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摘 要数学与计算机专业的理论和课程体系紧密相关,数学素质对计算机学科的发展和人才培养起到重要作用.针对计算机专业数学教育现状和计算机专业人才素质要求,本文从教学改革、课程内容和实践环节等方面,提出了一种有效的数学素质培养机制,并给出了具体实现方案.
关 键 词计算机专业数学素质教学改革
中图分类号：G424文献标识码：A
ExplorationonMathQualityTrainingMechani
ofComputerMajorStudents
LIHuayu,SHINianyun,ZHONGMin
(CollegeofComputerandCommunicationEngineering,
ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266555)
AbstractMathsisclosedrelatedtothetheoryandcoursesystemofputermajor,mathqualityplaysanimportantroleinthedevelopmentofputerscienceandpersonneltraining.Basedoncurrentstatusofmatheducationandtalentsqualityrequirementofputermajor,fromtheaspectsofteachingreform,coursecontentandpracticelink,thispaperproposesaneffectivemathsqualitytrainingmechaniandgivesdetailedimplementationschemes.
Keywordsputermajor,mathsquality,teachingreform
0引言
数学素质主要指学生认识和处理数形规律、逻辑关系及抽象事物的悟性和潜能,是一种应用和发展数学科学的功底,这也是计算机科学的精髓.综观计算机理论和技术的发展史,每一步都离不开数学的支撑,很多有造诣的计算机科学家都强调：良好的数学素质培养对计算机的使用、软件的开发以及计算机的设计都起着至关重要的作用.作为重要的计算机专业人才培养基地,工科院校的计算机专业应该适应计算机科学发展的需要,不断加强学生数学素质的培养,使学生真正成为适应时代需求的计算机高级人才.
1数学素质对计算机学科和人才培养的作用
计算机专业的数学素质教育,是以数学基础知识、基本技能、基本方法为载体,对学生进行理性和抽象思维能力的训练,培养和提高学生的计算意识和逻辑推理能力,使学生对数学理论知识在计算机领域中的广泛应用有深刻的体会,并且能够结合计算机和数学的理论知识,解决科学研究和实际应用中的各种问题.重视与加强数学素质的培养,对计算机学科发展和人才培养起到以下重要作用.
1.1推动计算机理论和应用技术发展
计算机科学本质上就是一种算法科学.国内计算机科学权威杂志“软件学报”、“计算机学报”和“计算机研究与发展”等刊登的学术论文,基本上都是某个领域中数学算法的研究.目前被世界广泛认可的人工智能领域的“吴氏方法”正是我国著名数学家吴文俊提出的几何定理的机器证明方法,吴文俊教授为此首次获得国家科学奖.
同时,现代数学的原理和方法与计算机相结合而产生的“数学技术”,已从传统的自然科学和工程技术渗透到计算机的各个应用领域,如运筹优化,工程自控,信息处理,科学计算,三维重建,虚拟现实等.数学已经成为计算机应用技术不断发展的重要支柱.
1.2促进计算机专业课程学习效果
很多计算机的专业课程都用到大量的数学知识,没有扎实的数学功底,就无法有效地进行计算机专业课程的学习.如《数据结构》中数据表示、存储和操作技术,《计算机图形学》中的插值算法,《数据库原理》中范式理论和《编译原理》中编译器的实现等,都需要一定的数学理论基础；《离散数学》中涉及的数理逻辑、图的遍历和关键路径等内容,都与数学定义、定理有紧密的联系.此外,计算机尖端科学技术中的人工智能、模式识别等,更是计算机技术与数学知识运用的综合体现.
在计算机专业课程课堂授课过程中,重视和加强数学知识的传授,能够更好地促进课堂教学和课程实验效果,提高学生学习专业课程的兴趣.
1.3提高计算机专业学生的理性思维能力
针对计算机专业学生,数学不仅是学习专业课程的工具,也是提高理性思维能力的重要手段.数学素质培养的关键,并不是仅仅重视数学知识的学习和掌握,而是强调数学理论知识的灵活运用,使学生不但学会用数学知识解决实际计算机科学问题,而且能获得理性思维的熏陶,提高逻辑思维能力、辩证分析和归纳能力.这种理性思维能力的培养对学生全面素质的提高、创新意识的启迪是其它学科难以替代的.
2数学教育模式现状
目前,在很多高校的计算机本科专业课程体系中,除数学系开设的数学课程之外,都设置了《计算方法》、《离散数学》等课程,教学管理机构和专业授课教师也逐步认识到数学知识对培养全面计算机人才重要作用.然而,计算机专业中的数学教育仍然存在以下问题：
2.1重视程度不够
有些教师意识不到“计算机科学的精髓就是数学”,片面地认为工科数学只不过是一种服务性课程,计算机科学就是利用计算机工具开发软件,因此忽视自身数学知识的提高,也直接影响到学生的思想和学习.学生在没有被正确引导下,错误地认为数学没有用,学数学不如直接学一些时髦的计算机软件工具.这些思想直接影响学生在计算机领域的进一步发展.
2.2教学方法有待改进
目前,数学知识的传授往往千篇一律,采用“定义、定理、公式和计算”一个模式,把数学课变为单纯训练学生解题的技能课,没有让学生切身感受到数学知识在计算机科学中的地位及数学理论对具体计算机应用的支撑作用.
2.3数学教学内容少而陈旧
不少理工科院校的计算机本科专业仅仅开设《计算方法》和《离散数学》两门与数学相关的计算机课程,且内容都是20世纪以前的数学基本知识,对现代数学如“并行算法”、“模糊数学”等几乎没有接触.这对学校和学生在计算机科学领域的进一步发展提供了不利条件.
3数学素质培养机制改革与实现方法
数学素质培养应该以学科教学为主,围绕计算机专业课程,筛选针对性强、与计算机热门应用领域紧密结合的数学知识,以培养具有创新意识和扎实理论功底的计算机高级人才为目标.为此,需要进行以下教学方法改革,建立全面和有效的数学素质培养机制.
3.1数学课程教学改革
首先,以数学思想方法贯穿教学过程,强调数学公式、原理的发现过程和应用领域,并通过有效和生动的数学课堂授课过程,使学生对数学概念、定理有一个直观的印象,提高学生理解数学思想方法的能力.其次,教师要采取“广泛联想”和“逻辑定向”的开放教学程序,培养学生定向思维和逆向思维能力.可以通过计算机程序设计技术,编制图文并茂的“数学实验”演示课件,让学生深刻理解数学中“枯燥的定义”和“繁琐的解题方法”.例如,极限的定义可以在计算机上进行模拟演示,极限的计算、函数的求导、积分的计算和常微分方程的求解等数学习题均可以通过计算机解决,提高学生学习数学的兴趣.此外,还需要充分考虑授课时间和学生学习精力的限制,精选教学内容,突出主线,适当删减过时内容,注意补充现代数学知识,以更好得适应计算机学科的发展.
3.2专业课程讲授方式改革
采用相互贯穿的方式讲授专业课程与数学知识,注重计算机理论与数学知识的结合.例如,改革《计算方法》和《离散数学》课程的教学方法,补充现代数学知识,从解决实际问题的角度出发,引入包含的计算机理论和数学知识,改变学生对专业课程的片面看法,提高学生学习的兴趣.例如,在讲授《计算机图形学》时,通过对国内外各著名高校授课情况进行分析,摒弃以往“求全求广”的模式,将枯燥繁琐的数学推理简单化,使学生以有限的时间和精力全面掌握计算机图形学的主要内容.同时,重点将有关的数学理论与图形学研究课题相结合,并以直观易懂的语言与可视化的课件相结合,培养学生的数学建模思想.
3.3实践环节中加强学生的数学意识
数学理论与算法比较晦涩和难懂,但实验结果却可以非常直观和生动.因此,应该引导学生在实践环节和毕业设计中注重数学知识的运用,将晦涩难懂的数学结论融入到直观生动的实验结果中,提高他们在实际中驾驭数学知识的能力,培养他们的数学意识.例如,将计算机的相关实验题目与数学教学相结合,利用C或者VB语言进行高等数学函数求解,或者使用MATLAB软件求解线性代数方程组等.通过这些软件开发过程,一方面使得学生学会借助计算机解决数学问题,另一方面能够建立对于软件程序设计的信心,提高对计算机软件系列课程的兴趣.
3.4开设相关数学知识课题讲座
邀请在理论和应用领域知名的专家教授,定期地对学生进行计算机与数学的科普讲座,通过具体的案例分析,将计算机理论体系与数学知识相互贯穿,加深他们对数学课程重要性的认识.同时,开设与数学紧密结合的最新计算机应用领域课题讲座,力求在较高的起点上,增强利用数学知识解决计算机应用课题的能力.
3.5提高授课教师的数学修养
加强学生数学素质的培养,需要对传统的专业课程授课模式和教学内容进行改革,这对教师提出了很高的要求.因此,授课教师需要针对性地结合数学理论知识,不断地了解和掌握计算机理论和应用领域最新的研究进展,加强和提高自身的数学素质和修养.
4结束语
近年来,数学的思想和方法成为推动计算机科学技术迅速发展的强大动力,现代数学已经渗透到计算机的各个应用领域,这为高校计算机专业培养合格的计算机人才提出了更大的挑战.为此,需要对目前计算机专业教学模式和内容进行改革,注重数学知识与计算机理论的有效结合,建立一套切实可行的数学素质培养机制,促进学生创新能力和综合素质的不断提高.