計算機公共平臺課程建設與實踐

摘要：為適應石油主干專業研究生計算機應用創新型人才培養目標，高校必須進行計算機公共平臺課程改革與建設。在教學中，以完善計算機知識結構和提高計算機應用技能為教學目標，理順知識體系，豐富實用性和應用性教學內容，發揮教學團隊作用，重視實踐教學和課外輔導，這樣才能取得很好的教學效果。

關鍵詞：研究生；公共平臺課程；知識結構；應用技能

計算機科技是信息社會的基石，廣泛應用于提高生產效率和管理水平，因此，受到各行各業關注，尤其在石油石化領域倍受重視。計算機應用是模擬人工問題求解過程，并發揮其高效率、高精度和高存儲等特點對問題進行相關的數據收集、加工、管理和發布等。發揮計算機作用的關鍵是計算機應用系統，其基礎是以計算機硬件為平臺，利用系統軟件和開發工具，結合問題求解方法，進行計算機應用系統的研發。各專業許多成果需要以計算機為載體進行推廣，服務于企事業單位的生產、管理。石油主干專業研究生是科研的生力軍，承擔著大量的科研和知識推廣工作，急需充實計算機應用知識和掌握研發技能。目前，該專業研究生存在一些問題，亟待解決。

一、計算機知識結構不足

我校肩負著石油石化領域高層次人才培養的重任，計算機應用技能是石油主干專業研究生創新能力的重要組成部分，但他們的計算機知識結構參差不齊，且計算機應用知識和技能普遍欠缺，主要表現在以下幾個方面：

1.計算機應用知識缺乏。在非計算機專業的本科階段，各高校推行計算機文化基礎、計算機技術基礎、計算機應用基礎“三個層次”教學。第一層次以基本知識和辦公軟件為內容，讓學生掌握計算機基本知識和操作技能；第二層次以計算機高級語言為內容，讓學生掌握計算機問題求解基本過程；第三層次以石油主干專業應用軟件為內容，讓學生利用應用軟件系統解決專業問題。可以看出，計算機教學的核心是：什么是計算機？怎么操作和使用計算機？缺少計算機應用知識和研發技能的教學。

2.課程重復設置或孤立。過程型計算機語言的編程以變量及其訪問為核心，通過順序、分支、循環結構控制程序的走向。不同過程型語言盡管語法、開發環境和運行環境不同，但具有相同語義和算法，因此，再開設過程型計算機語言課程時，并沒有進一步涉及問題的形式化表示、數據管理、功能分析與設計等內容，也就不能達到提高計算機應用技能。盡管本科階段也開設Java、C++、網站建設等選修課程，但也只介紹了基本概念、語法、語義。這些程內容都是相對獨立的，也有交叉，在知識結構上，沒能形成遞進提升。

3.教學內容不適用。為計算機專業研究生開設的計算機課程，其重點在計算機本學科內容，如《計算理論》《計算復雜性》《分布計算與并行計算》等，大部分不適合于石油主干專業研究生選修。即使部分計算機應用類和開發類課程，如《人工智能原理》、《高級軟件工程》、《Web程序設計》等，有部分石油主干專業研究生選修，也由于缺少前導課程基礎，有許多編碼實現的實驗也難于完成，因此，這類課程學習也難于達到提高計算機應用能力的目的。

二、計算機公共平臺課程建設與實踐

1.重視課程建設，明確教學目標。針對石油主干專業研究生計算機知識結構和應用技能的現狀，以問題描述與形式化表示、數據處理、數據管理以及應用系統研發為核心，豐富和完善計算機應用系統研發相關技術基礎，使他們掌握計算機應用研發的基本概念、基本理論和經典處理方法。為了實現教學目標，在教學中要以計算機公共平臺課程建設為契機，完善教學內容、教學方法和實驗方案，主要涉及：①問題形式化方法；②數據表示及其處理算法；③數據管理與運算；④信息系統訪問及操作；⑤軟件工程的基本思想及軟件開發技術與集成技術。

2.理順知識體系，完善知識結構。通過對石油行業的調研，我們總結出石油企業計算機應用主要應用包括數據處理、數據管理、數據交互三大領域。數據處理主要用于油藏數值模擬、地震數據反演等，其核心是數學建模和智能建模及其參數優化；數據管理主要用于石油工程、地質工程和油田信息化建設等，其核心基于應用領域的數據模式及其關聯關系和業務流程，借助于數據庫管理平臺實現數據信息管理；數據交互主要用于油氣勘探開發和生產管理等，其核心是計算機網絡結構和協議（機-機交互），數據可視化（人-機交互）。從計算機學科應用角度，綜合考慮石油主干學科應用特點，優化篩選計算機應用知識構成主要教學內容。同時，理順本科和研究生階段的計算機知識體系，確保計算機知識的連貫和提升，避免教學內容重復。

3.聯系實際應用，豐富教學內容。在教學過程中，以提高計算機應用技能為核心，重視計算機應用相關的理論、方法，確保計算機知識的基礎性和研發實踐中計算機知識的實用性，同時，通過聯系生產實際，強化計算機應用實踐，增進計算機問題求解能力的應用性，達到提高計算機應用技能的目的。在數據處理教學中，以“基于粒子群優化的分段線性逼近數學建模”為例，解決地震反演問題；在數據管理教學中，以“海相油氣地質知識管理關鍵技術研究”為例，解決油氣勘探數據（包括知識）管理問題；在數據交互教學中，以“地震數據可視化研究”為例，結合圖形系統平臺，解決地震數據三維可視化問題。基于案例教學過程中，每一案例都可成為完整的系統，涉及到需求分析、問題形式化、邏輯分析、功能設計、編碼實現和測試等研發過程，最終形成軟件工程思想。通過“問題提出-實際案例-理論學習”和“理論學習-實際案例-問題解決”，形成“實際案例和應用理論”相結合的教學模式，突顯計算機應用知識和能力培養，達到深入學習計算機應用知識的目的。

4.發揮教師經驗，確保教學質量。由教授牽頭負責，組織副教授和博士構成教學團隊承擔課程建設和教學任務。在科研上，團隊成員長期從事計算機科研工作，富有計算機研發經驗，確保教學內容能夠講解深入透徹。在教學上，團隊成員承擔計算機教學工作，并且多門課程通過學校合格課程評估，具有豐富的教學實踐經驗，確保教學內容能夠講解、消化、理解。多年來，團隊成員一直參與教改工作，并發表教改文章總結教學經驗，編寫教材和講義，取得一系列教改成果。團隊成員具有良好的教育背景和教學、科研經歷，為公共平臺課程建設奠定了基礎，確保了教學質量。

5.設計實踐課題，提高應用技能。在教學過程中，強調課程習題實踐，把課程習題分為基礎類習題和應用類習題。基礎類習題以數據表示、數據存儲、數據處理等基本知識為要點，達到消化、掌握基本知識，為后續計算機應用技能的提升奠定基礎。而應用類習題結合教師的研發成果經驗，設計內容與實際應用緊密相關，并要求以2～3人小組形式，按研發流程實現系統的設計和開發。為了減少應用類習題的難度，涉及到的習題與課程技能性的內容有一定相似性，也可在技能性講義的基礎上進行修改和完善。對于應用類習題，從需求分析開始，要求進行系統邏輯分析、功能設計、詳細設計、用戶體驗設計（界面設計）、編碼實現等過程，完成相應的報告文檔，體現了把計算機基礎知識融合到計算機應用技能中，提升了教學內容的應用性和實用性。

6.加強實踐答疑，增強問題理解。對于計算機公共平臺課程，選修的研究生較多，但他們擁有計算機知識的水平和認知能力差異較大。完成應用類習題包括“問題—方法—算法—程序”，涉及到多個階段，任何一個階段遇到難處都難于完成習題。研究生學習能力較強，對基本知識的理解和掌握較好，普遍能夠順利完成基礎類習題，但對應用技能掌握較難，難于很好完成應用類習題。這些學生對自己專業相關問題較為清楚，也能較好地理解處理問題的有關方法，但在方法轉變為算法上不很適應，導致后續程序難于實現。通過定時安排答疑，適當調整集中答疑和分散答疑。一方面，對共性的難題進行分析、講解；另一方面，由于知識水平的差異，對個性的難題進行及時輔導。通過教學實踐，發現答疑非常有意義，對研究生應用知識和技能提升的重要性不亞于課堂教學。

隨著計算機的發展和普及，計算機與其他學科領域結合應用是計算機應用的主要形式，并為計算機學科和其他學科的發展起到重要作用。在石油主干專業研究生的計算機公共平臺課程建設中，要把完善計算機知識結構、提高計算機應用技能作為教學目標，制定專題性的應用，使研究生計算思維的形成和應用落到實處，為培養石油主干專業信息化建設的計算機應用創新型人才起到重要作用，但教學內容的實用性限制了應用的廣泛性，導致此類課程通用建材建設的困難。這也是后續需要努力做好的工作方向。

參考文獻：

[1]葉含笑，江依法.非計算機專業研究生計算機基礎課程設計[J].計算機教育，2012，（3）：56-58.

[2]李國和，袁林林.加強計算機教學提高研究生實踐能力[J].石油教育，1996，（12）：27-29.

[3]李國和.完善計算機基礎教學提高計算機綜合應用能力[J].石油教育，1999，（5）：19-21.

[4]李國和，王澤華.計算機基礎教育的實踐與研究[J].新疆職工大學學報，2003，11（2）：8-10.

[5]吳衛江，趙建輝，劉博.也談計算機硬件課程群建設[J].計算機教育，2012，（1）：24-27.

[6]連遠鋒，王新，李莉.“因專業施教”的數據結構教學改革探索[J].計算機教育，2011，（6）：5-7.

基金項目：中國石油大學（北京）重點教改項目

作者簡介：李國和（1965-），男，博士，教授，博士生導師，研究方向為人工智能，數據可視化等；吳衛江（1971-），男，副教授，研究方向為智能信息處理，數據庫技術；趙建輝（1971-），男，講師，研究方向為物聯網技術，數據信息處理；連遠鋒（1976-），男，博士，講師，研究方向為計算機網絡，圖像處理。