計(jì)算機(jī)專業(yè)前沿技術(shù)概述課程選題研究

李德勝

（安徽科技學(xué)院 信息與網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院，安徽 滁州 233100）

計(jì)算機(jī)專業(yè)前沿技術(shù)概述課程選題研究

李德勝

（安徽科技學(xué)院 信息與網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院，安徽 滁州 233100）

《專業(yè)前沿技術(shù)概述》是針對(duì)本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)的一門少學(xué)時(shí)選修課程.針對(duì)課程本身和高年級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)，如何對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的選取顯得至關(guān)重要.本文在“前瞻性、實(shí)用性和趣味性”的三個(gè)指導(dǎo)原則下，將課程內(nèi)容劃分為技術(shù)類講座和創(chuàng)作類講座，不僅使得學(xué)生的出勤率、興趣和積極性都有很大提高，也對(duì)學(xué)生的今后學(xué)術(shù)深造和就業(yè)指向有一定的幫助.

專業(yè)前沿；計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)工程；專題講座

《專業(yè)前沿技術(shù)概述》是針對(duì)本校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)的一門選修課程，安排在大學(xué)四年級(jí)上學(xué)期授課，總學(xué)時(shí)為18學(xué)時(shí)，共9次課堂教學(xué)，每次課堂教學(xué)為一個(gè)專題講座.長(zhǎng)期以來，我們將該課程的開課目的定義在，一方面對(duì)學(xué)生拓展學(xué)生的專業(yè)思維和眼界，使其把握計(jì)算機(jī)專業(yè)發(fā)展的脈絡(luò)和方向；另一方面提高學(xué)生的實(shí)際創(chuàng)作能力，能夠適應(yīng)今后工作和學(xué)習(xí)的需要.

然而，在實(shí)際的教學(xué)過程中卻面臨一些實(shí)際問題.首先，由于課程在大四開課，學(xué)生自身的事情比較多，有的同學(xué)選擇考研，上課基本上經(jīng)常攜帶考研輔導(dǎo)書進(jìn)行自我學(xué)習(xí)；有的學(xué)生關(guān)注找工作，上課自己學(xué)習(xí)一些技術(shù)類書籍.另一方面，這門課程學(xué)時(shí)較少，并且是講座類型的選修課程，因此學(xué)生對(duì)課程的重視度不夠.針對(duì)這些問題，更需要授課教師對(duì)該課程進(jìn)行充分的教學(xué)設(shè)計(jì)，安排好教學(xué)內(nèi)容，并與前期的課程相互照應(yīng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和重視度，讓學(xué)生覺得所學(xué)知識(shí)無論對(duì)于今后的深造學(xué)習(xí)還是工作都是有用的和先進(jìn)的.

在本文中，筆者在對(duì)安徽科技學(xué)院計(jì)算機(jī)系兩個(gè)專業(yè)（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程）近4年的《專業(yè)前沿技術(shù)概述》的課程內(nèi)容選題設(shè)置進(jìn)行了總結(jié)，提出了技術(shù)類與創(chuàng)作類兩條腿走路的內(nèi)容安排原則，以及“前瞻性、實(shí)用性和趣味性”的指導(dǎo)原則.內(nèi)容安排上，技術(shù)類講座內(nèi)容包括：人工智能、多媒體技術(shù)、游戲開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；而創(chuàng)作類講座包括科研論文和專利申請(qǐng).

1 技術(shù)類講座內(nèi)容

1.1 人工智能前沿講座

人工智能課程占用2次課程，4個(gè)學(xué)時(shí).這部分內(nèi)容可以看作是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生課程《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《組合數(shù)學(xué)》和《人工智能》課程的延續(xù)與提升.重點(diǎn)給學(xué)生介紹組合優(yōu)化的方法和具體的優(yōu)化問題求解.所謂組合優(yōu)化，是指在離散有限的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上，找到滿足約束并使其適應(yīng)函數(shù)值達(dá)到最值的解.其中優(yōu)化方法可以分為精確的求解方法和近似的求解方法（啟發(fā)式 (Heuristics)和亞啟發(fā)式(Meta-Heuristics)）.在課程中，主要對(duì)方法進(jìn)行全面的介紹，具體列舉完全枚舉法、準(zhǔn)完全枚舉法、降序排列法、貪婪法、隨機(jī)法、松弛法、分割法、分支定界法、鄰域搜索法、降序排列法、多起點(diǎn)鄰域搜索法、人工智能法.根據(jù)前瞻性、實(shí)用性和趣味性的原則，我們?cè)趯?shí)際的教學(xué)過程中選用了隨機(jī)優(yōu)化算法的帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法[1]作為實(shí)例進(jìn)行介紹.該算法與人類的社會(huì)活動(dòng)緊密結(jié)合，基于帝國(guó)主義殖民競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，具有收斂速度快的特點(diǎn)，近年來被持續(xù)關(guān)注和研究.通過該算法的介紹，使得學(xué)生了解到計(jì)算機(jī)算法實(shí)際上與自然、生物、人類社會(huì)都是緊密聯(lián)系的，并且很多優(yōu)秀的算法都啟發(fā)于這些領(lǐng)域.基于此，在課堂上我們啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行自由地聯(lián)想，讓他們觀察和理解自然界現(xiàn)象、動(dòng)物和人類社會(huì)的行為，如潮汐現(xiàn)象、氣候現(xiàn)象、鳥群和魚群的捕食行為、分散、聚集和繁殖行為，象群的社會(huì)協(xié)作行為，蛇群的交配行為、人類的選舉行為、遷徙行為、消息傳播行為等，讓他們?cè)噲D從中總結(jié)出一些規(guī)律，來提出一些新型的算法思想.在介紹完優(yōu)化方法后，接著介紹一些具體的優(yōu)化問題.這些具體問題主要包括：背包問題 (Knapsack Problem)、旅行商問題(Traveling Salesman Problem)、二次指派問題 (Quadratic Assignment Problem)、最小生成樹問題 (Minimum Spanning Tree Problem)、集覆蓋問題 (Set Covering Problem)、裝箱問題(Bin-Packing Problem).在這部分教學(xué)上，要讓學(xué)生能夠區(qū)分這些問題的細(xì)微差別，并將實(shí)際的問題歸類建模到這些問題之中.最后，要求學(xué)生用課余時(shí)間實(shí)現(xiàn)1-2個(gè)算法，解決1個(gè)問題，并比較兩種算法在特定問題上的優(yōu)劣.

1.2 多媒體技術(shù)前沿講座

多媒體技術(shù)課程占用2次課程，4個(gè)學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授圖像和視頻處理技術(shù)，包括數(shù)字圖像處理前沿、壓縮感知（Compressive Sensing-CS）、視頻的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)等內(nèi)容.數(shù)字圖像處理前沿選用國(guó)外的優(yōu)秀教材[2]來講解，主要內(nèi)容有圖像增強(qiáng)、彩色圖像處理、圖像檢索、傅里葉變換、圖像復(fù)原、圖像壓縮和圖像分割.其中壓縮感知的基本思想是用較少的觀測(cè)數(shù)據(jù)，盡可能較大概率的精確恢復(fù)、重構(gòu)原信號(hào).其方法主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)壓縮、磁共振成像(MRI)、線性編碼、雷達(dá)成像、圖像處理（去噪，增強(qiáng)，合成，復(fù)原，分割，識(shí)別）以及單像素相機(jī)研發(fā)方面.特別是關(guān)于測(cè)量矩陣和重構(gòu)算法（Sparse Recovery）的精華內(nèi)容需要重點(diǎn)講授.在視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中，重點(diǎn)介紹主流方法背景減除法，以及建立適應(yīng)環(huán)境變化的背景模型是背景減除法的研究重點(diǎn).在視覺跟蹤算法中，主要介紹顏色直方圖、Snake輪廓模型、局部特征模型、2D/3D空間模型以及概率圖模型等建模方法.對(duì)于這部分內(nèi)容，則要求學(xué)生課后閱讀3-5篇左右的國(guó)際國(guó)內(nèi)科研論文，并做好筆記相互交流.

1.3 游戲開發(fā)技術(shù)前沿講座

游戲開發(fā)技術(shù)課程占用1次課程，2個(gè)學(xué)時(shí)，這部分內(nèi)容與前面學(xué)習(xí)的《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的后續(xù)課程.游戲開發(fā)技術(shù)重點(diǎn)講解Cocos-2dx框架下的C++游戲開發(fā)方法和技能[3]以及網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器架構(gòu).其中游戲架構(gòu)分為C/S與B/S兩種類型講解.再次，介紹游戲中的一些核心算法，例如隨機(jī)尋路算法、跟蹤算法和閃避算法等.然后，介紹HTML5游戲開發(fā)的技術(shù)，例如HTML5的元素canvas,application cache,localstorage,audio，前端技術(shù)JS+CSS3+DIV；第三方API，如JQuery，跨平臺(tái)方案iphone，android，Pad，PC，瀏覽器技術(shù)QQ，F(xiàn)irefox，opera等.物理的引擎Box2d（C++,Java,Flash,Javascript等）.對(duì)于這部分內(nèi)容的講解，一定要結(jié)合源代碼進(jìn)行講解，才能使學(xué)生充分產(chǎn)生興趣.

1.4 新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)前沿講座

新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程占用1次課程，2個(gè)學(xué)時(shí).數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要介紹新興的NoSQL的數(shù)據(jù)服務(wù).首先介紹服務(wù)計(jì)算；服務(wù)計(jì)算經(jīng)過十余年發(fā)展，需要與新興技術(shù)，如云計(jì)算/物聯(lián)網(wǎng)/大數(shù)據(jù)融合交叉；其次介紹數(shù)據(jù)服務(wù)（如Web服務(wù)組合與分析）.其次，講解傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不能很好地適應(yīng)大數(shù)據(jù)分析的原因.接著，引入一些NoSQL的實(shí)例，如文檔 Document型數(shù)據(jù)庫，MongoDB,CouchDB；名值對(duì)Key/Value型數(shù)據(jù)庫，如Memcached,Berkeley DB,Dynamo,Amazon S3；圖Graph結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，Neo4J,Titan,DB2 RDF和基于列的數(shù)據(jù)庫，BigTable,HBase,Cassandra等.但是也要對(duì)學(xué)生講解清楚，在目前的Web開發(fā)最佳實(shí)踐中，還是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫例如MySQL占主流，以免誤導(dǎo)學(xué)生的技術(shù)路線和方向.

1.5 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)前沿講座

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程占用1次課程，2個(gè)學(xué)時(shí)，主要講授數(shù)字簽名的內(nèi)容.學(xué)生在本科期間往往只是學(xué)習(xí)了密碼學(xué)的內(nèi)容，對(duì)數(shù)字簽名的內(nèi)容往往只是初步涉及.另一方面，數(shù)字簽名于學(xué)生的日常生活也密切相關(guān).教學(xué)安排上，我們首先介紹數(shù)字簽名的分類，接著介紹數(shù)字簽名的安全模型.在本次課程后，需要讓學(xué)生去了解實(shí)際中自己使用的簽名是屬于哪種類型，采用什么技術(shù)，各自有何種先進(jìn)性和局限性.

2 創(chuàng)作類講座

2.1 科研論文寫作講座

科研論文寫作課程占用1次課程，2個(gè)學(xué)時(shí).這部分內(nèi)容主要講授撰寫科學(xué)論文的重要性、好文章的要求、退稿的原因、研究工作的新穎性、科技論文的特征與分類、期刊級(jí)別、學(xué)術(shù)論文的選題、資料的搜集、編擬論文提綱、科技論文的編寫格式、寫作語言、圖表繪制以及學(xué)術(shù)道德.

2.2 專利寫作講座

專利寫作課程占用1次課程，2個(gè)學(xué)時(shí).這部分內(nèi)容主要結(jié)合專利申請(qǐng)說明書的格式來進(jìn)行.主要講述說明書的要求及其作用、發(fā)明名稱的選取、說明書的組成部分、技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容、要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案、有益效果、附圖說明、具體實(shí)施方式（實(shí)施例）、附圖、權(quán)利要求的作用和實(shí)質(zhì)性要求、權(quán)利要求的撰寫方式.需要給學(xué)生強(qiáng)調(diào)的是，發(fā)明專利最重要的是新穎性和獨(dú)創(chuàng)性，而這部分內(nèi)容應(yīng)該如何把握和體現(xiàn)，正是專利是否能順利通過授權(quán)的關(guān)鍵.

3 小結(jié)

本文將課程內(nèi)容劃分為技術(shù)類講座和創(chuàng)作類講座，對(duì)實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了選取.通過長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這樣做不僅使得學(xué)生的出勤率、興趣和積極性都有很大提高，也對(duì)學(xué)生的今后學(xué)術(shù)深造和就業(yè)指向有一定的幫助.

〔1〕郭婉青,葉東毅.帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng)算法的進(jìn)化優(yōu)化[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索,2014,8(4):473-482.

〔2〕Rafael C.Gonzalez,Richard E.Woods.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

〔3〕李勇.基于Cocos2d-x引擎的游戲架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué),2015.

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1673-260X（2017）01-0018-02

2016-12-10

省級(jí)重大教學(xué)改革研究項(xiàng)目：2015年安徽省高等教育振興計(jì)劃（2015zdjy121）；應(yīng)用型高校工科專業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革——以網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)為例（2015zdjy121）