计算机专业的拓展新方向

蔡广军　刘勇

摘要：当前，计算机的应用范围越来越广、应用程度越来越深，而计算机专业的发展和就业却面临极大挑战。该文从计算思维出发，结合教学中的认识，提出了计算机教育发展的一个新方向，分析了这个方向涵盖的内容，提出了开放这一新教育方向的方法。为深化计算机教育、提高计算机专业学生的素质、拓展计算机专业范围、开拓计算机专业的就业领域奠定了基础。

关键词：计算思维；计算机教育；计算技术应用；计算机专业；计算科学

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1458-03

1 概述

现代计算机自1946年诞生以来，经过70多年的发展，当前已进入人类工作生活的各个方面。然而随着用户接口的人性化和计算机基础知识的普及，计算机理论瓶颈的阻挡，计算机专业的发展却遇到了障碍，甚至部分人员认为计算机专业已经没有存在必要。计算思维是用计算的基础概念解决问题、设计系统和理解人类行为的一种方法。它涵盖了数学思维（求解问题的方法）、工程思维（设计、评价大型复杂系统）和科学思维（理解可计算性、智能、心理和人类行为）等多个方面的内容。其本质是抽象和自动化，通过抽象来分析问题，实现问题的自动解决。

从计算思维出发，计算机作为一种辅助人类脑力劳动的工具，对很多问题的解决采用了与人类和其它领域已有解决方法不同的方法，这些方法的获取和应用对于计算机软件和硬件的开发具有极大的推动作用。该文从计算机专业化和应用的角度出发，根据计算思维的思想，提出计算技术应用专业。它用计算机解决问题的方法来研究其它领域问题的解决方法，拓展计算机的应用领域。专业内容包括计算技术、应用领域、领域问题、问题的计算机解决方法和方法解决效果等，具体层次关系如图1所示。然而由于内容的繁杂和领域的多样性，该专业的很多内容并不是已有内容的直接收集，需要进一步的研究和提取。

2 专业内容设置

拓展目的是让学生能有计算机解决问题的方法解决各个领域内的问题，其内容主要包括计算技术和典型领域两个方面，确定专业内容的过程如图2所示，包括确定计算技术、选择应用领域、提取典型领域问题、为问题确定典型的计算方法和应用效果评价等。其中，计算技术来源于计算机科学、应用领域和其中问题来源于具体问题领域、计算方法和效果是两方面知识的综合。

2.1.1 确定计算技术

用计算机方法来思考、解决、评价其它领域的问题，计算机知识和计算技术仍是其基础和核心。基于计算思维确定计算技术是深化和提取已有计算机相关的内容，可以从计算思维方法、计算机通用方法、计算机应用方法和计算机系统使用方法四个方面提取。

计算机思维方法是从计算机和计算技术中的基本原理、技术和方法中提取的思考解决问题的方法。它是在已有计算机相关原理、技术知识的基础上概括并抽象提取的，不仅可以用于计算系统的开发和应用，还可以用于解决当前和计算机系统无关问题的分析和解决。

计算机通用方法是独立于具体应用和系统的计算机相关的原理、技术和方法。由于新专业中增加了领域知识的内容，难以完全涵盖已有的内容，故本部分内容需要在勾勒出计算技术整体框架、基本技术和代表性的方法的基础上，舍弃一些具体的实现和操作方法。

计算机应用方法是使用计算机相关技术的方法，包括计算思维的应用方法、计算技术的应用方法。

计算机系统使用方法是通用的计算机使用和操作方法。这两部分的内容是和具体应用无关的。

2.1.2 选择确定应用领域

选择确定应用领域是选择学生将来的具体擅长的应用领域，基于计算思维选择应用领域除了考虑问题领域的特征和分类外，还依赖于计算技术的研究和发展预测。本部分的内容可以独立于计算机，其步骤包括领域的划分、领域的選择和领域内容的确定。

领域的划分可以根据计算机应用的特征和现实世界中问题领域的划分方法来划分应用领域，前者包括电子商务、电子政务、机械制造等领域，后者包括科学计算、人工智能等领域。

选择时要考虑领域的重要性、典型性、前瞻性和全面性等性质。领域重要性包括两个方面：一是领域自身的重要性，在国计民生中具有重要地位；二是指计算机发挥较大作用的领域。领域典型性指领域具有一定的代表性，具有较大的应用范围或相似的领域，通过这一领域知识的学习能解决较大范围的问题。领域前瞻性指领域内不仅存在计算机已解决的问题，还存在计算机正在解决和将来能解决的问题，可以涵盖计算机应用的不同层次。领域全面性是对领域内问题覆盖面的衡量，至少包括对计算机某一方面内容的全面应用。

选择领域后，对领域内容的确定可以从三个层次展开。一是领域整体结构，要从整体上对领域有充分的理解；二是领域内的主要问题，至少要涵盖对领域重要的问题和计算机不同层次知识应用的问题；三是领域的发展趋势，要把握领域的发展方向以确定计算机在领域内应用的方向。

2.1.3 领域中问题的选择和研究

每个领域都有很多问题，计算机不可能解决领域内所有问题。即使能解决的问题，也可能不适宜用计算机解决。而对很多领域来说，计算机能很好解决的问题也不可能都作为学生学习的内容。为此，课程内容不仅应该包括具体问题，还应该包括基于计算思维提取的问题选择的原则。

问题的筛选原则和领域筛选原则类似，可以从问题的典型性、重要性和前瞻性等方面选择。问题的典型性是由于选择问题旨在通过一个问题使学生掌握一类问题和其解决方法，使得所选问题在问题领域内具有代表性或者在计算机应用方面具有代表性。问题的重要性需要从问题对领域的重要性和问题对学习计算方法解决同类问题的重要性。问题的前瞻性是指问题是否代表了领域发展的新方向、新趋势或代表了计算思维在领域内应用的新方向和新趋势。

对于每个问题，需要涵盖问题内容、问题解决技术和效果三个方面。问题内容是对问题的详细陈述，包括问题的本来特征和与计算机相关的特征；问题解决技术是问题的各种解决方案，包括解决问题的出发点、具体的解决步骤或框架；解决的效果主要是对各种解决方法优缺点的总结评比。

以企业管理领域为例，选择问题要选择各个企业都面临的紧急问题，比如供应链问题。问题的阐述需要解释清什么是供应链，供应链问题有哪些部分、每个部分有哪些解决方法，每个方法解决了那些问题、这些问题的意义和解决方法的特征等内容。

2.1.4 领域内计算机解决问题的方法

领域内问题的解决方法是计算技术和领域问题两方面内容的综合。针对选定领域内每个选定的问题，都要确定对应的计算机的解决方法，但不一定是完全成熟的计算机系统的使用。基于计算思维的问题解决方法是各种计算技术应用的综合，包括计算思维的应用、计算技术的应用和计算系统的应用等不同的层次。

计算思维的应用是计算机解决问题思路或方法在领域中具体问题的应用，不涉及具体计算机软硬件在领域中的应用。应用内容是提取的计算机思维和领域内待解决问题的交集。例如采用需求工程中问题框架的思想去分析确定企业、部门、机器等解决问题的内容；采用计算复杂性理论去分析现实问题的复杂程度；人采用计算机搜索和推理问题的方法去分析解决问题等。

计算技术的应用是计算机开发方法在领域中的应用，应用结果是一个计算机系统或模块。它针对的是领域内计算机未解决的或解决的不好的问题，去获得一种新的或更好的计算机解决方案。包括特定问题的需求分析方法、针对这一问题的系统架构、分析和设计产品、代码和测试产品以及每一种成品的原因和结果分析。

计算系统的使用是具体计算机产品在领域中的应用，包括具体的软件和硬件的应用。具体软件系统包括企业管理 中ERP系统、生产制造中的CAD、PROE等系统；具体的硬件包括各种计算机终端和芯片。

2.1.5 确定方法的应用效果

方法应用效果是对计算方法在所在领域应用结果，基于计算思维确定方法的应用效果是通过提取分析计算机评价技术实现对方法应用效果的分析和评价。内容可以包括正面的、负面的和未来改进多个方面。正面效果包括问题的重要性、计算解决方法解决了问题的程度、和其它方法比的优势。比如ERP系统在企业中的作用，解决了企业中哪些问题，相比没有ERP时企业生产方式有哪些变化，改进了哪些环节。负面效果包括领域内未解决的问题、问题中未解决的部分、解决问题不足的方面等内容。比如ERP不能完全代替人来管理企业、不能解决企业管理中的战略决策问题、对信息的处理范围和速度都有不足。未来改进包括领域内将来能解决的问题、问题中将来能解决的部分已解决问题中将来能改进的部分和更好的解决已有问题的方法等内容。比如ERP将来可以更多地代替人的脑力劳动、可以为战略决策提供更多支持和帮助。

3 总结

本文针对计算机专业的发展问题，根据计算机的特征，通过深化提取计算技术、引入领域和领域问题、研究典型问题的计算机解决方法和评价，提出了计算机专业发展的一个新方向，扩充并深化了已有计算机专业的内容和应用层次。该方法的应用可以进一步提取计算机知识的层次和应用深度，提高学生在特定领域内应用计算机技术分析问题、解决问题的能力，开拓计算机知识的应用范围，为计算机应用的深入和学生就业方向的拓展提供了基础。然而，该专业很多内容尚不成熟，需要进一步的研究和教学中的进一步的提炼。

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