摘要:本文從什么是計算說起,通過對計算機的發展歷史和人類對計算本質認識的回顧,提出量子計算系統的發展和成熟,并且提出了人類認識未知世界的規律:“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。

關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。

2遠古的計算工具

摘要:本文從什么是計算說起,通過對計算機的發展歷史和人類對計算本質認識的回顧,提出量子計算系統的發展和成熟,并且提出了人類認識未知世界的規律:“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。

關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。

2遠古的計算工具

1大數據與物聯網的概述

大數據常被人們用來描述市場海量的有可能挖掘到的結構化、非結構化以及半結構化的數據信息。而對于大數據的處理不同于普通數據，其需要運用更為先進的數據處理分析技術，這樣才能夠最大化對海量數據進行提取、處理以及儲存工作，從大量數據中挖掘具有高價值的信息數據。基于計算機互聯網的發展，物聯網是從其擴展與延伸出來的。計算機互聯網所對應的虛擬數據，而物聯網則是通過智能處理技術、傳輸技術以及感知設備等，實現在真實的物體之間進行聯通，并將數據有效傳輸到計算機互聯網上。物聯網技術的應用能夠實現廣大企業對內部數據信息的智能化管理和自動化監控管理，大大提高企業的工作質量和效率。

2信息與計算科學建設過程中存在的主要問題

2.1專業建設缺乏特色。信息與計算科學專業主要涉及到兩門學科，它們分別是信息科學與計算科學。因此，高校在建設該專業過程中必須確保兩門學科的比重性，一旦過于偏重其中一門學科，一定程度忽視了另外一門學科，就會導致該項專業結構體系的不合理，會偏離了最初建設該項專業所制定的目標。高校在該專業課程的教材與參考資料使用上缺乏實用性特點，仍在沿用傳統相關教材內容，難以滿足現代大學生的專業學習需求。因此，有必要有效增加該專業新研究方向的介紹，不斷拓寬專業學生的知識面，充分激發學生的學習積極性和主動性。2.2專業人才培養目標不夠明確。由于部分高校受到傳統教育觀念的影響，一些專業的課程設置往往只是從以往教育專業延伸出來，未能夠對其進行深入研究探討。例如，在信息與計算學科專業建設上，一些高校只是通過效仿教育部數學類教學指導委員會推薦的“信息與計算科學專業教學規范”，未能夠有效根據自身的辦學特點和情況，明確該專業設置的教育目標，體現出學校的辦學思想，從而導致在對該專業人才的培養工作上偏離了正常軌道。存在部分以工科為主的院校在建設該項專業時，甚至以高等數學去替代了數學分析課程，這樣一來就難以實現培養更多數學學科高端人才的目標，也不符合國家教育部門最初制定的“信息與計算科學專業培養的畢業生能夠在社會教育、科技、經濟金融以及信息產業等行業領域中從事教學、研究以及管理開發工作。2.3專業課程體系設計不夠合理。由于高校在信息與計算科學建設中培養目標不夠明確，這樣一來就會導致教學課程體系不夠合理。學校往往只會將一些計算機相關課程與數學專業課程有效融合在一起，缺乏對信息與計算科學專業的深入研究分析，難以形成科學完善的課程教學體系。該專業學生最終會出現數學學習整體水平難以趕上數學專業學生，計算機學習整體水平比不過計算機專業學生的局面，從而降低了他們在社會上的就業競爭力，難以輕松尋找到符合自身專業特點的工作崗位。專業教學課程的單一化不利于激發學生的學習興趣和熱情，學生缺乏學習指導，未能根據課程學習制定自身的未來就業發展目標。2.4專業人才培養與社會需求不相適應。高校在設置信息與計算科學專業時，必須明確該專業課程開展的目的是為了培養更多社會實踐型人才，能夠滿足經濟市場企業對于該類人才的需求。而實際情況是，存在部分高校在建設信息與計算科學過程中，只關注到學生專業理論知識的掌握，一味擴大專業招生規模，嚴重忽視了專業培養人才為社會服務的辦學宗旨。高校缺乏組織該專業學生積極參與到社會實踐活動中，學生與教師難以了解到社會的需求，教師課堂教學的開展往往只是針對教材的內容，這樣無法有效調動起學生的學習積極主動性，促使他們全身心投入到課堂學習中。

3基于大數據和物聯網環境下信息與計算科學建設的主要措施

3.1信息與計算科學建設的個性化發展。高校在建設信息與計算科學過程中，要充分發揮大數據和物聯網技術的優勢作用，通過將大數據挖掘與教學內容相結合在一起，實現學生在校園網絡平臺的個性化學習，而不是將該專業學習僅僅局限在課堂范圍內。教師在專業課程教學開展前必須充分掌握了解到市場對該專業人才的需求特點，從而有針對性的制定學生培養目標，創新課堂教學模式和內容，有效激發學生的學習興趣和熱情。大數據與物聯網時代能夠更好實現高校的個性化和針對性教育，教師可以將各項學習資源融入到校園學習平臺中，按照班級學生的不同學習愛好和特點，有效推送該專業領域的前沿技術、資源以及人才需求訊息等內容，這樣有利于貫穿信息與計算科學專業學生終身學習的全過程，不斷拓寬學生的專業學習知識面，能夠接觸到外界更多的專業信息，促進自身學習的全面發展，努力成為市場企業所需的專業人才。3.2信息與計算科學建設課程體系的優化設計。高校要加強對計算機互聯網技術的應用工作，通過建立起科學完善的大數據分析系統，不斷提高對學校各項數據信息的挖掘利用水平，從而有效建立起良好的信息與計算科學專業課程體系。在信息與計算科學專業課程的設立工作內容上，高校可以針對現代大學生的學習特點，靈活運用模塊化教學方法，將課堂專業知識內容與計算機技術有效融合在一起，課程體系不僅要包括了各項核心課程，還要有效增加計算機軟件開發和數學建模等模塊，充分發揮出計算機互聯網資源在教學中的作用，提高學生在計算機軟件上的實踐應用能力，從而促進信息與計算科學專業學生的全面發展，能夠自主完成各項學習任務。與此同時，教師可以在大數據系統中調出學生的相關學習信息數據，綜合考慮學生的學習興趣愛好和本校該專業的設施水平，有針對性的設立各個教學模塊，創新專業學生的學習內容，不斷提升課堂教學的效果。3.3信息與計算科學專業教師隊伍的信息化建設。首先，高校要利用先進的物聯網技術打造出校園教師系統，實現各級各類教師信息的科學收集整理工作，每位專業教師都要建立起與之對應的電子檔案，從而有效形成安全可靠、統一高效的教師基礎信息庫。然后，高校在信息與計算科學建設工作中，要以教師系統為支撐，針對教師當前教學情況存在的不足之處，定期組織教師參與專業化的培訓教育工作，引導該專業教師積極參與社會各種實訓活動，了解到市場的動態發展規律以及企業對該專業人才的要求內容，從而能夠確保自身的教學內容和方法更加符合學生的未來發展，促使學生畢業后能夠快速適應就業崗位要求。最后，高校要將教師隊伍的大數據作為教師科學決策的重要依據，利用計算機數據分析技術對大數據展開多層次、多角度的管理分析處理工作，保障對當前信息與計算科學專業教師隊伍實際水平和情況的高質量評價工作，明確教師隊伍信息化建設的發展目標，不斷提高專業教師在日常工作中的決策水平，實現教師管理過程的精細化，有效提升該專業教師的整體服務管理水平。信息與計算科學專業教師在自身的教學過程中，要以大量數據為支撐，深度分析社會對該專業人才需求的相關信息內容，確保在人才培養目標方向上是符合市場發展趨勢的，而不是一味憑借自身感覺進行課堂教學。教師要最大化發揮出學校各項多媒體資源的價值，豐富課堂教學方式，不斷優化改進教學方法和重點內容，促使學生在課堂學習中集中注意力，提高自身的學習質量和效率。

摘要:本文從什么是計算說起,通過對計算機的發展歷史和人類對計算本質認識的回顧,提出量子計算系統的發展和成熟,并且提出了人類認識未知世界的規律:“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。

關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算

1計算的本質

抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。

從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。

2遠古的計算工具

摘要：通過總結信息與計算科學專業教學改革實踐，推動信息與計算科學專業人才培養質量的提高。本文首先介紹了安慶師范大學信息與計算科學專業的現狀，然后從人才培養方案、導師制、第二課堂、實習改革、畢業論文改革等五個方面，總結了信息與計算科學專業的教學改革實踐。

關鍵詞：信息與計算科學；教學改革；人才培養

信息與計算科學專業是1998年教育部根據社會經濟發展的需要進行專業改革與調整時在數學學科門類下新增設的一個理科專業，是一門以信息領域為背景，數學、計算機科學、信息工程等學科交叉滲透而形成的一個新的數學類專業[1]。該專業主要培養具有良好的數學基礎和數學思維能力，能熟練地使用計算機,掌握信息與計算科學的基本理論、方法和技能，能解決信息科學、計算科學、工程技術等實際問題的高級專門人才，使畢業生能在信息產業、經濟金融、科技、教育等部門從事研究、教學、應用開發和管理工作，具備進一步繼續深造的能力水平。安慶師范大學信息與計算科學專業于2004年獲得批準并開始招生，目前已有十六屆畢業生，近2000人。近年來，隨著辦學經驗的積累，我校對信息與計算科學專業進行了卓有成效的教學改革，形成了特色鮮明的辦學理念，2010年成功獲批為省級特色專業。在改革過程中，我們根據市場需求不斷修訂人才培養方案[2-4]，突出數學和計算機基礎；根據學生特點走導師制的成長路線，突出互動交流教學相長[5]；根據學生興趣開展第二課堂，突出培養動手、創新能力；通過加強校企合作，促進學生畢業實習的改革，通過完善畢業論文形式，倒逼學生提升研究解決問題能力[6-9]。通過改革，信息與計算科學專業畢業生就業、考研成功率在全校位居前列。

一、完善人才培養方案

最近這些年，我們國家的高等教育開始從精英式教育向著大眾化教育過渡，所招的學生也越來越多，信息與計算科學專業發展極為快速，是當前炙手可熱的專業。自2004年信息與計算科學專業獲準招生以來，數理學院便根據市場需求和學生特點每兩年就修訂一次人才培養方案[2-4]，目前已進行了五次修訂和完善。最早的人才培養方案主要參考省內外相關高校，在注重數學基礎與計算機科學基礎這一前提下，培養學生的數學思維，主要開設《微分幾何》、《運籌學》、《近世代數》、《偏微分方程的數值解》、《最優化理論》等數學類課程。之后信息與計算科學專業的幾乎所有學生報考數學相關專業的研究生，就業相對較難。很少有學生報考計算機相關專業的研究生和從事計算機相關的工作，這與教育部的目標相差較大。針對該問題，在后來的人才培養方案改革，我們注重結合學院的教育實際和市場對人才的需求，新的人才培養方案刪除了部分數學類課程，逐漸加入程序設計、應用軟件和數據分析類的相關課程，加強學生的信息科學和計算機科學的基本理論和基本知識。當前已增設《面向對象的程序設計》、《Java語言程序設計》、《Python語言程序設計》、《計算機算法設計與分析》、《計算軟件選講》、《應用密碼學》、《數據挖掘》、《機器學習》、《神經網絡》等信息類課程，但仍建立在數學與計算機的基礎之上，通過發揮數學優勢，注重打好編程基礎和實踐能力，使學生理論基礎扎實、實踐能力強，具備將來從事實際應用開發的能力，以及提高學術研究能力。

二、實行“導師制”

一、計算機科學技術在教學中的意義

計算機技術應用在教學過程中的具體方面是非常多并且涉及面非常廣泛，從計算機技術的作用來講主其在教學中的應用主要體現在以下幾個方面：很多教師將計算機技術作為輔助教學的工具，能夠幫助教師完成一些教學管理以及教學的過程。在很多高校學生都將計算機作為一種學習的工具。通過讓學生參與一定的項目并用計算機輔助完成，這使得學生學習的速度和學習的能力大大提高了，使得學習的過程中更加簡短和有針對性。另外還有的老師將計算機用于自己教學成果的檢驗和對自己教學思想的檢驗，也就是這種教學軟件工具對于計算機教學具有非常重要的意義。

二、計算機科學技術在教學中的應用

2.1多媒體教學工作中交互式的計算機技術應用

將多媒體應用于教學過程中增強與學生之間的交互性是計算機技術在教學中的一個最為典型的應用。隨著我國高等教育的不斷發展，關于一門課的教學資源也是越來越豐富，通過精品課程網站的建設，使得網上的教學資源進一步得到了極大的豐富，在這些教學資源中不乏精品的課件、視頻或者是圖片這些對于教師本身教學水平的提高增強學生學習的興趣具有非常重要的作用。絕大多數的教學資源都是以計算機技術為基礎的，為了提高自身的教學水平以及增強學生學習的興趣，作為教師可以將這些多媒體技術巧妙的應用于自身課堂的教學過程中。通過在教學過程中穿插多媒體能夠幫助學生進一步加深對于所學知識的理解，同時在教學的過程中通過有效的利用計算機技術可以增強學生和老師之間的互動，使得學生對于教師上課的或者是教學過程存在的一些意見和看法及時的反饋到教師這里，對于教師教學方式的調整以及教學水平的提高具有非常重要的現實意義。

2.2遠程通信、網絡技術在教育中的作用

電子計算機是一個仿生電子設備，仿的就是我們自己的大腦。為實現人機對話，人們發明了計算機語言，然而計算機語言使用為數很少的一些關鍵詞，程序結構又只有順序、選擇、循環三種，使得學生在學習計算機語言時感到“詞匯量”太少，算法的設計與描述也遇到了前所未有的麻煩。計算機語言教與學的困惑的根源在于教師過于強調語法的教學，程序設計的應用性目的不強，注重抽象、邏輯性思維，忽略了形象思維，使學生感到程序是一個虛無縹緲的世界，看不見，摸不著，想不到，用不了。久而久之，對計算機語言產生了厭惡逃避之心，教與學走入了一個“死胡同”。走出計算機語言教學困境的方法是要求教師通過教學使學生深刻體會到馬克思主義世界觀和方法論的科學真理性和力量；將教會學生科學的思維作為自己的崇高目標，為思維而教，教會思維；充分發揮左腦與右腦的抽象思維與形象思維能力，讓語言與算法由抽象的虛擬世界變成一個實實在在的東西，讓學生在一個“現實世界”里領悟語言與算法，使學生從傳統的思維中走出來，創新思維及創新能力得到極大的發展。本文結合C語言的教學，從哲學理念與科學思維兩方面作一些計算機語言教學法方面的研究與實踐。

一、樹立哲學理念，用辯證唯物主義指導教學，培養創新精神

大家都知道中藥，為了治療某一個疾病，不同的醫生開出的藥方可能是不同的，藥方里多味藥共同起作用，有的療效好，有的不太好，而有的醫生神秘地加上某味藥后，就有了藥到病除的神效。在中藥的配方里頭蘊含著普遍聯系的理念：藥與藥的聯系，藥與病的聯系。同樣，知識與知識之間，知識與應用之間也有著內在的關聯。在程序設計教學過程中，教師應設計一些具有現實應用價值的任務，它能讓學生把與任務有關的知識點緊密聯系在一起而形成一張網，在這張網中，既有舊知識，也隱藏著新知識，舊知識某方面的功能得到應用并得以鞏固，新知識因為需要而學習，整個網也體現了知識的綜合應用。知識的價值在應用中得到了充分體現。教師要在學生熟悉的事物和陌生的事物之間運用類比，找到它們的相似與不相似之處，如生物的進化是生物自身的否定之否定，反映了生物現在與歷史之間的、生物與生物之間的聯系，在計算機語言中同樣有著進化現象，如類型-數組-結構體-類的發展就如同單細胞生物向多細胞生物的進化，無機物向有機物的進化。高階知識的雛形是基礎知識，也是基礎知識的合理組合，明了知識之間的血緣關系，學生更加重視基礎知識的學習，而對高階知識的理解就顯得容易得多了。在程序設計中，要培養學生的“求異”精神，實現辯證的肯定與否定。教師的講解不是權威，不是唯一正確答案，鼓勵學生進行小修小改，甚至另辟蹊徑，找出一個更為睿智的思路，學生的任何思考都應辯證地肯定。學生在另覓思路的過程中，有的想法正確，有的想法錯誤，其實正確與錯誤不是絕對的，正確的程序可能在時間或空間上或許有一些問題，而錯誤的程序只要稍作修改（如語句順序的改變）就是正確的，有時錯誤本身是正確的，只是因為它出現的時機或地方不對而已，正確與錯誤只有一步之遙。學生走過的不可能是一條“直路”，讓他們在這條“曲折”的思路上做一回苦行僧，在這條創新的道路上完成一次洗禮，實現自我新的發展。

二、協調左右腦思維，提高科學思維素質，培養創新能力

美國的羅杰.斯佩里教授通過實驗證實了左右腦分工理論。大腦分為左半球和右半球，一般左腦具有言語、概念、分析、計算、邏輯推理，將復雜事物細化等功能；右腦具有音樂、繪畫、空間幾何、想象、創造、綜合等功能，右腦最重要的貢獻是能進行創造性思維，研究表明右腦具有的巨大潛能并沒有被充分利用。現今的計算機語言教學大多都是以左腦為中心的教學，右腦基本處于睡眠狀態，而學生的左腦也在抽象與邏輯思維中昏昏欲睡。充分利用右腦驚人的形象思維能力，調動右腦思維的積極性是科學思維的關鍵。計算機的數字世界是現實世界的一面鏡子，現實世界里有什么，數字世界里就有什么，只是表現形式可能不同而已。計算機語言的概念、理論、方法在現實世界里都能找到它的“生活原型”。以概念教學為例，概念的重要性在于它是一種語義規定，弄不清楚就會出現“個個字都認識，句句話都聽不懂”的現象，概念教學要加強形象思維。C語言的指針概念是學生的一大難點，對于C系統中這一靈魂性的知識點，“地址”是它的原型，“地址”是一個“范圍”概念，它不僅包含開始信息，也包含結束信息，還包含此范圍內數據的特征三方面的信息。形象地理解了指針的概念后，對指針的重要性、指針的運算，通過指針獲取數據的運算就有了一個“實實在在”的理解。這樣的例子舉不勝舉，如容器與變量，時分秒的變化與循環，族譜與樹結構等等。

李政道教授倡導科學與藝術的結合，他邀請畫家們“畫科學”。愛因斯坦描述他的思維過程是先用形象思維，再將形象思維轉換成語言。計算機程序設計既是一門技術，也是一門藝術，在進行程序設計的過程中利用左右腦分工理論，重視右腦功能，并將左右腦“并聯”起來協調工作。左腦將復雜的過程進行功能分解，右腦負責過程的形象化，將過程想象成一幅幅形象生動的畫面，最后，由左腦負責將畫面描述的算法抽象成一個個的語句，最后形成完整的程序。右腦的思維具有無序性、不拘泥于局部的分析，而是統觀全局，以大膽猜測跳躍式地前進，達到直覺的結論。在程序設計中有一個很有意思的現象，學生很快地想出了方法，但要求他們用計算機語言描述步驟時，他們卻犯了難！步驟難以描述了，甚至在看似簡單的順序結構上也出現了困難，沒有了頭緒，此時可利用左腦的分析與細化功能對右腦繪制的主要畫面做一些重組，變無序為邏輯上的有序，對右腦的思維進行“慢鏡頭”式的細化，細化到每一個“鏡頭”都能用一個語句加以描述為止。人的右腦就像一臺照相機，將輸入大腦的信息以直觀的圖像加以思考并記憶，“圖像記憶”這種右腦特有的機能，是右腦高速海量記憶的奧秘所在。在學習過程中,不妨“模糊性”學習，對接觸到的東西先混個眼熟，混個耳熟，有意識地訓練右腦的形象記憶與情感記憶，使記憶更生動、長久不忘。人的創新能力與右腦思維密切相關，在左腦的配合下，右腦充分發揮想象力，在一閃念間產生頓悟，將一些看似不相干的知識與知識，知識與應用聯系起來，并能進行綜合應用。程序設計中不斷“求異”的精神，是對右腦思維潛能的充分發揮，使我們的學生成為洋溢著創新欲望、充滿活力的人。

20世紀80年代以來，計算機已經成為各個材料領域研究專家的必備工具，并且隨著計算機技術和算法的發展，計算模擬方法也已經成為材料研究新的重要手段．計算模擬技術以物理學、化學等相關的基本理論為基礎，在計算機模擬環境下對宏觀、介觀以及微觀的不同尺度的材料進行多層次的模擬研究，計算材料的力學、熱學、光學、電學和磁學等多方面的物理性質，并進一步探求這些材料的組分、結構和功能之間的本質規律和內在聯系，為實驗制備新材料提供理論支持，變盲目的材料合成為針對材料性能的某類特定需求來主動地、有意識地設計材料的結構．計算模擬在材料科學中的作用已經不僅僅停留在計算機輔助和數據處理上，人們已經認識到計算模擬已經與實驗、理論研究一樣能夠發現新的科學現象、新的科學概念，從而計算模擬已經成為第三條科學發現的途徑．因此，現代材料科學已經不再是單純的實驗科學，計算模擬方法已成為與理論研究和實驗方法同樣重要的研究手段，實驗、理論和計算成為材料研究的3大支柱[4]．而且隨著計算材料科學的進一步發展，計算模擬方法在未來的材料研究中將顯示出越來越大的應用潛力．因此，了解和掌握材料計算和模擬的基本知識已成為現代材料研究工作者必備的技能之一．

材料的計算模擬方法介紹

材料的計算模擬研究是近年來飛速發展的一門新興學科和交叉學科．它綜合凝聚態物理學、理論化學、材料物理學和計算機算法等多個相關學科．它的目的是利用現代高速計算機，模擬材料的各種物理化學性質，深入理解材料從微觀到宏觀多個尺度的各類現象與性能，并對材料的結構和物性進行理論預言，從而達到設計和開發新材料的目的．材料的多尺度計算模擬方法主要有以下幾種:

(1)第一性原理計算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理論的第一性原理計算方法是目前研究微觀電子結構最主要的理論方法．第一性原理計算方法只用到普朗克常數(h)，玻爾茲曼常數(kB)，光速(c)，電子靜態質量(m0)和電子電荷電量(e)這5個基本物理變量和研究體系的基本結構．從量子力學出發，通過數值求解薛定諤方程，計算材料的物理性質．在密度泛函理論，局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)框架下的計算已廣泛應用于第一性原理的電子結構研究中，并已經取得很大的成功．結合一些能帶結構計算的方法，對于半導體和一些金屬基態性質，如晶格常數，晶體結合能，晶體力學性質都能夠給出與實驗符合得很好的結果，同時能夠比較精確地描述很多體系的電子結構(如能帶結構、電子態密度、電荷密度、差分電荷密度和鍵布局等)、光學性質(介電函數、復折射率、光吸收系數、反射光譜及光電導等)和磁性質，從微觀理論角度分析和揭示材料物理性質的起源，使實驗者主動對材料進行結構和功能的控制，以便按照需求制備新材料．

(2)分子動力學方法(MolecularDynamicsMethods)分子動力學是一種確定性方法，是按照該體系內部的內稟動力學規律來確定位形的轉變，跟蹤系統中每個粒子的個體運動，然后根據統計物理規律，給出微觀量(分子的坐標、速度)與宏觀可觀測量(壓力、溫度、比熱容、彈性模量等)的關系來研究材料性能的一種方法[5]．分子動力學方法首先需要建立系統內一組分子的運動方程，通過求解所有分子的運動方程，來研究該體系與微觀量相關的基本過程．對于這種多體問題的嚴格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程．根據波恩－奧本海默近似，將電子的運動與原子核的運動分開來處理，電子的運動利用量子力學的方法處理，而原子核的運動則使用經典動力學方法處理．此時原子核的運動滿足經典力學規律，用牛頓定律來描述，這對于大多數材料來說是一個很好的近似．只有處理一些較輕的原子和分子的平動、轉動或振動頻率γ滿足hγ＞kBT時，才需要考慮量子效應．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在簡單的理論準則基礎上(如簡單的物質與物質或者物質與環境相互作用)，采用反復隨機抽樣的手段，解決復雜系統的問題．該方法采用隨機抽樣的手法，可以模擬對象的概率與統計的問題．通過設計適當的概率模型，該方法還可以解決確定性問題，如定積分等．隨著計算機的迅速發展，蒙特卡洛方法已在材料、固體物理、應用物理、化學等領域得到廣泛的應用[6]．蒙特卡洛方法可以通過隨機抽樣的方法模擬材料構成基本粒子原子和分子的狀態，省去量子力學和分子動力學的復雜計算，可以模擬很大的體系．結合統計物理的方法，蒙特卡洛方法能夠建立基本粒子的狀態與材料宏觀性能的關系，是研究材料性能及其影響因素的本質的重要手段．

我于××年月××日至月××日在××計算科學與計算機應用研究所進行了為期兩個月的實習。通過此次實習，我對自己的專業有了更全面、更深入的認識，看到了自己專業知識上的不足，同時也提高了自己的觀察分析、交流溝通、組織協調等能力。

這次的實習工作主要是開發廣州供電分公司的勞動定員測算系統，它是用計算機根據《國家電力公司供電勞動定員標準試行年月版》（下稱《定員標準》）和分公司內各單位送的設備臺帳來計算分公司內的員工數和生成測算匯總表上報的自動化系統。我參與了該系統開發的全過程：需求分析階段設計編碼階段測試調試階段。

需求分析階段

這個系統的需求比較簡單，主要是根據用戶輸入的各種臺帳（送電、配電、變電設備臺帳及用電戶數、用電設備、試驗儀表臺帳），調用數據庫內的定員測算標準，由此測算出供電局所需的勞動定員。原創：因此在這個階段我們主要是集中開了一次會，由項目經理何春平介紹整個項目的開發背景。

設計階段

有了在需求分析階段中對整個項目的整體認識，我們也就進入了該系統的設計階段，這個系統的重點和難點都是設計怎樣在數據庫存儲電力系統的臺帳和《定員標準》，我們主要是通過開會集中討論的形式來解決這些相關問題的，首先討論了數據庫的設計臺帳、標準及其補充規定的存儲模式與關聯（屬性間關系），并對定員測算算法的設計進行了初步討論。經過討論，我們把《定員標準》中的各種標準統一在一張表中，并且最終在定員測算公式所需變量的定義及標準的補充規定處理中達到一致意見，從而得到各臺帳表、補充規定表、標準統一表及其相關字典。最后我們討論了應用語言實現數據庫的細節，并初次接觸數據建模軟件，通過閱讀已設計好的圖表學習應用它來建立數據庫各表。另外在設計階段還學習應用了項目開發管理軟件，它能夠對項目開發過程中形成的源代碼、文檔及其他開發成果進行管理，便于實現開發的統管及完整性。

摘要：實踐教學作為教學工作的重要組成部分，是理論教學的繼續、擴展和深化，同時也是培養高級技術應用型人才的關鍵。以計算機科學與技術專業實踐教學體系建設為例，著重從學生的基本情況、專業的課程設置、師資建設和硬件配備等多個方面，分析了該專業當前實踐教學體系的實際建設情況和面臨的問題，給出了實踐教學的建設方向及具體實施措施。作為獨立學院，實踐教學體系建設的探索和具體實踐經驗，具有較高的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：實踐教學；實踐教學措施；獨立學院；計算機科學與技術專業

隨著我國經濟社會的快速發展，培養更多更好的高級技術應用型人才是獨立學院今后發展的主要方向，而實踐教學作為整個教學工作的重要組成部分，是理論教學的繼續、擴展和深化，同時也是培養高級技術應用型人才的關鍵。計算機科學與技術專業是一個對理論和實踐要求都極高的工學專業，要形成具有完備功能的實踐教學體系，除了在實際的教學過程中，提高學生的實踐比例，強調理論與實踐的緊密結合，以理論促進學生實踐能力的提升外，還需要在課程設置、硬件配備、師資建設等各方面不斷進行探索和完善。

1實踐教學體系的內涵和構建原則

1.1實踐教學體系的內涵。⑴實踐教學實踐教學是指學生親身參與實踐才能完成的教學環節。諸如實驗、實習、實訓、課程設計、畢業設計、社會實踐等等[1]。⑵實踐教學體系實踐教學體系是實踐教學各個環節所構成的系統，包括實踐教學的內容、實踐教學的形式以及實踐教學師資、基地、教材等構成的教學系統。完整的實踐教學體系應由實踐教學內容體系、實踐教學的考核體系、實踐教學基地、實踐教學師資保障體系、實訓教材體系等組成[2]。1.2構建實踐教學體系的基本原則。實踐教學體系的構建應遵循三個基本原則，分別是特色性原則、實用型原則和混合型原則[3-4]。⑴特色性原則特色是學校生存和發展的源動力，為此，確立以素質教育為核心，技術應用能力培養為主線，應變能力培養為關鍵，與時俱進的人才教育培養模式是實踐教學體系構建中遵循的原則。⑵實用型原則實踐教學體系的構建，要充分體現專業崗位的要求，與專業崗位群發展緊密相關。以此為原則組成一個層次分明、分工明確的實踐教學體系。⑶混合型原則混合型體現在教師類型的混合、理論教學和實踐教學的混合、教室與實驗室的混合等方面，淡化理論教學與實踐教學、專業教師與實踐指導教師、教室與實驗室的界限，打破原來按學科設置實驗室的傳統布局，對實踐教學設施進行重新整合，形成一體化混合實踐教學模式。1.3獨立學院及其學生的特點。獨立學院是隨著高等教育快速發展產生的新型高等教育辦學形式，其招生錄取線主要介于普通本科和高等專科之間，以培養高素質應用型人才為己任，是我國高等教育辦學機制的大膽探索和創新。獨立學院學生在基礎知識、自身素質、自制力、認知能力等方面與一本和二本的學生存在一定的差異[5]，因此在建立實踐教學體系的過程中，應針對這一群體學生的特點，設計更具有針對性，能夠充分激發學生學習積極性，并與一本和二本院校實踐教學相區分的建設方案。

2計科專業現已形成的實踐教學體系