《计算机前沿技术》教学研究与实践

（河北工业大学廊坊分校 计算机与电子学部，河北 廊坊 065001）

摘要：针对《计算机前沿技术》课程的特殊性，结合我校学生培养目标和定位，就学时分配、教学内容、教学方法、课后作业及考核方式等教学环节的研究和实践做了介绍，特别强调了因材施教、动态跟踪的教学理念，并提出了进一步探索的方向。

关键词：计算机前沿技术；教学内容；教学方法；课后作业；考核方式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）50-0135-02

本学期承担了“计算机前沿技术”（以下简称“前沿技术”）课，该课是我校本科大三计算机、软件工程、网络工程等专业在第六学期开设的一门选修课程。课程的主要目的和任务是使学生了解计算机科学与技术的各个学科分支的历史与现状，对主流技术热点及发展方向和趋势有所把握，为今后进一步深入学习或从事相关工作奠定基础。

一、教学准备：关注教学对象、精选教学内容、合理分配学时

对于常规、经典课程如《数据结构》，其教学内容相对明确、固定，因此教学内容不需要教师花太多精力思考，教材也比较好选。但像“前沿技术”这种课程，课程名称可以多年不变，但其内涵是不断发展、变化的，且涉及计算机学科的诸多分支领域。本学期的学生已学课程包括面向对象程序设计、数据结构、计算机组成原理、计算机网络、数据库原理及应用技术、软件工程、操作系统等学科基础课以及Java编程技术、Web程序设计等专业课。从总体来看，学生的知识结构比较偏重专业基础。结合我校学生培养目标和定位，在教学内容的组织方面主要有以下设计：

1.尽量多地介绍相关专题。让学生在有限的学时内尽量多地接触各种前沿知识和技术，以帮助学生开阔眼界，为学生多打开几扇窗，有利于学生日后的进一步学习和提高。

2.对于学生有基础的专题，内容主要包括两部分：基础知识回顾和新知识讲解。对于学生没有基础的专题，则从基本概念讲起，精选核心内容。

教材选择也是教学准备很重要的内容，经过多次比较，选用清华大学出版社出版的《计算机科学前沿技术》一书。该书共十六章，“概述、计算机硬件的发展、高性能计、现代操作系统、计算机网络新技术、可信系统和可信软件、数据库技术的发展、数据挖掘及其应用、人工智能前沿、机器学习的研究、搜索引擎技术、集体智慧与Web 2.0、云计算、物联网技术、服务科学与服务计算、智慧地球”，除第一章外共十五个专题。基本覆盖了目前主流的学科前沿技术[1]。16章内容包括15个专题和1个课程简介，共24学时，分为12次课。前6个专题涉及计算机硬件、操作系统、数据库技术和网络技术等，学生有相关基础，因此1次课2个专题，平均1个专题1学时，约四分之一学时用于回顾相关知识，四分之三学时用于讲解新的知识和技术。后4个专题涉及集体智慧、Web2.0、物联网、服务科学与服务计算、智慧地球等，其共同的特点主要是在前面专题技术之上的发展而来，是前述技术的综合运用，全新的技术成分不多，重点是让学生建立相关概念及技术体系，因此也安排1次课2个专题。其他1个专题1次课。

二、教学方法

综观国内“前沿技术”类课程的教学方法，大多采用讲座的方式。有些名校，根据不同专题邀请不同的顶级专家学者进校讲座。一般的学校动员校内教授专家博士等，结合自己的研究方向流讲座。但本学期接到的教学任务是由本人一人完成。在教学方法上主要有以下几点做法：

1.新旧专题不同讲法、内容合理调整完善，对于学生有相关基础的专题，采用简单回顾已有知识+深度讲解前沿技术的方式。在知识回顾阶段通过设置问题来引导、启发学生复习，并做适当补充和拓展。如“数据库技术发展”专题，学生在前一学期学习了“数据库技术及应用”一课，本次授课时首先引导学生一起回顾了关于“关系模型、关系数据库、SQL语言”等基本知识，之后讲解了面向对象数据库及其与关系数据库的特点对比，以及数据仓库、数据挖掘、商务智能等新知识，现代数据管理的特点及技术、数据科学家等知识。此外，在授课过程中对某些专题进行了补充完善。如“第八章 数据挖掘及其应用”，教材主要集中于数据挖掘相关内容，实际上，数据仓库是与数据挖掘紧密相关的内容，此外，大数据从内容上与数据仓库、数据挖掘联系也很紧密，同时大数据也是目前主流的、应用广泛的学科前沿技术[2]，因此，授课时将原来的内容补充为“第八章 数据仓库、数据挖掘、大数据”。这样关于数据处理、应用方面的知识更加完善。对于全新的专题，则从基本概念开始，并精选教学内容，以使有限学时内信息量大、知识丰富。在教学过程中征集学生反馈，并进行合理调整。如“机器学习”专题[3]，将原计划2学时的内容调整为4学时，介绍了各种机器学习范式，并进行对比学习和应用，重点介绍了深度学习概念和思想[4]。

2.紧密结合行业动态、密切关注热点事件，开课前的内容准备主要是已有知识、已发事件的整理，此后以及教学过程中随时都可能有新技术、新产品、新事件出现。课程既然是“前沿技术”，就需要教师关注行业动态、学科发展，对新技术、新产品、新事件保持足够的敏感。在教学过程中紧密结合国际国内、业界等新动向、新情况，引入最新发生的典型案例。如在“计算机网络”专题，涉及“信息安全”方面的内容，正值中央电视台3.15晚会播出的第二天，因此及时地引入了晚会曝光的读卡器盗刷银行卡的案例，重点讲解了盗刷原理、相关技术以及保护措施，然后提醒同学们注意个人信息安全，以及正确使用网络等方面的注意事项。在“人工智能”专题[5]，正好是Google机器人AlphaGo和韩国棋手李世h对决期间，利用学生们对该比赛感兴趣的心理，将该案例引入课堂，并引导学生关注AlphaGo的硬件、网络、云平台及相关算法，很好地调动了学生的学习兴趣。

三、课后作业及课程考核

1.课后作业，根据前面所述，本课教学内容、教学方法都不同于常规的课程，限于学时每个专题只能做提纲挈领式的介绍。为了使学生对专题内容有更深入的了解，课后作业要求以小论文的形式完成。为了激发学生兴趣，尽量设计和青年学生比较接近的话题。如“人工智能”专题的论文要求“看一部与人工智能有关的电影，写一篇电影介绍和影评”（必做题目），此外还设计了一个选作题目：观看CCTV2的2016-2-28《对话》节目。该期题目是“人工智能：机器好过人？”，节目特别邀请了《纽约时报》高级科技记者、专注于机器人与人工智能领域报道、畅销书《与机器人共舞》的作者约翰・马尔科夫，讲述语音识别技术、无人驾驶汽车等。其中还出现了《超能陆战队》、《机器人总动员》、《机械公敌》等青年学生喜闻乐见的电影镜头。通过观看来自于正规渠道的相关信息，学生们对人工智能的理解以及发展情况会有更进一步的了解和认识。

2.考核方式，由于本课的特殊性，课程考核不宜采用期末闭卷笔试方式，经请示相关领导和部门，采用平时成绩计分形式，即每次课后作业都计分，每次分值可能不同，总分为100分。因此每个学生的每次作业都要全批全阅、写评语给分数，期末积累结果就是课程成绩。这种考核方式在课程介绍时就向学生讲清楚，提示学生要做好每次课后作业。

四、总结

1.努力做到因材施教，对于本次打破常规的教学探索和实践，从教学准备到教学实施，作为任课教师感觉投入很大，压力很大。虽然在开学前已经将所有教学内容都组织整理并进行了多次修改完善，但在每次课前还会做调整和补充，尤其随着对学生知识结构及掌握情况的逐步深入了解，有些内容需要做针对性的调整。

2.跟踪、掌握最新动态，信息技术发展迅猛、新技术新应用不断涌现，作为教师要特别关注国际国内行业发展、典型事件、热点技术、国家政策、大公司动态等，要善于获取相关信息，并有针对性地融入教学中。引导和帮助学生建立自己的知识体系和知识增长点。大学四年的学习远不能满足学生日后的发展需要，他们应该学会选择、规划自己未来的发展道路，学会学习、自我提高。

3.继续探索教学方法。

本次教学过程主要是以教师讲为主。为了调动学生主动学习兴趣，下一次可适当安排学生课堂报告。

参考文献：

[1]王伟.计算机科学前沿技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]黄宜华.深入理解大数据：大数据处理与编程实践[M].北京：机械工业出版社，2014.

[3]李锐，，曲亚东，等，译.机器学习实战[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[4]谢磊.深度学习：方法及应用[M].北京：机械工业出版社，2016.

[5]马少平，朱小燕.人工智能[M].北京：清华大学出版社，2014.