计算机科学与技术的背景篇(1)

摘 要：本文分析了计算学科课程教学计划CCC2002的特点，并从计算机科学与技术方法论的角度探讨了基于知识背景开展计算学科课程教育的基本思想，另外还研究了计算科学思想史研究与基于知识背景计算学科课程教学的关系，同时在课程内容设置、教学组织实施、学生学科素养与能力培养等方面阐述了基于知识背景课程教学对计算机课程教学改革产生的重要影响。

关键词：CCC2002；课程教学；计算科学；科学史

中图分类号：G642 文献标识码：B

1 引言

随着计算机的诞生和计算机科学技术的发展，计算技术作为现代技术的标志，已成为世界各国许多经济增长的主要动力，计算领域也已成为一个极其活跃的领域。计算学科正以令人惊异的速度发展，并大大延伸到传统的计算机科学的边界之外，成为一门范围极为宽广的学科，人们对计算学科的认识，已从知识层面上升到了方法论的高度[1]。

1989年1月，美国计算机学会(简称ACM)和美国电气和电子工程师学会计算机分会(简称IEEE-CS)联合攻关组在《ACM通讯》杂志上刊登了他们历经4年的研究成果――“作为学科的计算科学”的报告[2]。该报告围绕计算机的主要现象，从学科的三个基本形态，即理论、抽象和设计入手，结合科学与工程科学两大学科门类的基本特征，完成了计算学科的“存在性”证明，首次给出了计算学科的定义，为“计算”作为学科及其以后的发展奠定了基础。如今，计算已不再是一个一般意义上的概念，它已成为“各门科学研究的一种基本视角、观念和方法，并上升为一种具有世界观和方法论特征的哲学范畴”[3]。在长期的社会生产实践中，计算科学的内涵与外延从学科的角度得到进一步诠释，ACM和IEEE-CS以及计算机界关于计算学科认知问题的研究不断取得重要成果，其中， CC1991(“计算学科教程1991计划”的简称)和CC2001(“计算学科教程2001计划”的简称)报告为计算学科建立了现代课程体系。随着计算科学的不断发展，其课程体系也在不断完善，2004年11月，ACM、AIS和IEEE-CS又联合公布了新的计算学科教程CC2004，文[4]对该课程体系做了分析与思考。

随着信息技术行业人才需求的与日俱增，世界上绝大多数高等院校均设立了计算科学或与之相关的专业，国内的高等院校也不例外。为了有效地推行国内的计算机科学与技术教育，同时又能与国际接轨，中国计算机科学与技术学科教程研究组于2002年提出了“中国计算机科学与技术学科教程2002”(China Computing Curricula 2002，简称CCC2002)[5]，该教程从计算机学科教学计划的发展、计算机学科的定义、计算机学科本科生能力培养、计算机学科知识体系演变、计算机学科课程体系结构、计算机学科课程的教学计划与组织方法等方面全面阐述了计算机科学与技术学科知识与课程体系的外延与内涵，进一步明确了新形势下计算机科学与技术学科本科生能力与素质培养的基本要求，为国内高校计算机科学与技术学科制定培养方案和形成具有自身特色的课程体系提供了指南，对中国高校计算机科学与技术学科教育的改革和发展具有重要的参考价值和积极的推动作用。CCC2002给出了中国计算学科课程体系的描述，但如何围绕这一课程体系概括的知识领域和知识点来组织知识内容仍然具有随机性，特别是在幅员辽阔、经济和文化发展水平存在地区差异的中国，这种随机性尤为突出。因此，我们必须深入分析CCC2002的特点，理解其精神实质，根据地区的特点和各高校自身发展的水平与特色合理选择或组织各类课程的教学内容，积极开展教学改革，不断强化课程建设，只有这样，才能为课程目标的实现建立良好基础。

2 CCC2002的基本特点

CCC2002的特点在于，它既有对国外研究成果的借鉴，又融合了国内计算机科学与技术学科教育研究成果；由体系到课程，自顶向下进行课程体系设置，按基础课程(包含部分核心知识单元)、主干课程(包含大部分核心知识单元)、特色课程(发挥各校特长，培养学生个性，体现地区特色)，提出了课程分级实施策略；指出在知识领域、知识单元、知识点的描述及核心课程的设计方面，应充分体现“课程体系设计组织与学生能力培养和素质提高密切相关”的理念。CCC2002强调教学过程中实践的重要性，同时又要注重创新精神和能力的培养。值得一提的是，该教程提倡研究型教学，进一步明确了教学向教育转变的重要思想。

在CC2002教程的引导下，国内从事计算机科学与技术学科教育的广大学者对计算机科学与技术学科教育的诸多问题，如培养计划、课程设置、教学类型、教学计划、教学实施、实践设计、教学评价等进行了广泛而有益的探讨[6,7,8,9]，并根据学科体系要求，编写出版了一大批教材，丰富了计算学科课程体系教材建设的内容，推动了计算学科课程教学改革的进程。然而，一个不容忽视的现象是，虽然我们一直都在强调课程与教学的目的是提高学生的综合素质，但是究竟什么是当代学生经过学科课程教育应当具有的综合素质，仍然是一个值得探讨和研究的问题。就目前国内较为普遍存在的教育理念而言，近代课程与教学理论凯洛夫(N.A.Kaiipob)的“捷径主义”思想仍旧占据着主导地位，受这一思想的影响，教材内容通常比较“经典”，教学过程各个环节围绕这些经过验证的、可靠的和基本成型的知识而进行，至于这些知识的形成与发展却少有问津。所谓“捷径主义”认为“学生学习的是科学上可靠的知识而不负有发现真理的任务，走的是教师引导的捷径而避免前人在历史上曾走过的弯路”[10]。虽然这一思想“发扬了传统教学论的优点，纠正了适用主义教育忽视系统知识偏向”，在目前高校教育的某些方面仍然具有积极作用，但就总体而言，它与CCC2002倡导的研究型教学、教学向教育转变理念有不相协调的方面。因此，高校计算学科课程教学内容的改革理当受到人们的关注。

3 基于知识与知识背景的课程教学

随着教育理念的不断更新，教育教改研究与实践的不断发展，人们已越来越清楚地认识到学生实践与创新能力培养的重要性，越来越注重学生在知识点掌握基础上知识结构的形成，越来越感受到学生关于学科综合素养的内涵，在理工学科课程体系中引入越来越多的与学科有关的人文科学的内容，可以说是适应时代要求和发展的一种进步，是教学向教育转变的一种必然。然而，要真正做到教学向教育转变，仍然有许多值得研究和探索的工作要去完成。其中，如何根据计算学科教程描述的学科知识领域、知识单元和知识点，在教材或教学过程的知识内容安排与讲授过程中，打破传统方式，在现有基础上推陈出新，就是一项非常有意义的工作。我们是否可以做这样一种尝试，在课程知识的组织与传授过程中，把知识的来源即知识产生的背景有机地融入其中，使之成为教材内容的一部分或补充，让学生在学习课程知识的同时，了解知识的背景和来源，更多地知晓与学科知识有关的人和事，更深地理解知识的内涵，更好地把握知识的运用与发展趋势，使学生在学习、理解和掌握知识的同时，学科意识和学科素养得到培养与发展。这样的做法无疑是有益的但却并非易事，有大量值得研究和探索的课题和实践活动，其中以教学内容改革为先导的课程教学改革将成为学科教育改革的主要内容，它涉及教育理念的更新、教学方式与方法的运用，教学组织形式的变化、教学评价体系的构建等等，同时对教师队伍的知识结构也将产生新的要求。它不仅要求人们具备学科知识，而且还要有学科思想史和学科方法论的知识。因此在学科教育中应该有更多的教育工作者关注科学和学科思想史研究。就计算学科而言，计算学科思想史研究是基于背景知识计算学科课程教学改革的基础。

3.1 计算科学思想史研究

现代计算科学在理论和应用方面取得的伟大成绩，是人类长期从事社会生产实践的结果，是无数致力于计算科学研究与实践的工作者们共同智慧的结晶。计算科学是整个科学体系的一个重要组成部分，是研究计算知识、计算理论及其应用的科学，是关于计算学科知识体系和与之相关领域知识及其相互间关系的总和。而计算科学思想史则是研究计算科学的形成与发展过程的科学，其研究的目的在于通过对计算科学发展过程中各个事实、各种现象和思想的分析，总结计算科学的历史经验，揭示计算科学的发展规律，促进计算科学的发展。计算科学思想史的研究对象并非计算科学本身，它是以哲学、历史学的观点和方法来分析计算科学的发展历史。

作为一门科学，计算科学思想史研究有其自身的理论体系，这一理论体系涉及计算科学、工程学、哲学、历史学、心理学、社会科学等诸多学科领域的知识。计算科学思想史是以计算科学理论与实践的形成与发展为基础，以辩证唯物主义和历史唯物主义为指导，以科学思想史研究的基本原理为依据，分析人类历史上计算科学重要成果和重要学术理论的诞生过程，其思想与方法的形成过程以及它们的科学与哲学意义。计算科学思想史研究将随着计算科学的发展和人类进一步的发明与发现而不断变化并日趋完善，是一门极富发展性的科学。文[11]中，作者对计算科学思想史研究的特点、内容、方法等问题进行了探讨。

3.2 基于知识背景的课程教学

所谓基于知识的课程教学就是把学科知识与知识背景有机结合，使之成为课程教学内容的统一体进行施教与学习的过程。其教学目的是让学生在了解和掌握学科知识的同时，了解知识产生的背景，感知知识背后隐藏的思想与方法，为学生提供更为广阔的想象与思维空间，培养学生的学科意识，提高学生学科文化水平。

知识背景的内容可以是对知识产生过程的叙述，也可以是对学科知识未来发展前景的展望；可以是直接的背景知识，如与学科知识有关的知识进程、事件、理论、思想方法和人物等，也可以是与学科密切关联的相关学科的知识；可以是正史中真实的故事，也可以是传说和轶事；可以是知识成功应用的经典，也可以是正在实践中的探索。

知识背景组织形式可以采用课程设置的方法整体阐述学科的形成与发展以及思想与方法，如计算机科学与技术导论、计算机科学与技术方法论等；也可以是针对具体课程的知识背景叙述，如关于课程的导论、绪论、前言等；还可以是关于课程单元知识背景的描述，如每个章节的前序、引导等；甚至可以是涉及知识点的知识背景，如有关概念的形成，概念与概念之间的关联等等。

把知识背景作为课程教材的内容，或在教学过程中适当地介绍与课程知识相关的知识背景，在目前高校的计算学科课程建设和课程教学中或多或少地受到人们的关注并加以应用，但这并非真正意义上的基于背景知识的课程教学。从基于课程知识的教学到基于知识与知识背景有机统一的课程教学，并非一门计算学科导论所能解决的问题，它涉及整个计算学科课程内容的组织，课程教学计划安排，课程教学模式设计，课程教学方法运用，课程教学评价机制建立等一系列与课程建设和课程改革有关问题的研究、探索与实践，是一项需要广大的计算学科以及相关学科的教育工作者共同参与和共同努力才能够有效实施并不断取得进展的系统工程项目。

如果说基于知识的计算学科课程教学是围绕计算科学的知识体系及其发展过程中不断取得的最新成果而进行的知识与技能传授，那么基于背景知识的课程教学则是在此基础上的学科意识培养和学科素养教育，至少有以下几个方面的作用。

(1) 将有利于学生对课程知识学习兴趣的提高

教育心理学认为，学习兴趣是指人们探究事物的心理倾向和获得知识的原动力。古今中外的教育学家们对在教学过程中培养和激发学生的学习兴趣都是极为重视。中国古代教育大师孔子说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”德国近代教育家第斯多惠(F.A.W. Diesterweg)在其倡导的“全人教育”理念中就阐述了教育的任 务主要是发展学习者自身的能动性思想，认为：“我们的教育艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞。”瑞士现代著名心理学家皮亚杰(J.Piaget)更加强调个体在认知生长过程中的积极作用，并明确指出：“所有智力方面的工作都依赖于兴趣。”由此可见，学习兴趣是学生学习的情感意向和动力，是学习积极性和自觉性的核心，在全面推行以培养创新精神和实践能力为重点的素质教育的今天，培养学生学习兴趣尤为重要。

影响学生学习兴趣的因素很多，如教学方法、教学手段、教学风格、教学态度、教学评价等等，其中教学内容的组织安排也不失为一重要因素。教学实践结果表明，学生对“知识背景”感兴趣的程度要比对“知识”本身更高。因此，如果能够在课程教学内容编排中将与课程知识有关的人物、事件以及相关的理论与方法实例有机的融入其中，就能够在教学的实施过程中不断地“激励”和“唤醒”学生的学习兴趣，并通过兴趣的延伸，使学生在不知不觉中获取并掌握知识。

(2) 将有利于学生对课程学习知识内容的理解

学生对知识的认识、理解和掌握过程，应遵循人们认识客观世界的一般规律，即是一个从感性认识到理性认识的过程。感性认识是人们通过感官与认知事物接触而形成的关于事物生动和直接的映像，包括事物的具体特性、表面现象、各个片面及其外部的联系等；理性认识是人们在感性认识的基础上，进行抽象和概括而形成的对认知事物的本质和内部联系的认识，通常有概念、判断和推理三种基本形式。在课程学习过程中，我们往往会强调对概念的理解，对知识点的掌握等，这样的认知应属理性认识范畴。基于知识的课程教学内容组织通常是按照概念的引入、概念到概念、例题分析、实际应用举例，习题练习等步骤顺序进行，而课程内容的选择通常是经过实践检验或严格论证的知识的精华部分，是已经上升为理性认识的产物。让学生在对认识的事物尚不具备“自然经验”和“社会经验”的基础上，去“理性”地把握事物的本质，只能是“填压式”的知识灌输，于是在我们的课程教学中就有了许多“先记忆再慢慢理解”的东西。基于背景知识的课程教学将经过提炼的前人对事物认识的自然经验和社会经验呈现在学生面前，在一定程度上可以弥补学生在对事物感性认识方面的不足，帮助学生更好地理解和掌握课程的学习内容。

(3) 将有利于学生对课程知识体系的把握

在高等教育中，学科领域的知识体系通常是以课程体系来描述的，而课程的知识体系是由课程涵盖的知识主题及其相互间的关系来刻画的。基于知识的课程教学往往只注重课程知识主题或知识点的教学而忽略课程之间、主题之间、知识点之间内在联系的阐述，使得学生在学习过程产生难以知识联想，对知识的认识是“只见树木，不见森林”。例如，很少有学生能够将平面中的“点”、集合论中的“集合”、命题逻辑中的“命题”等概念统一进行思考的，也很少有学生能够准确地回答在线性代数课程中学习向量空间和向量运算真正目的等等。基于知识背景课程教学的目的之一，就是通过知识背景的阐述，将课程知识的初始本质及其相互间的关系呈现出来，为学生营造知识联想与知识探究的学习情境，更加全面地把握课程的知识体系。

(4) 将有利于学生创新能力培养与提高

指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”而“教育是知识创新、传播和应用的主要基地。也是培养创新精神和创新人才的摇篮。”因此，在实施素质教育过程中，着力培养学生的创新精神与创新能力应成为我国教育改革和发展的当务之急。CCC2002竭力倡导的研究型教学以及教学向教育转变的根本目的之一，就是要在学科课程教育过程中，不断强化学生创新素质的培养。创新的过程是知识综合运用与发展的过程，对知识体系的全面掌握是创新的基础。创新能力培养受到教学内容和教学方法的影响。基于课程知识的教学通常以传授知识为主，教学方法也以课堂讲授为主，这种教学往往使学生思维固化，知识活力得不到发挥，很大程度上影响了学生创新能力的发展。而基于知识背景的课程教学不仅能够大力开发学生的想象力和直觉思维，拓宽学生的学科视野，同时还能够有效地运用案例教学、活动教学、讨论教学、探索性学习等各种方法，促进学生个性发展，使学生独立思考、批判思维、严密分析、从不同视角看问题等多方面能力得到培养和提高。

(5) 将有利于学生学科文化素养的提高

科学技术的发展导致学科和专业的发展，使得分科教育成为目前我国高校人才培养体制的主流。分科教育很显然是为了造就专门人才，但狭窄的专门训练往往不利于培养学生的创新意识和创造力。在经历了长期的教育实践之后，人们已认识到分科教育在某些方面的严重不足，提出了新形势下“通才教育”观念，并以某些高校作为试点开展 “大类培养”教学模式的实践与探索。如今的社会是信息社会，对IT本科生的知识结构提出了新的要求，除了要求他们掌握专业知识外，还要求他们具有数学、物理及相关领域知识，更有人文社会科学知识的要求，既能够适应专业的变化和拓展，又要有敏锐的专业拓展意识。总而言之，现代人才培养过程更加强调的是学科素养，它涵盖了对学科知识的掌握，对学科过程与方法论的认识和对学科的理解与情感。正如专家指出的那样，在人才教育与培养过程中，“大多数人真正需要的是领会科学的精神、掌握学科的方法、树立恰如其分的科学形象，以便在这个科学时智地对待科学、对待社会、对待生活。”[12]如果我们将这样的理念带入学科教育过程就不难发现，仅仅靠基于知识的课程教学是无法实现这一要求的，而基于知识背景的课程教学至少可以从两个方面弥补其不足：首先，基于知识背景的课程教学以发展和进化的观点反映学科知识进程，能够有效地避免课本知识的“神圣化”与“教条化”，将批判与继承的有机统一贯穿学生知识获取过程；其次，基于知识背景的课程教学以学科与相关学科分支领域知识相互联系的思想展现学科知识内容，能够有效地克服对学科知识掌握的“孤立性”和“片面性”，是学生的学科意识与学科素养得到进一步培养与提高。

4 结束语

计算学科不只是简单的一些课程汇总，而是一个庞大的知识体系，它对人类社会的发展与进步有着重要而深刻的影响。目前，全国几乎所有高校都开设了计算机专业，有些计算的概念和知识还下放到了中小学课程之中。在此情形之下，如何构建我国计算科学的教育体系，培养什么样的信息技术人才，如何让全社会更深刻地认识计算科学的内涵，更全面了解计算科学的发展规律无疑是一件十分有意义的工作。基于背景知识的课程教学是一种理念、思想和方法，也是一种实践，虽然它不是一个什么新的提法，已或多或少地被人们认识并加以应用，但总体上仍然未形成一种趋势。基于知识背景的课程教学应有它的理论体系、方法体系和实施体系，这些都是需要研究、探讨和实践的，可能还需要一个较长的过程。然而，当我们面对计算学科教育改革中出现的种种问题和在计算学科人才培养中面临的种种困惑时，首先应该想到的是作为计算科学的教育工作者应当作些什么。

参考文献：

[1] 董荣胜,古天龙. 计算机科学技术与方法论[M]. 北京:人民邮电出版社,2002.

[2] Denning P J, et al. Computing as a discipline. Communications of the ACM [J]. 1989, Vol.32(1).

[3] 郝宁湘. 计算:一个新的哲学范畴[J]. 哲学动态,2000,(11).

[4] 蔡启先. CC2004计算学科教程体系分析与思考[J]. 高等工程教育研究,2006,(5):77-81.

[5] 黄国兴等. 中国计算机科学与技术学科教程2002[M]. 北京:清华大学出版社,2002.

[6] 周世平. CCC2002教学计划实施环节的探讨[J]. 计算机教育,2004,(8):56-58.

[7] 索剑. “计算机科学与技术导论”教学与思考[J]. 计算机教育,2005,(1):40-41.

[8] 李明江. CCC2002,CC2004与地方院校计算机专业教育的困惑[J]. 黔南民族师范学院学报,2006,(6):43-47.

[9] 时全生,鲁书喜. 《计算机导论》课程知识体系结构研究[J]. 福建电脑,2007,(4):40-41.

[10] 王道俊,王汉澜. 教育学[M]. 北京:人民教育出版社,1989:185-187.

[11] 张晓如,张再跃. 浅谈计算科学思想史研究[J]. 计算机科学,2006,33(11):11-14.

[12] 吴国盛著. 科学的历程[M]. 北京大学出版社,2002.

Computer Courses Teaching and The Computing Science History Research

ZHANG Xiao-ru, ZHANG Zai-yue

(School of Electronics and Information, Jiangsu University of Sci.&Tech., Jiangsu, Zhenjing, 212003.)

计算机科学与技术的背景篇(2)

关键词：互联网；计算机；网络安全

前言：伴随着移动互联网领域的快速发展，移动互联网技术的研发脚步也在不断加快，呈现出蓬勃发展的大好景象。当前人类已经进入到了科技经济时代和信息经济时代，在原有传统互联网的基础上，移动互联网的形式不断覆盖着人们的日常生活以及企业的运营和生产，移动互联网的来势汹涌，改变了以往传统互联网的传播模式。以此，在这样的背景下，人们对信息的关注度和频率变得更加快速，互联网时代背景下的计算机网络安全研究也变得越来越重要。

一、互联网时代背景下计算机网络安全的重要性

伴随着我国经济的不断增长以及社会的不断发展在新时期的社会市场环境中，先进的科技技术开始产生同时也深深的影响着现代人的生活方式，计算机技术的发展以及网络的普及使得传统的沟通方式开始发生变化，人们的人际交往方式中逐渐出现了论坛以及微博这样新型的信息沟通平台，并且随着社会的变革这种信息平台被大众广泛接受，可以说互联网时代已经到来并且在人们的生活中发挥着重要的作用[1]。例如，互联网被应用在了政府的政治活动中，相较于以往互联网为政府工作带来了较大的便利，不仅仅是可以提升其日常的工作效率同时还可以增加政府与广大公众之间的交流，促进政府工作的有效开展，进而形成良好的政府网络公关最大化的实现听民意从而促进政府能够全心全意为人民服务。但是在互联网带来便利的同时，也带来了一定的风险，一些不法分子通过互联网进行资料的盗取，为人民和国家带来了十分严重的经济上损失，造成了一系列的计算机网络安全问题，为了保证网络使用的安全性，对互联网时代背景下计算机网络的安全展开论述和研究变得尤为重要[2]。

二、互联网时代背景下计算机网络安全防护策略

（一）保证网络系统服务平台的安全性

保证网络系统服务平台的安全性，对其进行安全防护，并且充分发挥出网络安全系统的实际功用，使用网络安全系统在网络环境中创建起一个相对来说比较安全的防护体系，这样的措施对于网络环境的安全情况也起着十分重要的作用。对于计算机网络安全而言，网络系统服务平台的正常稳定工作，是保证网络安全的一个重要环节，对网络系统软件进行使用，扫描计算机系统以及信息程序。及时的发现在计算机网络中所存在的安全漏洞，并且对其进行修补，不仅如此，还需要相关的管理人员，对网络环境中的总网络终端展开最终限制，唯有如此，才能够在一定程度上对计算机网络安全进行更好的保护[3]。

（二）合理设定计算机网络的安全密匙

想要更好的保证计算机网络的安全性，需要合理设定计算机网络的安全密匙也就是对加密系统进行更为科学合理的设置，充分发挥出计算机网络安全加密系统的本身功用，能够在一定程度上保证重要信息在计算机中的安全性，在一定程度上加强了计算机网络的使用稳定性以及安全性。然而，计算机网络的加密系统的使用与常规下的密码存在着一定的差异，二者并不是单独存在，而是共同组成了计算机密码系统，保证了计算机网络的安全、稳定运行。通常情况下，大部分的计算机系统采用的都是WEP2型加密技术，这样的加密技术具有着128位数设置的电脑密匙，通过这样的加密技术能够更为科学有效地预防没有经过授权的非法用户对使用者的计算机进行监听，在一定程度上降低了黑客攻击者进入的可行性，令计算机网络环境变得更为的安全[4]。

（三）制定相关的计算机网络安全体制

要想保证对计算机网络技术的安全应用，就应该增加服务终端硬件平台安全性能的提高，这就需要用户建立一定的相关安全意识，减少不必要的硬件接入，提高无线网络的接入识别能力，通过增加对服务终端硬件的温度、电流、电压来对电路进行检测，有效的防止物理手段对服务终端硬件进行攻击，并采用混合式的网络访问增加对计算机网络技术的远程监控。对于目前发展中的计算机网络技术，有效的建立相对安全计算机网络机制对计算机网络技术的发展是至关重要的，这就需要国家相关部门重视对计算机网络技术系统发展的进行监制，建立健全的监督机制，为我国计算机网络技术的发展提供相对安全的的发展环境。在计算机网络安全防护措施上的创新，能够促使我国的计算机网络技术相对独立的发展，降低对国外网络通信安全技术的依赖，为促进我国计算机网络技术的安全发展做出巨大贡献[5]。

结语：综上所述，互联网为新时期社会一种基础建设，合理运用不但能够大大提升工作效率，作为将来生产与生活一种基建设施，还因为开放共赢、无中心与重链接等网络思想，新时期有必要将其作为商业发展突破口。“互联网+”让分散资源得到优化配置，不受空间与时间限制，还有其协同式价值网络优势，打破传统实体经济局限，要想保证互联网能够更好的得到运用，进而带动整体的经济发展，就需要保证互联网时代背景下计算机网络安全，唯有如此，才能够提升网络使用安全性以及效率，同时满足时代的发展需求。

参考文献

[1]于新峰，李岚.互联网时代的网络安全与计算机病毒防范[J].江苏理工学院学报，2014，06：42-45+50.

[2]徐晨莉，李国贞.局域网环境背景下的计算机网络安全技术应用研究[J].网络安全技术与应用，2014，04：72+74.

[3]赵航誉.基于局域网环境背景下探析计算机网络安全技术的应用[J].网络安全技术与应用，2014，04：56+58.

[4]杨晓红.局域网环境背景下的计算机网络安全技术应用研究[J].电脑知识与技术，2013，11：2572-2574.

计算机科学与技术的背景篇(3)

北京市东城区教师研修中心（东城区教育科学研究所）科研员。教育硕士，高级教师。中小学信息技术教育论坛（NRCCE）管理员。

专栏作者，自2001年至今，先后在十几家报刊发表文章100余篇，总计30余万字。

近年来，信息技术课程的生存问题一直是一把悬在一线教师头上的“达摩克利斯之剑”。 面对课程未知的前景和不理想的现状，不少一线信息技术教师立足自身的教学实践，力求为信息技术课程开辟出一条未来可行的道路。在高中信息技术课程标准近十年未做修订、义务教育阶段大部分地区没有信息技术课程标准的背景下，这些民间探索无疑具有弥足珍贵的价值。

不管这些实践者对课程持何种观点取向，大家似乎都坚持共同的底线，那就是信息技术课不能再持续“微软培训班”式的教学了，软件操作式的课程没有出路，必须为课程寻找技术操作背后的深层价值，这也是所有实践探索者的共同心声。

这不禁使我想起了大家耳熟能详的《庖丁解牛》，“文慧君曰：‘嘻，善哉！技盖至此乎？’庖丁释刀对曰：‘臣之所好者道也，进乎技矣……’”今天我们所有的努力不正是为了追寻课程背后的“道”吗？

在这个大背景下，近年来民间课程实践渐渐有了清晰的脉络，在课程取向上也呈现出几种典型的思路。

硬件技术

硬件技术的内容在传统的计算机课程中可谓名正言顺，但在信息技术课程实施后一度被冷落，主要原因是，硬件学习在以信息处理为核心的新课程体系中没有找到相应的位置。这种尴尬局面的突破源自两点：一是硬件的范畴大大突破了计算机的局限，逐渐走向了普适计算；二是人们逐渐认识到，硬件技术的学习就是在实践信息处理的过程。

随着信息技术的迅猛发展，硬件的概念早已不局限于从前人们头脑中那些计算机外部设备了。计算正在变得无处不在，一台照相机、一块手表、一部手机都可能是一台隐形的计算机。有形的计算机正在逐渐退居幕后，当计算随时随地都可以发生的时候，计算就已变得普适。像智能机器人，以iPhone为代表的智能手机，以iPad为代表的平板电脑，以传感技术、通讯技术将任何物体与互联网相连的物联网，都逐渐进入人们的视野。2010年上海世博会的举行，使得互动媒体技术令人眼前一亮。在普适计算背景下出现的这些设备大大改变了人们对传统硬件的认识。

硬件设备只是普适计算的外显手段，而普适计算的真正目标正是让人们可以在任何时间、任何地点，以任何方式获取和处理信息。在这种情况下，通过硬件的学习，学生就是在实践信息处理的过程。如传感器可以实现信息获取，通讯工具可以实现信息传递，智能机器人可以实现信息加工与处理。这使得硬件技术的学习在信息技术课程体系中重又找到了自己的位置。

基于以上两点，在近年来的民间实践中，硬件取向的探索逐渐活跃起来。这其中最典型的就是智能机器人教学。原本属于通用技术模块之一的机器人，在实践中大多由信息技术课程承担，再加上各种竞赛的助推作用，使得机器人教学正呈现方兴未艾之势。

温州中学谢作如老师开设的《互动媒体技术》校本课程是硬件技术教学探索中较有特色的。他以Scratch为图形化编程平台，以Arduino为硬件平台，让学生认识、体验、实验互动媒体技术并设计作品，取得了非常好的教学效果。

近年来，物联网也正在走进信息技术课程，像二维码技术已经凸显出其在信息获取方面的优势。江苏的张有根老师在物联网应用上的教学实践值得关注。

我们也注意到，硬件技术方向的教学实践由于受设备的限制，大多数出现在信息技术较发达地区和信息素养较高的学生中。在今后的实践中，它的可推广性将受到应用条件的挑战。

程序设计

程序设计是自计算机教育时代就固有的课程内容之一。虽然在信息技术课程框架内依然存在于选修模块中，但毕竟不属于信息技术课程的主线，因此在一部分人看来，倡导程序设计教学便有了“回归”的论调。然而无论从内容选择还是价值取向上，近年来出现的大量程序设计教学都体现了全新的思路，绝不能看做是简单的“回归”。

首先，近年来程序设计教学“回归”的一个重要原因是，得益于像Scratch这样的开源、图形化编程语言的出现。它不同于原来在程序设计教学中使用的LOGO、VB、C++等语言，以直观形象的积木式指令代替了枯燥、难以记忆的代码指令，这使得学生在程序设计的学习中不再纠缠于某种具体语言的种种语法细节。

在这个前提下，程序设计教学展现出了与以往完全不同的目标价值。传统的程序设计教学着重培养的是算法思维，强调基于可计算问题，用分析、综合、建构的方法，建立模型，进行编程，最终解决问题。而基于图形化编程语言的程序设计教学培养的则是计算思维。计算思维并不仅仅限于编程，它强调的是用算法思想解决我们遇到的各种问题，最终形成一种人的思维方式。比如在生活中，到达某个地点应如何选择路线、在超市结账时应该排哪个队、在有多个任务时如何分配先后顺序，都需要我们拥有计算思维。

值得注意的是，虽然计算思维的系统提出是近年来的事情，但相似的思想却早有出现。比如李国杰院士就提出：当我们解决问题的时候，需要的不仅是算法。他认为，计算机科学本质上是研究做事效率和成本的“事理学”。在信息技术课程领域，北京东四九条小学武健老师提出的“生活算法”就是类似计算思维的一种观点。

在Scratch程序设计教学中，不少实践都指向了计算思维的培养。典型的方式就是用Scratch发现并解决问题，从一个初步的设想出发，通过修改Scratch代码，呈现结果，从而让学生在不断地提出问题、解决问题的交互试验过程中有所收获。

此外，北京景山学校的吴俊杰老师力求通过Scratch的程序设计教学来实现STEM（科学·技术·工程·数学）教育理念。他的教学实践采用了“做中学”的方式，其中，“数字科学家”部分让学生将程序设计作为研究、测量工具展开科学探究，“数字工程师”部分则渗透了软件开发的思想，在程序设计教学中体现了独特的价值。

数字艺术

把数字艺术作为信息技术课程未来发展方向进行探索，来自对信息技术课程未来教与学环境的全新认识，那就是：在未来，课程将面对完全在信息化环境下成长起来的一代学生，也就是很多人所说的“数字土著”或“N世代”，在他们面前，信息技术有可能逐渐“消融”。如果承认这个大的前提，那么，面对这样的一群学生，我们必须从学生角度出发，给出超越技术的学习内容与方式。换个角度，对学生而言，信息技术更多的只是一个工具，学生需要的是通过信息技术工具创作自己的作品，展示自己的才能。

在这样一个大背景下，数字艺术成为了信息技术课程的一个重要实践方向。在这里，数字艺术是指以多媒体技术为基础，融合了信息技术和艺术创作的一类实践。

早期的数字艺术实践多以Photoshop、Flash等多媒体软件教学为主，近年来数字艺术方向的实践已趋向纵深发展。

动漫教育就是这一方向的一个重要实践分支。从培养动漫人才的角度出发，近年来我国一直重视动漫教育，很多学校都开设了与动漫相关的校本课程。湖北省还特别从2011年秋季起在全省90所中小学开设动漫课程，推进中小学信息技术教育的发展，很多信息技术教师投入这一课程建设中。

在民间课程实践中，华南师范大学附属小学的王继华、吴向东老师和华中科技大学附属小学的毛爱萍老师提出的“儿童数字文化创作课程”是这一实践方向的代表。课程立足于让儿童通过技术表达自己的思想、协作共创。课程采用范例教学法和基于设计的学习方法，体现了为创作而教，从模仿创作到自由创作。基本教学流程包括：提出主题范例研习模仿设计自由创作分享交流等。

北京景山学校的数字艺术课程也有较长的历史，近年来，黄山老师借助数位板（电子绘画板）开设的数字艺术课程，把信息技术和艺术相融合，收到了较好的效果。

信息科学

将信息科学原理融入信息技术课程，并作为课程的背景学科，同样是近年来民间实践探索的重要方向之一。这在很大程度上可以看做是一种课程学科化的建设路线，它的初衷是试图为信息技术课程寻找一个稳固的学科背景体系。因为在基础教育阶段，大多数课程都有学科背景体系的支撑。比如数学、物理、化学，背后就分别有数学、物理学、化学等学科的存在。一门成熟课程的建设路线，一般是从一个稳定的学科体系出发，按照相应的理念选择课程内容，再把课程内容有机地组织起来，这是典型的自上而下的课程建设方式。

但是，对于信息技术课程而言，它该不该具有一个学科背景体系，以及它的学科背景体系究竟是什么，长期以来一直是语焉不详甚至被回避的一个问题。在这种情况下，信息科学这一方向的出现起码是一次从学科背景角度对课程建设的大胆尝试。

遵循这一路线的实践者对课程学科背景的回答是：信息技术课程有学科背景体系，并且是信息科学。首先，按照学科关系最直接的对应，技术的背后是科学，信息技术的上位学科毫无疑问是信息科学。并且相比早些年信息科学在大众中的认知程度不高，近年来，信息科学已逐渐被公认为一门独立的学科，其地位渐趋稳固。此外，信息科学目前公认的界定，是以信息为主要研究对象、以信息运动过程的规律为主要研究内容、以信息科学方法论为主要研究方法、以扩展人的信息功能为主要研究目标的一门科学。信息科学围绕信息处理的全过程展开，这恰恰与信息技术课程培养学生信息素养的总目标是一致的。

由于这一课程建设路线以信息处理为核心，所以在具体工具的选取上非常宽泛，从很“硬”到很“软”的工具都可以为课程所用，这对传统信息技术课程是一个较大的突破。北京东四九条小学武健老师对于左手栏等智能形态工具（软工具）的教学就是一种大胆的尝试。

同时，由于这一路线是自上而下的建设方式，由学科背景出发，从厘定学科的核心概念入手，继而梳理信息科学的基本原理，从中选取适当的教学内容，最终形成课程体系。不难看出，这一路线下的课程建设是一个相对漫长的过程。

以上四个方向的民间课程实践尚不足以包容当下信息技术课程探索的全部，笔者所列举的一线实践者更有挂一漏万之嫌。但我们想要表达的是，必须向一线教师群体的实践探索致敬。信息技术课程需要一次凤凰涅槃后的浴火重生，而今天这些民间的探索可能就是明天燎原的星星之火，我们期待着。

参考文献

[1]魏宁.信息技术课程发展之“道”[J].信息教研周刊，2012（7）.

[2]毛澄洁.在创作和快乐中提升学生的信息素养——Scratch教育实践综述[J].中国信息技术教育，2012（10）.

[3]林建祥.论信息技术课程的核心价值——强调作为深层信息素养的LOGO思想[J].中小学信息技术教育，2005（7）.

[4]凌秋虹.聪明的想法+简单的操作——谈Scratch在小学信息技术教学中的意义[J].中国信息技术教育，2012（7-8）.

[5]魏宁.面向“N世代”的信息技术课程形态的可贵尝试[J].中小学信息技术教育，2010（7-8）.

[6]林翔等.动漫课程，花落谁家？[J].中国信息技术教育，2012（9）.

[7]董玉琦等.信息技术课程与教学研究[M].北京：人民教育出版社，2005.

[8]钟义信主编.信息科学与技术导论（第2版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2010.

[9]柳栋，武健，魏宁.信息的定义与知识谱系中的信息科技——基础教育信息类课程建设的思考之一[J].中国教育技术装备，2010（5）.

计算机科学与技术的背景篇(4)

【关键词】计算机技术；应用；发展

改革开放以来，计算机设备的广泛运用，促进了计算机科学技术的逐步发展成熟。计算机科学技术是具备新兴表现特征的尖端应用技术，其在现代工业生产和社会生活实践活动过程中的广泛引入运用，给世界各国基层普通民众群体的生产生活实践体验过程，造成了极其深刻的影响和冲击。时至今日，现代计算机科学技术，已经实现了对包含平面二维图像、视频，以及音频等多种具体表现类型的媒介技术要素的结合式运用，并且长期处于不间断的发展变化过程中。有鉴于此，本文将会围绕现阶段计算机技术应用及发展展开简要阐释。

1计算机科学技术基础概述

从整体性角度展开分析，计算机科学技术本身具备鲜明且充分的综合性表现特点，能够实现与多种具体表现类型的技术形态之间的结合运用，因而能够长期维持快速有序历史发展趋势。在计算机科学研究与现代机械工程技术相结合背景之下，能够实现在现代机械工程技术领域的引入运用；在计算机科学研究与现代电子工程技术相结合背景之下，能够实现在现代电子工程技术领域的引入运用；在计算机科学研究与现代通信工程技术相结合背景之下，能够实现在现代通信工程技术领域的引入运用。历史文献记录资料揭示，我国第一部具备通用性的电子计算机设备，就是在针对现代通信技术和核物理电子技术等技术形态的结合运用背景之下研制形成的。微电子应用技术在现代计算机科学技术发展过程中的引入运用，有效提升了计算机科学技术在物理科学研究与应用实践过程中的价值表现水平，促进了以光学和激光应用技术、真空电子应用技术，以及超导应用技术在内的一系列现代应用技术形态的日渐成熟。而且计算机科学技术在现代机械工程事业领域的引入运用，为有效提升我国机械工程技术活动的综合性组织开展水平，做出了不容忽视的重要贡献。

2现阶段计算机科学技术的应用现状和未来发展趋势

（1）计算机科学技术在多媒体技术领域的运用。在现代科学技术研究与应用实践活动不断深入发展的实践背景之下，多媒体应用技术借助与现代计算机科学技术之间的有效充分结合，获取了在多媒体应用技术研究领域多个具体方面的广泛渗透。在一般性技术分析视角之下，多媒体技术与现代科学技术的结合运用，能够在针对平面二维图像、视频，以及音频等媒体数据信息要素完成基础性输入和输出技术处理的前提条件之下，能够有效将抽象数据信息要素转化处理为具体数据信息要素。在未来一段是时期之内，借由多媒体应用技术与现代计算机科学技术之间的有效充分结合，能够保障和促进现有的多媒体技术，能够切实实现在地质勘探、气象观测、通信工程，以及航空航天工程等现代化的系统性，或者是功能性应用技术实践领域，获取到稳定且广泛的应用实践活动空间。（2）半导体科学技术的应用和发展。现代科学技术研究与应用实践活动水平的不断提升，充分促进了计算机科学技术与半导体应用技术支架的相互结合，在较大程度上充分保障和促进了现代半导体技术的日渐成熟发展。在人类文明进入21世纪历史发展阶段之后，半导体技术的主要发展趋势，在于一系列具备更好技术特性的半导体技术产品的研发和广泛投入运用。（3）个人数据信息处理技术的发展应用。个人数据信息处理技术是一种具备基本性表现特征的计算机科学技术形态，其主要的技术性应用功能，在于针对具体面对的各种具体表现类型的数字信息要素和数据信息要素展开系统化的计算分析处理。现代计算机科学技术最基本的功能和应用最为广泛的功能，就在于针对各种表现类型的数据性信息要素的计算分析处理，且其实际的应用范围覆盖了我国民众日常化生产生活实践体验过程中的方方面面。（4）移动计算机科学技术的运用。在计算机科学技术的早期发展阶段，受设备物理技术局限性的影响，在一定历史时期之内给其广泛性的引入运用造成了显著不良影响。而伴随着个人PC设备和移动计算机设备的涌现和普及运用，为现代计算机科学技术的普及发展，做出了不容忽视的重要贡献。

3结束语

针对现阶段计算机技术应用及发展，本文选取计算机科学技术基础概述，以及现阶段计算机科学技术的应用现状和未来发展趋势，两个具体方面展开了简要的论述分析，旨意为相关领域的研究人员提供借鉴。

参考文献

[1]蔡志珍.浅析现阶段计算机技术应用及发展[J].中国管理信息化，2016，11：174~176.

[2]王一卓.浅析计算机人工智能技术的发展与应用[J].中国新通信，2016，20：105.

[3]夏春梅.探讨现阶段计算机技术应用现状以及发展[J].价值工程，2014，35：191~192.

[4]孟庆涛.刍议现阶段计算机技术应用现状与发展[J].数字化用户，2013，07：52.

计算机科学与技术的背景篇(5)

摘要：本文针对近几年信息管理与信息系统专业在学生知识体系培养方面的一些问题，对该专业的知识结构、培养目标和教学模式进行了分析，提出了适合行业发展需要的知识体系模式。

关键词：信息管理与信息系统；知识体系；产学研合作

中图分类号：G642

文献标识码：B

1主要问题

1.1专业定位模糊

由于国家教育部在《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》对信息管理与信息系统专业的培养目标表述上的高度概括性，不仅仅是学生对专业发展方向感到迷茫，甚至相当多的专业教师在教学过程中也存在相当大的模糊性。以至于部分教师和同学干脆把管理和计算机割裂开来，简单地分为管理发展方向和计算机发展方向，而把对于管理知识与技能和计算机知识与技能的融合完全忽略掉，但这恰恰是本专业的精华。

1.2知识结构缺乏系统性和现实性

对于专业的知识结构问题，目前我国相当多院校在该专业的培养计划方面存在相当大的分歧。具有代表性的观点主要有以下几方面：

(1) 基础素质知识模块+文献信息科学知识模块+计算机与数据库知识模块+专业学科知识与相关学科知识模块；

(2) 科学文化知识基础和语言工具知识模块+经济学知识模块+现代信息技术模块+专业化课与专门化课模块+学科背景知识模块；

(3) 政治课及基础课+专业基础课+专业技术课+专业延伸课+背景知识课；

(4) 数学物理基础模块+信息技术基础及应用模块+信息管理理论与方法模块+经济与人文社会科学知识模块；

(5) 信息管理理论及技能层知识模块+现代信息技术及应用能力层知识模块+应用领域知识信息开发技能层的知识模块。

对这些不同的提法归纳起来看，在基础素质知识模块、现代信息技术模块、信息管理专业知识模块、专业学科背景知识模块这四个方面基本上达成共识。然而，最早由官方权威公布且最具影响力的方案是教育部1998年在《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》中确定的，即：经济学、会计学、市场营销学、生产运作管理、组织战略与行为学、管理学原理、应用数理统计、运筹学、计算机系统与系统软件、数据结构与数据库、计算机网络、信息管理学、信息组织、信息存储与检索、管理信息系统分析与设计。这一方案如果用模块分割的话，可以将它分解为经济学知识模块+管理学知识模块+计算机知识模块+信息管理知识块。对这一方案,各高校反响强烈，意见分歧很大。

1998年10月，经教育部高教司有关部门同意，由北京大学和武汉大学发起的“全国高校信息管理专业教育研讨会”在河北大学召开。在这次会议上，经过反复讨论、选择、比较和协商，最后一致同意把管理原理、经济学、信息管理学、数据结构与数据库、信息组织、信息存储与检索、计算机网络、管理信息系统等8门课确定为信息管理与信息系统专业的核心课程。同时还强调各高校可根据自己的背景、条件及地区或行业的需要，设置一些必要的背景基础课、通识课和一些面向急需发展的专业方向的课程，以便办出自己的特色。应该说，这次会议取得了显著成果，但由于某些历史原因，这次会议的最终影响力大受影响。

1999年4月，受教育部高教司的委托，中国人民大学、北京大学、清华大学、武汉大学、哈尔滨工业大学五家联合组成专门课题组进行专门研究与讨论。最终的研究报告将信息管理与信息系统专业的骨干课程定为6门：信息管理概论管理学基础、数据结构与数据库原理、计算机网络基础、信息系统的开发与管理、信息资源的组织和管理。这一方案只是比1998年河北大学会议上讨论制定的8门核心课程少了2门(即经济学和信息存贮与检索)，实质并没有多大的改变。仔细分析，这一方案实际上是各校“平衡取其中”的做法。去掉“经济学”课程，实际上是把原经济信息管理背景的课程体系减掉一门核心课；而去掉“信息存贮与检索”课程，则是把原图书情报背景的课程体系删去一门核心课程。实事求是地说，这一方案基本上照顾了方方面面，在本专业未颁布权威的专业规范之前，首先确立核心课程是完全必要的。

根据长期的教学经验，我们认为信息管理与信息系统专业的课程体系应由以下几个部分组成。

公共课――包括各高校所开设的公共必修课，如政治(含“两课”)、数学、外语、体育、思想修养、计算机基础等。

学科基础课(或称学科背景课)――我们认为信息管理必将面向某一特定的行业或专业领域，尤其是一些专业性院校，必须开设学科背景课。比如，财经类学校就必须开设经济学方面的课程，医药类学校必须开设医药科学的基础知识课程。

专业课――主要包括专业通识骨干课和专业特色核心课两大块。

第一，专业通识骨干课程。即各高校公认要开设的体现信息管理专业的骨干课程，包括信息管理概论、管理学基础、数据结构与数据库原理、计算机网络基础、信息系统的开发与管理、信息资源的组织和管理。

第二，专业特色核心课程。即体现各校学科背景特色的有关专业课程。比如医卫背景的信息管理与信息系统专业必须开设医院信息系统、医学图像信息处理、临床决策支持系统、远程医疗等课程。

综合以上观点，解决专业知识结构的系统性尤其是实现的现实性对于专业培养而言具有重要的意义。

1.3师资队伍尴尬

专业本身的特点决定了实践性强的性质，然而高校教师无论是具有硕士学位还是博士学位，相当大比例没有参与实际的信息化工程实施，因此他们只能从理论上进行传教，无法领会信息化实施方法的本质，更无法让学生感受到信息化的重要性、艰巨性和技术的关键性。老教师的知识更新和新教师的实践技能训练是当前存在的严峻问题。

2行业背景人才培养模式

传统的信息管理与信息系统专业培养总是忽视具体的行业背景，因此毕业生就业时就表现不出竞争力和专业性优势。行业背景培养模式就是以同学先自我进行行业背景定位为前提，根据行业背景的信息化建设与管理的知识技能培养模式，培养出具有该行业背景的信息管理与信息系统专业学生，实行行业细化培养。

2.1培养目标定位

(1) 培养面向某特定行业的信息化建设与管理的专业人才，在此所说的某特定行业是指同学根据自己的情况所选择的未来从事的行业，如电信、金融等。

同学们以此为背景，逐渐积累和学习相关的业务知识，结合信息化建设与管理的相关理论进行分析和思考，在大学四年的学习中逐渐构建起该行业的信息化建设与管理方案模型。

(2) 培养具备信息化建设与管理的专门技能和战略思维与能力的高级信息化建设与管理人才。

(3) 培养具备强烈的信息化意识的高级商业人才。

2.2知识结构设计

在知识结构设计方面，行业背景培养模式是以同学所选择的行业为中心进行该行业信息化建设与管理模式的知识结构设计。主要由“行业背景知识模块+该行业所必备的信息技术应用能力知识模块+该行业信息化建设与管理技能知识模块+信息开发与管理的技能知识模块”四大模块组成。其知识结构体系的最终目标为能够在大学毕业前构建起所选择行业的信息化建设与管理的方案模型。下面以国防信息化建设人才培养举例说明。

桂林电子科技大学在2007年受广东军区委托培养信息管理与信息系统专业国防生。在针对他们进行教学计划设计的时候，充分考虑了我国国防信息化建设的行业特殊性，在行业背景知识模块增加了党建理论、我国经济社会发展与国防现状等基础课程。由于他们未来的工作将必然会跟机器设备接触紧密，因此在行业必备的信息技术应用能力知识模块方面增加了模拟电路、数字电路与单片机等面向硬件的课程。由于国防相关的特殊保密性，在行业信息化建设与管理技能知识模块中增加了信息安全、密码学等课程，并在信息开发与管理的技能知识模块中增加了面向硬件开发的嵌入式开发等选修课程。

在尽量保留原有的核心课程体系的基础上，通过上述课程的调整，使得面向军队信息化建设的人才的知识结构体系更加适合现实的需要，适合国防信息化建设的需要。而整个目标就是围绕培养具有构建国防信息化建设与管理模型的高级国防信息化高级专业人才。

2.3加强产学研合作增强师资力量

高素质的专业教师队伍是培养高质量学生的基础。信息管理和信息系统专业教师应该在专业领域具有广泛的知识，包括计算机系统、信息系统、通信系统、系统开发、管理及信息系统的政策等方面的知识。只有这样，在实际的教学过程中才能游刃有余。另外，专业教师必须定期地修改教学内容,特别是注重把学科前沿知识和交叉学科的知识渗透到教学内容中，以适应时代的要求和专业的发展。此外，由于信息管理与信息系统专业是属于应用性非常强的学科，因此对于该专业的师资力量而言，就必须具备非常强的实践能力与经验。因此，加强产学研的合作对于提高教师在实践方面的经验与能力具有重要作用。

参考文献

[1].教育部高教司. 中国普通高等学校本科专业设置大全[M]. 北京:高教出版社,1998.

[2].胡昌平. 面向21世纪的中国信息管理类专业教育[J]. 情报学报,1999,(1).

[3].李后卿. 关于信息管理与信息系统专业人才培养模式的探讨[J]. 高校图书馆工作,2003,(8).

计算机科学与技术的背景篇(6)

关键词： 红外小目标识别； 图像处理； 摄像头；空中鼠标， Matlab

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）05-1021-03

Air Mouse Solution Based on the IR Small Target Recognize

LI Zheng，ZHENG Jian-bao，ZHU Zhen-chi，LIN Yao-cong

（South China Agricultural University，College of Engineering，Guangzhou 510642，China）

Abstract： In this paper， we have proposed one method to identify the infrared small target based on moving object DBT （detect before track） background elimination， and applied it to the air mouse. The target is recognized mainly through the steps below： color space conversion， threshold segmentation， image open operation， connection area analysis， and then identify the target relative position in the field of vision captured .By MCU（micro-controller unit） and 2.4G communication module， the control information will be transmitted to the computer. Recognized the position by computer and control by the MCU. The result shows that the proposed scheme has higher target accuracy， lower price and a certain application prospect.

Key words： IR small target recognition， Image Process， Camera， Air Mouse， Matlab

1 概述

鼠标在计算机领域一直有着深远的影响，鼠标的发展从有线的机械滚轮鼠标、光电鼠标到无线鼠标的诞生。空中鼠标作为一种全新的理念走进人们的身活中，它能像传统鼠标一样操作屏幕光标，但却不需要放在任何平面上，在空中晃动就能直接使用。自由方便是它的特性，例如在办公领域可以当作简报笔，让做PPT演示的人员不再需要坐在会议桌上摆弄电脑，就可以遥控操作；在家用娱乐上配合电视或者HTPC在客厅使用。

目前市场上存在的空中鼠标解决主要有两种，其一是通过螺旋仪对空中鼠标移动的空间角度进行测量，并通过大量算法进行处理，该方案缺点比较明显，鼠标移动是并不能真正按照人的意愿工作，而在鼠标横向匀速运动的问题上面也没有得到解决；另一种解决方案是基于红外（IR）图像处理，其原理是用图像传感器（CMOS Image Sensor）来捕捉红外图像，利用图像处理和模式识别技术计算运动物置信息，并通过单片机传递单、双击等多种控制信息，从而控制屏幕光标。其位置信息与控制信息均由单片机负责传递，受限于单片机的性能该方案的处理效率较低。

本文提出一种电脑摄像头捕获图像信息并进行处理，单片机负责传递控制信息的空中鼠标方案。受益于电脑的运算能力，图像识别的精度以及效率都得到较大提高。

2 系统软件设计

本实验所设计软件基于Matlab平台，所用到Matlab的工具箱有图像处理工具箱（IPT）、GUIDE图形界面编辑器和神经网络工具箱。软件设计包括：图像获取；图像处理和识别（分类）；图形用户界面。

2.1 图像获取

Matlab可对已装驱动的摄像头进行启动和控制。利用一些图像获取函数，我们可以轻松实现对摄像头的控制，定时抓拍和手动抓拍。图像获取主要包括以下操作：查询USB2.0摄像头的具体参数（imaqhwinfo）；创建视频输入对象（videoinput）；图像预览和显示（preview、stoppreview、closepreview和image）；获取视频图像（getsnapshot）；图像获取设备的获取和设置（get和set）；关闭视频对象（delete）。

2.2 图像处理

2.2.1 图像处理流程

图像处理模块主要完成对红外小目标的获取以及识别。由于目标小，可能仅为几个到十个个像素，时常表现为孤点或斑点，而且目标为光源，容易受到周围光环境影响。经过对比光流法、侦差分法以及DBT（detect before track）背景消除法三种方法的优劣以及实际实验效果，我们决定选用基于基于数学形态学滤波的DBT背景消除法。

DBT背景消除法主要流程如图1所示：

图1 DBT背景消除法

输入至中值滤波各步骤处理结果如图2所示：

（a）原图 （b）灰度图

（c）自动阈值分割 （d）利用中值滤波做平滑处理

图2 输入原图至中指滤波各步骤处理结果

2.2.2 图像开运算

利用图像开运算做背景估计：

通过选取合适的结构元素对红外图象进行开运算就可以去除小目标，使图像中只剩下背景。

背景估计=[（f?g）（x，y）]。背景提取结果如图3所示：

图3 背景提取结果

2.2.3 目标特征提取并作连通量分析

圆形性C是是对一个区域R所有边界点定义的特征量：[C=μRσ’R]，其中[μR]为区域重心到边界[σR]点的平均距离，为区域重心到边界点的距离的均方差，且：

当R趋向于原型是，特征量C是单增趋向无穷的，不受区域评议、旋转和尺度变化的影响。目标提取后作连通量分析结果如图4所示：

（a）目标提取结果 （b）连通量分析结果

图4 目标提取、连通量分析结果

2.2.4 目标坐标确定

通过获取目标质心，并计算目标质心在摄像头获取的图像中的x坐标与y坐标，从而映射到电脑屏幕的对应位置，并驱动鼠标移动至对应位置。其基本界面如图5所示：

图5 基本界面设计

3 系统硬件设计

硬件部分负责发射红外光，并且将鼠标的控制信息传递至电脑中。主要包括硬件控制电路以及通信电路。

3.1 MSC-51（AT89S51）单片机控制模块

本实验采用MSC-51单片机实现对数据处理的控制部分，由于51单片机没有SPI借口，需要在端口上模拟SPI时序。单片机主要用于无线发射模块的控制与相关数据信息的处理。单片机同时与按键连接，便于使用按键模拟鼠标左右单击。

3.2 2.4G无线通信模块

通信部分使用无线通信的2.4G技术，其频段处于2.405GHz-2.485GHz（科学、 医药、农业）之间。所以简称为2.4G无线技术。这个频段里属国际规定的免费频段，不需向国际相关组织缴纳任何费用的，为技术可发展性提供了有利条件。

相比蓝牙以及27MHz这三种常用的无线传输技术，2.4G有着自己独到的优势所在。相比蓝牙它的产品制造成本更低，提供的数据传输速率更高。相比同样免费的27MHz无线技术它的抗干扰性、最大传输距离以及功耗都远远超出。

本项目使用nRF24L01的2.4G无线收发模块，实现单片机与计算机之间的通信。其连接流程图如图6所示：

图6 基本界面设计

4 结论

本文研究红外小目标识别在空中鼠标中的应用，并提出了一种电脑端进行位置计算，外设进行鼠标控制的方案。实验证明，基于DBT的背景消除法对红外小目标识别的精度较高，且电脑端进行运算能有效地提高效率。然而本文研究基于Matlab平台，且依赖于电脑摄像头进行视频采集，对所有电脑的适用性需要进一步研究。 （下转第1035页）

（上接第1023页）

参考文献：

[1] 滕莉. 空中鼠标自由“掌握”——详解空中鼠标技术解决方案[J]. 个人电脑， 2010，2： 78-79.

[2] 肖辰. 掌下的革命——罗技MX Revolution和VX Revolution的试用小记[J]. 大众硬件，2006（12）.

[3] 周婷婷，尚浩. 基于2.4G的智能家居控制系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2012，10：67-69.

[4] 王贤坤，陈新华. 基于nRF24E1无线模块的智能家居无线局域网[J]. 信息技术与信息化，2009（1）.

[5] 士建，郭立，段勃，朱俊株. 基于数学形态学的红外点目标实时检测算法及其CPLD实现[J]. 中国科学技术大学学报，2004（3）.

[6] 潘鸣，裴云天，吴贵臣. 强杂波背景下高空红外运动点目标检测[J]. 电波科学学报，2004（6）.

[7] 高亮，周德扬，杨刚. 2.4GHz无线数据传输系统[J]. 北京广播学院学报：自然科学版，2005（3）.

计算机科学与技术的背景篇(7)

【关键词】信息化 农村青年 科技素质培养

一、前言

随着经济社会的快速发展和改革开放进程的不断深入，信息化背景已成为我国政治生活、文化生活中的一个重要形式，信息化建设不仅是增强民主政治建设的一项重要手段，同时也是提高我国国民文化水平的一项重要途径。信息化背景既给我国带来了机遇，同时也带来了一定的挑战，特别是在信息化背景下农村青年科技素质的培养问题，已成为我们急需关注的一个问题。

二、信息化背景的特点和对农村青年提出的新要求

（一）精细化和流程化工作

精细化是信息化的一个重要特点，这是因为信息化是自上而下的管理理念推行的过程，通过不同层级的分解，最终落实到具体的数据操作岗位，并规定操作的规则、职权、稽核机制等，因此，信息化背景下的个性工作要求更为严格，更趋向于精细化。除了上面提到的精细化之外，信息化背景下还需要突出流程化，信息化管理强调流程化，信息化提得最多的业务流程优化，这里有两层含义：一层是清晰的梳理；更高层就是流程的优化。在一个企业，流程的效率就代表企业运作的效率，管理的理念和管理的方式方法很大程度都体现在流程的优化上。信息系统上线的过程就是流程的梳理和优化过程。

（二）标准化和系统化工作

除此之外，标准化也是信息化背景下的一大特点，信息化的一大表现形式就是计算机的广泛应用，计算机本质上是逻辑计算的工具，尽管逻辑可能很复杂。计算机永远在执行程序员设定的处理标准，所以在任何节点都要清晰定义处理人的职责、权限，以及输入输出。在这个意义上讲，信息化的过程，就是一个管理权责的一个标准化过程。计算机的使用注定了信息化背景下的一大特点就是系统化，信息化严密的逻辑性特点，决定了信息化必须超前规划，如果一个系统不能保证至少3-5年的应用，那就是一个失败的规划。

（三）高效化和扁平化工作

信息化背景下要求将表现出来的问题，把相关的问题系统化解决。计算机的广泛使用大大提高了生活生产的速度，因此高效率也成为信息化背景下的对农村青年提出的一项重要挑战，规范化、标准化带来高效率，软硬件技术的飞速发展带来高效率，流程化带来的高？效率。一个好的信息系统会有一个好的追溯机制，正向来讲高效执行，逆向可进行总结和？检查，其实是一个不断提升的管理过程。信息系统已经转向高度的系统集成，信息的传递将越过组织的层次实现扁平化，管理层次体现在信息化的区别只是信息整合的需求不同而已。

三、加强农村青年科技素质培养的重要性

公民科学素养水平决定着创新型国家建设大业的成败。正如水与舟的关系，水涨则船高，要造就一支宏大的农村青年科技创新队伍，离不开全民科学素养的提高，创新型国家建设是一项系统工程，还需要不断完善体制机制，制定相应的政策措施，创建良好的环境氛围等，这些都不同程度地取决于领导干部和当事人的科学素养水平，科学素养程度往往决定着对此认识的高度和措施的力度。科学素养水平对农村青年的世界观影响十分大。一个科学素质缺乏的农村青年很难对客观规律有科学的认识，更不具备掌握科学世界观即科学发展观的基本素养。科学素养水平对上层建筑的政体架构、法律制度、执政水准等影响重大。政体和法律是否与经济基础适应并不断体现其先进一面对社会的促进，在很大程度上也取决于执政党的科学素养水平，加强农村青年科技素质培养能够切实增强农村青年的政治观念。科学素养是文化素养的核心所在。社会主义的道德观、荣辱观等，也无不受一定时期人们世界观和科学素养水平的影响。先进文化所体现的社会主义核心价值观，首先是马克思主义的思想指导，而马克思主义实事求是的思想路线正是科学精神、科学态度的集中体现，马克思的辩

唯物主义和历史唯物主义，也是科学思维、科学方法的集中体现，加强农村青年科技素质培养有利于增强农村青年的思想素质。

四、信息化背景下如何培养农村青年科技素质

（一）加强科学技术培养

加强科学技术培养是信息化背景下培养农村青年科技素质的一项最为基础的方式和手段。因此，我们需要切实加强对农村青年的科学文化教育，要及时更新理论知识，从农村青年的知识储备和知识接受程度采取合适的教育教学方法。

（二）突出科学实践环节

加强科学实践环节是巩固科技理论知识的一项重要方式，同时也是增强农村青年科技动手能力的一项重要方式。在农村青年科技素质培养过程中，我们需要尽可能的为农村青年创造更多的机会，让农村青年更多的贴近科技实践，对科技文化产生浓厚的兴趣，积极投身到科技文化的学习和实践过程中。

（三）充分发挥网络力量

信息化背景下的一大特点就是计算机的使用。在农村青年科技素质培养的过程中，我们需要充分发挥网络的力量，使农村青年更好的掌握科技发展动态，开拓知识眼界，更好的把握和运用科技知识，增强自己的科学文化修养。

五、小结

随着经济社会的快速发展和改革开放进程的不断深入，信息化背景已成为我国政治生活、文化生活中的一个重要形式，在信息化背景下，农村青年科技素质的培养更为重要。我们需要根据从农村青年的知识储备和知识接受能力出发，采用合理的方式加强农村青年科技素质培养，为我国农村经济的可持续发展创造活力。

参考文献：