学习计算机论文范文

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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。

在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。

6“摩尔定律”与“计算的极限”

人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。

哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”

7量子计算系统

量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。

在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。

8量子计算中的神谕

人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。

量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。

因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。

9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。

如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:

“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。

无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。

参考文献

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随着计算机及网络技术发展的日新月异,计算机的应用也逐渐深入到各行各业,掌握计算机基础理论知识和基本操作技能已成为各级各类职业学校学生将来进入工作岗位的必备条件。因此,在技工学校强化计算机基础教学是十分重要的。

一、抓好基础知识教学

俗话说得好“万丈高楼从地起”。在计算机无穷无尽的知识领域内,掌握基础知识是学好计算机、用好计算机的关键所在。将计算机最基本的知识教给学生,让学生对计算机有一个整体概念。比如说,在Windows图形用户界面环境中,操控鼠标就能够操控Windows的各种对象,也就是说操控Windows就是操控电脑。那么要让学生灵活运用鼠标操控电脑就必须让学生掌握鼠标操作的基本知识。另外,计算机教育是技术性和实践性很强的一门课程,有些问题单凭教师讲解,很难让学生理解掌握。如何使学生打下坚实的基础呢?我们可以利用技能操作来巩固基础知识。譬如在讲五笔输入法这课时,我们只需要在理论课上讲清五笔规律和拆字规则,再通过上机操作进行强化训练,将所讲的理论在实践中得到应用,两者通过动手实际操作而联系起来,这样,基础知识扎实了,输入速度也逐渐提高了。

二、注重学生能力的培养

技工学校是培养高技能人才的基地,为了更好地增强劳动者的就业能力和创业能力,使劳动者更多更好地掌握计算机操作技能,使其具有较好的专业基础知识和较强的专业实践操作技能,在教学过程中就更应注重培养学生的以下几种能力。

1.自学能力。计算机发展十分迅猛,更新速度加快,硬件技术不断推陈出新,软件版本不断升级,因此培养学生的自学能力就显得尤为重要了。计算机的教学不同于其他基础课程具有稳定性,有许许多多新的软件,教师还没来得及讲解,就已经被淘汰了。像我们计算机专业的老师,大学学的是DOS、Windows97、98系统等,现在教的是WindowsXP、2003系统,新系统的掌握靠的就是自学。当你在教学生Windows2003的时候,WindowVista系统又普及了。因此,学生要想跟上时代的步伐,就不得不加强培养自学能力。教会学生自强不息,就等于给了他们生命的茁壮和饱满。在掌握了基础的理论知识之后,充分、深刻领会其含义,加以升华,有计划地进行自学,这样才能真正的做到“无师自通”。

2.实践能力。要想掌握真正的本领,实践是必不可少的。计算机的操作就是一种实践过程,它既是一种现代高科技机器操作的训练,也是一种对理论知识掌握的检验。通过操作,可以提高对计算机的驾驭能力,熟练掌握各种操作技巧和技能,为以后更好地利用现代化的信息手段打下坚实的基础。

在实际教学中,有些问题理论上老是无法讲清,或者说讲完也是模棱两可的,很抽象,但只要一上机,鼠标一点,既直观又生动,学生易于掌握。因而教学应采用在多媒体教室,微机边演示学生边操作,实现一体化教学。这样一来,既提高了学生的实践能力,也帮助学生理清了思路,把握了重点,同时对模棱两可的问题还可上机实践。

3.创新能力。所有优秀的教师都希望自己的学生超过自己,也希望以后的学生再超过自己教过的学生,这符合社会的发展。在计算机教学中,学生的创新能力,主要表现在创造性地完成学习任务的活动中。为学生提供的一切教学实践活动,既可以成为培养和发展学生创造力的环境和条件,也可以成为阻碍学生创造的精神束缚。因此,在计算机教学过程中,要鼓励学生学会大胆的去猜想、判断,要有意识地加强创造性的计算机活动,在活动中养成学生勤思考的习惯,碰到问题要问“为什么”,解决问题后要进行反思,总结活动经验。在学习中学会产生疑问,培养学生不受固定模式约束的能力,并帮助学生去积极克服思维定式,要将其猜想作为逻辑推理的一种形式,培养学生进行举一反三的能力。

总之,计算机教学就是要认准方向,夯实理论基础,注重学生素质的培养。这符合职业教育对学生培训的要求,也是人才市场对劳动者条件的基本需求,只有这样才能满足社会对职业教育的要求,才能有职业教育发展的空间,这才是其教学的意义。

参考文献:

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2分组协作式学习在中职计算机教学中的应用方法

2.1先对学生进行分组

分组协作式学习这种教学方式的关键就是进行分组，所以老师在进行教学分组之前要对每位学生的学习能力与特点以及学生的个性特点进行充分了解，这样才能尽量保持分组时学生的水平在一个基本线上，保持平衡。或者老师也可以通过问卷调查的方式来获得学生的计算机水平能力，之后综合各方面的学习能力将学习能力强的与学习能力弱的各分为一组。不过在分组的时候还要考虑学生的性格以及性别，这样综合下来进行分组就能够得到较好的分组结果，各方面都考虑全面了。

2.2想要学生感受到学习的乐趣就要放手让学生去操作，这有这样才能让学生感受到自己的参与感，逐渐培养出学生的计算机实际操作能力

老师可以尽量放手让学生操作，让学生多一些亲自操作的机会，这样学生才能够感受到学习的乐趣，感受到自己的主体地位，锻炼出学生更高的实际操作能力。为了确保每一组学生学习的过程，老师要常常巡视，对不同的学生做出不同的指导，特别是对学习能力不高的学生，老师最好要花更多的时间进行讲解，辅导学习。当学生完成分组协作式学习之后，发现还存在一些学习问题或者不理解的地方，那么这个时候老师就要针对这些问题对所有的学生进行讲解，这样就能够获得双倍效果。在进行分组学习中，如果发现一些学生学习不积极或者怠慢，或者成绩出现明显下降时，老师可以通过取消学生职务的方式来刺激学生的学习动力。在学习过程中，老师可以不定期地组织小组间的比赛，对成绩提高十分大或者获得优异成绩的小组和个人，老师要大大地表扬他们，让他们获得满足感，而对分组学习过程中懂得创新或者勇敢操作的学舌根，老师要给予肯定，而不是责怪，对成绩较差的小组，老师不能够忽视，更要适当的进行鼓励，让他们在之后的学习过程中得到提高，或者更优异的成绩。

2.3按照教学内容布置教学任务，这样才能够让分组协作式学习

在中职计算机教学中获得更高的推行老师不仅要布置教学任务，更要在布置任务之前对整个学期的教学内容都有一个较详细的分析，这样再结合实际情况，对学生进行合理分组，布置任务，才能够体现出分组协作式教学的价值与作用。在学习过程中还要对都无法完成的任务或者问题进行讲解，这个时候讲解的内容才能够更深入到学生的心中，掌握的知识更牢固。老师也可以在教学过程中激发学生的竞争意识，刺激学生的好胜心，从而提高学生的学习效果与效率。

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2选取“贴合工作实际”的案例为教学内容

既然应用了项目教学法，选取合适的项目是非常重要的，要想让学生感兴趣，选取项目的原则一定要来自生活，或者来自工作实际需求。所以教师要进行企业调研，调查一下企业对计算机基础的操作需求，选取企业的工作实例作为项目的载体，教师要对项目进行加工，让其变成一个学生感兴趣，又能涵盖大部分知识点的项目，这样才会一举多得。如果是建筑类学校，计算机基础的项目选择就要选择建筑公司常用的案例，由于每个专业区别很大，所以在每个专业的授课上项目的选择要贴合专业的，分专业按项目讲授。如讲授word文档编辑时，选择“建筑招投标书”为编辑范文，招投标书的编辑时建筑个行业都需要的，但没个专业又有区别，大项目名称一样，但内容不同，学生在编辑本专业文档时，兴趣立刻就被激发出来了，有了兴趣，知识就容易接受。课下项目选择编辑“学生论文”，与学生本身息息相关的项目实例，让学生觉得学有所用。这样必然会达到最佳的教学效果。

3创设“多向思维、灵活互动”的教学过程

在实施项目教学法的教学过程中采用“教学做评”四位一体的教学模式，使学生在教中学，学中做，评价贯穿于始终，教师扮演学生学习的指导者。并采用“五步走”的教学模式“，五步走”是指：第一步：创设情境、引发兴趣，让学生明确做什么；第二步：师生互动、分析项目，让学生知道怎么做；第三步：合作学习、完成项目，经过师生互动最终完成项目；第四步：多维评价、交流学习评价，经过组内、组间、教师评价后，告诉学生做的怎么样；第五步：拓展项目、巩固提高，这一步是独立完成课下项目，巩固提高课内教学内容。通过“多想思维、灵活互动”的教学过程，能使学生在由被动的学变为主动的学，从“要学”变为“乐学”，即提高了兴趣，又增长了能力。