教学的有机结合,合理分配理论课与实验课学时的比例,根据培养目标形成配套、科学的实验教学课程体系,将培养学生宽厚的基础知识、扎实的专业知识和现代的计算机应用技术知识统一起来,培养学生科学思维能力和创新设计能力。其二是考虑计算机专业毕业生的社会需求,就业方面要求实验项目应与新实践技术应用、工程实践紧密结合,融入科技创新和实验教学改革成果;另外,考虑部分学生有继续深造的需求,应主要考虑实验项目与科学研究紧密结合,介绍新技术、新设备和新的研究发展方向。

根据《中国高等院校计算机基础教育课程体系2008》中的课程设置,计算机专业实验项目包括了3类:软件设计实验、硬件技术基础实验和应用技术实验。其中,分层次的实验教学体系涵盖基本型实验、应用型、综合型、设计型、研究型、创新型实验等[2]。

作者简介:冯海旗(1964-),男,教授,博士,研究方向为信息管理的理论与方法;张媛媛(1982-),女,助理工程师,硕士,研究方向为计算机应用技术。

图1计算机应用技术专业实验项目

1.2项目具体设置

(1) 根据现有的实验器材,确定能覆盖本中心所承担的所有实验教学项目。

目前我院的计算机应用技术实验教学中心共有专业实验室7个,包括电子技术实验室、计算机组成原理实验室、计算机网络与信息安全实验室、信息管

理与系统实验室、电子商务实验室、本科生开放实验室和研究生创新研究实验室。近年来,在教育部专项的重点支持下,中心得到了快速的发展,现有面积约1000平方米,各类实验设备、仪器仪表约830台套件。根据现有的实验器材,指定了相应的规划,开设的实验覆盖高等院校计算机专业实验项目,如表1所示[3]。

表1本中心开设的计算机应用技术专业实验项目

序号 实验项目名称 实验课/学时 所占课程比例 所属类别

1 C语言程序设计 22 30% 软件设计类

2 数据结构 10 19%

3 数据结构课程设计 18 100%

4 操作系统 16 30%

5 编译原理 10 19%

6 软件开发工具 16 30%

7 软件开发工具课程设计 18 100%

8 数据仓库与数据挖掘 8 22%

9 Java程序设计 12 33%

10 面向对象程序设计 12 33%

11 UML面向对象建模 20 56%

续表

序号 实验项目名称 实验课/学时 所占课程比例 所属类别

12 IT项目管理 10 28% 软件设计类

13 软件测试 16 44%

14 电工与电子学基础 10 19% 硬件基础类

15 数字逻辑 10 19%

16 计算机系统结构 8 22%

17 计算机组成原理 16 30% 应用技术类

18 计算机网络 8 15%

19 计算机网络课程设计 18 100%

20 网站开发技术 20 56%

21 嵌入式系统 6 19%

22 微机原理与接口 18 33%

23 计算机安全 10 28%

24 人工智能概述 8 22%

(2) 参考其他院校计算机科学技术专业成熟的实验教学体系,逐步确定自己的实验项目。

北京语言大学作为文科院校中,开设计算机应用技术专业较早并且较成熟的院校,教学特色突出,培养目标明确,充分利用学校英语环境好的优势,培养计算机专业知识扎实,同时英语能力较强的复合型人才。其实验教学体系完整,有突出特色的实验项目,语言信息处理研究所始建于1987年,是中国第一个以汉语信息处理为主要研究方向的研究所。研究所面向实际应用,主要研究计算语言学理论和面向信息处理的汉语语言理论,发展自然语言处理关键技术和知识库,开发相应的工具软件和应用软件,支持对外汉语教学和语言本体研究。分析其文科信息技术综合实验教学中心所开设的实验项目不难发现,软件设计类的实验项目所占比例达到64%,突出其语言信息处理特色的实验课程,其中汇编语言编程和Perl语言编程分别设实验课,实验课时分别有36学时和18学时。

计算机科学与技术研究方向篇（4）

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.135

上世o20年代，计算机的诞生促进了社会的信息化发展。并且，随着科学技术的进步，计算机技术水平越来越高。到目前为止，计算机技术要已经被运用到社会生活中的各个行业，极大地方便了人们的工作和生活。而在当今计算机信息时代，我国计算机科学技术的发展速度越来越快，发展广度越来越宽，发展高度不断提升。计算机科学技术从单一的信息技术逐渐走向了多元化的领域技术，光学计算机技术、纳米计算机技术、生物计算机技术成为我国计算机科学技术的发展趋势。研究我国计算机科学技术发展趋势不仅能够提高促进计算机科学技术朝着正确的方向发展，而且对我国计算机科学技术水平的提升有着深刻的现实意义。

1 计算机科学技术发展的原因

1.1 时展的需求

在当今信息化时代，人们对计算机科学技术的需求量越来越大。虽然，计算机技术最初运用在战争领域。但是，在二战结束之后，世界各国追求和平发展。计算机技术已经被使用在人们的日常生活中，各经济领域对计算机技术的需求量不断加大，强调运用计算机技术创新产品服务，提高企业的经济效益。在这种情况下，各国十分重视计算机科学技术的民用化发展，以充分发挥计算机科学技术在人们生活中的作用。

1.2 信息共享的发展

信息共享是计算机科学技术发展的基础，信息共享促进了计算机科学技术的研发，加强了计算机科学技术研发人员之间的信息沟通和信息交流，并为计算机科学技术的发展提供了充足的信息支持，以减少计算机科学技术的研发周期，提高计算机科学技术的发展速度。

1.3 计算机理论基础的研究

计算机理论基础对计算机科学技术的发展有着重要的指导作用，在计算机科学技术研发的过程中，研发人员能够在理论知识中获得设计灵感并将计算机理论知识运用到计算机科学技术研发的过程中。并且，计算机理论知识需要实践的检验。在计算机科学技术发展的过程中运用理论知识能够检验理论知识的正误并改进错误的理论知识，进而使计算机科学技术研发拥有正确的理论指导，减少计算机科学技术研发过程中的错误。

2 我国计算机科学技术发展的总体方向

2.1 发展高度

计算机科学技术的发展高度主要体现在计算机主频上。计算机主频发展程度越高，计算机的性能就越稳定，运行速度就越快。目前，英特尔公司已经研发出了超过10亿晶体管的计算机微处理器，也就是说计算机可以有多个处理器共同工作，能够有效提高计算机的运行速度。

2.2 发展广度

计算机科学技术的发展广度主要指计算机科学技术在人们生活中的渗透范围。现阶段，我国社会的计算机已经普及，几乎家家都有一台计算机，计算机无处不在。并且，目前人们在生活中所使用的笔记本、冰箱、洗衣机等都是计算机科学技术的电子化产品。很可能在若干年要以后，纸质书籍被淘汰，人们普遍使用电子书进行学习。

2.3 发展深度

计算机科学技术发展深度指计算机人工智能的发展。计算机人工智能的发展课题主要包括人机互动、信息选用等。人工智能要求计算机具备多种思维逻辑能力和感知能力，能够与人进行自由交流。现阶段，计算机人工智能主要运用在虚拟现实技术中。在不久的将来，计算机人工智能会在人们的社会生活中得到普及。

3 我国计算机科学技术发展的趋势

3.1 高速计算机技术

随着计算机科学技术的发展，美国发明了空气绝缘体来提高计算机运行速度的技术。并且，纽约保利技术公司发明了计算机使用的新型电路。在这种电路中，芯片之间用胶滞体所包裹的导线连接，而胶滞体的大部分物质是空气。胶滞体导线不吸收任何信号，在信息传输的过程中极大地提高了信息传输的速度。并且，胶滞体导线能够节约成本，降低计算机的耗电量，提高计算机的运行速度。但是，胶滞体导线的散热性较差，保利公司针对这一问题研发出了电脑芯片冷却技术。我国计算机科学技术积极借鉴美国计算机科学技术的研发成果，积极研发提升计算机运行速度的科学技术，高速计算机技术成为我国计算机科学技术的重要发展趋势。

3.2 超微技术生物计算机

上世纪八十年代，西方国家便将计算机科学技术应用到生物领域，积极研制生物计算机。生物金计算机主要运用生物芯片，以波的方式传递信息，极大地提高了计算机的运算速度。生物计算机的运算速度是普通计算机的十万倍。并且，生物计算机的存储空间十分强大，计算机消耗较小，与普通计算机相比具有明显的优势。另外，随着科学技术的发展，生物计算机已经突破了超微技术领域，实现了超微机器人。在生物计算机背景下，我国加强重视生物计算机的优势，积极探索生物计算机科学技术，研究超微技术在生物领域的运用，尤其强调生物计算机科学技术在医疗行业的运用，以提高我国的医疗水平。

3.3 光学计算机

光学计算机用光作为计算机信息传输的主要手段，光的信息传输速度远远高于普通计算机，并且，光的偏振特征和光的频率能够有效提高计算机信息传输的能力。另外，光学计算机不需要任何导线，光线交叉也不会造成信息干扰，极大地提高了计算机的智能水平。在上世纪九十年代，英国、法国、德国等六十多个国家组成了科研队伍进行光学计算机研究。现阶段，计算机科技发展水平不断提高，我国在科学技术的支持下，加快研发光学计算机技术，光学计算机成为了我国计算机科学技术的重要发展趋势。

参考文献：

[1]向东.计算机未来发展方向预测及新技术之研究论述[J].广东职业技术教育与研究，2016（02）.

计算机科学与技术研究方向篇（5）

1 计算机科学与技术发展现状

1.1 计算机科学与技术地位

计算机是当前21世纪中影响力最大的技术之一，最初诞生于1904年，世界上第一只电子管诞生，随后在1946年出现了第一台计算机，经过不断的完善和创新，逐渐演变成了当前技术含量更高的计算机科学与技术。就计算机科学与技术本质来看，其中所包含的内容包罗万象，受到计算机科学与技术的影响而获得了更好更快的发展，促使计算机科学与技术变得更加人性化，在一定程度上可以有效满足人们在此方面的需求，获得更大的便利。在人们日常生活、工作和学习中，计算机科学与技术无处不在，除此之外，在一些军事、科学研究、工业生产和商业方面同样占有一席之地，影响较为深远，已经成为推动社会进步和变革不可或缺的部分。

1.2 计算机科学与技术发展中存在的问题

任何事物在发展中都有两面性，在评价一个事物的作用和内涵时，应该从多种角度去评析和诠释。计算机科学与技术在发展中，带给人们极大的生活便捷和服务，在促进社会进步的同时，对于人们的生产生活同样产生了不利的影响。诸如，计算机领域的“千年虫”事件的出现，致使计算机科学与技术的长远发展受到了严峻的考验，尤其是在保险、交通和电力行业受到的影响最为深刻，也正是这一事件的出现，带给社会严峻的考验。计算机科学与技术在发展中有利也有弊，但是其对社会的促进作用更为突出，将这些不利因素排除，能够为人们日常生产生活提供更大的便利和服务，成为当前首要待解决问题。

2 计算机科学与技术发展方向

计算机科学与技术在发展中，由于自身优势获得了前所未有的发展空间，就当前计算机科学与技术的发展趋势来看，总体上朝着高、广和深方向发展。

2.1 高度上发展

计算机科学与技术在高度上发展，更多的是体现在计算机主频上。由于计算机的先进性和便捷性，受到了社会各界的广泛关注和重视，并深入人们的日常生活、工作和学习中，成为生活中一种不可或缺的内容。计算机科学与技术经过不断完善和创新，计算机性能也在不断提升，尤其是晶体管微处理器的出现，以往使用单一处理器的计算机已经逐渐被时代所淘汰，开始朝着多个处理器同时运行处理的方向发展。在计算机中成功运用几万个处理器，运行速度和处理速度已经超越了市面上绝大多数的计算机，而操作系统在计算机使用中也成为了其中不可或缺的关键性技术。计算可以实现资源共享和通信连接，同时还可以推动计算机高效管理的实现，促使计算机互联，为社会生产生活提供更大的便利。

2.2 广度上发展

计算机作为一项重要的技术成果，在不断发展和完善中，呈现出了较为广阔的发展前景，除了在高度上获得发展以外，在广度上同样有待更进一步的开发和发展。尤其是在近些年来，计算机科学与技术逐渐朝着多元化方向发展成为主要趋势，渗透到人们的日常生活、工作和学习中。计算机在未来的发展将会出现在人们生活中处处可见的电器中，应用前景十分广阔。在未来的几十年内，人们利用计算机可以随时随地查找到资料，以其便捷的优势来满足社会进步的发展需要。甚至还有人曾预言说，未来的计算机将变成一种更加平民化的事物，就像是回家正常做饭一样，在人们的生活中随处可见。

2.3 深度上发展

计算机科学与技术深度上发展，主要是指计算机技术的不断创新和完善，朝着更加智能化方向发展，在满足人们信息需求的同时，还可以呈现更为人性化的人机互动界面。计算机也将衍生出大量的软件，以一种更加智能化的姿态来促进社会进步和发展，各种交互设备的出现，虚拟现实技术成为计算机领域发展的主要体现。

3 计算机科学与技术的未来发展趋势

3.1 计算机性能越来越好，更新速度越来越快

计算机科学与技术的发展趋势主要表现在两个方面：一个是性能越来越好，另一个则是更新速度越来越快。就当前电子产品发展现状来看，更新换代速度较快，主要是伴随着科学技术的进步和发展，电子产品中所应用的技术也在不断创新，对以往技术中存在的缺陷和不足进行完善。故此，计算机科学与技术的未来发展趋向，应该明确计算机的发展定位，朝着速度更快、性能更高级、使用更便捷的方向发展，这就需要持续加大科研投入力度，推动社会进步和发展。

3.2 高性能计算机的发展

硅芯片技术的快速发展，在一定程度促进了计算机科学技术的快速发展，但是由于硅芯片技术自身特性，在研究中已经逐渐接近临界点，并没有过高的价值值得深入研究。基于此，大量的研究开始逐渐转移到光子以及量子技术研究中，对于计算机科学与技术的未来发展具有十分重要的促进作用。结合量子技术研发出的计算机，运算性能将高于现今市面上计算机十几亿倍，而光子技术的应用则可以实现电子计算机的光速处理，性能更为优越，并广泛应用在一些高新技术研究领域，意义较为深远。

3.3 智能化的超级计算机

计算机科学与技术未来发展的一个主要趋势就是智能化，智能化的超级计算机较之现今的计算机而言，无论是运行速度还是信息处理速度都要更为突出，能够同时执行多条命令，处理效率更快。利用超级计算机实现数据的高效分析或者建立模型，对于科研成果研发具有更大的意义和作用，值得广泛推广和应用。

4 结论

综上所述，在社会快速进步和发展的背景下，针对我国计算机科学与技术的发展规律，还需要对其进行不断的创新和完善，切实提升综合竞争实力，真正的服务于社会，推动社会长远发展。

参考文献

[1]樊昕宇.计算机科学与技术的l展趋势探索[J].移动信息，2015，10（08）：18-18.

[2]赵定远，杨洪，赵卫东等.神经网络与智能信息处理[J].成都大学学报（自然科学版），2016，25（03）：198-202.

[3]李思，孟凯.试析计算机科学与技术的发展趋势[J].科学与财富，2015，7（Z2）：758.

作者简介

计算机科学与技术研究方向篇（6）

计算思维在本文中是指周以真老师定义的一个概念，是一种以计算科学为理论基础解决问题以及进行设计等行为运用的思维，是一种涵盖面极广的思维。另一种更易懂的解释为，将一个复杂问题通过转化简约等方式重新定义，使人们找到解决方法的思维；可通过分解来设计繁杂的系统；是运用适合的方法对问题建模随后处理的思维；是一种启发式的求解过程，是用以解决问题的科学思维方法。

计算思维可以由人或机器完成，通过建立一定的模型利用具体的算法完成原本复杂的问题。计算思维的本质是抽象以及自动化，抽象是以符号为表达方式，超时空性的，具有不同于数学科学和物理的复杂性，如堆栈和算法，并不是如数学中那样简单的数据相加组合，而是一种复杂的运算过程。抽象在计算思维中还需要现实的参与完成，所以就必须预估可能出现的错误，并了解处理问题的方法。计算思维还包含一个重要的问题就是抽象层次，这是一种通过层次了解复杂的方法，各层次间有着具体的联系，在执行某复杂机械系统时，通过各层次的建模来保证机械自动的运行。

周教授提出的计算思维具体有六个特点：

（1）计算思维不只是有关计算机的思维，而是一个思维概念，范围广博。

（2）是一种在社会中发挥主观能动性所必须的根本性的灵活技能。

（3）不是机器的，而是人类的解决问题的思维。

（4）计算思维涵盖着工程思维、数学思维等科学思维的内容和方法。

（5）不是创造出的一个物品，而是一种思想，是人们可以利用解决问题，相互交流的思维方式。

（6）计算思维是解决问题的重要途径，应当被所有的学科运用。

周教授最初提出计算思维时，获得了美教育界的积极响应，不久便提出计算思维融入计算机专业相关课程的提议，并专门对计算思维做了总结性的报告。英国教育界也对计算思维有着积极地相应，不只是计算机专业，各学科都对计算思维做了研究和讨论。值得一提的是，计算思维也是NSF重要基金项目的促成者，有着重要的意义。

2 计算机科学与技术的方法论阐述

计算机科学技术的方法论是董荣胜和古天龙老师构建的方法论体系，主要研究对象是计算的性质特点及计算方法等。该方法论体系是以《计算作为一门学科》中计算学科的定义矩阵为理论基础的，这个定义矩阵具有高度的概括性，其本质也就是计算学科的本质。对于定义矩阵的要点把握，可以通过横向、纵向的具体内容来把握。横向的内容包括抽象和理论以及设计三方面的联系，是计算机方法论最关键的部分，是推动学科发展的力量。纵向的内容是分支学科中共通的反映计算学科的内容，是帮助人们认识计算学科以及利用方法论完成任务的重要助力。纵向各分支学科的关系主要有以下方面：

（1）各领域研究的内容部分一致。

（2）计算学科的具体内容在各分支中均有体现，各分支是计算总学科的体现。

通过计算机方法论学科的具体组成，除了语言的定义以外，还有形式化的定义。因此董教授和古教授又对增加了对方法论的定义又形成了“计算教育哲学”这门新的学科。此后董教授在教育领域不断推荐这种理论体系，并与古教授一起编写了相关的教材。二人合编的著作目前已在我国多所高校使用。不仅在国内，国外也有许多学者对计算机方法论有着浓厚的兴趣，不断有相关的会议召开讨论这一理论。

3 计算机科学与技术的方法论和计算思维之关系探讨

计算思维和计算机科学与技术的方法论在研究内容上，与数学科学有着相同的地方。国内主要研究方法论，国外则主要研究计算思维。但与数学学科相比，方法论在研究理论的体系构件上，已经有已有的成果，在研究时也可以借鉴国外的许多优秀理论。计算思维与方法论虽然有着不同的研究角度，但都是对计算学科本质内容的研究，一个从思维角度研究计算学科一个从方法论角度研究计算学科。计算思维透过学科的思维本质进行研究，并能对其他学科产生影响，不仅是一种计算的思维，也是一种普遍的，有助于任何人完成任务的灵活思维方式，应成为新实际的必备技能。针对计算思维与其他学科的结合，很多学科的教师会有着对计算思维的疑问，对此有关的研究总结了适用于计算思维研究的问题特点：

（1）问题的表述要清晰，对于此问题解决后能从中得到的好处，必须要清楚。

（2）解决某一问题的方案以及问题解决带来的进步要能够测试。

（3）所研究的问题能够分成不同的层次和步骤完成。这样有利于通过一小步的完成看到相关的进步。

计算机科学技术方法论是对学科构建的理论体系的相关研究，是研究一门学科理论进化过程的。在体系构建过程中，利用一般的方法论结合着计算学科的基本概念，由理论到实际的构建体系。在体系的框架完成之后，再填入具体的实质内容。关于理论体系中内容的填充，注意的方面主要有两点：一是学科有着深刻的理解，能划分其概念；二是分析了解计算学科发展的一般规律。计算机科学技术的方法论一般利用例证来解决学科的问题，为学习者未来的事业之路打下良好的基础。方法论的基本概念主要有抽象以及理论设计，这也是方法论教学中最容易教授的概念。科学与研究掌握计算机方法论则有利于在其指导下有条不紊地展开研究。

综上所述，计算思维和方法论虽然各有自己的研究对象与研究特色，但二者之间有着很强的关联性，二者相互补充相互提高，对于学生和研究者来说，培养计算思维，利用方法论，对于学习和研究都是非常有益的。

参考文献：

[1] Wing J M. Computational Thinking. Communications of the ACM， 2006， 49（3）.

[2]中国计算机科学与技术教程2002研究组.中国计算机科学与技术学科教程2002.北京：清华大学出版社，2002 [3]周以真.计算思维.中国计算机学会通讯，2007，3（11）.

[4]王飞跃.从计算思维到计算文化.中国计算机学会通讯.2007，3（11）.

计算机科学与技术研究方向篇（7）

1引言

网络技术是一次计算革命，有可能将全球计算机联合起来协同工作，被人们视为21世纪的新型网络基础架构。网格的概念来源于电力网格，如电力网把强大的电力输送到每家每户的每个插座，用户不必过问电是水电、火电，还是核电，也不必过问电站位于何方。网格技术可把分布在各地的计算机联网，将充足的计算资源分配给每个用户，如同个人使用一台虚拟的超级计算机一样。但网格不是万能技术，不是所有问题都能解决，只有那些能并行运算的应用才可能被拆成若干细小任务分配到每个网格计算节点，通过并行处理来提高计算速度。

网格研究源于美国联邦政府过去10年来资助的高性能计算项目。这类研究使用的名词就是“网格”或“计算网格”。这类研究的目标是将跨地域的多台高性能计算机、大型数据库、贵重科研设备、通信设备、可视化设备和各种传感器整合成一个巨大的超级计算机系统，支持科学计算和科学研究。

2国外网格技术研究动向

2.1美国的网格技术研究

美国是网格研究起步最早的国家，美国多家研究机构开展了与网格相关的研究工作，制定了很多网格研究计划，如美国国家科学基金会资助的TeraGrid、美国国防部的“全球信息网格”(GIG)、美国政府资助的“大型物理实验网格”(GriPhyN)及美国能源部的ASCIGrid、国家技术网格(NTG)等计划。

(1)TeraGrid

美国国家科学基金会TeraGrid计划是一个需要多年分段实施的，为开放式科学研究而建立和使用的世界上最大、最全面的分布式基础设施。目前，TeraGrid已能提供40TFLOPS的聚合计算及近4千万亿字节的网络数据存储能力，并建成了能融合许多系统结构的网络环境，可通过GlobusToolkit支持基于网格的计算，提供诸如基于证书的单个注册和分布应用管理、TeraGrid资源恢复、对用户软件结构的持续监控和TeraGrid的协同能力等。

(2)全球信息网格(GIG)

GIG是美国国防部(DOD)于20世纪90年代末提出并开始建设的一种集成的信息基础设施，由一套全球互联的端对端信息系统、相关程序和人员组成，它可将美军在全球范围内的计算机网、传感器网和武器平台网联为一体，预计在2020年完成。从系统组成上看，GIG将系统分为基础、通信、计算、全球应用和使用人员五个层次。从技术体制上看，GIG包括了多种专用或租借的通信计算机系统和设备、各种软件和数据、安全服务设备，以及有助于谋求信息优势的其他相关技术。

(3)大型物理实验网格(GriPhyN)

GriPhyN是由实验物理学家和IT研究人员共同发起的，其目标是为21世纪的数据密集型科学构建第一台千万亿次计算系统。GriPhyN计划将通过一个名为“千万亿级的虚拟数据网格(PVDG)”的计算环境来满足全球各地成千上万的科学家们的数据密集型计算需求。GriPhyN合作组织计划实行必要的计算机科学研究，最终形成一系列产品型的数据网格。

2.2欧洲的网格技术研究

欧洲近来启动了一系列网格开发计划，其中包括DataGrid、SIMDAT、NextGRID、AkoGriMo和CoreGRID等计划”。这些项目的情况如下：

(1)DataGrid计划

欧洲数据网格计划(DataGrid)涉及到欧盟的二十几个国家，其目的是开发一种能支持全球性分布科学探索的全新环境。该计划旨在设计并开发中间件解决方案和可扩展的测试床，以便于处理千万亿字节的分布式数据、成千上万的资源(如处理器、磁盘等)以及大量同步用户的请求。该计划的重点是高能物理学、地球科学和生物信息科学等科学应用领域。

(2)SIMDAT计划

SIMDAT是欧洲的一个大型网格研究计划。该计划的目标是利用数据中心的网格技术来开发解决工业复杂问题的方案。主要用于国际经济的四个重要领域：汽车制造、制药、太空研究和气象研究。该项目的7个网格技术开发领域包括(除了一般的网格结构)：分布式数据访问、VO管理、工作流、实体论、分析服务和知识服务。

(3)NextGRID计划

NextGRID是面向工商业领域建立的下一代网格服务结构。该计划针对的是广泛的应用领域：法律部门的数据挖掘；广播和娱乐；金融模型；数字媒体和供应链管理。研究和开发领域包括：网格结构、核心服务以及动态联合体和网格商业模型。

(4)AkoGriMo计划

AkoGriMo注重为动态虚拟组织提供传输移动通信的网格结构和服务。

包括两个测试床：E—Learning和Hospital。该计划在下一代网格使用的分层方法有：域和应用专门服务、复杂的网格服务、核心网格服务、网络中间件和移动互连网。该技术在下一代Ipv6网络基础上建立下一代网格，并支持操作系统的安全性、账目管理己账和用户。

(5)CoreGRID计划

核心网格是一个研究网络，主要用于大规模分布式网格和对等技术的基础建设、软件基础设施和应用。主要研究包括从知识，数据管理到问题解决环境的各种情况，有42个组织参加。在欧洲开展网格技术研究最积极的是英国、荷兰、意大利与德国。研制“英国国家网格”。

2.3日本的网格技术研究

日本认为网格计算技术将极大地改变日本的产业结构，成为激活经济的原动力。目前，日本主要在进行国家研究网格计划(NAREGI)和生物网格计划(BioGrid)的研究。(2)生物网格计划(BioGrid)

生物网格计划是在2002年启动的一项为期五年的网格研究计划，主要由日本文部科学省资助。计划利用网格计算技术与超高速网络，将各大学生物工程研究机构所拥有的超级计算机、数据库、高性能观测设备等研究资源联合起来。生物网格计划主要由五个部分组成：

·网格基础技术组：主要进行安全、高性能的网格技术开发；

·数据联机分析组：使Spring一8及超高压电子显微镜等高性能分析设备的连接成为可能，并实现分析数据的共享；

·计算网格技术组：研究开发蛋白质结构预测及各种生物模拟技术；

·数据网格组：主要任务是各种生物数据库相关技术的研发；

·商业开发组：以各项开发技术为桥梁，开发超大型网格计算机，它比现在世界上运算速度最快的计算机还快数倍，将达每秒300万亿次。

3中国网格技术研究动向

我国同世界其他各国政府一样，为大幅度提高我国的综合国力和国际竞争能力，对于网格的建设也十分关注，同时在网格计算方面做了大量基础性和前瞻性研究工作。并在863专项中提出了具体的目标。专项确立了“战略与系统综合研究”、“高性能计算机”、“网格结点”、“网格软件”和“应用网格”五个方面的课题。主要任务是研制面向网格的每秒万亿次级高性能计算机和具有每秒数万亿次聚合计算能力的高性能计算环境；开发具有自主知识产权的网格软件；建设科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要应用

网格；形成若干网格技术的国家标准，参与制定国际标准。

目前，我国已开展了“中国国家网格”、“教育科研网格”、“织女星网格”和“先进计算基础设施北京、上海试点工程”等五大网格项目的研究。参与研究的主要有中科院计算所、清华大学、联想集团、江南计算所等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。

(1)中国国家网格(ChinaNationalGrid)

“中国国家网格”是部级高性能计算和信息服务的战略性基础设施，它将在全国范围内为各行业和社会大众提供各种一体化的高性能计算环境和信息服务。专项于2002年4月启动，投资高达3亿人民币，目标是提供高性能计算、资源共享、协同工作的能力，同时在科学研究、环境资源、制造业、服务业中建设若干大型行业应用网格；并研制面向网格计算，具有良好的应用开发环境的高性能计算机，装备网格结点，促进我国高性能计算机的研究和产业化。

(2)“教育科研网格”(ChinaGrid)

教育部依托教育与科研网CERNET和高校的大量计算资源和信息资源，推出了ChinaGrid计划。ChinaGrid包括开发相应的网格软件，配合网络计算机(NC)的使用，将分布在教育与科研网格上自治的分布异构的海量信息资源集成起来，建立聚合能力超过每秒15万亿次量级的教育科研网格，总存储容量超过260TB，结点覆盖211建设的100所部属高等院校，实现CERNET环境下资源的有效共享，消除信息孤岛，ChinaGrid第一期规划：在2002年～2005年期间，一是建立12个计算网格的主结点，提供具有高性能计算、资源共享、协同工作的服务平台。每个主结点将建立一个聚合计算能力超过每秒5000亿次、存储能力分别达到5TB的超级计算结点，并通过相应的计算网格软件将分布在12个主结点的高性能计算机连接起来，使整个ChinaGrid的聚合峰值计算能力超过每秒6万亿次，存储能力超过60TB。

(3)“织女星网格”(VegaGrid)“织女星网格”是由中科院计算所联合国内十几家科研单位，共同承担的“863”重点项目。该项目的目标是：把我国的8个高性能计算中心通过Internet连接起来，进行统一的资源管理、信息管理和用户管理，并在此基础上开发出多个需要高性能计算能力的网格应用系统。它是我国的第一个网格雏形。目前，该项目已取得了一系列研究成果。包括研制出了运算速度达每秒4万亿次以上，主要用作“中国国家网格”的主机、网格应用路由器和“织女星”网格操作系统等。“织女星网格”主要研究内容如下：

在网格硬件层面，主要工作是研究下一代曙光高性能计算机，它们将是面向网格的超级服务器；

在网格系统软件层面，主要工作是研究开发一个名为GCP的网格计算协议栈(GridComputingProtocolStack)以及有效支持GCP的“织女星”网格操作系统(VegaGOS)；

在网格应用层面，主要研究的是信息网格和知识网格，以及科学计算类应用网格。“织女星网格”在尽量使用国际上已有的先进技术的同时，它最大特点就是提出了“服务网格”的概念。

4结束语

网格计算技术是一个正在迅猛发展的新兴学科。从生物领域的后基因组计划，到高能物理领域更深层次物质结构的研究，再到哈勃望远镜所获取的大量宇宙数据的处理，再到气象、地震预报预测这些重大科学领域的计算问题，促使科学家必须利用分布在世界各地的计算机资源，通过高速网络连接起来，共同完成计算问题，这正是网格计算快速发展的源动力。可以说网格是未来信息技术和产业发展的大趋势，它将极大地改变我们的生活和工作。未来的网格计算主要有三大发展趋势：即标准化、大型化和技术融合化。也就是说，网格计算将在行业应用的引导下，以标准化向更广域、多学科渗透，网格的一切对外功能都将以网格服务来体现，技术将进一步融合，且将逐渐从高性能计算走向商业应用，从前沿技术走向实用化、大众化。可以预见，今后网格计算技术仍将快速发展，从而开创计算科学的一个新纪元。

参考文献

【1】许文韬．网格技术综述[J]．微型电脑应用，2002．(18)：62—64

【2】都志辉，陈渝，刘鹏．网格计算[M]．北京：清华大学出版社．2002

计算机科学与技术研究方向篇（8）

卓越工程师教育培养计划是贯彻和落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》及《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》而提出的高等教育重大改革计划[1]。2009年12月教育部正式将卓越工程师教育培养计划列入2010年教育部工作重点，2010年3月教育部正式启动第一批高校试点工作，我校是教育部卓越工程师教育培养计划全国第二批试点高校。

为深入学习实践科学发展观，落实高校人才培养的根本任务，学校在国家卓越工程师教育培养计划本科工程师培养通用标准的指导下，以计算机行业标准为基础制定了计算机科学与技术专业本科人才培养标准。根据该标准拟定了计算机科学与技术卓越工程师培养方案。

1 培养目标

以知识为基础，以工程实践能力为本位，以素质为核心，以市场为导向，以服务广西国民经济发展为目标，“面向工业界、面向未来、面向世界”培养具备良好科学素养和职业素养、丰富知识结构、扎实工程实践能力、德智体美全面发展、能主动适应经济和社会发展需要的计算机科学与技术专业卓越工程师后备人才。要求本专业学生具有较强的英语语言能力、良好的人文素质和创新意识，并在软件技术和嵌入式技术及其相关领域中的一个方向具有特色，能综合应用所学知识解决实际问题的工程实践开发能力。毕业生可从事计算机及相关行业的软件项目或嵌入式系统的设计、开发、维护和管理等工作。

2 课程体系的建设思路

课程体系的建设思路是以提高教学质量为中心，突出两个办学特色、重点发展两个专业方向、着重培养学生的4种能力。

坚持以提高教学质量为中心，将其作为一切活动的出发点。紧紧围绕培养目标，通过对课程设置、教学内容和教学方法、教材、培养方式、科研训练、社会实践环节的改革与创新，提升教师队伍素质和提高办学条件，促进教学质量的提高。

突出“校企合作”和“科研与教学有机结合”的专业办学特色。坚持与国内知名软件企业以及嵌入式应用企业建立良好的合作关系，在我院现有部级工程实践教育中心“中软国际”的基础上，重点加大与江苏昆山花桥工业园区、上海杰普软件科技有限公司、深圳吉祥腾达有限公司等实习基地的合作，争取建设更多的部级工程实践教育中心。进一步加强与广州达内、长沙蓝狐、国信蓝点、桂林优利特等实习基地的联系，与华为、3COM、品尼高等共建校企实验室，通过多种合作方式进行工程应用型人才的培养。坚持以科学研究为先导，科研与教学有机结合、协调发展。通过科学研究提高团队的学术水平，带动教学改革和教学水平的提高。

根据计算机科学与技术专业卓越班的规模和办学实际情况，重点发展嵌入式技术和软件技术两个特色方向。嵌入式技术方向着力培养学生掌握嵌入式系统的硬件、软件知识，嵌入式系统的分析、设计与开发方法，嵌入式系统的实施与运行维护知识以及在信息家电、工业控制、交通管理等领域的应用。软件技术方向着力培养学生软件开发技术和软件工程管理知识，主流软件工具和软件开发环境知识，软件测试与维护知识及其在电子政务、数字产品、工业控制等领域的应用。

培养计算机科学与技术专业卓越工程师的四种能力包括计算思维能力（抽象思维能力、逻辑思维能力），算法设计与分析能力，程序设计能力，计算机系统的认知、分析、设计和应用能力。按照“四种能力”建设的需要，完善专业培养计划，以教育教学研究与改革为抓手，以课程群组驱动，优化课程体系。

3 以课程群组驱动，优化课程体系

合理的课程体系设置是高等学校保证培养目标和形成办学特色的重要手段。计算机科学与技术专业卓越工程师在培养质量上追求卓越，在课程体系设置时，要求培养学生在知识、能力和素质方面具备较强的竞争优势和发展潜力。

跟踪ACM和IEEE-CS联合任务组的计算教程CC200X、欧洲形式化方法协会形式化方法教育研究分会FME-SoE的研究报告，结合教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会的《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）》[2]，依托我院承担的教育部“高等学校计算机科学与技术专业核心课程实施方案研究”项目、广西教育教学改革“十一五”重点项目“计算机学科核心课程体系的研究与实践”、全国“十一五”教育科学规划课题“大众化高等教育下教学型高校适用型人才培养的研究”等，探索和研究计算机学科的科学思维，即计算思维，进一步提炼计算机科学与技术专业的核心知识体系。

计算机科学与技术专业课程体系设置策略包括课程启动、课程组织和特色课程设置策略[3]。我院计算机科学与技术专业卓越工程师教育培养计划的课程体系设置采用了从计算机导论展开的广度优先策略、基于系统的组织模式和按合作企业的不同要求独立灵活地并行开设多门特色课程。

根据课程体系的设置方法和专业培养目标，分析创新能力的构成以及课程体系中的层次和结构关系，优化课程体系，将计算机科学与技术专业核心课程划分为基础课程群、硬件课程群和软件课程群。基础课程群包括计算机科学导论、离散数学、程序设计与问题求解、数字逻辑、数据结构、Java程序设计等；硬件课程群包括计算机网络、计算机系统结构、计算机组成原理、单片机原理与接口技术；软件课程群包括软件工程、操作系统、数据库系统原理、算法分析与设计。将专业课程划分为两个专业特色方向课程群，即嵌入式技术和软件技术课程群。嵌入式课程群主要包括Unix/Linux操作系统、嵌入式C语言和C++、嵌入式系统原理及应用、嵌入式Linux系统开发、EDA技术、解析Linux内核、QT程序设计、嵌入式Wince系统开发、企业自设课程Ⅰ-Ⅱ等。软件技术课程群主要包括软件设计与体系结构、Java EE程序设计、UML与系统分析设计、软件项目管理、Java企业级应用开发、ORACLE数据库技术、基于.NET的开发技术、软件测试、企业自设课程Ⅰ-Ⅱ等。

课程体系中的实践环节分为基础实践和专业实践，基础实践环节是所有专业方向公共的综合性实验、企业认知实训和课程设计，意在培养学生自主学习和应用知识的能力，侧重计算机基本操作、个人软件开发等技术与技能方面的训练，锻炼学生的学习能力与独立分析问题并解决问题的能力。专业实践环节是具体专业方向的课程设计、企业项目实训、企业项目综合开发和毕业设计，通过大量的工程实践，尤其是到企业学习和现场实践，有助于学生对工程实际问题进行深入、系统、本质的认识和理解，综合运用所学科学理论、分析与解决问题的方法和技术手段来解决工程实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。通过参与企业项目综合开发，让学生在项目中分担研究、设计和管理等不同的角色，培养学生组织管理、交流沟通、适应环境和团队合作的能力。将大学生创新性实践项目、学科竞赛和科研活动等环节贯穿于整个实践教学过程，进行研究性学习，意在培养在工程应用方面具有创新潜能的拔尖学生。

4 课程体系的特色

为培养计算机科学与技术专业卓越工程师后备人才，在课程设置时不仅要具有工程型人才扎实的理论基础和完整的知识体系以及应用型人才较强的实际动手能力，而且还要具备运用科学理论知识和专业知识解决企业项目研究、开发和使用过程中实际问题的能力，并具备进行产品开发和设计、技术改造与创新的初步能力。为实现卓越工程师培养的上述能力，在课程体系设置时应具有如下特色：

（1）具有扎实的理论基础和完整的知识体系。课程体系中的科学基础知识和专业基础知识覆盖了教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会建议的高等学校计算机科学与技术专业公共核心知识体系，专业限选课、专业任选课和实践环节课程培养方向明确。

（2）课程设置合理。课程体系中课程的设置按教学内容由浅入深、由基础知识逐步向专业知识和实践环节过渡，教学内容的层次结构清晰。为了合理地安排教学学时数，保证每学期必修课程的总学时数在400以下，同一学期有先后顺序的两门课程，在教学计划制订时已标注分别安排在上半学期和下半学期授课。

（3）强调实践动手能力的培养。在课程体系中，除每门课程的实验学时外，单独开设的综合性实验、课程设计、项目实训、项目综合开发和毕业设计等实践环节达42学分，占除基本素质教育课以外总学分的29%。另外，专业基础课中每门课程的实验学时不得低于总学时的20%，专业限选课和专业任选课中每门课程的实验学时不得低于总学时的30%。对于在工程应用方面具有创新潜能的拔尖学生，还可在教师的指导下参加各类创新性实践项目、学科竞赛和科研活动。

（4）与企业联合培养。强调企业类课程的学习、参加企业项目的实训和综合类实践项目的开发，有助于提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生组织管理、交流沟通、适应环境、团队合作的能力和创新意识。

（5）企业类课程设置和教学方式灵活。培养计划中企业自设课程并没有指定具体的课程名称，旨在方便多个企业根据自己的需求对学生分组按不同应用方向并行开设教学内容不同的企业课程，也方便学生就业后的企业岗前培训。企业类课程的教材和教学内容可以由企业根据自己的需求指定，由学校教师授课，也可以由企业指派工程师到学校授课，还可以由学校教师带队到企业去学习，这主要由企业的规模、培训实力和工作条件等决定。

5 结束语

按照我校计算机科学与技术专业卓越工程师教育培养计划，以培养目标为出发点制订的课程体系进行人才培养，已在合作企业对学生进行培训和项目指导的过程中得到了体现，企业导师认为我校培养的学生基础知识扎实、勤学好问、动手能力强、思维灵活，很受欢迎。

参考文献

计算机科学与技术研究方向篇（9）

之所以能够产生明显的效果，关键是政府职能明确，不断根据产业发展需要调整支持方向，改进资助体系和管理。总结美国联邦政府支持计算机技术研究开发的经验，对我国政府支持产业技术发展有着重要的借鉴作用。

一、美国政府对计算机技术发展的支持

第二次世界大战结束后，联邦政府一直是计算机技术的强有力支持者。按1995年不变价计算，1976-1995年间，联邦政府对计算机科学研究和技术开发的支持由1.8亿美元增加到9.6亿美元，增长了5倍。其中，基础研究投入由6500万美元增加到2.65亿美元；应用研究投入由1.16亿美元增加到7亿美元。联邦政府资助中约35-45%投向大学，其余55-65%投向政府实验室和产业界；政府基础研究资金的70%投向大学。联邦政府还对其他与计算机技术相关的研究给予资助。联邦政府对与计算机研究相关的其他技术和电子工程研究方面的投入由1972年的不到10亿美元增加到1995年的17亿美元，占联邦总投入的比重由5%增至7%。

联邦政府从其职能出发决定资助方向，政府资金主要投向以下几个方面。

(一)重点支持长期的基础性研究

美国政府在长期基础性研究和共性应用技术的研究开发方面发挥了重要作用。长期基础性研究的主要特点，一是其效益往往在短期内无法显现出来，风险较大。特别是在产业发展初期，企业没有实力进行这样的研究工作；二是其应用领域往往比较广泛，一家公司无法完全利用，而且又无力阻止竞争者利用其研究成果。因此，产业界较少对长期基础性研究进行投资。

美国联邦政府对计算机技术的长期基础性研究的资助项目已经取得了明显的效果。如，政府资助的计算机人工智能技术研究开始于70年代早期，直到1997年才研制出能够成功识别持续性语音的个人电脑。与此相似的是，国防基金从60年代就开始资助可用于三维图像的基础性系统研究，直到90年代才形成消费性产品。尽管这项成果在高性能仪器中早已开始应用，但近些年才广泛应用于医疗、娱乐及国防产业。

(二)资助计算机研究的基础设施

联邦政府在计算机基础设施建设方面发挥了关键作用，为美国发展计算机产业提供了源源不断的人才。

1.为产业发展培养了大量人力资源

联邦政府的资助计划培养了一大批电子工程和计算机科学的研究生和优秀研究人员，为计算机和电子工程的发展提供源源不断的后续人才。国家科学基金的数据表明，1985-1996年间，获得联邦资金资助的计算机和电子工程专业的研究生比例从14%增加到20%。联邦政府对研究生的资助主要采取助教奖学金的形式，助教奖学金占总资助额的75%以上。1985年到1995年，全国最好的计算机系里，如MIT、卡内基·梅隆、加利弗尼亚大学勃克力分校等的计算机和电子工程专业的研究生中约有56%得到了联邦政府的资助，其中一半是助教奖学金。1997年，斯坦福大学电子工业和计算机专业27%的研究生获得联邦政府资助，50-60%的博士得到资助。同时，政府资助的一些大型研究项目还培养了一批学术带头人。

2.为大学教育和研究提供了良好的设备和设施

配备和维护研究的硬件设备需要较高的资金投入，一般的大学很难筹集到这笔资金。联邦政

府采取多种形式来支持大学购买计算机设备，主要有两种形式：一种是为大学教学提供计算机设备；另一种是通过资助特定研究项目为大学提供精良设备。

联邦政府在支持大学研究设备方面的主要贡献，一是支持建立大学计算中心，资助大学计算机系开展研究工作。国家科学基金（以下简称“NSF”）于1956年就开始了为大学提供普通教学和研究用计算机的资助计划。该计划每年提供的资助金额增长很快，1958-1970年间，共资助了66,00万美元。60年代，国防部高级项目处(以下简称“DARPA”)重点资助了少数几个基础好的大学计算机系（如MIT，卡内基-梅隆大学，斯坦福大学）开展专门项目研究，资助项目的大部分资金用来采购设备。据估计，60年代，全美大学中约一半的计算设备是由政府机构资助提供。1981-1995年间，联邦政府资助了计算机科学系研究设备采购的65%，1985年高达83%。在电子工程方面，联邦政府的设备资助也维持在较高的水平，1982年为75%，1995年为60%。NSF启动了两套专门为计算机科学系提供设备的计划：计算机研究设备计划和一个更加广泛的协作实验研究计划。

二是研制高性能计算设备和建设网络设施。80年代中期，政府资助了IBM701等高性能计算机

的研制，造出了供研究人员进行各种研究使用的大型计算机系统。1985年，NSF启动了一项建立超级计算机中心的计划，资助建立了5个全国范围的计算机中心，为那些不能在普通计算机上进行的高级的、运算复杂的研究提供了条件。后来，这些中心成为高性能计算机的早期试验场，还对一些计算机科学系的教学起了重要作用。同时，这项计划还带动州、私人部门出资在其他大学建立超级计算机中心。

随着网络技术的发展，政府加大对网络设施的资助力度。1973年起，NSF着手进行一项科学网络的计划，每年提供60万美元到75万美元为大学的研究人员建立计算机网络。

(三)支持利用高新技术的大型应用系统的研究开发和推广

联邦政府有效资助了大型应用系统的研究开发项目。DARPA支持了计算机间相互联结的分批转换网络（ARPANET）的研究项目。这项研究促进了有关入网协议、分批转换及路线安排等项研究。同时也推进了对大型网络管理模式的开发研究，如，域名系统及开发电子邮件等。DARPA的研究成果显示了大型分批转换网络的价值，促进了其他网络的开发。NSF网络的建立形成了网络的基础。政府通过资助大型高新技术应用系统的开发，把学术界和产业界的研究者汇聚起来共同建立共用的实验室，交流思想，从而创造出一支有能力最终推动技术发展的研究力量。如，50年代的SAGE项目组织了来自MIT、IBM及其它研究实验室的研究者，整个项目过程中出现了许多创新思想，目前在计算机行业已经获得广泛认可的想法都是当时提出来的。许多计算机行业中的先驱人物也从50-60年代的控制计算机系统(SAGE)项目中获得了经验，后来这些人在代表着计算机及通讯事业新兴的公司及实验室中工作。SAGE的影响在后来的几十年中才逐步显现出来。

构造大型应用系统的实践表明，有些研究并不一定直接导致某一项技术的创新，而是导致开发与技术推广。应用开发是对已经研究出来的技术进行分析和合理组合，形成新的应用系统。如，建立大型应用系统的研究项目就是把电子通讯系统的原理应用到ARPANET项目开发中，形成了网络技术的基础。

(四)对产业技术的早期资助

20世纪50年代，联邦政府资助了绝大部分计算机技术的研究。那时，政府对计算机技术研究

开发的资助超过工业界R&D投入的3倍，几乎覆盖了整个计算机界的研究与开发。直到1963年，政府还资助着IBM计算机R&D的35%，Burroughs公司的50%，Control-Data公司的40%。从60年代末开始，因为整个计算机行业快速发展，政府对计算机R&D资助的比例急剧下降。直到70年代中期，政府资助仅占计算机R&D投入的25%，1979年达到战后的最低点15%。随着新项目的启动和里根执政时期的国防建设，1983年，政府对计算机技术研究的资助比例又有回升，约占20%。

美国政府对产业界的资助重点放在推动技术商业化方面。一是对产业界早期研究的资助。政府对企业实验室提出的一些有市场前景的技术给予资助，将其推向商业化。例如，IBM最先提出了相关性数据库的构想，但IBM考虑到这项技术构想可能对自己已经成熟的产品造成潜在的竞争威胁，没有继续进行商业化研究开发投入。而NSF资助加州大学伯克立分校对这一构想进行深入研究，并将其推向商业化；二是支持共性技术研究开发。有些研究开发具有商业价值，但属于共性技术，单个企业难以研究开发，或者企业担心难以控制竞争者使用技术成果。IBM最先开发了RISC(精简指令系统计算机)，但直到DARPA资助加州大学伯克立分校及斯坦福大学进行深入研究时，RISC才实现了商业化。该研究是作为70年代末、80年代初“大规模集成电路”（VLSI）项目的一部分来进行的。后来许多公司把以RISC为基础的产品引入了市场领域。

(五)联邦政府的资助对创新起到重要作用

联邦政府的资助计划促进了计算机技术的创新。据统计，1993至1994年间，美国全国共批准了1619项与计算机产业有关的专利。尽管这些专利的所有者75%是美国企业，但它们所引用的论文大部分是由大学或政府的研究人员撰写的。在按资助来源分类统计的论文中，51%的资助来自于联邦政府，37%来自产业界的资助。政府资助中NSF占22%，DARPA占6%。尽管这些数据仅限于两年的专利统计，但反映出联邦所资助的项目，特别是在大学里进行的资助研究，推动了计算机行业的技术创新。

二、美国政府在计算机产业技术发展各阶段中的主要作用

政府在计算机科学技术发展过程中的作用，随计算机产业成长和发展阶段不同而变化。(一)50年代——计算机技术发展的初期阶段，政府的主要作用是用户和资助者在1960年以前，美国政府作为用户和资助者，主导着电子计算机技术的研究开发。这一期间，政府支持计算机技术主要出于国防需要，资助面比较窄，重点是对技术本身的试验，而且没有一个系统的长期战略计划。但是，这一时期的政府资助项目尝试了不同类型的资助机制，对私营部门产生了非常重要的影响。

50年代，几个主要计算机公司的R&D都得到过联邦政府的各种形式的资助。例如，在IBM公司的R&D投入中，政府合同资助投入占50%以上，直到1963年还有35%。联邦政府不仅在资金上对私营部门提供资助，而且从项目设计、技术思路、人力资源等方面提供了支持。资助的项目涉及到有关国家安全、人力资源培养等各方面，还包括一些综合性、高投入、不确定性大、具有长期影响的技术开发项目。政府资助的许多项目研究出了设备的原型，在这些原型基础上，研究人员可以进行更深入的探索。

(二)60-70年代——技术扩散和产业增长阶段，政府扶持的重点转向长期基础性研究和培养人才

60年代初期，美国的计算机行业开始商业化，可以独立于政府的资助和采购，全国出现了几个大型的计算机公司。这些大型公司建立了自己的实验室，并且有能力自己研究开发计算机应用技术，从而促进了计算机产业的商业化。如，IBM公司与美国航空公司在部分采用军事指挥和SAGE技术的基础上，开发了计算机订票系统（SABRE系统）。计算机定票系统的迅速发展成为推动计算机产业化的一个重要动力。与此同时，产业界对计算机人才的需求大大增加。出现了计算机科学领域，几个重要学校的计算机系已经成立。

随着计算机技术产业化和商业化，政府的资助重点开始转向长期基础性研究和培养人才。60年代后期至70年代，由于计算机产业界对R&D的投入增加，尽管政府资助产业界的绝对数额还在上升，但比例却急剧下降。

(三)80-90年代——计算机产业成熟阶段，政府积极组织和支持联合研究开发

随着产业界增加对计算机技术研究开发的投入，政府资助所占比例开始下降。80年代初期，日本的电子工程和计算机存储器等技术开发，使美国的计算机产业感到了竞争威胁。同时，美国半导体生产设备的国际市场份额从75%下降到了40%。“增强竞争力”成了美国80年代技术政策的关键字眼，国内要求政府采取行动的呼声提高。同时，大学与实业界开始以合资、协议等方式进行合作，或组织行业协会抵制来自日本的威胁。

为了提高美国计算机产业的竞争力，使其在世界占据领先地位，联邦政府不仅继续支持计算机科学和技术的研究，而且调整了支持重点和资助方式。政府对计算机技术的资助重点开始转向支持各界联合开发，通过支持行业协会等一些新机构，组织和促进产业界联合开发。1984年的国家合作研究法案从不信任法案中把研究协会的名字去掉了，从而使研究协会的合作合法化。政府支持半导体制造技术协会（SEMATECH）等行业性组织机构，发挥其在计算机技术联合开发中的组织作用。那一时期，半导体制造技术协会和高性能计算机研究所等受到政府资助的行业性机构，成为计算机技术研究开发和政策议程的主导者。

90年代，政府一方面对现存的政府所有的成熟的计算机基础设施实现商业化和私有化；另一

方面又开始资助新的更高层次的技术研究。如，NSF于1992年将其互联网向商业应用开放之后，又于1995年成功地把NSF的互联网推向私有化。与此同时，NSF和其他联邦机构还在继续进行下一代互联网（NGI）的开发与扩展工作，计划将互联网的数据传输速度提高100倍。NGI计划将建立一个试验性的、范围广阔的、可升级的测试系统，用以开发那些对国家至关重要的网络应用技术，如国防和医疗等。

三、几点启示

美国政府资助计算机技术发展的经验，对我们有以下几点启示。

(一)政府职能明确

在美国的计算机革命中，政府、产业界和学校起了不同的作用。政府主要引导大学和产业界研究机构的研究，特别在建立前沿研究需要的实物基础设施，培养大学生、研究生和技术队伍等方面起到关键性作用。尽管有些在市场中处于主导地位的大公司，如AT&T、IBM、微软和英特尔等在基础研究方面也投入了大量资金。但大公司更倾向投资于与其发展目标及产品开发有紧密联系的研究项目。而政府则在长期基础性研究、应用前途广泛的共性技术研究开发方面发挥了重要作用。

随着计算机产业从幼稚产业发展为成熟产业，美国联邦政府的作用经历了一系列变化。从50年代的用户和资助者，60-70年代的资助基础研究和培养人才，到80-90年代的合作者。资助机构和管理也从分散、无战略计划逐步发展到由专门机构统一协调。

(二)资助来源多元化和机制多样化，发挥政府机构的作用

联邦政府对于计算机技术与电子工程技术的资助主要是通过几个机构来完成的。例如国防部、国家科学基金、国家航空航天部、能源部及国家健康机构。这些机构的特点是，专业技术能力比较强，机构内部有许多专业技术人员，有些机构本身就是国家研究机构。除国家科学基金外，这些机构大都是计算机技术的直接需求和应用方，经常根据部门自身的需要资助计算机技术研究开发。

多元化的优点，一是有利于技术发展的多样性。由于计算机技术是工具性技术，各个领域有不同的需求，因此，每一个机构都有各自的资助重点及资助方式，从而促进计算机技术多样化发展；二是提供多种潜在的支持，增加了研究机构和研究人员的选择余地，有利于竞争；三是研究成果可以在不同的机构间转移，形成广泛的用途，提高了研究成果的利用效率。

(三)加强统一协调

尽管美国政府对计算机技术的资助计划是由专业管理部门分别执行的，但是，随着计算机产业的成熟和资助规模的扩大，各专业管理部门和联邦政府不断加强对计算机资助项目计划的统一协调和战略规划。60年代以前，军方对计算机技术的资助是根据各军兵种自己的需求分散进行的。60年代初，国防部成立了高级研究项目处，并成立了专门的信息处理技术办公室。一个重要目的就是协调军方各部门的长期战略性资助计划，实行统一管理。

90年代，美国国家科学技术委员会中设置计算机、信息和通讯委员会，该机构通过下级委员

会，协调12个政府部门或机构的有关计算机和通讯技术的R&D项目，并重点组织实施了5个具有长期战略意义的项目计划。

这种体制即发挥了专业机构的积极性和技术特长，又加强了统一协调，避免重复研究和

分散竞争资源的局面，提高了政府资助的整体效果。

(四)以多种方式支持计算机技术

除了资助研究开发以外，美国政府对计算机技术市场的形成发挥了重要作用。美国政府是高新技术的最大用户，政府采购为高新技术创造了巨大的市场。

从半导体到超级计算机，在许多领域中，政府创造了计算机及其技术的市场，促进新技术的标准化和核心技术在计算机行业的推广。例如，联邦政府为阿波罗号航天飞机采购的集成电路以及国防部的洲际弹道导弹项目都对集成电路生产能力的提高形成了一种刺激。为开发核武器，能源部及其前身机构对高性能计算机的需求驱动了早期超级计算机市场的形成。美国政府的统计体系也是早期计算机及其软件的大用户。在软件方面，通过建立联邦数据处理标准，联邦政府促使市场向“美国国家标准机构”制定的COBOL(面向商用的通用计算机语言)不断靠近；为使FORTRAN程序语言扩展应用于并联计算机，政府资助了高级FORTRAN论坛项目。

反垄断诉讼也具有深远的影响。例如，1952年出现了针对IBM的反垄断诉讼案，要求IBM公司出卖或出租其设备，以帮助其它公司进入这一商业领域。同时要求IBM公司对其包括电子计算机在内的所有有关信息处理设备的现有及未来专利实施许可制度，并规定了许可的比率。“司法部反垄断部门”的负责人认为，IBM诉讼案是“开放电子领域的一个进步”，为其他公司进入计算机行业打开了方便之门。

(五)保持战略产业在国际竞争中的领先地位

计算机科学与技术研究方向篇（10）

“大学计算机”课程教学是以培养大学生综合素质和创新能力、培养复合型创新人才为目标的[1]。如何理解综合素质和创新能力培养在“大学计算机”课程中的体现，事实上这应当是一个方向性问题。是单纯从工具论属性理解计算机教育还是以方法论属性加以理解，会形成截然不同的课程建设导向和建设方案，同时也必将导致截然不同的结果。

一、问题的提出

20世纪90年代初，计算机课程作为公共必修课进入各高校非计算机专业的教学计划，标志着计算机科学与技术学科的工具性属性为我国高等教育人才培养所接纳。20多年来，其研究和应用的领域以及参与学习和研究的人数已远非昔日可比。计算机教育作为信息时代不可或缺的工具在高等教育人才培养方面承担着极其重要的作用。但是与此同时，我们也发现，计算机“无所不能”的功效性使人们，包括相当一些教育教学工作者和管理者，产生了一个挥之不去的观念，那就是“工具论”观念。“工具论”观念的逻辑就是：“计算机”是工具，而“大学计算机”课程就是“学习使用计算机”，所以“大学计算机”课程也是工具；于是乎，“计算机科学与技术学科”就是工具学科。在“工具论”的笼罩下，计算机课程的内容过多关注操作技术，如各种图、文、表、页（网页）等应用处理软件的操作，操作成为计算机课堂的独角戏。

应当指出，工具性并不等于工具论，其根本区别在于：工具论将计算机课程教学理解为——因为计算机科学与技术具有工具性，所以计算机课程的目标就是教会学生使用这个工具，仅此而已。这就导致了一个又一个的悖论的出现。如：发展导致灭亡，发展越快灭亡越快。学会使用工具，实用主义的观点就是学会使用我认为有用的工具，用不上的不学；功利主义的观点就是要用最少的时间和最少的精力学会使用这些工具，能少学就少学，能不学就不学。显然，随着技术水平的提升，高难度、高复杂性的功能已经由极其简单的操作所实现，计算机课程的操作性统治了全部知识体系，其教与学在这种反馈作用下变得越来越不重要了。又如：渗透导致解体。信息技术与课程整合的提法原本是一些有良好愿望的学者为了尽快将先进技术融于各个学科以有效发挥其作用，但到头来却变成一个谁整合谁的伪命题，甚至还有将计算机课程知识整合到学科课程中进行教学，而取消计算机课程的提法和做法。知识领域被误读，师资水平提高得不到正视。一个工具论的错误观念导致的困境越陷越深。

当前，我们不能不认识到：在人才培养的综合素质和创新能力总体目标之下，如何理解计算机课程的属性取向？要再不厘清该概念，大学计算机教育将进退维谷。

二、“大学计算机”课程的方法论属性及其意义

方法论作为关于方法的理论、原理和学说，其作用对象是整个研究方法体系，而不是一个个具体的研究方法[2]。它是在反思和批判方法的效用的基础上，归纳提炼出的原理。哲学层次的方法论适用于一切具体科学，具有普遍的意义，唯物辩证法作为哲学层次的方法论具有唯一的、不可替代的统治地位。现代科学发展形成了各个学科自身的、具体的、专门的学科方法论，用以解决本学科的特殊问题。介于二者之间的，就是能够反映客观世界某个侧面，但带有普遍意义的一般科学方法论。如数学就具有一般科学方法论的意义，尽管数学最初仅仅在部分具体学科中起到方法论的作用，但是由于数学及其方法普遍适用于任何一门其他科学，从而成为指导自然科学、社会科学、思维科学等一切科学不可缺少的方法。

“大学计算机”课程的背景学科“计算机科学与技术”是一个新兴的学科，从理论上的图灵机到现在的计算机仅有百年，但其对各个学科的普遍的方法论意义绝不低于其自身的工具性意义。计算机科学与技术对人类最大的贡献就在于它能够在生产、工作、学习和生活中，影响人们的行动、思想和方法。实现这种意愿的思想基础绝不是狭隘的工具论，也不是单纯的技术主义。计算机科学与技术与其他学科最大的不同就是突破了学科范式的限制，渗透各个学科乃至于推向其前沿，走向范式多元化。没有哪个学科有如此广泛的研究领域和实践范畴。其方法论意义可以体现在如下几个方面：

（1）拓展其他学科的研究方法体系。不同学科所形成的科学研究方法在学科自身发展的推动下迅速发展，自然科学研究的主流研究方法范式——实证研究的量化数据处理在计算机科学与技术的支持下，采用各种技术和手段，并发展出一整套形式语言理论、编译理论、检验理论以及优化理论。而人文社会科学研究的主流研究方法范式——思辨研究的质性分析，从文本分析到语义分析、语料分析，计算机科学与技术将原本只有人工才能分析的复杂内容形式化、程序化和机器化。由于研究者群体开展研究活动时所遵从的一系列规范的结构性组合是针对“问题域”本身的，当工具和技术所承载的方法论属性渗透进来后，它将超越学科疆域的研究“规则和框架”，成为跨学科的研究范式。比如，实证主义研究方法范式是物理学、生物学、地理学等自然科学的主流研究方法，在方法论理论推动下，它也成为经济学、教育学、心理学等社会科学的主流研究方法，形成跨越了现代学科划分界限而横贯于多个学科之间的普遍的研究方法体系。正是由于研究成员掌握了共有的方法范式才组成了科学共同体，尽管这些成员在其他方面是各不相同的[3]。

（2）丰富和深化其他学科的研究范畴。计算机科学与技术作为发展最快的学科开创了信息时代，其方法论特性直接渗透和影响到一些学科，并延伸到各个基础研究领域。例如计算数学是研究如何用计算机解决各种数学问题的科学，它的学科方向是提出和研究求解各种数学问题的高效而稳定的算法，主要研究与各类科学计算和工程计算相关的计算方法，对各种算法及其应用进行理论和数值分析，设计和研究用数值模拟方法来代替某些耗资巨大甚至是难以实现的实验，研制专用或通用科学工程应用软件和数值软件等。计算数学与其他领域交叉渗透，形成了诸如计算力学、计算物理、计算化学、计算生物学等一批交叉学科，在自然科学、社会科学、工程技术及国民经济的各个领域取得了广泛的研究成果。

此外，在高校学科专业设置中可以看到一些与计算机科学与技术学科具有共同的学科基础课程设置的学科专业，如：信息管理与信息系统、电子信息科学与技术、教育技术学以及通信工程、信息工程等都单独开设“程序设计”、“数据结构”和“离散数学”等计算机专业课程。这些计算机相关专业的研究大都包含设计、应用、开发、管理等范畴。更重要的是随着计算机科学与技术学科的发展，这些学科的研究前沿也在不断拓展，例如当前移动技术日趋成熟带来的就是移动学习、远程学习理论的新进展。

（3）改变了各个学科的发展模式。由于学科知识体系的有机关联，计算机科学与技术在理论和实践上的成果带来了相关学科的活跃与繁荣。自20世纪初物理学革命以后，各门科学都有了突飞猛进的发展。方法论在科学知识中的比重日益提高，方法论对科学发展的作用也日趋显著。这是和科学发展的时代特点密不可分的。体现在：首先，随着人类对自然科学和人文社会科学研究的广泛、深入，科学研究中直观性的程度在减少，抽象化的程度在提高，逻辑思维方法高度发展。其次，科学的进一步分化和综合产生了一些新兴学科和边缘学科，促使科学研究的整体性和综合性增强，系统理论等具有方法论意义的新学科也不断产生。再次，现代科学发现了一系列原有科学理论体系不能解释和说明的新的事实，出现了一些佯谬，破坏了科学体系已有原则和思维前后逻辑的一贯性和严密性，产生了现代科学范畴体系的许多带有根本性的变化，同时也促使逻辑方法向前发展。此外，科学研究课题的复杂性、综合性在日益加强，随之而来的科学研究手段日益复杂、精密，科学研究日益成为集体的、综合的事业。由此产生了科学研究课题的各个不同方面、不同层次的相互配合、相互协调，从而也产生了协调科学研究不同方面和不同层次的方法论进展。

三、“大学计算机”课程工具性与方法论属性的统整意义

“大学计算机”课程总体目标的实际内涵和具体体现应当是通过计算机科学与技术的工具性与方法论属性的统整（而不是对立）来实现综合素质和创新能力的培养。具体体现为：

1.操作与思维的统整

“大学计算机”作为公共必修课程，为各个学科培养掌握计算机科学技术的人才，仅仅注重操作技术无疑是不够的，应当将计算机科学与技术中方法论层面的原理与思维规律应用于教学的内容、方法及其各个活动环节之中。李廉教授指出，自然问题和社会问题自身的内部就蕴含丰富的属于计算的演化规律，这些演化规律伴随着物质的变换，能量的变换以及信息的变换。因此正确提取这些信息变换，并通过恰当的方式表达出来，使之成为能够利用计算机处理的形式，这就是基于计算思维概念的解决自然问题和社会问题的基本原理和方法论[4]。

关于操作与思维的统整范式就是“计算思维”。当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应当掌握，处处都会被使用。自然，它应当有效地融入我们每一堂课之中[5]。在大学计算机教育中同样也是处处存在的，不应当理解为有数据计算的就是，没有计算的就不是；程序语言设计就是，应用工具软件的操作就不是；理论和工程就是，技术、工具和服务就不是；面对抽象问题的是，面对具体问题的就不是。当今时代的“大学计算机”课程不可能回到二三十年前的状态，只讲一门Basic语言或Fortran程序设计，当今的计算机应用已经站在了巨人的肩膀上，就要看得更远，应当从各种形态的问题入手发现操作中的思维问题，发现计算思维的方法论层面的思想、根本技能和求解途径。甚至发现计算机之外的思维规律。例如：程序设计确实是有效的计算思维训练载体。然而，不直接编写程序是不是就不能感受到计算思维的存在？我们可以看到无论是复杂的智能型软件还是简单的工具型软件，都具有程序的基本特点。在操作、开发和理解工具软件的过程中，完全可以把融合于其中的程序设计思想还原出来，间接地获得计算思维教育所需要的素材。重要的是内涵，而非形式。

2.“技”与“能”的统整

“大学计算机”课程注重学习者计算机应用技能的培养，这通常被误解为操作技巧的传授，将一些有限范围之内的所谓“应知应会”的操作讲授一遍，练习一遍，谓之技能培养。

按照发生认识论的观点，“技”和“能”并非同一层面的性质。尽管二者共同指向都是问题解决，但是相异之处在于：“技”是两个维度构成的，即模式识别和程序性操作，其基础是建立在经验上的。前者是将问题快速分类，同时与主体知识库中的某些已知知识匹配，后者是按照固定的模式进行操作。其指向是具体问题本身，而不泛化到其他问题。目标是快速识别，快速操作，以提高效率。面对陌生问题则无“技”可施。

“能”是在问题解决过程中的自我把握和监控。使问题解决的主体尽快处在最有利的状态上，从不认识到认识，从不熟悉到熟悉，从不能把握到能够把握。其基础是建立在经验的内化上的。由于其指向是问题解决主体自身，而不是具体问题，故问题可以被泛化。其主要策略是迁移、类比、关联和归纳规律。其面对的更多的是陌生问题中的普遍现象。

“大学计算机”课程教学中关于“技”的知识点是显性的，而关于“能”的知识点是隐含的，没有教师的点化或激活，后者是难以被学习者内化的。同样，“大学计算机”课程中的工具属性是显而易见的，可操作的；而方法论属性则并不显见，不易操作，没有关键操作点。但是，规律蕴含于现象之中，二者不可以割裂，是包含关系，不是互斥关系，需要教与学有关的人，师与生去主动发现、积极探究。

3.批判性与继承性的统整

如前所述，方法论是在反思和批判方法的效用的基础上，归纳提炼出的原理。科学的发展经历了否定之否定的过程，库恩认为：科学发展是通过常规科学和科学革命的交替发展来实现的。科学革命则是范式的取代。新理论如果没有关于自然界信念的破坏性变化是很难兴起的[6]。

“大学计算机”课程经历了20多年的发展沿革，不断通过批判性更新着宗旨理念和知识结构。例如：第三届世界计算机大会提出“程序设计是第二文化”，形成了计算机课程观的文化性主题。第四届世界计算机大会则从实用主义出发给工具论以一定的地位。而近年来人们对计算机教育的方法论理解纠正了计算机课程工具论的狭隘观念。这正表明了计算机教育的生命力所在，在否定自我、批判自我中成长。“大学计算机”课程理念自始至终渗透着批判性思想和意识。

与此同时，我们还应当看到，批判性并非学科理念的最高境界。在指出原有理念思想的局限性的同时，不能不看到其有意义的一面。在建立新的范式的同时必定要保留原有范式中有意义、有价值的一面。看到原有范式中的意义和局限，即使认为是错误的概念，在新的条件、环境、价值观解释下成为有意义、有价值的，也可以将其统整到新的结构中。

后现代主义知识观认为：知识不是客观的、普遍的和中立的，而是具有文化取向、境遇取向和价值取向的[7]。知识传授作为“大学计算机”课程的第一职能必将反映知识的上述属性。例如：文化性与工具性同样来源于实践，二者有对立的一面，同样也有统一的一面。在现在的工具软件窗口中，图形用户界面的按钮、菜单、对话框部件，甚至鼠标指针的形态都是以图形或动画的形式表现。人们在实践中逐渐提炼出一种新的计算机操作语言——图形化语言。运用图形化语言可以快速解释软件窗口操作部件和提示信息的图形含义，比如“等待”、“单击”、“拖曳”和“旋转”等操作。图形化语言把程序本意还原成操作方法，把专业还原为通俗，既弱化了操作命令的记忆，又淡化了操作者的文化差异，同时还为操作者提供了足够的想象空间，成为人机交流语言，既是一种新型文化，又是一种操作规范[8]。因此了解计算机科学与技术在各个时期背景的不同取向，扬弃原有知识体系，继承其中方法论的灵魂，就可以从狭隘工具论束缚中解脱出来。

“大学计算机”课程基础教学的方法论取向是培养大学生综合素质和创新能力、培养复合型创新人才的核心思想方法。对课程及其教学的认识首先还是应当从人才培养目标出发，从人才培养规格模式出发。大学培养的人才是各个学科专业的高级专门人才，在掌握本学科的专业知识的基础上，还应掌握对本学科专业技能起促进作用的方法论知识，提高相关的研究素质。“大学计算机”课程要名副其实地完成这一使命，必须将方法论思想理念自始至终地贯穿于课程教学的各个环节中，而不是只贴一个标签。

参考文献：

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