计算机方面有关论文范文检索,与面向问题求解的计算机专业基础课程的重构与实践相关毕业论文开题报告

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文章编号：1672-5913（2013）20-0093-05

中图分类号：G642

摘 要：现行计算机学科专业基础教学中,课程体系以层次结构组织知识,教学模式以知识传授为主要目的,而能力培养却没有得到充分重视.文章介绍南京大学计算机科学与技术系近年来在此方面的教学改革,改革的基本内容包括在课程体系上以算法和平台为两条主线进行面向问题求解的基础课程重构,在教学过程中探索以“学生自学习+教师深入引导”为主的教学模式.

关 键 词：计算机专业；能力培养；基础课程；教学模式

0引言

计算机专业具有学科发展速度快、创新能力培养要求高、人才培养目标多样化的特点,这些特点对该专业人才培养尤其是本科生培养提出挑战.在这样的背景下,南京大学计算机科学与技术系教师在总结长期办学经验的基础上,创造性地提出“以问题求解为核心、以自我探索学习为手段,开展计算机专业人才创新能力培养”新思路.具体而言,针对现有专业基础课程“横向条状封装、纵向层次递进”导致的应用能力训练不够、学习目的性不强等问题,我们以计算机学科经典问题的分析及其求解为核心,纵向组织相关知识,重构传统的专业基础课程,将其融合为“问题求解”系列课程；在教学环节中,我们以“自我探索、深度引导、理论严谨、训练充分”为基本方法,强调研究性和自我探索性学习,培养学生的自学和自创新能力而不是单纯的知识接受和应用能力.

经过近10年的教学研究和5年的教学实践,我们取得了良好的教学效果,解决了计算机专业人才创新能力培养的核心价值是什么、什么样的课程体系可以更有效支持问题求解能力的培养以及什么样的教学方式能够促进学生创新能力的培养等问题.

1课程改革思路和目标定位

计算机科学与技术应用有一个贯穿始终的主线,那就是“分析问题→建立数学模型→建立计算模型（即算法设计和编程过程）→通过电路到器件、到CPU再到接口,形成硬件计算平台→通过操作系统、编译以及网络软件的叠加,形成支撑程序运行的计算平台→最终高效、正确地运行并得到结果”.这条主线可以用“计算机问题求解”概括.问题求解能力以及在解题过程中持续追求更优能力,是计算机专业人才的基本能力,但现行的计算机专业教学体系无论教学内容还是教学方式,在完成上述能力培养上均有待优化和改革.

在教学内容的组织上,现行计算机科学与技术专业基础课程基本上都是按照知识的性质如数学类、算法类、器件类等横向切割封装而成,而课程体系则是根据知识的递进关系设计为层次式结构并以综合设计或毕业设计为最后环节.在教学方式上,我们依然采用课堂讲授、课后练习、考试检查的传授型教学方式.这样的人才培养模式无形中造成了“知识传递重、能力培养轻”的现象：基础课程以知识点教学为主,同期开设的课程之间缺乏纵向关联,低年级学生被迫学习一.些“没有什么关联和用处”的基础知识,在进行课后练习时不能完成综合运用知识的任务；高年级阶段的综合设计或毕业设计环节主要培养学生能力,而基础课程则变为知识传递环节,在能力培养过程中的作用被轻视.因此,学生对基础课学习失去兴趣进而导致学习效果欠佳的现象较为普遍.

以问题抽象为核心的计算机算法设计能力和以平台支撑为核心的计算机系统设计能力是问题求解的两个关键.其中,传统的离散数学和数据结构不仅是算法设计的基础,而且是重要工具,以问题为核心重新组织上述内容的教学能够有效地“学以致用”；而系统设计则十分注重纵向贯穿软硬件的综合系统观.因此,我们在改革中打破课程原来的封装方式和层次递进模式,在基础课程中引入问题求解,兼顾基础知识学习的同时纵向优先,重构计算机专业基础课程体系,在算法设计和系统设计两个方面强化解题能力训练.

此外,.计算机专业发展速度相当快,涉及的领域非常多,跨领域学习能力和终身学习能力成为专业人才的必备能力,善于提出问题并有效组织知识体系以解决问题是创新能力的基本表现.自我学习和组织知识的能力对学生今后的发展很重要,对于刚从中学进入大学的学生尤其重要.

基于以上分析,我们制定计算机问题求解课程体系的指导思想：在课程内容上,围绕问题的纵向知识体系组织充分的实践训练是课程重构的两个重点；在教学环节上,学生的自我探索是“学”的主要手段,教师对学生的深度引导是“教”的主要方式.

2面向问题求解的专业基础课程体系重构

现行计算机专业基础课程在单独课程内容封装方面采用“横向条状分割”方式,在课程体系组织方面采用“纵向层次递进”方式.现行计算机专业基础课程如图1所示.

这种方式在知识传授方面表现良好,但是在能力培养方面却存在不足.为了在计算机专业人才培养方面兼顾知识传授并侧重能力培养,我们对计算机专业的主要基础课程及课程体系进行重构,力图以问题求解为核心,进一步将问题求解能力落实到“以问题抽象为核心的计算机算法设计能力”和“以平台支撑为核心的计算机系统设计能力”的培养上,构建一个新型课程体系.面向问题求解的计算机专业基础课程如图2所示.

1）计算思维引导.

计算思维引导课程教学的目的有两个：面向一年级新生进行计算机专业的职业引导以及通过具体案例分析解读计算机专业人才应该具有的计算思维是什么.大体的教学内容分为3部分：以持续追求更优算法为主线的算法设计思维引导；以持续追求全局观、系统观的平台设计思维引导；体现“计算机科学已经成为基础学科”的计算机专业职业引导和职业道德.课题设计原则上以具体的范例解读计算思维在计算机科学和技术中的体现,进而引导学生体会计算机工作者的思维方式.

具体内容包括：

第1讲：计算机如何利用简单规则的有序使用解决复杂问题.

第2讲：持续追求更优,计算机科学家的习惯和计算机工作者的习惯如何.

第3讲：计算如何被计算机支持―语言篇.第4讲：计算如何被计算机系统支持――经典平台篇.

第5讲：计算如何被计算机系统支持――现代平台篇.

第6讲：设计原则和方法体系――程序设计方法学.

第7讲：如何高效、高质量地生产软件系统――软件工程.

第8讲：简单的思想,巨大的突破――并行计算.

第9讲：计算的神话和现实――人工智能.

第10讲：计算机人的职业――专业篇.

第11讲：计算机人的职业――跨学科.

第12讲：滥用计算,后患无穷.

2）问题求解中的算法设计能力课程重构.

对与算法设计密切关联的计算机导论、离散数学、程序设计、数据结构和计算机算法设计与分析5门课程内容进行重构,变传统的“按内容性质横向划分”为“围绕问题的纵向组织”,如不再将计算机科学中涉及的离散数学知识单独组织为一门课程,而是依据问题相关性将其打散并分布到整个课程中.整个课程全面涵盖了计算机为什么能帮助我们解题、让计算机帮助我们解题需要什么样的数学基础、如何构建算法和组织数据以满足解题的需要、可以用什么方案设计出合适的算法、如何分析解题的结果和可能的期望等计算机专业能力培养的核心问题.

为了便于实施教学,我们设定算法设计课程体系由4个论域构成.（1）论域1：计算入门与数学证明.该论域主要帮助学生理解计算思维最核心的概念,了解计算的基本方法与局限,接受基本的形式化训练,掌握抽象数学证明的基本方法.（2）论域2：经典数据结构与算法.该论域主要帮助学生理解抽象数据,理解并应用常用的数据结构,掌握重要的算法设计策略以及算法设计与分析௚

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