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計算機學科的基本問題范文1
關鍵詞：計算機圖形學；科學思維；學科結構；教學改革；教學方法
0 引言
大學的主要任務是培養人才，特別是培養創新人才。培養創新人才的基本途徑與方法有課程教學、參與科學研究與項目開發、對外學術交流等。然而傳統本科課程教學多注重傳授學科的系統理論等專業知識，不重視對知識產生原因、方法的介紹，如忽視思考解決學科基本問題的具體過程等，這會造成課程教學傳授知識與科學研究相脫節，導致學生的知識結構產生缺陷，不利于他們將來從事創新等研究工作。為配合計算機圖形學課程的教學改革，根據計算機圖形學課程的特點，筆者提出一種面向科學思維的教學新方法，它能有效彌補傳統本科課程教學的不足。
1 面向科學思維教學方法的基本要求
常見典型的教學方法有：結構主義的教學方法、建構主義的教學方法、問題（任務）驅動教學方法等。這3種方法各有其優缺點，一個好的教學方法最好能全面綜合這3種方法的優點。面向科學思維的教學方法要求把思考問題的方法、系統分析與綜合的方法、科學研究的工作方法、查找資料與抽象的方法等知識產生的方法引入課程教學中，有效講解學科專業知識是根據發展需求、通過研究各種問題產生的；專業理論體系或與其學科結構是由多項研究成果形成的，這些知識是科學研究與科學思維產生的結果。
結構主義、建構主義與面向科學思維教學方法的異同點見表1。
2 確立計算機圖形學課程的教學內容與教學模式
2.1 傳統計算機圖形學課程教學改革的原因
2013年以前，國內外傳統計算機圖形學課程教學以講授圖形標準（顯卡驅動與顯示圖形等子程序的集合）或CAD為主。這種CAD與計算機圖形學（即圖形標準）學科的劃分有問題，它只便于圖形標準的硬件實現，卻因基本概念不全導致這兩者均不能獨立講清三維真實感圖形的自動生成原理以及計算機程序設計的基本規律，更不能總結計算機圖形學的研發成果與發展規律，不能滿足計算機圖形學學科建設發展需求。
2.2 用系統分析與綜合的方法確立計算機圖形學課程的教學內容
2.2.1 系統分析：從理論上確立實現計算機圖形學課程目標的發展路線圖
本課程目標是用計算機程序自動生成類似人眼觀察世界獲得的觀察圖像（亦為學科研究的基本問題，它適合作為建構主義教學方法要求的教學環境需求問題）。為此至少要完成3個子任務：①掌握三維圖形的生成原理；②掌握生成三維動畫等圖形的程序設計；③理順新課程教學內容與圖形標準、CAD的相互關系。
1）第一個任務的實現方法。
照相機生成照片遵循光線傳播生成三維圖形這一物理原理，計算機生成所有三維圖形（包括光線跟蹤算法、輻射度算法、投影、多邊形填充、紋理映射、陰影算法、圖像融合算法與二維直線的生成等）也應遵循該原理。這是本課程知識理論體系的完備性與一致性的基本要求，它決定了計算機圖形學的學種性質與教學定位。
2）第二個任務的實現方法。
用輻射度和光線跟蹤算法生成的三維真實感圖形等程序，是一類典型的顯示圖形的計算機仿真應用程序。故計算機圖形學的編程實現既遵循計算機仿真的基本原理，也遵循計算機程序設計的基本規律。
計算機仿真遵循系統（決定被仿真對象的范圍與其行為特性）、建模（用數學模型描述仿真實驗對象）、仿真算法（計算機通過執行該仿真算法，進行仿真實驗）與評估（檢驗仿真實驗的結果是否與應用需求保持一致）這一基本原理。
計算機程序設計應遵循計算理論可計算性的實現前提對程序設計的規范要求：①待解問題被模型與系統形式化方法所描述；②這種描述要轉換成算法；③算法要有合理的復雜度。
這里，形式化描述指用數學符號、邏輯符號與流程圖描述并要求保持邏輯上的一致性。系統的概念被本文定義為軟件系統：它按解決問題的系統流程要求，編程實現數個模型描述數據與命令的輸入、存儲管理、運算處理、輸出顯示4個過程，能直接達到自動運行軟件的設定目標并具有完整動態結構的綜合程序。軟件系統的概念是國內傳統計算機核心課程教學缺失的重要概念。
故三維圖形學的教學內容，主要用3組數學模型描述可視物體、燈光、照相機物理模型的物理特性（如用幾何模型、材質模型與紋理模型描述可視物體；用光線幾何模型、顏色模型、照明模型、輻射度算法和光線跟蹤算法等描述點光源；根據類照相機的觀察參數，用陰影算法、圖像融合等算法描述照相機模型；對光線跟蹤算法，應重構照相機模型）；在物理仿真、數學建模與軟件系統概念的指引下，編程構建三維圖形軟件系統，實現三維圖形的自動顯示。物體運動與變形、燈光變幻、照相機運動可形成計算機動畫。計算機游戲是用人機交互的操作方式并通過實時動畫與聲音有效描述具有智能行為能力的人（或動物）的多種社會實踐活動。
3）第三個任務的實現方法。
計算機動畫包含了傳統圖形標準與CAD的原理，所以在課程最后，可講解圖形標準OpenGL的原理與編程使用方法。同時圖形標準是游戲軟件的基石，是現代計算機應用不可缺少的基本配置。
2.2.2 系統綜合：介紹圖形學的基本原理與動畫軟件的實現方法
這要求教師先查找資料、匯集前人發表解決以上問題的不同論文與教材（解決課程教學問題的先決條件），挑選材料編寫課程講義，詳細介紹完成該任務所需的基本原理與實現方法，講義試用成熟后再編著出版教材。
教材按以下思路組織：用二維圖形學構建軟件系統概念的教學，用三維圖形學構建三維圖形數學建模的教學（直接用三維圖形構建軟件系統概念的教學，會導致課程教學內容的復雜化）。在每章的開頭，均提出應思考并解決哪些問題才能達到本章的教學要求，加強訓練讀者思考問題的習慣。
學完本課程，學生要能勝任計算機動畫軟件的設計與編程實現等任務。
2.3 歸納計算機圖形學的學科結構
以上教學充分展示：由物理模型（化學模型、生物模型、社會發展需求模型等）數學模型（數據模型是數學模型的一種簡單特例，其編程操作主要是數據的存儲與檢索，以實現數據庫軟件。根據數學模型“曲高和寡”的原理得知，數據庫軟件是應用軟件中應用面最廣的一類軟件；或用離散數學的方法、判斷規則與判據或可編程實現的自然語言與功能等描述解決問題的過程與步驟；或用通信協議描述數據通信過程要遵循的規則、約定等要求，這是網絡通信編程的基礎）軟件的系統功能與結構用算法語言實現程序編碼并形成算法軟件測試評估等過程所確立程序設計的基本規律。程序設計這一規律，能被雷達的設計與制造過程所佐證，如通過物理實驗確立雷達原理用數學模型描述雷達的工作過程設計雷達系統的功能與結構用電子技術制造雷達設備做好的雷達要通過測試評估才能交付使用等。
由此能用理論（物理原理、建模、軟件系統、仿真、程序設計）、工具（OpenGL、Direct3D、著色語言、ACIS、WebGL、OpenCL、3D游戲引擎等）與應用（顯示圖形的應用程序，如3D動畫或CAD、地理信息系統（空間復雜性高而時間復雜性低）、游戲與虛擬現實系統（時間復雜性高而空間復雜性低））3個學科形態描述計算機圖形學的學科結構。
2.4 用科學研究的工作方法確立計算機圖形學課程的教學模式
（1）選題（發現問題）：找任務、了解用戶需求、檢索閱讀資料并提出問題。自由選題要確立研究問題的科學性、目標性、創新性和可行性，并找準課題的申報渠道。提出問題是對任務深入思考或科學研究的前提。如計算機圖形學的學科屬性與教學內容是否成熟，是此前國際計算機圖形學教育界多年關注的教學疑難問題。
（2）分析問題：真實照片由照相機、可視物體與燈光3個主要因素決定，由此確立解決問題的方法。
（3）尋找解決問題的方法（提出假說）：首先用二維圖形建立軟件系統的概念；然后建立描述照相機、可視物體、燈光物理模型物理特性所需的數學模型，構建仿真光線在計算機場景與照相機模型中傳播，生成三維動畫圖形。
（4）做實驗解決問題（找尋證據支持假說）：針對建立的數學模型，選擇數據結構，設計算法，編寫程序源代碼并調試測試程序，構建三維圖形軟件系統，實現圖形的自動顯示。
（5）取得新成果（查新驗證）：改進學科的系統理論與基本方法，發表研究論文，推廣該研究成果或論證申報新開發項目，推動學科建設向前發展。當我們解決好計算機圖形學的教學問題時，就為撰寫本文并申報計算機圖形學國家規劃教材奠定了基礎。
由此構建程序設計教學的完整過程，并把程序設計拓展成科學研究工作方法的一種形式與組成部分。
該教學模式不僅把教學與科學研究兩個不同性質的學術過程結合在一起，還說明圍繞課程教學思考問題的訓練屬于科學研究領域思維活動的一種基本形式。
3 在課程教學過程中合理安排思考問題的訓練
教師在重點介紹、講解每個專題前，要考慮如何訓練學生根據學科的發展需求思考問題，這些問題是任務驅動教學法中各種問題的來源。
3.1 用二維圖形學構建軟件系統概念的教學
專題1：線段圖形的描述與生成?；締栴}：如何用數學的語言與方式（如描述函數）描述各種線段圖形的幾何形狀，以形成各種線段圖形的幾何模型？如何形成矢量漢字等子圖形高效率的描述方法？如何把這種描述函數轉換成算法，并根據其描述數據生成這些基本圖形？
專題2：實面積圖形的描述與生成?；締栴}：用什么方法描述實面積圖形的幾何形狀，以形成各種實面積多邊形的幾何模型？如何利用顯示設備的繪圖功能生成實面積圖形？如何實現直線圖形邊緣的反走樣顯示？
專題3：圖形的基本運算?；締栴}：圖形運算的目的是什么？如何用幾何變換矩陣的方式描述圖形幾何模型的幾何變換？若用實面積多邊形的布爾運算構建新的復雜圖形的幾何模型，則布爾運算的數學基礎是什么？如何實現其布爾運算？
專題4：圖形的觀察運算?；締栴}：如何把輸入到計算機中的圖形幾何模型描述數據，轉換成顯示設備坐標系中的圖形幾何模型描述數據？并調用圖形的生成算法顯示各種圖形的幾何形狀？
專題5：圖形數據與命令的輸入。基本問題：能用哪些方法把圖形模型描述數據與命令高效率地輸入到計算機中？如何利用輸入設備的數據輸入功能與顯示設備的圖形顯示功能，編程實現圖形數據的交互輸入？如何規劃應用程序中的人機交互設計問題？
專題6：圖形的數據結構?；締栴}：圖形數學模型的種類與復雜、復合圖形的構建方法，這些對保存圖形幾何模型的描述數據提出了哪些動態管理上的要求？如何設計相應圖形的數據結構，才能有效地保存、管理存儲于計算機中的各種圖形描述數據（命令）？如何把圖形顯示區中的圖形描述數據編譯轉換成多種顯示設備能識別并運行的顯示指令代碼，以實現圖形的顯示？為編程實現各種圖形的自動顯示，需要確定編程處理圖形數據的基本流程和程序的功能與結構，以形成軟件系統的概念。
3.2 用三維圖形學構建數學建模的教學
專題7：照相機模型的建立與三維幾何圖形的顯示?；締栴}：如何用數學模型，特別是用矩陣的方法，描述照相機拍攝（投影顯示）三維直線圖形的物理過程？
專題8：平面物體幾何模型的構建與圖形顯示。基本問題：如何用直線與平面函數描述平面物體的幾何形狀？如何記錄這種描述所形成的幾何模型數據？如何構建形狀復雜的平面幾何物體？如何顯示平面物體的幾何形狀與表面？
專題9：曲面物體幾何模型的構建基礎與線框模型圖形顯示?；締栴}：用什么方法描述曲面物體的幾何形狀并構建其幾何模型？如何顯示曲面物體的幾何形狀？
專題10：燈光模型的建立與光照物體的圖形顯示。基本問題：如何用數學模型的方法描述燈光的物理特性？如何描述在燈光照射條件下幾何物體的可視物理特性？如何顯示光照效果的曲面物體的表面與幾何形狀？如何更有效地描述光線傳播的物理特性與變化規律？
學生按照這一思路進行選題，可考慮為實現像照片一樣自然景觀（如白光的薄膜干涉等現象）的圖像顯示，需研究哪些問題等，并發表其研究成果。課程教學內容成熟完整后，才便于界定計算機圖形學的學科內涵。
4 分析計算機專業主要課程的基本特點，提煉計算科學的學科結構
4.1 計算機教學此前無計算科學學科結構概念的原因分析
現有權威資料和維基百科、百度百科表明，此前國內外計算機教學均無計算科學學科結構這一重要概念。以下3點是導致這一現象存在的重要原因。
4.1.1 對計算工具的分類作用認識不足
盡管人們知道計算機是一種計算工具，計算機有廣泛的應用，計算機科學有自己的一套理論根據，但僅用“理論、工具與應用”很難全面概括計算科學的研究全貌與多項用途。事實上，計算機的系統工具對總結計算科學的學科結構非常重要。
計算機系統是一個能對編程實現的數學模型與邏輯模型，進行自動解算與推理的通用計算工具。這決定了程序設計在編程使用計算機上的重要性。
操作系統是對計算機的各種硬件資源與軟件資源進行程序管理，使計算機正常運行的系統工具軟件。同時，它能對用戶程序（命令）的輸入、存儲管理與自動運行提供服務（包括對通信進程進行有效監管控制），并用人機交互與圖形界面的方式記載這種用戶程序與命令操作的運行結果。
編譯系統是用高級語言編程必備的系統工具軟件，它可以把用戶用高級語言編寫的程序源代碼、編譯轉換成計算機能識別并自動執行的機器語言程序代碼。
算法語言是用戶為編程使用計算機的各種計算功能，用類自然語言的方式與計算機相互交流思想的符號表達工具。
這些計算工具本身沒有直接解決數學計算與邏輯推理等應用問題，該任務由編程解決。
這類計算工具是在實際應用過程中總結、提煉的結果，工具本身一般不直接解決最終的應用問題，這是工具的第一個特點。它的第二個特點是工具的制造具有遞歸性，即可用簡單工具制造復雜工具。它的第三個特點是專業復雜工具的制造方法與技術具有封閉性與隱蔽性，但這不影響他人對工具的操作使用；且其隱蔽、封閉性是工具使用方便、高效的主要原因。
軟件系統與計算工具等概念的形成，是用抽象的方法（從眾多事物中總結提煉出具有共同本質的特征、而舍棄其非本質的特征等內容）處理形成的結果。
4.1.2 傳統課程沒有講清計算機仿真的原理與計算機程序設計的基本規律
傳統計算科學的核心課程（計算機導論、計算機原理與系統結構、算法語言與數據結構、編譯系統與操作系統、軟件工程、離散數學、數據庫和計算機網絡）從未講清計算機程序設計的基本規律與計算機仿真的基本原理。學生往往通過課后大量的編程訓練，積累對計算機程序設計與計算機仿真的認識。這種程序設計經驗式教學培養模型，無助于學生總結并提煉計算科學的學科結構。相反，人們在算法語言與數據結構課程的教學上存在一些模糊認識。例如，算法語言是用一組語法規則與功能約定的一種符號標記系統，它讓人們掌握語言的符號約定、功能、特性以及用算法語句描述給定的數學計算與數據處理、邏輯判斷等――即其教學主要是完成程序的編碼訓練，由此形成算法；也為研制該語言的編譯系統做鋪墊。然而部分算法語言的教科書，只有一些算法驗證性應用實例，并把它們等同于計算機程序設計教學，這無助于初學者全面正確地掌握計算機程序設計的基本規律，因為學習算法語言后，他們還是沒有數據結構的概念。
數據結構是研究用程序編碼的方式，在計算機中有效實現多種類型數據的存儲組織（形成線性、非線性、網狀結構形式以及靜態或動態結構形式的數據存儲方法）、存儲管理、排序檢索與編程效率等任務的一門專業基礎課程。數據結構課程有很多計算復雜性的案例，是培訓人們掌握編程技巧的一種有效方法。因為編寫程序所采用的數據結構往往決定了算法的編碼實現方法，更重要的是，CPU是根據保存在內存各處程序代碼的邏輯次序、通過逐條讀取其指令代碼來完成用戶指定應用程序（或命令）的執行。如何規劃、設計、調度與管理內存的使用，這與數據的調度與管理原理類似，是數據結構討論的問題之一（常在操作系統課程中介紹解決該問題的方法。數據結構問題本質上屬計算機內存的動態、合理使用與管理問題）。而該課程中所謂抽象數據類型，是指在指定的數據集上定義對該數據元素進行多種加工等編程操作方法。這個數據集以及對其數據元素的加工方法（數據集與其加工方法均能遞歸定義），應來源于人們用數學的方法描述解決實際應用問題這一過程，該主次關系不能顛倒。沒有這些數據結構與程序編碼等基礎訓練，初學者很難規劃好一個軟件的系統功能與結構。
由于傳統的算法語言與數據結構課程教學無數學建模（它決定了解決多種應用問題算法的來源）與軟件系統的概念，故傳統的算法語言與數據結構課程沒有講清程序設計的基本規律。
4.1.3 傳統計算機課程存在教學問題
首先，傳統計算機圖形學課程存在教學問題，現已被本教學改革有效化解。
其次，軟件工程課程存在教學效果空洞抽象等困惑。若把新的計算機圖形學課程作為軟件工程課程的教學實習對象，可以有效解決該教學困惑。由于新的計算機圖形學課程可以講清程序設計的基本規律與計算機仿真的基本原理，這使軟件工程課程的教學從理論上能達到軟件全生命周期設計的教學目的。
第三，計算機導論與計算機基礎課程存在教學困惑。計算機導論應對計算學科發展的全貌作整體介紹，并理順計算學科與其他學科之間的關系，引導讀者根據自己的需求有效選擇學習不同的計算機專業知識。由于此前計算機課程存在以上問題，導致歷次獲國家級獎勵的計算機教學改革成果以通過有效載體進入課程教學，致使計算機課程教學體系仍然不夠成熟。這往往是行業外人士選修計算機課程的迷惑。因為自牛頓時代以來，用數學的語言描述自然科學取得的新進展，是各自然學科之間相互交流學術思想與成果的通用方法；然而目前其他自然科學工作者學習計算機后，卻無法順利地用計算工具的方法來表達其各自學科建設研究成果的數學模型等。這種計算機課程教學不便于計算機教育與其他自然科學教育進行對等有效的學術交流，并導致計算機基礎課程教學出現危機。另計算機教學無計算科學學科結構的概念，即人們沒有評判計算機導論教材好壞的客觀標準。計算機圖形學教學改革取得的新成果――發現計算科學學科結構的客觀存在，為重構計算機導論與計算機基礎課程提供了重要借鑒。
最后，計算機網絡課程存在不足。如該課程介紹網絡通信協議較多，卻較少介紹網絡通信工具的構建與編程使用方法，以及計算機網絡通信程序的編程實現，這不利于初學者承擔計算機網絡計算的重任。
4.2 借鑒計算機圖形學的教改成果。歸納計算科學的學科結構
傳統計算機核心課程缺少一門計算機的綜合運用課程，以總結并提煉計算機程序設計的基本規律與計算機仿真的基本原理。計算機圖形學課程可以很好地承擔這一重任。有了計算工具的概念與計算機圖形學課程后，可以重新分類、歸納已知計算機的多種應用。
成熟的計算機圖形學與傳統計算機核心課程的教學，使計算科學理論（即計算機的系統理論和專業知識。它需回答：什么能被工具有效地進行自動計算，用什么方法研究該命題并形成哪些結論、成熟的理論與發展方向；滿足何種條件的實物裝置能實現計算功能，計算裝置如何構造實現并使其正常運行、操作使用；可計算性的實現前提是什么，如何用該計算裝置實現這種自動計算，如何保證計算結果的正確性和計算裝置運行的安全穩定，該計算裝置有多強大的計算能力；計算理論與計算機專業各課程的關系等）、工具（算法語言、編譯系統、操作系統、計算機系統）與應用（數據存儲與檢索，數據計算、仿真、符號變換與推理，數據網絡通信，數據獲取、輸出表達與控制即多媒體）3個學科形態得到完整展現。它們是形成計算機專業多個發展方向（如殺毒與網絡防火墻、網絡存儲與查詢、網頁設計開發工具與網站建設、網絡瀏覽器，即時通信、流媒體與播放器、人工智能與專家系統、計算機嵌入式應用、計算機在通信與自動控制系統中的應用等）與綜合（如3D網絡游戲）或研發計算機硬件（計算機系統結構與CPU設計、計算機工程）的基礎。
因互聯網的應用，計算機網絡計算有網絡理論（在通信理論的支持下，如何可靠、快速、方便、安全地實現計算機信息描述數據的通信；網絡計算的理論基礎與基本規則是什么，如何利用網絡資源進行有效的傳輸與計算）、網絡工具（計算機與互聯網、路由器與交換機、調制解調器、Java、html語言、瀏覽器、Socket、遵循HLA標準的分布式實時仿真工具RTI、網絡游戲引擎）與網絡應用（如計算機數據通信與監管、電子商務、社交網站、網絡游戲、云計算、信息技術與信息系統、物聯網、大數據的應用等）。
圖1顯示了計算科學的學科結構。由計算機仿真的基本原理與可計算性的實現前提，可論證程序設計教學與計算機仿真教學的一致性。
故計算作為一門學科（招生專業）的根據是：①它有自己獨立的研究領域。即什么能被有效地用工具進行自動計算以及可靠、安全、快速地傳輸？②產生專業知識的方法。科學研究與科學思維是產生（創造）多種學科新知識的主要方法，這是研究生階段的主要學習任務。③由此形成的理論體系與其學科結構。這是本科生學習階段應掌握的專業知識。④傳授知識的法定機構與辦學條件。⑤廣泛的應用基礎。
5 結語
計算機學科的基本問題范文2
關鍵詞：新型教育模式 英特爾·未來教育 信息技術 課程教學的整合
一、“Intel·未來教育”探究教學的基本模式
“英特爾·未來教育”是以美國教育為背景，吸收了當今最新的計算機技術與各學科整合的理念，它以信息化教學設計為中心，強調信息技術與課程教學的整合，突出研究性學習、案例教學、合作學習。
1、“Intel·未來教育”的模式特征
它在設計上遵循以下幾個原則：以學生為中心；強調情境的重要性；強調協作學習的關鍵性；強調對學習環境的設計；強調利用各種信息資源來支持“學”。該模式打破了單一學科限制，教學周期由一課時延長為星期甚至學期。下圖是三種教學模式的對比表：
2.“Intel·未來教育”的課程特點
“英特爾·未來教育”采用模塊化教學，它以策劃“單元計劃”——創建作品——“結隊共享”——制作“評價量規”為主線，根據研究課題設計出框架問題，圍繞知識誕生的原始情境發生的問題來建設課程。其中“單元計劃”是整個活動的靈魂，它重在框架問題設計：根據本單元的教學目標，設計內容問題、單元問題和基本問題?；締栴}必須能體現現代教育要達成的總目標和具體的目標，又要涵蓋學科的演變、發展和影響；其外延必須能形成一個具體的學習任務，供學習者展開自主探究學習。
它的特點是：（1）指向學科的核心；（2）在某一領域的發展歷史和人們學習過程中自然地重演；（3）孕育了其他重要問題，單元問題是學科特定和主題特定的。
它的特征是：（1）為基本問題提供了學科特定及主題特定的通道；（2）沒有明顯的“正確”答案；（3）是為了激發和維持學生的興趣而精心構造的；內容問題是指向事實性知識的問題?！皢栴}乃通向理解之門”，學生在自主探究過程中，通過“結隊共享”能不斷解決問題、提出新問題、解決問題，從而促進他們高級思維技能的提升。
二、“Intel·未來教育”的案例分析
本文選取高中信息技術課中關于網絡安全的案例作為研究對象，旨在通過“Intel·未來教育”模式有效提升學生學習能力、思維水平，以促進學生智能培養方式和教學規律的發展。
1、課題策劃——精心完善單元計劃，做好框架問題設計
選題是探究的開始，策劃一項有意義的活動對整個教學計劃有著深遠的影響。本案例在制定研究課題時，主要從學生的學習興趣、知識儲備、網絡技能等多方面去精心設計、思考。在選題時還注意到課題的趣味性、開放性、挑戰性、真實性和成長性。
以下是制定的框架問題：
2、課題開展——循循善誘，引導學生自主探索完成單元計劃
在研究課題開展前，本案例創設了單元情境，促使學生進入學習情境，使之明確學習目標和要解決的問題。在任務完成階段，教師只是作為一個幫助者和指導者，多給學生鼓勵，讓每位學生都能自由、大膽地去解決“框架問題”。
在組織實施單元計劃教學過程中，本案例還特別注意引導學生獨立思考、主動探索，做到能及時發現問題、解決問題。課題實施步驟為：
搜集整理資源感悟創新知識制作整合作品。
3、作品評價
對學生學習的過程進行評價是整個課題開展實現目標的重要一環，它包括對學生個人參與狀況的評價、對小組合作學習效果的評價以及對學生演示文稿的評價等。評價的目的是為了全面了解學生的學習過程，（上接第96頁）它貫穿了整個教學過程的始終。教師要善于運用這個手段，對活動過程進行有效的微觀調控。
例如，對學生制作的POWERPOINT課件評價時，本案例從內容、技術性、演示等方面考慮，力求多元化評價。下面是病毒與“病毒”案例的評價量規：
三、結束語
在新舊教學模式的轉型階段，為避免走“課本搬家”、“課堂搬家”、“為用技術而用技術”的老路，我們應該充分利用浩瀚的知識與日趨成熟的信息技術，積極開展“英特爾·未來教育”模式教學，以轉變教師角色及舊式教學理念，努力培養學生的創新精神，提高他們的信息素養，真正做到信息技術與課程教學的有效整合，促進教師教學模式以及學生學習方式的轉變。
參考文獻
計算機學科的基本問題范文3
論文摘要：計算科學主要講述了一種科學的思想方法，計算科學的基本概念、基本知識它的發展主線、學科分支、還有計算科學的特點、發展規律和趨勢。
引言：隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，和計算科學的快速發展以及取得的大量成果。計算科學這一學科也也應運而生?！队嬎憧茖W導論》正如此書的名字，此書很好的詮釋了計算科學這一學科，并且指導了我們應如何去學好這一學科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學生活。正如趙老師書中所講的：“計算科學是年輕人的科學，一旦你選擇了計算科學作為你為之奮斗的專業類領域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個有志于從事計算科學研究與開發的學生，必須在大學幾年的學習中，打下堅實的基礎，才有可能在將來學科的高速發展中，或在計算機產品的開發和快速更新換代中有所作為。
<一>什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統研究。全部計算科學的基本問題是，什么能（有效的）自動運行，什么不能（有效的）自動運行。本科學來源于對數理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究，形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現實。計算科學的快速發展以也取得大量成果，計算科學這一學科也也應運而生。
<二>計算科學的發展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發明打開了現代計算機的大門和發展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子，一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個狀態集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運行原理隱含了存儲程序的原始思想，深刻的揭示了現代通用電子數字計算機的核心內容?，F在通用的計算機是電子數字計算機，而電子數字計算機的發展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩定態的元器件。這在今后的計算機制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優越性。
b、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現代意義上的電子數字計算機ENIAC的誕生。掀起了社會快速發展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題，必須事先編好程序。因此就出現了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后，計算機的發展步入了實用化的階段。然而，在最初的應用中，人們普遍感到使用機器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護，復雜程序查找錯誤尤其困難，因此，軟件開發急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設計語言。1952年，第一個程序設計語言ShortCode出現。兩年后，Fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言，Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的程序設計語言。Algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。該語言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規則、過程的遞歸性及參數傳遞機制等。而且，它是第一個用嚴格的語法規則——巴科斯范式（BNF）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的PASCAL語言，適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ADA，支持并發程序設計的MODULA-2，支持邏輯程序設計的PROLOG語言，支持人工智能程序設計的LISP語言，支持面積對象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計算機系統和軟件開發方法
現代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件（系統軟件、應用軟件）。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發也成為了一個重要課題和發展方向。軟件開發的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網絡、分布式處理和多媒體的發展。在各種高級程序設計語言中增加并發機構以支持分布式程序設計，在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后，在模數/數模轉換等接口技術和數據庫技術的支持下，通過擴展高級語言的程序庫又實現了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后，并行計算機和分布式大規模異質計算機網絡的發展又將并行程序設計語言、并行編譯程序、并行操作系統、并行與分布式數據庫系統等試行軟件的開發的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關，如各種并行、并發程序設計語言，進程代數，PETRI網等，它們正是軟件開發方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發的程序設計語言和支持這些軟件開發方法和技術的理論基礎----計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發展，促使圖形化界面的出現。計算機圖形學是使用計算機輔助產生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試（CAT）等方向的發展。圖形化界面的出現，徹底改變了在一個黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司Microsoft。
4、計算機網絡
隨著用戶迫切需要實現不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網絡就在我們的需求中誕生了。網絡的發展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網絡計算機。這也促進計算機的發展和廣泛應用。
<三>計算機學科的主線及發展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究，形成學科發展的主流方向與學科發展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內容按照基礎理論、基本開發技術、應用以及他們與硬件設備聯系的緊密程度分成三個層面：
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統，信息、管理與決策系統，移動計算，計劃可視化，科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業基礎層
它是為應用層提供技術和環境的一個層面，包括軟件開發方法學，計算機網絡與通信技術，程序設計科學，計算機體系結構、電子計算機系統基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數學理論，高等邏輯等內容。其中計算的數學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
<四>計算機的網絡的發展及網絡安全
(1)計算機網絡與病毒
一個現代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯網絡、匯編程序、編譯程序、操作系統、外部設備、通信通道等內容的系統。
通過上面定義，我們發現互聯網絡也被加入到計算機當中。說明了網絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰略資。信息科學成為最活躍的領域之一，信息技術改變著人們的生活方式。現在互聯網絡已經廣泛應用于科研、教育、企業生產、與經營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯網Internet正在爆炸性的擴大，已經成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯網的快速發展與應用，我們各行各業都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網絡的發展，計算機網絡系統的安全受到嚴重的挑戰，來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計算機為我們服務，我們就必須很好的利用它，利用網絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施，以抵抗外來信息的侵入，保護我們的信息不受攻擊和破壞。
(2)計算機病毒及它的防范措施：
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時，嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設定好的環境激發，即可感染和破壞。
<一>、病毒的入侵方式
1．無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發射到對方電子系統中。此方式是計算機病毒注入的最佳方式，同時技術難度也最大。可能的途徑有：①直接向對方電子系統的無線電接收器或設備發射，使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數據。根據得到的或使用標準的無線電傳輸協議和數據格式，發射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號中，進入接收器，進而進人信息網絡。③尋找對方信息系統保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數據鏈路，將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方，使病毒直接傳染給對方電子系統，在需要時將其激活，達到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒有其他特殊功能。目前，我國很多計算機組件依賴進口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計算機安全系統中的一個小洞，由軟件設計師或維護人發明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標系統。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在這樣的后門。
4．數據控制鏈侵入方式。隨著因特網技術的廣泛應用，使計算機病毒通過計算機系統的數據控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術，可以很容易地改變數據控制鏈的正常路徑。
<二>病毒攻擊的防范的對策
1．建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。一是訪問控制層；二是病毒檢測層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統恢復層；六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系，須有有效的硬件和軟件技術的支持，如安全設計及規范操作。
2．嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統所用設備和系列產品，應建立自己的生產企業，實現計算機的國產化、系列化；對引進的計算機系統要在進行安全性檢查后才能啟用，以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統安全支援分隊，以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經濟損失的慘痛經歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運，造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經太多。因此，如果你是數據庫程序開發人員、如果你是系統級應用程序開發人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員......請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁，及時在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經常殺毒，注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
<五>總結
在學了計算科學導論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業的方向。正如計算科學這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網絡的進一步發展而更多的被人們重視。總之學習了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應該好好努力，爭取在自己的專業領域上有所成就。
參考文獻：
1、《計算科學導論》（第三版），趙志琢著，科學出版社2004版
2、《計算機病毒分析與對抗》傅建明彭國軍張煥國編著武漢大學出版社2004版
計算機學科的基本問題范文4
關鍵詞:計算機;密碼學;教學內容;教學方法
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
密碼學是一門由數學與計算機科學兩門學科交叉產生、主要研究信息從發送到接收的安全通信和安全存儲的學科。本學科自產生以來,便隨著互聯網的普及而迅速發展,又因現代社會人們隱私觀念的增強而蘊含了巨大的市場需求。在國外很多高校的計算機專業,“密碼學”是一門重要的課程。而在我國,長期以來,該課程很少被安排在計算機科學與技術專業的教學計劃中。近年來,隨著中外合作辦學與學術交流的不斷繁榮,一些高校的計算機專業已開始將“密碼學”列為必修課。然而,由于密碼學所包含的知識涉及很深的數學背景,而且截至目前為止已經出版發行的密碼學教材多適用于數學專業和通信專業,所以很難找到適合計算機專業的教材。此外,國內高校計算機專業開設該門課程時間不長,尚無權威的教學大綱和授課范圍,也為本門課的講授增加了難度。筆者根據自身的教學實踐和計算機科學與技術專業學生的知識基礎,對教學內容和教學方法進行了一些探索,使學生在能對密碼學知識有系統的理解的前提下,充分發揮計算機專業學生的專業技能,令學生達到能夠將該門課中的方法應用到實際的能力。
1教學內容的選取
密碼學學科所涉及的知識面較廣,且涉及較深的數論知識。在很多高校的數學院系的密碼學教學中,密碼學的理論基礎往往是講授的重點,而這并不適宜計算機專業的學生學習。與數學專業的學生相比,計算機專業學生的長處在于較強的程序設計能力?？紤]到計算機專業學生的知識基礎,筆者在教學內容的選擇中注重以下幾個方面。
1.1密碼學的發展背景和密碼學研究的基本問題
介紹密碼學的發展背景和密碼學研究的基本問題,尤其是密碼體制、單向函數以及偽隨機序列生成器的闡述,既讓學生對密碼學有一個大致的了解,又為以后即將學習的各種加密方案以及密碼安全性做好鋪墊。另外還需著重介紹一下密碼學的主要用途,讓學生認識到密碼學不止存在于戰爭中,也存在于我們身邊,從而激發學生的學習興趣。
1.2古典密碼體制
麻雀雖小,五臟俱全。古典密碼學雖然是較為簡單的密碼學內容,但對現代密碼學的產生和發展有著深遠的影響。各種古典密碼體制在其設計方案、安全性分析等各方面都是各種現代密碼體制的雛形,可以看作是各種現代密碼體制的簡易版本。通過講授古典密碼體制及其安全性的相關知識,可以進一步加深學生對密碼學加密方法的理解,讓學生了解加密、解密以及密碼破譯的具體含義,為下面介紹各種現代密碼體制做好準備。在介紹這些內容的過程中,可以讓學生編寫一些基于古典密碼體制的加密軟件,激發學生對本門課的興趣。在講解過程中,對這部分內容涉及到的數論知識做穿插性的通俗的介紹,這樣也可以避免學生對數學理論基礎的畏懼。
1.3密碼體制的安全性
簡單介紹衡量密碼體制安全性能的兩個方面,讓學生能夠對密碼體制安全性做簡單的分析。密碼體制的安全性是密碼學的重要組成部分,但是這部分內容過程較為繁瑣。在講授過程中,著重從信息論與計算量兩個角度介紹設計密碼安全性的基本知識。講授這部分內容的目的是讓學生了解常用的密碼體制的設計思想。
1.4各種常用的現代密碼體制
較詳細的講解序列密碼、分組密碼、公鑰密碼等常用的現代密碼體制;簡單介紹各種密碼體制的安全性和破譯方法;簡單介紹數字簽名相關知識;同時將該部分涉及的數論知識作簡單的穿插性介紹。這部分是本門課程的重點,也是前面各部分工作的目的所在。在這部分課程中,通過編程實現所學的加密算法是本門課的重中之重,也是計算機專業“密碼學”課程的特色。在理論內容講解完畢后,需要簡單介紹編程過程中需要注意的技巧和事項,如C++中指針的應用和函數的應用,必要時可以帶領學生編寫部分函數代碼作為示范。
2教學方法
根據學生的情況和教學內容的特點,為了取得盡可能好的教學效果,筆者在授課內容的組織、授課方法的取舍、實踐教學效果的強化以及考核方式等方面做了一些探究。
2.1提出問題――解決問題――提出課下思考問題
由于本門課程的內容較多且較為繁瑣,理論基礎較深,將所有內容都向學生傳授是不可能的。因此在講授的方式上,可以采用“提出問題――解決問題――提出課下思考問題”的方法。首先,提出一個現實中要解決的問題,如在講授古典密碼學前提出問題“甲和乙通信,信件公開,采用什么辦法可使第三者丙對信件的內容一無所知?”這時學生會積極思考,踴躍回答,提出很多方法,而學生所提出的眾多方法往往就是本節課所要講的方法,然后對學生提出的方法分類,并采用嚴格的專業語言加以表述,引出所要講授的內容,而“如何客服古典密碼學的缺陷――密鑰空間太小?”則是“課下思考問題”,而后續課程對這個問題的解決也就引進了現代密碼學中的一些密碼體制。這樣以來,學生對原本陌生枯燥難懂的新知識產生了親切感,不僅促使學生積極思考,也降低了學習難度,激發學生對密碼學的學習興趣。
2.2鼓勵學生改進學習方法,一切為教學效果服務
在具體教學過程中,不鼓勵學生上課記筆記,但要求學生全神貫注于課堂;不鼓勵學生預習,但督促學生課下及時地、充分地復習。筆者在教學實踐中發現,記筆記往往使學生分心,影響聽課效果,而且將課上的內容拿到課后再學習,將花費更多的時間和精力,學習效果也難以保證;而課前預習往往導致兩個不好的結果:或者使學生對即將講授的課堂內容掉以輕心;或者使學生感到學習內容太難,打擊其學習的積極性,另外,預習時由于沒有老師指導,學生花費的時間較多而收獲較少,因此與其讓學生將時間花在預習上,不如讓其將時間花在課后的復習上。
2.3著重培養學生對所學知識的應用能力
與其他專業的學生相比,計算機專業的學生具有較強的程序設計能力,而密碼學也是一門以電子計算機為實現工具的學科。因此計算機專業的“現代密碼學”課程教學應該重視培養學生運用自己的編程技能將所學到的加密算法編制為應用軟件的能力。在這個環節上,有一些重要的編程技巧需要強調,比如模塊化的軟件設計思想,C++函數與指針的使用。使用編程工具將所學的加密算法編寫成應用軟件是計算機專業“現代密碼學”課程教學相對于其他專業密碼學教學的一個特點。圖1是學生使用C++編寫的基于DES分組密碼體制的界面。
2.4注意拓寬學生在本課程方面的知識面
課堂上的時間是有限的,難以對每種方法都加以詳細介紹,因此在每次詳細講解過具有代表性的經典算法后,便將其他同類別的加密方法做一個簡要的介紹,讓學生對這一大類方法有一個總體的了解,比如在講完DES分組密碼后,可對美國國家標準技術研究所于2001年推出的AES分組密碼做簡要介紹,并帶領學生分析它與具有代表性的分組密碼DES的不同,如此有利于拓寬學生的知識范圍;再者,不同的教材往往采用不同的組織思路和表述方法,比如在計算復雜性理論部分,不同教材描述計算復雜度所用到的表述方式相差較大,筆者采用的是較為直觀的、涉及理論基礎較淺的表述方法,在講解完該種方法后,再向學生簡要介紹一些基于圖靈機等較復雜的描述途徑,這樣使學生對所講述的內容理解更加深刻。另外,由于科學總是在實踐中不斷地發展,密碼學新方法、新技術、新進展不斷涌現,在課堂上對這部分內容加以介紹,并將其與課上所學的理論基礎聯系起來,對于加深學生對所學內容理解是很有好處的,比如若選講雜湊函數部分,可以簡要介紹一下我國女科學家王小云教授分別于2004年和2005年破譯MD5和SHA-1的事情,這樣學生不止了解了該門學科的前沿進展,而且能夠認識到目前所學的基礎知識的重要作用。
2.5重視實驗環節,改革考核方法
實驗是本門課程的重要環節。本課程中可以設置實驗的內容有古典密碼體制、序列密碼體制、分組密碼體制、公鑰密碼體制以及數字簽名等。其中古典密碼體制由于原理簡單,易于完成,而且將該實驗中的一些函數和類進行相應的替換和擴充,可以得出其他現代密碼體制的實驗結果,并且使學生在該實驗過程中熟練可視化編程工具的組件使用,引導學生逐漸適應實驗的難度,避免學生直接面對后面較難的現代密碼體制實驗而無從下手、望而卻步;對于后面幾個現代密碼體制的實驗,難度漸增,可以根據學生自身的能力和時間選做1～3個。
期終的考核是對學生平時學習的督促,也是對學生學習側重方向的指引。筆者根據本文所提出的教學理念,采取了側重應用能力的考核方法,即在平時表現、實驗成績和考試成績三項中,實驗成績所占的比重不低于其他兩項。
3結論
“密碼學”是部分高校計算機專業近幾年新開設的課程。計算機專業的培養目標和該專業學生的知識基礎決定了該專業的“密碼學”授課方式和重心不同于其他專業的同種課程。教師要從學生的實際情況出發,充分發揮學生的專業優勢,盡力激發并維持學生的學習興趣,才能取得好的教學效果。另外,計算機專業的各門課程都不是孤立的,尋找各門課程中的各種機會鍛煉學生諸如程序設計能力等專業技能,無論對與學生本門課程的學習,還是對學生整體專業素質的培養,都是大有裨益的。
參考文獻:
[1] 章照止. 現代密碼學基礎[M]. 北京:北京郵電大學出版社,2004.
計算機學科的基本問題范文5
關鍵詞:信息化教學設計 因特爾?未來教育知識管理績效技術
1.引言
教學設計是教育技術的重要研究領域,自其產生以來的近40余年,國內外的教學設計理論與方法得到了不斷地豐富和發展。近年來,隨著建構主義學習理論的不斷完善、信息技術的飛速發展、信息技術與課程的整合不斷深入,信息技術在課堂教學中的應用已經引起學習方式和教學方式的深刻變革,因此它要求教學設計也要做出相應變化。
信息技術在教學設計領域的不斷深入,使得教學設計呈現出了一種新興的發展態勢。英特爾?未來教育為教師的信息技術和學科教學整合提供了一個全新的理念;國家教育技術標準的頒布規范了信息技術與課程的整合,對教師的信息化教學設計的能力也提出了具體要求;教學中概念圖、blog、wiki的使用為教師的信息化教學設計添加了有力的翅膀。因此,作為實現教育信息化重要過程的信息化教學設計已經引起了人們的廣泛興趣。在教育信息化環境下的教學設計,我們將其簡稱為“信息化教學設計”。
2.信息化教學設計
教學設計實質上是對教師課堂教學行為的一種事先籌劃,是對學生達成的教學目標、表現出的學業進步的條件和情境做出的精心安排。教學設計的根本特征在于如何創設一個有效的教學系統。其發展大致經歷了計算機輔助教學設計、多媒體組合教學設計、基于信息環境的教學設計這幾個階段。
既然教學設計已經邁入信息化的進程,那么何謂信息化教學設計呢?南國農教授認為:信息化教學設計是充分利用現代信息技術和信息資源,科學安排教學過程的各個環節和要素,為學習者提供良好的信息化學習條件,實現教學過程最優化的系統方法,其目的在于培養學生的信息素養、創新精神和綜合能力,從而增強學生的學習能力,提高學生的學業成就,并使他們最終成為具有信息處理能力的、主動的終身學習者。因此信息化教學設計打破了以教師主導,講授型教學,單學科、脫離情境的封閉的教學,固定性、復述性的學習,貧乏的學習環境等為特點的傳統教學設計,是教師進行信息技術與課程整合應具備的基本素質之一,是信息化教學的前期工作,也是信息技術與課程整合的關鍵所在。
3.教學設計信息化的新發展
3.1因特爾?未來教育
因特爾?未來教育是把計算機和網絡技術有機融合到教學中的一種教學模式,它的精髓在于樹立用技術去解決教學問題的思想,它的實施有利于提高教師的理論水平和教學能力;有利于研究性學習的開展;有利于現代教育技術在學科教學中的運用。
因特爾?未來教育的實質之一就是使教師知道如何進行“把計算機應用到課程中去”的教學設計,即信息化教學的設計。
因特爾?未來教育的核心是信息化教學設計。而信息化教學設計的核心是問題設計。因此因特爾?未來教育為了幫助教師提升問題設計的能力,提出了課程框架問題的概念,并作為單元計劃的重要組成部分。課程框架問題又由基本問題、單元問題和內容問題構成?；締栴}的特點:對學生有吸引力;不應該涉及特定的主題、事件或內容,是抽象的、范圍寬泛的;基本問題具有穿透性、綜合性、挑戰性等特點,如地球上資源能維持多久?單元問題是對基本問題的細化,為基本問題提供了學科特定及主題特定通道;單元問題也沒有明顯的正確答案,是為了激發和維持學生的興趣而精心構造的。內容問題為學生研究單元問題,并進而探究基本問題打造知識基礎;大多涉及的是事實而不是對事實的闡釋;都有明確的答案。具體實例可參看下表所示。
眾所周知,信息技術在課堂教學中的應用、新課程改革的最終實施以及素質教育理念的貫徹等等,最終要通過教師和學生的教學來實現,因此,教師的信息化教學設計的能力在現代教學中尤為重要。因特爾?未來教育的出現,成為信息化教學設計的教師培訓的重要平臺。
3.2教學設計與知識管理
所謂知識管理是應用于企業中搜集、傳播、共享知識和生成新知識的過程。在這個過程中,不但實現了知識的傳播與共享,同時也實現了新知識的生成,而新知識的生成需要的恰恰是創新性思維。所以,在基于知識管理在企業中的應用,能夠把企業知識管理的一般過程融入教學,把教學看成是一個知識搜集、傳播、共享和生成的過程,并對各個環節進行設計是教學設計研究領域中一個新的著眼點。
基于知識管理的教學設計目的在于更有效地指導學生通過顯性知識獲得在教學中容易被忽略但卻更為重要的隱性知識。本文從概念圖在教學中的使用來闡釋基于知識管理的教學設計。
3.3教學中概念圖的使用
教學中概念圖的使用是知識管理的一個重要體現。教師的信息化教學設計能力成為決定信息化教育改革成功與否的關鍵因素之一。而在教學設計中運用概念圖可以促進學生的高級思維發展,從而使學生能夠有效地提高學習效率。
所謂概念圖,是用來組織和表征知識的工具。它通常將某一主題的有關概念置于圓圈或方框之中,然后用連線將相關的概念和命題連接,連線上標明兩個概念之間的意義關系。使用概念圖學習新知識,學生不再被動地去記下老師的每一句話和長長的句子,而是積極地對關鍵詞進行加工、分析和整理。下圖是以我對概念圖的認識為例,體驗概念圖的形式。
知識的創新、外化是教育持續發展的動力,而概念圖是一種能將思維可視化的工具,它在教學設計中的使用可以更好地體現教育的發展規律。
信息化教學設計就是要充分利用現代信息技術和信息資源,科學安排教學過程的各個環節和要素。因此概念圖在常規課堂教學設計的應用表現為:(1)課前幫助教師了解和分析學生的認知結構和能力起點;(2)備課時幫助教師分析和設計教學內容,梳理教學思路;(3)課堂講授時用于展示教學內容;(4)作為教學策略,通過學生或師生共同構圖,幫助學生生成不同概念之間的聯系;(5)用于總結和復習;(6)用于教學評價,診斷學生的學習情況。
3.4教學設計與績效技術
所謂績效就是指行為活動的可測量的結果,反映的是個人和組織的成果,對企業來說就是業績。然而“績效”這個概念并不是企業培訓所獨有的,在人類的教學和學習過程中同樣存在績效問題,同樣應該提高教師和學生行為的績效,追求教學和學習績效的最優化。績效技術正是在教學設計的基礎上發展起來,吸收和發展教學設計的系統觀、需求分析、形成性評價方法等方法和思想,逐漸形成了自己的理論和方法,并逐漸走向成熟。
隨著信息化時代的到來,教育也進入了信息化的時代,信息化教學設計在現代教學中地位也逐步升高。許多學校已經邁入了信息化時代,甚至有些學校信息化教學設計的運用已經很成熟了。但是當我們能夠運用信息化教學設計的時候,不得不考慮如何測量和評價信息化教學設計是否達到了我們預期的目的。
在績效技術的組成步驟中,評價是最為重要的一步,評價有形成性和總結性評價,評價的結果隨時作用于每一個步驟中。教學設計成果的評價一般也包括形成性評價和總結性評價兩種形式,但它不同于其他評價的主要特點在于教學設計成果的評價主要以形成性評價為主,也就是說,教學設計成果要在其形成的同時對其加以評價?？偨Y性評價是證明教學設計有效性或不足最客觀的辦法,包括充分的收集信息并利用這些信息作出利用的決策。從根本上講,總結性評價著眼于教學設計的結果,并力圖回答三個問題:教學設計是否真正解決了教學問題?教學設計是否優化了教學?教學設計是否獲得了比較理想的教學效果?
當前,績效技術是教學設計的重要組成部分和發展方向。教學設計的思想和方法為績效技術打下了基礎,同時績效技術也開闊了教學設計工作者的視野,擴展了教學設計領域的范圍。將績效技術引入教育技術領域,與教學設計相融合,實現優勢互補,將為教學設計開拓更為廣闊的發展空間。教學設計逐漸從學校走向企業,績效技術也在教育領域同教學設計有所融合,二者的最終目的是統一的。
4.結論
教學設計自20世紀80年代初引入中國以來,一直是教育領域特別是教育技術領域關注和研究的熱點,在教育技術學科體系中占據著核心地位。經過計算機輔助教學設計、多媒體組合教學設計、信息化教學設計的發展,已經呈現出了一些必然新的發展趨勢。尤其在信息化教學環境下,教學設計的信息化發展也更加明顯。就信息化環境下的教學設計未來發展,本人主要從以下四個方面進行展望。(1)教學設計越來越注重跨學科研究和跨領域應用。(2)教學設計越來越注重信息技術與教育理念的整合。(3)教學設計越來越注重各種因素整合下的學習環境的建構。學習不是傳輸的過程,也不是接受的過程。(4)教學設計越來越注重新的評估理念和方法。當前教學設計研究與實踐發展所表現出來的各種傾向,構成了影響未來教學設計的發展走勢力量。這些力量相互交織、相互影響,匯成了當代教學設計研究變革的洪流,正在創造著教學設計發展的嶄新圖景。
參考文獻:
[1]盛群力.教學設計[M].北京:高等教育出版社,2005.
[2]南國農.信息化教育概論[M].北京:高等教育出版社,2004.
[3]中國知識管理網[EB/OL].省略.
計算機學科的基本問題范文6
關鍵詞：基本問題；統計分析；宏觀經濟
宏觀經濟分析是一項系統性的工作，有著十分鮮明復雜性特點與專業性特點，涉及工業、農業以及科研等多個社會經濟領域。做好宏觀經濟的統計與分析工作對于科學決策有著十分重要的意義。這就需要相關的研究人員綜合運用各種理論與技術對宏觀經濟統計分析的方法進行深層次的研究。
一、宏觀經濟統計分析概述
宏觀經濟統計分析是一項經濟學與統計學相結合而形成的獨立知識科目體系。由于統計學是經濟學十分重要的研究工具，二者之間存在著相互推動、共同發展的關系。將統計學知識與經濟學知識結合起來，能夠將各個領域的研究方面與研究方法統一起來，打破不同研究內容在領域上的界限，為經濟決策與經濟規律的探索創造良好的條件。由于我國在宏觀經濟統計分析領域的起步比較晚，在該研究領域中尚未形成一個高效的研究體系，在我國產業結構升級與經濟增長方式變化的過程中，宏觀經濟統計分析的重要意義才逐漸顯示出來。
二、宏觀經濟統計分析在發展過程中普遍存在的問題
在宏觀經濟統計分析發展初期，由于統計學的有關理論沿未得到完善，尤其是在計算機技尚未成熟時，統計學分析理論在應用方面的重要意義沒有充分顯示出來，對于宏觀經濟分析方面的支持十分有限，造成宏觀經濟統計分析在實際應用方面所直到的作用不夠突出。隨著我國社會生產部門的不斷分化，越來越多的小型企業尤其是民營企業，在管理與經營決策方面對于新的統計與分析技術表現出了巨大的需求，加上計算機技術的不斷發展。統計學理論在研究人員的不斷探索下開始進入到了快速發展的階段。在這一過程中，政府以及有關部門形成了比較明確的周期性經濟規劃目標，根據周期性經濟目標對我國農業、工業以及服務業等產業進行了有針對性的宏觀調控，大幅提高我國經濟建設的科學性與合理性，為我國經濟的調整增長奠定了良好的基礎。目前我國宏觀經濟統計分析在能力在已經進入宏觀統計與微觀統計并行發展的重要階段，宏觀統計與微觀統計在目的劃分上更加明確，在應用效率與應用水平上得到了大幅度的蚊帳，兩項學科之間存在著相互促進、共同發展的新局面，同時也將宏觀經濟統計分析的發展帶入了一個全新的階段。
當前我國已經全面進入信息化與數字化時代，選擇計算機技術與統計分析技術為宏觀經濟統計分析的發展奠定了良好的基礎。尤其是在我國電子商務領域不斷創新與發展的過程中，宏觀經濟統計分析的重要作用得到了最大程度的體現。在網絡環境下，消費群體在消費過程中會產生大量的消費需求數據，有關單位與企業可以以用戶的消費數據為資源，以統計學與經濟學的有關理論為基礎，以宏觀經濟統計分析為重要手段，對未來一段時間內的消費行為進行科學、有效的判斷，提高社會產品生產的合理性與有效性，為電子商務消費用戶提供更加具有針對性的商品，為我國經濟消費的不斷增長創造有利的條件。除了電子商務領域之外，銀行業與服務業也可以利用宏觀經濟統計分析的有關手段對用戶名的儲蓄行為與消費行為進行判斷，為用戶制定出更加科學的理財方案與出行方案。對于政府單位來說，則可以利用宏觀經濟統計分析結果，對社會公眾的物流狀態與交通狀態進行有針對性的分析，對社會公眾在日常的生產生活活動中的支行規律有一個全面且深入的了解，將宏觀經濟統計分析的重要作用充分發揮出來。
三、宏觀經濟統計分析的發展問題研究
當前我國宏觀經濟統計分析領域已經進入到了快速發展的新階段。成經濟發展過程中，宏觀經濟統計分析已經成為分析國民經濟發展情況與發展水平十分重要的一項工具。有關部門需要進一步加大該領域的研究力度，為領域的發展奠定良好的人才基礎與技術基礎，真正認識到宏觀經濟統計分析對于國民經濟發展的重要意義。同時，政府及有關單位還需要進一步加強城市數據信息的收集能力建設與處理能力建設，設置云計算中心，對各方面流動數據進行統計，了解經濟數據變化的有關規律，交各方面的統計與分析結果應用到市政管理與組織決策中，為區域內乃至于國家的經濟增長奠定良好的基礎。
四、宏觀經濟統計分析的自主發展
由于宏觀經濟統計分析無論對于政府機關還是在于中小企業來說有著十分重要的意義與價值，尤其是在計算機技術不斷發展的大背景下，宏觀經濟統計分析的應用范圍與應用空間得到了進一步的拓展，在社會各階段與各領域工作與研究人員的共同努力下，宏觀經濟統計分析中的有關理論將會得到不斷的發展與完善。同時也是統計學領域宏觀經濟分析得到快速獨立發展的重要機遇，由此可以現對人類經濟社會發展的重要進步性影響，宏觀經濟統計分析在自身的獨立發展前提下吸收了大量的信息數據，之后又利用統計學的思想和方法進行創新研究嘗試。
結束語
先進的科技和信息技術的發展是國家宏觀經濟統計分析發展的重要支持，與此同時還應該配合以功能強大的數據庫系統和計算機網絡系統，在先進技術和統計學專家的密切配合下可以進一步推動其發展，實現系統完善的宏觀經濟統計分析體系。
參考文獻：
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