计算机科学技术专业综述

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计算机科学技术专业综述范文第1篇

关键词:数据库课程;个体差异;分类教学实践模式

同济大学计算机科学与技术专业作为国家教育部第三批高等学校特色专业建设点,秉承“夯实基础、面向应用、培养创新、国际接轨”的办学宗旨,在创造性的“一体两翼”人才培养模式下,完善了本科教育课程体系,完成了学科方向布局、分类分层培养课程体系建设[1]。基于总的学科发展与各级各类专业人才培养规划的目标,我们对主干课程之一的数据库课程进行了教学模式的研究与探索。

数据库技术是计算机信息系统中的核心和基础,是应用最广泛的技术之一,也是计算机科学技术发展最快的领域之一。数据库课程不仅是计算机科学与技术专业、信息安全专业、信息管理专业等的必修课程,也是大部分非计算机专业的选修课程。通过数据库课程的教学,学生应掌握数据库系统的基础理论、基本技术与实践技能。在同济大学计算机系的本科专业必修课数据库课程的教学实践中,一方面由于学科发展和分类分层培养目标的确立,使得该课程的教学实践模式与体系需要进行新的规划与设计;另一方面,数据库课程相关的教学和实践环节中,学生所表现出来的学习兴趣、知识背景、创新能力以及未来的就业取向等多方面的差异,也对于传统的课堂教学模式提出了新的挑战和研究课题。要取得好的教学与实践效果,让学生更好地发挥所长,需要不断的研究与探索课程的教学实践模式。

基于计算机系学科发展与专业人才培养总体规划,根据数据库课程自身的特点、数据库相关研究和应用技术的发展,并参考国际、国内一些主要大学数据库课程的教学资源和科研文献,我们提出一种数据库课程分类分层教学模式:根据培养目标、学习兴趣、知识背景和创新能力的不同将学生分为3种类型,有针对性地调整和完善课程的教学内容和实践环节,对不同类型的学生采用不同的教学方式,侧重不同的教学与实践内容,更好地体现该课程教学的基础性、科学性、先进性与实用性。

1课程的教学对象分类

计算机科学与技术本科专业的培养目标为:培养具备良好的科学素养,系统地掌握计算机科学与技术,包括计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法,能在科研部门、教育单位、企业、事业、技术和行政管理部门从事计算机教学、科学研究和应用的计算机科学与技术学科的高级专门人才[2]。

但是,同一年级同一专业学生的学习兴趣、知识背景和创新能力并不完全相同,如有的学生数学基础好、擅长理论分析,有的学生编程能力强、喜欢软件开发,有的学生则倾向于计算机应用系统的管理。因此,基于计算机科学与技术专业和信息安全专业的人才培养总体规划,根据学生的个体差异,我们将数据库课程的教学对象与培养目标分为以下3种类型:

1) 理论强化型。学生通过课程学习将具备坚实深入的数据库理论知识,掌握扎实的实验技能,具有良好的科学素养和较强的创新能力,能独立开展科研和实际工作。

2) 工程研发型。学生通过课程学习将掌握数据库基础理论和主流数据库软件产品,以及数据库系统分析和设计方法,具备较扎实的研究与开发数据库应用系统的技能,成为国内乃至国际认可的高级研发型工程技术人才。

3) 应用管理型。学生通过课程学习将掌握数据库系统基础理论,以及数据库系统开发与管理的基本方法,熟悉主流数据库软件产品,能较好地设计、管理与评估数据库项目方案。

目前,国内已有许多高校,以不同形式的实验班或培训课程,对不同类型的学生分别培养。如清华大学的“计算机科学实验班”、北京大学的“元培计划实验班”、同济大学的“图灵班”和“卓越工程师班”等。在数据库课程分类教学与实践模式研究探索中,我们把计算机系特色教学的“图灵班”、“卓越工程师班”和其他学生分别作为数据库课程教学的理论强化型、工程研发型和应用管理型对象。

2课程的分类教学与实践模式

对于上述3种不同培养目标的学生,我们在数据库课程的教学总纲基础上,有针对性地设计不同的教学方案,调整课堂授课内容的广度和深度,选用不同教材,安排不同的课程实验与课程设计,开展不同的课后活动,引导学生研究与解决不同的开放思考问题,尽量充分调动不同类型学生的学习积极性和主动性,使学生能根据自身的发展目标、研发能力和学习兴趣等在各自擅长和需要拓展的领域内得到更充分的发展。

2.1分类调整授课内容

数据库课程的基本教学内容主要包括:数据库基本概念、关系数据库基础理论、关系数据库标准语言SQL、数据库安全性、数据库完整性、关系查询处理和查询优化、数据库恢复技术、并发控制、数据库设计与实现以及数据库技术的新进展等。对于不同类型的学生,我们有针对性地拓展和加强不同部分的知识。

1) 对于理论强化型学生,拓展和加强关系数据库理论知识,强化数据库管理系统(DBMS)原理与相关算法实现,如存储、索引、查询处理及其优化、事务处理、并发控制、数据库恢复等的机制与主要算法。教材上倾向于国外原版教材,即《Database System Concepts》[3] 辅之以《Database Management Systems》[4]和《Database Systems: The Complete Book》[5]。

2) 对于工程研发型学生,在关系数据库理论知识基础上,强化DBMS的底层算法实现与数据库系统工程设计方法,介绍基于一种主流数据库产品的应用系统设计与实现。教材上使用国内经典教材结合国外原版教材,即《数据库系统概论》[6] 辅之以《Database System Concepts》[3]和《Database: Principles, Program- ming, and Performance》[7]。

3) 对于应用管理型学生,则在关系数据库理论知识基础上,强化关系数据库的查询优化技术、数据库事务处理技术、数据恢复和并发控制技术、DBMS的安全技术和完整性检查技术,介绍基于主流数据库产品的应用系统设计、开发与管理技术。教材上使用国内经典教材,即《数据库系统概论》[6]辅之以《Database System Concepts》[3]和《数据库系统原理》[8]。

2.2分类安排课程实验

数据库课程的实验内容主要包括:数据库安装与配置、数据库使用、SQL语言使用、数据库安全性、数据库完整性和数据库编程等。对于不同类型的学生,我们在课程实验中有针对性地安排了不同的内容。

1) 对于理论强化型学生,课程实验将完成6～8个DBMS底层算法的研究与实现,主要包括存储、索引、查询处理、查询优化、事务处理、并发控制、数据库恢复等算法,另外还有一个理论方法探索或实际应用系统研发的综合大作业。

2) 对于工程研发型学生,课程实验将完成4～5个DBMS底层算法的实现,如存储、索引、查询处理与优化等的算法,完成1～2个通过ODBC访问数据库、数据库设计与应用开发实验,一个实际系统工程研发相关的综合大作业。

3) 对于应用管理型学生,课程实验将完成6～8个数据库应用系统设计与管理相关的部分实验,主要包括安装了解DBMS、SQL数据定义与查询、SQL更新与视图,数据库事务处理、数据恢复与并发控制、数据安全性与完整性以及一个实际应用开发管理相关的综合大作业。

2.3分类进行课程设计

数据库课程设计的目的是让学生加深对数据库系统基础理论知识的理解,提高数据库应用系统设计与开发的实践能力,全面拓展数据库原理课程相关的综合研发能力。通过课程设计实现一个实际的数据库应用系统,熟悉并能灵活运用所学基础理论,掌握数据库应用系统的设计方法、开发技术,提高分析问题和解决问题的能力,强化动手能力,进一步了解和研究分析DBMS的体系结构与主要技术,并在一定程度上把握课程相关的理论技术发展与前沿动态。数据库课程设计的主要内容包括3个方面。

1) 数据库应用系统的研发:综合运用数据库理论与技术方法设计一个较完善的有实际意义的数据库;掌握流行数据库管理系统SQL Server/ORACLE/ DB2等的应用与开发技术;利用高级语言开发完整的数据库应用系统。

2)DBMS研究分析以及功能实现与扩展:以开源代码的DBMS为基础熟悉并研究分析DBMS的体系结构、基本功能及其实现,完成一些系统功能的实现和进行相应的可扩展性研发,形成系统分析报告、算法实现软件包和技术文档。

3) 领域研究综述与热点问题研究探讨:跟踪数据库相关领域的理论与技术发展,完成相关的前沿研究或技术问题的综述,对领域热点问题开展研究探讨,形成综述报告、技术报告或研究论文。

对于不同类型的学生,我们开展不同主题的课程设计,有不同的考查侧重:

1) 对于理论强化型学生,课程设计更强调在开源代码的数据库系统如Postgres上,针对DBMS底层实现做进一步研究与扩展,以3～5人的课题小组为单位,分析开源DBMS的体系结构和主要的技术方法,并对其中某方面进行重点研究与扩展实现;此外,强调对领域前沿的了解,对某方面理论与技术研究的综合把握与研究分析,并能对一些领域热点问题展开研究探讨,完成领域某方面的综述报告和研究论文。

2) 对于工程研发型学生,课程设计强调在Oracle或SQL Server等数据库产品基础上,以实际应用为背景,以3～5人的课题小组为单位,设计一个中等规模的数据库应用系统,并要求对系统研发过程中的各个设计与技术实现环节能够有较全面的把握;此外,强调对领域技术动态的了解,并能对领域技术和应用有较全面的认识和分析,对实际系统研发能形成有效的技术方案和分析报告。

3) 对于应用管理型学生,课程设计将以3～5人的课题小组为单位,在Oracle或SQL Server等数据库产品基础上,构建一个实用的数据库系统,强调数据库的设计方法和过程的全面把握,以及对项目研发过程中各个实践环节的全面调度与管理;此外,强调对领域研究与技术动态的了解,对系统开发与应用相关的知识体系和管理模式有较全面的认识和分析,能对实际项目开发与管理形成有效的方案和分析评估报告。

2.4分类开展课后活动

数据库课程以各种形式的课后活动,培养不同类型学生对课程的学习兴趣,是对课堂教学的有益补充。

1) 对于理论强化型学生,增加一些相关的领域研究现状和动态的介绍,提出一些开放思考问题,引导学生更深入、广泛地了解相关理论与技术的研究和发展现状,培养学生对本学科的学术前沿的研究热情和研究能力。由教师引导学生去找寻一些课程相关的理论与技术热点或难点问题,主要追踪数据库领域的重要国际会议与国际期刊,国际会议如SIGMOD/PODS、VLDB、ICDE等,国际期刊如ACM Transactions on Database Systems (TODS)、IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering (TKDE)、VLDB Journal等,以及追踪国际国内一些著名的数据库研究小组,学生以自由组合小组形式展开针对某个主题的研究探讨,完成领域综述以及研究论文,并在讨论课上做口头报告;更进一步鼓励学生加盟数据库相关领域导师的实验室和课题组,参与相关的实际科研项目的研究。

2) 对于工程研发型学生,增强数据库前沿理论研究与应用技术的介绍,培养学生对本学科的理论与技术前沿的研究探索热情和研发能力,由教师或企业研发人士引导学生去探讨一些相关的理论与技术热点问题,完成领域技术分析报告以及研究或技术型论文,并在实验课上做口头报告;鼓励学生参与相关导师的实验室和课题组,具体开展一些相关实际课题的研发;引导学生在小学期的企业实习期间有效地参与和完成实践项目的调研和分析设计与实现工作。

3) 对于应用管理型学生,加强数据库软件产品和应用案例的介绍,培养学生对本学科技术前沿的研究探索热情和应用管理能力,邀请企业数据库工程师举行讲座,引导学生去思考一些相关的技术热点问题,完成领域综述以及数据库系统开发案例分析报告,并在实验课上做口头报告;鼓励学生参与相关导师的实际项目研发;引导学生在小学期的企业实习期间有效地参与相关企业项目的研发与管理实践的调研分析。

3结语

数据库课程分类教学与实践模式是计算机本科专业课程教学的一种新模式的探索,通过对学生个体

差异的分析,有针对性地分类采用不同的教学内容、集中实验以及课程设计和课外辅导,因材施教。在数据库课程教学研究与实践中,我们针对计算机科学与技术专业和信息安全专业的本科生探索和逐步应用分类教学和实践模式,在课堂教学、实验教学、课程设计、课外实践等多方面进行了探索,从学生们的课程作业、实验报告、技术分析报告、应用系统设计、DBMS分析报告、领域综述报告、研究或技术论文、参与相关导师的研讨班与课题工作、期中和期末考试等情况来看,分类教学和实践模式在较大程度上激发了学生的学习和研究的热情与潜力,大部分同学取得了较好的学习和实践效果。当然,我们还需要不断研究数据库课程教学与实践各个环节,特别是课程自身的体系与数据库日益发展的相关领域的研究与技术应用间的关联,以探索更合理、更优化的教学实践模式。

参考文献:

[1] 蒋昌俊,苗夺谦,王晓国,等.“一体两翼”的创新人才培养模式[EB/OL]. [2009-02-19]. 高教教学参考,2009,3(1):1. /Model1024.asp?id=1425.

[2] 同济大学计算机科学与技术系. 计算机科学与技术专业培养计划(2006修订)[EB/OL]. [2009-09-30]. cs.tongji. /prog/InforWeb/publish/newsdetail.jsp?newsno=904.

[3] Abraham Silberschatz,Henry F. Korth,S. Sudarshan. Database System Concepts(影印版)[M]. 5th ed. New York:McGraw- Hill,2006.

[4] Raghu Ramakrishnan,Johannes Gehrke. Database Management Systems[M]. 3rd ed. New York:McGraw-Hill,2002.

[5] Hector Garcia-Molina,Jeffrey D. Ullman,Jennifer D. Widom. Database Systems:The Complete Book[M]. New Jersey: Prentice Hall,2002.

[6] 王珊,萨师煊. 数据库系统概论[M]. 4版. 北京:高等教育出版社,2006.

[7] Patrick O’Neil,Elizabeth O’Neil. Database:Principles,Programming,and Performance[M]. 2nd ed. San Fransisco: Morgan Kaufmann,2001.

[8] 李建中,王珊. 数据库系统原理[M]. 2版. 北京:电子工业出版社,2004.

Classified Teaching and Its Practice Model for Database System Course

GUAN Ji-hong1, WEI Qing-ting1, 2

(1.Department of Computer Science and Technology, Tongji University, Shanghai 201804, China;

2.School of Software, Nanchang University, Nanchang 330046, China)

计算机科学技术专业综述范文第2篇

关键词：信息管理与信息系统；专业培养方案；调研；改革

一、背景

人才培养是学校的根本大法，学校的所有工作都要围绕如何更好地执行人才培养方案开展工作。人才培养方案要体现社会对人才的中长期需求，要有利于专业人才培养质量的提高，有利于学生的未来发展和就业［1］［2］［3］。当前，信息管理工程专业，不同程度地存在实践不足、专业特色不突出、人才走向与专业培养目标发生偏离等问题［4］［5］。为使专业培养方案适应广东省社会企业实际需求、跟紧学科自身的发展、力创有核心竞争力的专业特色，我们对信息管理与信息系统专业本科培养方案进行了全面深入地调研。通过调查问卷、资料搜索、分析比较、校友交流等多种形式，对培养方案的现状有了一个较为全面地了解，并针对目前培养方案实施情况、教学效果等方面的问题进行比对、分析，希望在此基础上形成新一轮信息管理与信息系统专业人才培养方案修订工作的思路，抓住培养中的几个重点问题，形成信管专业的培养特色，适应广东省产业结构调整的人才需求。

二、调研内容及对象

信管专业培养方案调研的主要内容包括人才培养目标和模式、人才能力组成和结构、理论教学体系、实践教学体系、教学手段和模式等5个方面。总的来说，社会发展的近期和远期需求是人才培养的导向，与产业和行业的结合是学科专业优化的主导思想，应用型本科人才的知识、能力与素质结构是人才培养的主要目标，理论和实践教学体系是人才培养的主要途径，教学手段和模式的改革是人才培养的配套措施。

调研范围包括：毕业生就业典型情况；企业需求和满意度；国内同类学校同类专业典型情况；本系教师和本专业在校学生。

三、调研方法

调研方法包括：通过设计调查问卷并通过互联网络问卷和回收数据，获得往届毕业生就业情况，以及广东省内企业对本系学生需求和满意度的第一手资料；邀请企业校友回校面对面座谈；通过网上信息搜索，了解国内典型高校本专业的培养方案，对比我校信管专业和国内高校的培养计划，发现趋势、特点、差距和不足；通过教师、在校生座谈以及问卷调查，收集我校信管系教师和在校生的主要意见和建议。

四、调研分析

1.毕业生就业典型情况

设计并通过互联网络问卷，10天内回收58份有效问卷，代表了毕业生就业的典型情况。问卷设计包括五个部分，分别是个人基本信息、职业选择信息、职业能力分析、专业培养体会和满意度调查，目的是考查原有专业人才培养方案的效果，了解社会对本专业人才培养的需求。下面进行典型分析。

（1）从毕业生就业综合情况和专业培养，体会识别人才培养总体成果和目标。由数据可知，目前我校信管专业毕业生广泛分布在包括IT与通讯业，金融、证券、保险业，商贸业，电力、石化等能源业，新闻传媒广告业，房地产业，医药食品业，旅游交通民航业，制造业，政府机关等多个行业中，集中、依次分布在外资合资企业、大型国有企业、民营私营企业及政府机关等广东省典型企业和部门中，就业在多个岗位。仅有两成左右的毕业生换过两次及以上的工作，超过六成的毕业生没有换过工作，能实现准确就业。近半数认为与自己专业对口，月收入在5000元及以上的占50%，3000元及以上的则超过七成。这说明本专业原有人才培养方案的效果较好，未来的人才培养方案的目标可以沿着原有的思路，继续定位在面向广东省内。

对于原培养方案，毕业生认为本专业在培养过程中存在的缺陷集中、依次表现在缺乏实践、专业培养定位模糊、课程设置不合理、缺少专业技术、课程内容陈旧、各课程结合不紧密等问题上。这说明了未来的培养方案急需在实践、定位、课程设置和内容上下功夫。

（2）从毕业生职业选择检验人才培养方案的定位。数据显示，按照工作内容来划分，本校信管专业毕业生最集中依次分布在信息系统管理人员、信息系统分析师、信息系统二次开发人员、信息系统程序人员、面向信息系统的企业管理人员、信息系统设计师、信息管理师、信息网络工程师等工作岗位上，与原先确定的人才培养图谱基本一致，涵盖了信息管理师、信息系统管理人员和信息系统二次开发人员等中间位置，但从事信息化建设管理咨询师这一岗位工作的毕业生数量太少，只有3人，而有17个毕业生都有意升迁或转换到这一岗位，说明原有培养方案的目标没有问题，是方案落实上出了问题，远远没有达到预设的目标。升迁/转换意向则反映了随着经验的增长，毕业生逐渐趋于转向面向信息系统以及信息企业的高层决策管理人员，以及信息化建设管理咨询师和信息系统分析师这类综合岗位，说明原有培养方案的定位比较准确。

（3）从毕业生职业能力分析人才培养方案的具体设计。通过对毕业生的调查得知，他们认为对各领域管理知识的学习对于从事业务都是非常有帮助的。其中，位于前几位的分别是工作流管理、人事管理、会计和管理会计、企业资源计划、客户关系管理、财务管理、生产管理、市场营销和网络营销。同样，毕业生还对辅助决策所需的信息管理类知识的重要程度给予了评价，这些都为本专业今后开设管理类和信息管理类课程提供了参考。另一方面，针对原有培养方案中的信息系统方向，由于受技术发展的影响很大，所以问卷中也设计了几道问题来调查目前市场上对该类人才职业能力的组成和结构的要求。相关信息都为开设信息系统类课程提供了参考。

2.企业需求和满意度调研

针对企业满意度，首先设计了一份详细的调查问卷。在实际操作时，将该问卷的问题进行了适当的精简合并，组合进毕业生就业情况调查问卷，通过网络，邀请毕业生所在单位领导填写。此外还请毕业生及其领导站在他们的角度，给出本专业人才的需求状况。

（1）企业满意度。数据显示，企业对本校信管专业毕业生工作表现的总体满意度在75%以上，具体数据见表2。

此外，企业和毕业生认为本专业培养出来的毕业生优势主要、依次在于以下几个方面：理论知识面广、就业选择性大、学习能力强、综合素质高。但值得注意的是，在“专业技术能力强”一项中，参与调查的58人次均未给予肯定意见，这说明我校信管系原有的人才培养的总体力度还不够，学生或单位普遍认为本专业没有“拳头产品”。未来有必要进一步整合理论知识传授的内容和方式，加大专业技术知识、特别是技能训练的力度，力争在保持学习能力强、综合素质高的同时，突出优秀的专业技术能力。

（2）企业需求。从表1的数据可知，企业或毕业生认为单位紧缺的主要人才依次是信息系统分析师、信息系统二次开发人员、信息化建设管理咨询师、信息系统设计师、信息系统程序人员和面向信息系统的企业管理人员。认为就业容易的人才主要、依次是：信息系统程序人员、信息系统二次开发人员、信息系统分析师、信息网络工程师、信息系统设计师、信息系统管理人员和面向信息系统的企业管理人员。认为有潜力的岗位主要、依次是：信息系统分析师、信息系统二次开发人员、信息化建设管理咨询师、信息系统设计师、信息系统程序人员和面向信息系统的企业管理人员。与单位紧缺排序一致。以上数据说明信息系统技术类人才的就业易于信息系统管理类，但从长远看，综合类、高层次人才更符合企业所需以及毕业生发展的方向。所以当前的课程设置必须将学生的长期发展和短期就业相结合，仔细权衡，精心设计，达到总体满意。

此外，近半数毕业生认为以其在大学所学的专业知识背景，能在自己单位中找到3-5个适宜的岗位。说明随着企业经营规模的现代化，对信息管理的要求越来越强烈，信息管理涉及咨询、服务、物流等很多行业，本专业学生有很多的就业机会。

企业对应聘员工的能力要求依次排序为：实践执行能力、个性心理品质、分工合作能力、业务能力、管理能力、自主发展能力、智慧胜利能力、印象管理、情绪调控能力、经济学方面才能。说明若想增强本专业学生的就业优势，就必须引导并鼓励学生进行多方面的实践锻炼，并培养良好的沟通能力以及团队合作精神，将更具有竞争力。

3.国内同类典型专业情况

目前，国内信管专业的人才培养主要存在3种模式：以清华大学、同济大学为代表的理工科院校工商管理模式，以武汉大学、北京大学为代表的综合性大学的信息资源管理模式，以及以中国人民大学和中山大学为代表的信息系统技术导向模式。

（1）以清华大学、同济大学为代表的理工科院校工商管理模式。在这种模式下，一般将本专业设在经济管理学院，侧重于计算机科学技术，是以信息系统（包括电子商务）的应用、管理为主要研究对象，以企业如何利用信息技术、信息系统提高竞争能力和管理水平为目标，开展基础理论、企业管理模式、信息系统战略规划、信息系统及其管理、信息系统开发方法、信息技术应用等方面的教学和科研。这种模式结合了IT和经济管理，其最终目标是实现技术与经济管理的完美结合，目前随着企业资源规划、供应链管理、客户关系管理以及电子商务等的流行显示出了新的魅力，是当前信息管理与信息系统专业的主要模式。

（2）以武汉大学、北京大学为代表的综合性大学的信息资源管理模式。在该模式下，本专业一般设在信息管理学院，其前身是图书馆、情报学、档案学等专业。其人才培养目标是培养具有现代管理学理论基础、计算机科学技术知识以及应用能力，掌握系统思想和信息系统分析与设计方法以及信息管理等方面的知识与能力，能在国家各级管理部门、工商企业、金融机构、科研单位等部门从事信息管理以及信息系统分析、设计、实施管理和评价等方面的高级专门人才。

（3）以中国人民大学和中山大学为代表的技术导向模式。该模式下，本专业一般设在信息技术学院，其主要培养目标为掌握现代信息技术和经济管理知识的复合型人才，要求学生具备全面的素质和完善的知识结构，掌握坚实的计算机科学技术与应用、现代信息技术，熟悉现代经济学、管理学知识，满足各类企业和政府部门对信息系统的开发、管理的迫切需要。

五、结论与建议

本次调研通过调查毕业生、典型企业、同类院校、在校师生等多个调查对象，从不同侧面了解了比较丰富的信息，总结起来，有如下几个方面。

1.关于人才培养方案的目标和模式

在新的社会环境下，原有人才培养方案职业图谱的总体思路仍然有效。本专业仍将发挥本校以工为主、理工经管文法全面发展的优势，面向广东省地方经济建设，致力于培养具备现代管理学理论基础、信息经济学和计算机科学技术知识及应用能力，掌握系统思想和信息系统分析与设计方法以及信息管理等方面的知识与能力，能从事信息化规划和信息管理、信息系统分析、设计、实施、管理、评价以及信息分析等方面的应用型高级专门人才。

但是，需要进一步明确和解构信息管理和信息系统技术两个方向人才的培养方案，要引进订单式等培养模式，参考走学历教育与职业能力教育相结合的道路，落实以强化学生高级就业能力为导向，加强“核心技术一体化”专业建设。把握市场当前的需要和未来发展的趋势，实现人才短期就业与长期发展潜力之间的最佳平衡。

2.关于人才能力组成和结构

本专业人才贵在“复合”，难在“复合”。应突出以问题解决能力培养为主线，加强实践技能培养，增强沟通能力、团队协作精神和个性心理素质。通过在校接受理论课程和实践环节的锻炼，使学生掌握现代经营管理原理、方法和计算机科学与技术，具备在计算机网络环境下从事经营管理的基本能力；掌握信息科学的基本理论与方法，具备信息组织、分析、传播与开发利用等信息管理的基本能力；掌握信息系统的分析、设计、实现与运行管理及维护的方法和技术，具备开发与运用计算机网络信息系统解决经济管理中的实际问题的基本能力；掌握情报检索、信息搜索、数据挖掘的基本理论、方法与技术，具有信息分析与开发能力，能了解并跟踪本专业及相关领域及其市场的发展动态，从而形成较强的研究开发和市场开拓能力。

3.关于课程体系建设

应强化融经济学、管理学、信息科学和计算机科学等多学科于一体的“厚基础、宽口径、适应能力强”的专业特色，对于定量数学决策优化模型技术、计算机领域技术模块，以及代表信管专业问题解决特色的定性定量相结合的核心课程知识模块等三大知识团，需要进一步精心设计、组织知识点，做到逻辑连贯、没有过多的重复，理论学时精简、合理，淘汰一些技术内容已经陈旧的课程或章节，引入先进技术内容的章节或课程，健全、完善我们的课程体系。实现信息管理学、信息经济学和信息系统开发与管理三大类知识的融会贯通，形成融经济、管理与信息科学、计算机技术于一体的课程体系与课程结构。

4.关于实践教学环节

对于信管专业，怎么强调培养学生的动手能力都不过分，这是因为，应用型高级专门人才培养的目标必须落实在学生的实践动手能力上。应在整合理论课程体系的同时，重新审视课程实验、实训，认识实习、专业实习、社会实践，课程设计、专业综合设计、毕业设计等这一系列环节，相辅相成，形成体系，精心安排实验项目，尽量将多个知识点组合成较大的实践项目，并严格指导，突出培养学生的工程意识、创新精神以及运用信息技术解决经济、商务、管理中实际问题的能力。

5.关于教学手段和模式

本专业十一五期间每年招生逾200人，为很好地完成对广东本地以及珠三角地区高速发展的信息化的支持，实现人才培养在质量和数量上的和谐发展，必须综合运用多媒体远程教育等多种现代化教学手段，广泛利用教师的纵、横向科研项目成果，以及往届学生的优秀作品，大力建设好案例库、试题库等教学资源库，突出技术规范教学法、项目教学法、案例教学法等多种教学方法，进行任务驱动、项目导向、模块教学、工学结合等多种形式的教学改革，突出以问题为中心的学习法、基于行业与职业岗位群技能要求的学习法等学习方法，加强核心课程和精品课程建设，减少必修课学时数，增加选修课学时数，提高学生的学习主动性。

6.对学校、学院配套政策的建议

（1）关于素质教育。针对学生社会经验不足、对社会了解太少，为其树立正确的人生观，可参照上海交通大学的做法，在所有人文社科类的通识课程中设置实践环节，均匀地分布在1-6学期，其实践环节均在假期中完成。这样总学分不变，但省出了课内学时，又可使学生到社会上进行社会实践活动时具有更加明确的主题，增加与社会接触的机会，更加深入广泛地了解社会，锻炼其综合处理问题的能力。

（2）改善实验条件，充分挖掘现有条件。由于实验条件的限制，许多课程无法开展实验，不能通过实验加深学生对课程内容的深入理解，新的想法和思路也很难通过实验加以检验。当前条件下，一方面要争取对于实验条件的改善和提高；另一方面，充分利用现有条件，使学生能得到较多的训练。

（3）注重学生创新能力的培养。培养方案中设置科技创新类选修课，通过各种措施培养学生的创新能力。

我校现在已有一些类似的政策和手段，但是还需更加系统、全面、深入地完善措施，使学生有更多的机会和选择，从时间上、经费上、指导上、制度上给予保障，使学生的动手能力、解决实际问题的能力、创新能力得到培养，提高我校信管专业学生的质量。

参考文献：

［1］ 牛莉.信息管理与信息系统专业人才培养方向探究［J］.科教文汇，2009，（3）.

［2］ 何永刚，黄丽华.信息管理与信息系统专业课程体系研究综述［J］.情报杂志，2007，（8）：128-131.

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［4］ 张劲松.信息管理与信息系统专业课程体系创新研究［J］.情报杂志，2008，（11）：102-106.

计算机科学技术专业综述范文第3篇

关键词:信息管理与信息系统专业;培养模式;课程体系;服务科学管理与工程

1研究背景

美国明尼苏达大学(University of Minnesota)的 GordonB.Davis教授于1967年创立了世界上第一个管理信息系统(Management Information System,MIS)学科的Ph.D学位课程,宣告了MIS的创立[1]。此后40多年里,世界各国都纷纷推出了MIS课程。20世纪80年代中期开始,我国一些高校也陆续开展了MIS的教学和研究[2],并相继创办了信息管理与信息系统专业(简称信管专业)。

在管理学二级门类下的信管专业[3-6]是一个综合性专业,涉及到计算机科学、信息科学、图书馆学、管理学、经济学、法学等众多学科。目前,国内信管专业的建设和发展已呈现“三足鼎立”之势:第一类是以清华大学、同济大学为代表的理工科院校,专业侧重计算机科学技术;第二类是以武汉大学、北京大学为代表的综合性大学,强调情报学、信息学等知识;第三类则是以中国人民大学、东北财大为代表的财经院校,侧重经济管理方面的教育。

经过很多高校几年的创办和教育实践,信管专业在社会上得到了广泛的认同。全国开办该专业的高校已猛增到近200家,招生规模不断扩大。但存在的问题值得深思:一是办学没特色,二是毕业生就业现状并不理想。究其原因[7-8],一方面,社会各个领域需要大量的人才,而另一方面,相关专业毕业生数量大,难于找到合适的工作,社会的需求和高校的培养形成了巨大反差。这是因为高等教育体制的改革步伐滞后于高等教育的快速发展,导致了相关专业毕业生缺乏实际工作能力,无法适应市场的需要。

2现状与存在问题

我们分析国内各院校信管专业的发展与陕西师范大学的信管专业现状,目前仍然存在一些问题,具体分析如下:

2.1学校专业设置多而杂

就信息技术类学科来说,我校与此相关的学科有数学学院的数学与信息科学专业,物理学院的电子工程专业,计算机学院的计算机、软件工程和信管专业,国际商学院的电子商务专业等。从研究型情况来看,计算机学院有智能控制与信息安全研究所,数学学院有密码与信息安全研究所,商学院有信息安全研究所等。与信管专业相关的专业多而杂,不利于我校整合现有的研究力量,形成学科与研究团队,而且将很难产生标志性的研究成果。

2.2专业课设置过时

对于信管专业开设的课程,大部分学生和老师认为专业课深度不够,杂而不专、泛而不精,所选用的教材过时,不适合现代市场需求。文字性的课程居多,与项目设计和开发相关的实用性课程较少。事实上,课程设置存在弊病,一方面是因为信管专业的建设在不断摸索中,不够完善,另一方面就是因为下面提到的师资力量薄弱,两者互相影响。

2.3师资队伍薄弱

多数学生表示,上课不认真听讲也是因为课堂枯燥、气氛不活跃。教师上课按课本教学,教学方式单一。很多教师对自己教授的课程比较专业,但在问及与专业相关的问题时,教师也比较模糊。尤其是很多老师自己都没有系统学习过信息管理与信息系统专业的理论知识,更不具有项目开发的经验,如何教会学生掌握坚实的理论基础,并具有软件开发技能?这一点值得深思。因此,我们目前还很缺乏信管专业教师队伍。

2.4实践环节欠缺

现行实验课程的开设对于提高学生实际操作能力及专业技能的效果不大,学生认为当前上机实验的效果“形同虚设”、“不能获得技能”。上机实验内容设计不合理、不饱满,安排松散。

3我校信管专业改革举措

很多信管专业人士从课程设置、教学模式与企业结合等角度,结合本校的发展,提出一些有意义的改革举措[9-11]。

目前,大部分院校将信息管理与信息系统专业放到了管理学院,这就意味着他们的培养目标和课程体系是以管理学为主的,这势必造成学生系统开发和信息管理的动手能力欠缺。作为综合性研究型本科大学,陕西师大需要改革该专业的人才培养体系。我们采取了明确专业培养目标,突出专业优势,完善专业课程教学体系和加强实践教学环节等措施。

3.1修订培养方案

以信管专业的信息管理为基础,结合我校的强势学科、我院的强项研究方向以及社会所需人才现状,我们设想对高年级学生采用分组培养的模式,分为以下几块:ERP、电子商务、政务等信息系统开发;GIS开发;智能信息处理与信息安全;网络工程;图像信息处理;生物信息工程等。

我们可以根据项目成立实验室,接收大三学生进入实验室,实现博士、硕士和本科生的混合工作机制,引导学生进行创新性实验与前沿性工作的探索。这实际上是在科学发展观的基础上,结合我校的2+2培养模式,借鉴国外的人才培养理念,注重学生的兴趣爱好,对学生进行有针对性的分组培养。让学生及早加入教师的研究课题,锻炼他们的科研思维和动手能力。

我们可以不拘泥于其他学校的僵化教学体系,彰显出自己的特色来。我院将计算机方面的若干强势方向作为信息管理与信息系统专业的特色培养目标,采用小范围课堂授课,让学生进教研室参与项目的方式来开展教学,具体培养方案如图1所示。

如图1所示,通识模块、专业基础课和专业课等可以保持原有培养方案,但教学内容要酌情删减,教学方法要灵活多样。特色方向课的开设要结合各个学校和院系的优势方向。比如有的学校以情报、图书馆等为特色,有的以管理学为主导,有的以项目开发为主流。

从研究积累和课程特色上来看,我院的智能信息处理、智能优化、模糊信息处理、GIS开发、生物信息计算、网络工程等都是优势研究方向,有很多教师已积累了丰富的研究成果和教学经验。结合这些方面的信息处理技术,深入、系统地研究信息管理与信息系统,既结合实际又意义深远。

在教材的选择和课程设置上,应该注重教材的新颖性。信管专业是伴随着信息时代对信息技术人才的需求产生的。如果对学生的培养还停留在旧理论、旧知识上,所培养的毕业生是不适合时代需求的。应将课程从原来的纯理论课转变为实践课与理论课相结合。大大增加实践课的比例,使学生通过实践加深对概念的理解。取消一些可开可不开的课程,合并一些内容重复的课程,如信息管理导论、管理学概论、信息管理学、客户关系管理、项目管理等。

3.2加强师资队伍建设,强化实践实习

根据信息技术更新快的特点,我们要从IT企业选调一些学历符合高校要求且有多年工程实践经验的优秀高级软件人才,来我校从事教学工作。这样有利于改善师资队伍结构,加强与企业的联系,提高人才培养质量。我们还要大幅度修改教学计划,加大信管专业授课教师的研讨和培训力度等,保障教学改革顺利进行。

与此同时,我们还加强与企业的联合。比如我院可以与西安软件服务外包学院(CISSST)联合。该学院由产业主管部门及教育主管部门共同出资组建,是市政府为了促进西安软件服务外包产业发展、发挥西安高校资源的优势、为企业提供人才解决方案服务、拓宽大学生就业通道、打造百万产业队伍而实施的重大举措。西安软件服务外包学院的教师队伍由产业方面的专家和来自企业的有实际项目经验的技术专家组成,基于实际的项目搭建面向产业的实训平台。这样可使大学生实现由知识、技能向项目经验的转换,向企业输送合格的技术人才。

3.3面向服务,IMIS向SSME专业过渡

随着生产型经济的高度成熟及IT技术的飞速发展,全球产业结构明显表现出加速向后工业化服务经济转型的趋势,成为21世纪全球经济的典型特征。所以学校的教育要跟上时代的发展并适应社会需求。

表1[12]从行业增值对GDP贡献率上显示了近年来一些国家的产业结构变化情况。如表1所示,农业+工业+服务业=100%,表示世界上不同国家中就业劳动者人口在三种产业中所占的比例。发达国家服务业所占的比例较高,而发展中国家所占的比例较低。劳动力人口规模是指在一个国家中18周岁到60周岁或者65周岁之间从事第一和第二产业的劳动者所占的人口比例,这个比例越高,说明服务业所占的程度就越低。由于失业人口的存在,它们与三个产业的从业人口数据没有直接计算公式。最后一列是服务业25年的增幅,如中国的增幅是191%,说明中国的第三产业发展比较迅速,而发达国家的增幅就比较小。可见服务行业已经占据经济生活中的主导地位,并且这种趋势将日益明显。

“服务科学管理与工程(Service Science Management and Engineering, SSME)”[12-14]专业是国家针对服务业呈现的日益增长的趋势而设置的新专业。SSME是计算机科学、运筹学、产业工程、公司战略、管理科学、社会和认知科学以及法律科学等的结合与交叉,旨在通过学科交叉发展服务经济需要的服务技能。国内SSME的研究起步较晚,主要起源于2005年9月12日IBM在北京大学召开的“服务创新和服务科学学科建设”研讨会。该研讨会探讨了SSME的发展现状和前景,并积极构建服务科学学科,以推动服务经济的发展与SSME的进步。该研讨会从不同角度分析SSME,并积极探讨了SSME学科建设的需求及规范,指出了SSME学科的重要性。

目前,SSME概念体系的建立已基本完成,而系统性研究才刚刚起步[13]。尽管如此,人们公认此领域具有极大发展潜力,通过业界和学界的合作,此领域在未来发展成为一个成熟学科门类的可能性非常大。我院已和西安软件服务外包学院及一些IT业公司建立了长期合作关系,不仅培养了学生的动手能力,而且使学生了解到社会需求、服务意识及服务科学的重要性。考虑到信管专业与SSME专业在课程体系等方面有很多融合部分,可以考虑将信管专业逐步转型和过渡到SSME专业,以适应社会对服务业的需求,培养适应社会发展的实用型人才。

4结语

综合上述分析,对于陕西师范大学来说,可以结合我校的本科与研究生教育特色,结合计算机信息技术与信息服务业的特点,参照国家新开设专业――服务科学管理与工程的发展思路、培养体系、课程设置

等,选择“信息时代下的教师教育和服务科学管理与工程的理论与技术体系研究”为未来的发展方向。这是一个综合性的研究课题,结合未来服务业的大趋势,研究教师教育及学校如何为教师和学生服务,提供具有创新性、充满活力的校园氛围,结合我校的发展战略,形成具有特色的研究团队。

参考文献:

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[10] 胡昌平,李烨,赵雪芹.信息管理类专业互动式与全程教学改革的实现[J].情报杂志,2010,29(2):157-159.

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[12] 吴建祖,张兴华,陆俊杰.服务科学、管理与工程(SSME)学科体系构建[J].中国科技论坛,2009(1):21-25.

[13] 刘作仪,杜少甫.服务科学管理与工程:一个正在兴起的领域[J].管理学报,2008,5(4):607-614.

[14] HIDAKA K. Trends in Services Sciences in Japan and Abroad[J]. Science and technology trends,2006(19):35-47.

The Status Quo and Reformation of the Major of IMIS

LEI Xiu-juan, LI Yong-ming, WU Zhen-qiang

(Shanxi Normal University, School of Computer Science, Xi’an 710062, China)

计算机科学技术专业综述范文第4篇

关键词：计算机；工程教育；实践教学；改革；虚拟实践教学平台

引言

工程教育是高等教育的重要组成部分，工程教育是在工业化的历史进程中，为适应社会对工程技术专门人才的需求而兴起的。高等工程教育起源于工业发展初期的工程教育，它与一个国家的工业发展密不可分。高等工程教育就是要培养能综合应用现代科学理论和技术手段，懂经济、会管理，兼备人文精神和科学精神的高素质工程技术人才，为工程科学技术的发展不断提供新鲜的活力。高等工程教育对于工程技术人员的知识、能力、素质等形成起着主要作用，特别是对创新精神与创新能力培养有着决定性的影响。因此，世界各国特别是工业发达国家都在大力推进工程教育的改革与发展，力争培养出更高质量的工程人才。

计算机工程教育是一个实践性非常强的教育方向，培养的学生应具备从事计算机系统的分析、设计、应用和集成能力，具有扎实的计算机基础理论、良好的科学素质和工程实践能力。该实践教学体系包括课程实验、教学实习、社会实践、综合实训、毕业设计等多种形式。这些都是培养学生创新能力的重要环节，是专业课程教学的重要组成部分。

1 计算机实践教学中存在的问题

随着国家对教育的不断投入，教学改革已经有了明显的成效，但实践教学还在诸多方面存在一些不足。

1.1 实践经费相对不足

学校真正提供给实践的资金有限，校内实践场地和设备存在一定程度上的不足，这就出现了人均实际操作动手机会少，教学与设备不协调等现象，直接影响了实践教学的质量，也影响了学生技能的培养。

1.2 实践指导教师结构不合理

在实践教学师资队伍中，“双师型”教师还比较紧缺。参与实践教学指导者多为从公司聘请的工程技术人员，他们虽有着深厚的实践经验，但不能很好地将实践操作与理论知识统一起来，属于会做不会讲。而本校的教师虽有一定的专业基础理论知识，但在生产实践方而缺乏一定的锻炼，属于会讲不会做。教师结构的不合理，使得理论知识与实践技能不能有效的形成统一体，也影响了实践教学的质量。

1.3 校企合作实践存在不足

（1）能够接受实践的学生少。企业受到人员和场地的限制，不可能接收太多的学生进入企业实习。

（2）对学生管理不足。由于学校和企业对于学生实践的管理都较为松散，造成学生对实践教学缺乏正确认识，使得实践教学的质量难以保证。

（3）需要有专门的教师脱离工作岗位指导学生。如果没有专门教师指导，企业很难抽调人员为学生提供专门指导。另外，没有教师的参与，企业很难保证项目开发进度，也不愿意不熟练的学生参与项目开发。这样，学校和企业就失去了合作的基础。

1.4 实践考核不严

学校对于实践教学没有建立规范的考核标准，对实践教学的考核往往低于理论考核的要求，使得实践考核流于形式，影响了实践教学的效果。

2 计算机工程教育实践教学改革

针对上面分析的问题，我们认为高等工程教育中计算机实践教学改革应该侧重以下几个方面。

2.1 加强教师实践能力培养，提高教师专业素质

高素质、实践能力强的师资队伍是提高人才培养质量的保证。学校应该加强计算机专业具有丰富工程经验的“双师型”教师的引进，同时采取有力措施组织教师参加各类师资培训，努力提高师资队伍的业务水平和工程能力，不断更新和拓展专业知识，提高专业素养。学校发展过程中有许多与计算机相关的项目，教师应该关注这些项目的实施，学校要尽可能把这些项目放在学校内部立项、实施。这些可以为老师和学生提供一次实践锻炼的机会，并能够降低开发成本，方便维护。

有计划地安排教师到相关企业实践，了解计算机行业管理知识和新技术发展动态，积累工程开发经验，努力打造“双师型”教师队伍。教师们将最新的软件技术和职业技能传授给学生，指导学生进行实践，培养学生的实践创新能力。在人才引进和教师培训有限的情况下，教师可以组成模拟项目开发教学团队，确定明确的设计目标，教师引导，学生直接参与，按照工程项目管理方法管理，按照项目验收标准验收，提高教师的实践教学能力和管理水平，促进学生工程开发能力和团队合作精神的培养。

2.2 案例教学法

根据教材重点、难点和学生中存在的疑难问题，精心设计案例题，以巩固深化知识，发展能力，以达到热能生巧。案例教学模式就是打破“以教师为中心”的传统教学模式，扩展到“以学生为中心”的复合型教学模式。在这种教学模式下，整个教学过程，教师利用情境、协作、会话等学习环境，要求充分发挥学生的主动性、积极性和创造精神。在这种模式中，学生是主体，也是中心，是知识的主动构建者；而教师是教学过程的组织者、指导者、促进者；教材是学生主动构建的对象；媒体则是认知工具。这种模式是与现代社会对人才培养目标相适应的，因而也是最有效的新型教学模式。

2.3 激发学生的自主实践兴趣

采取激励机制，鼓励学生以兴趣小组或课程实验小组的形式开展实验、展开实验讨论，并主动和教师交流；鼓励优秀学生和高年级学生参与课外实践指导，逐步形成学生合作、自主实验和自主指导的氛围，转变教师指导为学生自主研讨，缓解开放性建设中实验指导教师数量不足的问题。

设置合理比例，严格规定学生应该完成的课内和课外实验，让学生带着任务进实验室或实习基地。根据学生的学习动态，启发和引导学生自主选择实验项目，自主设计实验，综合运用所学知识，解决学习中的困难和问题，显现自己的智慧和能力，体验自主实践的成果，从而达到充分调动学生自主实践的积极性和主动性的目的。

2.4 开发虚拟实践教学平台

由于自主实验所占比例较高，实践教学条件势必有限，加上难以为每个开放实验室全程安排指导教师，那么，可以借助校园网络建设虚拟实践教学平台，方便各个实践课程项目案例的管理，缓解教师和设备短缺问题，也缓解外出校企合作费用过高问题，为学生自主学习创造条件。

以此平台的软件虚拟实训环境为例，老师和学生分组充当项目经理、开发员和测试员角色，登陆虚拟实训环境，根据其中真实的软件开发实例课件内容要求完成不同的开发和测试任务，并分阶段提 交各自的成果，项目经理对开发员和测试员的工作进行指导、评审、考核和答疑。这样，学生将置身于以真实工程项目职场为背景的实训环境中，以项目团队的组织形式完成实战训练，亲身感受到规范的软件开发流程，迅速掌握规范高效的软件项目开发步骤与方法，在真实的项目开发过程中提高实践动手能力，获得实际工作经验，从而大大缩短了就业后的岗位适应期，真正实现专业教育与企业岗位需求之间的相互衔接。

为了提高实践教学资源的利用率，开发实践教学资源库也就显得尤为重要。计算机虚拟实践教学资源库的构建要与人才培养目标相一致，以专业岗位需求为根据，突出“能力”目标，其功能结构见图1。如软件开发课程实践库应主要包括以下内容：软件开发的基本概念、方法和步骤，解决问题的思路和过程；完整的开发过程和各个过程的实际成果资料，具体包括“软件开发计划书”、“可行性研究报告”、“需求分析说明书”、“概要设计说明书”和“详细设计说明书”；最终开发成果、编码集及操作使用说明书。实践案例按照行业工程标准规范化的、系统的制定原则，把行业的要求融合到教学案例中，使案例库丰富及多样。实践项目库的项目是非常典型的，具有代表性的任务，根据专业相关技术领域相关职业岗位的任职要求，充分体现职业性、实践性和可持续发展性；以职业岗位真实的项目和任务及其工作过程为依据，整合相应的知识、技能，在真实项目的基础上构建学习性的环境。

图1 计算机虚拟实践教学资源库结构图

3 结束语

实践教学是高等计算机工程教育中的重要环节，也是培养学生实践能力、创新能力的重要手段，还有许多教学改革的问题值得研究，我们将不断努力，逐步完善实践教学体系，在改革中探索、提高，培养出更多适应社会需要的复合型、应用型工程人才。

参考文献：

[1] 王华东，任志考．关于高校计算机本科教学改革中实训教学的研究与探索[J]．计算机与信息技术．2007.7

[2] 冯萍，张彦春．计算机教育与工程意识和创新能力培养[J]．高等工程教育研究．2003.5

[3] 叶志攀，金佩华．中国工程教育实践教学研究综述[J]．高等工程教育研究．2007.4

计算机科学技术专业综述范文第5篇

关键词:虚拟现实;教学实践;三个基本;点面结合

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。

二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。

2课程的特点

北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:

2.1学科交叉性、综合性强

国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。

2.2数理基础要求高

虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。

2.3创新思维丰富

虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。

2.4工程应用突出

虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。

2.5课程内容多课时紧

本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。

3教学内容安排

我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:

第一章:概论(2h)

问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。

第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)

虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。

第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)

视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。

第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)

IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。

第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)

人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。

第六章:虚拟人技术(2h)

人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。

第七章:分布式虚拟现实技术(2h)

DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。

教学实践与课外教学安排:(18h)

课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。

4教学实践与思考

针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。

4.1突出三个基本,注重融会贯通

在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。

4.2点面结合,各有侧重

虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。

4.3结合实例,促进创新思维

虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。

5结论与展望

“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。

参考文献:

[1] 赵沁平. DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具[M]. 北京:科学出版社,2004.