科学计算（精选12篇）
科学计算 篇1
《全日制义务教育数学课程标准》明确指出:“数学课程的设计与实施应重视运用现代教育技术,特别要充分考虑计算器、计算机对数学学习内容和方式的影响.”科学计算器的使用致力于改变学生的学习方式,使学生乐意并有更多的时间和精力投入到现实的、探索性的数学活动中.
计算器的使用目的是减轻学生的计算负担,把学生从繁琐的运算中解放出来,把主要精力放在运用数学知识来解决更有意义和价值的问题上去,但学生学习了计算器的使用后,就很有可能过分依赖计算器,在解决数学问题时,只要遇到计算,就不加分析地、习惯性地拿起计算器计算,而必备的口算能力、估算能力和笔算能力都有不同程度的下降.学生增强了计算器的应用意识,却淡化了计算能力的训练,我们必须引导学生合理科学地使用计算器.
一、让学生明确计算器的使用范围
数学新课标和新教材提倡使用计算器的学习内容是:
(1)使用计算器进行较大或小数位数较多的数值计算.计算器为数学学科提供了先进的计算工具,便于处理生活实际中的真实数据,使数学应用有了更广阔的空间.
(2)利用计算器进行估算.如在八年级上册无理数概念教学时,用有理数逼近无理数的思想;在九年级下册研究一元二次方程的近似解等内容都要借助计算器进行探索估算.
(3)利用计算器进行探索规律.如在七年级上册使用计算器验证、探索“黑洞数”的规律.
(4)利用计算器处理统计中一组较多且较大的数据的特征数.如在八年级鼓励学生用计算器计算一组数据的平均数、标准差与方差.
(5)利用计算器产生随机数进行模拟实验.如在九年级上册“生日相同的概率”一节内容就需要利用计算器产生随机数进行模拟实验.
(6)利用计算器求任意锐角三角函数值.如九年级下册直角三角形边角关系的应用问题的解决.
二、让学生体验计算器只是一个计算辅助工具
要让学生明确计算器的用途.数学教学中要有意识地在课堂上给学生提供一些练习题,让学生通过实际计算,发现有的题目直接口算或简算,或通过找算式得数的规律后再计算比用计算器还要快;有的题目计算器只能给出近似的结果,缺乏数学的精确性,也不符合计算的常规要求;有的题目由于计算器的计算数值范围有限以及取近似值等原因甚至可能给出错误的结果.引导学生将口算、简算、笔算、找规律巧算和用计算器算做比较,体会各种算法的优劣,况且生活中我们也不可能把计算器时时带在身上,让学生深切地体验到计算器只是一个数学计算的辅助工具,最重要的还是要加强口算、简算、估算和巧算等能力的培养.
三、对计算器尽可能统一管理,集中时间使用
数学运算需要学生准确、简捷、迅速,良好计算能力的形成不仅要求学生对基本概念、公式、法则、算理理解透彻,还必须加以一定数量的计算训练.如果学生一味地使用计算器,就只会简单、机械地把数据输入求解,不去理解概念、公式、法则、算理,不去思考如何快捷地解决问题,就会造成对基本概念理解不深,对基本公式、法则、算理掌握不透,就失去了提高计算能力的有效途径.教学中可以在加强算理、法则运用教学,鼓励简便算法,学生的计算能力达到一定水平之后再统一上使用计算器解决问题的课,在此之前不允许使用计算器.脱离了计算器,学生就不得不重视运算法则、算理与计算技巧的训练.统一使用过后,可以把计算器收回统一保管,再次需要使用时下发.
四、在练习和考试中提出精确度及简算等计算要求,适当限制使用
为了适当限制学生使用计算器,在练习和考试中可以提出简便运算或结果保留精确值等方面的要求.如七年级(上)“有理数的运算”学习后,计算18.75-15.39+1.25-14.61时要求学生必须用简便方法;七年级(下)学习“乘法公式”后,可提出利用乘法公式计算:1992,201×199;在一些实际问题中可在题后注明要求:如结果保留π或保留根号等.通过这些限制要求,不但有效地防止了学生对计算器的过分依赖,而且能有效地培养学生运算的准确性、灵活性和简捷性.
总之,计算器进入初中数学课堂,只要我们教师能让学生明确计算器的使用范围,让学生认识到计算器只是一个计算的辅助工具,在教学中适当对计算器统一管理,限制过分滥用,计算器就一定能对学生数学学习方式的改变起到积极的促进作用.
科学计算 篇2
专业：数学与应用数学 实验题目
实验 五
区间估计与假设检验
学生姓名
学
号
班级数学与应用数学
指导教师
习长新
实验日期
成绩
一、实验目的与要求：
1.巩固假设检验的基本原理； 2.掌握用 SAS 作假设检验的方法； 二、实验 任务：
1.
下面列出的是某工厂随机选取的 20 只部件的装配时间（分钟）：.9，4.10，6.10，6.9，7.9，9.9，9.10，1.11，6.9，2.10，3.10，6.9，9.9，2.11，6.10，8.9，5.10，1.10，5.10，7.9
设装配时间的总体服从正态分布),(~2 N X，参数2, 均未知．(1)给出装配时间总体的点估计和 95%的置信区间，99%的置信区间；(2)是否可以认为装配时间的均值显著地大于 10 分钟？
2.装配一个部件时可以采用不同的方法，所关心的问题是哪一个方法的效率更高。
劳动效率可以用平均装配时间反映。现从不同的装配方法中各抽取 12 件产品，记录下各自的装配时间如下表所示：
两种装配方法使用的装配时间（单位：分钟）
甲法：
29 32 35 38 34 30 29 32 31 26 乙法：24 28 29 30 29 32 26 31 29 32 28 设两总体为正态总体，且方差相同。
(1)分别给出两种装配方法的平均装配时间的 95%置信区间；(2)请问两种方法的装配时间有无显著不同(α = 0.05)？ 释 以上两个问题均要求写出必要的统计量和统计分布，并解释 sas 程序输出的结果。
三、实验步骤和结果，，（给出主要过程的文字说明，包含代码、图、表）
四、实验总结(对实验过程进行分析,总结实验过程中出现的问题、体会和收获)
五
浅谈计算科学 篇3
[关键词]：计算科学计算工具图灵模型量子计算
中图分类号：TP3-0文献标识码：A文章编号：1003-8809(2010)-09-0001-01
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。
科学、哲学与计算机科学 篇4
关键词：哲学,科学,计算机科学
我国著名的教育学家和科学事业家蔡元培先生 (1868-1940) 曾对科学与哲学的相互关系有过这样的论述:“屏科学而治科学, 则易涉臆说;远哲学而治科学, 则不免拘墟。两者可以区分而不能离绝也。今日最持平之说, 以哲学为一种普遍之科学, 合各科学所求得之公例, 为之去其互相矛盾之点, 而组织为普遍之律贯。又举普遍知识之应用与各科学而为方法, 为前提者, 皆探寻其最高之本体而检验之。”哲学追求普遍规律, 必须以自然科学为基础;而哲学作为普遍知识又必从方法, 前提等根本方面对自然科学有所帮助。所以既不能远离科学而治科学, 也不能远离哲学而治科学, 二者本应相得益彰。
一、科学需要哲学
真正的哲学作为时代思想的精华, 是人民所需要的精神食粮, 当然也是科学工作者所需要的精神食粮。这种精神食粮能使科学家具有一种哲学的头脑和眼光, 有助于提高对问题的分析力, 统摄力, 洞察力和判断力。许多科学家对于哲学的积极作用都深有体会。我国著名物理学家周培源所说:“爱因斯坦以探索理论物理学的基础, 解决物理理论中的基本矛盾作为自己一生地主要任务, 这就迫使他比较深入地接触到哲学上的重大问题。他认为, 物理学家在理论革命时期必须亲自去作哲学推理。他少年时代就开始对哲学发生兴趣, 青年时代读过大量的哲学著作, 他在科学上之所以能缺德重大突破, 有一部分要归功于他的哲学的批判精神。”我国许多科学家对于哲学的积极作用也都深有体会。例如, 有杰出贡献的科学家钱学森在1958年说了这样一番话:“我钻研业务多年……也摸索出一套进行研究的方法, 像处理问题应该怎样入手, 怎样去看问题, 怎样克服困难, 怎样从失败和错误中取得教训, 等等。当时倒也‘自鸣得意’, 因为这些道理在科学技术书籍中是学不到的, 算是我的科学研究心得吧。以上说明, 好的哲学作为一种好的思维方法, 能够帮助科学工作者分析和处理好实际遇到的各种关系和各种问题, 从而能够帮助科学工作者取得好的科研成果。
二、哲学需要科学
马克思曾说:哲学家是“自己的时代, 自己的人民的产物, 人民的最精致, 最珍贵和看不出精髓都集中在哲学思想里”;“任何真正的哲学都是自己时代的精华”;“它是文明的活的灵魂”。蔡元培认为:“哲学是文化的中坚。”哲学要成为“活的文明的灵魂”, 要成为“文化的中坚”, 这不是很容易做到的, 更不可以是自封的, 必须想蔡元培所说的那样, 使哲学成为“融贯科学的哲学”, 既依据科学, 又超越科学。看来, 不论怎样定义哲学, 都是不能外于科学的。不论对于哪种哲学, 科学都是哲学发展的重要基础。至于马克思主义哲学, 即辩证唯物主义哲学更是开宗明义的阐明“要确定辨证的同时又是唯物主义的自然观, 需要具备数学和自然科学的知识。”
今天, 计算机技术作为现代技术的标志, 已成为世界各国许多经济增长的主要动力, 计算领域也已成为一个极其活跃地领域。计算机学科正以令人惊异的速度发展, 并大大延伸到传统的计算机学科的边界之外, 成为一门范围极为宽广的学科, 它的研究道路上依然少不了自然辩证法的哲学指导。当然, 这也是哲学的也只将在计算机科学中获得营养, 并从中获取自己的研究方向, 从而促进哲学的研究。
信息与计算科学专业 篇5
1.专业介绍
本专业培养具有良好的数学素养，掌握信息科学和计算科学的基本理论和方法，受到科学研究的初步训练，能运用所学知识和熟练的计算机技能解决实际问题，培养能在科技、教育和经济部门从事研究、教学、应用开发和管理工作的高级专门人才。
信息与计算科学是与计算机科学发展相互促进的一个重要的数学分支。随着我国社会主义市场经济发展，社会对高级贸易管理人员需求日益增加，企业不仅需要工作人员熟练地操作计算机，而且进一步要求有建立数学模型与计算、分析问题及使用运筹与优化技术的能力。为了适应新时期的人才需求，本专业加强了计算机科学与信息科学的基本理论、知识和方法的教学，主要研究各类问题在计算机上求解的数学方法及其计算机应用软件，使学生掌握现代科学研究和生产管理的有效手段，以培养有较强后劲的复合型人才，更好地为上海市的经济建设与社会发展服务。
2.主要课程(三类)：
一是数学基础课程: 如数学分析、高等代数、空间解析几何、概率论、数理统计、数值计算方法、运筹与优化、数理方程等。
二是计算机课程：如C程序设计、数据结构与算法、数据库设计与开发、计算机组织与结构、操作系统与Unix、计算机网络、计算机图形学、Java程序设计等。
三是应用类课程：如信息论、博弈论与经济信息学、保险精算学、金融工程、数学模型等。
3.毕业生主要就业流向：
可从事科学和工程计算、计算机软件开发与应用、企事业和经贸部门的经济活动与管理以及科学研究工作。大多数毕业生在金融、证券、保险、三资企业就业，还有一部分在高等院校、研究所、软件公司、经济管理部门和国有企业从事相关工作。
4.学制：四年
计算最科学的猫砂性价比! 篇6
你正在使用的猫砂，一盒能供一只猫用多久？
普通猫砂性价比计算公式：
购买的猫砂价格×袋数÷使用的月份数÷使用的猫只数量
网友吴瑶mophie：
175元四盒一整箱，5千克一盒，一只猫一个半月一箱！
猫的后宫：
现在在用lovely cat ，25元一袋10升。一只猫一个月用两到三袋吧。
王小贼的围脖之王宝宝：
我家是猫工坊松木猫砂10千克50元+日本爱丽丝水晶砂3升52元，四
只猫一个双层猫厕所可以用40天。
从一个月不到20块钱，到每个月花销超过100块钱，大家给出的答案相差相当悬殊！这么看来，难道花钱最少的，就是性价比最高的猫砂选择法？别着急，先来看一看调查中猫友们的其他观点吧！
要便宜，也要注重效果！
网友Emily岚雨：我家用的是松木化粉的，130元，29.7千克，两只猫能用四五个月，综合上看除臭效果一般。性价比上，我觉得一个月60块钱左右，除臭效果好，粉尘少，环保，不容易被带出的猫砂会比较好。
网友vicki_微小的部分：我家猫点儿用的猫砂是20元10升的。看一个猫砂的性价比，首先要看看猫砂的结块、除臭、除菌能力、粉尘大小，对猫和人类的困扰大小也可以考虑在其中。
没错，经验丰富的猫友们已经替小编们说出了科学计算猫砂性价比时，除了价格和使用天数外要考虑的其他因素：
粉尘结块能力除臭能力除菌能力会不会被带出环保
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重新计算你家猫砂的性价比吧！
在把很多必要的因素分析出来之后，在普通公式的基础上，加入新的必要因素。
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对计算科学和计算机发展的思考 篇7
计算科学的发展大多数情况是随着计算工具的发展而发展,在促进人类发展中起到了非常关键的作用。计算工具主要应用于人们的计算中,在近些年中计算工具不断的改革发展。同时,就计算机来说,发展更加迅猛,现已经由电子计算机逐步向量子计算发展,日新月异。
2. 论述计算
所谓计算就是经过法则将符号串进行变换的过程。减法是多数计算中的一个,一般情况下,有两种方式,包括数值的计算和符号的推导。但是,不管是数值计算,还是符号推导,在一致性和等价性方面都相同。而且,二者关系密切,能够相互转换。科学在进步,新的计算类型也会随之出现,而计算科学也会促进计算工具的发展。
3. 计算工具的发展历史
从开始利用计算开始,人们就把探求更为方便和快捷的计算工具作为发展目标,不断推动其向前发展。计算工具的发展进步与计算科技的发展非常密不可分,从算筹到算盘的进步阶段,算筹为算盘的基础,而算盘口诀化以后,计算起来更实用和方便,从而加快了计算的速度。伴随科技的快速发展与进步,人们发明了对数,按照加减乘除的特性继而发明了对数计算尺。在计算尺上安装上光标以后,其应用变得更普遍。与之同时发明的还有机械式计算器,随着进一步发展,在科学家们不懈的探索改进后,计算工具的应用越来越广泛。
4. 电动和电子计算机
在程序控制分析机之后,随着技术的快速发展,老式的人工计算器逐步被新式的电动式计算器所替代。进而出现了过程控制计算器。在20世纪初的时候,电子管革新了计算器,电子计算机问世。从这以后,人类迈入计算的新时代。电子计算机是科技快速发展而产生的工具,是最伟大的发明之一。从20世纪60年代后,芯片集成度发展迅猛,电子计算机的发展速度更加快速。随着计算机的发展,网络时代随之带来,一般分为如下三个阶段,第一阶段是ARPAnet阶段,即美国研究和试用的阶段;第二阶段是NSF网络阶段,即互联网科研的应用阶段,提出了开放式系统的互联参考模式,解决互联网标准化和计算机联网等问题;第三阶段是计算机网络商业化的发展阶段,是互联网快速发展的阶段,其作用影响全世界。
伴随计算机网络的飞速发展,面对可能出现的问题需要对网络予以长远的规划设计,这就需要弄清网络的分类方式。首先,结合网络的拓扑结构,可将其分成星型、环形以及总线型三种网络,除此以外还有树型和簇星型等多种网络其实是在上述拓扑结构的基础之上的构建起来的。其次,可把网络的位置作为划分标准,把网络分成局域网、城域网以及广域网三种类型,这其中局域网以及广域网是关键,局域网是另外二种网络的基础,而广域网中最有名的便是人们熟知的Internet。
5. 论述量子计算系统
在20世纪80年代时,量子思想开始计算的新萌芽。费曼打算利用电子计算机来模拟量子力学系统行为。但是,在模拟的过程中,费曼遇到了一个非常难搞的问题,就是难以理解或者求解的量子力学系统的行为。举例说明,在光干涉的现象之内,相互作用的光子在干涉的时候每增多一个,都会使得有可能情况出现的概率翻倍,其问题的数量是根据指数级增多的。这种试验模拟中的计算量十分庞大,不过这恰恰为量子计算创造了一个很好的机会。因为量子力学行为的可预测性非常强,在进行光干涉现象试验的时候,若是其初始条件已经明确,便可推出屏幕中出现的影子的形状。参考此种现象,费曼推理得到:若是干涉实验内需做大规模计算的现象,则假如模拟这种实验同时测量实验的结果,就相当于做完了相应的计算。故而,借助在量子力学对象中做实验的手段,可在相当大的程度上提升计算机的运算速率。
费曼在运用量子计算机的时候,认为可不必考虑如何去实现计算,而是把计算当成“神谕”而完成的,故而在量子计算的时候,一般叫这种计算为“神谕”。其实在很多不同的领域实践里,量子计算的功能确实是比传统的计算强大的多。例如:把某个十进制数且为1024位的大整数转变成两个质数的乘积,那么在如此比较难的计算中,传统的计算工具很难或根本不能实现快速、准确的计算,其所花费的时间要大大超出人们可以忍受的时间。然而,若是运用量子计算机去计算的话,仅仅需短短的半个多小时便可把1024位的整数完成分解。因此,可以说量子计算极大的提升了计算的效率。量子计算系统的发明某种程度上给予了人类更好的思考以及科研能力,促进人们去努力解决量子计算“神谕”的内部作用机制。除此之外,量子计算系统还揭开了何为计算科学的本质,使得人们对计算的认识进一步扩展深入。
6. 结语
综上,随着计算科学的快速发展,人类的计算工具也随之发展,人们在创新思维,改进计算工作的同时,越来越发现其计算本质的重要性。计算工具是否进步、先进,这个问题关乎到计算科学的发展。而计算机作为人们目前所用的最先进的计算工具,也在快速发展进步之中。从最早的电子管以及晶体管计算机到现在的电子计算机和量子计算,计算工具的变革与进步不断的促进人们科研能力体积思维水平的提高,反过来又推动了计算科学的变革与发展,从而进入一个互相促进的良性循环之中,也就是计算机与计算科学相互促进、持续发展。
摘要：随着社会的快速发展,计算科学以及人们所使用的工具也在逐步发展,从传统的算盘到电子计算机再到量子计算系统,持续创新发展。计算工具的改革创新,使得人们具有更强的科研力量,进而促进了计算科学的发展。
关键词：计算科学,计算机,量子计算
参考文献
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[6]段水福,段炼,张元睿.计算机网络规划与设计.浙江大学出版社,2005.
[7]孙建华.实用网络设计与配置.人民邮电出版社,2009
闻库:科学推动云计算发展 篇8
科学认识云计算发展道路
回顾互联网40多年的发展历史, 一开始人们并没有意识到互联网将对人类社会产生多么大的重要影响。直到20年过后随着3W的诞生和互联网的商业化, 互联网革命才轰轰烈烈地开展起来, 真正改变了人类社会的面貌。云计算的发展同样如此, 上世纪90年代, 各种类似云的业务模式已经开始出现, 分布式计算、网格计算和云计算的概念就有很多相似之处。但直到近几年来随着通信与计算机的融合发展, 云计算才开始大行其道, 人们才真正感受到云计算的革命正铺天盖地而来。
人们刚认识到一个概念的价值时, 对其未来常会存在一些非理性的预期, 也会伴随一些概念炒作。前两年很多人都在云里雾里炒作云的概念, 但是对于现实应怎么办并不清楚。这也导致某些地方出现了一些泡沫, 争着搞云计算中心, 有条件的上, 没有条件的也在上。回想10年前互联网也同样存在炒作情况, 正是那次互联网泡沫破灭, 导致纳斯达克指数大幅下跌, 今天我们要接受这个经验教训, 正确把握住云计算的发展途径。
云计算在概念认识初期不可避免会出现一些盲目性。虽然很多地方都打着云计算的旗号, 相关产品不断问世, 但真正具有规模化、可伸缩性、自动化、有良好商业运营模式的云计算平台目前还比较少。云计算在全国统筹规划上还有很多工作要做, 现在许多地方大规模建设云计算平台、数据中心或者工业园, 对当地条件没有完全评估, 本身有一定的盲目性, 这对云计算发展不见得是好事, 应当引起企业警觉。
创新务实开放推进云计算
面对这样的形势, 中国联通等电信运营企业对待云计算更需要保持创新、务实、开放的态度。创新包括技术创新、理念创新, 这是云计算发展的原动力, 要以创新的思想, 不断开拓新的云计算业务领域, 同时掌握这一领域的关键技术。
务实就是要脚踏实地, 从企业的基础和优势出发, 开发适合企业特点的技术与产品, 特别是一定要有一个正确的合理的商业模式。对于电信运营企业来讲, 网络和数据中心资源是最大的优势, 可以说没有网络云计算就无从谈起。以前分布式计算是依托在很“细”的传送管道上, 而云计算在全世界成为可能, 其中一个最重要的原因就是通信运营企业提供了没有距离限制、感觉不到堵塞的非常好的传送通道, 这不仅对运营企业, 对整个国家的云计算发展, 都是必不可少的重要基础和关键要素,
科学计算 篇9
1 计算机类课程设置现状
信息与计算科学是一个融数学、信息科学、计算科学、运筹与控制等多学科交叉的内容非常广泛的学科领域, 在整个教学过程中既要突出该专业学生具备较好的数学理论基础, 同时又要学习其他学科专业知识, 因此, 在进行课程设置时, 基本上都采用以数学类课程为主线, 穿插信息科学、计算科学、以及运筹与控制等相关课程。从培养目标来看, 尽管依据各院校的办学特色, 可以选择不同的方向 (计算科学、应用软件、信息科学、运筹与控制等) , 但总体上都要求具备熟练使用计算机 (包括常用语言、工具及专用软件) , 具有基本的算法分析、设计能力和较强的编程能力。因此, 计算机类课程对于《信息与计算科学》专业学生的能力的培养还是相当重要的。
依据信息与计算科学教学规范及调查报告提出的最低要求的建议, 计算机类专业基础课基本包括高级程序语言、离散数学、数据结构等, 计算机类专业课基本包括图形图像处理、计算机图形学与可视化、计算智能等。
目前, 在信息与计算科学专业中所开设的计算机类课程, 基本上都包含有一门高级程序设计语言、离散数学、数据结构。由于专业特色定位不同, 或就业方向不同等, 各院校选择的计算机类的其他课程略有不同。
2 计算机类课程设置中存在的主要问题
对于新办信息与计算专业的学校, 多数教师来自数学与应用数学专业, 只从事过基础数学或基础课的教学, 没有教授过信息与计算科学专业, 因此在进行课程体系建设过程中, 除了依据《信息与计算科学》专业教学规范外, 对于基础课程, 主要参考数学与应用数学专业的课程, 对于专业课程则根据教师的能力以及学生考研及就业情况, 简单拼凑。没有充分分析学科本身的特点, 以及如何进行内部各学科之间有效地交融。
从教学实践效果来看, 这种简单拼凑, 以及课程之间缺乏连续性, 同样的时间学习不同的课程, 或同样的课程选择不同的时间来学习, 效果截然不同, 极大地影响了教学质量和未来的专业发展。其中计算机类基础课程设置比较突出的问题有, 高级程序设计语言的选择, 是否需要单独开设离散数学, 高级程序设计语言、离散数学、以及数据结构三门课程之间的关系以及开课时机等。
3 计算机类基础课程设置研究
3.1 计算机类首开课程
对于信息与计算科学专业的学生, 第一门接触的计算类课程是高级程序语言、计算机文化基础, 还是计算机科学导论, 没有统一的定论。然而, 从教学实践来看, 如果在开设高级程序语言之前, 没有对计算机运行所需的硬软件环境有个基本的了解, 会对高级程序设计语言的学习造成一定的困难。
另外, 有些院校虽然开设了计算机文化基础或计算机科学导论, 但是与高级程序设计语言同时进行, 实际的教学效果也不理想, 因为在语言学习中所需相关背景知识, 也许在文化基础或导论课程中还没来得及介绍。因此, 高级程序设计语言的开课时机最好与相关基础课程, 选择分学期开设或同一学期前后开设, 而不应该同时开设。
3.2 高级程序设计语言的选择
国家教育部教学指导委员会在教学规范和调查报告中均指出, 在信息与计算科学专业的计算机类基础课程中应开设一门程序设计语言, 但并没有具体指出到底开设哪一门高级程序语言。因此, 开设信息与计算科学专业的各大院校, 均根据各自的分析研究提出相应语言类课程学习, 主要包含有C语言程序设计, C++语言程序设计, Java语言程序设计。
对于C语言、C++语言、Java语言, 到底哪一门语言作为首选学习语言, 更有利于促进信息与计算机科学专业的学生今后的学习和发展, 是一个值得思考的问题。有些院校经过分析[4], 认为C++语言或Java语言由于应用面广, 适应市场需求, 适合作为首门语言。然而, 从信息与计算科学专业的特点考虑, 该专业的学生除了需要具备扎实的数学基础外, 还应该具备较强计算机编程能力、算法分析和设计能力, 因此该专业虽然是非计算机专业, 但是是近计算机专业[5], 因此在语言学习方面应该向计算机专业学习, 使学生具备专业化的语言学习, 而不应该像许多其他的专业仅仅考虑市场的需求。
考虑以下因素, 认为C语言更适合作为信息与计算科学专业首选语言。
(1) 获得系统化的语法学习。一方面, 使学生掌握扎实的语法知识;另一方面, 学习C语言的语法后, 相当于也同时学习了大多数C++和Java的语法知识。
(2) 有利于理解不同的编程思想。没有对比没有感觉, C语言中的编程思想属于结构化的编程思想, C++和Java的编程思想属于面向对象的编程思想。没有学习C当然也可以直接学习C++和Java, 然而对于到底什么是面向对象, 以及面向对象有什么好处的理解就没有那么深刻了。
(3) 有利算法分析与研究。目前, 随着计算机技术的发展, 开发工具越来越先进、快速、方便, 然而这种方便和快捷是通过封装的形式隐藏了许多的技术细节, 学生学了之后, 可能只知其然, 而不知其所以然。而C由于语言本身的特点, 更有利于对于系统内部细节的研究。
3.3 应该开设的专业基础课
信息与计算科学专业为什么要开设计算机类相关课程, 这是与它的专业目标、培养要求密不可分的。该专业需要培养出能够进行算法分析与算法设计, 解决实际问题, 能够从事科学研究的高级人才。另外, 离散数学作为现代数学的一重要分支, 是计算机科学中基础理论的核心课程, 相对于传统的连续数学的研究, 其主要研究的是离散 (指非连续) 结构的数学分科。离散数学课程所涉及的概念、方法和理论, 大量地应用在《编译原理》、《数据结构》、《操作系统》、《数据库系统》、《算法的分析与设计》、《软件工程》、《人工智能》、《多媒体技术》、《计算机网络》、《信息管理》、《信号处理》、《模式识别》、《数据加密》等相关课程中[6]。因此, 离散数学课程学习的好坏, 对于学生今后是否能够对计算机科学有深入的理解有非常重要的影响作用。
对于信息与计算科学专业, 虽然开设了数学分析、高等代数、解析几何等等大量的数学课程, 然而其思维模式大多是从连续的角度进行分析, 而计算机相关技术主要从离散的角度进行研究, 因此在信息与计算科学专业中开设离散数学课程是非常必要的。
3.4 注重课程之间的连续性
信息与计算科学专业已经建立有十多年了, 许多院校对于专业内涵、专业方向、以及课程设置, 有了一定的研究和把握, 发表了相关的研究成果。但是, 从实际调研以及教学实践来看, 即使是课程设置正确, 但是由于缺乏课程之间内在联系的深入思考, 在教学安排上, 缺乏课程之间的有效衔接, 因此, 导致实际的教学效果并不理想, 达不到预期的教学目标。
(1) C语言和数据结构两门课, 开设时间不要超过两个学期。
C语言程序设计和数据结构课程开课时间相差三个学期以上, C语言在第一或第二学期开设, 数据结构在第五学期以后开设, 实际的效果是学生虽然学过了C语言, 可是等到学习数据结构需要的用的时候, 由于时间拖的过久, 基本忘记了, 还得花大力气重新复习。建议两门课程开设时间不要超过两个学期。
(2) C语言和数据结构不应该合并为一门课程[7]。
数据结构完全与C语言是两回事。在数据结构中, 重点讲述了数据的逻辑结构和存储结构, 以及对算法的效率进行评估, 包括时间复杂度和空间复杂度。在C语言中, 除了讲授基本语法结构外, 更主要的是建立起结构化的编程思想。数据结构与C语言之间的关系是数据结构利用某一种语言来描述算法, 而C语言是其中的一种语言, 它仅仅是学习数据结构的工具。因此, 鉴于两门课程都如此重要, 不建议将他们合二为一, 一起学习。
(3) 离散数学应该在数据结构之前开设[8]。
通过查阅大量的关于信息与计算科学专业的课程设置方案, 发现许多院校将离散数学和数据结构课程同一学期开设, 之所以能够这样设置, 是缺乏对这两门课程的认识, 把他们仅仅当作两门计算机课程, 而没有看到离散数学是数据结构的先修课程, 数据结构中所讲述的树、图等相关数学理论基础都是在离散数学中介绍的。因此, 应该学习完离散数学后在学习数据结构, 能够更好地学习数据结构。
4 结束语
本文结合信息与计算科学专业特点, 仅从计算机类基础课程应该开设哪些课程, 以及课程之间如何有效衔接, 提出了自己的建议, 希望能够更好地促进信息与计算科学专业的发展。结合专业特点, 对于应该开设哪些计算机类专业课和专业选修课还需要进一步探讨。
参考文献
[1]国家教育部数学与力学教学指导委员会.信息与计算科学专业教学规范[J].高等理科教育, 2000, (3) :6-9.
[2]教育部数学与统计学教学指导委员会数学类教学指导分委员会.关于《信息与计算科学》专业办学现状与专业建设相关问题的调查报告[J].大学数学, 2003, 19 (1) :1-5.
[3]石振锋, 吴勃英.关于《信息与计算科学》专业计算机类课程教学的几点体会[J].大学数学, 2005, 21 (1) :5-7.
[4]陈华, 费祥厉.信息与计算科学专业中计算机课程设置的思考[J].电脑知识与技术, 2007, (20) :579-580.
[5]俞敏.对自动化专业C语言教学的思考[J].高校教育研究, 2009, (3) :135-137.
[6]游文杰.计算机科学中的数学[J].福建师范大学福清分校学报, 2004, (2) :16-18.
[7]候丽英, 郭爽, 张丽.信息与计算科学专业课程教学改革研究[J].辽宁工业大学学报:社会科学版, 2009, 11 (1) :128-130.
科学计算可视化发展概述 篇10
1 ViSC的意义
ViSC是指将科学计算过程中产生的信息 (包括数据及计算结果) 转化为图形或图像的形式, 并进行交互处理的理论、方法和技术。ViSC将大量看似没多大联系的离散数据以图形图像的形式直观地显示出来, 亦即将人无法直接观察的数据转变为人可以接受的视觉信息, 使观察者能够准确快速地发现隐藏在数据背后的一些规律, ViSC已成为科学家或者研究人员手中极为有效的工具。
2 ViSC的技术特点
可视化的研究主要分为两大部分, 一是可视化工具, 二是可视化应用。
2.1 Vi SC的过程
在分析从自然现象到模型的建立过程, 可视化是一种十分重要的辅助手段。可视化过程的步骤可分为四个部分, 即为“过滤—映射—绘制—反馈”。
2.2 Vi SC处理方式
ViSC分为三个方面:三维数据场的可视化、工程设计可视化和虚拟环境。这三个方面分别对应三种处理方式:跟踪 (Tracking) 、事后处理 (Postprocessing) 和驾驭 (Steering) 。
3 ViSC常用方法
ViSC实现从复杂的多维数据中产生图像, 主要研究将离散的数据转换为图形信息的理论、方法以及应用系统的构成, 目前比较流行的技术有等值线、面绘制、体绘制和流场显示。下面主要对等值线方法和体绘制方法进行研究讨论。
3.1 等值线法
等值线法是二维平面数据场的可视化方法, 其绘制步骤可分成以下三点:首先对每个网格单元与等值线的交点进行计算;然后用线段连接该单元内等值线的交点;最后由上述线段集合构成该网格中的等值线。
网格单元与等值线的交点计算主要计算每个单元边与等值线的交点, 可用顶点判定法, 还有边上插值的方法计算。设定等值线的值为Ft, 如果Fi
3.2 体绘制法
体绘制法是遍历整个数据场, 对数据场进行重新采样和对采样结果进行合成。体绘制算法分成两大类:光线追踪法 (Ray-Tracking) 和投影成像法 (Project-Imaging) 。
光线追踪法是一种真实地显示物体的方法, 该方法由Appel在1968年提出。它沿着到达视点的光线的反方向跟踪, 经过屏幕上每一个象素, 找出与视线相交的物体表面点P0, 并继续跟踪, 找出影响P0点光强的所有光源, 从而算出P0点上精确的光线强度。绘制流程图如图3-2所示。投影成像法是将物体的所有体素的影响投影到成像面上, 然后根据体素影响在各个像素上的迭加顺序, 通过一定的合成方法, 实现各像素的颜色。
主要绘制步骤如下可分成“体元遍历—体元分解—投影与合成”三个步骤。
通过对等值线法和体绘制法的深入研究, 可以得出图像的绘制速度只要是在于算法设计的选择和机子的硬性要求。
4 展望
总的来说, ViSC是一门新的研究学科, 它的应用领域广泛, 包括能源勘测、自然科学、金融和商业等。但作为一个全新的学科, 还需在基于虚拟现实环境的科学计算可视化技术的应用等方面做进一步的研究。
参考文献
[1]辛凤凡, 郭雯雯.基于网格的科学计算可视化[J].科技与生活, 2010.
科学计算 篇11
关键词 计算机科学技术 计算机教育 教学理念
实践教学在当今社会中，计算机的应用无处不在。计算机教育过程中，教学手段和技术的更新也离不开计算机的辅助，而且已经在教育中得到了大量的运用。如今，各种计算机技术已经取代了许多传统的教学方法，成为功能最强大和有效的教育手段和工具，这样对于提高教育质量，加强教育水平，增进教学的效果，可以带来很大的便利。计算机科学技术对于高等学校实现人才培养发挥着重要的作用，而且对于大学生的创新能力培养可以起到很大的促进作用，对于他们的综合素质的培养和将来步入社会之后竞争能力的提高非常有帮助。
一、计算机科学技术在计算机教育中应用的意义
关于计算机在教育中的应用，它的用途是非常广泛的，大体来说可以分成以下几个方面首先，将计算机作为教学工作的辅助工具，为教学过程提供各种教学管理和教学工作。其次，将计算机作为学习的工具。学生利用计算机来完成一定的学习任务，从而提高学习的效率和学习的能力，让学习知识的过程变得更简捷有效。另外，利用计算机检验某些教学思想及教学活动，使其成为一个教学的工具软件对于计算机教育也具有非同寻常的意义。
二、计算机科学技术作为教学工具在计算机教育中的应用
在教学的过程中，如何取得良好的教学效果非常重要。对于教师而言，对于整个的教学过程必须进行有效的教学管理。教学管理的具体内容可以分为对于学生日常学习过程的了解与监控，对于学生学习成绩的测验，以及对于学生日常学习生活中一些比较琐碎的事务的管理。在这些教学管理的过程中，如果采用传统的教学手段，会大大降低教学管理的效率，而且对于教师进行教学活动创造性而言，也会起到一定的影响。现在，随着教学管理科学技术的发展，计算机管理教学系统、集成学习系统，还有一些其它的计算机考试测验软件等等，可以在教师的教学管理工作中发挥着巨大的教学管理作用。计算机科学技术在教学管理中的应用可以大大提高教师的教学水平，降低他们的工作量，便于其将更大的精力投入到教学工作中去。
（一）多媒体教学工作中交互式的计算机技术应用多媒体的交互式应用是计算机科学技术应用的一个重要的方面。随着计算机技术的发展，教学资源越来越丰富，校园网络的形成，网上知识库的极大丰富，以及各种计算机教学课件的出现都为提高教学管理提供了有利的条件。很多的教学资源都离不开计算机科学技术的应用，为了提高教学的水平，教师可以采取一定的教学策略来优化这些多媒体的应用。这样做，可以让学生在教学地过程中更好的理解和掌握学习的知识，同时，教学设计中，加入计算机科学技术的应用，可以让学生对教学工作的反馈及时传达到教师那里，从而起到互动作用，便于教师进行教学方法的调节。
（二）远程通信、网络技术在教育中的作用在高校的教育工作中，远程通信和网络技术的应用已经开始发挥巨大的教学作用。这种技术就是将现代通信的计算机技术及网络技术，还有多媒体技术等为基础，再结合计算机的交互性和网络的分布性，让远程的教育信息服务做得更为广泛。事实上，这种做法已经引起了世界的教育工作者的重视，而且也已经充分在教育过程中加以体现。无论是我国还是在全世界，现代的远程教育已经被教育工作者和科技工作者纳入了重点研究的范围。在传统的教学中，交互性是必不可缺少的，而当时实行的大多是师生双方对话，即直接以语言为载体的交流。如果采用多媒体教学，学生不仅可以在学习的过程中看到教学的图像资料，而且声音、文字等均可以参与到教学过程中来，这对于学生掌握知识的过程中注入了趣味性、生动性，往往令教学工作变得更为直观形象。而且对于学生的学习而言，可以让他们按照自己的实际情况来安排学习的进度，灵活调整学习的时间，教师可以把相关的教学课程放到网站等网络上，作为灵活的教学资源加以体现。
三、计算机科学技术在教育工作中应用的展望
要想提高计算机科学技术在传统教育模式中的应用范围，加强其广度和深度，那么就要积极的进行创新。很多的创新内容都有离不开对于实践经验的总结。而正是不断的进行计算机技术在教育中应用的创新，才会推动教学工作技术与质量的提高。
（一）提高教学过程中对于学习环境的控制能力在学习的过程中，学生在特定的内容领域进行探索与检验，并且不断建立推测性的理论，并积极寻求解决的方法，很多的学生在这个过程中进行了思维勇和采用计算机来加强学生对于學习内容的认知程度，加强其对于知识的理解，并且灵活的运用其学习材料，这样会更加有助于学习理论，而且可以加强学生学会组织和运用学习的材料，他们获取知识的能力将会得到更为有效的加强。
（二）建立以学生为中心的超媒体教学模式所谓超媒体，就是让学生在交互学习的过程中，采用计算机技术作为技术支持，并且加强了参与的能力，而且在提供多种形式的信息应用中，利用这种能力可以有助于创建以学生为中心的多媒体教学学习环境。如果以学生的学习为中心，那么可以大大有效地加强学生的学习能力，并且让学生主动寻求知识的范围，加强学习的广度和深度。在这个过程中，教师只是起到一个引导的作用，不再是传统意义上的中心施教者。
随着计算机科学技术的发展，传统的教育方式要不断进行改革和创新，这样才能适应社会的发展需求。不同的教学演示方式，将会在计算机科学技术的支持下，变得更加丰富多彩。同时，计算机技术在教学管理中的应用，可以让计算机技术与传统的教学工作结合得更加紧密，这将有助于教学质量的提高。教育要面向未来，这一点极为重要。而将现有的教学技术发扬光大，是落在教育工作者身上的重要任务。新的教育技术的改革和创新也在不断的进行过程中，相信计算机科学技术的应用一定会推动教育事业的蓬勃发展。
参考文献：
[1]常初芳.国际科技教育进展[M].科学出版社，2002
科学计算 篇12
1 前科学阶段
所谓前科学, 就是尚未形成该学科“范式”的原始科学阶段。在计算机科学形成具体的理论科学之前, 计算机科学当属于前科学阶段。在这一阶段中, 机械计算机拓荒的时代, 那些所谓的“计算机”都是基于机械运行方式, 尽管有个别产品开始引入一些电学内容, 却都是从属与机械的, 还没有进入计算机的灵活:逻辑运算领域。
2 常规科学阶段
科学家们经过长期的研究和争论, 形成了公认的“范式”, 并依靠共同信仰的范式把大家统一为一个科学共同体。可以说, 这一范式的形成, 是前人不断摸索, 不断进行理论研究, 后人在前人的理论基础上, 将理论与实践相结合的伟大成果。在此之后计算机科学已经形成了一套完整的理论体系, 为后人继续对计算机进行科学研究提供指明了方向。也使得计算机科学傲然屹立于自然科学领域之中。为人们的生产, 生活提供不可思义的帮助。
3 反常阶段
科学探索中新事物是层出不穷的, 当科学家们发现了范式预期之外的新事物、新现象、新发现, 用范式难以解释, 冠心病的早期症状这就是反常现象。反常的出现, 推动更多科学家通过观察实验搜集更多的反常去证实反常。在当今社会我们可以清楚的看到, 人们的需要不再是单纯的学会使用计算机, 了解什么是计算机?而是如何使得人们再使用计算机时舒适, 方便, 如何使计算机更好的与其他学科结合, 解决其他学科中的难题等等。计算机的研究者们应该将计算机的相关理论与其他学科的特点结合起来, 深入研究。新技术革命的浪潮对计算机科学而言是挑战, 也是机遇, 计算机科学工作者应抓住机遇, 不要囿于前人的学术观点, 应大胆提出异议, 促进计算机学理论的更新和革命。
4 危机阶段
当反常现象大量出现, 并成为常规科学无法解决的难题时, 人们开始怀疑范式, 失去对范式的信任, 科学共同体开始分化, 这时才有可能打破旧范式的统治转向接受新范式。由于受旧范式支配的常规科学面临生死存亡的考验, 反常势必导致危机。随着反常现象的不断出现, 计算机的发展方向成为计算机工作者最为关心的问题。计算机以后究竟向着什么方向发展, 计算机界还未形成同一的共识。有识之士认识到计算机只有向其他的学科渗透, 与其他的学科相结合, 才是计算机发展的唯一正确的道路, 才能跟上时代发展的步伐。单纯的为了发展计算机而发展计算机已没有什么有意义的前景。为此, 计算机工作者在危机面前必须树立坚定的信念, 做大量艰巨而细致的工作, 以迎接计算机科学革命的到来。
5 科学革命阶段
大规模, 超大规模计算机的出现, 是计算机科学与当时最先进的自然科学和社会科学相结合的产物, 其所取得的成就对于计算机的以后发展起到非常重要的作用。我们今天所处的时代与大规模, 超大规模计算机时代虽有不同, 但也有很大的相似, 我们拥有现代最科学的哲学-马克思主义哲学的指导, 自然科学飞速发展, 各学科之间联系日益广泛。特别是近数十年来, 自然科学在高度分化的基础上开始转向重新综合的趋势。现代系统论、信息论、控制论、协同学、耗散结构理论等边缘学科、综合学科理论的兴起, 计算机领域中已由原有的计算机硬件向计算机软件, 硬件的转变, 同时“人工智能”, “通讯工程”等的出现, 都为计算机科学革命提供可能和有利条件。
6 新常规科学阶段
科学革命以后, 科学即转入新的常规科学, 进入了在新范式指导下的渐进式发展。科学史就是常规科学和科学革命不断交替的过程, 循环往复, 永无止境。跟上了时代步伐的新的中医理论体系 (新范式) 会随着社会科学和自然科学的发展而不断地向前发展。这一新的理论是以现代语言描述的, 因而容易被世界人民所接受, 并因为其整体辩证的特色而广泛受到欢迎, 且使这一学科本身蕴藏着无穷的发展潜力。新的计算机理论体系还会给未来社会科学和自然科学以反馈, 产生深刻的影响, 从而有助于未来社会科学和自然科学的发展。
结束语
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