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計算機科學技術學科評估范文第1篇

關鍵詞:美國;計算機;基礎課程;教學大綱

2009年11月,作為國家示范教學實驗中心建設工作的一部分,國內高校計算機教學單位組團,對美國中部幾所大學的計算機教育情況進行了考察。本文對美國伊利諾伊大學香檳分校(UIUC)和伊利諾伊理工學院(IIT)的計算機基礎教育和美國大學非計算機專業計算機基礎教育的指導方針進行介紹和探討。

伊利諾伊大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign,UIUC)成立于1867年,學科專業設置齊全,共有近200個專業,最好的學科是工程和商科,還有農學院、法學院、教育學院、航空學院、工程學院、通信學院、獸醫學院、藝術學院、勞資關

系學院、企業管理學院、社會研究學院、人類學院、化學和化工學院、人文和家庭研究學院、應用科學生命學院、哲學和理學院等20多所學院[1]。

UIUC的計算機科學系創建于1972年,經歷30多年的發展,一直雄居全美前5名,僅次于Stanford、Berkeley、MIT和CMU[1]。UIUC的計算機科學(CS,Computer Science)課程體系規劃基本成形于1986年,并在此后的20多年間不斷完善。目前有57位教員(Faculty)[2],承擔著全部本科教學和科研工作。CS本科課程設置特點為廣、深結合,理論、實踐結合。課程覆蓋計算機理論、設計和應用等領域[3]。

伊利諾伊理工學院(IIT)始創于1890年,坐落于芝加哥,是一所同時重視科學和工程學的學府,是美國知名的三大理工院校之一,下設7個學院和1個研究中心,即阿默工程學院(Armour College of Engineering)、芝加哥肯特法學院(Chicago-Kent College of Law)、建筑學院、文理學院、設計學院、心理學院、斯圖爾特商學院(Stuart School of Business)和職業發展中心[4]。IIT的CS系目前有16位教員,承擔著計算機本科教學和科研工作。

1計算機專業基礎教學的特點

分類的計算機基礎課是美國大學基礎教學的主要特色,不同類型的計算機基礎課分別面向計算機專業、理工科專業和非理工專業。其中,根據美國本科教育的特點,計算機專業的基礎課有非常顯著的針對性。非計算機專業的計算機基礎課設計也很耐人尋味。

美國的計算機基礎課一般有兩門,在UIUC分別是CS100 Freshman Orientation(新生指導,1學分)和CS 125 Intro to Computer Science(計算機科學導論,4學分) [5]。在IIT分別是CS100 Introduction to Professions (職業生涯介紹,2學分)和CS201- Accelerated Introduction to Computer Science(簡明計算機科學導論,4學分)[6]。

面向新生開設的CS100類課程不僅課時較少,內容也比較簡單,在國內高校中較為少見。例如,IIT的CS100課程“作為一種(從事計算機)科學和工程職業介紹,闡述應用(計算機)工程和科學解決問題的過程,強調跨學科和國際化解決問題并需要評估計算、金融和社會制約因素下的解決方案[7]。”學習目標定位在使學生“理解計算機科學基本概念,包括計算歷史、二進制計算/邏輯/程序轉換、算法、計算機體系結構、操作系統等;展示使用偽代碼解決基本問題,如排序和遞歸;與計算機科學職業生涯有關的職業操守(ACM Ethics Code);利用圖書館資源研究和撰寫計算機科學技術的研究論文;創建并進行計算機科學理論的教學演示或計算機科學技術銷售演示[7]。”

這類課程在美國大學是非常有意義的。許多選擇計算機為職業方向的本科新生對計算機專業的培養目標、專業課程和職業生涯并沒有真正了解,而這門課程就可以幫助這些學生了解計算機專業的培養目標和就業前景,然后再作決定。不少學生學完這門課后,發現現實與自己想象的完全不同,就可以盡快轉到其他專業。另一種情況則相反,一些沒有專業方向的本科生(美國大學允許大學生沒有專業方向,但需要輔修若干小專業)在選修了這門課程后,可能將計算機作為自己的主修或輔修專業。

UIUC的CS125計算機科學導論是以Java語言為主的編程入門課,涵蓋了一些算法的內容,介紹與解決計算問題有關的基本概念和基本技術,此外還有與之配套的實驗課[2],擬作為計算機科學專業的第一門課程。該課程與我們國內多計算機專業開設的第一門計算機課程有共同之處。

2非計算機專業計算機基礎指導方針

美國大學的非計算機專業計算機基礎的指導方針出自美國國家科學研究委員會 (National Research Council,NRC)1999年出版的報告《Being Fluent with Information Technology》[8]。在報告中,該委員會將現代高等教育中受教育者的計算機或信息技術應用能力分別定義為智力性能力、信息技術的概念和信息技術技能3個方面,每個方面包含10項內容,共30項。

這3個方面的具體內容如下:

1)Intellectual capabilities(智力性能力,指在復雜和支撐性環境中應用信息技術)。

(1)Engage in sustained reasoning(持續運用推理能力)。

(2)Manage complexity(管理復雜性)。

(3)Test a solution(測試解決方案)。

(4)Manage problems in faulty solutions(在失敗的解決方案中尋找并解決問題)。

(5)Organize and navigate information structures and evaluate information(組織和導出信息結構并評估信息)。

(6)Collaborate(合作)。

(7)Communicate to other audiences(與他人溝通)。

(8)Expect the unexpected(準備好應對預料之外、情理之中的情況)。

(9)Anticipate changing technologies(預見技術的變化)。

(10)Thinking about information technology abstractly (關于信息技術的抽象思維)。

2)Information technology concepts(信息技術的概念)。

(1)Computers(計算機)。

(2)Information systems(信息系統)。

(3)Networks(網絡)。

(4)Digital representations of information(信息的數字化表達)。

計算機科學技術學科評估范文第2篇

人類社會進入了一個信息的新時代，以計算機為基礎的信息技術滲透到社會的各個領域，圍繞計算機的應用與技術正在快速地發展和變化。高等院校作為輸送高素質現代人才的搖籃，面對計算機技術日新月異的變化，局限于傳統教育模式的弊端，我國高校計算機教育正在面臨巨大挑戰，需要借鑒國際上，特別是發達國家的教育經驗，以適應社會對人才的需求。

英國的高等教育歷史悠久，起源于700多年前，無論是科研還是畢業生的質量在世界上均享有盛譽。20世紀80年代后期，為了適應經濟與社會發展，迎接21世紀的挑戰，英國政府和教育界人士就高等教育的發展方向展開了激烈的討論，英國政府發表了《90年代英國高等教育的發展》綠皮書，綠皮書強調高等教育應為國民經濟服務，英國大多數大學都同業界保持著密切的聯系。

由于計算機技術的快速發展，激起了信息產業革命，為了滿足工業和科研的需求，大學計算機教育處于英國教育改革的前沿。計算機科學是一門多學科交叉的學科，具有很強的理論性和實踐性，而且，與其他學科相比，它的一個顯著特點是快速的變化性，需要不斷更新和改革大學計算機的課程、教學內容以及培養方式。在英國傳統文化的影響下，英國大學追求自治，形成了自由而嚴謹的風尚，大學有獨立的自我管理機構，有權設置不同課程和教育評估體系，為了適應就業市場對人才的需要，英國的大學計算機教育緊密反映了當今工業以及科研的需求。

盡管近年來我國大學計算機教育取得很大的發展，相對于西方發達國家，仍具有一定滯后性，需要借鑒發達國家的教育經驗，提高計算機教育質量水平。本文根據筆者在英國大學學習和工作的經歷和感受，著重從課程設置、學科建設和學生素質培養等方面，以個人的視角分析英國一些大學的計算機教育特點，并結合在國內大學計算機教育的經驗，探討計算機教育改革的一些問題。

2 自主、靈活的課程設置

2.1 英國大學計算機課程設置簡介

計算機科學是一個多學科交叉的學科，工程和數學是其根本，同時與其他學科有廣泛的聯系。例如，硬件設計與電子學和電子工程緊密相關，芯片制造與固體物理相關，而用于構造、分析和軟件驗證的形式化方法更多地與數學相關。而且，計算機及其應用的理論與實踐相關的各個課程還在繼續演化，這意味著計算機課程選擇具有較大的廣泛性，特別是當今計算機科學技術正在快速變化發展，如何選擇與當今工業和科研發展相適應的課程尤為困難。

英國大學自主性的教育體制特點使得英國計算機課程設置具有很大的靈活性和多樣性，英國的大學由于不同的教育傳統和研究特色，盡管同樣是計算機專業，而在課程設置上有很大的不同。為了了解英國大學計算機課程體系特點，下面主要以劍橋大學(University of Cambridge)、愛丁堡大學(University of Edinburgh)和利茲大學(University of Leeds)為例，主要介紹其本科的課程設置特點。因為，本科階段的教育是高等教育的基礎，本科計算機課程體系是培養高級計算機人才的核心基礎。英國的本科有3年學制和4年學制（一般英格蘭本科是3年學制，而蘇格蘭是4年），但課程涵蓋了非常廣泛的范圍。

劍橋大學的自然科學在世界上享有盛譽，它的計算機課程設置也反映它的研究特色。在劍橋大學的學生可以選擇3年的計算機課程學習，也可選擇先學習一年的計算機課程，接下來的2年學習其他自然科學，或者先學習一年的數學課程，再學習計算機課程。這一點與國內很不相同，國內學生一般不能跨專業選擇課程。劍橋大學的計算機學位課程劃分為3個部分（Part IA, Part IB 和Part II）, 不同體系體現了不同的特色。前兩個部分強調在計算機科學領域的扎實基礎，而在后一個部分是專門深入的學習。第1、2年的基礎課程涵蓋了計算機科學基礎理論和實踐課程，包括：面向對象語言Java、操作系統、離散數學、密碼學分析、算法、數字電子學、有限自動機、軟件設計和專業實踐等，其中數字電子學包括數字組件和電路基礎。同時，學生還需選擇一些面向自然科學的數學課程，以及自然科學課程，例如，化學、物理、地質學、進化與行為,以及有機生理學等。而第2年的課程主要是計算機專業核心技術與理論課程，例如，實踐課程包括計算機設計、數字通訊、編譯器構造和圖形學等；理論課程包括語義學、邏輯與證明和計算復雜性等。第3年的課程主要是專業性很強的課程，學生根據興趣和需求，選擇偏向工程、理論或者應用方面的有針對性的課程學習。劍橋大學的學生生源較好，并且由于在自然科學研究的優勢，計算機課程設置體現了多學科交叉和基礎性特色。

在愛丁堡大學，計算機科學是信息科學的一個部分，涵蓋人工智能和認知科學。愛丁堡大學的計算機學位課程均由從事相關領域研究的專家執教，愛丁堡大學在計算機理論研究方面擁有很高聲譽，課程設置很大程度上反映了該校的研究特色。愛丁堡大學屬于蘇格蘭體制，本科是4年學制，在第1、2年主要學習信息科學的課程和相關數學課程，第3年選擇核心技術和理論課程，保證具有廣泛的基礎專業知識，最后一年完成畢業設計和專門課程學習。第1、2年主要包括數學、信息科學和計算機的基礎課程，如：數據結構、算法、計算機系統、軟件工程、有限自動機、語言處理和一些基礎數學課程等。第3年是一些計算機專業相關課程，學生可選課程相當廣泛，包括：算法和數據結構、可計算性和復雜性、語言語義學與實現、計算機設計、計算機體系結構、操作系統、企業計算、基于對象和組件的軟件工程、計算機安全、編譯技術、計算機通訊和數據庫系統等。而最后一年的課程是與畢業設計相關的和提高性的課程，可選的課程主要包括高級數據庫、高級編程語言、計算復雜性、計算機代數、計算機圖形、計算機網絡、分布式系統、嵌入式軟件、形式編程語言語義學、人機接口、模型與仿真、并行體系結構、并行編程語言和系統、軟件體系結構、過程和管理、系統級集成實踐、類型和編程語言和可視化等。從這些課程設置體現出愛丁堡大學很強的計算機特色，課程覆蓋面廣泛而深入，反映了當前計算機科學研究發展。

利茲大學的計算機在分布式系統和人工智能方面的研究力量較強，同時與產業界有著密切的聯系，課程設置也體現它的特色。利茲大學的計算機本科是3年學制，也可另加1年的社會實踐。第1、2年的核心基礎課體現了計算機專業性和它的研究特色，包括編程語言、計算機系統、分析與建模、計算數學、計算導論、系統工程、軟件工程、知識管理、人工智能、信息學、分布式系統構建、人與計算和專家系統等。另外，高年級的選修課程主要涵蓋具有特色的研究方向，體現出很強的專業性，如離散與優化、復雜性理論和逼近算法、計算機視覺、自然語言處理、知識表示與推理、生物計算、科學計算、高級計算機圖形學等。這些課程基本上是與計算機直接相關的課程，課程設置盡量適應產業和科研的需求。

計算機科學技術學科評估范文第3篇

關鍵詞：計算機大師；創新；成才；因素

電子計算機是人類20世紀的偉大發明，是迅速發展并廣泛應用的重大科技成果。它給人類帶來了快速、便捷、強大、廉價、可靠、豐富多彩的計算工具；它擴展了計算的方式和內涵，將計算滲透到人類社會的各個領域；它帶來了嶄新的計算機文化、計算機產業、計算機學科和數以千萬計的從業人員。進入21世紀，用高密度廉價芯片和各種軟件“武裝”起來的計算機與網絡、多媒體、多種傳感器連接，逐步構成了與現實世界對應的世界范圍的網絡計算環境，使人類社會進入了知識經濟和信息化的新時代。2012年是圖靈誕辰100周年，回顧計算機發展成就，緬懷計算機大師們的創新和創業歷程，從中找出規律和啟迪，對于深化計算機教育教學改革、培養創新性人才具有深遠的現實意義。

一、榮獲圖靈獎和先驅獎的大師們

為表彰對計算機事業作出重大貢獻的科學家和工程師，1966年ACM設ACM圖靈獎，1966-2011年共有 58人獲圖靈獎。1980年IEEE/CS設計算機先驅獎，1980-2000年共有108人獲計算機先驅獎。

仔細分析獲獎的內容和獲獎者名單可以明顯感到，ACM圖靈獎的范圍是計算機科學，側重理論、概念、軟件、算法、方法學；IEEE/CS計算機先驅獎的范圍是計算機工程，側重計算機系統、實現技術、設備、產品。計算機科學為計算機工程提供理論基礎，計算機工程和應用技術深深地影響著計算機科學的發展。計算機科學與計算機工程的領域范圍可參照CC2004報告提供的示意圖，如圖1所示[1，2]。

圖1 （a）計算機科學學科范圍

圖1 （b）計算機工程學科范圍

ACM圖靈獎涉及的主要內容有：程序設計語言概念、操作系統原理、算法設計和復雜性、人工智能、數據庫、圖形學、數值和符號計算等。其獎勵對象主要是計算機科學家，如：從事ALGOL60語言的佩利、諾爾，FORTRAN語言、巴克斯范式BNF和函數式程序設計語言FP的發明人巴克斯，PASCAL語言和結構化程序設計的發明人沃思，C/UNIX的發明人丹尼斯·里奇和湯普森，面向對象語言SMALLTAK80的發明人艾倫等程

序設計語言大師；從事計算機科學理論的狄克斯特拉、克努特、庫克、卡普布盧姆、伯努利、姚期智等；從事人工智能和數據庫的明斯基、麥卡錫、西蒙、費根鮑姆、巴赫曼、科德、格雷等。

IEEE/CS計算機先驅獎涉及的主要內容有：具體的計算機系統、具體的器件和外設；具體的程序設計語言及編譯器、應用廣泛的數據編碼和算法等。其獎勵對象主要是計算機工程師，如：研制第一臺程序自動計算機的艾肯，研制第一臺電子計算機ENIVAC的埃克特、莫奇利，研制第一臺存儲程序計算機的威爾克斯，研制第一臺存儲程序并行計算機Whirlwind的艾弗萊特，發明集成電路的基爾比、諾伊斯，提出RISK體系結構的科克，研制IBM360通用系列計算機的布魯克斯、伊萬斯，研制PDP和VAX系列小型機的貝爾，研制面向大規模科學計算超級計算機的克雷，鼠標器發明者恩格爾巴特，研制個人計算機和視窗系統的霍夫、蘭普森、薩克爾，Internet基礎通信協議TCP/IP發明者凱恩，等等。

在這些計算機大師中，佩利、巴克斯、狄克斯特拉、克努特、沃思、里奇、湯普森等人既獲得圖靈獎又獲得先驅獎，表明他們的工作在理論和工程兩方面都具有重要意義。

其實，還有一類計算機大師對計算機事業發展功不可沒，即計算機企業家，如IBM公司的沃森、Intel公司的莫爾、微軟公司的比爾·蓋茨、Apple公司的喬布斯等。如果沒有他們的創新與創業，計算機的發展不會有今天的成就。他們了解市場需求和計算機發展的最新成就，根據社會各種需求發展計算機技術，知人善任組織開發團隊，開發各類用戶想要的或還沒有想到的計算機產品。他們熟悉市場運作和相關的法律法規、善于企業經營和管理，為企業和計算機的發展籌集資金、招募人員、購置設備、開展科學研究和營造工作環境。他們靠良好的產品質量和信譽為客戶服務，并在此過程中不斷壯大自身企業的實力、擴大業務范圍，同時還承擔發展過程帶來的各種風險，為社會提供就業機會和創造財富。Apple公司、IBM公司、微軟公司、Intel公司已成為和石油、汽車、電信、銀行等傳統大型企業并駕齊驅的新興企業，2012年分別列為“財富”500強企業排名的第55位、57位、119位、173位。計算機企業家理應是計算機大師的重要組成部分，培養計算機企業家也是計算機及相關學科的一項重要任務。

計算機大師可能是科學家、工程師、教授、企業家，他們的分工如圖2所示。需要指出的是，同一位計算機大師可能身兼數職，承擔一種或幾種“角色”，他們可能既是科學家又是工程師，又是教授；或既是工程師，又是教授；或既是工程師，又是企業家，等等。這為人才的流動、理論與實踐結合、產學研結合提供了人力資源，創造了基本條件。

圖2 計算機大師的工作領域

二、計算機大師的創新

創新是計算機大師共有的品質和追求，是計算機大師成才的重要途徑。創新給人類社會帶來了新興的計算機學科、巨大的計算機產業、豐富的計算機產品、廣泛的計算機應用，同時也造就了一代又一代的計算機大師。計算機領域的創新可分為理論創新、技術創新、產品創新和學科創新。

計算機理論創新為計算機的發展和應用指明方向，提供新理論、新方法和新工具。其成果的主要形式是論文、專著，主要“角色”是科學家，如前面提到的計算機語言大師佩利、巴克斯、沃思，計算機理論大師狄克斯特拉、克努特，人工智能大師麥卡錫、西蒙、費根鮑姆等。

計算機技術創新為計算機的發展和應用提供新技術、新材料、新器件、新的系統架構、高效的方法和實用的工具，開發新的產品。其成果的主要形式是產品、專利、論文，主要“角色”是工程師，如著名計算機設計師埃克特、莫奇利、威爾克斯、布魯克斯、貝爾、克雷、薩克爾、凱恩等。

計算機產品創新為社會提供豐富多彩的、質優價廉的、用戶滿意的各種類型、各種層次的計算機產品。其成果的主要形式是產品和服務，主要“角色”是企業家、工程師。例如，莫爾領導的Intel公司按照莫爾定律的預測不斷提供各種類型的計算機CPU芯片，沃森領導的IBM公司半個多世紀以來不斷提供先進的系列計算機和多種外部設備，比爾·蓋茨領導的微軟公司不斷提供的Windows操作系統和Office辦公軟件等，喬布斯領導的Apple公司為全球廣大用戶提供人見人愛的Macintosh、iPAD等系列產品。財富雜志評選20世紀最后25年具有劃時代意義的40項發明，Intel公司的微處理器芯片和Apple公司的Macintosh兩項電子產品榜上有名。

計算機學科建設和創新主要在大學的計算機系（所）進行。從莫克利1946年夏在莫爾學院舉辦為期6周的“電子數字計算機設計理論與技術”培訓班，到1956年佩利在卡內基理工學院建立計算中心、為大學生講授程序設計課程，計算機科學教育逐步形成，計算機課程體系逐步完善。進而卡內基理工學院、麻省理工學院、斯坦福大學等陸續成立計算機系，到20世紀60年代初計算機學科已經形成。ACM和IEEE/CS分別建立計算機科學和計算機工程的教育委員會，組織制訂推薦教育計劃。計算機科學研究、人才培養、師資隊伍建設、實驗環境建設等迅速發展。50多年來計算機學科范圍不斷擴展、內容不斷豐富，逐步由一個新興的學科發展成為一個擁有計算機科學、計算機工程、軟件工程、信息系統、信息技術等子學科的成熟學科。計算機學科在計算機科研、人才培養、社會服務等方面做出了巨大貢獻，產生了廣泛的影響。計算機學科成果的主要形式是人才、論文、專利、新設備等，主要“角色”是教授。卡內基·梅隆大學、麻省理工學院、斯坦福大學等著名大學的計算機系在學科建設上已形成自身的傳統和優勢。

理論創新、技術創新、產品創新和學科創新相互依賴，相互促進，共同發展成就了計算機事業的輝煌，造就了一代又一代的計算機大師。準確把握四類計算機創新的特點和規律是計算機學科與企業創新、發展和評估的基礎。

三、計算機大師成才的主要因素

我們常說做好一件事，內因（主觀因素）是根據，外因（客觀因素）是條件，外因通過內因起作用。大師們的創新成果取決于內因和外因，取決于主觀和客觀兩方面的因素及主觀因素與客觀因素的結合。學師們的創新、創業歷程發現，主觀因素主要包括勤奮、興趣、能力；客觀因素主要包括學術環境、社會環境等。主觀因素與客觀因素結合往往產生創新的激情、創新的過程和創新的成果。

1.成才的主觀因素

天才出于勤奮，任何創新都需要勤奮的學習和工作。佩利有一名言“一切名詞都可以變為動詞”，即通過自身的努力，一定能實現自己的目標。勤奮是做好一切工作的基礎，計算機大師們都有勤奮好學、基礎厚、能力強的共同特點。

興趣是人們對某項事物或實現某個“創意”、“夢想”的態度。創新源于興趣，源于對新事物的敏銳，需要探索的欲望。興趣的養成是長期形成的，20世紀40年代從事計算機硬件的計算機科學家，少年時代幾乎都喜愛物理或電氣，多數都有組裝收音機或無線電收發報機的興趣和經歷；從事計算機軟件和算法的科學家，少年時代幾乎都喜歡數學。大師們對某一事物或創意產生濃厚興趣會激發出巨大的動力，去追求、去奮斗，必要時甚至做出巨大的犧牲。埃克特24歲放棄攻讀博士學位的機會轉而擔任ENIAC總設計師的故事，里奇和湯普森利用業余時間使用陳舊的PDP計算機開發UNIX操作系統和C語言的故事，喬布斯在車庫中艱苦創業開發Apple的故事等，早已成為人們廣為流傳的佳話。

實現一個創意、一個夢想只有興趣是不夠的，還需要掌握和運用求解問題的知識、經驗和技能，具備必要的獲取信息和學習的能力，語言和口頭的表達、交流能力，必要的組織、協調和社會活動能力等。善于不斷提出問題和解決問題的能力是計算機大師們成功的關鍵。能力源于理論學習和實踐經驗。計算機大師們不論在學校或在工作崗位都十分勤奮好學，從事計算機理論研究的科學家和教授大多在國際名牌大學接受過良好的高等教育，并獲得博士學位。如佩利是麻省理工學院數學博士，威爾克斯是劍橋大學物理學博士，明斯基和麥卡錫是普林斯頓大學數學博士，沃思是美國加州大學伯克利分校博士，艾倫·凱是猶他大學博士，等等。從事計算機開發（無論是硬件還是軟件）的學者們，幾乎都有在企業開發計算機的實際經驗。如佩利在MIT、CMU從事計算機教育之前，曾在世界第一臺存儲程序并行計算機“旋風”上，從事三年多半自動地面防空系統SAGE的程序設計和數據處理的工作，后到普渡大學建立計算中心并開發計算機語言的內部變換器IT，在此基礎上開發代數語言Algol；貝爾既是DEC公司 PDP和VAX系列小型機的總設計師，又是CMU計算機系的教授，等等。

由于計算機大師們科研和教學、理論和實踐結合緊密解決問題能力強，因此一人可勝任多種“行當”。程序設計語言大師不僅能設計程序設計語言，還能組織編寫編譯器。這樣的人到高等學校教課自然既可以講程序設計語言又可以講編譯原理和技術；計算機系統設計師不僅能設計計算機系統，熟悉計算機器件和電路設計，而且數學、物理功底深厚，到高等學校授課、帶實驗、編寫教材、指導研究生得心應手。

創新需要不怕失敗的毅力，需要有敢于挑戰權威和傳統觀念的勇氣，否則創新的“夢想”是不可能實現的。如巴克斯在IBM公司提出FORTRAN語言和編譯器的創意時，招到IBM公司顧問、著名計算機專家馮·諾依曼的反對。馮·諾依曼認為，巴克斯的想法不現實，沒有實際意義。但巴克斯在IBM公司赫德的支持下頑強地堅持下來，發明了FORTRAN語言，并于1957年研制出IBM704計算機FORTRAN語言編譯器。

2.成才的客觀因素

成才的客觀因素包括學術環境和社會環境。

學術環境包括科學技術水平、研究試驗條件、學術帶頭人和團隊、研究經費等。高水平的學術環境應處于科技前沿，遇到和需要解決的學術問題具有重大的理論或實踐價值，這樣才能激起人們的創新欲望和興趣。計算機發展不同時期從事的不同類型的創新活動對學術環境的要求有很大差異。一般說來，處于理論概念階段的創新對資源的要求低一些，一個人或幾個人在繼承和借鑒前人工作成果的基礎上即可完成，這樣的創新有一定的風險，可能成功也可能失敗，比較適合大學或小型公司。如早期的計算機研制多在大學，其中概念創新、科學試驗是主要工作。而計算機產品創新、標準化、系列化、質量保證、售后服務對資源的要求就比較高了。

創新的社會環境包括支持創新、鼓勵創新，尊重知識、尊重人才、尊重知識產權。要營造學術自由、包容的氛圍，這里關鍵是注重真才實學、重視實際效果，評價機制要務實、不求全責備，要適應創新人才的成長規律。計算機創新成果的價值最終應體現在計算機產品和服務上，必須接受社會和市場檢驗。學術成果的評價和市場檢驗的結果最終應該一致。只有這樣計算機創新才能有生命力，才能推動技術和社會進步，得到社會的廣泛支持。

社會應為企業和學校之間的人才流動創造條件，使學校、研究機構、企業間的人員自由流動形成常態，自然形成產學研相結合的局面。

計算機大師們的共同特點是國際化。他們有國際化的視野，能廣泛進行國際合作和交流，大多數人都有在幾個國際一流大學、一流企業學習工作的經歷。他們積極參與國際一流課題或計算機項目的研發，與國際一流的計算機大師們合作，站在巨人的肩膀上進行科技創新。取得的成果廣為人知，在國際學術界快速取得反響，及時得到推廣和應用。20世紀60年代前后由ACM程序設計語言專家組與歐洲專家組聯合開發程序設計算法語言Algol60的過程就是很好的例證。參加Algol60研究工作的科學家后來都成為程序設計語言領域的知名專家。

四、計算機大師的成才路

1972年佩利在北京中美計算機學術交流時曾經講過：“知識不是寶貝，把他藏起來怕被人偷去。知識是種子，播到各處發芽、生長、開花、結果。”因此，計算機大師們十分重視學術交流和人員流動。

一個大型項目的成功往往培養出一批計算機大師。ENIAC研制成功后涌現出埃克特、莫奇利、儒科夫、赫斯基、杰弗里·朱、伯克斯等。他們后來分別成為研制UNIVAC計算機、SWAC計算機、AVIDAC計算機的總設計師。人才流動為這些計算機的研制成功發揮了重要作用，也為人才的成長創造了條件。

1946年在莫爾學院舉辦的計算機培訓班，開啟了計算機培訓的先河。威爾克斯、阿里克山等參加了培訓，馮·諾依曼等人也到莫爾學院調研和交流。他們結合自身的工作將ENIAC的成功經驗和改進意見用于UNIVAC、EDSAC、MARK1、IAS、Whirlwind等計算機的開發，不僅促進了計算機性能的提高，也促進了劍橋大學、曼徹斯特大學、麻省理工學院、普林斯頓大學的計算機人才培養和科學研究，為計算機課程建設、專業建設打下了基礎，促進了蘭德公司等企業的計算機業務的發展，如圖3所示。

發揮優勢，“只做只有你才能做的事”，這是狄克斯特拉給年輕科技工作者的忠告，也是他從事科學研究的切身體會。計算機大師們為了實現自己的“創意”和“夢想”，往往主動適時地調整工作崗位。他們在一項工作完成時，便立即到企業、學校和科研機構尋找適合自己下一步的工作，有時甚至自己開一個小公司，發揮自身的最大潛能。

利用顯示屏和鼠標開發新型人機交互界面的Alto系統在施樂公司研制成功后，施樂公司沒能把這一重大技術創新成果轉化為產品。研制Alto系統的技術骨干艾倫·凱到Apple公司工作，薩克爾、蘭普森先后到DEC公司、微軟公司工作。通過人才流動，把人機交互的視窗技術普及到Apple、Windows等產品中，推動了視窗技術、個人計算機的創新與發展。

計算機科學家、計算機工程師和企業家的成才路如圖4和5所示。

圖3 ENIAC項目的輻射作用

圖4 計算機科學家的成才路 圖5 計算機工程師和企業家的成才路

五、信息時代我國培養計算（機）創新性人才的機遇和挑戰

計算機科學技術學科評估范文第4篇

 

1.1從“人工智能”到人機系統

 

Wiener的“控制論”和錢學森的“工程控制論”是人們研制較為簡單的系統，且系統運行的環境也不復雜情況下的一面旗幟。

 

1956年，在美國Dartmouth舉行的一個信息科學大會上，J.McCarthy和H.Simon倡議開展人類思維活動規律的研究，并給予其“人工智能”(ArtificialIntelligence)的命名。人工智能主要研究用人工的方法和技術來模仿、延伸及擴展人的智能，從而實現機器智能。迄今為止，這一方向雖然已取得了不少成就，如博弈、自動定理證明、模式識別、自然語言理解、自動編程和專家系統等，但是，傳統的人工智能在方法論上以符號推理為中心，企圖用機器來實現人類的思維活動。所以，許多年來的研究雖然取得了一些成就，但距離人工智能提出的目標還有很大距離。

 

近三十年來，人工智能進展緩慢。1979年，H.L.Dreyfus《計算機不能做什么?》一書的副標題就是“人工智能的極限”提出了人工智能存在不可逾越的障礙。緊接著，以人工神經網絡為代表的“計算智能”和Brooks的反應式結構(“沒有表示”、“沒有推理”的系統)給傳統的符號智能帶來了巨大沖擊。特別是日本提出的“第五代計算機”并沒有達到預期的目標，僅以實現一個“人機對弈”而告終，這些事實都促使人們對“智能”(或“人工智能”)要有一個重新的認識。對人工智能四十年的研究進行反思，使人們從科學概念上明白了以往不自覺地企圖用機器解決一切問題的局限性，并試圖從科學觀念、研究目標和方法論上打開思路，以重新認識，尋求新的途徑。

 

另一方面，四十年來，特別是從最近二十多年科學技術的發展來看，在當前的信息社會中，信息技術是立國之本，信息化的進一步發展必然走向“智能化”因此，以“智能”為核心的技術是至關重要的。從兩次海灣戰爭以及其他局部戰爭，我們可以十分清楚地看出，今后的戰爭是人——機結合的智能系統之間的對抗，而智能技術將會覆蓋幾乎所有的工程技術領域。

 

既然完全基于機器的符號推理(也包括其他的智能方法)不能達到實現人的思維的目的，那么有沒有其他道路可循?這是人們都很關心的問題。解決這個問題要從兩方面著手。一方面，需要腦科學、認知科學等一些研究人的智慧的基礎學科繼續研究人的思維規律一一這也是人類永遠的追求。雖然目前還不能做到這一點，但人們總是在不遺余力、一步一步地向著這一目標前進。當然，這也是人類社會發展賦予智能學科的一個任務，這就是智能科學的目標。另一方面，社會生產、生活、科技、軍事各個方面又提出了層出不窮的需求，迫切要求設備、系統、工程要“智能化”而現在尚沒有真正能模擬人的智慧的計算機,因此計算機還不能代替人。解決這個問題只有從兩方面入手，一方面實事求是，盡量開拓、發展當前的計算機科學技術，使計算機盡可能多地幫助人做工作;另一方面，盡可能把人的智慧包含到系統中去，人要起主導作用，但要充分發揮計算機科學與技術的優勢，創造出最有“智能”的人機結合系統。

 

具體來說，人機結合的系統就是將人作為一個組成部分包括到系統之中，并能清楚地區分出哪些工作應該由人完成，哪些工作應該由機器完成。在運行過程中，當進行到需要人完成的工作時，系統就將工作交給人;而當需要機器完成時，就將任務轉交給機器，最終構成一套和諧的、協調的、高效的運行機制，以保證系統目標的實現。

 

1.2“智能”學科的三個層次

 

根據研究任務的不同，智能科學技術的學科內容可以劃分為智能科學、智能技術、智能工程三個層次。

 

(1)智能科學(IntelligenceScience)

 

這是基礎研究的層次，它的主要任務是研究人的智慧，建立人機結合系統的理論，并用其模擬人的智慧。智能科學主要包括腦科學、思維科學、認知科學等在內的基礎學科。

 

思維科學著重研究人的思維規律，也就是研究人是如何思維的，這種研究的目的是為了給人工智能提供基礎，也就是告訴計算機要模擬什么。而認知科學則是研究人的認識，也就是人是如何認識事物的，并將其擴展去研究動物的智能。

 

智能科學的成果將是整個智能科技發展的基礎和先導。

 

(2)智能技術(IntelligenceTechnology)

 

在智能科學的框架內創建人機結合的智能系統，需要有合適的方法、工具和技術，這就是智能技術。

 

信息的本質是知識，而知識是構成智能的基礎。因此，信息化發展必然走向智能化。

 

(3)智能工程(IntelligenceEngineering)

 

用智能科學的理念和思想，充分運用智能技術工具去創建各種應用系統，這就是智能工程。“智能化”實質上就是智能工程實現的過程和歸宿。智能工程是當前科學技術和社會發展的前沿陣地，特別是高技術發展的核心動力之一。同時，它也是當前新技術、新產品、新產業的重要發展方向、開發策略和顯著標志。

 

2無處不在的智能科技

 

2.1前沿高技術是智能科學技術發展的動力和源泉

 

智能科學技術是一個融合計算機、人工智能、模式識別等研究領域的交叉性學科，這些前沿高技術也是當前智能科學發展的動力和源泉。

 

在所有系統中，體現智能行為的工具和載體就是計算機。所以，計算機科學很自然地成為智能科學發展最重要的支撐點和原動力之一。

 

以符號推理為基礎的人工智能方法和以人工神經元網絡為代表的計算智能方法仍然是當前智能技術的重要組成部分。它們從不同的途徑和方法進行問題求解，在搜索、規劃、學習等各類問題中取得了相當有價值的成果。

 

模式識別是人類智能的一種體現。“模式”是一個極為廣泛的概念，如圖像、圖形、文字、語言都是一種“模式”。按Zadeh的定義，“模式識別”是一種從“模式”出發的一種非線性映射，它是一種技術，可以用來實現人類智慧的一部分功能，如文字識別(認字)、語言的說與聽等。模式識別的目的是將對象進行分類，可以是圖像、信號波形式或者任何可測量且需要分類的對象。模式識別在工業自動化以及信息處理和檢索中變得日益重要，這種趨勢把模式識別推向工程應用研究的高級階段。在大多數機器智能系統中，模式識別是用于決策的主要部分。

 

模式識別技術在各種工程實際系統中大量存在。機器視覺的主要技術基礎就是模式識別;OCR(光學字符識別)是模式識別的另一個重要應用，它是識別文字字符信息的很主要的手段;計算機輔助診斷也是另一個重要的應用，多種醫學圖像處理已成為當前信息產業的一個熱點;語言識別當然是模式識別另一個研究和應用的熱點。其他如指紋識別，以及其他生物器官的識別、簽名認證、文本檢索、表情和手勢識別，都是很有趣的研究領域，也是用來開發人機結合智能系統的很有價值的技術。

 

當前，對復雜智能系統進行研究的核心是解決人與機器的結合問題，也就是人作為系統的一個組成部分參與到系統的運行中，系統功能中也應體現出人的一部分作用。人與機器的結合有兩個層次，一是人作為一個成員，綜合到系統的體系結構中;一是人和機器的結合通過某個“人機界面”來實現。當然，這種界面不僅僅是目前計算機普通采用的圖標界面，而是包含了模式識別這類涉及感知方面問題的廣義的人機界面。這是當前十分活躍的一個研究領域，最有代表性的包括多媒體技術和虛擬現實(VirtualReality)技術。

 

2.2現代工業生產和復雜工程急需智能科學技術

 

隨著社會的發展，人類在生產、生活等各個方面也不斷提出新的需求，因此現代工業生產不斷壯大，并日趨復雜。現在，現代工業生產和復雜工程急需智能科學技術，一批已經在發揮重要作用的技術如下：

 

*智能自動化和控制技術生產過程監控、產品自動檢測和質量控制、工藝參數的優化和自動設定、故障自動診斷的報警等;

 

*智能CAD復雜工程的優化設計智能儀表對工藝參數的自動分析、監測、報警和調整;

 

智能交通紅綠燈管理、基于GPS與電子地圖的定位與導航、安全監控、車流自動疏導等;

 

*智能仿真技術，這是大型復雜工程設計不可缺少的手段。

 

2.3智能科技是現代軍事科技(包括航天領域)最重要的關鍵技術之一

 

智能科技是現代軍事科技最重要的關鍵技術之一。近代科技發展的歷史表明，軍事的需求總是科技創新的最大動力之一，“以軍帶民”是一般規律。軍用技術輻射和帶動國民經濟是一條促進社會經濟發展十分有效的途徑。因此，軍事科技(包括航天領域)也是應用智能技術最多的領域之一。

 

未來戰爭的重要武器——無人作戰平臺(無人機、無人戰車、自主水下機器人、機器人士兵等)的自動導航、路徑規劃、自動避障、目標識別、自動駕駛和其他自主控制技術等都是智能技術的典型應用。以無人機為例，它是現代戰爭中掌握制空權的重要手段，在近年來的幾次局部戰爭中都發揮了很大作用，例如它可以進行偵察，發現目標后引導有人飛機實行攻擊，并對攻擊效果進行評估。

 

在地面軍用機器人中，智能技術也發揮著重要作用。

 

地面軍用機器人不僅可以在平時幫助人類排除炸彈，完成要地保安任務，還可以在戰時代替士兵執行掃雷、偵察和攻擊等各種任務。例如，美國的ALV是一種高水平的陸地自主軍用機器人，它采用各種智能技術來實現自主操作。ALV裝有高級彩色攝像機(視覺)，用以識別道路，同時還配備有陣列激光測距儀，用以識別障礙;它可以根據道路場景規劃行車路徑，避免碰撞，躲避障礙，實現公路上的自動駕駛，行車速度可達60千米/小時。除此之外，車上還可裝載各種儀器，以完成不同的偵察任務。

 

防爆(暴)機器人是機器人發揮威力的另一重要領域。暴徒、爆炸、火災以及其他災害都是非常危險的環境，因此用機器人去處理是減少危險、提高成功率的有效途徑。在反恐斗爭中，有針對性地研制這類機器人，是當前迫切需要解決的問題。

 

航天領域綜合展現了最高水平的智能科技，人造衛星、航天器和各種太空探測器是當代高水平智能技術的綜合體現。在2004年初，在火星成功著陸的火星探測機器人是最有說服力的例子之一。

 

2.4為人類生活服務是智能科技發展的廣闊天地

 

為人類生活服務是科技的重要方向。隨著人類生活水平的不斷提高，生活質量也需要不斷改善，服務要求更周到，做到方便、舒適、節約、安全，更具人性化。這種需要也為智能科技的發展增添了新的活力。

 

具有一定智能的機器人代替人做服務工作是一種發展趨勢，這也是智能技術為人類服務最有代表性的事件之一。

 

這類機器人的典型例子有：可以自動完成清掃任務和自動充電的清掃機器人;能輔助醫生進行外科手術的醫療機器人;能為病人服務的機器人護士;可在家中進行巡視、監測潛在危險情況并適時報警的家庭保安機器人;用于照顧老、病、殘的服務機器人等。

 

總而言之，只要有需要的地方，就有可能是機器人可以服務的地方。

 

3對"智能科學與技術〃專業架構的思考

 

從上面列舉的很少一部分實例，我們已經可以看出當前智能科技的發展狀況。它無處不在、發展迅猛、功效卓著，已經成為當前科技發展不可缺少的部分。它是許多重大工程的支撐，引領許多傳統領域向現代化方向發展，是當代前沿高技術發展的重要方向。

 

另一方面，計算機科學、信息科學、控制科學等學科的進步，也極大地促進了智能科技的快速發展，智能化科技已經展現出一幕幕誘人的場景。科技發展的根本是人才，“智能科學與技術”大學本科專業已經成功設立，邁出了培養高層次人才的關鍵一步，這必將推動我國的智能科技更快地向前發展。

 

目前，追溯各個設立“智能科學與技術”專業學校的本源，可以發現各校之間差別甚大。有的學校的“人工智能”專業從計算機科學延伸而來，有的則來自控制科學和控制工程，還有的由信息科學的其他分支演變而來。在歸屬方面，有的學校將其歸于理科，而有的學校則將其納入工程學科。此外，設置該專業的行政學院亦有所區別，不同學校的智能學科分別隸屬于各類學院。這種現象正好說明“智能科學與技術”這一學科發展的多源性，學科發展的空間大，應用需求面廣。

 

另一方面，面對這樣一個蓬勃發展、涉及面極廣的新興學科，如果培養各層次的人才，高校教育應該有一個怎樣的架構，已經成為一個不可回避的問題擺在我們面前。解決好這個問題，就可能推動學科和人才培養順利發展。從學科發展的多源性和應用面的廣譜性來看，智能學科不可能作為另一個學科的二級學科來發展。從學科的性質來說，“智能科學與技術”應該建立一級學科的架構。根據我國教育體制的結構以及多層次人才培養的需求，可以設想如下架構。

 

“智能科學與技術”作為一級學科，設一級學科博士點，根據各個學校的不同情況，將其分別歸屬為理學或工學。對于不同的歸屬，該專業在培養目標和培養方式上應有所區別，理學應偏重基礎研究，而工學則應注重技術和工程。一級學科下設若干個二級學科，二級學科設碩士點和博士點。二級學科的設置需要更進一步考慮學科發展的多源性以及延拓應用的專業性，梳理分類，并結合現實的需要與可能，經過充分的討論后來決定，這是多層次架構中最復雜的環節。

 

以上架構屬于人才培養架構的高層次，即研究生培養階段。目前，更有現實意義的是解決本科階段培養中的問題。現在，多所高校招收了“智能科學與技術”專業的本科學生，并開始有畢業生走向社會，因此正是總結經驗，走向新的發展階段的時機。本科教育是學科發展的根本，有了本科基礎，各層次人才培養就有了基礎，高層次創新人才培養就有了希望。由于“人工智能”學科的多源性，各個學校的培養方案有不少差別，有的按理學，有的按工學。按照國家的教育體制和社會需求，按理學或工學適當規范本科教學方案，對當前推進“智能科學與技術”專業的健康發展是非常重要的。

計算機科學技術學科評估范文第5篇

中小學信息技術課程可以追溯到20世紀50年代的計算機教育。近年來，隨著計算機、網絡技術的發展，以及人們對技術與社會關系認識的深入，它逐漸演變為一個目標多元、內容豐富、方法多樣的現代教育領域，成為許多國家中小學的基礎教育課程。考察國內外信息技術課程的發展歷程，它大體經歷了“面向學科知識”、“面向學科工具”和“面向學科思維”的課程開發取向，每種開發取向也表現出不同的課程特征。

1.面向學科知識的信息技術課程

以學科邏輯為根據、圍繞知識結構組織起來的學習內容體系，即為面向學科知識的課程組織。20世紀70年代末，微型計算機的快速普及引發了教育學界的廣泛關注，為占得信息化社會發展的先機，世界發達國家紛紛開設中小學計算機課程，程序設計成為當時計算機教育的主要內容。1981年，前蘇聯計算機教育學家葉爾肖夫(A.P.Ershov)在第三屆世界計算機教育應用大會上作了《程序設計———第二文化》的報告，提出了“程序設計文化”的觀點，他認為“是否具有編排與執行自己工作的程序的能力是人們能不能有效完成各種任務的關鍵。現代人除了傳統的讀、寫、算能力以外，還應該具有一種可以與之相比擬的程序設計能力”。該觀點反映出計算機程序學習的理念：希望學生通過程序原理的學習，了解計算機知識，掌握計算機操作過程，以適應計算機時代的生活。受程序設計觀念的影響，我國中小學計算機教育初期也將“發展學生程序設計技能”作為主要教育目標。設計了掌握基本的BASIC語言，并初步具備讀、寫程序和上機調試的學習內容。從實施過程來看，程序設計課程為青少年創造了接觸和了解計算機的機會，推動了計算機文化的普及。但是，從學生心理發展和學習過程來看，脫離了具體生活情境、忽視學生自身學習特點、抽象地向學生灌輸計算機程序知識，無疑也是對青少年身心成長的一種摧殘。此外，面對不斷變化的信息化世界，計算機課程并不是要把每位學生培養成程序設計專家，而是希望學生能夠具有信息技術學科的思維方式，正確理解計算機、人與社會的關系。因此，如何調動學生學習積極性、激發學生學習興趣、發展學生獨特的學科思維就成為信息技術課程設計所面對的新挑戰。

2.面向學科工具的信息技術課程

20世紀80年代，計算機操作系統和應用軟件日趨成熟，一些數據庫管理系統（如Dbase）、電子報表系統（如Visculc）、文字處理系統（如WordStar）開始安裝到微型計算機上，越來越多非專業的人員開始從事計算機應用工作。社會對計算機應用的現實需求促使中小學計算機教育從“程序設計”向“工具應用”轉型，學習內容從前期的BASIC程序設計發展為計算機基礎知識、計算機基本操作與使用、計算機常用軟件介紹、計算機對現代社會的應用等主要內容。例如，美國東田納西州大學科爾教授在第四屆計算機教育應用大會上發表的《面向職員的計算機課程》中將計算機教育的目標界定為應用者能夠在自己的教學科研、管理服務中把計算機作為一種有效的工具使用，其教學內容應該包括文字處理、電子報表處理、數據庫、圖像處理等應用軟件的使用。這種“技術學以致用”的觀點有著其存在的合理性，能夠激發學生學習動機，特別是對即將畢業尋找工作的高年級學生來說，他們也非常希望學習一些實用的操作技能。但是從教育發展來看，基礎教育畢竟不能等同于社會職業教育，其最主要的任務還應是促進學生綜合素質的全面發展。事實上，如果過于強調信息技能操練，忽視信息技術本身所特有的解決問題的思維方法與應用策略，隨著信息工具的快速發展，“當學生離開學校進入社會之前，他們所學的工具技能就已經落后于信息化社會的現實需要了”。

3.面向學科思維的信息技術課程

面向學科思維的課程設計強調學科知識與學科思維（DisciplinaryThinking）發展的結合，其目的是幫助學習者在知識學習的過程中形成獨特的學科思維方式，全面理解生活中的世界。近年來，信息技術的革新推動了全球信息化的發展。隨之，大眾傳媒擺脫了傳統的單向、線性、控制的信息傳播模式，進化為多元、互動、開放的信息化環境。信息受眾也從被動的“接受者”成為信息“者”。在此充滿新奇、變幻乃至誘惑的信息環境中，中小學信息技術課程就不應局限于信息知識掌握和信息技能操練上，甚至也不應停留于生活問題的解決上，而是更需要幫助青少年用信息技術學科思維方式理解信息世界，正確認識技術、個人、社會的內在關系，發揮信息技術的積極因素。多元智能專家霍化德•加德納教授(Gardner,H.)在對學生多元智能發展研究中指出，“只限于學科知識（Subject-Matter）的學習雖然可以暫時增加學生的信息量，但過于強調知識記憶也會導致學生喪失解釋新問題的能力，這就需要尋求一種新的教育設計方式，即面向學科思維”。美國教育技術協會在《學生教育技術標準》的修訂版中就反映了信息技術學科思維的理念，增加了“批判性思考”和“數字化公民”的指標，指出學生要批判性地選擇工具和資源，理解與技術相關的人、文化、社會的相關問題，安全、合法、負責任地使用信息和技術。面向學生思維發展的信息技術課程擺脫了“純技術”教育的狹隘觀念，從社會生態學的視角來理解信息環境中各要素的關系，希冀幫助青少年在“學技術”、“用技術”的基礎上，能夠從現實情境中，批判性地認識技術變革給信息環境帶來的整體影響，并應用學科思維解決信息生活中的現實問題。綜上可看出，信息技術課程開發的三種取向并不是截然對立的，而是隨著研究者對信息技術課程認識的深入，從一個階段向另一個階段的發展。面向學科思維的信息技術課程是在繼承信息知識、技術工具課程取向的基礎上，關注學生內在思維發展，希望學生能夠像“信息技術學科專家”那樣深刻地思考信息化世界。

二、信息技術課程的學科思維：本質與特征

加涅（RobertMillsGagne）在認知心理學研究中將認識領域的學習結果分為三大類，即言語信息、智力技能和認知策略。其中，認識策略是指學生學習后形成的對內控制能力，以及調控認知活動的特殊認知技能，是學生內在價值的學習結果。就學科教育而言，其認知領域的教育意義既體現在外顯的知識與技術學習方面，也反映在內隱的認識策略學習上。因此，信息技術課程在合理安排信息知識與技能、強調學生信息技術解決問題的應用行為時，更需要關注學生利用信息技術處理問題的內在思維發展，形成利用信息技術認識世界的獨特思維方式，即計算思維、設計思維和批判性思維。

1.信息技術課程需關注學生的計算思維

算法是應用于計算機中產生特定結果的一種精確、系統的方法。從技術實現來看，它直接體現著計算機解決問題的方法與過程。近年來，隨著信息技術工具的普及與推廣，算法思想已廣泛滲透于人們的日常生活、工作與學習之中。2006年，卡耐基梅隆大學周以真教授（JeannetteM.Wing）在計算機科學協會（ACM）年會報告中，明確提出發展學習者以算法為核心的計算思維（ComputationThinking），她認為“信息化社會的思維方式應是涵蓋了計算機科學領域中所采用的最廣泛的心理工具，是對問題解決、系統設計、人類行為理解的綜合能力反映。發展學生計算思維就是要‘像計算機科學家’那樣去思考信息化問題。當然，這些問題絕不只是應用于計算機科學領域，它適合信息技術所滲透的每一個角落。”顯然，高度信息化社會的思維方式已超越了傳統計算機環境中“為計算而思維（ThinkingforComputing）”的學術觀念，而是將其放在信息化社會大背景下進行研究，形成“用計算而思維（ThinkingwithComputing）”的數字化生存的普適理念，以“算法”為核心的、關注人機互動的計算思維已成為信息化社會中處理問題的一種重要思維方式。2011年美國計算機科學教師協會（CSTA）研制的《中小學計算機課程標準》和2012年英國學校計算課程工作小組（ComputingatSchoolWorkingGroup，CAS）研制的《學校計算機和信息技術課程》都將計算思維作為課程的核心內容。發展學生“數據抽象、模型建構、回歸驗證、數字實現”的計算思維方式、提高學生利用信息技術解決問題的能力是信息技術課程的一種重要的內在價值。

2.信息技術課程需關注學生的設計思維

“設計”是一種創造性的規劃活動，其目的是為事件、過程、服務以及在整個活動周期中所構成的系統建立一個高效的組織方式。西蒙（Simon）在《人工科學》中分析了“設計科學”的內容體系，認為設計不僅是技術教育的專業要素，更應是每個知書識字的人的核心素養。1990年，馬奇（March.S）和史密斯(Smith.G)等人在西蒙理論的基礎上系統闡述了設計科學的“概念、結構、模型與方法”，強調設計者要通過建立行為、形成知識、使用知識、評價知識來實現設計，并突出說明“構造與評價”作為設計科學特有的活動與思維方式。由此可見，設計思維（DesignThinking）正是設計者經過相應的設計活動或學習相應的設計知識后，所具備的擅長于設計的專業技巧，是一種特殊的思維形式，表現在處理問題上包括有“現象分析”、“問題識別”、“事實表征”、“概念產生”、“方案形成”、“方案評價”的過程。從表現形式來看，設計思維更強調通過形象化、結構性的方式來表示設計進程中的模糊屬性，以此來明確所需設計的作品和研究過程的方案。如今，隨著越來越多的信息技術應用于人們的生存空間，怎樣區分復雜的信息現象、如何基于現實需要合理選擇技術工具，怎樣制定與驗證應用信息技術解決問題的可行方案，這都是對信息化社會成員設計思維的考查。通過信息技術課程發展學生的設計思維，也就有益于學生將所學習的信息知識與技能遷移于解決實際的設計問題之中。

3.信息技術課程需關注學生的批判思維

所謂“批判思維（CriticalThinking）”是指人們對于某種事物、現象和主張能發現其問題所在，根據特有的思維邏輯作出的理性思考。早在20世紀初，美國哲學家約翰•杜威(JohnDewey)就在對個體反思研究的基礎上概述了“批判思維”的概念，認為它是反思過程中所表現出來的解決問題的思考方式。1990年，范西昂（PeterFacione）等人開展了“批判思維特征”的研究，研究報告指出，“個體批判思維的培養并不完全在于是否知道一個批判思維的概念，最主要的還應該是明確批判思維的度量標準和習性特征。基于此，他們提出了‘澄清意義、分析論證、評估證據、推理判斷’的批判思維分析維度和真實情境下合理運用批判思維的‘心智習慣（MentalHabit）’”。近年來，青少年接觸信息技術和媒體信息的頻度和時間迅速增長，也引發了“迷戀電視”、“沉迷網絡”等嚴峻的社會問題。媒體文化研究者波茲曼（NeilPostman）就曾尖銳地指出“教育的目的本應是讓學生們擺脫現實的奴役，學會獨立地思考。然而，紛繁復雜的媒介信息卻使得年輕人正竭力朝著相反的方向努力———為適應現實而改變自己，失去獨立思考的意識”。因此，青少年缺少了對信息及信息工具的批判意識與分析能力，將個人陷于信息技術固有的程序控制之中，也就很有可能成為信息技術的“奴隸”，為技術所“異化”。2008年，國際教育技術協會（ISTE）分析了學生使用信息技術工具中的現實問題，重新修訂“面向學生的教育技術標準（NETS•S）”，將批判思維作為一項重要內容標準，明確提出要“發展學生批判思維的技能，引導學生合理地使用數字化工具和資源作出信息選擇與判斷，解決具體問題”。因此，發展學生的批判思維，提高學生對信息應用的自控能力是中小學信息科技教育的內在價值之一。

三、面向學科思維的信息技術課程設計：框架與結構

面向學科思維的課程設計是知識技能學習與應用情境的結合，它不僅關注學生需要學習哪些內容，同樣也引導學生理解為什么要學這些內容、怎樣學習這些內容以及如何用這些內容進行專業交流，即發展學生“了解學科專業的基本目的，理解學科專業的知識結構、掌握學科專業的探究方法、懂得學科專業的交流方式”等四項基本能力。由此可見，面向學科思維的信息技術課程設計與開發，既不能脫離“知識”而孤立地談“學科思維”，也不能忽視“學科方法”講普遍性的“思維方式”，而是在綜合分析學科結構、學生特點、社會需要的基礎上，對學科課程的學習緣由、知識內容、探究方法和交流方式進行一體化的架構。

1.樹立科學、技術與社會（STS）三元課程觀

科學技術革命引發了生產工具的變革，同樣也使得整個“科學范式(Paradigms)”發生了根本性的轉換。在此過程中，如果人們缺少了對人、科學技術、社會一致性的思考，忽視技術生態“范式”的重新建構，就很有可能會引發人類生存環境的潛在危機。當前，社會存在的青少年“網絡上癮”、“沉迷手機”等社會問題，也時時提醒著信息技術課程設計者“不僅要關注信息知識與技能的學習，也要幫助學生理解技術本身與社會發展的內在關系，通過批判性思維技能分析信息現象，作出合理決定，解決信息化問題”。STS課程觀以綜合、多樣化的方式描述科學技術與社會的關系，將學生的個人生活、科學技術和社會發展有機結合起來，實現人、科學技術和社會的一體化教育。正如亞格爾（R.E.Yager）指出的那樣：STS教育為學習者學習科學技術提供了一個真實的社會情境，其中既包含了各個理論上的認識，也融入了其他方面的許多因素，其課程理念本身也就具備發展學生創造性的教學環境特點。因此，承擔著培養數字化公民的中小學信息技術課程就需要樹立STS的科學課程觀，從而實現知識學習、技能掌握、思維發展的統一。

2.融合原理、方法與工具三類知識

一門充分發展的學科課程應有其獨特的核心概念、邏輯結構和表達方式，以此反映學科課程的本體價值。中小學信息技術作為一門基礎性課程，同樣需要明晰知識結構，辨清邏輯關系，融合課程本身所固有的原理、方法、工具三類知識。2008年，俄羅斯聯邦教育部重新修訂中小學“信息與信息交流技術”課程標準，從信息過程、信息技術和信息對象等三個方面構建知識體系。其中，信息過程的內容包括信息表征、信息傳輸、信息加工等；信息技術的內容涵蓋信息交流技術主要設備的原理特征、評價指標、應用過程與方法等；信息對象的創建與處理的內容包括多媒體信息化數字化、數據庫、編程和建模等，以此構成課程的知識技能體系，突出“計算（Computing）”在本學科的核心地位。再如，華盛頓大學LawrenceSnyder教授按照美國國家自然科學基金會研發的“通曉信息技術（BeingFluentwithInformationTechnology）”的內容要求，從信息技術技能、算法和數字化信息、數據和信息、程序設計等四個方面分析信息技術的學習內容，將計算機和網絡原理知識、應用方法和工具特征融合到知識體系之中，發展學生的信息通曉能力。可見，當前無論國外教育研究部門還是專家學者，都希望通過對信息技術的原理、方法與工具三類知識的融合，構建信息科技課程內容體系，明確核心概念，理順要素關系，通過引導學生理解信息技術學科的本體價值，發展學生獨特的信息技術思維方式。

3.滲透信息技術學科方法與探究過程

學科課程的本質特征既取決于它特有的學科邏輯體系，也表現在它獨特的研究方法和話語體系。斯卡特金（M.H.CKATKNH）在對學科結構的研究中指出，“科學的學科課程既要包括重要的學科事實、概念、法則、理論，也要反映出它探究方法、認知活動的邏輯操作和思維方式”。中小學信息技術課程同樣需要幫助學生了解信息技術學科的話語體系和探究方法，引導學生能夠用信息技術的學科方法和研究過程去理解信息現象，思考信息問題。1990年，艾森堡（MikeEisenberg）和博克曼（BobBerkowitz）博士在對信息技術探究過程和應用方法中發現信息能力不同于技術工具的操作技能，如果缺少了應用方法與策略的學習，這些特定的技能也不能為學生提供不同情形下的技術應用遷移，也就無法實現問題的解決。據此，他們開發出發展學生批判思維和設計思維的信息問題解決的Big6技能方案，將信息能力的發展貫穿于任務確定、策略分析、信息檢索與獲取、信息應用、信息生成、過程與結果評價的學習過程中。2013年，英國教育部對中小學信息技術課程進行了改革，將“計算思維”和“設計思維”的發展作為信息技術學習的關鍵過程，要求學生通過“交流”與“合作”的方式，體驗利用信息技術獲取、分析、判斷、加工、綜合、創新、信息的過程，引導學生嘗試使用“結構分析”、“模型設計”、“程序開發”和“調試完善”的學科方法進行信息交流。顯然，這種具有學科特征的、調控思維的過程與方法，也正是我國當前課程改革非常看重的學習目標。

四、面向學科思維的課程開發：高中信息技術課程的重構

隨著現代信息技術的發展，我國高中信息技術課程得以建立與實施，同樣隨著信息技術應用的“傻瓜化”和“日常化”，信息技術課程也面臨著重重困惑。一方面信息技術工具的普及提高了學生的信息技術應用能力，另一方面機械的操作練習也限制了學生對信息技術課程本質特征的理解。實現知識技能與方法過程的統一，發展學生信息技術學科的思維能力，就成為信息技術課程重構的關鍵環節。

1.建立信息技術學科思維的表現性標準

表現性標準（PerformanceStandards）解釋了在一定學習水平層次上學生應表現出來的行為特征，是一種可操作性的、具有等級特征的標準體系。從應用效能來看，它既可以把抽象的學習目標細化為可操作性的具體要點，也可以表述這些具體要點之間的相互關系，保持學習目標的整體特征。在面向學科思維的課程設計中，為了能明確學科思維的具體學習結果，知道學習結束后所應具備的信息技術的學科能力，就有必要建立與之相對應的表現性標準。例如，美國計算機教師協會（CSTA）制定的“學校計算機課程標準”，建議10年級學生要能夠“聚焦于真實世界問題，應用計算思維和批判思維完成解決問題的方案，通過信息技術工具實現這些方案”。為了達到這種學科思維的要求，他們制定了與之相對應的表現性標準：分辨利用計算科學能處理的、難處理的、不能處理的問題；對于難以解決的問題，能夠解釋啟發式算法（HeuristicAlgorithms）的近似方案；批判性地檢測分類算法，并執行原算法；通過模型和模擬分析數據來確認方案。可見，建立一套清晰、具有可操作性的信息技術學科思維的表現性標準，既有利于師生對學科思維的理解，也便于組織教學內容，有針對性地開展教學。如同CSTA研究報告所言，“面向計算思維的計算機教育的表現性標準，不僅明確了對教師和學生教與學的期望，也建立了一個根本的等級體系，影響著教育管理者怎樣選擇、分配和利用教學資源。”

2.設計與表現性標準相一致的學科知識結構框架

學科思維之所以能對學科規律作出間接的、概括的反映，一定程度上在于它是以學習者自身的知識經驗為基礎的。沒有足夠的知識經驗，學科思維也難以很好地發揮作用。信息技術課程的重構也需要按照信息技術科學的內在邏輯體系和學科思維的表現性標準建構與之相對應的知識結構和內容框架。2012年，英國計算課程工作小組從“語言、機器、計算；數據與數據表示、信息交流與合作；抽象與設計；寬泛的計算情境”等方面構建計算（Computing）學習的知識框架。近年來，無論國外的專家學者還是教育研究部門，在中小學信息技術課程建構過程中都開始關注信息技術的本體內容，并將此貫穿于課程設計之中。借鑒國際先進研究成果和國內經驗，筆者通過分析信息技術自身的原理、方法和工具特征，梳理了其中的核心概念和內在關系，從計算、通信、控制等三個領域建構了促進高中學生信息技術學科思維發展的知識結構框架，將此融合于學科活動情境之中，為學生提供了解決信息問題的知識支撐。

3.組織信息技術學科思維遷移的教學活動