《計算機前沿技術》教學研究與實踐

邸書靈

（河北工業大學廊坊分校 計算機與電子學部，河北 廊坊 065001）

摘要：針對《計算機前沿技術》課程的特殊性，結合我校學生培養目標和定位，就學時分配、教學內容、教學方法、課后作業及考核方式等教學環節的研究和實踐做了介紹，特別強調了因材施教、動態跟蹤的教學理念，并提出了進一步探索的方向。

關鍵詞：計算機前沿技術；教學內容；教學方法；課后作業；考核方式

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

本學期承擔了“計算機前沿技術”（以下簡稱“前沿技術”）課，該課是我校本科大三計算機、軟件工程、網絡工程等專業在第六學期開設的一門選修課程。課程的主要目的和任務是使學生了解計算機科學與技術的各個學科分支的歷史與現狀，對主流技術熱點及發展方向和趨勢有所把握，為今后進一步深入學習或從事相關工作奠定基礎。

一、教學準備：關注教學對象、精選教學內容、合理分配學時

對于常規、經典課程如《數據結構》，其教學內容相對明確、固定，因此教學內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”這種課程，課程名稱可以多年不變，但其內涵是不斷發展、變化的，且涉及計算機學科的諸多分支領域。本學期的學生已學課程包括面向對象程序設計、數據結構、計算機組成原理、計算機網絡、數據庫原理及應用技術、軟件工程、操作系統等學科基礎課以及Java編程技術、Web程序設計等專業課。從總體來看，學生的知識結構比較偏重專業基礎。結合我校學生培養目標和定位，在教學內容的組織方面主要有以下設計：

1.盡量多地介紹相關專題。讓學生在有限的學時內盡量多地接觸各種前沿知識和技術，以幫助學生開闊眼界，為學生多打開幾扇窗，有利于學生日后的進一步學習和提高。

2.對于學生有基礎的專題，內容主要包括兩部分：基礎知識回顧和新知識講解。對于學生沒有基礎的專題，則從基本概念講起，精選核心內容。

教材選擇也是教學準備很重要的內容，經過多次比較，選用清華大學出版社出版的《計算機科學前沿技術》一書。該書共十六章，“概述、計算機硬件的發展、高性能計、現代操作系統、計算機網絡新技術、可信系統和可信軟件、數據庫技術的發展、數據挖掘及其應用、人工智能前沿、機器學習的研究、搜索引擎技術、集體智慧與Web 2.0、云計算、物聯網技術、服務科學與服務計算、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科前沿技術[1]。16章內容包括15個專題和1個課程簡介，共24學時，分為12次課。前6個專題涉及計算機硬件、操作系統、數據庫技術和網絡技術等，學生有相關基礎，因此1次課2個專題，平均1個專題1學時，約四分之一學時用于回顧相關知識，四分之三學時用于講解新的知識和技術。后4個專題涉及集體智慧、Web2.0、物聯網、服務科學與服務計算、智慧地球等，其共同的特點主要是在前面專題技術之上的發展而來，是前述技術的綜合運用，全新的技術成分不多，重點是讓學生建立相關概念及技術體系，因此也安排1次課2個專題。其他1個專題1次課。

二、教學方法

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

1.新舊專題不同講法、內容合理調整完善，對于學生有相關基礎的專題，采用簡單回顧已有知識+深度講解前沿技術的方式。在知識回顧階段通過設置問題來引導、啟發學生復習，并做適當補充和拓展。如“數據庫技術發展”專題，學生在前一學期學習了“數據庫技術及應用”一課，本次授課時首先引導學生一起回顧了關于“關系模型、關系數據庫、SQL語言”等基本知識，之后講解了面向對象數據庫及其與關系數據庫的特點對比，以及數據倉庫、數據挖掘、商務智能等新知識，現代數據管理的特點及技術、數據科學家等知識。此外，在授課過程中對某些專題進行了補充完善。如“第八章 數據挖掘及其應用”，教材主要集中于數據挖掘相關內容，實際上，數據倉庫是與數據挖掘緊密相關的內容，此外，大數據從內容上與數據倉庫、數據挖掘聯系也很緊密，同時大數據也是目前主流的、應用廣泛的學科前沿技術[2]，因此，授課時將原來的內容補充為“第八章 數據倉庫、數據挖掘、大數據”。這樣關于數據處理、應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，并精選教學內容，以使有限學時內信息量大、知識豐富。在教學過程中征集學生反饋，并進行合理調整。如“機器學習”專題[3]，將原計劃2學時的內容調整為4學時，介紹了各種機器學習范式，并進行對比學習和應用，重點介紹了深度學習概念和思想[4]。

2.緊密結合行業動態、密切關注熱點事件，開課前的內容準備主要是已有知識、已發事件的整理，此后以及教學過程中隨時都可能有新技術、新產品、新事件出現。課程既然是“前沿技術”，就需要教師關注行業動態、學科發展，對新技術、新產品、新事件保持足夠的敏感。在教學過程中緊密結合國際國內、業界等新動向、新情況，引入最新發生的典型案例。如在“計算機網絡”專題，涉及“信息安全”方面的內容，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，重點講解了盜刷原理、相關技術以及保護措施，然后提醒同學們注意個人信息安全，以及正確使用網絡等方面的注意事項。在“人工智能”專題[5]，正好是Google機器人AlphaGo和韓國棋手李世乭對決期間，利用學生們對該比賽感興趣的心理，將該案例引入課堂，并引導學生關注AlphaGo的硬件、網絡、云平臺及相關算法，很好地調動了學生的學習興趣。

三、課后作業及課程考核

1.課后作業，根據前面所述，本課教學內容、教學方法都不同于常規的課程，限于學時每個專題只能做提綱挈領式的介紹。為了使學生對專題內容有更深入的了解，課后作業要求以小論文的形式完成。為了激發學生興趣，盡量設計和青年學生比較接近的話題。如“人工智能”專題的論文要求“看一部與人工智能有關的電影，寫一篇電影介紹和影評”（必做題目），此外還設計了一個選作題目：觀看CCTV2的2016-2-28《對話》節目。該期題目是“人工智能：機器好過人？”，節目特別邀請了《紐約時報》高級科技記者、專注于機器人與人工智能領域報道、暢銷書《與機器人共舞》的作者約翰·馬爾科夫，講述語音識別技術、無人駕駛汽車等。其中還出現了《超能陸戰隊》、《機器人總動員》、《機械公敵》等青年學生喜聞樂見的電影鏡頭。通過觀看來自于正規渠道的相關信息，學生們對人工智能的理解以及發展情況會有更進一步的了解和認識。

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，經請示相關領導和部門，采用平時成績計分形式，即每次課后作業都計分，每次分值可能不同，總分為100分。因此每個學生的每次作業都要全批全閱、寫評語給分數，期末積累結果就是課程成績。這種考核方式在課程介紹時就向學生講清楚，提示學生要做好每次課后作業。

四、總結

1.努力做到因材施教，對于本次打破常規的教學探索和實踐，從教學準備到教學實施，作為任課教師感覺投入很大，壓力很大。雖然在開學前已經將所有教學內容都組織整理并進行了多次修改完善，但在每次課前還會做調整和補充，尤其隨著對學生知識結構及掌握情況的逐步深入了解，有些內容需要做針對性的調整。

2.跟蹤、掌握最新動態，信息技術發展迅猛、新技術新應用不斷涌現，作為教師要特別關注國際國內行業發展、典型事件、熱點技術、國家政策、大公司動態等，要善于獲取相關信息，并有針對性地融入教學中。引導和幫助學生建立自己的知識體系和知識增長點。大學四年的學習遠不能滿足學生日后的發展需要，他們應該學會選擇、規劃自己未來的發展道路，學會學習、自我提高。

3.繼續探索教學方法。

本次教學過程主要是以教師講為主。為了調動學生主動學習興趣，下一次可適當安排學生課堂報告。

參考文獻：

[1]王偉.計算機科學前沿技術[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]黃宜華.深入理解大數據：大數據處理與編程實踐[M].北京：機械工業出版社，2014.

[3]李銳，李鵬，曲亞東，等，譯.機器學習實戰[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[4]謝磊.深度學習：方法及應用[M].北京：機械工業出版社，2016.

[5]馬少平，朱小燕.人工智能[M].北京：清華大學出版社，2014.