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計算機科學研究方向范文1
關鍵詞：信息與計算科學；科技立項；科技競賽；實驗室開放項目
作者簡介：王恒友（1982-），男，安徽固鎮人，北京建筑大學理學院，講師；高雁飛（1971-），女，陜西西安人，北京建筑大學理學院，副教授。（北京 100044）
基金項目：本文系北京建筑大學2012年校級實踐教學專項基金項目（項目編號：J12-14）的研究成果。
中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0176-02
信息與計算科學專業是1998年國家教育部進行專業改革與調整后增設的新型復合專業，該專業是以信息技術、計算技術和運籌控制技術的數學基礎為研究對象的理科專業。由于其專業內涵寬泛，交叉性廣，自1999年以來，全國已有400多所高等院校注冊開辦信息與計算科學專業。然而由于辦學時間短、專業文化沉淀少、就業方向不夠明確等特點，僅有少數院校具有鮮明特色并逐漸成熟。
北京建筑大學是一所以“工”為主的學校，“立足首都，面向全國，依托建筑業，服務城市化”是北京建筑大學的辦學定位。結合北京建筑大學實際情況和信息與計算科學專業的培養目標，以著重培養學生的動手能力、實踐創新能力為根本，為了把北京建筑大學信息與計算科學專業辦成具有一定特色的專業，開展實驗室開放項目研究就顯得尤為重要。另外，實驗不僅在自然科學的發展中起著舉足輕重的作用，而且能激發學生的學習興趣，培養學生的綜合素質和創新能力。[1，2]全國很多高校都相繼研究開放實驗項目，較典型的有寧波大學、山東大學等。[3，4]
一、實驗項目的設立
以往每學年，北京建筑大學要求各實驗室設立一些開放實驗項目，并匯總在校最新公告與教務處網頁上公布，讓學生自愿選擇參加。雖然信息與計算科學專業沒有開設過這類開放實驗項目，但經調查發現，對于這種自愿性的活動，學生的主動性與積極性不高。究其原因在于：一是部分項目屬于驗證性或基礎性實驗，對于這類試驗，學生的興趣一般不大；二是對于研究型（包括設計型、創新型）實驗項目沒有可持續執行的項目實施辦法；三是開放實驗項目的研究成果沒有成熟的成果鑒定與獎勵等相應的鼓勵措施?；谏鲜鋈齻€原因，以學生科技立項、科技競賽為依托，嘗試設立科研小課題，把實驗作為科學探索的工具與手段，確定研究型開放實驗項目。
鑒于學生的知識結構與儲備、興趣愛好、就業方向等各不相同的特點，并結合專業特點，組織實驗室專業教師設立不同的小課題，如技術研發型、學術科研型等，并申報學校、北京市大學生科技立項。組織不同的科技小組，每個小組3到5人，并對科技立項、科技競賽的資金資助、獎勵辦法進行宣傳。僅以北京建筑大學2013年大學生科技立項、科技競賽情況為例，申請的科技立項小課題有“北京市二手住房價格趨勢模型分析”、“信息與計算科學專業網站設計與開發”、“網絡爬蟲軟件研究與改進”、“網絡論壇文本語義傾向性統計與分析”、“優化算法在圖像重構算法設計中的應用”；組織參加的科技競賽有“藍橋杯”全國軟件專業人才設計與創業大賽20人，“高教社杯”全國大學生數學建模競賽8組。以這些項目為依托，開設相應的開放實驗項目，這些開放實驗項目的實施不僅能提高學生的研究創新能力，還可以讓學生學到新的實驗知識，復習已學過的實驗內容，從而較全面地掌握專業領域的知識與技能。
二、實驗項目的實施
1.團隊組建
確立了開放實驗的項目后，團隊組建是實驗能否順利開展并取得良好效果的前提。沒有一個團結協助、努力克服一切困難的團隊則不可能順利完成項目。在組建團隊方面，堅持以尊重學生的個人意愿、自由組合為主，以教師根據實際情況進行適當調節為輔，確立組長負責制，由意志堅強，組織、活動、協調能力都較強的同學擔任組長。另外，為了保證每個人對項目投入的精力和專注程度，要求每人每年最多參加一個項目。
2.實驗項目規劃與分工
無論是學術研究型、技術開發型科技項目，還是科技競賽，都有一個很長的時間周期。如何合理安排時間，規劃好每個階段的任務，是開放實驗順利完成的重要保證。另外，需要根據每個人的能力分配相應的任務，并進行階段性的總結與小組討論，研究下一階段的任務及目標。
每個階段實驗前，向學生強調每個同學的實驗研究模塊是小課題不可缺少的內容，每個同學的實驗研究成果是小課題成果的重要組成部分，甚至影響到課題成果的分析與總結。
3.指導教師全面掌控
在一般的實驗中，教師基本會把實驗內容、任務、方案都告訴學生，而且實驗任務相對簡單，教師可以在課堂上把實驗基本要點都講解給學生，學生也都能很順利完成實驗。但在開放性實驗項目中，很多內容是未知的，是沒有現成的答案和結果的，需要學生自己去探索。由于學生知識與視野的局限性，還不能從大局上把握實驗項目，這就要求教師要對學生進行宏觀的把握和引導。教師要根據具體的實驗項目，指定整體的方案，盡量把整個實驗項目進行任務細化，細化成一個一個的小實驗（只有任務，沒有具體的操作方法或實驗方案），且要使學生能通過自己的努力查閱文獻等。
從時間付出方面，要求教師每周不少于一定學時的實驗指導，以確保學生實驗時認真投入，避免只有形式、沒有內容，并從中發現問題，給予及時解決。
4.實驗過程
不同的實驗項目，經歷的時間段也不相同。一般的科技立項的實驗項目，從春季學期開始到年底結束。學生科技競賽的時間段，也是根據賽事的時間來安排。如：“藍橋杯”全國軟件專業人才設計與創業大賽是在每年的5月份進行賽區選拔賽，7月份進行全國總決賽，相應的實驗開放項目是從3月份開始到6月底結束。“高教社杯”全國大學生數學建模競賽是在每年9月份舉行，所以實驗開發項目也是從3月份開始到9月份競賽結束。
由于開放實驗室是8：00～21：30點開放，被批準進入的學生在此后的項目時間周期內的每一天的該時間段都可以使用實驗室。學生在開放實驗室中擁有專用的實驗桌及計算機。在暑假里，一般會統一安排一部分時間讓同學們在實驗室中做實驗。正常上課期間主要是利用課余時間和雙休日做實驗。學生在開放實驗室中所做的一切（包括實驗內容、實驗時間和實驗方式）都是自主的，很多問題需要自己獨立查資料、獨立解決。
當然，開放實驗是學生在所有學習環節中最自主也是最具挑戰性的實驗。很多任務沒有書本知識可以照搬，有的問題甚至沒有固定的答案。特別是研究型的課題，更需要學生深入到學科前沿領域。通過對這些問題的研究，可以了解哪些知識是自己以后工作或學習中必須要掌握的，哪些技能是必須要加強的。
5.項目報告
在很多項目成員看來，撰寫項目報告相對于每個具體的實驗任務要簡單。然而在撰寫報告時才發現，事實并非如此。根據小組的一系列實驗，撰寫出一份全面而深入的報告要比單個實驗要困難的多。撰寫報告不僅考驗項目組成員對項目的全面的認識程度，更體現了文筆的水平。由于信息與計算科學專業學生都是理科學生，也沒有寫過項目報告的經驗，很多都是不知該如何寫，有的組寫出來的報告甚至不能體現項目的實際情況。僅以2013年“北京市二手住房價格趨勢模型分析”項目為例，項目組成員前期各項數據收集、預處理、分析都非常好，但寫出來的項目總結報告與要求差距很大，從一開始涵蓋格式、語句、內容形式修改到最后定稿，經過了近十次修改。也正是經過這樣反復的修改過程，讓同學們對項目有更全面、深入的認識，撰寫報告的技能也有了很大提高。
三、資金資助與激勵措施
北京建筑大學對學生科技立項資助、科技競賽的獎勵有一定的辦法。特別是自2011年以來，北京建筑大學加大了對該方面的獎勵。北京市學生科技立項科技類的資助為1萬元，這方面的資助金由學生支配，指導教師把關?？萍几傎惈@獎獎勵教師辦法：市級三等獎2000元、市級二等獎5000元、市級一等獎10000元；國家級二等獎15000元、國家級一等獎20000元。自2012年開始，信息與計算科學專業為了鼓勵學生參賽、參加科技立項活動，調動學生的積極性，對學校獎勵政策進行了調整，即以上所有獎勵辦法按照團隊獎勵，團隊里的教師和每個學生是平等的，把所有獎勵按人進行平均分配。另外，學生還可以享受因獲獎申請學校獎學金的政策。這樣可以充分調動學生參與科技競賽、科技立項的積極性，設立的開放實驗項目受到了更多學生的青睞。僅以全國高教杯大學生數學建模競賽為例，以往每年參賽6支隊伍一般只有1組獲北京賽區獎，2012年參賽的6支隊伍有5支隊獲獎，其中全國二等獎1項，北京賽區一等獎1項，北京賽區二等獎三項。
四、開放實驗項目總結
2012～2013學年開放實驗項目取得了較好的效果，目前所有在研項目的進展都比較順利，已經結束的競賽類開放項目也取得了比較好的效果，特別是“藍橋杯”全國軟件專業人才設計與創業大賽，參賽的20名同學有18人分別獲得北京賽區一、二、三等獎，并有1名同學獲得了全國二等獎。參加“高教社杯”全國大學生數學建模競賽的8支隊伍，雖然目前評比結果還沒出來，但從比賽過程來看，要比以往效果更好。
五、總結與展望
實驗室開放項目對專業發展具有重要的推動作用，取得的成果是檢驗專業建設與發展的有力指標之一。相信教師的辛勤付出，同學們的熱情投入，定會使開放實驗項目開展的更好。為了使學生受益、教師得到發展，還要努力探索，并結合北京建筑大學建筑特色，把北京建筑大學信息與計算科學專業辦成具有鮮明特色且逐漸成熟的專業。
參考文獻：
[1]鄭清潔，鄒正盛.研究型開放實驗項目的教學探索[J].中國電力教育，2012，（8）：99-100.
[2]洪濤，錢曉耀，楊其華.創新開放實驗項目管理方法研究[J].高等工程教育研究，2009，（3）：141-144.
計算機科學研究方向范文2
充滿歡樂和喜悅的奮斗之路
姚期智祖籍是湖北省孝感市孝昌縣，1946年12月24日圣誕夜出生于上海。像很多有志的學生一樣，因為受到楊振寧、李政道獲得諾貝爾物理學獎的鼓勵，當他填寫大學所學專業時，選擇了物理學。當然這并不是他出于對物理學真正地了解。后來，當他開始接觸到相對論和量子學，了解了其中的意義的時候，對物理學才有了猶如醍醐灌頂的感受。姚期智雖然是學理工科學的，但對文學的喜愛卻一直沒有放棄過，文學使他學會如何更好地與人溝通。1967年他獲得臺灣大學物理學士學位以后，當年就進了哈佛大學，成為著名物理學家格拉肖（Sheldon Lee Glashow，1979年諾貝爾物理學獎得主）的研究生，開始了自己的物理世界探索之旅，并順利地在1972年獲得物理學博士學位。
1970年，中國同學會組織哈佛大學男生與麻省理工學院女生野餐。正是在這次野餐中，姚期智認識了在麻省理工學院學習計算機的女學生儲楓。她的端莊的淑女風度，立即打動了姚期智的心。儲楓也同樣喜歡這位儒雅、帥氣而又富有幽默感的姚期智。姚期智決定與儲楓約會，第一次約會他們去了歌舞劇院看芭蕾舞劇《天鵝湖》。認識一年之后，在1971年他們就走進了婚姻的殿堂。日后，姚期智驕傲地說：“‘圖靈獎’和儲楓，是我此生的最愛。”
結婚之后，儲楓建議姚期智轉行研究計算機，姚期智覺得她的建議很有道理。他在回憶中曾經說：“就能力和性格而言，我更適合搞計算機。物理看重直覺，你必須推想出問題的正確答案，求證也許不嚴格。可數學，包括計算機，最重要的是你必須用嚴密的數學推理來證明這個答案。我發現自己的論證能力在計算機領域更合適?！?/p>
1973年，26歲的姚期智做出了一生中的一個重要決定：放棄苦心鉆研多年的物理學，轉而投向方興未艾的計算機技術。他選擇了以計算機聞名的伊利諾伊大學計算機系，再次攻讀博士學位。1975年，他獲得計算機的博士學位。姚期智和儲楓，有愛情的甜蜜，更有著共同的志趣和共同的事業，難怪有人說他們夫妻開的是學術“夫妻店”。
信息技術極大地改變著社會生活，同時它又涉及如何保密的問題。因為即使只有兩人之間的聯系，而且即使使用只有雙方通曉的暗語，也存在泄密的可能。信息的安全，是姚期智研究的重要方向，后來他在這方面取得了舉世矚目的成就。
如果他沒有轉行而繼續留在物理學的世界里，很有可能他不會獲得如此大的成就。
在計算機領域里游刃有余，碩果累累
姚期智在學術領域里研究范圍非常寬廣，不斷向數據組織、基于復雜性的偽隨機數生成理論、密碼學、通信復雜性乃至量子通信和計算等多個尖端科研領域發起沖擊。早在上世紀70年代末以前，密碼學尚屬政府研究范疇，隨著社會的發展，人們感到密碼學在未來商業行為中會越來越頻繁地使用。怎樣在通信上使用一種保密的方法？怎樣用計算理論解決密碼學上的問題？這成為當時誕生的一個新的研究領域。姚期智就是從那個時候開始做這方面的研究工作的。
事實上，他在計算機極其廣泛的領域里都做出了巨大而獨到的貢獻。他所發表的近百篇學術論文，幾乎涵蓋了計算復雜性的所有方面?，F在姚期智已經成為計算機理論方面國際上公認的最拔尖的學者、世界級大師。
變化迅猛的計算機進展，其變化之迅速簡直使人目不暇接，一般人會在這樣迅猛變化的面前不知所措，慌了手腳，但姚期智卻反而對此驚喜不已。他說：“做研究的人也是不同的，每個人做事的方式也不一樣。我比較喜歡新奇的東西，有新的方向我就喜歡去看一看，試一試?！薄拔蚁矚g做這類事情，怎樣把一個東西變成一個問題，然后再去解決它。”
他還認為：集中精力攻自己喜愛的方向，才可能在那個方向上獲得經驗和直覺。這樣你在某一段時間里可能會非常專注于自己研究的領域，而沒有時間兼顧其他。姚期智認為，這沒有什么關系，研究本身就會帶你走出困境：
“年輕的時候我認為我現在做的東西是世界上最重要的，別的事情都不值得做。從某種意義上講這也是一件好事，你認為有意義，你才會有那么大的興趣和那么大的投入。當你在你的領域研究鉆研得比較深了以后，慢慢地你的視野會比較大一點，你會知道你的研究在世界上充當一個怎樣的角色。你會覺得自己所取得的成就，只是在這個世界上做出了一點小小的貢獻?！?/p>
姚期智還有一個重要的體會是，閱讀是緩解壓力的主要手段之一。讓他感到驚喜的是，這種隨便翻一翻的閱讀方式，對他的研究視野產生了重要影響。
細節決定成敗——對待科學研究也是如此
如何對待挫折和失敗，是研究工作中一件非常重要的事情。因為處理不好，就會退縮，或者繼續蠻干，這樣的話結果就只可能是徹底失敗。姚期智的經驗是：最開始不知道做不成功是由于自己太笨，還是因為問題太難。當自己一再失敗的時候，他會問自己還會不會做出成功的事情來。過一兩年他會對自己有所了解，有所了解以后會比較容易一點……每一個人由于性格不同，選擇問題和處理問題的方法也會不太一樣。他的原則是在選擇課題的時候，不能選擇超過自己能力太大的課題，不能野心太大，要量力而行，但也不要選擇太容易的問題，最好選擇比自己的能力稍稍高一點的問題進行研究。當自己的能力得到培養以后，再選擇更難一點的課題進行研究。
姚期智說：剛開始他寫很多文章，看到的問題他都想去解決它。后來就比較聰明一點，選擇比較難一點的問題進行研究，寫的文章也會慢慢少一點。因為一開始要培養自己的能力的話，就要多做一些事情，等能力夠了以后，才有資格選擇比較重要的事情去做。他的這種性格有助于增強自己的自信心，挖掘自己的潛能，也容易成功。
始終在著名大學執教的姚期智，不僅堅守著自己的成功理念，而且還把這種理念直接引入到培養學生的實際教育中。了解他的同事都知道，他帶研究生的時候，常常先出些題目給學生試一試，看學生對問題的興趣和解決問題的能力，了解他們的數學根底，看他們對自己的指導是否適應，然后采取最合適的方式培養他們。
他還認為，學生能夠積極主動，有很強的獲得成就的欲望和動機是最重要的。學生必須對自己的研究有真正的興趣。他常說：“我們這個研究領域比較像數學，要有很大的興趣才能做出成就來，像做家庭作業一樣的方式是做不出成就的?！?/p>
主持“清華大學理論計算機科學研究中心”
作為在國際一流大學長期任教的教授以及在計算機理論領域享有世界聲譽的學者，姚期智教授很快就出任清華大學“信息科學與技術國家實驗室”學術委員會主任和首席科學家，立即承擔起建設世界一流的清華大學信息科學的重任，組織籌建國家實驗室。
眾所周知，要想建立一流的實驗室，必須邀請國內外知名學者、大師來清華工作，并為教師和學生作學術報告。姚期智的歸來一下子就帶進了一個開始是6人、后來迅即增至10人的“講席教授組”，他們都是國際上算法和復雜性領域最出色的華人學者。
伴隨著姚期智的歸來，清華計算機學科國際交流的頻率和層次都達到了一個新的高度。2006年，清華計算機系有3篇論文入選理論計算機科學領域最頂級學術會議 FOCS（Symposium on Foundation of Computing Science），不僅實現了國內學者在該會議上“零的突破”，而且入選篇數超過了美國計算機科學領域的“超一流”伯克利大學。更令人振奮的是， 當年24歲的博士生陳汐與來自香港城市大學的講席教授鄧小鐵合作，出色地解決了理論計算機科學的著名難題——“二人博弈中納什均衡點的復雜性問題”，并因此獲得2006年度FOCS最佳論文獎。
這一年，姚期智的團隊還為國內計算機學者填補了在《美國科學院院刊》上發文的空白。
姚期智的到來，不僅為清華師生提供了與國際一流學者交流的寶貴機會，更是大大提升了學術講座的水平，豐富了學院的學術氣氛。每一次只要是大師的講座，許多慕名而來的學生就會把整個講堂擠得水泄不通，而精彩的講演也讓清華學子們真正領略到了大師們的風采。
姚期智還經常告訴學生，當今的中國正迎來史無前例的最好時代，有非凡的事業等待年輕的學子去實踐。他勉勵莘莘學子珍惜優越的環境資源，投身把清華大學建設成世界一流大學的偉大事業中。
2007年3月29日，清華大學在姚期智的努力下成立了“清華大學理論計算機科學研究中心”（Institute for Theoretical Computer Science，ITCS）。
中心成立半月之后的4月16日～19日，理論計算機科學研究中心成功主辦了“第十屆國際公鑰密碼學會議”，來自世界15個國家的學者參會，姚期智擔任大會主席。這是國際密碼學研究領域和理論計算機研究方向的世界級盛會，首次在中國召開，又恰逢該會議的十周年慶典，可謂意義深遠。由于有姚期智的威望和信譽，理論計算機科學研究中心（ITCS）成立以后迎來了眾多的世界著名學者來訪。僅2007年5月，國外學者的訪問日程就已經安排到了12月31日。美國兩院院士、1985年“圖靈獎”得主理查德·卡普（Richard Karp，1935—），2002年“圖靈獎”得主、著名密碼學家阿迪·薩默爾（Adi Shamir，1952—）……都先后出現在ITCS的訪問學者名單上。
姚期智回國后兩年半，不僅顯著改變了中國理論計算機領域的研究面貌和學術水平，也在廣大華人學者和學生中產生了潛移默化的影響。
講席教授滕尚華注意到，現在有很多中國留學生回到北京，參加微軟亞洲研究院理論組的招聘面試，這在10年前是不可想象的。至于他自己，以前回國往往只呆一周左右的時間，現在有了姚期智的理論計算機科學研究中心，他每次都會在北京呆大半個月甚至更久。他感覺到在姚期智的影響下，北京正逐漸成為理論計算機科學的中心城市之一。
講席教授組成員、香港城市大學鄧小鐵教授這樣評價姚期智的歸來：
清華請來姚先生，同時也帶回了他在這個領域的影響力。從那以后，有很多知名科學家造訪清華……一些頂尖的計算機科學家說，只要姚先生在這里工作，清華將會有越來越多有天分的學生進入理論計算機科學領域，并成為這一領域有影響力的人物。
如何完善世界一流計算機學科建設的整體規劃，如何吸引并留住一批頂尖人才、一個優秀團隊，在中國共同建設一流的計算機學科，是姚期智目前最關心的問題。他始終堅信：能夠為中國的高等教育、為中國的科學發展出力，非常值得。
“天然的感情聯系”
軟件科學實驗班的每堂課都是姚期智精心設計的。每次上課，姚期智都會選擇生動典型的實例，把學生引入到最根本的理論問題中。從清華到王府井怎么走路程最短？男女生如何選擇約會對象成功率最高？教學樓里的自動售貨機如何付款最劃算？……這些貼近學生生活的例子，大大激發了學生們的興趣和求知欲。
有一次，姚期智在課堂上“懸賞”出題，承諾請25分鐘內解出答案者到“必勝客”吃飯。令他沒有想到和驚喜的是，90%的學生都在規定時間內得出了正確的解答。姚期智信守承諾，按人數叫來近百份外賣，獎勵了每位答對的學生。那天姚期智特別高興，甚至半開玩笑地問學生：“你們以前有沒有遇到過像我這么好的老師？”
在姚期智眼中，這一群學生是那么聰明可愛。但姚期智并沒有因為這種特別的鐘愛而放松對學生的嚴格要求。恰恰相反，他的課是出了名的容量大、習題多，所有作業必須以英文完成，而且要用專門的科學論文排版軟件LaTeX來寫。
除了指導本科生的畢業設計和帶博士生做研究以外，他每周還要為本科生講4小時的課。這是姚期智為自己定下的工作量。而他在普林斯頓大學任教時，每年只不過按照慣例為本科生和研究生各上一學期的課。他這種不辭辛勞的精神，明顯地顯示出他對清華本科生所寄予的厚望。2006年春天著手創辦軟件科學實驗班時，姚期智明確表示：
我們的目標并不是培養普通的計算機軟件程序員，而是培養具有國際水平的一流計算機人才。
姚期智與微軟亞洲研究院沈向洋院長一起探討，為軟件科學實驗班制定培養方案，編寫教學計劃。按照這個計劃，8門高水平核心課程分別由姚期智等知名教授和來自微軟亞洲研究院的高級研究人員承擔，其中由姚期智親自主講的《理論計算機科學》是國內首次開設的計算機理論課程。
8門核心課程中，有4門課程由微軟亞洲研究院的高層研究人員講授，他們將最新的科研進展和課題引進教學。2006年秋，來自微軟的教員竟然講到了當時還未在中國上市的Vista操作系統。那時，很多講授類似課程的教師，都還無法獲得任何有關Vista的具體資料。
培養方案將大四整整一年設置為實踐教育和研究訓練時間，地點在微軟等國際知名的大IT公司，采用雙導師制，以保證教學的規范性和工程實踐的先進性。姚期智說：
我們要多為學生提供增加基礎理論知識的機會，同時也要不斷豐富他們將理論用到實際方面的經驗。唯有具備深厚的理論基礎和主動學習的能力，他們才能適應未來的工作環境。
計算機科學研究方向范文3
關鍵詞：計算機科學與技術；實踐教學體系；規范措施
中圖分類號：TP3-4
計算機科學與技術專業是一門以技術為主，以培養社會所需的計算機應用型人才為教學目標的專業，極為重視實踐教學。其中，實驗教學體系指的是以培養專業性的人才為目標，以理論教學為指導，通過設置專業課程以及配置各個實踐教學環節而建立起的一套內容體系。實驗教學課程主要包括教學實習、科技訓練、社會實踐等多種形式，在實踐教學過程中，教師應當注重學生科學研究及社會實踐等多項能力的訓練和培養。
1 計算機科學與技術專業實踐教學體系的構建原則
各高校為了培養出具備高素質、高技能的計算機應用型人才，就要構建一套以激發學生創新意識、提高其實踐能力的富有特色的計算機科學與技術專業實踐教學體系。為了實現實踐教學資源的優化配置，充分發揮出實踐教學的優勢，在構建其教學體系的過程中，需要滿足目標性、實踐性、層次性、規范性等原則[1]。
（1）目標性指的是在構建實踐教學體系的過程中，必須充分考慮到專業知識及職業技能要求，從而提出具體的實踐教學目標；（2）實踐性是指構建的實踐教學體系必須具備一定的實踐性和科學性，滿足各項操作需求；（3）層次性指的是為了使得學生的實踐能力得到循序漸進的發展，因而分層次、分階段地將實踐教學進行逐步的深化；（4）規范性則是指是實踐教學體系必須與學校的人才培養計劃相適應，規范其教學內容和形式。下圖1為計算機科學與技術各專業實踐教學體系：
圖1 計算機科學與技術各專業實踐教學體系
2 計算機科學與技術專業實踐教學體系中存在的問題
2.1 實踐課程的設置缺乏合理性。由于我國部分高等院校的課程時間短，學科結束匆忙，因而在設置相關課程時，常常會缺乏必要的科學性與規范性。目前，學校現存的一些培養方案已遠不能滿足新形勢次下，高等教育理念的要求與社會對人才的實際需求。
2.2 實踐教學內容與形式落后。我國大多院校存在實驗教學內容與形式落后的現象。在教學內容上，嚴重脫離了社會的實際需求，依然停留在傳統的陳舊內容層面，缺少必要的與時俱進；在教學形式上，未能科學合理地安排各項實踐課程，教學模式落后，存在一定的隨意性。這些做法均嚴重影響了學校實踐教學的質量。
2.3 學校的實驗設備不足。一些高等院校由于不夠重視實踐教學，再加上缺乏必要的教學經費，因此經常出現實驗室不夠不足以及設備無法滿足企業實際發展需求的現象。由于計算機科學與技術專業有著極高的硬件要求，倘若學校實驗條件落后，那么便會對實踐教學質量造成嚴重的影響。
2.4 師資力量缺乏。隨著高校不斷擴展，計算機專業的教師已無法滿足日益增多的學生的教學需求。此外，由于學校的待遇較低，很難留住高素質的計算機專業教師，再加上分配制度缺乏一定的公平性和合理性，導致學校嚴重缺乏實踐教師與相關的技術人才[2]。
3 加強計算機科學與技術專業實踐教學的規范措施
3.1 改進計算機科學與技術專業的培養方案。隨著我國現代化社會主義建設進程的不斷加快，對計算機行業的人才也提出了更高的要求，其不但需要掌握理論知識和技術維護、編程等專業技能，更需要具備強有力的創新能力。因此，各高校首先應當明確計算機科學與技術專業與高等職業教育的本質區別，防止出現職業化的教育傾向；此外，根據社會市場的實際需求，制定出結合理論與實踐的計算機人才培養方案，科學合理地選擇實踐教學的內容和課程，以培養知識、素質與能力全面發展的計算機人才為培養目標。完善課程體系框架是計算機科學與技術專業實踐體系最為重要的方面。下圖2為計算機課程體系框架：
圖2 課程體系框架
3.2 加大獨立的實踐教學體系的構建力度。實踐教學的開展在驗證各項教學理論的同時，有效促進了學生綜合素質、創新能力的提高。其中，課內實踐教學與課外實踐活動為實踐教學體系的兩個主要內容。為實現應用型人才的培養目標，高等院校不但需要為學生建立充足的校內實踐平臺和基地，同時還要建立一定數量的校外實習基地，從而為學生分析、解決問題的能力和動手操作能力提供足夠的鍛煉機會，從而為其在將來激烈的市場競爭中打下扎實的基礎。課程體系創新能夠實現實踐教學體系的完善。圖3為“崗位+拓展”模塊課程體系的基本結構：
圖3 “崗位+拓展”模塊課程體系的基本結構
3.3 更新學校的實驗儀器設備。計算機科學與技術專業的實踐教學不但需要設定相應的實驗課程，而且還需用到相關的儀器設備。目前，隨著社會建設的不斷發展和科技的顯著進步，企業實際運用的設備與學校實踐教學的儀器設備具有一定的差距。因此，各高校在購置儀器設備時，需以社會實際需求出發，充分借鑒國外先進的技術，挑選符合工業實際要求的設備。學校為培養出高素質的應用型計算機人才，就要建立并完善體現出現代技術理論的校內實訓中心和相關實驗室[3]。
3.4 加強學校師資力量的建設。在實踐教學過程中，教師起著重要的引導作用。學校可以安排教師到優秀的企業單位中進行實地學習，在親身實踐過程中，教師便能夠充分了解企業對人才的各項要求，從而制定出相應的實踐方案，培養出社會所需的人才類型。此外，學校還可邀請資深專家和企業優秀人才來學校進行學術交流，從而建立一支高素質、高能力的教師隊伍，使學校適應新形勢下的社會需求。
4 結束語
綜上可知，作為對實踐要求較高的計算機科學與技術專業，建立一套科學合理的實踐教學體系尤為關鍵。規范的實踐教學，能有效促進學生實踐能力、問題的解決能力以及創新能力的提升，為學校培養全面發展的高素質計算機應用型人才做出了巨大的貢獻。
參考文獻：
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[3]張輝宜，吳光龍.計算機科學與技術專業實踐教學體系的研究[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2011（22）：114-115.
計算機科學研究方向范文4
關鍵詞:人才培養;產學研一體;研究性學習;校企合作;多學科融合
近年來,計算機學科自身的內涵、外延和發展的動力與源泉都已經發生了重大的變化。計算機在不同領域中的創新技術與工程應用已經成了計算機學科發展的重要源泉,計算機學科的知識體系也逐漸呈現學科融合的趨勢,人才國際化競爭趨勢越來越明顯。針對這些變化,浙江大學計算機學院根據自身長期積累的教學基礎和在技術與工程應用研究方面的優勢,在人才培養模式上銳意改革,建立了以工程型、復合型、國際化為特色的產學研一體的人才培養體系。
多年來,浙江大學計算機學院利用自身的學科研究特色,針對具有國際競爭力的復合型工程人才培養需求,整合計算機、軟件工程、數字媒體技術、工業設計(信息產品設計方向) 4個專業的資源,圍繞“知識、能力、素質”的培養目標,以能力培養為導向,以精品課程推動課程群建設,并以課程建設為基礎[1-2],構建了多層次的工程實踐能力培養體系[3]、多方位的國際交流能力培養體系、多學科融合的人才培養知識體系,在計算機類工程型、復合型、國際化人才培養模式的探索和實踐方面取得了顯著成效[4]。
1建立多層次的工程實踐能力培養體系
長期以來,浙江大學計算機學院以課程建設為基礎、產學研合作為平臺,積極探索教學科研互動、校企互動、課內外互動的實踐教學模式,針對工程實踐能力培養的不同階段,建立了基礎實踐、工程方法實踐和創新體驗等多層次的實踐教學體系。
1) 引導研究性學習,以課程綜合型實驗為基礎,培養學生基礎實踐能力。
在本科專業基礎和專業課程教學中,大力推行課程設計(俗稱大作業Project),通過團隊式合作、研究式分析、工程化設計完成較大型的系統或軟件的設計題目。課程設計也為教師提供了一種從科研中提煉綜合性、設計性實踐內容,將科研成果轉換為教學內容的有效途徑。
目前我們已在80% 的專業基礎和專業課程中設置了課程設計教學環節,如在3門國家精品課程中分別開設不同類型的綜合實驗:“操作系統”――Linux系統分析、“軟件工程”――典型金融軟件設計、“程序設計基礎”――趣味游戲設計。在實施課程大作業十
作者簡介:陳剛(1973-),男,教授,博士研究生,浙江大學計算機科學與技術學院副院長,研究方向為計算機軟件;何欽銘(1965-),男,教授,博士研究生,研究方向為計算機應用;陳越(1967-),女,教授,博士研究生,研究方向為計算機軟件;陳麗(1970-),女,副研究員,碩士研究生,研究方向為高教管理。
多年經驗的基礎上,組織編寫了國內第一套涵蓋13門計算機專業基礎課程和計算機專業課程的課程設計系列教材。
2) 加強校企合作,將主流技術和工程方法引入教學實踐中,培養學生的工程方法實踐能力。
我們與企業建立戰略技術聯盟,與知名企業合作,包括:共建專業方向和模塊課程、聘請企業教師授課、共同指導畢業設計和學位論文、共建工程訓練教學基地等,將主流技術和工程方法引入教學實踐中。在課堂上組織學生對若干相關熱點問題進行研討,作正式的技術報告,將項目實踐引入課堂教學,鼓勵學生將最新的科學研究成果進行技術化、工程化。讓學生在接觸學科前沿、體驗新技術的同時,培養科學實踐能力和動手能力。目前有9門課程獲教育部-微軟(IBM、Intel、SUN)精品課程,其中嵌入式系統、軟件工程、并行計算與多核程序設計3門課程獲國家精品課程。
我校已經與浙大網新和美國道富銀行共建了金融信息技術方向的課程體系,與阿里巴巴公司共建了電子服務技術方向的課程體系等。開設項目實訓課程10個左右,同時與Intel、微軟、IBM、網易、網新、道富等著名國內外IT企業建立了穩定的企業實習基地30多家。
3) 以學科競賽和科研訓練為手段,激發學生自主創新興趣,培養其創新實踐意識。
我校通過豐富多彩的課外實踐活動,探索課內外互動的實踐機制,加強對學生創新意識的培養,主要包括鼓勵學生參與科技競賽、科研訓練和創新俱樂部(社團)活動等。
一年一度的“浙江大學學生電腦節”已舉辦,每一屆電腦節直接參與學生人數均達到2000余人次,成為浙大最有影響力的學生科技活動之一。學院還積極組織學生參與各類國際競賽,包括ACM大學生程序設計競賽、國際頂級設計大賽等,并頻頻獲獎。近5年共有100多位學生獲省級以上各類競賽獎,其中國際大獎50多項;利用學校的大學生科研訓練計劃(SRTP)和自主設立支持的SRTP項目,使SRTP的學生參與面達90%;先后創建了IBM技術俱樂部、Intel技術俱樂部、騰訊創新俱樂部等近10個與專業技術相關的創新型學術俱樂部,成員超過500人。
4) 以高水平的工程技術研究中心和重大項目為平臺,培養學生的工程創新研究能力。
我校將高水平的工程技術中心作為工程型人才培養的重要基地,并結合近年承擔的面向國家產業發展需求的重大工程技術性項目,吸引一批高年級的本科生進入工程技術型研究基地和課題組,從事高水平的工程技術創新研究工作。
現有的工程技術研究中心有:道富技術中心(金融軟件)、嵌入式系統教育部工程研究中心、計算機輔助產品創新設計教育部工程研究中心、視覺感知教育部-微軟重點實驗室等,每年吸收本科生150位以上。其中,道富技術中心幾乎參與了美國道富銀行所有的核心金融系統研發項目,成為國際化金融信息人才培養的重要平臺,也是吸納畢業生就業的大戶。
2建設全方位的國際交流能力培養體系
我校以雙語課程建設為基礎,大力推行全英語教學,通過營造國際化教學語言環境、拓展國際交流與合作、引進國際師資等方式,構建多方位的國際交流能力培養體系,提升國際化教學的質量。
1) 推進雙語教學,營造國際化教學語言環境,培養國際化交流基礎。
大力推動雙語教學,開展全英文教學,為本校學生和國際生源創造必要的國際化教學語言環境。
目前,我們有46門本科專業課程采用英文教材并實施雙語教學,開設了全英文雙語教學課程共27門,其中數據結構、計算機網絡兩門課程獲國家雙語示范課程;另外我們還聘請外籍英語教師為學生開設高級英文寫作、高級英語口語等實用語言課程。
2) 拓展國際交流與合作,提高學生的跨文化國際交流能力,探索國際合作教學的新模式。
通過形式多樣的海外高校短期交流、中加雙學位項目等,加強學生跨文化國際交流能力的培養,在課程體系建設、課程內容建設、海外師資隊伍的聘任和教師國際交流等方面全面提升國際化教學的質量。
目前,我院已與加拿大、法國、愛爾蘭、荷蘭、新加坡、日本、德國、瑞士、瑞典、澳大利亞等地的19所高校實施本科學生交流。全部項目每年涉及本科生約100余名,達到單屆學生總人數的25%。
2005年開始我院與加拿大西門菲莎大學(Simon Fraser University,簡稱SFU)合作,啟動了中外學生共同參加的雙向“2+2”計算機本科雙學位項目,不僅在培養方案上融合兩所優秀高校的特色,而且在雙方教師的互派、兩國學生的融合教育方面創立了新的模式。接下去,將繼續探索研究生雙學位項目,發揮兩校優勢,積極組建國際化團隊聯合培養研究生。
3) 引進國際師資,拓展國際生源,建設具有國際吸引力的人才培養環境。
我院聘請了一批國際知名大學的學者和國際著名IT公司的高級技術人員參與課程教學,并積極拓展國際生源,形成了具有吸引力的國際化人才培養環境。
近五年來,我院邀請了24位外籍專家學者講授本科專業課程32門次,接受來自加拿大、美國、法國、愛爾蘭、澳大利亞、新加坡等國留學本科生89人(其中2009年接受22人),分別在我院進行課程學習、工程實踐、畢業設計等專業訓練,其中33人為攻讀本科學位的全日制學生。
3創建多學科融合的人才培養知識體系
根據計算機學科交叉融合的發展趨勢和社會需求,我院發揮學科研究優勢,以計算機技術課程為核心,課程叉為基礎,創建了多學科融合的人才培養知識體系。
在專業建設中,我院突出學科交叉融合的特色,催生了新的交叉學科研究方向,實現了教學與科研的良好互動。
1) 以“寬、專、交”的知識體系為目標,建立融合多學科知識的模塊化課程群。
圍繞“寬、專、交”的目標,我院整合計算機、軟件工程、數字媒體、工業設計(信息產品設計方向)4個本科專業的教學內容,并通過模塊化的課程群和交叉課程實現多學科知識體系的融合。
軟件工程專業以計算機核心技術為基礎融合了軟件工程方法、金融信息技術、軟件開發技術、電子服務工程等;數字媒體技術專業以計算機核心技術為基礎融合了多媒體技術、藝術設計等;工業設計專業(信息產品設計方向)[5]以設計方法與技術為基礎融合概念創新設計和計算機嵌入式系統技術等;計算機科學與技術專業則圍繞系統設計與分析的培養目標,融合數字媒體、金融信息技術、人機交互設計等多個應用領域方向。
目前,浙江大學計算機學院共建設完成12個課程群,所有課程群均涉及2個以上專業,如圖1所示。2門學科交叉型課程獲國家精品課程為計算機輔助工業設計、(信息產品)整合與創新設計。
圖1以計算機技術為核心的多學科融合知識體系
2) 發揮學科研究優勢,突出專業建設特色,催生學科研究新方向。
我院工業設計專業是國內唯一一家設立于計算機學科內部的該專業,已形成了“工業設計+嵌入式系統+機電一體化”的復合型人才培養特色,培養了一批信息產品創新設計人才并形成了富有優勢的信息產品創新設計研究方向。軟件工程專業則依托學科在工程技術研究方面的優勢,在金融信息學培養方向上具有很強的特色,形成了金融軟件系統優勢學科研究方向;并充分利用我校在計算機圖形學和多媒體技術研究方面的優勢設立了國內第一家數字媒體技術專業。
目前所有3個拓展專業都被評為國家特色專業,其中工業設計專業被評為第一類特色專業;軟件工程專業的軟件開發技術、金融信息技術、服務科學與技術3個專業方向被評為第二類特色專業(方向)和國家人才培養創新實驗區;數字媒體技術被評為第二類特色專業,同時也已成為國家級動畫教學研究基地。
3) 綜合多學科知識,實踐創新體驗,建立省級研究生教育創新示范基地。
目前我們已有2個教育基地成為浙江省首批研究生教育創新示范基地,分別是浙江大學―網新國際金融信息技術與工程研究生教育創新示范基地、浙江大學―杭州億腦智能科技有限公司信息產品創新設計研究生教育創新示范基地。
網新國際金融信息技術與工程研究生教育創新示范基地與金融等專業的學科交叉,注重計算機軟件、金融學、工程訓練以及外語能力的培養。通過提供研究生的國際化科研實踐基地,實戰性的國際合作項目,不僅可以讓研究生掌握產業動態,融入全球理念并拓展其研究視野和實踐領域,還可以充分發揮研究生的積極性,實現理論研究與國際商業需求的無縫對接。每年選拔的基地研究生不僅可獲得3個月的海外研究和實踐機會,而且有經驗豐富的企業科研人員作為實踐導師并制定以國際化為特色的實踐計劃。同時,合作企業網新國際還將為出訪學生提供與國際專家的合作科研項目,以真實的銀行金融歷史數據為基礎,從事金融數據分析與挖掘方面的研究。
杭州億腦智能科技有限公司信息產品創新設計研究生教育創新示范基地,以“工業設計+嵌入式系統+機電一體化”為創新模式,以技術創新為核心,與形式化的視覺表達相結合,通過功能創新、行為方式等創新模式整合多學科知識,將“設計+技術+商業+用戶”緊密整合在一起,由內而外,真正地將概念設計轉化成生產力,為我國傳統產業的提升作出貢獻。在教學上,引入研究型、應用型課題到專業課教學,推行學科間互動,構建圍繞學科發展的開放式創新教學平臺,建立國際化互動的指導教師團隊,以及建立國際競賽和知識產權成果推進平臺。
4結語
教學改革的深入開展需要有相應的組織與政策
保證。學院十多年前就開始建設以課程群為基礎的課程小組,并以院級教改項目為驅動,教師評價政策為保障,全面推進教學改革的深入開展。目前,已建立了14個本科課程小組(含12個課程群)和9個研究生課程小組,每年投入教學經費近100萬元,同時設立了教學骨干教師崗位,以確保教師從事教學的積極性。
建立產學研一體的工程型、復合型、國際化計算機人才培養體系,有力地提高了人才培養的質量。培養的學生以其扎實的專業基礎、良好的工程實踐能力,在就業市場中廣受好評。近年來,本科生就業率在99%以上,研究生就業率100%,畢業當年起薪保持全校第一。50%以上的就業學生到全球500強企業、國際一流企業工作。2008年48%的本科生出國深造或國內讀研究生,其中出國深造比例13%。近年畢業生中,涌現了許多耀眼的“新星”,如浙江省十大“創業之星”、“手機備備”的發明人方毅,北京奧運會“祥云火炬”的核心設計師章俊,被美國商業周刊稱為TopCoder程序設計競賽“大贏家”并據此要重新評估中國軟件工業水平的吳嘉之等。
參考文獻:
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Engineering and Compound Oriented Internationalized Computing Talent Training with the Integration of Industry, Education and Research
CHEN Gang, HE Qin-ming, CHEN Yue, CHEN Li
(College of Computer Science and Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
計算機科學研究方向范文5
摘 要：本文通過全面論述計算機圖形學的知識結構體系與它在計算機科學教育中的作用與地位，提出把計算機圖形學列入計算機專業的核心課程，以彌補“高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)”與“高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程”中對計算理論“能行性”教育的缺失與應用軟件編程系統訓練的不足。
關鍵詞：計算機圖形學；計算機教育；核心課程；軟件系統；應用開發
中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
1 引言
2006年，國家教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制出版了“高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)“(以下簡稱”新專業規范“)[1]，該“新專業規范”指出：由于計算機專業是全國在校人數最多、高校開設專業最多的專業，這導致計算機類專業畢業生目前出現就業困難，其主要原因還是計算機人才的培養滿足社會需要的針對性不夠明確，導致了人才結構上的不合理。解決方法是分類培養、使計算機專業的學生能有相對優勢的知識結構，高校教育應該為計算機專業現在的畢業生增加專業特色、增強就業競爭優勢，等等。并由此提出了“高等學校計算機科學與技術專業公共核心知識體系與課程”(以下簡稱“核心課程”)[2]。無疑，這對全面規范并提高國內計算機教育的整體水平具有非常大的指導作用。通過認真學習研究這些內容之后發現，究竟應選擇哪些課程作為計算機的公共核心課程供全國各行業人員作為學習計算機的基礎知識，以及一些課程的教學內容應該如何安排，才能做到既拓展計算機專業學生的知識領域、又能增加學生畢業后的就業渠道等，這些都是大家不斷思考的問題。而計算機“核心課程”的選擇似乎對上述已有問題的解決幫助不夠，而增加計算機圖形學的教育對解決這些問題是一個值得借鑒的好方法，理由如下(不妥之處，請批評指正)。
2 計算機圖形學課程列入核心課程，彌補本科教學計算能行性教育的缺失
作為具有全國指導意義的“新專業規范”，應該為計算機教育在多個行業方向的發展奠定基礎，而抽出它們所共有的基礎課作為計算機本科教育的核心課程，但現有的“新專業規范”的公共“核心課程”[2]只有
程序設計
離散數學
數據結構
計算機組成
計算機網絡
操作系統
數據庫系統
等7門課程內容，而把“計算機圖形學”課程排斥在核心課程之外，這顯然不利于計算機應用的全面發展，不利于計算機動畫、游戲、圖形標準、計算機仿真、計算機輔助設計與制造等計算機應用軟件行業的全面發展，會縮小計算機本科生畢業之后的就業面，也與制定“新專業規范”的初衷相悖。
什么能被自動計算一直是計算機界探討的主題之一[8]，那些確切能用計算方法解決的問題如何設計才能被計算機自動計算簡稱計算的能行性(可計算性的實現前提)，而程序設計與數據結構這兩門課程是計算機編程的基礎，它們作為計算機的公共核心課程是必須的。但這兩門課程(該“程序設計”課程實為計算機程序設計語言＋語句的簡單應用，“數據結構”講授程序加工的數據如何配合算法進行有效管理安排、以實現算法的功能)并沒有從理論上解決計算機程序根據什么原則才能進行有效設計、以及程序如何構成系統后才能最后自動解決用戶提交的計算問題，這是國內“程序設計”課程多年來懸而未決的老大難題。其原因在于：講授程序設計語言時，學生還沒有數據結構方面的知識，而數據結構本身既不講模型方法、又不講解軟件系統等概念，同時這兩門課程也缺少具有復雜計算模型的大規模實用軟件編程的整體訓練內容與方法，若把這些缺失的內容都加入到教學中，則一無足夠的課時、二是改變了授課的性質。所以，從算法語言的角度介紹程序的設計方法是不完備的。
對于這個問題，計算理論早已從計算的機理與實現上予以解決。但計算理論的內容一般只在研究生階段講授，且計算理論是研究生的一個專業方向、即使該理論在研究生階段講授、學生理解也有一定難度，而把這套理論方法直接用于實踐以解決實際應用問題難度更大[9]。即現有成熟的程序設計理論與方法沒有通過適當的載體引進本科課堂教學中是現行教育政策最大的不足，而計算機圖形學是直接從應用軟件開發的角度闡述計算的“能行性”問題(見下述)，當其列入計算機的核心課程后，既能彌補上述計算理論教育中缺失的一環，也能有效彌補上述7門核心課程中計算機應用軟件編程系統訓練不足的尷尬。事實上，GPU(圖形處理芯片)與CPU在PC機上的發展并駕齊驅，證明計算機圖形學是計算機科學中不可缺少的重要研究領域，可這些沒有在“核心課程”[2]中得到有效的體現令人不解。
3 計算機圖形學的知識結構體系
3.1 計算機圖形學的研究對象、研究方法與基本教學內容
計算機圖形學的最終目的就是用計算機程序的方法在計算機顯示器屏幕上生成圖像效果，特別是生成類似照相機拍攝的三維圖像。而照相機拍攝三維圖像是一個具體的物理過程，它的基本原理是光線在空間物體之間相互傳播，當光線被物體表面反射并被照相機接收后形成的顯示效果。由于人們能從二維照片上光點的亮度與大小判斷出物體表面該點距照相機的相對遠近，故人們常稱這種圖像為三維圖像。用計算機程序的方法生成具有高度真實感的圖形就是對上述物理過程的一種近似仿真模擬得到的效果。為了達到這一目的，人們根據仿真方法的要求，建立了仿真過程需要的各種模型(包括照相機模型，燈光模型，顏色模型，照明模型，物體的幾何模型，物體表面的材質與紋理模型)，通過①模型數據的輸入(交互輸入、編程輸入、文件輸入等)、②數據的存儲與管理(系統參數文件、圖形模型數據文件、規格化圖形數據文件、物理顯示設備的圖形顯示文件)、③數據的運算處理(物體的幾何變換、全剖切運算、集合運算、三維重建算法、物體的各種變形運算等)、④數據的輸出(各種線段圖形的生成與實面積多邊形的填充算法、著色算法、消隱算法、紋理映射算法、陰影算法，光線跟蹤算法與輻射度算法)等4個處理過程，用系統編程設計的方法實現其圖形顯示[7]。
這里照相機模型描述了三維空間中的點、線、面等圖形投影轉換成二維空間中點、線、面等圖形，并調用二維圖形的生成算法生成二維圖像，同時裁剪超出顯示范圍的三維圖形、便于圖形的正確顯示。燈光模型與顏色模型描述了光線產生的根源、點光源的空間幾何分布、光線在空間中的傳播方向與衰減規律，光線的色彩屬性、亮度計算方法與合成色的變化規律等內容。照明模型描述了物體表面反光或透光能力的計算方法。物體的幾何模型描述了一個物體的點線面等幾何尺寸與大小。材質特性描述了各物體表面對各種性質光線的反光與透光能力的大小。紋理模型直接描述了物體表面各點的顯示細節與像素值。著色算法確定了用何種插值算法填充多邊形網格表面、使其顯示效果是多邊形網格效果或是一張光滑的曲面效果。消隱算法確定顯示物體表面的各個可見表面與邊線，不顯示其被遮擋的不可見的表面與邊線。紋理映射算法就是把一張照片映射至物體的表面上(又稱貼圖)，而這個照片既可以是實際照相機拍攝的三維照片，也可以是用數學模型描述并動態產生的結果。在場景中，由于某些遮擋物的存在，光線不能直接照射到某些物體的表面，使得這些表面反光(透光)的亮度暗于被光線直接照射物體表面的亮度；觀察的角度不同，所見這種陰影效果的形狀與大小不一樣；陰影算法即在場景圖中統一繪制這種陰影顯示效果與非陰影顯示效果。光線跟蹤算法、輻射度算法就是仿真光線的傳播過程以達到最后生成所需的圖像效果。
事實上，在計算機圖形學的應用領域中僅研究這些模型還不夠，還要用程序設計語言與數據結構的知識把它們都轉換成一個個可執行的算法，并用系統編程的方法把這些算法構成一個軟件系統整體，才能方便各種圖形的生成。而在這個軟件系統中生成圖形的第一步是構造多種物體的幾何模型與形狀(物體的幾何變換、全剖切運算、集合運算是用簡單物體構造復雜物體的有效工具之一，三維重建算法是用點、線、面等元素恢復物體外殼的幾何形狀)，在統一的世界坐標系中確定它們的位置與朝向，再逐一確定物體表面的材質特性與紋理效果等，使這種多物體造型(稱場景造型)滿足實際應用的需要。第二步是設置燈光與燈光的特性，設置照相機模型等。第三步是在上述二步的基礎上，統一用光線跟蹤算法或輻射度算法生成上述場景造型所對應的三維圖像效果(又稱渲染)。
應注意：
① 試圖精確的構造現實世界中所有物體、特別是具有復雜結構或微小結構或細微動態變化物體的幾何模型既不現實、其代價也太大，人們總是想用其它的方法來代替，這就是所謂分形描述、粒子描述建模等多種其它建模方法的來源；
② 完全按照物理學上光線的傳播方法來生成圖像太費時間，光線跟蹤算法、輻射度算法事實上是對物理光線傳播方法的一種近似。這個近似程度一般由圖像顯示的真實感與計算的復雜度來確定。
③ 在上述場景造型的構造過程中，若物體運動或變形，燈光改變照射的范圍、朝向、亮度、色彩，照相機改變拍攝的方向或跟蹤拍攝，此時若連續拍攝(即渲染)三維空間場景效果，就形成了多幀圖像，連續播放這些多幀圖像就是計算機動畫。
④ 所謂圖形標準就是把上述的照相機模型、點光源的燈光模型、顏色模型、簡單的照明模型、著色算法，以及點線面、多邊形網格模型等模型與算法用硬件實現，并由圖形標準提供軟件接口方法調用這些硬件功能；當用戶向該圖形標準提供上述模型的描述數據與材質、紋理描述數據之后，計算機就能用硬件加速的方法實現在顯示器中高速生成點線面、多邊形網格，以及光照效果的表面、紋理效果等圖形。目前的圖形標準本身并不負責物體幾何模型的構造，也不負責管理各種模型數據等?，F圖形標準主要以紋理映射算法為主，暫時還沒有用光線跟蹤或輻射度算法以實現三維圖形的實時顯示?？梢妶D形標準僅是計算機圖形學部分研究成果的具體實現。
⑤ 若能在上述場景造型中，讓各種物體實時運動(照相機與燈光是具有其它功能的物體，它們也有幾何形狀，也能與人、動物等角色(多關節物體)一樣進行各種運動)，并能接收用戶的交互操作、且這種運動過程具有故事情節性，同時這種多物體運動的效果能在計算機顯示器屏幕中實時生成顯示，這種計算機動畫就是3D游戲(人類社會活動的仿真)。3D游戲另一個難點在于復雜游戲引擎的構造――即如何構造并管理游戲場景的模型數據(包括聲音與人工交互操作等)，使整個游戲畫面達到實時顯示的目的。事實上，3D游戲可以看成是計算機多媒體技術與虛擬現實技術在商業上的降級簡單應用。
⑥ 物體的幾何造型、變形與運動是計算機動畫的一個難點，比體這個概念更復雜的是流體與場的模型構造、顯示，它們能描述更廣泛一類的物理現象，如臺風的變化過程、風洞的實驗效果、物體表面的應力變化現象、環境中熱傳遞效果的變化、地質勘探結果的可視化顯示等，一般人們把這些問題歸納在“科學計算的可視化”課程中講授，因為這些流體與場的模型構造等需要比較深的數學知識。但是，一旦這些流體與場的幾何數據模型確定之后，人們就能用圖形標準顯示它們。
⑦ 計算機輔助設計CAD與計算機動畫的區別：在CAD中，也需要構造物體的幾何模型并顯示這些物體的構造效果，更重要的是還需要用數控機床把這些設計出的物體零件加工制造出來，故它對物體的幾何模型要求特別高、特別是其誤差控制，因為多個零部件組成的精密加工機床等最后影響加工的精度都與各個物體模型的誤差精度相互關聯。顯然，在CAD領域中，也有零部件之間的聯動等多種運動需要精密控制(機械運動與仿真)。與物體幾何模型要求相比，CAD領域中物體的顯示要求可以放低些。而在計算機動畫中，相對而言，對物體幾何模型的要求低，例如物體的外表面可以不封閉，只要這個不封閉的外殼表面破綻不被照相機拍攝到就可以了；但計算機動畫對最后渲染的圖像顯示質量的真實感效果要求很高。
⑧ 二維圖形與三維圖形的區別：這兩者的區別除了其數學模型一個是二維的、一個是三維的之外，更大的區別還在于二維圖形學只能從數學上研究圖形的基本規律(點、直線、曲線、平面與形狀，位置，運動與變形，色彩等)、以及圖形的模型構造與顯示方法；利用二維圖形的簡單性，可剖析計算機二維圖形系統的組成，即軟件系統是一個能自動運行的程序，它能從輸入、存儲、運算處理、
輸出等方面全面處理用戶在某個領域中提出的諸多數學模型并完成其模型描述數據的加工任務，使用戶很容易明確這種軟件的組成、功能與使用范圍。三維圖形學卻可以用數學模型的方法研究自然界中的多種物理現象，由此探討大自然中多種物理現象的變化規律，并能用圖形顯示的方法來表現這種變化過程，這種方法正是人們探索自然并進行科學研究所倡導的基本方法之一。因此，從三維圖形學的基本教學研究內容可知，用圖形方式(可見的點線面、色彩、紋理)顯示各種物理現象的變化過程只是一個表面現象，關鍵的是要掌握這種變化過程的物理機理并能用數學模型的方法全面正確的描述這種變化(即用圖形的方法表達計算機信息數據的含義非常適合人們觀察自然、了解自然現象與變化規律，而計算機的信息描述數據是由具體的各種物理變化過程確定的)，即掌握計算機仿真與科學研究方法才是學習計算機圖形學的真諦，也即用計算物理學的基本思想能統一傳統意義上計算機圖形學與計算機輔助設計學科中的基本研究內容。計算機專業的學生有了這種方法后，再深入其它各應用學科領域，努力掌握其物理原理、科學實驗與數學模型方法等知識，并與行業專家相互配合，計算機與計算工具就在各專業領域的科學研究與系統設計上大有用武之地了。
綜上所述，可以給出計算機圖形學如下定義：
計算機圖形學屬于計算機應用軟件的研究范疇，它主要通過物理原理與數學方法，建立描述自然景觀(虛幻世界)的幾何數據模型與顯示圖形的物理數學模型，以達到用程序的方法把這些模型的描述數據通過算法轉換成在計算機顯示器中顯示自然景觀圖像的目的。本質上，用計算機生成三維真實感圖形就是用數學模型的方法仿真光線在物體之間相互傳播而產生的顯示效果或把光線傳遞的效果即照片映射至物體表面上所產生的顯示效果。
國內計算機圖形學教育工作者已認識到計算機圖形學在計算機學科教育與科學研究中的重要性，并于2001年公開出版計算機圖形學教材支持上述觀點[10]。但由于這些觀點沒有引起國內計算機界制定政策的主流階層人士的關注，相反，從2000年開始，計算機圖形學的內容卻從全國范圍內的計算機專業等級考試中消失，這不能不說是國內計算機教育的一大損失。
而計算機圖形學的授課關系見4.1節。
3.2 “新專業規范”中，計算機圖形學的教學內容有待改進
“新專業規范”中計算機圖形學的教學內容主要放在計算機圖形標準的使用上，核心內容只有圖形標準、照相機模型，圖形顯示設備與輸入設備，前期課程要求計算機程序設計語言與離散數學，并只安排8個課時來講授這些內容，其它的內容作為選修內容(這包括各種圖形的生成算法、物體幾何模型的描述方法，計算機動畫，可視化，虛擬現實，計算機視覺，人們對色彩的主觀感受、如何用色彩方式表達設計作品的主題思想，等等)。這種教學安排能使學生掌握圖形標準的使用、以及照相機模型的應用，很容易導致學生誤認計算機圖形學就是在顯示器上繪制各種圖形這種認識偏差。
這種教學安排不當之處如下：
首先，計算機圖形學的前期課程應該是程序設計語言與數據結構。實際上，不學離散數學并不影響學生編寫圖形學的各種應用程序；但不學數據結構，則編程困難；而且授課學時數太少。
其次，圖形標準自成體系，但它不能構成一個完全自動運行并具有圖形數據輸入、存儲、運算處理、輸出等處理全流程功能的軟件系統，它往往需要用戶在應用軟件中向圖形標準輸入模型數據并調用其各函數才能出現所需要的圖形顯示效果。初學者原指望學了計算機圖形學，就知道象3DS MAX與OpenGL等軟件中是如何編寫程序并實現各種動畫圖形的顯示，但授課結果卻令人失望。
第三，由于初學者一般缺少對計算機圖形學的全面了解，缺少對計算機圖形學的研究對象與研究方法的認識，也沒有圖形系統的概念，該“新專業規范”授課大綱中雖有物體幾何模型的描述方法但缺少在圖形系統中具體建造物體幾何模型等實例；另大綱中授課內容的邏輯關系非常不順暢(例如把計算機視覺作為計算機圖形學的一部分對待并講授值得商榷，雖然人們期待從計算機視覺圖像中獲得圖像的模型描述數據并一直朝這個方向努力，但計算機圖形學與計算機視覺的研究方向與研究方法畢竟有很大的區別)，也沒有總結出計算機圖形學的核心概念，且對計算機圖形學的認識仍停留在圖形學由各種算法的集合所組成的認識層面上，很難正確體現計算機圖形學在科學研究中的重要作用。若授課內容掌握不當易使教學與學習迷失方向，或再次導致計算機圖形學課程被計算機專業邊緣化，這也是多年來國內同行反映計算機圖形學難教難學的原因之一，這顯然與當今計算機圖形學在計算機科學中的發展潮流相悖。
第四，圖形標準只是計算機圖形學部分研究成果的具體實現，當初國外為什么會選擇圖形標準而不是選擇計算機動畫為案例作為講授計算機圖形學課程的主要內容，作者認為可能有以下原因：
① 歷史的原因：因為圖形標準是計算機圖形學最早、最成熟的研究領域，后才有CAD、游戲與動畫等；且圖形標準在各個行業都有廣泛的應用，而CAD、游戲與動畫是一個具體的專業方向，教學難度大。
② 商業發展的需要：圖形標準用硬件實現后，已經成為個人計算機的標準配置，這就促使人們更加專注圖形標準的發展。
③ 國外的教學體系不一樣：美國的計算機工業、圖形學產業與計算機教育均位于世界領先水平，但全美國并沒有強制性的計算機教育指導大綱，可是美國各校的計算機教育各有特色，他們對計算機的各個方面都有涉及、且各種層次的計算機課程都有，這種寬松的教育體制有利于科技成果與教育的創新培養。以圖形學課程為例，若你需要繼續深造，它還有許多圖形學的選修課、提高課程(如計算機輔助幾何設計、數字幾何處理、曲面造型與設計、CAD、計算機動畫、游戲、計算機程序設計方法等等)以及最新的學術論文等待著你、直至讓你從這種授課體系中走向學科的最前沿與商業開發――即雖然他們的某一門基礎課不一定很完美，但他們可以從完整的授課體系中，讓你掌握計算機圖形學等計算機應用學科的全部內容；但這也同時留下了因為課程劃分過細，使人不容易一下掌握學科內容的全貌而留下遺憾?？墒菄鴥鹊挠嬎銠C教育與國外不一樣，首先，國內的高校沒有條件開設那么多的計算機選修課；其次，若是全國性的計算機教學指導大綱不全面、不權威的話，就會在計算機學科的發展道路上留下無可挽回的遺憾。
④ 出于知識產權的保護，美國沒有一本書的教學內容是一樣的(包括CC2005中關于計算機圖形學的知識結構體系的論述)，這固然便于知識創新，但卻不利于優秀知識的繼承與傳授，結果使得每本新書的內容與體系都不一樣且龐雜，這對初學者是一個極大的負擔，需要教師認真抽取眾多書籍的有效內容，成系統后傳授給學生，才能有效的提高學生的學習效率，2000年以前國內外計算機圖形學的教材內容與體系的不夠成熟，也是造成國內計算機圖形學授課不能得到有效重視的原因之一。
⑤ 由于以上原因，美國人并沒有把計算機圖形學作為計算機學科的核心課程，這使得美國人的計算機圖形學課程的教育落后于其計算機圖形學等商業軟件開發等應用，這是一個不爭的事實(在美國，教材與授課基本上是老師的個人作為，商業軟件的開發是團隊作為并有經濟利益作為支撐，它能不斷發展并自我完善)。也有很多國際人士認識到計算機圖形學的教育出現了問題[4]，顯然，仍把計算機圖形學定義為在顯示器上顯示各種圖形是過于簡單，這是沒有正確地把計算機圖形學學科的發展規律引入教育部門、忽視計算機圖形學在各行業領域中的具體應用與需求的一種表現。因此，全面認真研究美國人在計算機教育與計算機工業的發展規律、商業軟件開發等多種優缺點，再針對國內計算機教育中存在的不足，提出解決問題的方法應該是國內計算機教育界值得深思的問題；顯然，僅用跟蹤所謂國外先進的教學方法與理念也有不全面的地方。
4 計算機圖形學課程在計算機科學教育中的作用與地位
4.1 計算機圖形學是計算機應用軟件編程思想系統訓練的重要基礎課程
數據計算、數據存儲與檢索、數據聯網通信是現代計算機的三個最基本的應用。在這三者中，對于數據存儲，一般有數據結構課程與數據庫系統軟件分別介紹其基本原理與大規模數據的系統管理等軟件應用；對于數據聯網通信，一般有通信技術、計算機互聯網等課程、WinSocket技術等介紹其基本原理與實現方法；對于數據計算，一般有算法語言、編譯原理、自動機理論等課程介紹其原理，計算機科學與技術專業追求的目標是：用形式語言與自動機理論，通過形式化和模型的建立，構建系統，進行模型計算。但這些內容抽象、內容難以理解、難以直接應用解決實際應用問題[9]，計算機專業的本科生學習這一方法尚有一定難度，非計算機專業的學生更不會接觸編譯原理與自動機理論等，這就造成一般學生在學習計算機進行編程計算的問題上存在知識缺陷，而計算機圖形學課程的授課正好可以有效的解決這個問題。
國內新一版的計算機圖形學的授課方法[7]：首先，以二維圖形為例，從理論上全面解決了圖形系統軟件的構建方法以及圖形數據處理流程的全過程，使初學者牢固的樹立起軟件系統的概念；其次，為了用計算機仿真的方法在顯示器中生成三維真實感圖形效果，建立了描述各種物理現象的多種數學模型(見上述)，這些數學模型的描述數據都能通過圖形模型數據文件的方式保存在計算機圖形系統中供系統內部程序調用，以仿真方法生成三維圖像。也就是說，①系統與模型的數學與形式化的描述方法；②按系統數據處理流程，用算法語言與數據結構等知識把模型數據的處理方法全轉換成一個個程序，以實現其數據處理的全過程等任務；③編程實現時，需根據計算機的配置與用戶的經濟要求，合理考慮所選算法的復雜度(或選擇優化算法實現圖形功能)；這三者是計算機編程計算的基本步驟與要求，是實現可計算性的三個條件――即計算機圖形學既成功探索了一般典型的計算機應用軟件系統開發的基本規律，又用可視化的方式表達了其程序數據運算處理的最后結果，這為該課程成為初學者學習計算機程序設計方法的首選課程之一奠定了基礎。
若沒有計算機圖形學等編程課程的系統訓練，計算機初學者一般只能通過實際大型軟件項目的學習與訓練(或繼續深造)，通過自我總結與提高，才能全面地掌握這種編程與數據計算等知識，而這種機會不是人人都具有的，其付出的代價也將是巨大的。例如現在一般計算機本科專業的學生雖然能熟練的掌握3ds max軟件的操作使用，但不清3ds max軟件是如何編制而成，就是現階段本科教育存在缺陷的具體表現。
通過數據結構的學習，使學生明白：算法＋數據結構決定程序設計；但計算機圖形學的授課能使學生進一步明白：算法不是從天上掉下來的，它們是由用戶解決實際問題建立的物理數學模型、并抽象出模型描述數據之后，提出處理其數據模型的基本方法與步驟；而數據結構是記錄該模型的描述數據、以及根據算法的需要構造而成、以配合保存各種中間加工數據或最后加工結果；編程者只有把這些解決問題對象的多種模型編寫成軟件系統之后，才能完滿的完成程序設計的任務――即計算模型及對模型的變換與運算處理方法決定了程序設計的算法與數據結構。
4.2 計算機圖形學的教育體現了計算機學科的科學性
計算學科是指通過在計算機上建立模型并模擬物理過程來進行科學調查和研究。該學科是對信息描述和變換算法的系統研究，主要包括它們的理論、分析、效率、實現和應用[6]。在目前所見的計算機教材中，只有計算機圖形學是按照這種理論體系組織教學內容的。這些教學內容是人們耳熟能詳的物理原理與相對簡單的數學知識在計算機中的綜合運用，是計算機學科科學性的具體表現之一――只有把計算工具直接應用于科學研究中，這種計算工具與方法具有科學性才有說服力，而計算機仿真是科學研究中常用的一種有效方法，復雜的數學計算又是仿真建模的基礎，從這個意義上講，仿真與復雜的數學計算等都是科學研究中重要的研究方法之一。這樣，該課程就很好的解決了“新專業規范”中人們對“數字科學計算”的認識不統一而導致該課程的教學內容與要求不詳等問題，很好地使計算機的應用回歸其本來面目；
4.3 用圖形方式表示計算機信息數據的含義，比用數字符號方式表示其含義更高級、更自然，也是計算機科學研究的對象之一
用文字符號方式描述客觀世界是對客觀世界的一種抽象，是對客觀世界的一種不完整的描述；而人們感受客觀世界最自然、相對全面的是用眼睛觀察客觀世界，它可以較準確的確定客觀世界中物理現象的存在與變化規律，這個方法運用于計算機中，就是用圖形方式表示計算機信息數據的含義，這種表示方法比符號方式表示信息數據的含義復雜，表示的信息量大，對計算機的硬件要求高。在計算機的多媒體信息表達方式中，圖形方式是處理過程最復雜的、也更符合人們的觀察習慣。故用圖形方式表達信息數據是一種表達信息數據含義的高級表達方式。
現代計算機的應用，不僅是數值計算與數據管理、還表現在工程設計中，人們用圖形方式來表達設計人員的設計思想、設計方法，以及設計作品的體系結構與功能等，它能充分表達設計人員的形象思維方式，這種表達方式不僅要求能用計算機表達出來，而且要求計算機能接受人們用這種方式向計算機輸入數學模型，這些都是計算機科學面臨的新課題。例如古代三國時期，諸葛亮造木牛流馬搬運糧草，史書雖然有文字記載其構造方法，但后人卻無法復原這種運輸工具。在沒有實物的情況下，只有用圖形方式表示該運輸工具的基本構造方法才能使后人復原這種古代的運輸工具。對于這類復合結構的復雜物體與運動形式即使用幾何數據對它詳細描述，若不借助圖形方式來表示其幾何形狀與結構等信息，人們對它的理解也會發生困難，這就是現實中用符號方式描述與圖形方式描述(抽象描述與形象描述)信息含義之間的差別。經驗告訴我們：在計算機中，信息數據的描述方法不同，往往導致編程的方法與效果也不同，若我們不進行這種方式的培訓，就會落后于計算機時代的發展。
4.4 掌握計算機配置的常用工具，是計算機應用的必要條件
傳統計算機學科的授課內容，并不直接講解如何進行科學計算等問題，而是為解決復雜的科學計算等問題提供軟件服務工具、方法與手段等。例如，從大量應用中(包括軟件編程)，找準、預測用戶的需求；然后，從中抽象其具有共性的方法與難題，并把它們上升為理論，最后把這種理論開發成工具與系統方法，供用戶使用；操作系統軟件、匯編語言與編譯系統、高級語言與編譯系統、軟件工程的概念與方法、面向對象的軟件開發語言等都是這樣逐漸發展起來的；同樣的思路，為了計算機的應用，人們開發了辦公自動化軟件、數據庫系統軟件、網絡瀏覽器、三維圖形標準等各種工具，等等，用戶用這些工具能更高效率的開發應用程序。但是，這種授課方式卻把用計算機解決科學計算等應用問題留給具體的應用部門與用戶對應用軟件的具體開發，而課堂教學一般缺少這方面的系統實例，這也是導致目前計算機本科生應用軟件系統開發能力弱的原因之一。
但當計算機學科發展到用可視化軟件開發應用程序，而計算機的基礎教育卻忽視這種發展潮流與技術進步(現有的計算機公共核心課程沒有計算機圖形學的內容)，這只能使我們的應用軟件的開發水平仍停留在上世紀70年代的字符表現水平上。因此，計算機本科教育中，使學生掌握計算機配置的常用工具是計算機應用的必要條件，這當然包括讓學生掌握計算機三維圖形標準這個有用工具。
4.5 計算機圖形學是嫁接多學科的橋梁，是科學研究思維能力訓練的延續與有效方法之一
大學的教育，除了要求學生掌握一門專業的系統基礎理論知識與應用外，關鍵是要掌握“根據任務與需要，學會從中發現問題、分析問題、提出解決問題的方法，建立解決問題的數學模型，直至用物理實驗或軟件編程的方法解決發現的問題”這種工作能力以及繼續學習深造的能力。只有這樣，計算機專業的學生才具備自我獲取知識和探索解決問題的能力，并使自己在新的工作崗位上做到既是計算機方面的專家，也是行業領域的專家助手，計算機專業的學生才能更好的服務于社會，造福于自己。
什么樣的課程能做到使他們具備自我獲取知識和探索解決問題的思維能力？傳統上大學物理與數學課程的教育是培養這一方法的有效途徑。因為物理學是蘊藏科學方法論的寶庫，物理不僅包含了物質世界的運動規律，同時蘊涵了豐富的哲理和研究、思維方法，對于培養創新思維有著獨特的優勢。這種獨特的優勢地位決定了大學物理在培養全面發展型人才中的特殊作用。顯然，知識的內容是有限的，而思維的創造力是無限的。物理學若干世紀以來的輝煌成就，使之創造了一整套行之有效的思想方法和研究方法，據專家統計，在300種通用的科學方法中，物理學包含170種，占56．7%。在大學物理課程中，學生可以接觸到實驗的方法、觀察的方法、科學抽象的方法、理想模型的方法、科學歸納的方法、類比的方法、演繹的方法、統計的方法、證明和反駁的方法、數學模型的方法；還可以學習到科學假設的方法、對稱性分析的方法以及定性和半定量的方法等等。同時，物理課程中還包含了無數著名科學大師許多深刻的物理思想和精妙的哲學思辯，尤其隨處可見前輩科學破除權威，敢于懷疑，大膽創新的許多生動鮮活的事例。這些閃耀人類智慧光芒的科學方法和科學精神，對提高學生的科學素養，培養他們的探索精神和創新意識，都會產生積極而深遠的影響，起到其他課程無法替代的作用[3]。
但傳統上計算機課程內容的安排中斷了高等數學與大學物理的學習與后續計算機課程學習的相互關系，一些搞計算機工作的人員會片面地認為不學物理與高等數學也一樣能學好計算機課程、一樣能從事計算機工作。而計算機圖形學課程的教學是嫁接大學一年級的高等數學、大學物理與三年級計算機專業教育的有效橋梁，是物理、數學知識在計算機應用領域中的具體應用。而計算機圖形學編程思想的訓練，特別是探索解決物理問題的數學模型的各種研制方法與思維能力，對各種行業面臨實際問題的解決與計算機應用軟件的編程具有典型的示范作用――即不同的應用領域、待解決的物理問題與性質不同，其建模解決問題的方法也不同。這種思維方式能告訴各專業學習計算機的學生：通過建立軟件系統、并用模型與仿真的方法指導工程實現(例如實現計算機圖形顯示)是工程應用中的典型方法之一(自動控制、通信、雷達系統工程中都是先用系統的數學模型與仿真方法確定系統工作參數后，再考慮其具體系統的物理實現)，這種思維方式是目前計算機公共核心課程與“軟件工程”課程所缺少的。具備這種知識與能力，無疑為計算機專業的學生拓展新的發展方向、為計算機專業的學生向其他應用行業的轉行做好了思想準備。
4.6 計算機學科的發展是為了應用，而計算機圖形學是計算機科學計算等應用的典型代表
計算機科學與技術主要以計算機產業的形式出現在人們的日常生活中，是人們生活、學習與工作的有效計算、存儲查詢、娛樂等輔助工具之一。計算機科學除了要探討計算理論自身的發展之外，還要探討產業的發展，探討用戶的應用與需求；再強大的計算機、功能更全面的開發工具，也需要更復雜的計算機應用課題做支撐，這是計算機學科發展的兩條主線。計算機學科的核心教育僅局限于計算理論自身的發展是不完善的，而計算機圖形學在計算機動畫、3D游戲、圖形標準、計算機仿真(如天氣預報、大規模地質勘探數據處理、模擬原子彈爆炸與理論設計、模擬汽車碰撞、電磁輻射設計、計算流體力學等應用都需要用圖形方式表達其結果)、計算機輔助設計與制造等領域的大量應用，代表了當今計算機科學應用的發展水平，是推動計算科學向前發展的源動力之一，不能再被計算機教育界所忽視。
基于以上理由，相信計算機圖形學成為計算機公共核心課程是可行的！
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參考文獻
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計算機科學研究方向范文6
在綜合實踐活動課程中，信息技術不僅是活動實施的主要手段，而且是實踐探究的重要內容?；顒又笇ЬV要提出，義務教育階段的信息技術教育要強調跨學科的物化應用和技能培養，從學生的真實生活和發展需要出發，在生活情境中發現問題，轉化為活動主題，通過創意、設計、制作、服務等方式培養學生的信息素養。在教學上，以“創意物化”為主要形式，通過文字處理、報刊創作、圖像處理、動畫制作等，培養學生數字化產品的設計與制作能力，同時加入一些與之相關的計算機科學基礎知識。高中新課標則兼重理論性和實踐性，圍繞信息意識、計算思維、數字化學習與創新及信息社會責任等學科核心素養，凝練出數據、算法、信息系統和信息社會四個學科大概念，將理論學習、知識積累、思維發展與技能培養融入到運用數字化工具解決問題的過程中，形成有關計算機科學領域思想與方法的課程體系。在教學上，構建了新的課程結構，制定了學業質量標準，以主題為引領進行有關計算機科學領域的知識學習、思維發展和技能運用，建立起完整而全面的信息技術知識體系并予以實踐?？梢姡瑯邮怯糜嬎銠C科學領域的思想和方法解決問題，綜合實踐活動側重于信息技術應用能力和操作技能的培養，以作品質量和操作水平為主要評價標準，突出教學活動的靈活性和開放性；而高中信息技術則強調學科的科學性、知識性和嚴謹性，在構建知識體系的基礎上進行實踐和應用，以具體的學業要求控制教學質量，形成完整、穩定的專業課程體系。雖然兩者有所不同，但其思想和目標卻是一致的，即以核心素養為統領，通過實踐培養學生運用數字化工具學習與生活，在真實情境中解決實際問題，理解信息技術對人類社會的影響，提高學生的社會責任感、創造力和實踐能力。
二、綜合實踐活動中信息技術課程設計
信息技術教育蘊含豐富的有關計算機科學領域的思想、方法和理論知識，學生在不具備正確思維方式和基礎知識的狀態下，僅憑掌握一些計算機操作技能，無法達成“用計算機解決實際問題，提升信息素養”的培養目標。因此，在初中信息技術教育中，除了作品制作以外，還應該進行較為系統和全面的有關計算機科學的思維培養、知識講授和方法指導。
1.課程目標的設計
初中信息技術課程應以全面提高學生的信息素養為基本思想，通過實踐活動讓學生深刻理解什么是“計算機科學領域的思想和方法”，理解數據、算法、信息系統、信息社會等學科大概念，以及用計算機解決問題的一般過程和方法等，并能熟練運用數字化工具設計、制作作品并解決其他相關問題，在實際生活中，能夠自覺遵循信息社會規范，負責、有效地參與社會活動，成為信息社會的合格公民。
2.課程內容的設計
（1）課程內容的設計
綜合實踐活動是將學習內容分解成一個個主題，圍繞某一個主題開展活動，活動內容側重于作品制作。雖然活動指導綱要給出了一些知識模塊，但由于各個主題相對獨立，知識內容被分散、隔離在不同的主題中，模塊與模塊之間、主題與主題之間缺少關聯，使得整個信息技術課程缺乏系統性、知識性、連貫性和整體性。要想體現教育思想，反映課程取向，關注全體學生，適應個性發展，強調基礎知識與實踐應用的內在聯系與遞進關系，初中信息技術課程必須在活動指導綱要的基礎上，融入高中新課標的課程理念和課程內容，以綜合實踐活動的形式與方法、高中新課程的理念與內容，將綜合實踐活動的綜合性、創造性和實用性與高中新課標的科學性、知識性和實踐性相結合，形成與高中新課程緊密銜接、螺旋上升的完整體系。因此，在進行課程設計時，要以“學科核心素養”為培養目標，圍繞“學科大概念”規劃課程結構；以高中新課標確定的學科核心素養預備級水平劃分為基礎，配置教學內容，使課程具有靈活性、拓展性和寬容度，適于教師創造性地開展教學活動；以活動指導綱要和高中新課標為依據，體現本學科的科學性、嚴謹性與規范性；以評價標準為引領，使活動有方向、有目的、可測量、可控制。基于以上原則，結合活動指導綱要對活動方式的要求，把初中信息技術課程內容劃分成三類——信息技術基礎類、跨學科知識應用類、社區服務類，每一類包含若干活動單元，每個單元分解出不同的活動階段?！靶畔⒓夹g基礎類”以計算機科學領域的知識、方法和技能為主要學習內容，是初中信息技術課程的內容主體，為后續實踐活動打下知識與技能基礎；“跨學科知識應用類”立足于跨學科整合，以信息技術為工具開展學科實踐活動，運用不同學科的觀念、知識、方法和技能，認識、分析和解決學科問題；“社區服務類”培養學生利用信息技術關注社會、服務社會、滿足公眾需求的責任意識和技術能力?！皢卧笔菄@某一類所設計的主題活動。“階段”是單元活動的具體環節和步驟，對應于傳統教學中的一個課時。
（2）單元活動內容的設計
按照高中新課標要求，信息技術課程應該圍繞數據、算法、信息系統與信息社會等學科大概念選擇和組織教學內容，而依照活動指導綱要的主導思想，教學內容應內化為活動主題，將思維培養、知識學習和技能訓練融入到解決問題的過程中。因此，初中信息技術教學要從單元整體出發，創設真實情境，設計活動案例，以完成活動任務、解決具體問題為途徑展開學習。恰當、適用的活動案例，是達成學習目標的關鍵?！靶畔⒓夹g基礎類”教學案例圍繞計算機科學領域的知識和原理進行設計，如認識計算機程序、信息編碼、人工智能初探等。“跨學科知識應用類”教學案例突出多學科的綜合，如探究清明上河圖、你了解聲音嗎、交通燈模型設計等?！吧鐓^服務類”所設計的案例不但要有實用性，還應該體現信息技術發展的新思想、新技術和新方法，如手勢識別、社區鄰里舊書轉換APP、社區車輛出入管理等。
三、主要教學策略的設計
1.逆向教學設計
綜合實踐活動是對真實、復雜問題的探究過程，在這個過程中，學生往往會有不同的想法、意圖和行為，這些不確定因素常常使學習效果難以與教師的理想預期相吻合。因此，教師要控制學生不偏離學習方向，使他們清晰、明確、始終如一地知道自己“要做什么”和“怎樣做”，而“逆向教學設計”符合這一要求。逆向教學設計在教學活動開展之前就給出精準的評價標準，并將這個標準貫穿于整個教學過程，始終指向目標的達成。不同的學生可以采用不同思路、不同途徑和不同方法完成實踐任務，但其學習目標應該是一致而明確的。因此，在綜合實踐活動中，可以采用逆向設計使學生在靈活、寬松、自主的活動過程中始終保持正確的學習方向。
2.單元整體教學設計
受課時等客觀因素影響，學生在一段時間內所能完成都主題任務是有限的，加上不同主題都相對獨立，這就不可避免地會出現知識零散化和碎片化現象。糾正這一現象的有效手段，是采用“單元整體教學設計”方法。單元整體教學設計是以活動單元為基本單位進行教學設計，每個單元都有確定的活動目標、評價依據、活動要求和活動規劃。所有活動都以完成單元目標為目的，各階段的學習目標、學習內容、學習方法和評價依據都要遵從本單元的整體設計，確保學生所獲取的知識結構完整、連續和系統。
3.單元活動指導設計
受綜合實踐活動教學特點的影響，學生在活動中常會遇到各種各樣的困難，如果教師給予學生過多、過頻的幫助，很容易對學生的探究思路、想象空間形成約束和限制，失去實踐活動的本義。因此，比較好的辦法是為學生設計合理、實用的單元活動指導，在不干預學生活動的基礎上，給學生指明活動意義，引導探究方向，明晰評價標準，提供知識補充和技能幫助。單元活動指導應該貫穿于整個活動過程，內容包括導言、單元目標、單元內容、評價依據、活動規劃及階段指導等一系列詳細而具體的內容。其中，“導言”用于設置活動情境，“單元目標”“單元內容”分別指明本單元應該達成的學習目標和具體的學習內容，“評價依據”是本單元學習成果的內容要求和質量標準，“活動規劃”是活動的環節與步驟，“階段指導”是每個階段活動的目標、要求、流程、資源和活動記錄。
四、初中信息技術課程單元活動指導實例
以下是“跨學科知識應用類”中的“探究清明上河圖”的單元活動指導實例。
1.導言
中華文明源遠流長，厚重的歷史與燦爛的文化凝聚著數千年的民族智慧。生活在現代社會的我們，難以領略唐宋的繁華，無法感受當年的風貌。幸而有北宋時的“照相機”——《清明上河圖》。以往人們對《清明上河圖》的研究大多從藝術、歷史、文化和社會的角度來進行，本單元活動將綜合歷史、語文、美術等學科知識，運用信息技術手段對《清明上河圖》進行實踐探究，學習運用信息技術對“視覺畫面”進行“數據計算”的原理和方法。在單元活動中，你可以和幾個同伴組成一個團隊，先對《清明上河圖》進行整體觀摩和分析，然后就你們感興趣的主題進行專門探究。主題可以是畫面所呈現的某一類歷史事物，也可以是繪畫的美學表現手法，還可以是對某些有爭議問題的獨到見解。探究完成后，要以PPT演示文稿、Word文檔、Excel表格或主題MV等形式呈現研究成果，完成研究報告，并進行分享交流。
2.單元目標
綜合藝術、歷史、文學及信息技術等學科內容，對《清明上河圖》所表現的北宋時期文化、商貿及其他社會現象進行探究，得出有效結論；運用信息技術手段，通過計算思維抽象和界定問題、設計解決方案，利用量化、計算和數據分析方法對《清明上河圖》進行加工處理，掌握用計算機科學技術解決問題的思想和方法。
3.單元內容
研讀《清明上河圖》，查閱相關資料，綜合歷史、語文和美術等學科知識，形成整體認識；學習和掌握信息處理的基本知識與技能，包括數據的采集和整理、量化、建立計算模型、結合學科知識分析計算結果并用圖表呈現，以及研究報告的編寫和制作等；選擇活動主題，確定探究方向，制訂探究方案；開展研究活動，完成探究報告；展示交流，評價活動效果。
4.評價依據
5.單元活動規劃
