進(jìn)入“棋盤(pán)”下半場(chǎng)的計(jì)算機(jī)教育改革

王娟

（湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，郴州 410014）

進(jìn)入“棋盤(pán)”下半場(chǎng)的計(jì)算機(jī)教育改革

王娟

（湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，郴州 410014）

0　引言

有關(guān)“棋盤(pán)”下半場(chǎng)的故事來(lái)自于一個(gè)古老的傳說(shuō)：很早以前國(guó)際象棋的發(fā)明者得到了國(guó)王的一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)允諾。國(guó)王許諾只要發(fā)明家需要什么，他都能滿(mǎn)足。于是發(fā)明者提出：希望國(guó)王能送給他大米。國(guó)王微微一笑，滿(mǎn)口答應(yīng)了。發(fā)明家說(shuō)他要在棋盤(pán)的第一個(gè)格子放一粒大米，第二個(gè)放兩粒，第三個(gè)放四粒，以此類(lèi)推，每一格的大米數(shù)是前一格的兩倍。在棋盤(pán)的上半場(chǎng)，大米堆并不是很離譜，在經(jīng)過(guò)32個(gè)格子后，得到了40億粒大米，相當(dāng)于一大片耕地的產(chǎn)量?？墒沁M(jìn)入棋盤(pán)的下半場(chǎng)后，大米的數(shù)量多得不可思議，堆起來(lái)比珠穆朗瑪峰還要高。棋盤(pán)的下半場(chǎng)數(shù)量的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)線性增長(zhǎng)，徹底超出了我們的預(yù)期［1］。

《與機(jī)器賽跑》的作者預(yù)言，人類(lèi)的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了“棋盤(pán)”的下半場(chǎng)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展按照摩爾定律所言：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。雖然2013年后，晶體管數(shù)量密度預(yù)計(jì)只會(huì)每三年翻一番，但是計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了人類(lèi)與機(jī)器競(jìng)爭(zhēng)工作的現(xiàn)象?？上н@是一場(chǎng)人類(lèi)贏不了的比賽，最后計(jì)算機(jī)一定會(huì)取代大多數(shù)人類(lèi)的工作。因此，我們必須學(xué)會(huì)與計(jì)算機(jī)協(xié)作并發(fā)揮人類(lèi)的特長(zhǎng)，才能真正掌握我們的未來(lái)。

高校的計(jì)算機(jī)教育與計(jì)算機(jī)發(fā)展接軌已迫在眉睫。世界各大高校也順應(yīng)趨勢(shì)進(jìn)行著各種變革。通過(guò)查閱哈佛大學(xué)（世界排名第一）、牛津大學(xué)（世界排名第四）和劍橋大學(xué)（世界排名第三）的計(jì)算機(jī)課程發(fā)現(xiàn)，這些一流大學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science）的重視程度是超乎想象的。

1　哈佛大學(xué)計(jì)算機(jī)課程現(xiàn)狀

哈佛大學(xué)開(kāi)設(shè)核心課程，所謂“核心課程”，就是本科生的基礎(chǔ)課，學(xué)生必須選出幾門(mén)作為必修課。“核心課程”的目的，就是讓學(xué)生們?cè)陂_(kāi)始研究樹(shù)木之前，能夠先看一眼森林。最好能夠把這個(gè)森林地圖印在大腦上，這樣再走到細(xì)小的道路上時(shí)，也不會(huì)迷路。

哈佛的“核心課程”分成七個(gè)板塊：外國(guó)文化、歷史學(xué)、文學(xué)和藝術(shù)、道德倫理、定量推理、科學(xué)和社會(huì)分析。計(jì)算機(jī)學(xué)科則屬于科學(xué)分支當(dāng)中的必修和選修課程部分。

查詢(xún)哈佛大學(xué)本科 （Undergraduate）課程目錄（Course Catalog）可以發(fā)現(xiàn)：與計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science）有關(guān)的課程就有131個(gè)結(jié)果。如圖1所示。

在這些數(shù)量眾多的計(jì)算機(jī)課程中，有近1/3是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)類(lèi)的課程。這些課程不僅理科、工科學(xué)生可以選學(xué)，人文學(xué)科的學(xué)生同樣可以學(xué)習(xí)。

圖1　

下面就簡(jiǎn)單介紹幾門(mén)所有學(xué)生都可以選學(xué)的公共計(jì)算機(jī)課程：

（1）計(jì)算機(jī)科學(xué)1-計(jì)算機(jī)學(xué)科大思維

圖2　

課程描述：本課程主要介紹計(jì)算機(jī)學(xué)科中最重要的發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的知識(shí)范式。此課程為很少或以前沒(méi)有計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)背景的學(xué)生設(shè)計(jì)。使用高、低級(jí)編程語(yǔ)言探索解決問(wèn)題；提出了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成視圖方式；通過(guò)編譯器和GUI設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電路。檢查相關(guān)理論和實(shí)踐的局限性。通過(guò)說(shuō)明軟件不可靠和侵犯隱私提出了軟件無(wú)法解決的棘手的計(jì)算問(wèn)題以及社會(huì)和倫理困境等問(wèn)題。

（2）計(jì)算機(jī)科學(xué)50-計(jì)算機(jī)科學(xué)概論

圖3　

課程描述：介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)的智能企業(yè)和編程的藝術(shù)。本課程教導(dǎo)學(xué)生如何思考算法并有效地解決問(wèn)題。主題包括抽象、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、封裝、資源管理、安全、軟件工程、和web開(kāi)發(fā)。語(yǔ)言包括C、PHP和JavaScript +SQL，CSS和HTML。問(wèn)題集的靈感來(lái)自真實(shí)的生物學(xué)領(lǐng)域、密碼學(xué)、金融、取證和游戲。使用集中器和無(wú)集中器的設(shè)計(jì)，學(xué)生可以沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)。

此外，哈佛大學(xué)還開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)硬件、軟件和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等常規(guī)計(jì)算機(jī)課程，而課程的內(nèi)容都融入了最前沿的科技創(chuàng)新，每年根據(jù)學(xué)科的進(jìn)展增加和修改內(nèi)容。

通過(guò)以上介紹我們可以感受到，世界第一大學(xué)的魅力所在。就是無(wú)論你在學(xué)校學(xué)習(xí)什么專(zhuān)業(yè)，我們都必須構(gòu)架各種學(xué)科的框架。使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中不會(huì)迷失。

2　牛津大學(xué)有關(guān)計(jì)算機(jī)課程的描述

牛津大學(xué)在大學(xué)生選修課程描述中這樣說(shuō)道：

計(jì)算機(jī)科學(xué)是關(guān)于深層次理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的學(xué)科。計(jì)算機(jī)及其運(yùn)行的程序是有史以來(lái)人類(lèi)最復(fù)雜的產(chǎn)品；如何有效地設(shè)計(jì)、使用它們提出了巨大的挑戰(zhàn)。面臨這些挑戰(zhàn)的目標(biāo)是：計(jì)算機(jī)科學(xué)作為一個(gè)實(shí)踐的學(xué)科，如何解決以下基本問(wèn)題：

●我們?nèi)绾潍@取精確的方式，我們希望計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做什么？

●我們應(yīng)該相信電腦？我們可以在數(shù)學(xué)上證明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)我們想要做什么嗎？

●計(jì)算機(jī)能幫助我們建立模型和調(diào)查像地球氣候這樣的復(fù)雜系統(tǒng)、金融系統(tǒng)或是我們自己的身體嗎？

●不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何溝通和合作有效，它可靠嗎？

●可以用電腦學(xué)會(huì)說(shuō)英語(yǔ)，或者中文嗎？

●計(jì)算機(jī)能做人類(lèi)智慧所能做的一切嗎？

●計(jì)算的極限是什么？量子計(jì)算機(jī)能擴(kuò)展這些限制嗎？

現(xiàn)在新興的理論回答這些類(lèi)型的問(wèn)題，可以立即應(yīng)用于設(shè)計(jì)新形式的電腦程序，網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。這將改變科學(xué)、商業(yè)、文化和生活在21世紀(jì)的所有方方面面。

3　劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)課程描述

劍橋大學(xué)在大學(xué)生選修課程描述中這樣說(shuō)道：

什么是計(jì)算機(jī)科學(xué) （CS）呢？（What is Computer Science？）

想知道魔方和數(shù)獨(dú)的最佳方式是什么？計(jì)算機(jī)科學(xué)家喜歡拼圖邏輯思維任務(wù)一樣，這些畢竟，邏輯思維的最終體現(xiàn)是計(jì)算機(jī)。所以雖然主題叫“計(jì)算機(jī)科學(xué)”，它涉及的不僅僅是電腦或“它”。

我們認(rèn)為CS作為信息的研究，現(xiàn)在處于現(xiàn)代社會(huì)的中心。計(jì)算機(jī)科學(xué)無(wú)處不在：它保證你的Facebook網(wǎng)頁(yè)的訪問(wèn)量；道路交通流的優(yōu)化；讓我們合理地預(yù)測(cè)明天的天氣；當(dāng)你想使用你的手機(jī)保證有撥號(hào)音。計(jì)算機(jī)科學(xué)已經(jīng)極大地改變我們生活的世界，和世界需求的計(jì)算機(jī)科學(xué)家創(chuàng)造未來(lái)。

不要以為CS是為那些想坐在電腦前，在黑暗的房間里度過(guò)他們的余生規(guī)劃。CS在劍橋是人誰(shuí)想要了解現(xiàn)代世界的作品，誰(shuí)想影響它的未來(lái)。我們所教的技能是在這種需求，我們的畢業(yè)生都被寵壞的選擇，當(dāng)談到工作提供了從本地和全球的產(chǎn)業(yè)。起薪高，在一定范圍內(nèi)的行業(yè)機(jī)會(huì)也很多，在我們中間的企業(yè)家，我們有更多的份額！

4　我國(guó)高校計(jì)算機(jī)課程各學(xué)期設(shè)置內(nèi)容

通過(guò)以上世界頂級(jí)大學(xué)有關(guān)計(jì)算機(jī)學(xué)科的描述和計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，我們可以看出，計(jì)算機(jī)課程在大學(xué)基礎(chǔ)教育中不僅要大幅度增加還要更深入的融合學(xué)習(xí)，只有這樣才能順應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

由此我們有理由建議高校的所有專(zhuān)業(yè)和學(xué)科都必須將計(jì)算機(jī)課程增加到三到四個(gè)學(xué)期，各學(xué)期計(jì)算機(jī)課程安排如下：

表1　

應(yīng)用一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用軟件（如音樂(lè)專(zhuān)業(yè)可以嘗試開(kāi)發(fā)一種音樂(lè)處理軟件或是音樂(lè)制作軟件。）。

雖然看起來(lái)第二學(xué)年的計(jì)算機(jī)課程對(duì)于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)似乎有難度，但我們的目的并不是真的要按照計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)要求他們，而是在這樣的學(xué)習(xí)中更深入了解計(jì)算機(jī)學(xué)科如何與自己專(zhuān)業(yè)相結(jié)合。只有嘗試過(guò)用計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的眼光來(lái)開(kāi)發(fā)，才能在更廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用，也才能更深刻的了解計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。

通過(guò)了解斯坦福大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)課程，可以發(fā)現(xiàn)美國(guó)大學(xué)的計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)課程不是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)利。很多其他專(zhuān)業(yè)，甚至文科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生也有選修。而且文科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)年的學(xué)習(xí)，也能開(kāi)發(fā)出一些小游戲了。所以并不是學(xué)生能力的問(wèn)題，很多時(shí)候是我們意識(shí)的問(wèn)題。如果我們能摒棄這樣的定式思維，用更加廣闊的胸襟去看待計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的改革，或許我們能夠迎來(lái)更加輝煌的信息時(shí)代。

［1］Erik Brynjolfsson，Andrew McAfee.Race Against the Machine［M］.電子工業(yè)出版社，2014.9.

［2］馮博琴.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育新階段的教學(xué)改革與研究［J］.中國(guó)大學(xué)教育，2004.9：15.

［3］周冰，劉慶華.高等院校計(jì)算機(jī)公共課程教學(xué)改革研究［J］.科技信息，2009（27）：106.

Machine Running；Computer Education Reformation；University Computer Course

Computer Education Reformation in the Second Half of the"Board"

WANG Juan
（Hunan International Economics University，Chenzhou 410014）

1007-1423（2015）31-0035-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.31.009

王娟（1979-），女，湖南郴州人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

2015-10-09

2015-10-25

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的加速發(fā)展，計(jì)算機(jī)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的聯(lián)系越來(lái)越緊密、越來(lái)越重要，未來(lái)計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要性不言而喻。高校計(jì)算機(jī)課程的設(shè)置也應(yīng)當(dāng)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，大幅增加計(jì)算機(jī)課程的廣度及深度。加速改革計(jì)算機(jī)課程與各類(lèi)學(xué)科的融合，迎接已經(jīng)到來(lái)的信息大時(shí)代。

與機(jī)器賽跑；計(jì)算機(jī)教育改革；高校計(jì)算機(jī)課程

With the rapid development of computer technology，the connection between computer and economic society is becoming more and more closely，more and more important.The setting of computer course in colleges and universities should also conform to the development of the times，and greatly increase the breadth and depth of computer course.Accelerates the reformation of computer courses and the integration of various disciplines，the arrival of the era of information.