高等教育中計算機簇式知識點的戰略思考

賈韶華

計算機教育的復雜性不僅僅來源于計算機本身的知識，而在于它所涵蓋的各種分支的大量知識交互式二次涵蓋，在高等教育尤其是尖端人才的培養上，處于戰略層面的思考，我認為簇式知識點的教育模式更有利于使人才思路清晰的把握學習方向，研究方向，以及非計算機專業學員對本專業所需的相關計算機知識有一個準確而清晰的判斷。

1.簇式知識點

什么是簇？文件系統是操作系統與驅動器之間的接口，當操作系統被請求從讀取一個文件硬盤里時，相應的文件系統會請求（如FAT 12/24/NTFS）打開文件。磁盤最小的物理 存儲單元 是扇區，但由于操作系統無法對數目眾多的扇區進行尋址，所以操作系統就將相鄰的扇區組合在一起，形成一個簇，然后再對簇進行管理。顯然，簇是操作系統所使用的邏輯概念，而非磁盤的物理特性。為了更好地管理磁盤空間和更高效地從硬盤讀取數據，操作系統規定一個簇中只能放置一個文件的內容，因此文件所占用的空間，只能是簇的整數倍；而如果文件實際大小小于一簇，它也要占一簇的空間。

我所提出的簇式概念就是模糊的引入了物理概念，將交互式的知識相對獨立的，強制性的分類，因為學員的知識水平還不足以面對復雜的計算機多學科知識融合，簇式分類不但不會下降學員的創造力，反之會令其對知識體系分型產生清晰，準確的概念。

2、計算機科學中的數學理論簇

計算機學科最基本的基礎簇就是數學理論簇。計算機硬件制造的基礎是電子 科學 和技術，計算機系統設計、算法設計的基礎是數學，所以數學和電子學知識是計算機學科重要的基礎知識。計算機學科在基本的定義、定理、公理和證明技巧等很多方面都要依賴數學方法和數學知識。數學是利用符號語言研究數量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科。數學， 反映了人們積極進取的意志、縝密周詳的邏輯推理及對完美境界的追求， 成為人類思維的表達形式。而現代計算機發展遇到了很大的瓶頸就是理論數學的發展出現了滯后。計算機直接能識別的語言仍然是0、1二進制代碼。數學更多的是一種抽象的概念是一門重要的工具學科。人類利用一些固定的定律形成理論及抽象的概念，而人類發展學習的初衷并不是脫離實際應用的概念，而是利用它們來指導數學，化抽象為實體。而計算機就由此演化。計算機數學理論簇是計算機技術首先要學習的。它大概可分類為：高等數學，線性代數，概率論，數理統計。

高等數學。高等數學主要包含函數與極限、 微積分 、導數與微分、微分中值定理與導數的應用、不定積分、定積分及應用、空間解析幾何與向量代數、多元函數微分法及其應用、重積分、曲線積分與曲面積分、無窮級數、常微分方程。一般以微積分學和級數理論為主，各種微積分的運算正是計算機運算的基礎。

線性代數。線性代數主要包含行列式、矩陣及其運算、矩陣的初等變換與線性方程組、向量組的線性相關性、相似矩陣及二次型、線性空間與線性變換。

概率論。概率空間，隨機變量與概率分布，隨機向量、抽樣分布、數字特征與特征函數，隨機極限理論，隨機過程，隨機分析，應用概率論，回歸分析金融數學等。概率論是研究隨機現象客觀規律并付諸應用的數學學科，處理隨機現象的基本方法和思想，培養解決實際問題的能力。

數理統計。樣本 及 抽樣 分布； 假設檢驗 ， 參數估計 ， 方差分析 及 回歸分析 ， 是數學系各專業的一門重要課程。應用概率論的結果更深入地分析研究 統計資料 ，通過對某些現象的 頻率 的觀察來發現該現象的內在規律性，并作出一定精確程度的判斷和預測；將這些研究的某些結果加以歸納整理，逐步形成一定的 數學 概型，這些組成了數理統計的內容 樣本 及 抽樣 分布；數理統計預備知識：概率論 、 線性代數 、 數學分析 。

3、計算機科學中的計算理論簇

計算理論是關于計算和計算機械的數學理論。計算機程序設計主要包括如： 匯編語言，C語言、，JAVA、編譯語言，的基本概念、順序結構程序設計、循環結構設計、分支結構程序設計、結構、函數、數組、指針、聯合以及枚舉類型、編譯預處理、位運算、文件等內容，掌握和利用各種編程語言，進行各種程序設計的基本方法，以及編程技巧。計算理論是編程的核心，數學運算又是編程的基礎。包括：算法是解題過程的精確描述，算法學是系統的研究算法的分析， 設計與驗證的學科，計算復雜性理論是用數學方法研究計算機各類問題的復雜性學科，可計算性理論是指研究計算的一般性質的數學理論，自動機理論是以研究離散數字系統的結構和功能以及兩者之關系為主要內容的數學理論，形式語言理論是用數學方法研究自然語言和人工語言的融合性語法理論[1]，計算幾何學是研究幾何外形 信息 的計算機數字化表示。計算理論的形式化方法是建立在嚴格數學運算上的軟件開發方法。軟件開發的過程中，從需求分析， 設計，規約，編程，程序系統集成，測試，軟件生成，維護各個階段，都是采用嚴格的數學語言，并且具有精確的數學語義的方法[2]。并行計算問題是 “同時執行”多個計算程序。延伸學科有： 并行程序設計語言、并行編譯程序、并行算法、并行處理系統、并行數據庫。

4、計算機科學中的數據庫簇

數據庫指的是以一定方式儲存在一起、具有盡可能小的 冗余度 、能為多個用戶共 享 、與應用程序彼此獨立的數據 集合 。是存放二級 存儲器 中的數據集合[3]，并且依照某種 數據模型 組織。 數據結構 獨立于使用它的 應用程序 ，對數據的刪、增、改和檢索由數據庫 軟件 進行管理和控制。內容包括數據整體，數據共享，基本結構，數據庫的基本結構分三個層次，⑴物理 數據層 。⑵概念 數據層 。⑶邏輯 數據層 。主要特點：⑴實現數據共享。⑵減少數據的冗余度。⑶數據的獨立性。⑷數據實現集中控制。⑸ 數據一致性 和可維護性，以確保數據的安全性和可靠性。⑹故障恢復。數據種類[4]分為：層次式數據庫、網絡式數據庫和關系式數據庫三種。

5、計算機科學中的網絡簇

計算機 網絡（computer networks）從整體上來說計算機網絡就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互聯成一個規模大、功能強的系統，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享 硬件 、軟件、數據信息等資源。是一些相互連接的、以 共享資源 為目的的、自治的計算機的集合。另外，從 邏輯 功能上看， 計算機網絡 是以傳輸信息為 基礎 目的，利用 通信線路 將地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統和通信設備按不同的形式連接起來[5]，以功能完善的網絡軟件及協議實現資源共享和信息傳遞的系統。它是一個能為用戶自動管理的網絡 操作系統 。由它調用完成用戶所調用的資源。它可以按連接定義，按需求定義， Internet 的基礎結構大體經歷了三個階段的演進，從單個網絡ARPAnet向互聯網發展，建立三級結構的因特網，多級結構因特網。大致可分為五個接入級[6]：網絡接入點NAP，多個公司經營的國家主干網，地區ISP，本地ISP，校園網、企業或家庭PC機上網用戶。它可以從事資源共享（resource sharing），強大的通信媒介（communication medium）， 電子商務 活動，移動用戶的無線網絡，組成分類包括計算機、網絡操作系統、傳輸介質、應用軟件四部分。各種網絡類型劃分為局域網、城域網、廣域網和互聯網四種。為了減少網絡協議設計的復雜性，計算機網絡中用于規定信息的格式以及如何發送和接收信息的一套規則稱為網絡協議（network protocol）或通信協議（communication protocol）。絕大多數網絡采用分層設計方法。將網絡的整體功能分解為一個個的功能層[7]，不同機器上的同等功能層之間采用相同的協議，同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行信息傳遞。在整個過程中，主要涉及到了三個子系統、即用戶子系統，郵政子系統和運輸子系統。同一計算機的不同功能層之間的通信規則稱為接口（ i n t e r f a c e），在第N層和第（N+ 1）層之間的接口稱為N /（N+ 1）層接口。總的來說，協議是不同機器同等層之間的通信約定，而接口是同一機器相鄰層之間的通信約定。常用網絡以太網（Ethernet）、令牌網（Token Ring）、FDDI網、異步傳輸模式網（ATM）、無線局域網等幾類，按傳輸介質劃分為有線網，光纖網，無線網。按數據交換方式劃分為 電路交換 網，報文交換網，分組交換網。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第539期2014年第07期-----轉載須注名來源按通信方式劃分為廣播式傳輸網絡，點到點式傳輸網絡。按服務方式劃分為客戶機，服務器網絡，對等網。

6、計算機科學中的信息安全簇

計算機信息安全分為廣義安全與狹義安全兩個層次，廣義的信息安全是從傳統的計算機安全到信息安全，是對安全發展的延伸，不是單純的技術問題，而是將技術、管理、法律等應用于 計算機 、 通信 、 電子商務 、 電子政務 、 電子金融 等領域問題相結合的產物。狹義的安全是建立在以密碼論為基礎的計算機安全領域。專業基礎主要集合與圖論、代數與邏輯、密碼學原理、編碼理論、信息論基礎、信息安全體系結構，數據通信原理、計算機網絡安全管理、信息安全概論、網絡安全檢測與防范技術、病毒機制與防護技術、數字鑒別及認證系統、防火墻技術、網絡安全協議與標準等。實現目標是保證計算機數據真實性，保密性，完整性，可用性，不可抵賴性，可控制性，可審查性。安全威脅主要是信息泄露，破壞信息的完整性，拒絕服務，非法使用（非授權訪問），竊聽，業務流分析，假冒，旁路控制，授權侵犯，特洛伊木馬，陷阱門，抵賴，重放，計算機病毒，人員不慎，媒體廢棄，物理侵入，竊取，業務欺騙。主要來源為自然災害、意外事故；計算機犯罪；人為錯誤；"黑客" 行為；內部泄密；外部泄密；信息丟失；電子諜報，比如信息流量分析、信息竊取等；信息戰；網絡協議自身缺陷；嗅探[8]。策略是指DG圖文檔加密，能夠智能識別計算機所運行的涉密數據，自動強制對所有涉密數據進行加密操作，先進的信息安全技術，用戶對自身面臨的威脅進行風險評估，嚴格的安全管理，企業和單位應建立相應的網絡安全管理辦法，制訂嚴格的法律、法規。

7、計算機科學中的人工智能簇

計算機人工智能技術研究 Artificial Intelligence and Robotics Research 是前沿的研究領域，內容包括：智能機器人，機器翻譯，模式識別與智能系統，語音識別與合成，虛擬現實技術與應用，系統仿真技術與應用，計算機神經網絡，工業過程建模與智能控制[9]，知識發現與機器學習，智能計算與機器博弈，人工智能理論，計算機感知，圖像處理與計算機視覺，建筑智能化技術與應用，狀態空間表示，知識推理技術，模糊邏輯技術，神經網絡技術，專家系統，機器學習，群集智能[10]。

8、計算機科學中的應用簇

計算機應用 技術，Technology of Computer Application，對各種軟件的各種設置屬性和功能有足夠的應用能力，可以駕馭 計算機 高效率的為不同人群提供需要的各種服務。主要包括： 計算機 軟硬件技術基礎、Linux 操作系統 、 微型計算機 安裝調試維修、 工程經濟 、 數據結構 與C 程序設計 、 數據庫系統 SQL、 計算機輔助設計 、單片機原理與技術、 多媒體 軟件應用、高級語言匯編、VB. net程序設計、計算機網絡與網站建設、Delphi程序設計、圖形圖像應用處理（PhotoShop）、 Java語言程序設計 、Flash動畫制作、辦公室軟件應用操作。

計算機科學一直在不斷地從多學科的概念、方法和理論中吸取營養，反過來，計算機科學的發展也為多學科研究提供新的方法和工具。計算機簇式知識點理論有助于將復雜的知識體系清晰化，僅就教學而言，我認為是戰略性的，我們的考試評價體系以及專業技術認證體系應當進行簇式單項的認證，對應用型人才又可以多項簇考核的總成績結果組合成不同的分類認證師。這樣的考核和教學模式更有利于計算機人才的培養。

（作者單位：空軍工程大學理學院）