計(jì)算學(xué)科教學(xué)新思路

計(jì)算學(xué)科教學(xué)新思路本文作者：王楊趙傳信張林靜楊娜娜單位：安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院近年來，計(jì)算學(xué)科的教育創(chuàng)新問題已經(jīng)受到國內(nèi)外教育界的高度關(guān)注［1］。自1989年計(jì)算被作為一個學(xué)科獨(dú)立存在以來［2］,計(jì)算學(xué)科教育的內(nèi)涵和外延在不斷演進(jìn)。近10多年來，計(jì)算學(xué)科的課程體系主要包括〃算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)〃、〃編程語言〃、〃體系結(jié)構(gòu)〃、〃數(shù)值與符號計(jì)算〃、〃操作系統(tǒng)〃、〃軟件方法學(xué)和工程〃、〃數(shù)據(jù)庫和信息檢索系統(tǒng)〃、〃人工智能〃以及〃機(jī)器人與人機(jī)通信〃等九個方面。這一框架一直是目前國內(nèi)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的設(shè)置依據(jù)之一。但是隨著計(jì)算需求的增加，現(xiàn)存的計(jì)算學(xué)科教學(xué)內(nèi)容并不能很好地適應(yīng)社會發(fā)展新形勢。究其原因，一是教學(xué)內(nèi)容沒有很好地體現(xiàn)社會計(jì)算、情感計(jì)算、服務(wù)計(jì)算、普適計(jì)算、綠色計(jì)算等計(jì)算范型；二是隨著信息技術(shù)墻的到來［3］,計(jì)算學(xué)科已經(jīng)成為其他學(xué)科必不可少的基礎(chǔ)服務(wù)性學(xué)科。從當(dāng)前計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)類型來看［4］，信息服務(wù)型的計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)模式尚未成熟。在國內(nèi)，根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和國務(wù)院2009年發(fā)布的《關(guān)于加快發(fā)展服務(wù)業(yè)的若干意見》，信息服務(wù)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈。為了適應(yīng)這一形勢，我們從服務(wù)計(jì)算的視角，提出了一種新型的計(jì)算學(xué)科教育模式，以滿足目前計(jì)算學(xué)科的現(xiàn)實(shí)需要。同時，我們結(jié)合河北師范大學(xué)的專業(yè)實(shí)踐和南京郵電大學(xué)的智慧校園系統(tǒng)建設(shè)為案例，驗(yàn)證了本文所提出的服務(wù)計(jì)算新模式的科學(xué)性和可行性。1計(jì)算學(xué)科教育現(xiàn)狀分析與課程設(shè)置調(diào)查在60年代，學(xué)者們普遍認(rèn)為計(jì)算學(xué)科教育的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)能力。80年代以后，一批學(xué)者針對原有認(rèn)識的不足，擴(kuò)充了計(jì)算學(xué)科的先前定義。他們將其定義為〃描述和變化信息的算法過程〃，包括其理論、分析、設(shè)計(jì)、效率分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用系統(tǒng)的研究；同時指出學(xué)科的根本問題是〃什么能（有效地）自動進(jìn)行〃。這使得計(jì)算學(xué)科的教育內(nèi)容更加系統(tǒng)化、科學(xué)化。但是，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的日益成熟，計(jì)算學(xué)科教育的著眼點(diǎn)發(fā)生了相應(yīng)的變化。自1989年，ACM攻關(guān)小組提交了著名的〃計(jì)算作為一門學(xué)科〃的報告之后，計(jì)算學(xué)科教育人才培養(yǎng)的目標(biāo)一直處于動態(tài)變化的過程。綜合計(jì)算學(xué)科教育的歷史，我們認(rèn)為計(jì)算學(xué)科教育的立足點(diǎn)應(yīng)該包括三個方面：（1）計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。（2）工程開發(fā)能力的培養(yǎng)。（3）服務(wù)創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。根據(jù)美國專家JeannetteM.Wing的觀點(diǎn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)工作者首先應(yīng)該具有計(jì)算思維的能力。計(jì)算思維能力的培養(yǎng)主要通過〃研究一種能夠突破人的計(jì)算能力限制，致力于問題求解的機(jī)器〃加以實(shí)現(xiàn)。比較國內(nèi)外的計(jì)算學(xué)科教育理念，國外強(qiáng)調(diào)深層次學(xué)科思維能力的培養(yǎng)，而國內(nèi)則更為強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層面的人才培養(yǎng)。我們認(rèn)為，國內(nèi)的計(jì)算學(xué)科教育本身缺少深厚的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)，更多地停留在模仿與學(xué)習(xí)層面。這一實(shí)際情況導(dǎo)致了我國當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才的快速增長。但是，計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的目的之一是更好地為社會提供服務(wù)。從2010年中國互聯(lián)網(wǎng)大會的主題〃服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)價值之本；綠色 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展之道〃和近年來中國計(jì)算機(jī)學(xué)會引導(dǎo)的方向來看，面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科教育已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的雙重期待。計(jì)算學(xué)科教育立足點(diǎn)的變化致使計(jì)算學(xué)科核心教學(xué)體系做出相應(yīng)的調(diào)整。中國的計(jì)算學(xué)科教育經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，其內(nèi)容描述需要更加細(xì)致。一般認(rèn)為，計(jì)算學(xué)科教育中的基本問題主要包括：（1）計(jì)算的基礎(chǔ)平臺和環(huán)境問題。（2）計(jì)算過程的能行操作與效率問題。（3）計(jì)算的正確性問題。（4）計(jì)算的服務(wù)性問題。圍繞前三個問題，計(jì)算機(jī)教育專家們已經(jīng)給出很好的解決途徑，相關(guān)課程的設(shè)置構(gòu)成了計(jì)算學(xué)科目前的專業(yè)課程群［5］。對于第四個問題，目前還沒有得到很好的解決。從計(jì)算學(xué)科的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，服務(wù)計(jì)算已經(jīng)滲透到計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)和信息管理等多個領(lǐng)域。從科學(xué)哲學(xué)的角度來看，當(dāng)技術(shù)發(fā)展到一定地步，提升技術(shù)、服務(wù)社會成為一種必然［6］。因此，構(gòu)建面向服務(wù)的計(jì)算教育模式正成為一個富有挑戰(zhàn)性的學(xué)科教育新課題。2面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科教育框架面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科課程體系可以借助學(xué)科的極小課程集加以描述。計(jì)算學(xué)科的極小課程集是指僅包含與其相應(yīng)的科學(xué)概貌、基本原理和基本技術(shù)的最少課程。極小課程集與核心課程或基本課程概念不同，與學(xué)科各專業(yè)方向課程的交集相比，極小課程集的基數(shù)更小，更能凸現(xiàn)學(xué)科特征，所以它們的作用是不可替代的。計(jì)算框架的本質(zhì)是從服務(wù)的視角實(shí)現(xiàn)計(jì)算學(xué)科的發(fā)展任務(wù)。服務(wù)具有無形性、同步性、動態(tài)性等特征。因此，面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科與傳統(tǒng)計(jì)算學(xué)科課程設(shè)置的差別主要在于理念不同。面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科課程著重體現(xiàn)了學(xué)以致用的學(xué)習(xí)特征。這是因?yàn)橛?jì)算學(xué)科理論框架和硬件產(chǎn)品以及系統(tǒng)軟件在我國目前情形下難以形成重大突破。如果將成熟的計(jì)算學(xué)科理論和技術(shù)應(yīng)用到社會實(shí)踐中，一方面會提升社會信息服務(wù)水平，同時也會促進(jìn)計(jì)算學(xué)科自身的發(fā)展。面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科課程體系與現(xiàn)有的課程體系是兼容的。面向服務(wù)的導(dǎo)論類課程主要面向一年級學(xué)生。課程目標(biāo)是根據(jù)社會服務(wù)的計(jì)算需求激發(fā)新生的學(xué)習(xí)興趣。課程一方面全面介紹計(jì)算領(lǐng)域的總體概貌和計(jì)算學(xué)科的知識體系，另一方面深度挖掘社會服務(wù)環(huán)境中的計(jì)算需求，使學(xué)生感受計(jì)算學(xué)科廣泛的社會需求，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。面向服務(wù)的計(jì)算理論與實(shí)踐課程主要包括計(jì)算機(jī)組成原理和操作系統(tǒng)等。這部分課程的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)基本的計(jì)算原理，以及這些基本理論產(chǎn)生的社會服務(wù)功能。面向服務(wù)的程序設(shè)計(jì)語言類課程也是計(jì)算學(xué)科的必修課。新的課程群設(shè)置注重面向服務(wù)的軟件開發(fā)功能,同時兼顧傳統(tǒng)計(jì)算課程的融合，在舍棄和充實(shí)的原則下，構(gòu)建具有自適應(yīng)性的面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科框架，并在此基礎(chǔ)上，建立新的面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科課程體系。新課程群主要以服務(wù)語言開發(fā)和服務(wù)計(jì)算范型為基礎(chǔ)，以服務(wù)感知、服務(wù)聚合、服務(wù)挖掘、服務(wù)管理、服務(wù)優(yōu)化，服務(wù)保障為理念而設(shè)計(jì)。計(jì)算導(dǎo)論類課程主要使學(xué)生增加社會服務(wù)意識，而面向服務(wù)的系統(tǒng)開發(fā)課程和面向服務(wù)的計(jì)算原理課程是兩大支撐課程組。服務(wù)通識課程以及面向服務(wù)的軟件工程等課程主要是培養(yǎng)學(xué)生的社會適應(yīng)度和學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力。面向終端用戶（包括學(xué)生以及社會人才需求方）的服務(wù)感知、服務(wù)聚合和服務(wù)設(shè)計(jì)是面向服務(wù)課程效果反饋的智能化動態(tài)調(diào)整模塊。#P#分頁標(biāo)題#6#3面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科教育實(shí)踐根據(jù)全國高等師范學(xué)校計(jì)算機(jī)教育研究會提出的計(jì)算機(jī)教育創(chuàng)新的需求，面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科課程設(shè)置示范工作已經(jīng)在全國的部分高校展開。河北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院針對服務(wù)計(jì)算的新形勢，提出了面向服務(wù)的軟件工程專業(yè)課程新體系[7],并作為〃地方院校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)研究與試點(diǎn)〃項(xiàng)目的試點(diǎn)單位進(jìn)行了課程改革。河北師范大學(xué)提出的信息服務(wù)工程專業(yè)課程體系主要包括〃IT服務(wù)管理、信息系統(tǒng)工程、信息安全保障、系統(tǒng)管理與維護(hù)以及服務(wù)科學(xué)〃等內(nèi)容。南京郵電大學(xué)為了適應(yīng)面向服務(wù)的計(jì)算學(xué)科新趨勢，也展開了相應(yīng)的學(xué)科教育實(shí)踐。在教學(xué)實(shí)踐方面，一方面加強(qiáng)與國外的軟件業(yè)進(jìn)行廣泛深入合作；另一方面在校園管理過程中實(shí)施〃智慧校園〃的專業(yè)實(shí)踐活動。已經(jīng)開發(fā)并投入使用的〃基于Web的智慧校園系統(tǒng)〃充分體現(xiàn)了面向服務(wù)的學(xué)科特性。具體的服務(wù)內(nèi)容包括管理服務(wù)、教學(xué)服務(wù)、科研服務(wù)、生活服務(wù)和感知服務(wù)5個模塊。特別是在感知服務(wù)模塊中引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、溫濕度傳感、視頻監(jiān)控技術(shù)、門禁技術(shù)以及工業(yè)實(shí)時Web服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了校園生活感知和校園安全感知功能。對于被服務(wù)的對象 校園內(nèi)師生而言，智能教室的感知是讓學(xué)生和教師可以隨時通過GIS查看教學(xué)樓中教室的使用情況，并可以實(shí)現(xiàn)在線評教。今后配合電子白板，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)互動,提高了便捷性，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)信息的聚合。4結(jié)語近年來，計(jì)算即服務(wù)的理念已成為當(dāng)前計(jì)算學(xué)科教育工