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P鍵詞： 人工智能；創新；本科
Key words： artificial intelligence；innovation；undergraduate
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0230-02
0 引言
人工智能是計算機科學的一個分支，是當前科學技術中正在迅速發展、新思想、新觀點、新理論、新技術不斷涌現的一個學科，其屬于一門邊緣學科，同時也是多個學科交叉而成的一門學科，包括語言學、哲學、心理學、神經生理學、系統論、信息論、控制論、計算機科學、數學等[1]。當前人工智能已經是很多高校計算機相關專業的必修課程，它是計算機科學與技術學科類各專業重要的基礎課程，其教學內容主要包括自然語言理解、計算智能技術、問題求解和搜索算法、知識表示和推理機制、專家系統和機器學習等，國內外很多大學都意識到了其重要性，紛紛對其展開了教學和研究。人工智能課程包含多個學科，具有內容抽象、理論性強、知識點多等特點，且算法復雜，但是多數高校采用的教學方式仍是傳統的課堂教學方式，即“教師講、學生聽”的教學模式，這種信息單向傳輸教學模式以教師為主體，學生只是在被動的接收知識；存在過分重視理論教學，忽視實踐活動教學的問題，導致教育內容無法和社會接軌；人工智能教材理論性過強，學生在學習過程中常常感到枯燥乏味，進而對學習該課程失去熱情[2]，久而久之，不僅人工智能課程的教學質量和效果無法達到預期，甚至學生還會產生厭學心理。針對人工智能課程中現有的各項問題，本文作者結合自身豐富人工智能教學實踐經驗，參考人工智能課程特點和教學目標，從多個方面探討和總結了人工智能，包括教學內容、教材選擇、教學方法和考核形式等。
1 教學內容優化與更新
人工智能是一門嶄新的學科。開設本課程首先是確定教學內容。通常來講，人工智能學科的內容包括兩個部分，具體：一是知識表示和推理；二是人工智能的應用。前者是人工智能的重要基礎，后者主要介紹了幾種人工智能應用系統，包括自動規劃和機器視覺、機器學習、專家系統等。另外，課程內容中還包括了一些人工智能應用的實例，將實踐和理論緊密結合起來[3]。
隨著時代的發展和科技的進步，人工智能學科也取得了較大發展?；诖耍斯ぶ悄軐W科也應該與時俱進，更新人工智能教學大綱，進一步完善其教學內容。修訂后的人工智能教學大綱將人工智能分成兩個部分，即基礎部分和擴展應用部分。前者包括計算智能、搜索原理、知識表示等，后者包括智能機器人、智能控制、多智能體、自然語言理解、自動規劃、機器學習、知識工程等。
教學內容的選擇和確定應綜合考慮多項因素，不僅要重視基礎知識，也應注意推陳出新，隨著科技的進步做到與時俱進，同時教學內容應符合現實的需求，能夠與社會接軌，將理論和實踐緊密結合起來，只有這樣人工智能課程的教學質量和效果才能事半功倍。
2 教學策略及教學方法的改革創新
由于人工智能課程具有算法復雜、內容抽象、理論性強、 知識點多的特點，傳統的教學模式已經無法滿足人工智能課程的需求，教師應探索更加有效的教學模式和方法，確保人工智能課程能夠取得良好的教學質量和教學效果。具體的改革和創新人工智能課程的手段和方法主要包括以下幾個方面：
2.1 激發學生的學習興趣 無論是經驗還是常識都在告訴我們每個人最好的老師就是興趣，學生只有對某門學科存在興趣，才會更加主動積極的學習該門課程，從而獲得良好的教學效果。比如，作者在課程的一開始先播放了一段著名導演斯蒂文?斯皮爾伯格的《Artificial Intelligence》的相關片段，由這個電影學生知道了世上存在人工智能的機器人，學生們隨著電影情節的發展而深深感動，與此同時教師讓學生思考和談論人工智能是什么？研究人工智能的意義在哪里？實踐發現，在課堂中加入電影因素，能夠大大提升學生們的注意力，讓學生更加專注在教學任務中，有效提高了學生探索人工智能的積極性和主動性。此外，在教學中還可以用動畫、視頻、圖片等手段將反映人工智能最新研究和應用的成果展示出來，讓學生更直觀的感受人工智能的奧妙，從而投入更多熱情學習人工智能課程。
2.2 面向問題的案例教學法 案例教學法是一種以案例為基礎、以能力培養為核心的一種教學方法[11]。針對學校學生特點，我們采取了以下幾種教學形式實施案例教學。①講解式案例教學：這種案例通過教師的講解，幫助學生理解抽象的理論知識點。案例的呈現有兩種基本形式：一是“案例―理論”，即先給出教學案例，然后再講解理論知識；二是“理論―案例”，即教師先講解理論知識，再給出教學案例；通過情境體驗與案例剖析激發學生認知的興趣，引導學生對將要學習的內容產生注意，有利于教師導入新課。②討論式案例教學：在課程初期將學生分成若干學習小組，每小組3～4人；教師將提前設計好的一題多解的教學案例以及收集的相關資料分配給每個小組，要求學生在課余時間通過自學和組內討論的方式給出問題的不同解決方案。③辯論式案例教學：在課程后期，采取專題辯論的方式對綜合應用案例進行討論，能有效地啟發學生全方位地思考和探索問題的解決方法，加深學生對人工智能的理解。
2.3 個性化學習與因材施教 在開展課程教育過程中應注意對學生進行個性化教學，結合學生特點因材施教。比如，在日常教學中多觀察學生情況，鼓勵那些應對教學任務后仍存在余力的W生深入探索較深層次的課程及相關知識，同時友善面對學習較差的學生，分析其學習過程中面對的困難，有的放矢地采取應對措施，幫助其不斷進步；在教學過程中讓學生以讀書報告的形式多多思考，鼓勵學生發散性思考問題，鼓勵優秀學生進行深一步的探討，并且教師應幫助具有新穎思想或論點的學生將其智慧以科技論文和發表文章的形式轉化為成果。
2.4 注重綜合能力培養 在研究型教學中任務驅動是一種常用的教學方法，其中心導向是任務，學生在完成任務的同時也在吸收和掌握知識。通常來講，該教學方法的步驟是：教師提出任務師生共同分析以得出完成任務的方法和步驟適當講解或自學、協作學習完成任務交流和總結?！盵3]該教學模式不僅有利于培養學生的創新能力和創新意識，還能夠培養學生解決實際問題的能力，提高其綜合實力。不僅如此，由于該教學模式通常是以小組協作的方式進行，教師給出研究范圍，學生自愿結組并選擇具體的題目，經過分析和討論后以程序設計或者論文的形式協作完成研究。由此可知，學生是在以團隊的力量解決問題，這十分考驗學生的團隊協作能力，對于學生團隊合作精神的培養至關重要，且在完成任務的過程中學生需要查閱大量的資料，久而久之學生收集資料和創新能力勢必會得到提升。
2.5 采用啟發式教學 人工智能的很多問題都較為抽象，對學生理解力的要求較高，因此，在實際的教學過程中教師應有意識的就課程內容提出相關問題，讓學生自己獨立思考，鼓勵學生提出自己的想法和解決方案。然后回歸到課程上，對比分析教材上的解決方案和學生自己的解決方案，如此不僅培養了學生獨立思考的能力，也增加了學生參與教學活動的意識，提高了學生的學習熱情。比如，在講到較為抽象的“遺傳算法”時，先提出一個問題，即“遺傳算法如何用于優化計算？”，然后從“達爾文的生物進化論”入手，討論“遺傳”、“變異”和“選擇”作用，之后舉例分析，啟發學生思考“遺傳”、“變異”和“選擇”的實現，最后師生一起導出遺傳算法用于優化計算的基本步驟。如此既完成了教授遺傳算法的目的，也鍛煉了學生邏輯思維的能力，教學效果良好[4]。
3 作業和考核方式的改革創新
過去的課程作業都是單一書面習題作業，發展至今，課程作業形式已經發生了變化，更加豐富多樣，包括必須交給教師評閱的書面家庭作業和不必交給教師的課外思考題目、口頭布置的思考題或閱讀材料以及大型作業等。其中通過網絡就可以完成上交作業，并且教師批閱作業后也可以通過網絡返回給學生，實現了網絡化。課程的考核方式較之以前也發生了較大變化，加強了平時思維能力的考核，更加注重學生實驗能力和動手能力的培養，不再是絕對的一次考試定成績，而是在總評成績中加入30%的平時成績，如此不僅減輕了學生的期末負擔，也迫使學生更加重視平時的學習思考，有利于課程教學質量的提升。
4 結束語
本文是以提高教學質量為目標，結合教學實踐，從教學體系、教學內容、教學方法、考核方式等方面對本科人工智能課程的教學改革進行了探討，總結了該課程在教學和實踐方面的一些教改舉措。這些舉措符合二十一世紀高校教學的要求，可以支持教師提高教學手段現代化的水平，同時更貼合學生的學習需求。作為該課程的授課教師應始終保持對教學內容的不斷更新、教學方法的多樣化，才能激發學生的學習興趣，培養他們的思維創新和技術創新的能力，最終提高本課程的教學質量。從學生的反饋來看，作者所總結的教學實踐具有明顯的教學效果。但仍有許多方面做得不夠，今后將繼續在教學過程中不斷總結成功的經驗，吸取失敗的教訓。
參考文獻：
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[2]謝榕，李霞.人工智能課程教學案例庫建設及案例教學實踐[J].計算機教育，2014（19）：92-97.
1背景
智能科學與技術是當前科學研究和工程實踐的理論與技術發展的前沿領域，智能科學與技術專業是一個多學科交叉的跨應用領域專業Ⅲ。智能科學技術的發展將把整個信息科學技術推向“智能化”的高度，這正是當代科學技術發展的大趨勢，對于這方面人才的需求也越來越迫切。智能科學與技術培養掌握堅實智能科學與技術基本理論和系統專門知識，具備作為工程師或領導者及公民的良好人文修養，具有從事科學研究、工程設計、教學工作或獨立擔負本專業技術工作能力，深入了解國內外智能科學與技術領域新技術和發展動向，能結合與本學科有關的實際問題進行創新研究或工程設計的高級專門人才。
高校應穩妥發展與完善智能科學與技術專業的本科生教育，夯實本科教育基礎并積極創造條件，大力開展創新教學，努力培養學生的創新意識、創新精神和工程實踐能力，使之成為具有系統技術基礎理論、專業知識和基本技能，良好科研素質和較強創造能力的智能科學與技術工程師。
2教學計劃與教學管理分析
智能科學與技術屬于計算機類專業，其必修課程設計原則是使學生具備計算機科學與工程的基礎理論知識，尤其是大類專業招生教學的院校，通識課程主要是數學、物理文化基礎，強調扎實的自然科學基礎。專業教學的特色體現在專業必修和專業選修課程，專業必修課一般分為數學基礎和專業課程。計算機類專業數學基礎課程一般包括線性代數、微積分、離散數學、微分方程、概率與統計、數值計算等；專業課程一般包括程序設計基礎、高等程序設計、數據結構、操作系統、計算機組成與結構、數字電路與邏輯設計等。
2.1學分
本科培養計劃的學分中，國內外大學學分總數趨勢是逐步減少，追求少而精。國內院校一般在130～190學分之間，如北京大學為150學分，清華大學為1 70學分，東南大學與浙江大學均為160學分，還有16學時為1學分的，也有18學時為1學分的。
中國臺灣的大學一般在130學分左右。臺灣交通大學最低畢業學分為128學分，其中必修課程須達76學分（共同必修58學分+資工組核心須達分+（資工組副核心課程學分+另2組核心課程學分）），專業選修本系課程須達12學分，其他選修課程須達12學分，通識課程須達28學分（含外語課程必修8學分）。臺灣“中央大學”為136學分，臺灣“清華大學”為136學分，其中必修和必選學分126，其他與導師商量決定。
美國的大學各校差異較大。美國的學分計算有4學期制、兩長一短制及兩學期制，其中加州大學伯克利分校為120學分，麻省理工大學為90學分，加州大學洛杉磯分校為186學分，斯坦福大學為180學分。
2.2教學管理
在教學管理上，斯坦福大學給學生提供了非常寬松的自由發展空間。新生入校后不分專業、不分學院。除了醫學院和法學院學生需要經過一定的選拔程序外，本科生可以在入學后的前一個學期適當時候隨意選擇專業，并且選擇專業后允許更改，只要畢業時滿足專業培養方案即可。
國內的浙江大學是較早實行按大類招生的學校之一，分為大類培養、專業培養和特殊培養3類，前兩年不分專業，按學科分類集中培養。
臺灣的大學專業也是按大類完成前期的基礎課程，再分小專業完成各學程，包括基礎課、核心課和進階課。
教學分組是現在的主流課程架構，也是體現專業方向的主要形式，分組課程是體現專業特色的課程組。國內清華大學采用的是分組教學；臺灣的大學基本上采用的是以教學方向分組的方式，臺灣的大學教學分為課程與修業、學分學程。
2.3實驗與實踐教學
計算機類專業各大院校都強調課程實驗與實驗教學，而目前課程該如何進行教學？這不僅是實驗問題，如何以工程教育專業論證為目標，怎樣使教學目標達到畢業要求是關鍵。做中學是主流實驗教學方式，尤其是美國的大學，大作業體現的是實驗與理論教學的結合，是考查學生是否理解理論知識的重要途徑。學生不僅能夠學習扎實的數學和計算機專業知識，還進行大量的實踐創新訓練。麻省理工大學、加州大學伯克利分校、加州大學洛杉磯分校、斯坦福大學都屬于實踐創新性教學模式。例如，斯坦福大學程序設計范式課程重點比較C、C++、Java的特點和難點，每1～2周有一次大作業，針對不同的任務，要求學生用不同的語言實現，使學生加深理解各類編程語言的應用場合；麻省理工大學的課程計劃是必須先修12學分的實驗課程，再修3門或4門核心課程，最后選擇3門方向學科和1門關于該方向的實驗課、2門專業拓展課。
3智能科學與技術課程體系分析
智能科學與技術課程體系在智能基礎理論研究的基礎上，需要安排基礎性、通用性、關鍵性的智能技術研究，主要包括感知技術和信息融合技術；自然語言處理與理解技術；知識處理（認識）技術，包括知識提煉、知識分類、知識表示技術等；機器學習技術，特別是統計與規則相結合的學習技術；決策技術，即知識演繹技術特別是不確定推理技術等；策略執行技術，即控制與調節技術；智能機器人技術，特別是面向專門領域的智能機器人技術；智能機器人之間的合作技術；基于自然語言理解的智能人機交互與合作技術；智能信息網絡技術。
國內最早創辦智能科學與技術專業的學校包括北京大學，西安電子科技大學是第2批開始培養智能專業學生的院校。北京大學的本科教學計劃中，專業必修課程（2分）包括：①專業數學/理論基礎（15學分）：算法分析與設計、集合論與圖論、概率統計A、代數結構與組合數學、數理邏輯；②硬件與系統基礎（分）：數字邏輯設計、微機原理和信號與系統；③智能基礎（5學分）：腦與認知科學與人工智能基礎。專業限選課程（15學分）包括信息論基礎、計算方法B、數字邏輯設計實驗、微機實驗、數據結構與算法實習、機器感知和智能處理實驗、智能多媒體信息系統實驗。選修組合課程（29～32學分）：學生按照自己的興趣，參考智能的2個專業方向推薦專業課組合，自行選擇，至少選修20學分的智能專業課程。公共核心+專業方向+新技術及其他：①公共核心課程（分）：智能科學技術導論、模式識別基礎、生物信息處理、智能信息處理；②專業方向課程（11～15學分）：機器感知與智能機器人方向、智能信息處理與機器學習方向、新技術及其他。
西安電子科技大學智能專業主要課程包括電路分析理論、信號與系統、數字信號處理、數字電路及邏輯設計、模擬電子技術基礎、微機原理與系統設計、數據結構、軟件工程、人工智能概論、算法設計與分析、最優化理論與方法、機器學習、計算智能導論、模式識別、圖像理解與計算機視覺、智能傳感技術、移動通信與智能技術、智能控制導論、智能數據挖掘、網絡信息檢索、智能系統平臺專業實驗等課程及30多門選修課程。
建議各學?？梢愿鶕W院教學特色與實際需求，設計專業核心課程。北京大學偏重“信息處理”，湖南大學偏重“智能系統”，但需要強調的一個前提就是智能科學與技術專業屬于大計算機類，更需要大EECS專業的基礎。編程、電路、數學、數據結構、計算機系統這五大核心基礎就是大EECS；其次是專業，計算機以系統結構、操作系統、網絡、編譯、數據庫五大經典專業核心課為主，湖南大學的智能科學與技術專業強調系統，因此信號與系統、操作系統、嵌入式系統、人工智能是最基本的專業核心課，然后再分不同的分支。湖南大學智能科學與技術專業核心課程包括人工智能概論、機器學習、計算智能導論、模式識別、智能控制導論、智能數據挖掘、機器人學等；研究學位課程包括模式識別、人工智能等，主要體現為智能科學與技術基礎（人工智能概論、機器學習、計算智能導論、模式識別）、核心（智能控制導論、智能數據挖掘）和應用（機器人學）。
4結語
（1）在課程計劃實施過程中，教師需要遵循課程的時序圖，即描述課程的進階關系，從本科直到研究生，同時還可以實行一定的修課限制，如臺灣交通大學計算機概論與程式設計和面向對象程式設計兩科皆不及格者不得修數據結構與算法概論，若數據結構不及格不能修算法設計課程等。
（2）程序設計類課程用上機程序能力考試來設置合格條件，如臺灣交通大學基礎程式設計及格條件為通過“程式能力鑒定”，湖南大學則以CCF―CSP軟件能力測試作為程序設計課程通過的考核標準。
（3）鼓勵學生參與項目、競賽等課外科技活動，如臺灣“清華大學”的綜合論文訓練是由具有同等水平的項目訓練成果或SRT（student research training）計劃項目以及其他課外科技活動成果經認定后代替的。
中圖分類號：TH165.3 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）009-0-01
一、智能診病系統的發展
人工智能是現今最尖端的技術之一，近三十年來，人工智能發展迅速，在很多領域都得到了廣泛的應用。專家系統是人工智能重要的一個分支，它通過一個或多個專家提供的專業領域知識，模擬人類專家解決那些需要專業領域知識才能完成的問題。1965年，美國斯坦福大學研制出了DENRAL系統，該系統具有豐富的化學知識，能幫助化學家推斷出分子的結構。DENRAL系統的完成標志著專家系統的誕生。20世紀70年代初， NTERNIST系統在匹茲堡大學問世，這是第一個用于醫療的內科病診斷咨詢系統。同一時期，一款能夠幫助普通內科醫生診治細菌感染性疾病的專家系統MYCIN也在斯坦福大學出世，這兩款專家系統的成功激發了智能診病系統的開發熱潮，國內外都開始往這方面投入大量的人力物力。到21世紀初，智能診病系統已經相對成熟。
二、智能診病系統
智能診病系統以基于規則的方式來構建系統，它主要將系統分為知識庫和推理機兩部分，知識庫中存儲著各種醫學知識的集合，包含從書本中知識，以及醫學專家的知識和經驗，而推理機根據用戶提供的有效信息，來決定所使用的推理規則，通過從知識庫中獲取的相關知識進行推理判斷，從而得出最終的結論。推理分為精確推理和不精確推理，精確推理根據條件和結論之間的必然性，得出的結果是肯定的，不精確推理：在條件不足的情況下，得到的假設不能被完全證實，這個時候為每個假設賦予一個權值來表明這個假設的可信度，通過這些假設進行下一步推理，可能會得到多個不同的結論，以可信度最高的結論作為最終結論。
三、智能診病系統的缺點
難以得到足夠知識和規則填充知識庫，智能診病系統做為基于規則的專家系統，需要以大量知識和醫學專家規則作為基礎，才能夠準確地診斷病人的病情，這就需要大量的醫學專家和知識工程師的參與才能夠實現。
缺乏學習能力，跟一般的基于規則的專家系統一樣，智能診病系統不具備從診病過程中提取經驗進行學習的能力，只會依循本來就存在的規則和知識進行推理判斷，更新知識庫，添加規則些工作仍然需要知識工程師來完成。
Naive Bayesian算法：
Na?ve Bayesian 算法能夠較好地對事物進行分類，具有結構簡單，計算高效等特點，是分類算法中最經典，最有影響力的算法之一。Na?ve Bayesian算法首先需要通過訓練樣本計算出先驗概率，在此基礎上，計算一個待分類的后驗概率。下面是Na?ve Bayesian 算法的定義，對于一個待分類的事物x，設：
1.x有{a1，a2，a3，……an}這樣一個屬性集，每個a都是x的一個特征屬性。
2.有{y1，y2，y3，……ym}這樣一個類別集合，每個y代表一個類別。
3.分e計算P（y1|x），P（y2|x），P（y3|x），…..，P（ym|x）的概率。
4.如果有P（yi|x） >= P（yj|x）（j屬于1～n），則事物x屬于類型yk。
在這里，我們稱P（yi|x）為后驗概率，根據貝葉斯定理，P（yi|x） = P（x|yi）P（yi）/p（x）。
由于對于所有的后驗概率，都需要除以P（x），所以在這里我們可以將P（x）忽略，只求出最大的P（x|yi）P（yi）即可。P（x|yi）P（yi） = P（a1|yi）P（a2|yi）P（a3|yi）…P（an|yi）P（yi），其中P（aj|yi）和P（yi）我們都需要通過樣本數據進行計算：
1.設有樣本集{x1，x2，…xn}，每個樣本有一個屬性集a其中包含若干屬性。
2.有{y1，y2，…ym}這樣一個類別集合。
3.P（yi）為樣本中類別yi的個數/樣本總數。
4.P（aj|yi）為樣本中類別yi中含有aj屬性的個數/類別中yi的個數。
通過Naive Bayesian算法對智能診病系統的改進：
由于知識庫中知識量和規則的限制，智能診病系統可能會出現無法準確判斷用戶病情的狀況，通過Na?ve Bayesian算法可以有效地改善這一情況。一個人患病的原因會跟他平時的生活環境，生活習慣還有家族遺傳有很大的關系，由此，我們可以將生活環境，生活習慣和家族遺傳作為特征屬性，建立一個輔助診斷病情的Navie Bayesian分類器。算法的訓練樣本通過記錄每個精確推理確診的患者的生活環境，生活習慣，家族遺傳等屬性信息取得，通過不斷地增加訓練樣本，Navie Bayesian分類器的準確性不斷提升，從而提升智能診斷系統的不精確推理能力。
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工程教育認證要求通過認證的工程專業不僅要深入理解和把握復雜工程問題，更要按照國際實質等效原則培養學生具有解決復雜工程問題的能力［1］。目前，針對計算機相關專業解決復雜工程問題能力培養的研究還處于探索階段。許智宏等人認為可采用半開放式項目驅動教學方法達成目標［2］;尚鳳軍提出課程群建設面向復雜工程設計的方案［3］;黃永紅等人認為可增設綜合訓練項目來達到培養目標［4］。劉秀平等人提出了分層實施方案，從知識、實踐、設計的維度支撐了解決復雜工程問題的能力［5］。王宏宇等人提出了以學科競賽主題為對象，遵循工程邏輯設計開發過程的課程建設改革方法［6］。許多研究成果對于分解落實解決復雜工程問題能力的培養缺乏深入探索，對于如何優化課程設計體系和內容來提高學生解決復雜工程問題的能力方面也缺乏深入研究。
1課程設計改革的意義
完備的實踐教學體系主要包括課程實驗、課程設計、實習、畢業設計(論文)等。通常，國內高校都將畢業設計(論文)環節作為實現解決復雜工程問題的重要載體。但近年來，畢業設計期間應聘、考研等擠占了學生很多時間和精力，設計內容往往弱化甚至忽略難以處理的學科交叉問題和非技術因素，且畢業設計往往采取一人一題，很難達到個人與團隊的教學指標。課程實驗往往隨理論授課逐周分散進行，受學時限制以及學生知識掌握處于積累階段等因素，一些深度型、探究型、綜合型的實驗往往很難開展。實習由于受到場地、經費、管理難度、企業技術保密等限制，往往缺乏理論指導下的實踐。一些計算機類專業學生到實習單位后，只能接觸一些前端頁面或模塊代碼的機械性編寫，無法接觸軟件或硬件的具體設計過程，有些專業實習甚至畸變為企業參觀?！队嬎銠C類專業教學質量國家標準》要求計算機類專業學生4年的實驗當量應不少于2萬行代碼。在課程設計方面，要求至少完成兩個有一定規模和復雜度的系統的設計與開發。調研發現，實踐教學體系中提高學生解決復雜工程問題的環節應保證時間的集中性，內容的規模和復雜度要達到國家標準中的要求，且應在理論的指導下開展，課程設計比較符合這一要求，應作為提升學生解決復雜工程問題能力培養的關鍵突破口。
2課程設計改革宗旨和研究方法
2.1課程設計改革宗旨
第一，以培養學生解決復雜工程問題能力為主線，突出工程技術應用能力的培養，強調自主學習和終身學習意識培養，全面提升學生的能力和素質。第二，使學生能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，在設計環節中體現創新意識，實現多方案分析與評價，從而全面提升實踐教學效果。第三，使學生深入掌握工程原理，結合工程實踐，體現綜合運用，提升解決復雜工程問題的能力。第四，分解落實解決復雜工程問題能力的培養，課程設計的持續改進逆向推進課程體系的整體優化。第五，構建計算機專業完善的實踐教學體系和課程群體系，建立各項實踐教學活動的持續改進機制。
2.2基本研究方法
第一，調研法。采取調研問卷調查和訪談的方式，對目前已畢業學生、在校生(包括計算機類專業本科生、研究生)、教師(包括教學管理、教學一線、教輔等多層面)開展調研。同時走訪和調研部分高校、IT企業和專業培訓機構等。第二，逆向研究法。從實踐入手，逆向優化專業類知識體系教學。第三，分析建模法。對調研數據、教學環節統計與考核數據、質量保證監控數據進行科學分析，借助人工智能手段進行建模優化。第四，螺旋優化、研以致用法。杜絕紙上談兵，形成的專業課程設計內容設置實施方案(含教改方案、教學大綱、課程標準、考核標準等)，直接實施于一線教學活動，并通過實施效果的反饋螺旋優化后續方案。
3課程設計改革實踐
課程設計計劃的實施要求指導教師明確課程設計對應于工程教育認證標準具體的畢業要求指標點，并要在課程設計過程中堅持實施。明晰課程設計對畢業要求指標點的支撐作用，為合理安排課程設計的內容明確了指導思想。本校計算機科學與技術專業培養方案以工程教育專業認證為背景，共設置11門課程設計。一類課程設計在前5學期開設，涉及專業類知識課程門數相對較少，具體包括以下7門課程設計:C語言程序設計課程設計、Java程序設計課程設計、數據結構與算法課程設計、數據庫原理課程設計、計算機網絡課程設計、C++程序設計課程設計、JavaEE編程技術課程設計。以上課程設計以語言開發為主，是培養學生計算思維、軟件工程設計規范、計算機語言開發能力的基礎。指導教師面向解決復雜工程問題培養，認真設定課程設計題目和內容。以學生為中心，強調基礎性、技能性、應用性、工程性和創新性，采用問題驅動和求解漸進化方式不斷提升學生解決復雜工程問題的能力。每門課程設計在具體實施中，指導教師始終探索課程設計如何解決承上(課程實驗)啟下(畢業設計和實習)，并不斷思考和探索課程設計如何逆向優化專業類知識課程的教學活動。計算機科學與技術專業另一類課程設計在第6和第7學期設置，綜合性較強(在某些高校或專業有時被稱為“綜合開發實訓”或“綜合訓練項目”等，但通常拘泥于一種開發語言或技術)。綜合類課程設計有4門:A.體系結構課程設計。專業類知識課程涉及體系結構、計算機組成原理、編譯原理、匯編與接口技術、計算機網絡等硬件類和系統類課程。B.操作系統課程設計。專業類知識課程涉及操作系統、Linux系統等系統軟件類課程和部分高級語言類課程。C.軟件開發綜合課程設計。專業類知識課程涉及各種高級語言類課程(如Java、C、C++)、軟件工程、數據結構與算法、數據庫原理等軟件開發類課程。D.Python與人工智能課程設計。專業類知識課程涉及各種高級語言類課程(如Python、Java、C、C++)、數據結構與算法、人工智能導論等課程。綜合類課程設計涉及大量通識類知識和學科基礎知識，具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題，體現問題和系統的規模、難度、復雜度、綜合性。課程設計更強調培養學生的系統觀，使學生能夠站在系統的高度，以系統的視角去看問題，去適應錯綜復雜的應用場景，最終實現問題的系統化、科學化求解。“軟件開發綜合課程設計”綜合了之前的.NET綜合課程設計、Java綜合課程設計等軟件開發類課程設計。根據工程教育專業認證要求，這門課程設計并不拘泥于某一種語言或技術要求，要求學生能夠針對復雜工程問題，選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具等設計開發一套軟件系統，并通過對比得到有效結論。“Python與人工智能課程設計”以解決復雜工程問題入手，學生首先分析問題建立模型，然后給出解決方案和算法設計，通過Python語言及其擴展庫編程實現系統，最后通過設計方案、模型、算法、開發語言等多個角度對比分析給出所設計系統的客觀性評價。在2017版培養方案中該課程設計為“Python程序設計課程設計”，設計內容包含了軟件開發、大數據、人工智能、深度學習等。2019版培養方案中，專業增設了1門48學時的人工智能導論理論課，Python程序設計和人工智能導論合并為1門2周的“Python與人工智能課程設計”。“體系結構課程設計”和“操作系統課程設計”是專業認真研究工程教育認證標準后于2019版人才培養方案中新設置的2門課程設計。在學時緊張的情況下，專業仍增設了這2門綜合類課程設計，力圖保證學生硬件系統、組成原理、體系結構、操作系統方面的綜合設計能力培養質量，保證人才培養的系統性和專業性。課程設計具體實施過程中，指導教師以突破解決復雜工程問題能力培養為核心安排課程設計內容，使學生的能力培養達到工程教育認證標準的培養要求，反復思考和嘗試解決以下關鍵問題:第一，課程設計內容重點覆蓋了《華盛頓協議》7個特征中的哪些特征?課程設計的規模、難度、復雜度、綜合性是否能滿足工程教育認證背景下的解決復雜工程問題的要求?第二，課程設計中，如何運用深入的而不是淺顯的工程原理，經過什么樣的分析，而不是直接套用原理、公式來解決設計目標?第三，課程設計中學生在哪些理論指導下進行實踐?加深對哪些原理的理解?第四，為了突出復雜工程問題的解決，與課程設計相關的一門或多門相關課程的講授環節中，將對傳統的授課方式、方法和內容采取哪些變化?與課程設計相關的理論知識講授和基本實驗環節能否為學生完成課程設計奠定扎實基礎?第五，課程設計是否要引入混合式教學?如果引入，混合式教學將如何提高課程設計效果?第六，從以學生為中心的角度分析學生如何通過課程設計和相關理論的學習，實現從“學了”到“學會”再到“會應用”?第七，課程設計“能力培養”如何量化考核，“復雜度”如何評價?以產出為導向，如何建立持續的人才培養改進機制?通過指導教師的不斷思考和改革嘗試，使各門課程設計實現了設計理念的轉變、從簡單到綜合的轉變、從單一系統到增加對比分析、綜合評價等突破常規的轉變。
4課程設計改革效果
課程設計改革使計算機科學與技術專業逐步形成一套課程設計內容設置實施方案(含教改方案、教學大綱、課程標準、形成性考核標準等)，并直接實施于現有教學活動。通過培訓和專家輔導講座等形式，指導教師深刻理解了工程教育認證的本質和內涵，改變了傳統的課程設計理念。以復雜工程問題的提出和解決為課程設計核心，突出產出導向，精心設計課程設計題目，優化課程設計考核指標，建立了課程設計持續改進機制。課程設計改革在人才培養方面取得了切實效果。第一，以培養學生解決復雜工程問題能力為主線，突出工程技術應用能力的培養，增強了學生自主學習和終身學習意識培養，設計理念更符合學科發展趨勢。第二，使學生能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，在設計環節中體現創新意識，養成了多方案分析、對比和評價的設計習慣。第三，使學生逐步掌握深入的工程原理，結合工程實踐，綜合運用，提升了解決復雜工程問題的能力。第四，以課程設計內容設置為突破口，逆向推進課程體系設置整體優化，使學生通過實踐逆向推動理論課學習的興趣和動力，學生的理論素質進一步提升。課程設計改革首先在省級一流本科專業“計算機科學與技術”專業實施，并推廣至軟件工程、數據科學與大數據技術、物聯網工程三個計算機類本科專業。與信息技術密切且相關的電子商務、電子信息工程、機器人工程等專業也逐步開展了面向復雜工程問題能力培養的課程設計改革，取得了切實有效的實施效果。
5結語
截至2018年，計算機類專業已達3349個專業點，培養學生復雜工程問題的解決能力，是工程教育專業認證對工程類專業人才培養的核心要求，也是一流本科專業建設的核心目標之一。隨著工程教育認證的普及開展，面向OBE理念，突出解決復雜工程問題能力培養的課程設計改革越發迫切和必要。只有不斷改革，建立持續改進機制，才能不斷優化計算機教育教學工作，為信息技術產業培養更多優秀人才，推動我國信息技術產業的蓬勃發展。
參考文獻:
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隨著信息技術的應用和普及,“智能化”成為信息化后續發展的重要內容之一。在決策領域,20世紀80年代,一種以計算機為工具、應用決策科學及有關學科的理論與方法、以人機交互方式輔助決策者決策的決策支持系統(DSS)應運而生。但是,DSS只能輔助和支持決策者決策,其貢獻局限于對可選方案的評價,只能對有量化特性的問題使用數據模型和數值計算方法來輔助決策,不具有表示復雜決策過程的能力,因此,促使人們提出將DSS與專家系統(ES)相結合,以分別發揮DSS的數值分析和ES的符號處理優勢,從而將定性分析和定量分析有機結合起來,以既能進行知識處理,又能有效地解決半結構化和非結構化問題,這就是智能決策支持系統(IDSS)的產生背景。
隨著人工智能和智能技術的發展,IDSS在廣泛的工程技術、經濟、管理、醫療和農業科學等諸多領域,得到廣泛應用。了解、掌握智能決策的基本知識和技術是計算機科學、智能科學類專業大學生的基本要求,因此,智能決策類課程應運而生,并逐漸發展成為計算機、自動化、管理科學與工程和智能科學技術等專業的專業課之一[1-4]。
在我校,智能決策系統課程作為計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程和其他電子信息類專業的專業限選或選修課程。目前,該課程的教學內容存在如下問題:一是教學內容繁,二是技術更新快,三是涉及的專業知識深,對學生的理論基礎知識(特別是數學知識、計算機技術)要求極高,教學難度大。因此,學生在學習過程中不得要領,抓不住課程的核心,只見樹木、不見森林,從而影響學生們的學習效果。本文就是在這樣背景下,提出并開展教學研究的。
1教學內容改革
智能決策系統是一門計算機科學、管理科學、人工智能和應用數學交叉的新興專業課程,其學分通常為2～2.5學分,即32～40學時,其中包括0.5學分的實驗課程(8學時)。因此,如何在有限學時中容納下本課程教學內容,完成本課程的教學目標,就成為首要問題。
通過實踐和教學改革,我校本課程的理論教學內容主要包括下列6個知識單元。
1) 決策理論概述。主要內容有決策的概念、類型、基礎、流程和目標。理論課時數4學時。
2) 決策系統。主要內容有決策支持系統的概念、結構、功能、主要部件與設計要點。理論課時數控制在6學時。
3) 決策模型。主要內容有數據倉庫、知識管理、數據挖掘、智能算法和數據處理。理論課時數控制在6學時。
4) 智能決策系統。主要內容有計算智能基礎、專家系統的概念和結構、智能決策系統的概念和結構、智能決策系統的設計要點。理論課時數控制在8學時。
5) 群體決策系統。主要內容有協同計算概述,群體決策系統的概念、結構、功能、群體決策過程與建模和實現方法。理論課時數控制在6學時。
6)智能決策系統的發展。主要包括基于網絡的決策系統技術和應用,網絡技術與基于Agent的決策系統,智慧地球與智能化企業。理論課時數控制在2學時。
實踐教學內容包括4個實驗,學時總數為8學時,其教學內容設置見本文§3。
2教學方法改革
教學方法是為完成一定的教學目的、教學任務所采取的教學途徑或教學程序,是以解決教學任務為目的、師生共同進行認識和實踐的方法體系。其方法體系主要包含多個基本要素,比如教、學、信息傳輸載體(包含文字、圖形、圖像、肢體語言、表情、感知等)和教學輔助設備等。教學過程就是要充分利用具有信息優勢、知識優勢的教師,將信息、知識、技能、技巧,系統集成地傳輸給暫時處于低信息狀態的學生。決定這個傳輸過程順利進行的至關重要因素有:教師的積極性與責任心和學生的求知欲與基礎知識及其結構。從教育學和心理學角度看,課程教學方法改革就是圍繞這兩個因素展開[5],限于篇幅,本文的討論僅從如何調動學生的求知欲著手。
2.1探索式教學方法
經過多年教學實踐,本文實踐了“探索式教學法”,此法強調因材施教,在教學全過程創設教學環境、培養學生創新精神。所謂探索式教學方法是指在教學過程中,在教師的啟發、誘導下,學生自主學習和合作討論,以學習課程知識和科學問題為探索目標,以學生熟悉和能接觸到生活原型為研究對象,為學生提供自由表達、質疑、探索、討論問題的環境,學生通過個體、小組、團隊等多種形式完成解難、釋疑、嘗試學習活動,將學生自己所學知識應用于解決實際問題的一種教學程序。探索式教學方法重視發展學生的創造性思維,培養自學能力,力圖通過自我探索引導學生學會學習和初步掌握科學研究方法[6],培養學生的文獻獲取與加工能力、信息分析與加工利用能力、團隊協作與溝通能力、語言表達與寫作能力,和創新精神。為其終身學習和工作奠定良好基礎。
盡管探索式教學法能夠給教師的教學提供思想、理念指導,但是,針對不同教學對象和不同課程內容,其實際應用方法也會存在差異,這就是所謂的教無定法之說。本文以智能決策系統課程第1知識單元課外作業為例,嘗試說明該法的具體應用方法,為保證該方法的實施效果,本文擬定了如下的教師操作流程:
1) 制定論文目標:培養學生綜合利用參考文獻和學會表達的能力。首先,要求學生學會獲取、理解、過濾和分析信息;其次,要求學生掌握撰寫科技論文的基本技巧;最后,要求學生在觀眾面前表達自己觀點,學習說服聽眾、推銷自己觀點的技巧。
2) 論文基本要求:①圍繞“關于信息技術對決策影響”的主題,學生自擬題目;②2周時間內,學生完成1 000字左右(2頁A4幅面)的論文,其中內容需要包括摘要,關鍵詞,問題或觀點概述,目前發展狀況,結論或結語;③制作演示幻燈片。
3) 提供信息查閱途徑:通過網絡教師自己已經掌握的文獻資源和網絡地址資源,指出查詢方法和基本技巧。
4) 抽查式演講:①使用幻燈片;②介紹主要內容;③結論;④點評、提問與回答。
5) 評價標準:①文檔編制能力;②問題發現與分析能力;③表達與陳述能力。
在實施中,要防止出現如下情況:①題目太難或太容易,以免挫傷學生積極性;②提前告示和監督,防止學生偷懶或拷貝;③靈活掌握考評手段,鼓勵創新,保護學生學習積極性。
2.2案例教學方法
案例教學法是在教師指導下,根據教學目標的要求,創設學生身臨案例場境的教學氛圍,使用案例來組織學生的學習、研究、實踐等活動的教學方法。本課程利用該方法,加強了理論與實際的結合,為學生學習提供模仿案例,提高了學生對理論知識的理解和實踐能力,培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。案例教學法需要掌握好2個重要環節:
1) 案例選編。必須選擇學生容易理解、常見的例子,案例選編必須圍繞課程某個具體的教學目標,要適當加工,剔除與課程內容關聯性小的內容和技術,降低難度,方便學生理解。同時,案例必須來自于實際,并且問題明確。
2) 案例講解與分析。案例本身只是對實例的某些情況描述,表面上平鋪直敘,但是,其中必須隱藏著多個問題,要引導學生積極思考、深入分析,以發現其中隱藏的問題,并找出問題產生的原因,提出解決方案。在思考和分析過程中,既要培養和開發學生智力,又要培養學生綜合運用所學理論知識的能力。案例分析不能苛求解決問題的結果如何,而應該重點強調分析過程是否正確、方法是否恰當,案例講解和分析的主要任務是培養學生發現問題、分析問題和邏輯思維等能力,通常解決問題的能力正是課程后續需要實施的教學目標。
本文在第4知識單元中,以6子棋計算機博弈系統為例,通過對6子棋計算機博弈平臺的仿真實驗,選擇不同的博弈策略,比如不同的估值函數、不同的搜索策略等,獲得不同的實驗結果,實現人-機對戰、機-機對戰,讓學生切實體會到機器智能的魔力及其智能系統的構造方法,有力地促進了學生對理論知識的理解,并激發了學生的學習興趣。
3實驗教學內容
3.1實驗教學內容的設置
實驗課是智能決策系統課程的重要環節,由于總課時有限,實驗課時也就不多。但是,本校在專業課程中,仍然堅持設置了0.5學分的實驗,以使學生能將理論知識與實踐聯系起來,使抽象的理論不再是深奧,提高學生靈活運用知識的能力。本課程實驗學時為8學時,主要設置了表1中的3個實驗。
3.2實驗課的操作
為提高學生對課程理論知識的理解和應用設計能力,針對課程實驗教學課時少和實驗復雜特點,需要注意以下幾點。
1) 簡化平臺、降低實驗難度。實驗教學過程重在是一個訓練學生動手、動眼和動腦的過程,旨在培養學生好奇心和操作技能,以及觀察問題、分析問題和解決問題能力。因此,在實驗中,要盡量將實驗平臺簡化,以將學生注意力集中于實驗內容,保證實驗效果。比如實驗2,提供給學生智能交通燈控仿真平臺,它實際上是一個軟件模擬平臺,能實現固定交管模式的全部功能,學生能通過標準接口建立自己設計的智能交通管理模式;又如實驗3,以FIRA機器人足球5vs5比賽項目的仿真平臺為實驗平臺,利用平臺已設置的運球、傳球、前進、后退、轉動等命令,學生能通過這些命令建立足球機器人的路徑規劃和避障策略。
2) 科學分組、培養協作能力。由于實驗3工作量比較大,需要多人協作完成,發揮集體智慧作用,因此,在實驗3中,按照3～5人/組,實行組長負責制。組長監督、管理、協調本組實驗過程,每個組員都有明確的任務,并對組長負責,組長對教師負責。實驗3的課內實驗設置4學時/2次,學時主要在課外完成實驗3,歷時1個月。
3) 設計算法、培養智能意識。引導學生,模仿人類智能,設計智能算法,實現簡單的智能決策。由于課時有限,必須注意控制算法的簡潔、實效,以使學生能在短時間內模擬實現簡單的智能行為,著重引導學生分析業務行為,發現系統流程,構造智能算法,以此培養學生開發信息系統的智能意識。
4結語
智能決策系統是人工智能、計算機科學、自動控制科學交叉結合的一門新興專業課程,對推動信息化向智能化方向發展具有重要意義。該課程作為在校主要面對電子信息、計算機專業學生,通過該課程學習,學生反映加深了對智能的理解,提高了對計算機技術應用的認識深度,培養了學生的智能化設計意識,激發了學生的求知欲望。本文的研究成果是源于智能決策系統課程,但是,對其他信息技術課程,也具有積極的借鑒意義。
參考文獻:
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Research on Teaching Reform of Intelligent Decision System Courses
ZHANG Xiao-chuan, CHEN Feng
0 引言
目前中國電力系統正經歷著一場以市場經濟為主導向的據大變革。以數字電力系統（DPS）為代表的計算機技術、通信技術、控制理論及信息處理技術、新材料、新技術的高速發展，使得電力系統的技術更新速度大大加快，不同技術之間的相互滲透、相互融合也越來越普遍。電力系統高速發展，發電廠和變電站相應的實現了自動化，應用遠動通訊技術和計算機技術，對電力系統進行自動監視、控制和調度。為了更好的保證安全、經濟的運行并保證電能質量，對電力系統自動化提出了更高的要求，從而促成了電力系統自動控制技術的不斷發展。
1 GPS技術在電力系統自動控制中的應用
GPS（Global Positioning System）又稱為全球定位系統，隨著電力系統往大容量大網絡的不斷發展，以及自動化水平的不斷提高，GPS由于其高精度的定時功能，必將在電力系統發揮更加廣泛的應用。利用GPS同步測量可以快速精確的獲得電力系統的歷史數據和實時狀態，GPS技術的應用必將對電力系統的安全穩定控制帶來革命性的變革，因此必然成為今后發展的重點，必將為電力系統的穩定控制和保護開辟一個新的領域。
2 人工神經網絡在電力系統自動控制中的應用
經過近十幾年的高速發展， 電力系統的規模已迅速地擴大， 對于這樣一個存在著大量非線性的動態大系統來說， 傳統的控制、診斷、保護、預測等方式已不再能完全適應這種發展的需要。人工神經網絡（ANN Artificial Neural Networks） 理論， 作為人工智能的一個最活躍的分支， 其模擬人腦的工作方式， 為解決復雜的非線性、不確定性、不確知性系統的問題開創了一個嶄新的途徑。因而在電力系統應用研究中受到了廣泛的關注。目前已在電力系統故障診斷、智能控制、繼電保護和暫穩態計算、短期負荷預報等系統計算優化中獲得了大量的研究成果。
作為一個新的信息處理理論，ANN 的應用在理論與實踐中還有一些問題有待于進一步的研究和探討。隨著人工智能技術的發展，ANN 與專家系統和模糊控制的綜合對電力系統這樣一個復雜的動態大系統來說， 應用潛力更大。
3 自動發電控制新技術應用研究
AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發電機輸出功率的自動控制。它利用電子計算機來實現控制功能，是一個小型的計算機閉環控制系統，有時也稱為AGC系統。
早期的AGC系統多采用模擬式的控制設備，近幾年來由于數字系統的靈活性和可靠性是模擬式的AGC系統，逐漸被數字系統所取代。 在現代數字電力系統（DPS）中，AGC的執行，要求每隔2-4s測量一次聯絡線功率、系統頻率和發電功率等數據，并通過遙測裝置送到AGC的發電機控制回路和負荷分配回路，是這兩個回路的程序計算開始工作。然后計算出需要增加或減少發電量的信息，再由遙控裝置將此信息發送到發電機組已完成對發電機功率的控制和調整。由于AGC 資源需在更大范圍內被調用，以及分級控制引起的時間延遲，還需對這種方式下電力系統的安全和控制的動態特性進行研究。
4 電力系統自動控制其它新技術的應用
4.1 電力負荷控制技術作用
電力負荷控制技術是指在高峰用電時，斷開一部分可間斷供電的負荷，以減少對電網的壓力，可以將各用戶的負荷按照改善負荷曲線的總要求，通過某種與用戶聯系的信道和裝在用戶處的終端裝置，對用戶的可間斷負荷進行集中控制。在高峰之后，又可將這些負荷投入，增加系統的低谷用電，達到削峰填谷的目的，使電力系統負荷曲線更加平坦，以保證電網的安全經濟運行。
我國電力供應長期短缺，負荷的監督和控制尤其顯得重要。目前不少地方采用的在高峰時強行拉路的分片輪流停電的辦法，給用戶帶來了極大的不便，對有些重要用戶造成經濟損失。在用戶方面，由于電力使用不合理，浪費能源的現象也十分嚴重。因而有關方面對電力負荷控制十分重視，原國務院曾出資支持了四個試點，取得了可喜的效果。如今，以配電線載波、有線通信和無線電為通道的系統均有運行。在分散控制方面，我國自行研制的電力定量器都是適合我國國情的產品。但總的說來，我國的負荷控制水平和工業化國家的差距還是比較大的。
4.2 靈活交流輸電系統控制技術
靈活交流輸電系統控制技術（Flexible AC Transmission System）是現代電力電子技術與電力系統相結合的產物，其主要內容是在輸電系統的主要部位，采用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統的主要參數（如電壓、相位差、電抗等）進行靈活快速的適時控制，以期實現輸送功率合理分配，降低功率損耗和發電成本，大幅度提高系統穩定性和可靠性。隨著電力電子技術的飛速發展，靈活交流輸電技術的發展前景不可估量，必將改變電力系統的傳統面貌，并促使電力系統發生重大變革。
電力系統的高速發展和不斷擴大，使其結構和運行方式變得越來越復雜多變，對電力系統的自動控制技術水平的要求也越來越高。因此，研究電力系統自動控制技術的現狀和發展具有重要的意義。
參考文獻
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MOOC全稱Massive Open Online Course，中文通常譯作“大規模網絡公開課”。它的迅速興起，曾被《紐約時報》評為2012年橫跨IT和教育界的革命性事件。領軍的三大MOOC平臺是Coursera，Udacity和EdX。
這里有世界上最好大學的最好課程。和此前的網絡公開課不同的是，它提供了一個完整的全球化學習社區。不僅有老師、講解視頻和課本，定期開課，還有討論區、作業和論文。當學員達到一定要求，結課時會拿到證書。
MOOC熱始于2011年，當時美國斯坦福大學的塞巴斯蒂安·特龍（Sebastian Thrun）教授把研究生課程《人工智能導論》上傳到互聯網上，吸引了世界各地16萬余名學生修讀，其中2萬人后來完成了課程。特龍后來成為MOOC教育公司Udacity 的創始人兼CEO。
MOOC的注冊學員一直有超過70%來自美國以外國家，其中60%來自非英國國家。在Coursera注冊的1600萬學生中，中國學員占4%，這個比例在美國之外僅次于巴西和印度。
Coursera來到中國之初，是在一些白領和大學生比較集中的社區網站憑口碑推廣開來的。知乎、果殼、譯言、豆瓣等社區，都有不少出于興趣專門對其進行介紹的。最活躍的是果殼網上的MOOC學院。
Coursera成立于2012年，到現在為止，已經是全世界最大的MOOC平臺，有500多門課程，合作伙伴包括美國、歐洲和亞洲最頂尖的大學，在中國包括北大、上海交大、香港科大和香港中文大學等。
除了內容精良，方便易得，只需簡單注冊就可參加外，MOOC的另一大優點是，它可以是完全免費的，盡管如果愿意，你可以支付一定的費用，拿到一個具有更強證明意義的簽名證書。
事實上，這種每門課程約30到60美元的自愿簽名認證費用也是Coursera目前的主要收入。簽名證書于2013年4月開始實行，到10月份約有150萬美元收入。據測算，這個收入基本可以覆蓋Coursera的成本。
雖然作為一個贏利性組織，有種種商業考量，但包括Coursera在內的MOOC目前更多表現的是一種較為理想主義的知識共享精神。Cousera的國際推廣專員伊萊表示，希望在網上提供的課程永遠是免費的，“將大學內容和所有愿意學習者聯系在一起，這是我們的社會使命”。
1990年，陳皓勇考入西安交通大學少年班，并在這里學習、工作長達16年，度過了人生成長最關鍵的時期，也在這里種下了此生與科學研究相守的理想的“種子”。西安交通大學“起點高、基礎厚、要求嚴、重實踐”，為他日后的科研道路奠定了堅實的基礎。
1992年，陳皓勇以優異成績選擇了本校電力系統及其自動化專業，1994年，他結識了剛從日本歸國的著名電力系統學者、中國科學院院士王錫凡教授，從此跟隨王錫凡教授學習、工作長達12年，在王錫凡教授的引領下真正跨入了電力科學的大門。
1995年，陳皓勇以優異成績成為王錫凡教授的研究生，從事電力系統優化調度、優化規劃和電力市場等領域的研究，王錫凡教授強調創造性的培養，對研究方向的把握更重于具體指導，對學生科研工作的啟發更重于直接參與，使他的創新精神和獨立科研能力得到了真正的鍛煉。
2000年，在王錫凡教授的鼓勵下，陳皓勇博士畢業并留校任教，除擔任專業主干課“電力系統分析”等的教學工作外，還作為主要研究人員參加了王錫凡教授所主持的國家自然科學基金重點項目、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）等一系列國家重點項目，并且自己也主持了國家自然科學基金青年基金項目、國家社會科學基金青年基金項目等國家級項目，參與了《電力市場基礎》新教材的編寫。
2006年，陳皓勇受聘為華南理工大學“百人計劃”，在這里又得到了中國工程院李立浧院士等老一輩電力科學家的關心和支持。除繼續前沿理論研究外，更找到了科研成果的良好應用平臺。在華南理工大學，陳皓勇除繼續擔任“電力系統分析”的教學工作外，還創造性地開設了“電力市場概論”、“電力經濟與管理導論”等一系列新課程。承擔了國家自然科學基金項目、國家高技術研究發展（863）計劃重大專項（子題）、教育部科學技術研究重點項目和國家優秀青年科學基金等一系列國家和省部級重點項目，并且獲得了教育部“新世紀優秀人才”稱號。陳皓勇還承擔了南方電網有限責任公司、廣東電網公司等企業的一系列重點項目，促進了科研成果的實際應用。
期間，陳皓勇拓展學科領域，融合華南理工大學電力和能源相關學科的優勢，先后參與籌建華南理工大學“能源研究院”、“新能源與環境協同創新中心”等的籌建，也翻開了個人事業新的一頁。
身處改革開放的前沿，陳皓勇仍然不忘母校，和西安交通大學電力工程系保持著長期和緊密的科研合作，聯合申請了國家重大項目，和王錫凡院士等共同獲得教育部高等學?？茖W研究自然科學一等獎，并即將進一步拓展海上風電等領域的科研合作。
在電力系統優化領域奮勇開拓
嚴謹的科學態度、力求卓越的學術精神，一直是陳皓勇的科研準則，而重視交叉學科發展和基礎前沿研究，則是陳皓勇的科研特點。
陳皓勇在國際上首次提出電力系統機組組合的協同進化算法等人工智能算法，并將其推廣于電力系統規劃、運行和電力市場決策等多個領域。
協同進化算法借鑒自然界中的協同進化機制，引入生態系統的概念，生態系統中多個物種相互作用，共同進化，從而使整個系統不斷演進。將工程應用領域待求解的問題映射為生態系統，以生態系統的進化來達到優化問題求解的目的。協同進化算法為電力系統優化提供了新途徑，也為解決一般復雜工程系統優化問題提供了一種基礎算法。電力系統機組組合問題的協同進化算法引起國內外廣泛關注，普遍認為該方法作為傳統進化算法的擴展，具有解決更復雜問題的能力。陳皓勇將“協同進化算法”進一步拓展應用于電力系統的無功優化問題并獲得了國家發明專利，他還將協同進化算法應用于寡頭壟斷電力市場的模擬和分析，并在國際權威期刊上發表了系列論文，開辟了電力市場仿真建模的新方向。
電力系統作為典型的分布式大系統，其規劃和運行中的很多優化問題都是大規模、離散、非線性的，用常規的方法很難求解。陳皓勇系統地研究了基于大系統隨機與離散優化理論的電力系統規劃、運行的模型及算法。
在電力系統規劃方面，他提出了基于改進Lagrangian松弛法和隨機生產模擬的電源規劃模型和算法，發展了基于多目標（協同）進化算法的輸/配電網規劃；在電力系統優化調度方面，除提出機組組合問題的協同進化算法外，在國際上較早地提出基于魯棒優化思想的多風電場并網條件下的電力系統安全約束機組組合模型和算法，研究了基于退火選擇遺傳算法和內點法的含整數變量最優潮流，建立了基于協同進化計算的配電網重構算法；在電力系統無功優化方面，提出基于退火選擇遺傳算法的大電網無功優化，研究了基于退火選擇遺傳算法的配電網多時段無功/電壓控制等問題。陳皓勇作為國際上魯棒調度思想的首先提出者之一，在2012年IEEE電力與能源學會年會上宣讀了相關論文，引起與會者的熱烈討論。
專注基于博弈理論的交叉學科研究
當今學科分工越來越細，不同領域間日漸形成壁壘。在自然科學與社會科學間是否存在不可逾越的鴻溝？陳皓勇的回答是否定的。他認為，當代科學發展越來越依賴多種學科的綜合、滲透和交叉，學科交叉有利于學術思想的交融，有利于人類所面臨重大問題的綜合性解決，已成為科技創新的重要途徑。陳皓勇是國內少數主持過國家社會科學基金的工程領域學者之一。
“博弈論”是陳皓勇經常掛在嘴邊的一個學術名詞。博弈論有時也稱為對策論，屬應用數學的一個分支，目前在經濟學、政治學、計算機科學、生物學、國際關系、軍事戰略及其他很多領域都有廣泛的應用。陳皓勇對博弈論的興趣起于電力市場的研究。
中圖分類號TP391 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）91-0071-02
1 D-S證據推理簡介
Dempster-Shafer證據推理理論也稱D-S證據理論，比較適合用于滿足比概率論更弱的公理體系，對于由未知引起的不確定性因素有很好的處理能力，能較有效地把不確定和未知區分開。D-S證據推理起源于多值映射導出的所謂上限概率和下限概率，后來在文獻[2]中得到了進一步發展。
1.1 基本置信指派m
假設空間S的概率分布為P，且空間S和空間具有一致性關系（若一個多值映射把空間S的元素s和空間中的元素集合聯系起來，即：S。映射下的元素s的像被稱為S的粒子（granule），表示為G（S）。S到的多值映射關系被Dempster稱為空間S到的一致性關系[2]。），則空間上的基本置信指派（基本概率賦值函數BPA ）m可以定義如下：
其中稱的子集A為焦點元素（focal element），又叫做命題， Φ為空集。m（A）表現出對A本身的信任度，即m（A ）是局限于子集A中的可以自由移動到A的每一個點的信任因子。m（A）通常憑人們的經驗而給出，或者根據傳感器所得到的數據進行構造得到。
在證據推理中，基本概率賦值函數分布僅需滿足其和為1這一約束條件，即：
1.2 置信函數bel和似然函數pls
空間也叫做鑒別框架（the frame of discernment），所有的命題都可以用其子集表示，其概率分布可以用基本概率賦值函數來表示，也可以采用置信函數bel和似然函數pls 表示：
式中B是中不同于A的另一命題。
置信函數bel（B）和似然函數pls（B）即為文獻[1]中提到的上限概率和下限概率，這表示置信區間[bel（B），pls（B）]即為集合B的概率變化范圍，它表示了對B的不確定性度量。減小不確定區間是證據推理的目的之一。似然函數定義為：
1.3 Dempster合成法則
通常采用Dempster合成法則來組合兩個或多個的置信函數，方法是通過計算基于不同來源的置信度的正交和找到一個新的置信函數。
設Bel1，Bel2均為空間上的置信函數，其對應的基本置信指派分別為m1和m2，焦元分別為A1，……Ak和B1，……Bl，如果
此函數是基本置信指派函數，其中>0。
Bel1、Bel2的正交和就是由m給定的置信函數，記作：Bel1Bel2。
2 基于證據推理的煤氣管道檢測
2.1 煤氣管道檢測系統結構模型
實驗建立的檢測系統模型如下圖所示：
目前，煤氣管道檢測的無損檢測方法很多，主要有：滲透檢測法、微波檢測法、渦流檢測法、超聲檢測法、漏磁檢測法等。鑒于檢測的安全性及對管道的最大無損傷原則，本實驗主要采用超聲檢測法和漏磁檢測法建立系統。超聲法在檢測的準確度和精度方面有很好的效果，但其要求的檢測條件較為苛刻，被測對象表面必須光滑，檢測時要有耦合劑（比如油等）；實際檢測時，對解釋人員的素質要求也較高；漏磁法對輸送的介質要求不高，這一點剛好彌補了超聲檢測的不足，但其應用也受限制，比如待檢管壁不能太厚，需要特殊的信號處理以及干擾因素多等。兩種方法各有利弊，在應用方面各有所長：漏磁法較適合用于比較微小的損傷，比如面積很小的腐蝕點；超聲法更適合于管壁較厚時的檢測。實驗結合采用兩種方法，發揮各自的優點并彌補了另一種方法的不足，力圖為檢測提供更準確的信息。
利用漏磁法和超聲法檢測出煤氣管道的損傷信息，并對信息進行特征提取，提取的特征信號輸入各自的網絡作為樣本進行神經網絡識別，輸出結果經過歸一化處理后作為D-S證據推理的證據進行融合，進一步對損傷信息進行確認，最終決策出識別結果。
2.2 證據推理識別判定準則
先由Dempster合成法則得到組合的基本可信度分配，然后根據得到的m（Aj）進行目標判斷。主要判斷方法有三種[7-13]：基于基本置信指派m的方法、基于置信函數bel的方法和基于最小風險的方法。本文采用基于基本置信指派m的判斷方法：
則A1即為判決結果，其中ε1，ε2為預先設定的門限。
3 實驗仿真
實驗以損傷的裂紋作為目標建立BP神經網絡進行識別。針對某一管道上的3條不同的裂紋分別用漏磁法和超聲法進行深度檢測，通過漏很明顯，不確定性的基本概率賦值大大地降低了。
預設門限值ε1=0.2，ε2=0.05，則根據基于基本概率賦值的決策方法僅有裂紋1的基本概率賦值滿足（8）式，故可判定損傷為裂紋1。
4 結論
從實驗仿真結果可以看出，D-S證據推理方法具有較強的處理不確定性信息的能力。在煤氣管道的檢測中采用D-S證據推理的方法對BP神經網絡的檢測結果進行融合能有效地提高系統的可靠性，顯著地減少系統的不確定性。
參考文獻
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[6]蔣奇.管道缺陷漏磁檢測量化技術及其應用研究[D].天津大學博士論文，2002，12： 120.
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[8]何友，王國宏，彭應寧等.多傳感器信息融合及應用.電子工業出版社.2000.
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[10]龔元明，蕭德云，王俊杰.多傳感器數據融合技術.冶金自動化.pp158-161，2002.
引言：隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，和計算科學的快速發展以及取得的大量成果。計算科學這一學科也也應運而生?！队嬎憧茖W導論》 正如此書的名字，此書很好的詮釋了計算科學這一學科，并且指導了我們應如何去學好這一學科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學生活。正如趙老師書中所講的：“計算科學是年輕人的科學，一旦你選擇了計算科學作為你為之奮斗的專業類領域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個有志于從事計算科學研究與開發的學生，必須在大學幾年的學習中，打下堅實的基礎，才有可能在將來學科的高速發展中，或在計算機產品的開發和快速更新換代中有所作為。
什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統研究。全部計算科學的基本問題是，什么能（有效的）自動運行，什么不能（有效的）自動運行。本科學來源于對數理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究，形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現實。計算科學的快速發展以也取得大量成果，計算科學這一學科也也應運而生。
計算科學的發展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發明打開了現代計算機的大門和發展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子，一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個狀態集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運行原理隱含了存儲程序的原始思想，深刻的揭示了現代通用電子數字計算機的核心內容?，F在通用的計算機是電子數字計算機，而電子數字計算機的發展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩定態的元器件。這在今后的計算機制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優越性。
b、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現代意義上的電子數字計算機ENIAC的誕生。掀起了社會快速發展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題，必須事先編好程序。因此就出現了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后，計算機的發展步入了實用化的階段。然而，在最初的應用中，人們普遍感到使用機器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護，復雜程序查找錯誤尤其困難，因此，軟件開發急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設計語言。1952年，第一個程序設計語言Short Code出現。兩年后，Fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言，Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的程序設計語言。Algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。該語言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規則、過程的遞歸性及參數傳遞機制等。而且，它是第一個用嚴格的語法規則——巴科斯范式（BNF）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的PASCAL語言，適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ADA，支持并發程序設計的MODULA-2，支持邏輯程序設計的PROLOG語言，支持人工智能程序設計的LISP語言，支持面積對象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計算機系統和軟件開發方法
現代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件（系統軟件、應用軟件）。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發也成為了一個重要課題和發展方向。軟件開發的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網絡、分布式處理和多媒體的發展。在各種高級程序設計語言中增加并發機構以支持分布式程序設計，在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后，在模數/數模轉換等接口技術和數據庫技術的支持下，通過擴展高級語言的程序庫又實現了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后，并行計算機和分布式大規模異質計算機網絡的發展又將并行程序設計語言、并行編譯程序、并行操作系統、并行與分布式數據庫系統等試行軟件的開發的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關，如各種并行、并發程序設計語言，進程代數，PETRI網等，它們正是軟件開發方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發的程序設計語言和支持這些軟件開發方法和技術的理論基礎----計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發展，促使圖形化界面的出現。計算機圖形學是使用計算機輔助產生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試（CAT）等方向的發展。圖形化界面的出現，徹底改變了在一個黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司Microsoft 。
4、計算機網絡
隨著用戶迫切需要實現不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網絡就在我們的需求中誕生了。網絡的發展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網絡計算機。這也促進計算機的發展和廣泛應用。
計算機學科的主線及發展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究，形成學科發展的主流方向與學科發展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內容按照基礎理論、基本開發技術、應用以及他們與硬件設備聯系的緊密程度分成三個層面：
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統，信息、管理與決策系統，移動計算，計劃可視化，科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業基礎層
它是為應用層提供技術和環境的一個層面，包括軟件開發方法學，計算機網絡與通信技術，程序設計科學，計算機體系結構、電子計算機系統基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數學理論，高等邏輯等內容。其中計算的數學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
計算機的網絡的發展及網絡安全
(1)計算機網絡與病毒
一個現代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯網絡、匯編程序、 編譯程序、操作系統、外部設備、通信通道等內容的系統。
通過上面定義，我們發現互聯網絡也被加入到計算機當中。說明了網絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰略資。信息科學成為最活躍的領域之一，信息技術改變著人們的生活方式?，F在互聯網絡已經廣泛應用于科研、教育、企業生產、與經營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯網Internet 正在爆炸性的擴大，已經成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯網的快速發展與應用，我們各行各業都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網絡的發展，計算機網絡系統的安全受到嚴重的挑戰，來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計算機為我們服務，我們就必須很好的利用它，利用網絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施，以抵抗外來信息的侵入，保護我們的信息不受攻擊和破壞。
( 2 )計算機病毒及它的防范措施：
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時，嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設定好的環境激發，即可感染和破壞。
、病毒的入侵方式
1．無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發射到對方電子系統中。此方式是計算機病毒注入的最佳方式，同時技術難度也最大?？赡艿耐緩接校孩僦苯酉驅Ψ诫娮酉到y的無線電接收器或設備發射，使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數據。根據得到的或使用標準的無線電傳輸協議和數據格式，發射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號中，進入接收器，進而進人信息網絡。③尋找對方信息系統保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數據鏈路，將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方，使病毒直接傳染給對方電子系統，在需要時將其激活，達到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒有其他特殊功能。目前，我國很多計算機組件依賴進口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計算機安全系統中的一個小洞，由軟件設計師或維護人發明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標系統。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在這樣的后門。
4．數據控制鏈侵入方式。隨著因特網技術的廣泛應用，使計算機病毒通過計算機系統的數據控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術，可以很容易地改變數據控制鏈的正常路徑。
病毒攻擊的防范的對策
1．建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。一是訪問控制層；二是病毒檢測層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統恢復層；六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系，須有有效的硬件和軟件技術的支持，如安全設計及規范操作。
2．嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統所用設備和系列產品，應建立自己的生產企業，實現計算機的國產化、系列化；對引進的計算機系統要在進行安全性檢查后才能啟用，以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統安全支援分隊，以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經濟損失的慘痛經歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運，造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經太多。因此，如果你是數據庫程序開發人員、如果你是系統級應用程序開發人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員......請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁，及時在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經常殺毒，注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
總結
在學了計算科學導論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業的方向。正如計算科學這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網絡的進一步發展而更多的被人們重視?？傊畬W習了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應該好好努力，爭取在自己的專業領域上有所成就。
參考文獻
1、《計算科學導論》（第三版），趙志琢著 ，科學出版社2004版
2、《計算機病毒分析與對抗》 傅建明 彭國軍 張煥國編著武漢大學出版社2004版
3、《計算機應用于基礎》（第三版） 丁愛萍 著 西安電子科技大學出版社 2006版
引言：隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，和計算科學的快速發展以及取得的大量成果。計算科學這一學科也也應運而生?！队嬎憧茖W導論》正如此書的名字，此書很好的詮釋了計算科學這一學科，并且指導了我們應如何去學好這一學科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學生活。正如趙老師書中所講的：“計算科學是年輕人的科學，一旦你選擇了計算科學作為你為之奮斗的專業類領域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個有志于從事計算科學研究與開發的學生，必須在大學幾年的學習中，打下堅實的基礎，才有可能在將來學科的高速發展中，或在計算機產品的開發和快速更新換代中有所作為。
一什么是計算科學和它的來歷
計算科學主要是對描述和變換信息的算法過程，包括其理論、分析、設計、效率分析、實現和應用的系統研究。全部計算科學的基本問題是，什么能（有效的）自動運行，什么不能（有效的）自動運行。本科學來源于對數理邏輯、計算模型、算法理論、自動計算機器的研究，形成于20世紀30年代的后期。
隨著存儲程序式通用電子計算機在上世紀40年代的誕生，人類使用自動計算裝置代替人的人工計算和手工勞動的夢想成為現實。計算科學的快速發展以也取得大量成果，計算科學這一學科也也應運而生。
二計算科學的發展
a、首先先介紹圖靈機
圖靈機的發明打開了現代計算機的大門和發展之路。圖靈機通過一條兩端可無限延長的袋子，一個讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個狀態集和符號集，而此符號集一般只使用0和1兩個符號。而就是這個簡潔的結構和運行原理隱含了存儲程序的原始思想，深刻的揭示了現代通用電子數字計算機的核心內容?，F在通用的計算機是電子數字計算機，而電子數字計算機的發展是建立在圖靈機的基礎之上。他的二進制思想使計算機的制作的簡化成只需兩個穩定態的元器件。這在今后的計算機制作上無論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優越性。
b、計算機帶動的計算學科
1946年隨著現代意義上的電子數字計算機ENIAC的誕生。掀起了社會快速發展的嶄新一頁。計算機工作和運行就擺在了人們的面前。
1、計算機語言
我們要用計算機求解一個問題，必須事先編好程序。因此就出現了最早的機器指令和匯編語言。20世紀50年代后，計算機的發展步入了實用化的階段。然而，在最初的應用中，人們普遍感到使用機器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護，復雜程序查找錯誤尤其困難，因此，軟件開發急需一種高級的類似于自然語言那樣的程序設計語言。1952年，第一個程序設計語言ShortCode出現。兩年后，Fortran問世。作為一種面向科學計算的高級程序設計語言，Fortran的最大功績在于牢固地樹立了高級語言的地位，并使之成為世界通用的程序設計語言。Algol60的誕生是計算機語言的研究成為一門科學的標志。該語言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說明和作用域規則、過程的遞歸性及參數傳遞機制等。而且，它是第一個用嚴格的語法規則——巴科斯范式（BNF）定義語言文法的高級語言。還有用于支持結構化程序設計的PASCAL語言，適合于軍隊各方面應用的大型通用程序設計語言ADA，支持并發程序設計的MODULA-2，支持邏輯程序設計的PROLOG語言，支持人工智能程序設計的LISP語言，支持面積對象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計算機系統和軟件開發方法
現代意義上的計算機絕不是一個簡單的計算機了而也包括了軟件（系統軟件、應用軟件）。各種各樣的軟件使得計算機的用途大大增強。而軟件開發也成為了一個重要課題和發展方向。軟件開發的理論基礎即是計算模型。隨著計算機網絡、分布式處理和多媒體的發展。在各種高級程序設計語言中增加并發機構以支持分布式程序設計，在語言中通過擴展繪圖子程序以支持計算機圖形學程序設計在程序設計語言中已非常的流行。之后，在模數/數模轉換等接口技術和數據庫技術的支持下，通過擴展高級語言的程序庫又實現了多媒體程序設計的構想。進入20世紀90年代之后，并行計算機和分布式大規模異質計算機網絡的發展又將并行程序設計語言、并行編譯程序、并行操作系統、并行與分布式數據庫系統等試行軟件的開發的關鍵技術依然與高級語言和計算模型密切相關，如各種并行、并發程序設計語言，進程代數，PETRI網等，它們正是軟件開發方法和技術的研究中支持不同階段軟件開發的程序設計語言和支持這些軟件開發方法和技術的理論基礎----計算模型
3、計算機圖形學
在計算機的硬件的迅速發展中。隨著它的存儲容量的增大，也掀起了計算機的巨大改革。計算機圖形學、圖像處理技術的發展，促使圖形化界面的出現。計算機圖形學是使用計算機輔助產生圖形并對圖形進行處理的科學。并由此推動了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助信息處理、計算機輔助測試（CAT）等方向的發展。圖形化界面的出現，徹底改變了在一個黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時代。同時也成就了一個偉大的公司Microsoft。
4、計算機網絡
隨著用戶迫切需要實現不同計算機上的軟硬件和信息資源共享。網絡就在我們的需求中誕生了。網絡的發展和信息資源的交換使每臺計算都變成了網絡計算機。這也促進計算機的發展和廣泛應用。
三計算機學科的主線及發展方向
圍繞著學科基本問題而展開的大量具體研究，形成學科發展的主流方向與學科發展主線和學科自身的知識組織結構。計算學科內容按照基礎理論、基本開發技術、應用以及他們與硬件設備聯系的緊密程度分成三個層面：
1、計算科學應用層
它包括人工智能應用與系統，信息、管理與決策系統，移動計算，計劃可視化，科學計算機等計算機應用的各個方向。
2、計算科學的專業基礎層
它是為應用層提供技術和環境的一個層面，包括軟件開發方法學，計算機網絡與通信技術，程序設計科學，計算機體系結構、電子計算機系統基礎。
3、計算科學的基礎層
它包括計算科學的數學理論，高等邏輯等內容。其中計算的數學理論涵蓋可計算性與計算復雜性理論形式語言與計算機理論等。
四計算機的網絡的發展及網絡安全
(1)計算機網絡與病毒
一個現代計算機被定義為包含存儲器、處理器、功能部件、互聯網絡、匯編程序、編譯程序、操作系統、外部設備、通信通道等內容的系統。
通過上面定義，我們發現互聯網絡也被加入到計算機當中。說明了網絡的重要以及普及性。21世紀是信息時代。信息已成為一種重要的戰略資。信息科學成為最活躍的領域之一，信息技術改變著人們的生活方式。現在互聯網絡已經廣泛應用于科研、教育、企業生產、與經營管理、信息服務等各個方面。全世界的互聯網Internet正在爆炸性的擴大，已經成為覆蓋全球的信息基礎設施之一。
因為互聯網的快速發展與應用，我們各行各業都在使用計算機。信息安全也顯得格外重要。而隨著計算機網絡的發展，計算機網絡系統的安全受到嚴重的挑戰，來自計算機病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來越大。其中計算機病毒更是很難根治的主要威脅之一。計算機病毒給我們帶來的負面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來巨大的損失。
我們想更好的讓計算機為我們服務，我們就必須很好的利用它，利用網絡。同時我們也應該建立起自己的防護措施，以抵抗外來信息的侵入，保護我們的信息不受攻擊和破壞。
(2)計算機病毒及它的防范措施：
計算機病毒是一組通過復制自身來感染其它軟件的程序。當程序運行時，嵌入的病毒也隨之運行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設定好的環境激發，即可感染和破壞。
<一>、病毒的入侵方式
1．無線電方式。主要是通過無線電把病毒碼發射到對方電子系統中。此方式是計算機病毒注入的最佳方式，同時技術難度也最大?？赡艿耐緩接校孩僦苯酉驅Ψ诫娮酉到y的無線電接收器或設備發射，使接收器對其進行處理并把病毒傳染到目標機上。②冒充合法無線傳輸數據。根據得到的或使用標準的無線電傳輸協議和數據格式，發射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號中，進入接收器，進而進人信息網絡。③尋找對方信息系統保護最差的地方進行病毒注放。通過對方未保護的數據鏈路，將病毒傳染到被保護的鏈路或目標中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對方，使病毒直接傳染給對方電子系統，在需要時將其激活，達到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒有其他特殊功能。目前，我國很多計算機組件依賴進口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計算機安全系統中的一個小洞，由軟件設計師或維護人發明，允許知道其存在的人繞過正常安全防護措施進入系統。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標系統。計算機入侵者就常通過后門進行攻擊，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在這樣的后門。
4．數據控制鏈侵入方式。隨著因特網技術的廣泛應用，使計算機病毒通過計算機系統的數據控制鏈侵入成為可能。使用遠程修改技術，可以很容易地改變數據控制鏈的正常路徑。
<二>病毒攻擊的防范的對策
1．建立有效的計算機病毒防護體系。有效的計算機病毒防護體系應包括多個防護層。一是訪問控制層；二是病毒檢測層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統恢復層；六是應急計劃層。上述六層計算機防護體系，須有有效的硬件和軟件技術的支持，如安全設計及規范操作。超級秘書網
2．嚴把收硬件安全關。國家的機密信息系統所用設備和系列產品，應建立自己的生產企業，實現計算機的國產化、系列化；對引進的計算機系統要在進行安全性檢查后才能啟用，以預防和限制計算機病毒伺機入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達到防止計算機信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強計算機應急反應分隊建設。應成立自動化系統安全支援分隊，以解決計算機防御性的有關問題。
很多公司都有因為電腦被入侵而遭受嚴重經濟損失的慘痛經歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運，造成如此大損失的并不一定都是技術高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經太多。因此，如果你是數據庫程序開發人員、如果你是系統級應用程序開發人員、如果你是高級計算機用戶、如果你是論壇管理人員......請密切注意有關字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補丁，及時在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統安裝最新的補丁會讓你遠離字符帶來的危險。經常殺毒，注意外來設備在計算機上的使用和計算機對外網的鏈接。也可以大大有效的避免計算機被攻擊。
五總結
在學了計算科學導論之后，讓我更深入的了解了我將來要從事的學科。計算科學導論指導著我們該怎么學習計算機。讓我更清楚的知道我們信息安全專業的方向。正如計算科學這座大樓一樣，在不斷的成長。信息安全也必將隨著網絡的進一步發展而更多的被人們重視?？傊畬W習了這門課之后讓我受益匪淺，也知道自己應該好好努力，爭取在自己的專業領域上有所成就。
參考文獻：
1、《計算科學導論》（第三版），趙志琢著，科學出版社2004版
