(教材资料)计算机专业课程体系简介

计算机专业课程体系简介,2/103,内 容 提 要,计算机专业的发展 计算机专业的人才培养 我系计算机各专业课程体系 计算机专业课程的学习,3/103,计算机专业的发展,计算机学科的基本含义 计算机学科的发展 我国计算机专业的发展 中山大学计算机系的发展,4/103,什么是计算机学科？,Wikipedia(维基百科) 1 Computer science (or computing science) is the study of the theoretical foundations of information and computation, and of practical techniques for their implementation and application in computer systems. 计算机科学（或计算科学）是研究信息和计算的理论基础，以及它们在计算机系统上实现和应用的实践技术,5/103,什么是计算机学科？,Peter J. Denning 2 The discipline of computer science is the body of knowledge and practices use by computing professionals in their work. The body of knowledge of computing is frequently described as the systematic study of algorithmic processes that describe and transform information: their theory, analysis, design, efficiency, implementation, and application The fundamental question underling all of computing is, What can be (efficiently) automated?,6/103,什么是计算机学科？,教育部计算机科学与技术教学指导委员会,7/103,什么是计算机学科？,教育部计算机科学与技术教学指导委员会,8/103,计算机学科的知识领域,Peter J. Denning 2 Algorithms & Data Structures Programming Languages Architecture Operating System and Networks Software Engineering Database & Information Retrieval Artificial Intelligence & Robotics Graphics Human Computer Interaction Computational Science Organizational Informatics Bioinformatics,9/103,计算机学科的知识领域,教育部计算机科学与技术教学指导委员会3,以网络为中心的计算 程序设计语言 图形化与可视化计算 智能系统 信息管理 计算科学与数值方法 社会与职业问题,计算机体系结构与组织 算法与复杂度 人机交互 操作系统 程序设计基础 软件工程 离散结构,10/103,计算机学科与电子信息技术,黄载禄：电子信息技术导论前言讲稿,11/103,计算机学科与电子信息技术,黄载禄：电子信息技术导论前言讲稿,12/103,计算机学科的发展,计算机体系结构的发展 计算机硬件发展迅速，但计算模型没有质的飞跃，局限于图灵机与冯诺依曼机的模型。 量子计算机、DNA计算机 软件开发方法的发展 软件开发方法逐渐与认知科学相结合，借鉴认知科学的基本概念和原理，并将其应用到软件开发中来 软件体系结构、中间件、软件设计模式、重构 计算机应用的发展 计算机应用层次综合化、智能化、集成化、网络化、广泛化、个性化和家庭化 Internet网的出现与计算机进入到人类生活的各个方面,13/103,计算机学科的发展,学科内涵变化很快、变化很大,20年前：计算机毕业生知道这些差不多了,从10年前开始：似乎还需要知道这些,14/103,计算机学科的发展,计算的概念在过去10年里发生了巨大变化 WWW的出现，将“计算”泛化、平民化了 “计算” 已经拓展到难以用一个学科来定义 Internet 的出现是计算机学科发展的重要里程碑 有关计算机学科的更多发展历史可参阅维基百科 计算的历史 /wiki/History_of_computing 有关计算历史事件的时间表 /wiki/Timeline_of_computing,15/103,教育部本科招生目录中的计算机相关专业 计算机科学与技术 软件工程 计算机软件 网络工程 信息安全 电子商务 信息与计算科学 智能科学与技术 ,我国计算机专业的发展,学科的发展与社会应用的宽泛化所导致人才需求的多样化，使人们感到“计算机科学与技术”这一个名称难以满足实际需要了，需要更多的、更具针对性的专业,16/103,我国计算机专业的发展,三个发展时期 3 初创（1956-1960）：人才培养面向国防和科学研究 发展（1978-1986）：改革开放促进了新课程的引进 高速发展（1994-）：教学内容逐步与国际接轨,17/103,我国计算机专业的发展,计算机技术是信息化的核心技术 信息化建设需要大量人才 计算机专业是规模最大的专业 专业点最多：2005年771个 学生数最多：2005年44万（675人/点） 计算机专业是情况最复杂的专业 学科涵盖面/应用面宽、应用层次跨度大 办学条件差异大、条件偏下的较多 学生跨度最大,18/103,中大计算机专业的发展,计算机科学系的变迁 78年创立，属于最早的一批 计算机系-岭南学院-信息科学与技术学院 开设的计算机专业的变迁 计算机软件、计算机及应用、系统结构 管理信息系统、计算机应用技术 计算机科学与技术、网络工程、信息安全 教师人数的变迁 03年前30人左右，目前60人左右 学生人数的变迁 1990年以前每届小于100人，2000年以前每届小于200人，目前每届300人左右,19/103,计算机专业的人才培养,计算机专业人才的社会需求分析 计算机专业人才应备的学科能力 我国计算机专业人才的培养体系 我院各计算机专业人才培养基本定位,20/103,计算机专业人才的社会需求分析3,基本观点 国家和社会对计算机专业本科人才需求与信息化的目标、进程密切相关 计算机市场很大程度上决定着对计算机人才的层次结构、就业去向、能力与素质等方面的具体要求 判断1 计算机类专业毕业生不是数量太多或质量太差，而是满足社会需要的针对性不够强、结构上不合理 计算机人才培养应是与社会需求相匹配的金字塔结构,21/103,计算机专业人才的社会需求分析,判断2-4 国家根本利益：必有一支计算机基础理论与核心技术的创新研究队伍科学型人才 大部分IT企业：主要开发满足国家信息化需求的产品工程型人才 企事业、国家IS的建设与运行(主流需求)信息化技术型人才,22/103,计算机专业人才的社会需求分析,判断5 素质教育：企业最关注以学习能力为代表的发展潜力；要求能够学习他人长处 而目前相当一部分学生“以我为中心、盲目自以为是”的弱点十分明显 判断6 在校学生实际动手能力亟待大幅度提高 判断7 课程内容和教学模式必须进行大力度的改革 教师：更强的责任心、更多的劳动、更高的业务素质,23/103,计算机专业人才的社会需求分析,现在计算机专业毕业生主要从业类型4 科学研究 重在知识创新和技术创新 技术开发与工程实施 重在制造和开发 信息技术管理与服务 重在对各类信息系统的规划、创建、技术维护与管理,24/103,计算机专业人才的社会需求分析,25/103,计算机专业人才的社会需求分析,26/103,计算机专业人才应备的学科能力,高等教育的基本要求5,27/103,计算机专业人才应备的学科能力,四大基本学科能力4,28/103,计算机专业人才应备的学科能力,Peter J. Denning: must be skilled in four basic area Algorithmic thinking is an interpretation of the world in which a person understands and formulates actions in terms of step-by-step procedures that give unambiguous results when carried out by anyone Representation addresses the way in which data are stored so that the questions one will ask about them can be answered efficiently Programming enables people to take algorithmic thinking and representations and embody them in software that will cause a machine to perform in a prescribed way Design connects the other three skills to be concerns of people, though the medium of systems that serve them engineering tradeoffs, integrating available components, meeting time and cost constraints, and meeting safety and reliability requirements,29/103,我国计算机专业人才的培养体系,30/103,我国计算机专业人才的培养体系,人才需求的金字塔结构,31/103,我国计算机专业人才的培养体系,三种规格类型 科学型：以知识创新为基本使命 研究计算机软件与理论、计算机系统结构、计算机应用技术 工程型：考虑基本理论和原理的综合应用 不仅要考虑系统的性能，还要考虑建造系统的代价以及可能带来的副作用； 可以是以硬件为主的系统，也可以是软件系统(应用软件、系统软件) 应用型：承当信息化建设的核心任务 掌握各种计算机软/硬件系统的功能和性能 善于系统的集成和配置 有能力管理和维护复杂信息系统的运行,32/103,我国计算机专业人才的培养体系,四个专业方向,33/103,我国计算机专业人才的培养体系,计算机科学(CS)方向 基本特点 专业内容相对突出计算的理论和算法，在计算理论以及相关的数学领域为学生打下较好的基础 要求学生掌握求解计算问题的有效方法 ，擅长算法分析与设计，对于应用的实际问题具有理性分析的能力 人才培养的基本定位 掌握自然科学基础知识 注重计算机科学基础理论，兼顾计算机系统及应用,34/103,我国计算机专业人才的培养体系,CS的问题空间,35/103,我国计算机专业人才的培养体系,计算机工程(CE)方向 基本特点 计算机工程学是现代计算系统、计算机控制设备的软硬件设计、制造、实施和维护的科学与技术 计算机工程学牢固建立在计算、数学、科学和工程学的基础上，并应用这些理论和原理解决在软硬件和网络的设计过程中面临的技术问题 人才培养的基本定位 工程型为主兼顾硬件科学型和应用系统开发 设计和构建计算机系统和基于计算机的系统、强调的是硬件（嵌入式系统） 特点：擅长解决计算机系统的硬件问题,36/103,我国计算机专业人才的培养体系,CE的问题空间,37/103,我国计算机专业人才的培养体系,软件工程(SE)方向 基本特点 信息化社会需要大批实用型、国际化的软件工程人才 软件工程学科是以计算机科学为基础的新兴交叉学科 具有鲜明的工程特色 与应用领域结合紧密 人才培养的基本定位 培养目标是软件工程师 学生毕业后，应具备软件工程师从事软件工程实践所需要的素质、知识和能力,38/103,我国计算机专业人才的培养体系,SE的问题空间,39/103,我国计算机专业人才的培养体系,信息技术(IT)方向 信息技术方向人才的基本目标是: 围绕社会中各种组织机构（以及个人）的需求，通过对计算技术的选择、应用和集成，创建优化的信息系统 并对其运行实行有效的技术维护和管理。 人才培养的基本定位：信息化技术解决方案的提供者与实施者（“信息化服务工程师”） 在理论上，应理解各种计算技术，这样一种理解应该能够直接指导为满足用户需求对技术的选择和应用； 在实践上，应善于系统集成，善于理解用户的需求和提供最优的满足这种需求的技术路线，有效地对系统运行实施技术性管理,40/103,我国计算机专业人才的培养体系,IT的问题空间,41/103,我国计算机专业人才的培养体系,不同专业方向12方面68种能力要求的比较 参见讲稿的详细版本,42/103,我院各计算机专业人才培养基本定位,作为研究型大学，我院需要培养一些科学型人才 作为处于改革开放前沿阵地广州的学校，我系更需要培养一些能服务企业的工程型和信息化技术人才 软件工程师、软件架构师、系统分析师 网络架构师、网络管理师、网络分析师 数据管理师、数据分析师 系统管理师、系统安全分析师 人才培养定位还需兼顾我院计算机学科师资力量的特点 不少教师的数学背景浓厚 人工智能、数据库与信息安全方向师资力量相对较强 计算机系统结构、计算机网络方向师资力量相对薄弱,43/103,我院各计算机专业人才培养基本定位,计算机科学与技术专业 以发展计算机科学与软件工程方向为主，兼顾信息技术方向 计算机科学35%、软件工程55%、信息技术10% 2+2班进一步强调国际化，并与香港科技大学人才培养接轨 网络工程专业 以发展信息技术方向，特别是以为网络为核心的信息技术服务为主，兼顾计算机科学与软件工程方向 计算机科学15%、信息技术55%、软件工程30% 信息安全专业 以发展信息技术方向，特别是以计算机系统安全为核心的信息技术服务为主，兼顾计算机科学与软件工程方向 计算机科学10%、信息技术70%、软件工程20%,44/103,我院各计算机专业的课程体系,课程设置的基本思路 课程设置的基本结构 主要课程线路图 课程学期安排情况,45/103,课程设置的基本思路,我们本科教学的基本定位 加强基础、加强研究性 培养出基础面宽、适应性强、综合素质好、独立工作能力强的学生 教学目标的制定体现为深度和广度的结合 深度优先、广度为辅 二级深度 参与保研（包括保校内和校外） 实际必修课程相对多一些以加强基础和加强研究性 不参与保研：一些深度课程可作为选修 教学目标的制定进一步强调能力的培养 特别是强调实践能力与创新能力的培养 2+2班课程的设置完全与香港科技大学接轨,46/103,课程设置的基本思路,课程设置与深度广度结合 深度优先 将专业核心课程提前：前两年学完主要必修课程 加强数学基础：数学分析课程与离散数学分模块 保证核心课程的学时和深度 例如计算机组成原理、数据结构与算法、操作系统原理等 广度为辅 根据师资情况，尽可能多开设选修课 将多门选修课分成不同方向指导学生选修 设计并进一步完善课程线路图,47/103,课程设置的基本思路,课程设置与进一步加强能力的培养 以学校三学期制改革为契机，设置多门综合实践课程 数据结构与程序设计综合实践(ACM实训）、网络与操作系统综合实践、数学建模训练 计算机科学与技术专业综合实践、网络工程专业综合实践、信息安全专业综合实践（均为必修课） 实践课程强调综合实验、创新实验的训练 设置科研创新学分，鼓励学生通过学科竞赛、科技开发、论文写作等方式获得创新学分,48/103,课程设置的基本结构,公共课 公共必修：人文社科、外语、体育、军事教育 公共选修 学科基础课 学院通识基础课程：自然科学基础、IT平台基础 专业基础课程 专业方向课 根据我院计算机学科的科研优势及专业主攻方向定位 专业任选课 容许学生跨专业、跨系、以及跨学院选课 综合实践课程,49/103,公共课：三个专业相同，共51学分 必修课程35学分，课程如下： 选修课程16学分，由学生自由选择,课程设置的基本结构,50/103,课程设置的基本结构,自然科学基础课程 计算机科学与技术专业 必修33学分，选修5学分(参与保研需修满38学分),51/103,课程设置的基本结构,自然科学基础课程 网络工程专业 必修30学分，选修5学分(参与保研需修满35学分),52/103,课程设置的基本结构,自然科学基础课程 信息安全专业 必修33学分，选修3学分(参与保研需修满36学分),53/103,课程设置的基本结构,IT平台课程 三个专业相同 必修15学分，选修3学分(参与保研需修满18学分),54/103,课程设置的基本结构,专业基础课程 计算机科学与技术专业 12门，必修16学分，选修13学分(保研需修29学分),55/103,课程设置的基本结构,专业基础课程 网络工程专业 13门，必修16学分，选修15学分(保研需修31学分),56/103,课程设置的基本结构,专业基础课程 信息安全专业 16门，必修19学分，选修14学分(保研需修33学分),57/103,课程设置的基本结构,计算机科学与技术专业方向课程：均为任选 信息系统开发方向（面向工程型） Windows高级编程及实践、Java高级编程及实践、网络存储技术及实践、多核程序设计及实践、Linux技术及实践：这些课程均为3学分 服务计算及实践、高级数据库技术及实践、信息论与编码、信息学概论、工作流技术，这些课程均为2学分 计算机应用方向（面向应用型）：均为2学分 计算机图形学、数字图像处理、模式识别、数据挖掘、虚拟现实、多媒体技术 电子商务、XML技术及应用、Web信息检索 计算机理论基础方向（面向科学型）：均为2学分 算法设计与应用、组合数学与数论、智能算法及应用、算法分析基础、形式语言与自动机 通信原理、计算机体系结构、操作系统分析、并行与分布式计算,58/103,课程设置的基本结构,网络工程专业方向课程：均为任选 专业方向公共课（面向工程型）:括号内为学分数 通信原理(2)、无线通信与网络(2)、计算机网络主题讲座(2) 密码学与网络安全(2)、密码学与网络安全实验(1) 网络管理方向（面向应用型、工程型）：括号内为学分数 网络优化与网络管理(2)、网络优化与网络管理实验(1)、网络存储技术及实践(3)、网络处理器与网络系统设计(2) 网络编程方向（面向工程型、应用型）：均为2学分 网络协议分析与设计、Web信息检索、并行与分布式计算、电子商务,59/103,课程设置的基本结构,信息安全专业方向课程：均为任选 应用安全方向课（面向应用型）:均为2学分 信息安全管理、电子商务安全、计算机病毒系统安全基础 容错与可信恢复技术、数字取证技术、信息隐藏、信息内容安全 人工智能原理及实践 系统管理与安全方向（面向工程型、应用型）： Windows高级编程及实践、Java高级编程及实践、网络存储技术及实践、多核程序设计及实践、Linux技术及实践：这些课程均为3学分 服务计算及实践、高级数据库技术及实践：这些课程均2为学分 多媒体安全技术方向（面向应用型）：均为2学分 计算机图形学、数字图像处理、模式识别、数据挖掘、虚拟现实、多媒体技术,60/103,课程设置的基本结构,综合实践课程 计算机科学与技术专业综合实践、网络工程专业综合实践、信息安全专业综合实践 这些课程对于各专业学生为必修课，对其他专业为选修课 数据结构与程序设计综合实践 主要内容是参加ACM实训 但并不意味着选修的学生都要去参加ACM竞赛 数学建模训练 同样不意味着选修的学生都要去参加数学建模比赛 网络与操作系统综合实践 生产实习与社会实践、自主实践（学科竞赛、科技项目、科技创新实践、科研项目与论文等） 军事教育：全校公共必修课程 专业任选课程：不再详细列出 实际上，所有的专业方向课和专业任选课会根据师资情况调整,61/103,课程设置的基本结构,本科培养总学分不少于160 其中春、秋季学期课程总学分不少于140； 夏季学期实践环节不少于12学分；毕业论文/设计8学分 学分类型 计算机科学与技术专业 公共必修（含数学分析）49学分、专业必修（含毕业论文）63、其他应选修48学分 网络工程专业 公共必修（含数学分析）46学分、专业必修（含毕业论文）63、其他应选修51学分 信息安全专业 公共必修（含数学分析）49学分、专业必修（含毕业论文）66、其他应选修45学分 参与保研学生除人文社科必修35学分、毕业论文8学分外 计算机科学与技术专业及网络工程专业学生还必修85学分 信息安全专业学生还必修87学分,62/103,主要课程线路图,课程线路图给出了一些主要课程之间的关系 由于各专业存在许多相同的课程，所以这里不分专业给出线路图 而是某一类课程选择了一张包含课程最多的线路图供参考 目前是初步版本，还需要进一步完善 线路图只是对各课程之间关系的一种示意，并不意味着课程之间的严格先后关系 通常来说，为修箭头指向的后继课程，应该先修该箭头源所给出的先导课程 我们的课程安排，大多数情况都顾及了这些课程关系，但由于师资及学期情况的限制，有些存在先导和后继关系的课程可能在同学期开，也可能因为不同专业的选课取向而没有开先导课程 如果没有修先导课程，后继课程所需要的一些知识也可通过教师讲后继课程时补充，或者学生自己自学,63/103,主要课程路线图,数学物理及相关课程 离散结构及相关课程 电路与计算机组成相关课程 网络与通信相关课程 程序设计与数据管理相关课程 人工智能相关课程 图形与图像相关课程 信息安全相关课程 实践课程,64/103,主要课程路线图,程序设计与数据管理相关课程 其他课程路线图参见讲稿详细版本,65/103,课程学期安排情况,第一学期(大一秋季学期）：三个专业相同,66/103,课程学期安排情况,第二学期(大一春季学期）：三个专业相同,67/103,课程学期安排情况,第四学期(大二秋季学期）：计算机科学与技术,68/103,课程学期安排情况,第四学期(大二秋季学期）：网络工程,69/103,课程学期安排情况,第四学期(大二秋季学期）：信息安全,70/103,课程学期安排情况,第五学期(大二春季学期）：计算机科学与技术,71/103,课程学期安排情况,第五学期(大二春季学期）：网络工程,72/103,课程学期安排情况,第五学期(大二春季学期）：信息安全,73/103,课程学期安排情况,其他长学期（大三秋、春学期及大四秋季学期） 都是安排选修课，各专业的开课有很大不同 具体安排可参见讲稿的详细版本 第三学期（大一夏季学期） 学校统一安排军训（军事教育） 第六学期（大二夏季学期） 数据结构与程序设计综合实践、网络与操作系统综合实践、数学建模训练 至少选一个 第九学期（大三夏季学期） 专业综合实践 各专业自己的综合实践是必修，还可选其他专业的综合实践 生产实习与社会实践（选修） 第十一学期（大四春季学期） 毕业论文、就业指导、形式与政策,74/103,课程学期安排情况,第一学期（大一秋季学期）：2+2班,75/103,课程学期安排情况,第二学期（大一春季学期）：2+2班 第三学期（大一夏季学期）：2+2班 学校统一安排军训（军事教育）,76/103,课程学期安排情况,第四学期（大二秋季学期）：2+2班,77/103,课程学期安排情况,第五学期（大二春季学期）：2+2班 第六学期（大二夏季学期）：2+2班 暑期实践（争取到香港科技大学完成）,78/103,计算机专业课程的学习,个人能力的培养 个人学习的规划 大学学习特点与学习方法 我个人的一些建议,79/103,个人能力的培养,教指委提出的人才培养规格3 素质结构要求 思想道德素质 爱国爱党、正确人生观、价值观 有社会责任心、法律意识、具有职业道德修养 具有诚信意识和团队合作精神 文化素质 具有一定的文化修养、人际沟通能力和现代意识 专业素质 掌握科学思维方法和科学研究方法 具备求实创新意识和严谨的科学素养 具有一定的工程意识和效益意识。 身心素质 具有较好的身体素质和心理素质。,80/103,个人能力的培养,教指委提出的人才培养规格3 能力结构要求 获取知识的能力 自学能力、信息获取与表达能力等。 应用知识能力 系统级的认知能力和理论与实践能力 掌握自底向上和自顶向下的问题分析方法，既能把握系统各层次的细节，又能认识系统总体 既掌握本学科基础理论知识，又能利用理论指导实践 创新能力 创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力 科学研究能力以及对新知识、新技术的敏锐性。,81/103,个人能力的培养,教指委提出的人才培养规格3 知识结构要求 工具性知识 外语、文献检索、科技写作等。 人文社会科学知识 文学、哲学、政治学、社会学、法学、心理学、思想道德、职业道德、艺术等。 自然科学知识：数学、物理学等。 专业技术基础知识：电工电子学、离散数学、程序设计等。 专业知识 算法与复杂性、计算机组织与体系结构、操作系统、网络及其计算、程序设计语言 人机交互、图形学与可视化计算、智能系统、信息系统、软件工程和数值计算科学等。 经济管理知识：经济学、管理学等。,82/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,83/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,84/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,85/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,86/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,87/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,88/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,89/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,90/103,个人能力的培养,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,91/103,个人学习的规划,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,92/103,个人学习的规划,黄载禄：电子信息技术导论后语讲稿,93/103,大学学习特点与学习方法,按专业组织教学 专业课程体系庞杂，课程间关系复杂 前导课程没有学好，容易影响后继课程 中学课程体系相对简单，课程间关系简单 学习计算机学科的特点 科学与工