计算科学范文10篇

计算科学范文篇1

关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算

1计算的本质

抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。

2远古的计算工具

人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。

4电动计算机

英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。

5电子计算机

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”[论/文/网LunWenNet/Com]

7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

8量子计算中的神谕

人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9“神谕”的挑战与人类自身的回应

人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。

参考文献

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

计算科学范文篇2

关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算

1计算的本质

抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。

2远古的计算工具

人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。

4电动计算机

英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。

5电子计算机

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

计算科学范文篇3

大数据常被人们用来描述市场海量的有可能挖掘到的结构化、非结构化以及半结构化的数据信息。而对于大数据的处理不同于普通数据，其需要运用更为先进的数据处理分析技术，这样才能够最大化对海量数据进行提取、处理以及储存工作，从大量数据中挖掘具有高价值的信息数据。基于计算机互联网的发展，物联网是从其扩展与延伸出来的。计算机互联网所对应的虚拟数据，而物联网则是通过智能处理技术、传输技术以及感知设备等，实现在真实的物体之间进行联通，并将数据有效传输到计算机互联网上。物联网技术的应用能够实现广大企业对内部数据信息的智能化管理和自动化监控管理，大大提高企业的工作质量和效率。

2信息与计算科学建设过程中存在的主要问题

2.1专业建设缺乏特色。信息与计算科学专业主要涉及到两门学科，它们分别是信息科学与计算科学。因此，高校在建设该专业过程中必须确保两门学科的比重性，一旦过于偏重其中一门学科，一定程度忽视了另外一门学科，就会导致该项专业结构体系的不合理，会偏离了最初建设该项专业所制定的目标。高校在该专业课程的教材与参考资料使用上缺乏实用性特点，仍在沿用传统相关教材内容，难以满足现代大学生的专业学习需求。因此，有必要有效增加该专业新研究方向的介绍，不断拓宽专业学生的知识面，充分激发学生的学习积极性和主动性。2.2专业人才培养目标不够明确。由于部分高校受到传统教育观念的影响，一些专业的课程设置往往只是从以往教育专业延伸出来，未能够对其进行深入研究探讨。例如，在信息与计算学科专业建设上，一些高校只是通过效仿教育部数学类教学指导委员会推荐的“信息与计算科学专业教学规范”，未能够有效根据自身的办学特点和情况，明确该专业设置的教育目标，体现出学校的办学思想，从而导致在对该专业人才的培养工作上偏离了正常轨道。存在部分以工科为主的院校在建设该项专业时，甚至以高等数学去替代了数学分析课程，这样一来就难以实现培养更多数学学科高端人才的目标，也不符合国家教育部门最初制定的“信息与计算科学专业培养的毕业生能够在社会教育、科技、经济金融以及信息产业等行业领域中从事教学、研究以及管理开发工作。2.3专业课程体系设计不够合理。由于高校在信息与计算科学建设中培养目标不够明确，这样一来就会导致教学课程体系不够合理。学校往往只会将一些计算机相关课程与数学专业课程有效融合在一起，缺乏对信息与计算科学专业的深入研究分析，难以形成科学完善的课程教学体系。该专业学生最终会出现数学学习整体水平难以赶上数学专业学生，计算机学习整体水平比不过计算机专业学生的局面，从而降低了他们在社会上的就业竞争力，难以轻松寻找到符合自身专业特点的工作岗位。专业教学课程的单一化不利于激发学生的学习兴趣和热情，学生缺乏学习指导，未能根据课程学习制定自身的未来就业发展目标。2.4专业人才培养与社会需求不相适应。高校在设置信息与计算科学专业时，必须明确该专业课程开展的目的是为了培养更多社会实践型人才，能够满足经济市场企业对于该类人才的需求。而实际情况是，存在部分高校在建设信息与计算科学过程中，只关注到学生专业理论知识的掌握，一味扩大专业招生规模，严重忽视了专业培养人才为社会服务的办学宗旨。高校缺乏组织该专业学生积极参与到社会实践活动中，学生与教师难以了解到社会的需求，教师课堂教学的开展往往只是针对教材的内容，这样无法有效调动起学生的学习积极主动性，促使他们全身心投入到课堂学习中。

3基于大数据和物联网环境下信息与计算科学建设的主要措施

3.1信息与计算科学建设的个性化发展。高校在建设信息与计算科学过程中，要充分发挥大数据和物联网技术的优势作用，通过将大数据挖掘与教学内容相结合在一起，实现学生在校园网络平台的个性化学习，而不是将该专业学习仅仅局限在课堂范围内。教师在专业课程教学开展前必须充分掌握了解到市场对该专业人才的需求特点，从而有针对性的制定学生培养目标，创新课堂教学模式和内容，有效激发学生的学习兴趣和热情。大数据与物联网时代能够更好实现高校的个性化和针对性教育，教师可以将各项学习资源融入到校园学习平台中，按照班级学生的不同学习爱好和特点，有效推送该专业领域的前沿技术、资源以及人才需求讯息等内容，这样有利于贯穿信息与计算科学专业学生终身学习的全过程，不断拓宽学生的专业学习知识面，能够接触到外界更多的专业信息，促进自身学习的全面发展，努力成为市场企业所需的专业人才。3.2信息与计算科学建设课程体系的优化设计。高校要加强对计算机互联网技术的应用工作，通过建立起科学完善的大数据分析系统，不断提高对学校各项数据信息的挖掘利用水平，从而有效建立起良好的信息与计算科学专业课程体系。在信息与计算科学专业课程的设立工作内容上，高校可以针对现代大学生的学习特点，灵活运用模块化教学方法，将课堂专业知识内容与计算机技术有效融合在一起，课程体系不仅要包括了各项核心课程，还要有效增加计算机软件开发和数学建模等模块，充分发挥出计算机互联网资源在教学中的作用，提高学生在计算机软件上的实践应用能力，从而促进信息与计算科学专业学生的全面发展，能够自主完成各项学习任务。与此同时，教师可以在大数据系统中调出学生的相关学习信息数据，综合考虑学生的学习兴趣爱好和本校该专业的设施水平，有针对性的设立各个教学模块，创新专业学生的学习内容，不断提升课堂教学的效果。3.3信息与计算科学专业教师队伍的信息化建设。首先，高校要利用先进的物联网技术打造出校园教师系统，实现各级各类教师信息的科学收集整理工作，每位专业教师都要建立起与之对应的电子档案，从而有效形成安全可靠、统一高效的教师基础信息库。然后，高校在信息与计算科学建设工作中，要以教师系统为支撑，针对教师当前教学情况存在的不足之处，定期组织教师参与专业化的培训教育工作，引导该专业教师积极参与社会各种实训活动，了解到市场的动态发展规律以及企业对该专业人才的要求内容，从而能够确保自身的教学内容和方法更加符合学生的未来发展，促使学生毕业后能够快速适应就业岗位要求。最后，高校要将教师队伍的大数据作为教师科学决策的重要依据，利用计算机数据分析技术对大数据展开多层次、多角度的管理分析处理工作，保障对当前信息与计算科学专业教师队伍实际水平和情况的高质量评价工作，明确教师队伍信息化建设的发展目标，不断提高专业教师在日常工作中的决策水平，实现教师管理过程的精细化，有效提升该专业教师的整体服务管理水平。信息与计算科学专业教师在自身的教学过程中，要以大量数据为支撑，深度分析社会对该专业人才需求的相关信息内容，确保在人才培养目标方向上是符合市场发展趋势的，而不是一味凭借自身感觉进行课堂教学。教师要最大化发挥出学校各项多媒体资源的价值，丰富课堂教学方式，不断优化改进教学方法和重点内容，促使学生在课堂学习中集中注意力，提高自身的学习质量和效率。

4结语

综上所述，基于大数据和物联网时代背景下，高校在信息与计算科学专业建设工作上要根据自身的办学水平和特色，建立起科学完善的专业课程体系，确保教学课程内容符合现代人才培养的趋势，能够充分满足学生对该专业学习的需求，提高课堂教学质量和需求。此外，高校要积极组织与师生参与到社会实训活动中，丰富专业教学方式，努力为社会培养出更多实践型人才。

作者:宇文富博 单位:营口中昊电梯工程有限公司

参考文献：

计算科学范文篇4

关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算

1计算的本质

抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。

从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。

2远古的计算工具

人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。

早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。

3近代计算系统

近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。

4电动计算机

英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。

5电子计算机

20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”

7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

8量子计算中的神谕

人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。公务员之家

如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。

参考文献

[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.

计算科学范文篇5

这次的实习工作主要是开发广州供电分公司的劳动定员测算系统，它是用计算机根据《国家电力公司供电劳动定员标准试行年月版》（下称《定员标准》）和分公司内各单位送的设备台帐来计算分公司内的员工数和生成测算汇总表上报的自动化系统。我参与了该系统开发的全过程：需求分析阶段设计编码阶段测试调试阶段。

需求分析阶段

这个系统的需求比较简单，主要是根据用户输入的各种台帐（送电、配电、变电设备台帐及用电户数、用电设备、试验仪表台帐），调用数据库内的定员测算标准，由此测算出供电局所需的劳动定员。原创：因此在这个阶段我们主要是集中开了一次会，由项目经理何春平介绍整个项目的开发背景。

设计阶段

有了在需求分析阶段中对整个项目的整体认识，我们也就进入了该系统的设计阶段，这个系统的重点和难点都是设计怎样在数据库存储电力系统的台帐和《定员标准》，我们主要是通过开会集中讨论的形式来解决这些相关问题的，首先讨论了数据库的设计台帐、标准及其补充规定的存储模式与关联（属性间关系），并对定员测算算法的设计进行了初步讨论。经过讨论，我们把《定员标准》中的各种标准统一在一张表中，并且最终在定员测算公式所需变量的定义及标准的补充规定处理中达到一致意见，从而得到各台帐表、补充规定表、标准统一表及其相关字典。最后我们讨论了应用语言实现数据库的细节，并初次接触数据建模软件，通过阅读已设计好的图表学习应用它来建立数据库各表。另外在设计阶段还学习应用了项目开发管理软件，它能够对项目开发过程中形成的源代码、文档及其他开发成果进行管理，便于实现开发的统管及完整性。

设计阶段主要是大家一起讨论，集众人之长，各抒己见。我也是充分感受到团结、合作在工作中的重要性。在这些讨论中，我都能够积极参与其中，对相关问题都能够运用现有的知识发表独特见解和解题思路，并得到项目经理何春平和工程师温东航的肯定，从而也增加了我开发项目的信心。而且在学习使用新接触的软件和的过程中，我根据它们跟数据库的知识关联性把三个内容联系起来学习，能够很快的掌握它们的核心概念和应用方法，从而进一步提高了自己的自学能力，因为现代社会技术变革快，我们要不断接纳新技术，学习的能力成为人提升自我，发展自我的不可缺少的手段，另外多了解科技发展前沿，也有利于我们接触新事物，并不断更新知识。从中我也认识到学习是一个循序渐进的过程，大学所学的知识是根基，这些基础知识将对我以后的学习能力具有非常重要的作用。但在参与讨论过程中我也发现自己理论基础不扎实，有很多知识的细节已遗忘，对于遇到的众多问题我都能够积极地翻阅各种相关资料，也主动向大家请教并最终得到解决和提升自我素质。

编码阶段

应用语言编写定员测算的函数和存储过程，这些算法都比较简单，但由于我之前对语言的语法规则不熟悉，开发过程较慢。有了对的熟悉和尝试后，我便可较快的应用游标写了存储过程和函数。这个过程中我最大的体会就是认识到所学知识要扎实的重要性，我自进入大学以来都是并不只为应付考试而学，而是以培养能力为学习动机，这次实习的实践也是检验知识水平的过程，实践中我更加深了对已掌握知识的应用细节和应注意的问题。

调试和测试阶段

写好定员测算的存储过程后，我们便进入了程序的调试和测试阶段，这是一个通过自定义一些记录和插入标准进数据库的各张表中，调试所写程序的过程。这个过程也暴露了我粗心的坏毛病，其实所写的程序并不难，而调试所发现的问题主要都是一些语法错误，这也警惕我做事关键是要细心，关注每一个细节，只有这样才能战胜困难。另外算法分析失当也是使得程序难于调试的主要原因。这就告诫了我在项目开发过程中要注意前期工作，还有做事要有计划！

数据库的开发基本上结束了，我最大的感悟就是：做任何事情都要用心，只要我曾经努力，必有令人满意的结果。

在项目开发的后期，我们还应用设计了台帐的输入、输出、分析表的模版，这样便可在脱机状态下读取用户输入的数据，并实现用户输入界面与数据库表、台帐关联。努力过我学到了很多，也验证了之前所学的知识，原创：并从实践中掌握得更加深刻；了解到学习是一种乐趣，善于提出问题可快速提高自己的能力，善于发现问题；积极参与讨论可从其他人中取长补短，并在协作完成任务中锻炼出团结友爱品格。

计算科学范文篇6

关键词：实践教学；实践教学措施；独立学院；计算机科学与技术专业

随着我国经济社会的快速发展，培养更多更好的高级技术应用型人才是独立学院今后发展的主要方向，而实践教学作为整个教学工作的重要组成部分，是理论教学的继续、扩展和深化，同时也是培养高级技术应用型人才的关键。计算机科学与技术专业是一个对理论和实践要求都极高的工学专业，要形成具有完备功能的实践教学体系，除了在实际的教学过程中，提高学生的实践比例，强调理论与实践的紧密结合，以理论促进学生实践能力的提升外，还需要在课程设置、硬件配备、师资建设等各方面不断进行探索和完善。

1实践教学体系的内涵和构建原则

1.1实践教学体系的内涵。⑴实践教学实践教学是指学生亲身参与实践才能完成的教学环节。诸如实验、实习、实训、课程设计、毕业设计、社会实践等等[1]。⑵实践教学体系实践教学体系是实践教学各个环节所构成的系统，包括实践教学的内容、实践教学的形式以及实践教学师资、基地、教材等构成的教学系统。完整的实践教学体系应由实践教学内容体系、实践教学的考核体系、实践教学基地、实践教学师资保障体系、实训教材体系等组成[2]。1.2构建实践教学体系的基本原则。实践教学体系的构建应遵循三个基本原则，分别是特色性原则、实用型原则和混合型原则[3-4]。⑴特色性原则特色是学校生存和发展的源动力，为此，确立以素质教育为核心，技术应用能力培养为主线，应变能力培养为关键，与时俱进的人才教育培养模式是实践教学体系构建中遵循的原则。⑵实用型原则实践教学体系的构建，要充分体现专业岗位的要求，与专业岗位群发展紧密相关。以此为原则组成一个层次分明、分工明确的实践教学体系。⑶混合型原则混合型体现在教师类型的混合、理论教学和实践教学的混合、教室与实验室的混合等方面，淡化理论教学与实践教学、专业教师与实践指导教师、教室与实验室的界限，打破原来按学科设置实验室的传统布局，对实践教学设施进行重新整合，形成一体化混合实践教学模式。1.3独立学院及其学生的特点。独立学院是随着高等教育快速发展产生的新型高等教育办学形式，其招生录取线主要介于普通本科和高等专科之间，以培养高素质应用型人才为己任，是我国高等教育办学机制的大胆探索和创新。独立学院学生在基础知识、自身素质、自制力、认知能力等方面与一本和二本的学生存在一定的差异[5]，因此在建立实践教学体系的过程中，应针对这一群体学生的特点，设计更具有针对性，能够充分激发学生学习积极性，并与一本和二本院校实践教学相区分的建设方案。

2计科专业现已形成的实践教学体系

云南大学旅游文化学院信科系计算机科学与技术专业（简称“计科”）是学院最早建设的专业之一。于2002年开始招生，其培养目标是以“学生为本”，培养和造就适应现代化建设，德智体全面发展的，基础扎实、实践能力强、专业技能过硬且具有创新精神，能够系统掌握计算机硬件、软件的基本理论与应用基本技能，具有较强的实际动手能力，能在企事业单位、政府机关、行政管理部门从事计算机技术研究和应用，硬件、软件和网络技术的开发，计算机管理和维护的应用型专门技术人才。本专业充分结合三本院校学生的特点，在注重培养学生理论知识基础的同时，突出培养学生的实践能力和专业技能。在多年的探索和实践中，现已在多门课程中加入了实践教学环节，并取得了一定的成效。计算机科学与技术专业现有实践教学体系如图1所示。计科专业现有实践教学体系主要分为课程实践环节和课外实践环节。课程实践环节指的是与课程具体内容相关联的实践，其中包括理论学习、上机实验、课程设计及实物制作等多个环节。而课外实践环节则是在课程实践的基础上应用大学阶段所学习的专业知识参加各类科技竞赛和科技活动、进行社会调研及毕业实习等。2.1课程实践环节。课程实践环节包括基础课实践环节、专业课实践环节和集中实践环节三个部分。各个环节相辅相成，前面的实践环节为后续的教学和实践环节奠定基础。基础课实践环节，以理论学习和上机实验为主，目的是通过基础课程中的各类上机实验，使学生能够快速适应大学的学习方式，提高实际动手能力和实践能力，为后续的专业课学习打下坚实的基础。专业课实践环节，以理论学习、上机实验为主，并适当加入相关的课程设计和实物制作，目的是通过专业课上的理论学习、上机和实物制作，进一步提高学生的实际动手能力，在理论联系实际的基础上设计和制作出具有一定特色的实物，从而让学生获得学习的成就感，进而提高其学习积极性，为培养和造就适应现代化建设，德智体全面发展的高级专业人才奠定基础。集中实践环节包括新技术应用、软件设计与开发及毕业设计等内容，是课程实践环节的最后阶段。在这一阶段，一方面通过毕业设计和课程设计对前两阶段的理论学习和实践成果进行检验和强化；另一方面在现有课程基础上对计算机领域的前沿技术进行介绍，在“强化基础、突出实践、注重实际动手能力、面向创新”的基础上，在不断扩大在校学生知识面的同时，也能扩大毕业生今后的就业渠道；在不断适应多种环境的同时，也能有更多的就业选择。2.2课外实践环节。课外实践环节包括科技竞赛、科技活动（包括学生科研立项、学生参与教师科研课题等）、军事训练与理论教育、毕业实习和社会调研等。在科技竞赛和科技活动方面，通过组织及参与云南省各类计算机作品大赛、游戏设计大赛及全国数学建模竞赛，一方面提高了学生对专业课程的学习积极性和主动性；另一方面也提升了学生对自我的认知度，增强了自信心。在毕业实习和社会调研方面，通过实习和社会调研使学生能够将课程学习和课程实践环节的经验进一步应用到社会中实际的设计和开发中，在巩固在校学习的理论知识的同时，也能够不断的提高实际的开发能力和实践水平，为后续的就业及再深造打下良好的基础。2.3师资队伍建设。教师是实现本专业实践教学体系建设的的重要组成部分，现在正在进行本专业教师团队向实践型教师的转变，培养具有较强实践教学能力的“双师型”教师和能够指导各类竞赛的“实做型”教师，逐步形成初、中、高级人员的合理师资结构。

3现有实践教学体系仍存在的问题及解决措施

实践教学体系是非常庞大的，现有教学体系仍然存在较多问题，具体如下。⑴未形成较为规范的实践教学体系评价机制由于本专业实践课程较多，所涉及的具体领域也比较宽泛，并且各个领域所使用的评价机制差异较大。因此，研究现有实践课程的特色，结合课外实践环节的需求设计能够应用于多门课程的实践教学体系评价机制是当前的首要任务，也是关系到实践教学体系今后发展状况的重要衡量标准。⑵缺乏专业的实践实验室计算机科学与技术专业涉及到实践环节的专业课程较多，且使用的大多数专业软件对计算机硬件的要求都较高，由于现在主要是使用公共机房或者是其他系部的专业机房，导致很多软件在安装和运行的时候速度过慢，甚至出现死机，这直接影响了学生的上机积极性及实践效果。因此，在后续的实践教学体系建设中，配备与专业课需求相适应的专业实践实验室是非常重要的。⑶师资结构仍需进一步调整师资队伍的培养是建设本专业实践教学体系的关键，将本专业的课程教学过程从理论教学逐步向理论+实践教学、轻理论重实践的方向发展，教师从开始就树立起以实践为主的观念，采用实践带动理论的教学方式。还需要对现有教师有计划地开展技能培训和行业技能认证，建设双师型教师队伍。

4小结

建立完善的实践教学体系是一个长期的、不断进步和创新的过程，只有从教师自身做起，树立正确的实践教学观念，才能不断的将实践教学引入到实际的课程教学中，不断调动学生学习、实践、科研和创新的积极性，增强大学生创新精神和实践能力的提高。

参考文献(References):

[1]吕栋腾.高职机电一体化专业实践教学体系的研究与探索[J].职业技术,2012.8(144):23

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[3]周剑峰,韩民.新工科专业实践教学体系构建[J].教育教学论坛,2017.11(44):109-110

[4]王新荣,张霞丁,海娟.应用型人才培养实践教学体系改革研究,2017.11(1227):48-49

计算科学范文篇7

关键词：信息与计算科学；教学改革；人才培养

信息与计算科学专业是1998年教育部根据社会经济发展的需要进行专业改革与调整时在数学学科门类下新增设的一个理科专业，是一门以信息领域为背景，数学、计算机科学、信息工程等学科交叉渗透而形成的一个新的数学类专业[1]。该专业主要培养具有良好的数学基础和数学思维能力，能熟练地使用计算机,掌握信息与计算科学的基本理论、方法和技能，能解决信息科学、计算科学、工程技术等实际问题的高级专门人才，使毕业生能在信息产业、经济金融、科技、教育等部门从事研究、教学、应用开发和管理工作，具备进一步继续深造的能力水平。安庆师范大学信息与计算科学专业于2004年获得批准并开始招生，目前已有十六届毕业生，近2000人。近年来，随着办学经验的积累，我校对信息与计算科学专业进行了卓有成效的教学改革，形成了特色鲜明的办学理念，2010年成功获批为省级特色专业。在改革过程中，我们根据市场需求不断修订人才培养方案[2-4]，突出数学和计算机基础；根据学生特点走导师制的成长路线，突出互动交流教学相长[5]；根据学生兴趣开展第二课堂，突出培养动手、创新能力；通过加强校企合作，促进学生毕业实习的改革，通过完善毕业论文形式，倒逼学生提升研究解决问题能力[6-9]。通过改革，信息与计算科学专业毕业生就业、考研成功率在全校位居前列。

一、完善人才培养方案

最近这些年，我们国家的高等教育开始从精英式教育向着大众化教育过渡，所招的学生也越来越多，信息与计算科学专业发展极为快速，是当前炙手可热的专业。自2004年信息与计算科学专业获准招生以来，数理学院便根据市场需求和学生特点每两年就修订一次人才培养方案[2-4]，目前已进行了五次修订和完善。最早的人才培养方案主要参考省内外相关高校，在注重数学基础与计算机科学基础这一前提下，培养学生的数学思维，主要开设《微分几何》、《运筹学》、《近世代数》、《偏微分方程的数值解》、《最优化理论》等数学类课程。之后信息与计算科学专业的几乎所有学生报考数学相关专业的研究生，就业相对较难。很少有学生报考计算机相关专业的研究生和从事计算机相关的工作，这与教育部的目标相差较大。针对该问题，在后来的人才培养方案改革，我们注重结合学院的教育实际和市场对人才的需求，新的人才培养方案删除了部分数学类课程，逐渐加入程序设计、应用软件和数据分析类的相关课程，加强学生的信息科学和计算机科学的基本理论和基本知识。当前已增设《面向对象的程序设计》、《Java语言程序设计》、《Python语言程序设计》、《计算机算法设计与分析》、《计算软件选讲》、《应用密码学》、《数据挖掘》、《机器学习》、《神经网络》等信息类课程，但仍建立在数学与计算机的基础之上，通过发挥数学优势，注重打好编程基础和实践能力，使学生理论基础扎实、实践能力强，具备将来从事实际应用开发的能力，以及提高学术研究能力。

二、实行“导师制”

“导师制”是指聘请有经验的老师在双向选择的前提下担任本科生指导老师,对本科生进行思想引导、专业辅导、生活指导、心理疏导等教育活动。信息与计算科学专业从2010起开始实行单向选择的导师制，先由数理学院里具有硕士以上学位的老师和计算机学院里部分老师把自己的研究方向、近期所研究的课题及以及所教授的课程公布出来后,再由学生根据自己的兴趣和自身的实际条件选择导师。确定了导师和学生的关系后,学生积极参与导师的科研课题和科技创新等活动,导师在生活、学习中认真帮助和指导学生。通过导师制，学生与导师的距离拉近了，在导师的潜移默化下,学生的思想道德素质、心理素质、文化及专业素质、分析、解决问题的能力及创新能力等综合素质得到了很大的提高。实践证明，参加导师制的学生，相对于未参加导师制的学生，他们的综合素质提升的更快，各方面表现的更优秀。在学习方面，他们更加刻苦努力,成绩优异,能够独立思考和分析问题,动手能力强，在各类的竞赛活动中屡获大奖，例如全国大学生数学建模竞赛，美国大学生数学建模竞赛，数学竞赛，程序设计大赛、挑战杯创业大赛等。在生活中，受导师的言传身教和潜移默化影响,他们的人际交往能力表现的更出色，在与人的交往中,不卑不亢,落落大方,真诚相待，对人对事不偏激,充满理性,有较好的心理素质。在升学和就业过程中,由于他们理论基础扎实，有较强的独立思考和分析问题，得到了高校和用人单位的充分肯定，考研录取率连年上升。同时，教师可以多让学生参加到实际的科研项目中，把科学研究以及学生的教育、培养相结合，让学生在实际的科研工作能独立思考、发展并解决问题。在毕业时能有更多的选题方向，学会课题的设计，并且在教师的指导下能有效的解决各种问题，顺利完成自己的课业。

三、开展第二课堂

信息和计算科学的专业，其学生在学校最主要的任务就是学习，通过有关学习获得信息和计算机学科的专业知识，全方位提升各种能力。因此，在学习时需要构建起良好的学校氛围来促进常见的建设，以此引导学生对学习的兴趣。近年来，我们在认真做好教学计划中规定的实践教学环节的同时，积极开展第二学堂，通过课外实践活动增强学生的学习兴趣，激发其学习主动性，培养他们的学习、适应、创新、协调等可持续发展能力。在课外实践活动中，我院主要采取两个方面措施。一是组织特色学习班。每年在下半学期和暑假期间组织数学建模辅导班和数学竞赛辅导班，委派学院中、高级职称老师和经验丰富的老师对学生进行培训，不断提高同学们的创新精神、动手能力及解决实际问题的能力。二是每年通过邀请IT行业的优秀人才来校做学术讲座和行业讲座，并与学生进行交流，切实提高学生的职业精神以及适应社会的能力，不断培养适应企业需求的专业人才。三是利用假若以及双休日来加强建模的培训，组织专业学生参加数学的建模大赛，也可以组织学生参加全国的比赛，培养学生实际解决问题的能力，提升创新意识。四是参加假若的社会调查活动，申报并且开展学生的科研课题，让学生在教师的组织下，申报校级或是省级的创新项目，提升实践能力。五是开专业技能的训练，在学校的这几年需不断开展，通过企业以及其他用人单位，做好调研活动，学习其他学校的办学经验，并且根据社会以及用人单位对本专业所需的人才提出更多具体的要求，拟定专业技能的培养细则，这些专业技能培训由学生自学，或是通过开放实验完成。六是利用教学的空闲时间开放实验的机房，安排高年级的学生做好机房的管理工作，学生根据学习可到机房自由学习。这样的目的在于突出创新能力，培养学生个性发展，爱护并且有效培养学生的好奇心，帮助学生自主、独立的完成思考，为他们创造一种轻松和宽容的学习环境。

四、加强校企合作，改革毕业实习方案

之前学校普遍出现“重理论、轻实践”的现象，使得信息与计算科学专业的毕业生实践能力较差、创新能力不强，很难适应社会发展需要。但实际上，理论教学和实践教学并不是对立的教学体系，而是相互依赖的。信息与计算科学专业积极与企业之间建立“产教结合、校企合作”的教学模式。在校内培养学生的基础知识和理论知识的同时，通过校企合作加强学生的实习实训教学[6-9]。这种校企合作的教学模式为信息与计算科学的学生提供身临其境的企业环境熏陶和实践锻炼机会。同时，让学生通过毕业实习机会，到企业去进行毕业设计，参加企业课题的相关研究，结合实际工作由学校教师及企业工程师，在其共同指导学生开展毕业设计，加大学生感性的认识，培养他们合作的精神，提升学生独立分析以及实际解决问题的能力。为此信息与计算科学专业不断改革毕业实习实训方案。在早期，信息与计算科学专业没有安排毕业实习。随着校企合作的推进，安排几个学生到实习公司进行分散实习的方式。之后采用分散实习和集中实习相结合方式。目前信息与计算科学专业与更多的企业展开校企合作，已由分散实习与集中实习结合方式过渡到全部集中实习阶段。通过毕业实习让学生切实感受企业的运作模式和系统开发方式，直接面对信息企业需要解决的实际问题，体会实际工作的特点和学校所学理论知识在实际工作中的使用价值，巩固了学生的专业思想。目前我们与省内省外知名软件企业、软件培训机构以及相关的企事业单位合作，建立了较为稳定的实习基地，主要实习实训基地有：江苏云思教育科技有限公司、合肥达内科技有限公司、上海上嵌科技有限公司、无锡中软国际有限公司、合肥中软卓越信息技术有限公司、苏州市风云软件职业培训学校、合肥启点软件有限公司、上海尚观嵌入式培训机构、合肥宏晶信息科技有限公司、中石化安庆分公司、安徽华章科技信息有限公司、恒瑞达汽车零部件制造有限公司等。

五、推行毕业论文改革

为切实提高毕业生的研究解决问题能力，我院严把出口关，积极推行毕业论文改革，倒逼学生认真学习，提升自己的动手创新能力。2010年前信息与计算科学专业的学生毕业论文均是采取参与教师科研课题的方式，主要探讨一些问题的理论知识。随后根据我院教学人员实际和市场需求，对信息专业的毕业论文采取毕业设计的形式，通过理论与实践相结合，提高同学们的动手能力和实践能力。近几年来我院与省内外实习基地和企事业单位合作，根据企事业单位的实际工作情况，由学校教师和企事业单位技术人员共同指导学生的毕业设计，培养学生分析问题和解决问题的能力。我校正在不断推动信息与计算科学的教学实践改革，对应人才培养目标，学校不断完善人才培养方案，加强实践教学的改革与探索，全面推动导师制和第二课堂，加强校企合作，推动毕业实习和毕业论文的改革，已培养了许多信息与计算科学专业的优秀人才。通过教育的教学改革，调整课程体系作为领头来面向市场，开拓专业的口径并构建完善的实践教学体系，实现重运用、强化基础、多方向的特色型人才培养目标。

参考文献

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计算科学范文篇8

计算机技术应用在教学过程中的具体方面是非常多并且涉及面非常广泛，从计算机技术的作用来讲主其在教学中的应用主要体现在以下几个方面：很多教师将计算机技术作为辅助教学的工具，能够帮助教师完成一些教学管理以及教学的过程。在很多高校学生都将计算机作为一种学习的工具。通过让学生参与一定的项目并用计算机辅助完成，这使得学生学习的速度和学习的能力大大提高了，使得学习的过程中更加简短和有针对性。另外还有的老师将计算机用于自己教学成果的检验和对自己教学思想的检验，也就是这种教学软件工具对于计算机教学具有非常重要的意义。

二、计算机科学技术在教学中的应用

2.1多媒体教学工作中交互式的计算机技术应用

将多媒体应用于教学过程中增强与学生之间的交互性是计算机技术在教学中的一个最为典型的应用。随着我国高等教育的不断发展，关于一门课的教学资源也是越来越丰富，通过精品课程网站的建设，使得网上的教学资源进一步得到了极大的丰富，在这些教学资源中不乏精品的课件、视频或者是图片这些对于教师本身教学水平的提高增强学生学习的兴趣具有非常重要的作用。绝大多数的教学资源都是以计算机技术为基础的，为了提高自身的教学水平以及增强学生学习的兴趣，作为教师可以将这些多媒体技术巧妙的应用于自身课堂的教学过程中。通过在教学过程中穿插多媒体能够帮助学生进一步加深对于所学知识的理解，同时在教学的过程中通过有效的利用计算机技术可以增强学生和老师之间的互动，使得学生对于教师上课的或者是教学过程存在的一些意见和看法及时的反馈到教师这里，对于教师教学方式的调整以及教学水平的提高具有非常重要的现实意义。

2.2远程通信、网络技术在教育中的作用

在高等院校的教学工作中，网络技术以及远程通信技术的应用在教育的过程中发挥着越来越重要的作用。该技术是网络技术以及通信技术的一个结合，另外还有多媒体技术作为教育的基础，利用计算机技术的网络交互性，使得远程教育得到实现。这种远程教育的方式已经在很多著名的高校流传开来比如网易公开课，在远程教育实现的过程中计算机网络技术、通信技术以及多媒体技术都得到了充分的体现。目前在我国，已经有越来越多的教育工作者和研究者将经历放在远程教育的研究上。在传统的教学模式中虽然也存在师生之间的交流，但是二者之间的交流大多是以语言为载体，并且很多学生碍于面子不愿意和老师进行过多的交流，这个时候计算机技术中的交互性优势就得到了充分的体现。

三、计算机在教学中对学生创新能力的作用

3.1营造良好的创新教育教学环境是培养学生创新能力的关键

通过教育的环境的创新，在一定程度上能够激发学生的创新能力，这种教学环境的创新包括教学心理上的创新以及计算机教学环境上的创新，如果在学生讨论的过程超出了教学设计的范畴，作为教师来讲不应该强行的将学生的思路拉回到课堂当中来，而是应该对学生的质疑给予鼓励，讲出心中的疑惑，这是培养学生创新能力的关键。再利用计算机实现教学的过程中如果学生对于老师的讲述提出了质疑，作为教师不能给学生一味的否定，应当通过适当的方法引导自身想法所出现的问题，让学生通过教师的引导自己否定自身不正确的想法。通过这样的教学方式能够在很大程度上提高学生的学习积极性，能够帮助其树立信心，使得学生在课堂当中时刻保持活跃的思路。但是在这种教育创新环境的营造过程中，要将这种做法的起始点和落脚点都放在对于学生创新能力的培养上，计算机教学具有开放性的特点，再利用计算机进行教学的过程中，要时刻了解计算机技术的发展，并将可以利用的计算机技术应用在教学当中。要通过计算机技术和网络技术的应用使得教学的过程中从课内延伸到课外，从学校内延伸到学校外，要不断的将计算机中的有利于教学的新技术应用在教学过程当中，将计算机应用在各个学科和各个专业领域的教学实践当中，通过计算机使得学生对于学科知识综合运用的能力得到增强，使得学生面对实际问题解决实际问题的能力得到了质的提升。

3.2激发创新思维是培养学生创新能力的重要手段

3.2.1激发学生的学习兴趣

只有学生在学习的过程中有了学习的兴趣和学习的动机才能实现较好的教学效果，学习兴趣对于学生学习具有非常重要的作用，唯有这样才能够使得学生在学习的过程中具有学习的主动性和积极性，也才会对课堂教师所讲授的知识感兴趣，在课堂中才能够保持注意力。教学方式对于学生学习兴趣的提高有非常大的帮助，通过计算机多媒体的形式进行教学能够在很大程度上提高学生学习兴趣，进而提高学校的效果。

3.2.2灵活结合教材，激发学生的创新思维

通过计算机与相应课程的结合来开展教学，按照教学大纲与相应的教育理念来进行教学设计，能够使得学生的创新能力得到极大的提升。在进行教学课程设计的过程中，教师应当结合学科知识与计算机知识的结合，来出相应的题目，这些题目不仅要难度适中而且还能够提高学习创新学习的能力。

四、计算机科学技术在教育中应用的展望

要想使得计算机技术在教学中得到更为广泛的应用，加强计算机应用的范围以及应用的深度，那么就要对学生的教学方式进行积极的创新。目前很多很多方面的应用创新都是在实践的过程中发现的思路。在教学的过程中不断的利用计算机技术实现对于知识的深入理解与应用创新，才能够对传统的教学方式进行彻底的变革，在一定程度加深学生对于知识的理解与应用。在对知识进行学习和探索的过程中，在对某个领域中的模型或者是知识进行验证理解的过程中，一般都会建立相应的推测方法，或者是数学模型来解决相应的问题，在这个过程中很多学生利用计算机来建立实际问题数学模型并利用计算机编程来求解模型的结果最终对于数学知识以及其应用有了更深层次的理解，对于知识的理解以及能够灵活运用在很大程度上又推进了学生对于知识的理解，这使得学生学习能力得到了培养使得学习利用计算机技术来解决实际问题的能力得到了提升，这使得学生学习知识的能力、理解知识以及运用知识的能力得到了质的提升。

五、结语

计算科学范文篇9

一、树立哲学理念，用辩证唯物主义指导教学，培养创新精神

大家都知道中药，为了治疗某一个疾病，不同的医生开出的药方可能是不同的，药方里多味药共同起作用，有的疗效好，有的不太好，而有的医生神秘地加上某味药后，就有了药到病除的神效。在中药的配方里头蕴含着普遍联系的理念：药与药的联系，药与病的联系。同样，知识与知识之间，知识与应用之间也有着内在的关联。在程序设计教学过程中，教师应设计一些具有现实应用价值的任务，它能让学生把与任务有关的知识点紧密联系在一起而形成一张网，在这张网中，既有旧知识，也隐藏着新知识，旧知识某方面的功能得到应用并得以巩固，新知识因为需要而学习，整个网也体现了知识的综合应用。知识的价值在应用中得到了充分体现。教师要在学生熟悉的事物和陌生的事物之间运用类比，找到它们的相似与不相似之处，如生物的进化是生物自身的否定之否定，反映了生物现在与历史之间的、生物与生物之间的联系，在计算机语言中同样有着进化现象，如类型-数组-结构体-类的发展就如同单细胞生物向多细胞生物的进化，无机物向有机物的进化。高阶知识的雏形是基础知识，也是基础知识的合理组合，明了知识之间的血缘关系，学生更加重视基础知识的学习，而对高阶知识的理解就显得容易得多了。在程序设计中，要培养学生的“求异”精神，实现辩证的肯定与否定。教师的讲解不是权威，不是唯一正确答案，鼓励学生进行小修小改，甚至另辟蹊径，找出一个更为睿智的思路，学生的任何思考都应辩证地肯定。学生在另觅思路的过程中，有的想法正确，有的想法错误，其实正确与错误不是绝对的，正确的程序可能在时间或空间上或许有一些问题，而错误的程序只要稍作修改（如语句顺序的改变）就是正确的，有时错误本身是正确的，只是因为它出现的时机或地方不对而已，正确与错误只有一步之遥。学生走过的不可能是一条“直路”，让他们在这条“曲折”的思路上做一回苦行僧，在这条创新的道路上完成一次洗礼，实现自我新的发展。

二、协调左右脑思维，提高科学思维素质，培养创新能力

美国的罗杰.斯佩里教授通过实验证实了左右脑分工理论。大脑分为左半球和右半球，一般左脑具有言语、概念、分析、计算、逻辑推理，将复杂事物细化等功能；右脑具有音乐、绘画、空间几何、想象、创造、综合等功能，右脑最重要的贡献是能进行创造性思维，研究表明右脑具有的巨大潜能并没有被充分利用。现今的计算机语言教学大多都是以左脑为中心的教学，右脑基本处于睡眠状态，而学生的左脑也在抽象与逻辑思维中昏昏欲睡。充分利用右脑惊人的形象思维能力，调动右脑思维的积极性是科学思维的关键。计算机的数字世界是现实世界的一面镜子，现实世界里有什么，数字世界里就有什么，只是表现形式可能不同而已。计算机语言的概念、理论、方法在现实世界里都能找到它的“生活原型”。以概念教学为例，概念的重要性在于它是一种语义规定，弄不清楚就会出现“个个字都认识，句句话都听不懂”的现象，概念教学要加强形象思维。C语言的指针概念是学生的一大难点，对于C系统中这一灵魂性的知识点，“地址”是它的原型，“地址”是一个“范围”概念，它不仅包含开始信息，也包含结束信息，还包含此范围内数据的特征三方面的信息。形象地理解了指针的概念后，对指针的重要性、指针的运算，通过指针获取数据的运算就有了一个“实实在在”的理解。这样的例子举不胜举，如容器与变量，时分秒的变化与循环，族谱与树结构等等。

李政道教授倡导科学与艺术的结合，他邀请画家们“画科学”。爱因斯坦描述他的思维过程是先用形象思维，再将形象思维转换成语言。计算机程序设计既是一门技术，也是一门艺术，在进行程序设计的过程中利用左右脑分工理论，重视右脑功能，并将左右脑“并联”起来协调工作。左脑将复杂的过程进行功能分解，右脑负责过程的形象化，将过程想象成一幅幅形象生动的画面，最后，由左脑负责将画面描述的算法抽象成一个个的语句，最后形成完整的程序。右脑的思维具有无序性、不拘泥于局部的分析，而是统观全局，以大胆猜测跳跃式地前进，达到直觉的结论。在程序设计中有一个很有意思的现象，学生很快地想出了方法，但要求他们用计算机语言描述步骤时，他们却犯了难！步骤难以描述了，甚至在看似简单的顺序结构上也出现了困难，没有了头绪，此时可利用左脑的分析与细化功能对右脑绘制的主要画面做一些重组，变无序为逻辑上的有序，对右脑的思维进行“慢镜头”式的细化，细化到每一个“镜头”都能用一个语句加以描述为止。人的右脑就像一台照相机，将输入大脑的信息以直观的图像加以思考并记忆，“图像记忆”这种右脑特有的机能，是右脑高速海量记忆的奥秘所在。在学习过程中,不妨“模糊性”学习，对接触到的东西先混个眼熟，混个耳熟，有意识地训练右脑的形象记忆与情感记忆，使记忆更生动、长久不忘。人的创新能力与右脑思维密切相关，在左脑的配合下，右脑充分发挥想象力，在一闪念间产生顿悟，将一些看似不相干的知识与知识，知识与应用联系起来，并能进行综合应用。程序设计中不断“求异”的精神，是对右脑思维潜能的充分发挥，使我们的学生成为洋溢着创新欲望、充满活力的人。

计算科学范文篇10

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

结束语