计算机专业前沿技术概述课程选题研究

李德胜

（安徽科技学院 信息与网络工程学院，安徽 滁州 233100）

计算机专业前沿技术概述课程选题研究

李德胜

（安徽科技学院 信息与网络工程学院，安徽 滁州 233100）

《专业前沿技术概述》是针对本校计算机科学与技术和网络工程专业开设的一门少学时选修课程.针对课程本身和高年级学生的特点，如何对课程教学内容进行合理的选取显得至关重要.本文在“前瞻性、实用性和趣味性”的三个指导原则下，将课程内容划分为技术类讲座和创作类讲座，不仅使得学生的出勤率、兴趣和积极性都有很大提高，也对学生的今后学术深造和就业指向有一定的帮助.

专业前沿；计算机科学与技术；网络工程；专题讲座

《专业前沿技术概述》是针对本校计算机科学与技术和网络工程专业开设的一门选修课程，安排在大学四年级上学期授课，总学时为18学时，共9次课堂教学，每次课堂教学为一个专题讲座.长期以来，我们将该课程的开课目的定义在，一方面对学生拓展学生的专业思维和眼界，使其把握计算机专业发展的脉络和方向；另一方面提高学生的实际创作能力，能够适应今后工作和学习的需要.

然而，在实际的教学过程中却面临一些实际问题.首先，由于课程在大四开课，学生自身的事情比较多，有的同学选择考研，上课基本上经常携带考研辅导书进行自我学习；有的学生关注找工作，上课自己学习一些技术类书籍.另一方面，这门课程学时较少，并且是讲座类型的选修课程，因此学生对课程的重视度不够.针对这些问题，更需要授课教师对该课程进行充分的教学设计，安排好教学内容，并与前期的课程相互照应，充分调动学生的兴趣和重视度，让学生觉得所学知识无论对于今后的深造学习还是工作都是有用的和先进的.

在本文中，笔者在对安徽科技学院计算机系两个专业（计算机科学与技术、网络工程）近4年的《专业前沿技术概述》的课程内容选题设置进行了总结，提出了技术类与创作类两条腿走路的内容安排原则，以及“前瞻性、实用性和趣味性”的指导原则.内容安排上，技术类讲座内容包括：人工智能、多媒体技术、游戏开发技术、数据库技术、网络技术；而创作类讲座包括科研论文和专利申请.

1 技术类讲座内容

1.1 人工智能前沿讲座

人工智能课程占用2次课程，4个学时.这部分内容可以看作是计算机专业本科生课程《算法与数据结构》、《组合数学》和《人工智能》课程的延续与提升.重点给学生介绍组合优化的方法和具体的优化问题求解.所谓组合优化，是指在离散有限的数学结构上，找到满足约束并使其适应函数值达到最值的解.其中优化方法可以分为精确的求解方法和近似的求解方法（启发式 (Heuristics)和亚启发式(Meta-Heuristics)）.在课程中，主要对方法进行全面的介绍，具体列举完全枚举法、准完全枚举法、降序排列法、贪婪法、随机法、松弛法、分割法、分支定界法、邻域搜索法、降序排列法、多起点邻域搜索法、人工智能法.根据前瞻性、实用性和趣味性的原则，我们在实际的教学过程中选用了随机优化算法的帝国竞争算法[1]作为实例进行介绍.该算法与人类的社会活动紧密结合，基于帝国主义殖民竞争机制，具有收敛速度快的特点，近年来被持续关注和研究.通过该算法的介绍，使得学生了解到计算机算法实际上与自然、生物、人类社会都是紧密联系的，并且很多优秀的算法都启发于这些领域.基于此，在课堂上我们启发学生进行自由地联想，让他们观察和理解自然界现象、动物和人类社会的行为，如潮汐现象、气候现象、鸟群和鱼群的捕食行为、分散、聚集和繁殖行为，象群的社会协作行为，蛇群的交配行为、人类的选举行为、迁徙行为、消息传播行为等，让他们试图从中总结出一些规律，来提出一些新型的算法思想.在介绍完优化方法后，接着介绍一些具体的优化问题.这些具体问题主要包括：背包问题 (Knapsack Problem)、旅行商问题(Traveling Salesman Problem)、二次指派问题 (Quadratic Assignment Problem)、最小生成树问题 (Minimum Spanning Tree Problem)、集覆盖问题 (Set Covering Problem)、装箱问题(Bin-Packing Problem).在这部分教学上，要让学生能够区分这些问题的细微差别，并将实际的问题归类建模到这些问题之中.最后，要求学生用课余时间实现1-2个算法，解决1个问题，并比较两种算法在特定问题上的优劣.

1.2 多媒体技术前沿讲座

多媒体技术课程占用2次课程，4个学时，重点讲授图像和视频处理技术，包括数字图像处理前沿、压缩感知（Compressive Sensing-CS）、视频的运动目标检测与跟踪技术等内容.数字图像处理前沿选用国外的优秀教材[2]来讲解，主要内容有图像增强、彩色图像处理、图像检索、傅里叶变换、图像复原、图像压缩和图像分割.其中压缩感知的基本思想是用较少的观测数据，尽可能较大概率的精确恢复、重构原信号.其方法主要应用在数据压缩、磁共振成像(MRI)、线性编码、雷达成像、图像处理（去噪，增强，合成，复原，分割，识别）以及单像素相机研发方面.特别是关于测量矩阵和重构算法（Sparse Recovery）的精华内容需要重点讲授.在视频运动目标检测中，重点介绍主流方法背景减除法，以及建立适应环境变化的背景模型是背景减除法的研究重点.在视觉跟踪算法中，主要介绍颜色直方图、Snake轮廓模型、局部特征模型、2D/3D空间模型以及概率图模型等建模方法.对于这部分内容，则要求学生课后阅读3-5篇左右的国际国内科研论文，并做好笔记相互交流.

1.3 游戏开发技术前沿讲座

游戏开发技术课程占用1次课程，2个学时，这部分内容与前面学习的《C++面向对象程序设计技术》和《数据结构》的后续课程.游戏开发技术重点讲解Cocos-2dx框架下的C++游戏开发方法和技能[3]以及网络游戏服务器架构.其中游戏架构分为C/S与B/S两种类型讲解.再次，介绍游戏中的一些核心算法，例如随机寻路算法、跟踪算法和闪避算法等.然后，介绍HTML5游戏开发的技术，例如HTML5的元素canvas,application cache,localstorage,audio，前端技术JS+CSS3+DIV；第三方API，如JQuery，跨平台方案iphone，android，Pad，PC，浏览器技术QQ，Firefox，opera等.物理的引擎Box2d（C++,Java,Flash,Javascript等）.对于这部分内容的讲解，一定要结合源代码进行讲解，才能使学生充分产生兴趣.

1.4 新兴数据库技术前沿讲座

新兴数据库技术课程占用1次课程，2个学时.数据库技术主要介绍新兴的NoSQL的数据服务.首先介绍服务计算；服务计算经过十余年发展，需要与新兴技术，如云计算/物联网/大数据融合交叉；其次介绍数据服务（如Web服务组合与分析）.其次，讲解传统的关系型数据库不能很好地适应大数据分析的原因.接着，引入一些NoSQL的实例，如文档 Document型数据库，MongoDB,CouchDB；名值对Key/Value型数据库，如Memcached,Berkeley DB,Dynamo,Amazon S3；图Graph结构数据库，Neo4J,Titan,DB2 RDF和基于列的数据库，BigTable,HBase,Cassandra等.但是也要对学生讲解清楚，在目前的Web开发最佳实践中，还是关系型数据库例如MySQL占主流，以免误导学生的技术路线和方向.

1.5 网络技术前沿讲座

网络技术课程占用1次课程，2个学时，主要讲授数字签名的内容.学生在本科期间往往只是学习了密码学的内容，对数字签名的内容往往只是初步涉及.另一方面，数字签名于学生的日常生活也密切相关.教学安排上，我们首先介绍数字签名的分类，接着介绍数字签名的安全模型.在本次课程后，需要让学生去了解实际中自己使用的签名是属于哪种类型，采用什么技术，各自有何种先进性和局限性.

2 创作类讲座

2.1 科研论文写作讲座

科研论文写作课程占用1次课程，2个学时.这部分内容主要讲授撰写科学论文的重要性、好文章的要求、退稿的原因、研究工作的新颖性、科技论文的特征与分类、期刊级别、学术论文的选题、资料的搜集、编拟论文提纲、科技论文的编写格式、写作语言、图表绘制以及学术道德.

2.2 专利写作讲座

专利写作课程占用1次课程，2个学时.这部分内容主要结合专利申请说明书的格式来进行.主要讲述说明书的要求及其作用、发明名称的选取、说明书的组成部分、技术领域、背景技术、发明内容、要解决的技术问题、技术方案、有益效果、附图说明、具体实施方式（实施例）、附图、权利要求的作用和实质性要求、权利要求的撰写方式.需要给学生强调的是，发明专利最重要的是新颖性和独创性，而这部分内容应该如何把握和体现，正是专利是否能顺利通过授权的关键.

3 小结

本文将课程内容划分为技术类讲座和创作类讲座，对实际的教学内容进行了选取.通过长期的教学实践发现，这样做不仅使得学生的出勤率、兴趣和积极性都有很大提高，也对学生的今后学术深造和就业指向有一定的帮助.

〔1〕郭婉青,叶东毅.帝国竞争算法的进化优化[J].计算机科学与探索,2014,8(4):473-482.

〔2〕Rafael C.Gonzalez,Richard E.Woods.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社,2003.

〔3〕李勇.基于Cocos2d-x引擎的游戏架构设计与实现[D].北京邮电大学,2015.

G420

A

1673-260X（2017）01-0018-02

2016-12-10

省级重大教学改革研究项目：2015年安徽省高等教育振兴计划（2015zdjy121）；应用型高校工科专业“互联网+”创新创业教育改革——以网络工程专业为例（2015zdjy121）