协同创新环境下的计算机科学问题求解能力培养.docx

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协同创新环境下的计算机科学问题求解能力培养

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李曲1，王卫红1，冯雯2，王春平1，韩姗姗1

（1.浙江工业大学计算机学院，浙江杭州310023；2.长三角绿色制药协同创新中心创新人才培养部，浙江杭州310023）

摘要：计算机问题求解能力培养是当前计算机教育的重要任务，协同创新环境下的计算机问题求解能力培养包括多方面能力的培养。文章以“长三角绿色制药协同创新中心”的实践为例，介绍以数值分析和计算机设计课程为核心的计算机问题求解能力培养实践，同时对下一步能力培养的目标和方向进行展望。

关键词：协同创新环境；计算机科学问题求解；能力培养

第一作者简介：李曲，男，讲师，研究方向为演化计算、数据挖掘，liqu@zjut.edu.cn。

0引言

随着计算机科学技术在自然科学和社会科学各个领域的广泛应用，越来越多的领域开始利用计算机分析数据和模拟实际问题。计算技术的进步和计算机程序设计语言的发展，使得运用计算机学科的思想、方法和技术解决各类问题日渐成为现实，而能够正确理解计算机学科的基础概念并灵活运用各种思想、方法和技术解决实际问题将成为未来人才的必备技能，同时也是协同创新的重要方式和基本目标[1]。因此，对不同学科背景的人进行计算机科学教育，使得他们熟悉和掌握计算机学科的各种思想和方法并能在面对问题时自觉、有效地运用，通过训练提高计算机问题求解能力成为当前教育的一个目标。

1协同创新环境下计算机问题求解能力的构成

周以真教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学领域的一系列思维活动[2]。我们在实践时将计算思维的整个过程分解为基本概念学习、问题理解、问题求解、系统设计等几个方面并进行针对性的训练，将计算思维能力的培养具体体现为计算机问题求解能力的培养。

除了计算机科学与技术相关专业的学生之外，其他自然科学乃至社会科学的学生也应该掌握利用计算机解决该学科问题的能力。换言之，对于非计算机专业的学生，培养他们的计算机问题求解能力对学生的成长和发展也具有重要的意义，同时也是十分紧迫和艰巨的任务。对于非计算机专业的学生而言，协同创新环境下计算机问题求解能力的培养主要包括对计算机相关基础知识的介绍、计算机数学基础和逻辑推理能力培养、数学模型和程序设计能力培养、基础创新和工程实践能力培养以及计算思维能力和系统能力培养。计算机基础、离散数学、数值分析、计算机设计和创新实践课课程的开设以及对应的能力培养，对于学生的协同创新能力培养起到积极的促进作用。

2课程对学生能力培养的重要意义

数值分析作为一门重要的数学能力培养和程序设计能力培养课程，本身固有的特点使其对计算机问题求解能力培养具有重要的意义和良好的作用[3]。如何将计算机问题求解能力培养融入数值分析课程教学是探讨的重点，笔者将从教学方法、教学内容、教学过程和教学效果考核4个方面阐述基于计算机问题求解能力培养的教学方案。

一般的理工科学生在大学期间都学过高等数学、线性代数和概率统计等数学基础课程，具备基本的数学思维能力，但是高等数学等课程讲授的主要是通用的数学概念和方法，对数学应用和建模讲得较少，因此广大理工科学生普遍发现所学高等数学中的微积分等知识能够对其他课程的学习起到一定的促进作用，但是在进行课程设计甚至毕业论文的数据分析和模型设计时，仍然无法用数学工具验证模型的正确性，特别是无法采用计算机作为工具实现和分析模型的特征。

数值分析课程能够帮助学生解决诸如线性方程组求数值解、数值积分、插值、微分方程数值解、非线性方程求根等问题，学生能够通过课程的学习掌握科学问题中很多重要的数学模型工具，还可以进一步通过程序设计的方法实现这些模型，同时尝试通过不断调整模型的参数比较不同模型的优劣。这个学习过程不仅能让学生解决传统高等数学课程无法解决的现实问题，还能帮助学生进一步通过不断地尝试和学习，体会现实问题求解过程带来的挑战和成功的乐趣。

3学生能力培养

我们根据表1课程设置与能力培养目标的对应关系，阐述我们在学生能力培养过程中的各种实践和探索。

3.1问题分析能力培养

我们在课堂教学过程中除了讲授误差分析、线性方程组求数值解、数值积分、插值、微分方程数值解、非线性方程求根等基本内容外，还注重提升学生分析问题和解决问题的能力，特别是运用计算机求解问题的能力。我们在课程讲授过程中采用MATLAB程序演示和讲解的方法，让学生理解如何将课本中的算法变成可以由计算机运行的程序，同时通过现场调整运行的参数以及结果的比较，加深学生对课本知识的理解和掌握程度。例如，我们在讲解用递推式方法计算定积分的教学内容时演示不同算法，让学生理解数值稳定算法和数值不