《計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)》教學(xué)研究與實(shí)踐

邸書靈

（河北工業(yè)大學(xué)廊坊分校 計(jì)算機(jī)與電子學(xué)部，河北 廊坊 065001）

摘要：針對《計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)》課程的特殊性，結(jié)合我校學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和定位，就學(xué)時分配、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課后作業(yè)及考核方式等教學(xué)環(huán)節(jié)的研究和實(shí)踐做了介紹，特別強(qiáng)調(diào)了因材施教、動態(tài)跟蹤的教學(xué)理念，并提出了進(jìn)一步探索的方向。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；課后作業(yè)；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0135-02

本學(xué)期承擔(dān)了“計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)”（以下簡稱“前沿技術(shù)”）課，該課是我校本科大三計(jì)算機(jī)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)在第六學(xué)期開設(shè)的一門選修課程。課程的主要目的和任務(wù)是使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的各個學(xué)科分支的歷史與現(xiàn)狀，對主流技術(shù)熱點(diǎn)及發(fā)展方向和趨勢有所把握，為今后進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)或從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

一、教學(xué)準(zhǔn)備：關(guān)注教學(xué)對象、精選教學(xué)內(nèi)容、合理分配學(xué)時

對于常規(guī)、經(jīng)典課程如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，其教學(xué)內(nèi)容相對明確、固定，因此教學(xué)內(nèi)容不需要教師花太多精力思考，教材也比較好選。但像“前沿技術(shù)”這種課程，課程名稱可以多年不變，但其內(nèi)涵是不斷發(fā)展、變化的，且涉及計(jì)算機(jī)學(xué)科的諸多分支領(lǐng)域。本學(xué)期的學(xué)生已學(xué)課程包括面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用技術(shù)、軟件工程、操作系統(tǒng)等學(xué)科基礎(chǔ)課以及Java編程技術(shù)、Web程序設(shè)計(jì)等專業(yè)課。從總體來看，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)比較偏重專業(yè)基礎(chǔ)。結(jié)合我校學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和定位，在教學(xué)內(nèi)容的組織方面主要有以下設(shè)計(jì)：

1.盡量多地介紹相關(guān)專題。讓學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)盡量多地接觸各種前沿知識和技術(shù)，以幫助學(xué)生開闊眼界，為學(xué)生多打開幾扇窗，有利于學(xué)生日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和提高。

2.對于學(xué)生有基礎(chǔ)的專題，內(nèi)容主要包括兩部分：基礎(chǔ)知識回顧和新知識講解。對于學(xué)生沒有基礎(chǔ)的專題，則從基本概念講起，精選核心內(nèi)容。

教材選擇也是教學(xué)準(zhǔn)備很重要的內(nèi)容，經(jīng)過多次比較，選用清華大學(xué)出版社出版的《計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)》一書。該書共十六章，“概述、計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展、高性能計(jì)、現(xiàn)代操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、可信系統(tǒng)和可信軟件、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展、數(shù)據(jù)挖掘及其應(yīng)用、人工智能前沿、機(jī)器學(xué)習(xí)的研究、搜索引擎技術(shù)、集體智慧與Web 2.0、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、服務(wù)科學(xué)與服務(wù)計(jì)算、智慧地球”，除第一章外共十五個專題。基本覆蓋了目前主流的學(xué)科前沿技術(shù)[1]。16章內(nèi)容包括15個專題和1個課程簡介，共24學(xué)時，分為12次課。前6個專題涉及計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，學(xué)生有相關(guān)基礎(chǔ)，因此1次課2個專題，平均1個專題1學(xué)時，約四分之一學(xué)時用于回顧相關(guān)知識，四分之三學(xué)時用于講解新的知識和技術(shù)。后4個專題涉及集體智慧、Web2.0、物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)科學(xué)與服務(wù)計(jì)算、智慧地球等，其共同的特點(diǎn)主要是在前面專題技術(shù)之上的發(fā)展而來，是前述技術(shù)的綜合運(yùn)用，全新的技術(shù)成分不多，重點(diǎn)是讓學(xué)生建立相關(guān)概念及技術(shù)體系，因此也安排1次課2個專題。其他1個專題1次課。

二、教學(xué)方法

綜觀國內(nèi)“前沿技術(shù)”類課程的教學(xué)方法，大多采用講座的方式。有些名校，根據(jù)不同專題邀請不同的頂級專家學(xué)者進(jìn)校講座。一般的學(xué)校動員校內(nèi)教授專家博士等，結(jié)合自己的研究方向輪流講座。但本學(xué)期接到的教學(xué)任務(wù)是由本人一人完成。在教學(xué)方法上主要有以下幾點(diǎn)做法：

1.新舊專題不同講法、內(nèi)容合理調(diào)整完善，對于學(xué)生有相關(guān)基礎(chǔ)的專題，采用簡單回顧已有知識+深度講解前沿技術(shù)的方式。在知識回顧階段通過設(shè)置問題來引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生復(fù)習(xí)，并做適當(dāng)補(bǔ)充和拓展。如“數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展”專題，學(xué)生在前一學(xué)期學(xué)習(xí)了“數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用”一課，本次授課時首先引導(dǎo)學(xué)生一起回顧了關(guān)于“關(guān)系模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、SQL語言”等基本知識，之后講解了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫及其與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)對比，以及數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、商務(wù)智能等新知識，現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)及技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)家等知識。此外，在授課過程中對某些專題進(jìn)行了補(bǔ)充完善。如“第八章 數(shù)據(jù)挖掘及其應(yīng)用”，教材主要集中于數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)內(nèi)容，實(shí)際上，數(shù)據(jù)倉庫是與數(shù)據(jù)挖掘緊密相關(guān)的內(nèi)容，此外，大數(shù)據(jù)從內(nèi)容上與數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘聯(lián)系也很緊密，同時大數(shù)據(jù)也是目前主流的、應(yīng)用廣泛的學(xué)科前沿技術(shù)[2]，因此，授課時將原來的內(nèi)容補(bǔ)充為“第八章 數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)”。這樣關(guān)于數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用方面的知識更加完善。對于全新的專題，則從基本概念開始，并精選教學(xué)內(nèi)容，以使有限學(xué)時內(nèi)信息量大、知識豐富。在教學(xué)過程中征集學(xué)生反饋，并進(jìn)行合理調(diào)整。如“機(jī)器學(xué)習(xí)”專題[3]，將原計(jì)劃2學(xué)時的內(nèi)容調(diào)整為4學(xué)時，介紹了各種機(jī)器學(xué)習(xí)范式，并進(jìn)行對比學(xué)習(xí)和應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了深度學(xué)習(xí)概念和思想[4]。

2.緊密結(jié)合行業(yè)動態(tài)、密切關(guān)注熱點(diǎn)事件，開課前的內(nèi)容準(zhǔn)備主要是已有知識、已發(fā)事件的整理，此后以及教學(xué)過程中隨時都可能有新技術(shù)、新產(chǎn)品、新事件出現(xiàn)。課程既然是“前沿技術(shù)”，就需要教師關(guān)注行業(yè)動態(tài)、學(xué)科發(fā)展，對新技術(shù)、新產(chǎn)品、新事件保持足夠的敏感。在教學(xué)過程中緊密結(jié)合國際國內(nèi)、業(yè)界等新動向、新情況，引入最新發(fā)生的典型案例。如在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”專題，涉及“信息安全”方面的內(nèi)容，正值中央電視臺3.15晚會播出的第二天，因此及時地引入了晚會曝光的讀卡器盜刷銀行卡的案例，重點(diǎn)講解了盜刷原理、相關(guān)技術(shù)以及保護(hù)措施，然后提醒同學(xué)們注意個人信息安全，以及正確使用網(wǎng)絡(luò)等方面的注意事項(xiàng)。在“人工智能”專題[5]，正好是Google機(jī)器人AlphaGo和韓國棋手李世乭對決期間，利用學(xué)生們對該比賽感興趣的心理，將該案例引入課堂，并引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注AlphaGo的硬件、網(wǎng)絡(luò)、云平臺及相關(guān)算法，很好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、課后作業(yè)及課程考核

1.課后作業(yè)，根據(jù)前面所述，本課教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法都不同于常規(guī)的課程，限于學(xué)時每個專題只能做提綱挈領(lǐng)式的介紹。為了使學(xué)生對專題內(nèi)容有更深入的了解，課后作業(yè)要求以小論文的形式完成。為了激發(fā)學(xué)生興趣，盡量設(shè)計(jì)和青年學(xué)生比較接近的話題。如“人工智能”專題的論文要求“看一部與人工智能有關(guān)的電影，寫一篇電影介紹和影評”（必做題目），此外還設(shè)計(jì)了一個選作題目：觀看CCTV2的2016-2-28《對話》節(jié)目。該期題目是“人工智能：機(jī)器好過人？”，節(jié)目特別邀請了《紐約時報》高級科技記者、專注于機(jī)器人與人工智能領(lǐng)域報道、暢銷書《與機(jī)器人共舞》的作者約翰·馬爾科夫，講述語音識別技術(shù)、無人駕駛汽車等。其中還出現(xiàn)了《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》、《機(jī)器人總動員》、《機(jī)械公敵》等青年學(xué)生喜聞樂見的電影鏡頭。通過觀看來自于正規(guī)渠道的相關(guān)信息，學(xué)生們對人工智能的理解以及發(fā)展情況會有更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識。

2.考核方式，由于本課的特殊性，課程考核不宜采用期末閉卷筆試方式，經(jīng)請示相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門，采用平時成績計(jì)分形式，即每次課后作業(yè)都計(jì)分，每次分值可能不同，總分為100分。因此每個學(xué)生的每次作業(yè)都要全批全閱、寫評語給分?jǐn)?shù)，期末積累結(jié)果就是課程成績。這種考核方式在課程介紹時就向?qū)W生講清楚，提示學(xué)生要做好每次課后作業(yè)。

四、總結(jié)

1.努力做到因材施教，對于本次打破常規(guī)的教學(xué)探索和實(shí)踐，從教學(xué)準(zhǔn)備到教學(xué)實(shí)施，作為任課教師感覺投入很大，壓力很大。雖然在開學(xué)前已經(jīng)將所有教學(xué)內(nèi)容都組織整理并進(jìn)行了多次修改完善，但在每次課前還會做調(diào)整和補(bǔ)充，尤其隨著對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)及掌握情況的逐步深入了解，有些內(nèi)容需要做針對性的調(diào)整。

2.跟蹤、掌握最新動態(tài)，信息技術(shù)發(fā)展迅猛、新技術(shù)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，作為教師要特別關(guān)注國際國內(nèi)行業(yè)發(fā)展、典型事件、熱點(diǎn)技術(shù)、國家政策、大公司動態(tài)等，要善于獲取相關(guān)信息，并有針對性地融入教學(xué)中。引導(dǎo)和幫助學(xué)生建立自己的知識體系和知識增長點(diǎn)。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生日后的發(fā)展需要，他們應(yīng)該學(xué)會選擇、規(guī)劃自己未來的發(fā)展道路，學(xué)會學(xué)習(xí)、自我提高。

3.繼續(xù)探索教學(xué)方法。

本次教學(xué)過程主要是以教師講為主。為了調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)興趣，下一次可適當(dāng)安排學(xué)生課堂報告。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉.計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[2]黃宜華.深入理解大數(shù)據(jù)：大數(shù)據(jù)處理與編程實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[3]李銳，李鵬，曲亞東，等，譯.機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[4]謝磊.深度學(xué)習(xí)：方法及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[5]馬少平，朱小燕.人工智能[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.