當(dāng)前“信息和計(jì)算科學(xué)”專業(yè)教學(xué)探索

當(dāng)前“信息和計(jì)算科學(xué)”專業(yè)教學(xué)探索

根據(jù)信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐中的心得，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的一些新問(wèn)題闡明了觀點(diǎn)和解決方法，并提出一些有效的教學(xué)理念和教學(xué)策略。教學(xué)實(shí)踐證實(shí)我們的方法是行之有效的。1998年教育部頒布了新的本科專業(yè)目錄，“信息和計(jì)算科學(xué)”被列為數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)科三個(gè)專業(yè)之一。該專業(yè)的設(shè)置反映了數(shù)學(xué)學(xué)科人才培養(yǎng)的發(fā)展，反映了社會(huì)對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科人才的需求熱點(diǎn)。如何辦好這一專業(yè)，為眾多高等院校所必須思索的新問(wèn)題。信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)發(fā)展如此之快，招生規(guī)模如此之大，對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的發(fā)展既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)[1。目前開(kāi)辦該專業(yè)的高校全國(guó)已有300多所，但相當(dāng)多的院校存在著辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，師資力量匱乏，以及辦學(xué)條件、教材等諸多因素的影響，在培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中出現(xiàn)了這樣或那樣的新問(wèn)題。其中主要包括摘要:(1)缺乏專業(yè)特色。很多學(xué)校要么是以計(jì)算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件為發(fā)展方向，要么是以計(jì)算機(jī)科學(xué)作為發(fā)展方向，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的培養(yǎng)要求及就業(yè)市場(chǎng)的需求。(2)專業(yè)就業(yè)方向不是很明確。很多用人單位不明白該專業(yè)的專業(yè)背景，只是簡(jiǎn)單得理解為“計(jì)算機(jī)應(yīng)用”或“信息專業(yè)”，這將直接影響到本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)及以后的招生。(3)一些專業(yè)書(shū)籍和參考資料的實(shí)用性不是很強(qiáng)。有些學(xué)生抱怨“學(xué)校學(xué)得都沒(méi)用，現(xiàn)在用的學(xué)校都沒(méi)教”。有必要在教學(xué)中增加一些該領(lǐng)域新的探究方向的介紹，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。(4)師資缺乏，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有待加強(qiáng)。在一些高校中，承擔(dān)信息和計(jì)算專業(yè)課程教學(xué)任務(wù)的老師要么是計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)出身，要么是計(jì)算機(jī)類專業(yè)出身，仍然缺乏一支把握信息和計(jì)算科學(xué)技術(shù)的強(qiáng)有力的師資隊(duì)伍[2。我院從2003年起開(kāi)始招收該專業(yè)本科生，從2007年起有畢業(yè)生走向社會(huì)。通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，筆者積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。本文就信息和計(jì)算專業(yè)一些專業(yè)課程的教學(xué)新問(wèn)題、教學(xué)策略，以及教學(xué)理念等方面的內(nèi)容闡述自己的觀點(diǎn)。1強(qiáng)化數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，充分發(fā)揮本專業(yè)的數(shù)學(xué)優(yōu)勢(shì)信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)是由信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、運(yùn)籌和控制科學(xué)等學(xué)科交叉滲透而形成的一個(gè)新的數(shù)學(xué)類專業(yè)。該專業(yè)主要培養(yǎng)具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)思維能力，把握信息和計(jì)算科學(xué)的基本理論、方法和技能，受到系統(tǒng)的科學(xué)探究練習(xí)，能解決信息科學(xué)和工程技術(shù)實(shí)際新問(wèn)題的高級(jí)專門人才;主要任務(wù)是探究“信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)和運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算工具高效求解科學(xué)和工程新問(wèn)題的數(shù)學(xué)理論和方法”[3。信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和高度的抽象思維能力。該專業(yè)要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，能夠利用數(shù)學(xué)理論解決信息科學(xué)領(lǐng)域中的實(shí)際新問(wèn)題。對(duì)本專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)理論、基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)是十分必要的。因此做好該專業(yè)的數(shù)學(xué)教學(xué)工作，為學(xué)生打好數(shù)學(xué)功底就顯得尤為重要[4。以《數(shù)值分析》的課程教學(xué)為例。該門課程在信息和計(jì)算科學(xué)的專業(yè)課程中占著舉足輕重的地位?！稊?shù)學(xué)分析》、《高等代數(shù)》和《常微分方程》為該門課程的必修先行課程。假如學(xué)生在學(xué)習(xí)這些先行課程的時(shí)候，能夠很好地把握、理解基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論和知識(shí)，那么他們?cè)趯W(xué)習(xí)《數(shù)值分析》的時(shí)候，必將事半功倍。筆者在講授《數(shù)值分析》時(shí)，首先從具體新問(wèn)題的實(shí)例出發(fā)，以數(shù)學(xué)描述為切入點(diǎn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生抽象出基本概念和結(jié)論。在這一方面，信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往優(yōu)越于計(jì)算機(jī)專業(yè)或其他工科專業(yè)學(xué)生。這是因?yàn)樗麄兙哂懈鼮樵鷮?shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而且，信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往具有非常好的邏輯思維能力，這使得他們能更為深入地理解相關(guān)算法和程序，而這也是和扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)密不可分的。2注重師生互動(dòng)，選擇啟發(fā)式教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，采用知識(shí)接受式和新問(wèn)題討論式相結(jié)合的教學(xué)方法，盡量讓課堂教學(xué)布滿活力，把知識(shí)講“活”。在教學(xué)中，變教師講，學(xué)生聽(tīng)的“新問(wèn)題-結(jié)論”教學(xué)方式成為“新問(wèn)題-探索-結(jié)論”教學(xué)方式。要教會(huì)學(xué)生如何思索，如何分析，如何探索，使學(xué)生能“舉一反三”、“觸類旁通”。盡量激發(fā)學(xué)生的潛能，激發(fā)學(xué)生的喜好和求知欲望，在講課過(guò)程中提出一些啟發(fā)性、探索性的新問(wèn)題，學(xué)生始終處在積極思索的狀態(tài)之中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性;努力發(fā)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維的閃光點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生敢于發(fā)表不同的意見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，教學(xué)相長(zhǎng)。此方法為學(xué)生提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件，能充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思索和開(kāi)拓精神，培養(yǎng)應(yīng)用和創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉和提高他們解決新問(wèn)題的能力。以《矩陣計(jì)算》教學(xué)課程為例。筆者在教學(xué)過(guò)程中往往會(huì)有計(jì)劃地組織一些討論課，課前要求學(xué)生預(yù)習(xí)，把教學(xué)內(nèi)容分解成一系列的新問(wèn)題，并抓準(zhǔn)學(xué)生輕易出錯(cuò)或難于理解的新問(wèn)題。先在課堂上讓學(xué)生發(fā)表自己的理解和思路，然后進(jìn)行討論，為學(xué)生提供一個(gè)思想摩擦的環(huán)境，以拓寬學(xué)生的視野。例如在講解“隱式重新開(kāi)始的QR算法”這一部分內(nèi)容時(shí)，首先要求學(xué)生考慮摘要:為什么要采用隱式重新開(kāi)始技術(shù)，好處在那里，理論依據(jù)是什么，算法的主體框架是怎樣的，程序上如何具體實(shí)現(xiàn)等一系列新問(wèn)題。通過(guò)學(xué)生主動(dòng)思索這些新問(wèn)題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)思索，使得原本復(fù)雜困難的內(nèi)容變得簡(jiǎn)單起來(lái)，提高了教學(xué)效率。3抓實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力理論教學(xué)和實(shí)踐是人才培養(yǎng)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，兩者既有區(qū)別，又有聯(lián)系。在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，更要將理論和應(yīng)用實(shí)際緊密結(jié)合起來(lái)。以《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)為例。在每次上機(jī)之前，我們都要求學(xué)生事先預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，明確上機(jī)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，編制好程序，并要求學(xué)生及時(shí)觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了提高實(shí)驗(yàn)效率，我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，做到學(xué)生每人一臺(tái)機(jī)器，獨(dú)立操作，指導(dǎo)教師主動(dòng)巡回指導(dǎo)，根據(jù)上機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)的新問(wèn)題和錯(cuò)誤，及時(shí)給予糾正。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是提高學(xué)生分析綜合能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能起到對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容消化理解，加深拓寬知識(shí)面的功能。同時(shí)，教師可以通過(guò)結(jié)合課程基本理論，直接面向?qū)嶋H應(yīng)用的授課方式，既可以向?qū)W生傳授基本理論知識(shí)，同時(shí)又培養(yǎng)了學(xué)生良好的動(dòng)手、動(dòng)腦能力，起到事半功倍的效果。此外，結(jié)合本專業(yè)特征，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室軟、硬件建設(shè)是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的必要條件。為此，我院已建立了一個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室供本系學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、科學(xué)和工程計(jì)算、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)等活動(dòng)。和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，多媒體教學(xué)有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用后可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。多媒體教學(xué)是一種新的教學(xué)手段，它提供了豐富的教學(xué)資源和良好的教學(xué)環(huán)境。信息和計(jì)算專業(yè)的許多專業(yè)課程都離不開(kāi)多媒體教學(xué)，通過(guò)精心制作的多媒體課件，復(fù)雜難懂的專業(yè)知識(shí)變得生動(dòng)有趣。在有限的課堂教學(xué)時(shí)間里，可以給學(xué)生提供最大的信息量，有利于突出重點(diǎn)、化解難點(diǎn)，深入淺出得講解知識(shí)。而現(xiàn)在的多媒體教學(xué)缺少了教師的熱情參和，既不利于學(xué)生閱讀，又增加了學(xué)生視覺(jué)上的負(fù)擔(dān)，對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)很不利。在課堂上，教師關(guān)注更多的是多媒體的操作，而弱化了對(duì)學(xué)生的知識(shí)把握和技能培養(yǎng)的信息反饋;學(xué)生關(guān)注的是屏幕上所演示的內(nèi)容，教師只是一個(gè)多媒體的操作者，人際化的師生情感交流被冷冰冰的人機(jī)對(duì)話所取代，教師也便將課堂拱手讓給了多媒體，使得師生互動(dòng)成為一件較為困難的事情。為此，筆者認(rèn)為多媒體教學(xué)只是教師授課的教學(xué)手段之一，應(yīng)和黑板教學(xué)有機(jī)結(jié)合。兩種教學(xué)手段都具有其各自的特征和獨(dú)特的功能，在教學(xué)中它們是相互補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成的關(guān)系。5科研和教學(xué)相輔相成，缺一不可同其他專業(yè)建設(shè)一樣，科研成果的質(zhì)量和數(shù)量、教學(xué)質(zhì)量的好壞，是衡量信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)建設(shè)和發(fā)展的重要指標(biāo)。但是，和某些學(xué)科相比，數(shù)學(xué)論文的發(fā)表周期相對(duì)較長(zhǎng)，成果出得較慢，這使得到學(xué)數(shù)學(xué)教師的科研壓力相對(duì)較大。因此，在教學(xué)和科研的雙重壓力下，如何處理好科研和教學(xué)的關(guān)系就顯得尤為重要。筆者認(rèn)為，科研和教學(xué)是相輔相成、缺一不可的，科研、教學(xué)的共同目的在于提高教育水平和人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。一方面，科研對(duì)教學(xué)工作是大有好處的。在高等學(xué)校，教學(xué)是必要的要求，科研是充分的要求?？蒲蟹从沉私處煂?duì)本學(xué)科清楚不清楚，教學(xué)工作假如沒(méi)有科研作為底蘊(yùn)，是很難做好的。教師教書(shū)育人，應(yīng)該要有自己的見(jiàn)解，對(duì)教學(xué)內(nèi)容需要深入理解，這是建立在深厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)之上的。為此，教師必須搞科研，才能增長(zhǎng)學(xué)術(shù)水平;教師水平的提高，要靠自己的科研工作。另一方面，教學(xué)對(duì)科研也大有幫助。(1)教學(xué)實(shí)踐能使自己對(duì)基礎(chǔ)理論更加融會(huì)貫通。(2)教學(xué)不但可以熟能生巧，為探究創(chuàng)造更多的可能，而且讓教師增添了許多體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的始末的機(jī)會(huì)，在這種體驗(yàn)中可以增強(qiáng)探索能力，把握探索特征。(3)課程開(kāi)發(fā)是高等學(xué)校教學(xué)的一項(xiàng)基本任務(wù)，同時(shí)，這也應(yīng)是教師科學(xué)探究的一部分，更廣義地說(shuō)，教學(xué)探究可視為科研的一部分。6精心選用教材信息和計(jì)算專業(yè)課程的教材選用，應(yīng)以“把握概念、強(qiáng)化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點(diǎn)，體現(xiàn)以應(yīng)用為目的、理論必需、適度夠用的原則，從實(shí)際新問(wèn)題入手，將數(shù)學(xué)的思