計算機專業學生數學素質培養機制探究

李華昱 時念云 鐘敏

摘 要 數學與計算機專業的理論和課程體系緊密相關，數學素質對計算機學科的發展和人才培養起到重要作用。針對計算機專業數學教育現狀和計算機專業人才素質要求，本文從教學改革、課程內容和實踐環節等方面，提出了一種有效的數學素質培養機制，并給出了具體實現方案。

關鍵詞 計算機專業 數學素質 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Exploration on Math Quality Training Mechanism

of Computer Major Students

LI Huayu, SHI Nianyun, ZHONG Min

(College of Computer and Communication Engineering,

China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555)

Abstract Maths is closed related to the theory and course system of computer major, math quality plays an important role in the development of computer science and personnel training. Based on current status of math education and talents quality requirement of computer major, from the aspects of teaching reform, course content and practice link, this paper proposes an effective maths quality training mechanism and gives detailed implementation schemes.

Key words computer major; maths quality; teaching reform

0 引言

數學素質主要指學生認識和處理數形規律、邏輯關系及抽象事物的悟性和潛能，是一種應用和發展數學科學的功底，這也是計算機科學的精髓。綜觀計算機理論和技術的發展史，每一步都離不開數學的支撐，很多有造詣的計算機科學家都強調：良好的數學素質培養對計算機的使用、軟件的開發以及計算機的設計都起著至關重要的作用。作為重要的計算機專業人才培養基地，工科院校的計算機專業應該適應計算機科學發展的需要，不斷加強學生數學素質的培養，使學生真正成為適應時代需求的計算機高級人才。

1 數學素質對計算機學科和人才培養的作用

計算機專業的數學素質教育，是以數學基礎知識、基本技能、基本方法為載體，對學生進行理性和抽象思維能力的訓練，培養和提高學生的計算意識和邏輯推理能力，使學生對數學理論知識在計算機領域中的廣泛應用有深刻的體會，并且能夠結合計算機和數學的理論知識，解決科學研究和實際應用中的各種問題。重視與加強數學素質的培養，對計算機學科發展和人才培養起到以下重要作用。

1.1 推動計算機理論和應用技術發展

計算機科學本質上就是一種算法科學。國內計算機科學權威雜志“軟件學報”、“計算機學報”和“計算機研究與發展”等刊登的學術論文，基本上都是某個領域中數學算法的研究。目前被世界廣泛認可的人工智能領域的“吳氏方法”正是我國著名數學家吳文俊提出的幾何定理的機器證明方法，吳文俊教授為此首次獲得國家科學獎。

同時，現代數學的原理和方法與計算機相結合而產生的“數學技術”，已從傳統的自然科學和工程技術滲透到計算機的各個應用領域，如運籌優化，工程自控，信息處理，科學計算，三維重建，虛擬現實等。數學已經成為計算機應用技術不斷發展的重要支柱。

1.2 促進計算機專業課程學習效果

很多計算機的專業課程都用到大量的數學知識，沒有扎實的數學功底，就無法有效地進行計算機專業課程的學習。如《數據結構》中數據表示、存儲和操作技術，《計算機圖形學》中的插值算法，《數據庫原理》中范式理論和《編譯原理》中編譯器的實現等，都需要一定的數學理論基礎；《離散數學》中涉及的數理邏輯、圖的遍歷和關鍵路徑等內容，都與數學定義、定理有緊密的聯系。此外，計算機尖端科學技術中的人工智能、模式識別等，更是計算機技術與數學知識運用的綜合體現。

在計算機專業課程課堂授課過程中，重視和加強數學知識的傳授，能夠更好地促進課堂教學和課程實驗效果，提高學生學習專業課程的興趣。

1.3 提高計算機專業學生的理性思維能力

針對計算機專業學生，數學不僅是學習專業課程的工具, 也是提高理性思維能力的重要手段。數學素質培養的關鍵，并不是僅僅重視數學知識的學習和掌握，而是強調數學理論知識的靈活運用，使學生不但學會用數學知識解決實際計算機科學問題，而且能獲得理性思維的熏陶，提高邏輯思維能力、辯證分析和歸納能力。這種理性思維能力的培養對學生全面素質的提高、創新意識的啟迪是其它學科難以替代的。

2 數學教育模式現狀

目前，在很多高校的計算機本科專業課程體系中，除數學系開設的數學課程之外，都設置了《計算方法》、《離散數學》等課程，教學管理機構和專業授課教師也逐步認識到數學知識對培養全面計算機人才重要作用。然而，計算機專業中的數學教育仍然存在以下問題：

2.1 重視程度不夠

有些教師意識不到“計算機科學的精髓就是數學”，片面地認為工科數學只不過是一種服務性課程，計算機科學就是利用計算機工具開發軟件，因此忽視自身數學知識的提高，也直接影響到學生的思想和學習。學生在沒有被正確引導下，錯誤地認為數學沒有用，學數學不如直接學一些時髦的計算機軟件工具。這些思想直接影響學生在計算機領域的進一步發展。

2.2 教學方法有待改進

目前，數學知識的傳授往往千篇一律，采用“定義、定理、公式和計算”一個模式，把數學課變為單純訓練學生解題的技能課，沒有讓學生切身感受到數學知識在計算機科學中的地位及數學理論對具體計算機應用的支撐作用。

2.3 數學教學內容少而陳舊

不少理工科院校的計算機本科專業僅僅開設《計算方法》和《離散數學》兩門與數學相關的計算機課程，且內容都是20世紀以前的數學基本知識，對現代數學如“并行算法”、“模糊數學”等幾乎沒有接觸。這對學校和學生在計算機科學領域的進一步發展提供了不利條件。

3 數學素質培養機制改革與實現方法

數學素質培養應該以學科教學為主，圍繞計算機專業課程，篩選針對性強、與計算機熱門應用領域緊密結合的數學知識，以培養具有創新意識和扎實理論功底的計算機高級人才為目標。為此，需要進行以下教學方法改革，建立全面和有效的數學素質培養機制。

3.1 數學課程教學改革

首先，以數學思想方法貫穿教學過程，強調數學公式、原理的發現過程和應用領域，并通過有效和生動的數學課堂授課過程，使學生對數學概念、定理有一個直觀的印象，提高學生理解數學思想方法的能力。其次，教師要采取“廣泛聯想”和“邏輯定向”的開放教學程序，培養學生定向思維和逆向思維能力。可以通過計算機程序設計技術，編制圖文并茂的“數學實驗”演示課件，讓學生深刻理解數學中“枯燥的定義”和“繁瑣的解題方法”。例如，極限的定義可以在計算機上進行模擬演示，極限的計算、函數的求導、積分的計算和常微分方程的求解等數學習題均可以通過計算機解決，提高學生學習數學的興趣。此外，還需要充分考慮授課時間和學生學習精力的限制，精選教學內容，突出主線，適當刪減過時內容，注意補充現代數學知識，以更好得適應計算機學科的發展。

3.2 專業課程講授方式改革

采用相互貫穿的方式講授專業課程與數學知識，注重計算機理論與數學知識的結合。例如，改革《計算方法》和《離散數學》課程的教學方法，補充現代數學知識，從解決實際問題的角度出發，引入包含的計算機理論和數學知識，改變學生對專業課程的片面看法，提高學生學習的興趣。例如，在講授《計算機圖形學》時，通過對國內外各著名高校授課情況進行分析，摒棄以往“求全求廣”的模式，將枯燥繁瑣的數學推理簡單化，使學生以有限的時間和精力全面掌握計算機圖形學的主要內容。同時，重點將有關的數學理論與圖形學研究課題相結合，并以直觀易懂的語言與可視化的課件相結合，培養學生的數學建模思想。

3.3 實踐環節中加強學生的數學意識

數學理論與算法比較晦澀和難懂，但實驗結果卻可以非常直觀和生動。因此，應該引導學生在實踐環節和畢業設計中注重數學知識的運用，將晦澀難懂的數學結論融入到直觀生動的實驗結果中，提高他們在實際中駕馭數學知識的能力，培養他們的數學意識。例如，將計算機的相關實驗題目與數學教學相結合，利用C或者VB語言進行高等數學函數求解，或者使用MATLAB軟件求解線性代數方程組等。通過這些軟件開發過程，一方面使得學生學會借助計算機解決數學問題，另一方面能夠建立對于軟件程序設計的信心，提高對計算機軟件系列課程的興趣。

3.4 開設相關數學知識課題講座

邀請在理論和應用領域知名的專家教授，定期地對學生進行計算機與數學的科普講座，通過具體的案例分析，將計算機理論體系與數學知識相互貫穿，加深他們對數學課程重要性的認識。同時，開設與數學緊密結合的最新計算機應用領域課題講座，力求在較高的起點上，增強利用數學知識解決計算機應用課題的能力。

3.5 提高授課教師的數學修養

加強學生數學素質的培養，需要對傳統的專業課程授課模式和教學內容進行改革，這對教師提出了很高的要求。因此，授課教師需要針對性地結合數學理論知識，不斷地了解和掌握計算機理論和應用領域最新的研究進展，加強和提高自身的數學素質和修養。

4 結束語

近年來，數學的思想和方法成為推動計算機科學技術迅速發展的強大動力，現代數學已經滲透到計算機的各個應用領域，這為高校計算機專業培養合格的計算機人才提出了更大的挑戰。為此，需要對目前計算機專業教學模式和內容進行改革，注重數學知識與計算機理論的有效結合，建立一套切實可行的數學素質培養機制，促進學生創新能力和綜合素質的不斷提高。

參考文獻

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