计算机和数学的关系论文参考文献

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范文题目：关于新工程教育计算机专业离散数学实验教学研究

摘要: 立足新工科对计算机类专业应用实践能力培养的要求，分析了目前离散数学教学存在的关键问题，指明了开展离散数学实验教学的必要性。在此基础上，介绍了实验教学内容的设计思路和设计原则，给出了相应的实验项目，并阐述了实验教学的实施过程和教学效果。

关键词:新工科教育;离散数学;计算机专业;实验教学

引言

新工科教育是以新理念、新模式培养具有可持续竞争力的创新型卓越工程科技人才，既重视前沿知识和交叉知识体系的构建，又强调实践创新创业能力的培养。计算机类是新工科体系中的一个庞大专业类，按照新工科教育的要求，计算机类专业的学生应该有很好的逻辑推理能力和实践创新能力，具有较好的数学基础和数学知识的应用能力。作为计算机类专业的核心基础课，离散数学的教学目标在于培养学生逻辑思维、计算思维能力以及分析问题和解决问题的能力。但长期以来“定义－定理－证明”这种纯数学的教学模式，导致学生意识不到该课程的重要性，从而缺乏学习兴趣，严重影响学生实践能力的培养。因此，打破原有的教学模式，结合计算机学科的应用背景，通过开展实验教学来加深学生对于离散数学知识的深度理解是实现离散数学教学目标的重要手段。

1．实验项目设计

围绕巩固课堂教学知识，培养学生实践创新能力两个目标，遵循实用性和可行性原则，设计了基础性、应用性、研究性和创新性四个层次的实验项目。

(1) 基础性实验

针对离散数学的一些基本问题，如基本的定义、性质、计算方法等设计了7个基础性实验项目，如表1所示。这类实验要求学生利用所学基础知识，完成算法设计并编写程序。通过实验将抽象的离散数学知识与编程结合起来，能激发学生学习离散数学的积极性，提高教学效率，进而培养学生的编程实践能力。

(2) 应用性实验

应用性实验是围绕离散数学主要知识单元在计算机学科领域的应用来设计实验，如表2所示。设计这类实验时充分考虑了学生掌握知识的情况，按照相关知识点的应用方法给出了每个实验的步骤。学生甚至不需要完成全部实验步骤即可达到实验效果。例如，在“等价关系的应用”实验中，按照基于等价类测试用例的设计方法给出了实验步骤，对基础较差的学生只需做完第三步即可达到“巩固等价关系、等价类、划分等相关知识，了解等价关系在软件测试中的应用，培养数学知识的应用能力。”的实验目的。

(3) 研究性实验研究性实验和应用性实验一样

也是围绕离散数学主要知识单元在计算机科学领域中的应用来设计实验，不同之处在于，研究性实验的实验步骤中增加了一些需要学生进一步探讨的问题。这类实验项目一方面为了使学生进一步了解离散数学的重要性，另一方面为了加强学生的创新意识与创新思维，提高计算机专业学生的数学素质和能力。表 3 给出了研究性试验项目。

(4) 创新性实验

在实际教学中还设计了多个难度较高的创新性实验题目，例如，基于prolog语言的简单动物识别

系统、基于最短路径的公交线路查询系统、简单文本信息检索系统的实现等，完成该类实验需要花费较长的时间，用到更多的知识。通过这些实验不仅有利于培养学生分析问题、解决问题的能力和创新设计能力，也有利于培养学生独立思考、敢于创新的能力。

3．实验教学模式的构建

通过实验教学环节无疑可以激发学生对课程的兴趣，提高课程教学效率，培养学生的实践创新能力。但是，近年来，为了突出应用性人才培养，很多地方本科院校对离散数学等基础理论课的课时进行了压缩，加之地方本科院校学生基础较差，使得离散数学课时严重不足，不可能留出足够的实验教学时间。针对这种情况，采用多维度、多层次的教学模式进行离散数学实验教学。

(1) 将实验项目引入课堂教学

在离散数学的教学过程中，将能反映在计算机科学领域典型应用的实验项目引入到课堂教学中，引导学生应用所学知识分析问题、解决问题。例如在讲授主析取范式时，引入加法器、表决器的设计，并用multisim进行仿真演示，让学生理解数理逻辑在计算机硬件设计中的作用。又如讲谓词逻辑推理时，引入前一届学生用Prolog完成的“小型动物识别系统”作为演示实验。这些应用实例能够让学生体会数理逻辑在计算机科学领域的应用价值，不仅激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率，也锻炼了学生的逻辑思维，培养了学生的系统设计能力。

(2) 改变课后作业形式，在课后作业中增加上机实验题目

由于课时有限，将实验内容以课后作业的形式布置下去，让学生在课余时间完成实验任务。例如讲完数理逻辑内容后，布置作业: 编写 C语言程序，实现如下功能: 给定两个命题变元 P、Q，给它们赋予一定的真值，并计算P、P∧Q、P∨Q的真值。通过完成，使学生掌握命题联结词的定义和真值的确定方法，了解逻辑运算在计算机中的实现方法。又如，把“偏序关系的应用”实验作为“二元关系”这一章的课后作业，给定某专业开设的课程以及课程之间的先后关系，要求学生画出课程关系的哈斯图，安排该专业课程开设顺序，并编写程序实现拓扑排序算法。通过该实验学生不仅巩固了偏序关系、哈斯图等知识，而且了解到偏序关系在计算机程序设计算法中的应用和实现方法。

(3) 布置阅读材料

在教学中，通常选取典型应用和相关的背景知识作为课前或课后阅读材料，通过课堂提问抽查学生的阅读情况。这样，不仅使学生预习或复习了课程内容，同时也使他们对相关知识点在计算机学科领域的应用有了一定的了解。例如，在讲解等价关系后，将“基于等价类的软件测试用例设计方法”作为课后阅读材料; 在讲解图的基本概念之前，将“图在网络爬虫技术中的应用”作为课前阅读材料; 货郎担问题和中国邮路问题作为特殊图的课后阅读材料。通过这些阅读材料极大地调动学生学习的积极性，取得了非常好的教学效果。

(4) 设置开放性实验项目

在离散数学教学中，通常选择一两个创新性实验项目作为课外开放性实验，供学有余力的学生学习并完成，图1给出了学生完成的“基于最短路径公交查询系统”界面图。同时，又将学生完成的实验系统用于日后的课堂教学演示，取得了比较好的反响。

(5) 利用网络教学平台

为了拓展学生学习的空间和时间，建立了离散数学学习网站，学习网站主要包括资源下载、在线视频、在线测试、知识拓展和站内论坛五个部分模块，其中知识拓展模块包含背景知识、应用案例和实验教学三部分内容。通过学习网站，学生不仅可以了解离散数学各知识点的典型应用，还可以根据自己的兴趣选择并完成一些实验项目。在教学实践中，规定学生至少完成1－2个应用性实验项目并纳入期中或平时考试成绩中，从而激发学生的学习兴趣。

4．结束语

针对新工科教育对计算机类专业实践创新能力的要求，在离散数学教学实践中进行了多方位、多层次的实验教学，使学生了解到离散数学的重要

性，激发了学生的学习兴趣，提高了学生程序设计能力和创新能力，取得了较好的教学效果。教学团队将进一步挖掘离散数学的相关知识点在计算机学科领域的应用，完善离散数学实验教学体系，使学生实践能力和创新思维得以协同培养，适应未来工程需要。

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计算机在处理速度、存储容量、网络化，以及软件的精巧化方面经过数十年的发展，已经以难以想象的方式渗入科学、商业和文化领域中，而智能工程又将令其从量变转向质的飞跃。 计算功能日益变成模拟和执行。在科学领域，计算可以模拟气候变化，破解人类基因；在商业领域，低成本的计算、因特网和数字通信正在改变全球经济；在文化领域，计算类产品，如iPod、YouTube和计算机动画等无所不在。 2006年9月，美国计算机科学与通信委员会在华盛顿举办了名为“2016”的研讨会，主题是计算机未来如何发展。 会议代表来自学术界和产业界。论题有：社会网络、数字图像、网络媒体、计算机对工作及就业的影响等。讨论主要集中在两方面：计算的影响在深度上将渗入自然科学中，在广度上将进入社会科学中；政策问题突出，计算技术的功能将更加强大、无所不及。 计算机对科学研究的深刻影响主要是高速运算的巨型计算机。虽然通过网格的群体式计算，可以将许多计算机的功能通过软件联结，实现可与巨型计算机媲美的高速运算，但要解决最复杂的动态问题，尤其是涉及国家安全的问题，还必须依靠单个巨型计算机。能广泛影响社会大众的计算则从台式机向集计算、娱乐、通信于一体的手持多功能产品转变。 一、巨型计算机的发展目标 速度对于科学计算中的巨型计算机就像它对于战场上的战斗机一样重要。美国国防部高级研究计划局(DARPA)制定的高生产力计算系统(HPCS)计划，要求每秒1000万亿次浮点运算的巨型计算机在2010年前进入市场，装备美国的武器实验室及科学研究中心。 DARPA将此类巨型计算机看作是开发先进的空中飞行器、武器、军事作战的谋划和执行、美国核储备的维护、安全系统研究，以及图像处理及密码破译等的关键技术。DARPA负责该计划的主管哈罗德说，这是“满足国家安全和经济竞争力需要的关键技术”。 2006年11月，克雷公司推出了新型XT4巨型计算机，它是由3万个opteton处理器组成的系统。克雷公司声称其新系统在试验期间稳定的运算速度为每秒10万亿次浮点运算，当前可达54万亿次／秒，预计2005年底达到250万亿次／秒。XT4的新型体系结构很容易升级到1000万亿次浮点运算／秒的最高速度。 XT4的关键技术是克雷公司的SeaStar2连接芯片。系统中每个处理器有一个这样的连接芯片，而不是像其他巨型计算机那样所有处理器共用一个通信接口。这一技术使大量并行处理系统在运行中不会因其间的数据传输而减慢。橡树岭国家实验室、国家能源科学计算中心和芬兰IT科学中心都订购了XT4。公司负责政府计划的副总裁说，这种类型的计算机特别适用于空气动力学问题，也适用于其他航空航天的设计。例如，美国空军的研究人员一直用其上一代的XT3来模拟新型天线的设计与评价。 2006年11月，DARPA与克雷公司签订了2.5亿美元，的合同，用于开发其最新的混合式体系结构的巨型计算机；这是高生产力计算系统计划第三阶段的项目之一，克雷公司称之为自适应巨型计算机。迄今，巨型计算机只用一种处理器，克雷公司的巨型计算机的混合结构是将标量、矢量不同类型的处理器集成在一起，还要加上另外两个其他处理器，将处理器和任务编制得最适合缓存，从而达到最高效率和最大利用。 IBM公司也签订了2.44亿美元的HPCS计划第三阶段的巨型计算机合同。目标是开发实时应用的1000万亿次／秒巨型；计算机心在2006年11月公布的第28次全球最高速的500巨型计算机名单上，IBM的Gene／L系统位居榜首，是该公司为美国能源部劳伦斯·利弗莫亦国家实验室研制的，运算速度为280.6万亿次／秒，大约是DARPA要求克雷公司和IBM于2010年前交货的原型计算机速度的1／3。克雷公司在桑迪亚国家实验室中运行的红色风暴巨型计算机为101.4万亿次／秒，仅次于IBM的Gene／L。 二、台式计算机逐渐变成网络多媒体娱乐工具 台式计算机最终走向了移动通信领域，从光纤通信中数据量的激增可看到这一趋势。计算机用户通过接到MySpaee和ESPN的网址，正在越来越多地利用手机处理文件、短信。 先进手机操作系统的开发商、Symbian公司的副总裁帕纳格罗斯西说：“我们看到了屏幕的逐渐演变，从电影、电视、计算机屏幕发展到今天第四代的智能手机屏幕。” 最新屏幕是将台式计算机的许多功能展示出来，下一代屏幕将包含音像通信、电子邮件、短信等功能在内的多种形式的融合。为此，苹果计算机公司已更名为苹果公司，即将推出的iPhone代表公司的最新战略，即进入因特网数据处理手持装置的新领域。这种接近台式计算机的手持装置可以通过光纤及其他无线网络，简易地处理音乐、图像、娱乐、生产任务和通信。苹果公司的举动好像引发了一场核战争，诺基亚和摩托罗拉都将作出反应。不过，在此领域，苹果公司还只是后来者，其对手有：诺基亚、摩托罗拉、索尼·埃得克森、微软等商业巨头，他们都进入了娱乐电子领域。即将进入这一领域的还有Google等强大的因特网公司。他们都经不起台式计算机用户兴趣转移的诱惑。 在移动电话与台式计算机之间伪竞争还产生了新型的复合装置。诺基亚和索尼最近都推出了集创新的物理设计和各种通信功能为一体的新产品，其共同特征是比掌上机更小巧，其屏幕更便于读取。无线数据通信的软件开发也是重要的商业领域。苹果公司的优势是在无线数据通信市场中可同时开发硬件和软件，这就是其新近推出的iPhone，其新颖设计引人注目。 三、计算对科学及社会经济的影响 计算为何对科学、社会网络及人们的文化生活产生重大影响? 在计算机对科学的影响方面，加州伯克利大学教授卡普经长期探索，提出了科学理论的算法性质的概念。数学和计算机科学的核心概念就是算法。算法，简而言之就是对计算的分步求解。它擅长描述动态过程，而科学公式或方程式适于静态现象。科学研究越来越多地探索动态过程，计算机科学就是算法的系统研究。 计算机应用在当前发展最快的生物学领域尤其突出。卡普近年的研究已经超出计算机科学领域，进入到微生物领域。他认为，现在生物学已经被当作信息科学看待。科学家设法将生物过程，如蛋白质的生成用算法来描述，这“自然就是算法。” 在社会网络方面，社会科学家早在技术网络出现之前就对其分析了数十年。随着因特网的出现，社会网络和技术网络不可避免地连接起来，社会网络也就可能发展到前所未有的规模。新的社会—技术网络包括电子邮件方式、商业网站(如Amazon)的购物推荐、通信网站(如MySpace和Facebook)的短信或小帖子，还有新闻、见解、时尚、都市神话、网络商品和服务等。 当前，人们在探索，能否用算法分析为何某些网络社区兴旺而另一些则萎缩或消失?利用计算技术研究社会网络对社会学家、经济学家、人类学家、心理学家和教育家而言是丰富的宝藏，对营销人员和政客也同样有用。康乃尔大学教授克莱因伯格说：“这是将计算及算法用于社会科学和实践中的最主要的方式，当前还只是处于起步阶段。” 计算机图像和存储的未来趋势可能用于个人，将微波传输的数字装置和微型电话和摄像机组装到一起，可将人一生中的主要事件录入其中。这对于通信、媒体和个人生活意义重大。微软研究实验室主任、计算机科学家拉斯希德说，他愿意看到他的儿子如何迈出第一步，倾听几年前与他去世的父亲的对话。“我愿看到往事，在未来这是可能的。” 不过，任何技术的广泛应用都有正反两面作用。拥有跟踪群体和个人的网络行为的新工具，也会引起严重的隐私问题。2006年夏天，美国在线无意中透露了65万个用户的网络搜索日志，显然将这一问题暴露出来了。它有可能成为监视社会的工具。拉斯希德说：“我们有这种能力，但要由社会来决定如何使用它，而不是由科学家来决定。”

数学只要是算法思想.. 编程核心就是算法思想。

帮你整理了一下，请参考！参考文献：1、M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputation and Quantum Information[M].Cambridge University Press,2000.2、A.M.Turing.On computable numbers,with an application to the Entscheidungsproblem,Proc. Lond,1936.3、Quantum Information Scienceand TechnologyQuIST program ver.2.0[J].Defense Advanced Research ProjectsAgency DARPA,2004,4.4、Karl Johan.Wittenmark.Computer-Controlled Systems (3rd ed.).Prentice Hall.1997.5、孙凤宏.探索未来计算机技术发展与应用[J]. 青海统计, 2007,(11) . 6、蔡芝蔚. 计算机技术发展研究[J]. 电脑与电信, 2008,(02) . 7、文德春. 计算机技术发展趋势[J]. 科协论坛(下半月), 2007,(05) . 8、姚正. 计算机发展趋势展望[J]. 商情(教育经济研究), 2008,(01) . 9、许封元. 计算机发展趋势[J]. 农业网络信息, 2006,(08) .10、陈相吉. 未来计算机与计算机技术的发展[J]. 法制与社会, 2007,(10) .11、何文瑶. 计算机技术发展态势分析[J]. 科技创业月刊, 2007,(05) .12、吴功宜.计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2003，114. 13、兰晓红.计算机专业实践教学模式改革探讨[J].重庆师范学院学报，2002，19（4）：84-85. 14、张基温.基于知识和能力构建的计算机专业课程改革[J].无锡教育学院学，2003，（4）：54-55.15、姬志刚，韦仕江.网络信息环境下基于创新教育改革基础上的课程整合与课堂教学.商情（教育经济研究），2008，（10）. 16、田莉.计算机网络教学实践与心得[J].企业技术开发，2008，（02）. 17、熊静琪.计算机控制技术[M].电子工业出版社.18、杨金胜.探析网络环境下计算机辅助教学[J].华商，2008，11.19、何克忠主编.计算机控制系统[M].清华大学出版社.1998. 20、李锡雄，陈婉儿.微型计算机控制技术[M].科学出版社.21、赖寿宏.微型计算机控制技术[M].机械工业出版社.2004-2-1.22、黄梯云，《管理信息系统导论》，机械工业出版社23、甘仞初，《信息系统开发》，北京：经济科学出版社，199624、人杰、殷人昆、陶永雷 《实用软件工程（第二版）》清华大学出版社 2003.325、伍俊良《管理信息系统(MIS) 开发与应用》北京:科学出版社,199926、郭军等《网络管理与控制技术》人民邮电出版社.1999.127、曾建潮.软件工程. 武汉理工大学出版社,2003.828、熊桂喜.王小虎.李学农.计算机网络.清华大学出版社,1997.1229、孙涌.《现代软件工程》.北京希望电子出版社,2003.830、王虎，张俊.管理信息系统[M].武汉:武汉理工大学出版社，2004.7.