計(jì)算機(jī)專業(yè)的拓展新方向

蔡廣軍　劉勇

摘要：當(dāng)前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣、應(yīng)用程度越來越深，而計(jì)算機(jī)專業(yè)的發(fā)展和就業(yè)卻面臨極大挑戰(zhàn)。該文從計(jì)算思維出發(fā)，結(jié)合教學(xué)中的認(rèn)識(shí)，提出了計(jì)算機(jī)教育發(fā)展的一個(gè)新方向，分析了這個(gè)方向涵蓋的內(nèi)容，提出了開放這一新教育方向的方法。為深化計(jì)算機(jī)教育、提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)、拓展計(jì)算機(jī)專業(yè)范圍、開拓計(jì)算機(jī)專業(yè)的就業(yè)領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；計(jì)算機(jī)教育；計(jì)算技術(shù)應(yīng)用；計(jì)算機(jī)專業(yè)；計(jì)算科學(xué)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）07-1458-03

1 概述

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)自1946年誕生以來，經(jīng)過70多年的發(fā)展，當(dāng)前已進(jìn)入人類工作生活的各個(gè)方面。然而隨著用戶接口的人性化和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的普及，計(jì)算機(jī)理論瓶頸的阻擋，計(jì)算機(jī)專業(yè)的發(fā)展卻遇到了障礙，甚至部分人員認(rèn)為計(jì)算機(jī)專業(yè)已經(jīng)沒有存在必要。計(jì)算思維是用計(jì)算的基礎(chǔ)概念解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法。它涵蓋了數(shù)學(xué)思維（求解問題的方法）、工程思維（設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)大型復(fù)雜系統(tǒng)）和科學(xué)思維（理解可計(jì)算性、智能、心理和人類行為）等多個(gè)方面的內(nèi)容。其本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化，通過抽象來分析問題，實(shí)現(xiàn)問題的自動(dòng)解決。

從計(jì)算思維出發(fā)，計(jì)算機(jī)作為一種輔助人類腦力勞動(dòng)的工具，對(duì)很多問題的解決采用了與人類和其它領(lǐng)域已有解決方法不同的方法，這些方法的獲取和應(yīng)用對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件和硬件的開發(fā)具有極大的推動(dòng)作用。該文從計(jì)算機(jī)專業(yè)化和應(yīng)用的角度出發(fā)，根據(jù)計(jì)算思維的思想，提出計(jì)算技術(shù)應(yīng)用專業(yè)。它用計(jì)算機(jī)解決問題的方法來研究其它領(lǐng)域問題的解決方法，拓展計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。專業(yè)內(nèi)容包括計(jì)算技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域、領(lǐng)域問題、問題的計(jì)算機(jī)解決方法和方法解決效果等，具體層次關(guān)系如圖1所示。然而由于內(nèi)容的繁雜和領(lǐng)域的多樣性，該專業(yè)的很多內(nèi)容并不是已有內(nèi)容的直接收集，需要進(jìn)一步的研究和提取。

2 專業(yè)內(nèi)容設(shè)置

拓展目的是讓學(xué)生能有計(jì)算機(jī)解決問題的方法解決各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的問題，其內(nèi)容主要包括計(jì)算技術(shù)和典型領(lǐng)域兩個(gè)方面，確定專業(yè)內(nèi)容的過程如圖2所示，包括確定計(jì)算技術(shù)、選擇應(yīng)用領(lǐng)域、提取典型領(lǐng)域問題、為問題確定典型的計(jì)算方法和應(yīng)用效果評(píng)價(jià)等。其中，計(jì)算技術(shù)來源于計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用領(lǐng)域和其中問題來源于具體問題領(lǐng)域、計(jì)算方法和效果是兩方面知識(shí)的綜合。

2.1.1 確定計(jì)算技術(shù)

用計(jì)算機(jī)方法來思考、解決、評(píng)價(jià)其它領(lǐng)域的問題，計(jì)算機(jī)知識(shí)和計(jì)算技術(shù)仍是其基礎(chǔ)和核心?；谟?jì)算思維確定計(jì)算技術(shù)是深化和提取已有計(jì)算機(jī)相關(guān)的內(nèi)容，可以從計(jì)算思維方法、計(jì)算機(jī)通用方法、計(jì)算機(jī)應(yīng)用方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用方法四個(gè)方面提取。

計(jì)算機(jī)思維方法是從計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)中的基本原理、技術(shù)和方法中提取的思考解決問題的方法。它是在已有計(jì)算機(jī)相關(guān)原理、技術(shù)知識(shí)的基礎(chǔ)上概括并抽象提取的，不僅可以用于計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，還可以用于解決當(dāng)前和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無關(guān)問題的分析和解決。

計(jì)算機(jī)通用方法是獨(dú)立于具體應(yīng)用和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相關(guān)的原理、技術(shù)和方法。由于新專業(yè)中增加了領(lǐng)域知識(shí)的內(nèi)容，難以完全涵蓋已有的內(nèi)容，故本部分內(nèi)容需要在勾勒出計(jì)算技術(shù)整體框架、基本技術(shù)和代表性的方法的基礎(chǔ)上，舍棄一些具體的實(shí)現(xiàn)和操作方法。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用方法是使用計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的方法，包括計(jì)算思維的應(yīng)用方法、計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用方法。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用方法是通用的計(jì)算機(jī)使用和操作方法。這兩部分的內(nèi)容是和具體應(yīng)用無關(guān)的。

2.1.2 選擇確定應(yīng)用領(lǐng)域

選擇確定應(yīng)用領(lǐng)域是選擇學(xué)生將來的具體擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，基于計(jì)算思維選擇應(yīng)用領(lǐng)域除了考慮問題領(lǐng)域的特征和分類外，還依賴于計(jì)算技術(shù)的研究和發(fā)展預(yù)測(cè)。本部分的內(nèi)容可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)，其步驟包括領(lǐng)域的劃分、領(lǐng)域的選擇和領(lǐng)域內(nèi)容的確定。

領(lǐng)域的劃分可以根據(jù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的特征和現(xiàn)實(shí)世界中問題領(lǐng)域的劃分方法來劃分應(yīng)用領(lǐng)域，前者包括電子商務(wù)、電子政務(wù)、機(jī)械制造等領(lǐng)域，后者包括科學(xué)計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域。

選擇時(shí)要考慮領(lǐng)域的重要性、典型性、前瞻性和全面性等性質(zhì)。領(lǐng)域重要性包括兩個(gè)方面：一是領(lǐng)域自身的重要性，在國(guó)計(jì)民生中具有重要地位；二是指計(jì)算機(jī)發(fā)揮較大作用的領(lǐng)域。領(lǐng)域典型性指領(lǐng)域具有一定的代表性，具有較大的應(yīng)用范圍或相似的領(lǐng)域，通過這一領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)能解決較大范圍的問題。領(lǐng)域前瞻性指領(lǐng)域內(nèi)不僅存在計(jì)算機(jī)已解決的問題，還存在計(jì)算機(jī)正在解決和將來能解決的問題，可以涵蓋計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不同層次。領(lǐng)域全面性是對(duì)領(lǐng)域內(nèi)問題覆蓋面的衡量，至少包括對(duì)計(jì)算機(jī)某一方面內(nèi)容的全面應(yīng)用。

選擇領(lǐng)域后，對(duì)領(lǐng)域內(nèi)容的確定可以從三個(gè)層次展開。一是領(lǐng)域整體結(jié)構(gòu)，要從整體上對(duì)領(lǐng)域有充分的理解；二是領(lǐng)域內(nèi)的主要問題，至少要涵蓋對(duì)領(lǐng)域重要的問題和計(jì)算機(jī)不同層次知識(shí)應(yīng)用的問題；三是領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，要把握領(lǐng)域的發(fā)展方向以確定計(jì)算機(jī)在領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的方向。

2.1.3 領(lǐng)域中問題的選擇和研究

每個(gè)領(lǐng)域都有很多問題，計(jì)算機(jī)不可能解決領(lǐng)域內(nèi)所有問題。即使能解決的問題，也可能不適宜用計(jì)算機(jī)解決。而對(duì)很多領(lǐng)域來說，計(jì)算機(jī)能很好解決的問題也不可能都作為學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。為此，課程內(nèi)容不僅應(yīng)該包括具體問題，還應(yīng)該包括基于計(jì)算思維提取的問題選擇的原則。

問題的篩選原則和領(lǐng)域篩選原則類似，可以從問題的典型性、重要性和前瞻性等方面選擇。問題的典型性是由于選擇問題旨在通過一個(gè)問題使學(xué)生掌握一類問題和其解決方法，使得所選問題在問題領(lǐng)域內(nèi)具有代表性或者在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面具有代表性。問題的重要性需要從問題對(duì)領(lǐng)域的重要性和問題對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算方法解決同類問題的重要性。問題的前瞻性是指問題是否代表了領(lǐng)域發(fā)展的新方向、新趨勢(shì)或代表了計(jì)算思維在領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的新方向和新趨勢(shì)。

對(duì)于每個(gè)問題，需要涵蓋問題內(nèi)容、問題解決技術(shù)和效果三個(gè)方面。問題內(nèi)容是對(duì)問題的詳細(xì)陳述，包括問題的本來特征和與計(jì)算機(jī)相關(guān)的特征；問題解決技術(shù)是問題的各種解決方案，包括解決問題的出發(fā)點(diǎn)、具體的解決步驟或框架；解決的效果主要是對(duì)各種解決方法優(yōu)缺點(diǎn)的總結(jié)評(píng)比。

以企業(yè)管理領(lǐng)域?yàn)槔?，選擇問題要選擇各個(gè)企業(yè)都面臨的緊急問題，比如供應(yīng)鏈問題。問題的闡述需要解釋清什么是供應(yīng)鏈，供應(yīng)鏈問題有哪些部分、每個(gè)部分有哪些解決方法，每個(gè)方法解決了那些問題、這些問題的意義和解決方法的特征等內(nèi)容。

2.1.4 領(lǐng)域內(nèi)計(jì)算機(jī)解決問題的方法

領(lǐng)域內(nèi)問題的解決方法是計(jì)算技術(shù)和領(lǐng)域問題兩方面內(nèi)容的綜合。針對(duì)選定領(lǐng)域內(nèi)每個(gè)選定的問題，都要確定對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)的解決方法，但不一定是完全成熟的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用?；谟?jì)算思維的問題解決方法是各種計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的綜合，包括計(jì)算思維的應(yīng)用、計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用等不同的層次。

計(jì)算思維的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)解決問題思路或方法在領(lǐng)域中具體問題的應(yīng)用，不涉及具體計(jì)算機(jī)軟硬件在領(lǐng)域中的應(yīng)用。應(yīng)用內(nèi)容是提取的計(jì)算機(jī)思維和領(lǐng)域內(nèi)待解決問題的交集。例如采用需求工程中問題框架的思想去分析確定企業(yè)、部門、機(jī)器等解決問題的內(nèi)容；采用計(jì)算復(fù)雜性理論去分析現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜程度；人采用計(jì)算機(jī)搜索和推理問題的方法去分析解決問題等。

計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)開發(fā)方法在領(lǐng)域中的應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或模塊。它針對(duì)的是領(lǐng)域內(nèi)計(jì)算機(jī)未解決的或解決的不好的問題，去獲得一種新的或更好的計(jì)算機(jī)解決方案。包括特定問題的需求分析方法、針對(duì)這一問題的系統(tǒng)架構(gòu)、分析和設(shè)計(jì)產(chǎn)品、代碼和測(cè)試產(chǎn)品以及每一種成品的原因和結(jié)果分析。

計(jì)算系統(tǒng)的使用是具體計(jì)算機(jī)產(chǎn)品在領(lǐng)域中的應(yīng)用，包括具體的軟件和硬件的應(yīng)用。具體軟件系統(tǒng)包括企業(yè)管理 中ERP系統(tǒng)、生產(chǎn)制造中的CAD、PROE等系統(tǒng)；具體的硬件包括各種計(jì)算機(jī)終端和芯片。

2.1.5 確定方法的應(yīng)用效果

方法應(yīng)用效果是對(duì)計(jì)算方法在所在領(lǐng)域應(yīng)用結(jié)果，基于計(jì)算思維確定方法的應(yīng)用效果是通過提取分析計(jì)算機(jī)評(píng)價(jià)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)方法應(yīng)用效果的分析和評(píng)價(jià)。內(nèi)容可以包括正面的、負(fù)面的和未來改進(jìn)多個(gè)方面。正面效果包括問題的重要性、計(jì)算解決方法解決了問題的程度、和其它方法比的優(yōu)勢(shì)。比如ERP系統(tǒng)在企業(yè)中的作用，解決了企業(yè)中哪些問題，相比沒有ERP時(shí)企業(yè)生產(chǎn)方式有哪些變化，改進(jìn)了哪些環(huán)節(jié)。負(fù)面效果包括領(lǐng)域內(nèi)未解決的問題、問題中未解決的部分、解決問題不足的方面等內(nèi)容。比如ERP不能完全代替人來管理企業(yè)、不能解決企業(yè)管理中的戰(zhàn)略決策問題、對(duì)信息的處理范圍和速度都有不足。未來改進(jìn)包括領(lǐng)域內(nèi)將來能解決的問題、問題中將來能解決的部分已解決問題中將來能改進(jìn)的部分和更好的解決已有問題的方法等內(nèi)容。比如ERP將來可以更多地代替人的腦力勞動(dòng)、可以為戰(zhàn)略決策提供更多支持和幫助。

3 總結(jié)

本文針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的發(fā)展問題，根據(jù)計(jì)算機(jī)的特征，通過深化提取計(jì)算技術(shù)、引入領(lǐng)域和領(lǐng)域問題、研究典型問題的計(jì)算機(jī)解決方法和評(píng)價(jià)，提出了計(jì)算機(jī)專業(yè)發(fā)展的一個(gè)新方向，擴(kuò)充并深化了已有計(jì)算機(jī)專業(yè)的內(nèi)容和應(yīng)用層次。該方法的應(yīng)用可以進(jìn)一步提取計(jì)算機(jī)知識(shí)的層次和應(yīng)用深度，提高學(xué)生在特定領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析問題、解決問題的能力，開拓計(jì)算機(jī)知識(shí)的應(yīng)用范圍，為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入和學(xué)生就業(yè)方向的拓展提供了基礎(chǔ)。然而，該專業(yè)很多內(nèi)容尚不成熟，需要進(jìn)一步的研究和教學(xué)中的進(jìn)一步的提煉。

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