計算機的畢業(yè)設計論文

　　在社會(huì )進(jìn)入信息時(shí)代之后，計算機的應用越來(lái)越廣泛。以下是小編精心準備的計算機的畢業(yè)設計論文，大家可以參考以下內容哦！

　　摘要：教育計算機與計算機教育是不同的概念，前者是為教育而改造計算機知識，后者是為了計算機而改造教學(xué)法。文章從第一代教育計算機出發(fā)，在編程教育層面上，論述了正在形成的教育計算機的最新成果和意義。

　　關(guān)鍵詞：教育數學(xué)；計算機教育；教育計算機；程序設計

　　計算機教育和教育計算機是不同的概念。計算機教育是為了傳授計算機知識而作教育，它不創(chuàng )造計算機知識，只改造教學(xué)法。而教育計算機是為教育而做計算機，它要對計算機知識進(jìn)行再創(chuàng )造，使之更適合于計算機教育。

　　下面筆者用吃核桃的例子來(lái)闡述計算機教育和教育計算機之間的例子。有種核桃，核仁與外殼結合得很緊，成都人叫它們“加米子核桃”，若砸的方法不當，即使砸開(kāi)了也很難吃到核仁。計算機教育研究的是一套砸核桃的方法，但它既改變不了“加米子核桃”存在的事實(shí)，更改變不了核桃的味道和營(yíng)養成分；而教育計算機則研究如何改良核桃的品種，目的是讓核桃容易被砸開(kāi)、吃?xún)�，而且使桃仁更美味、更營(yíng)養。

　　筆者只從編程教育層面上來(lái)談?dòng)嬎銠C教育和教育計算機的關(guān)系，因為計算機文化是建立在程序基礎上的，所以這種研究是有代表性的。

　　1 、來(lái)自教育數學(xué)的啟示

　　教育計算機和教育數學(xué)有類(lèi)似之處，我們從后者可以得到一些啟示。

　　以微積分為例。17世紀，由牛頓和萊布尼茨創(chuàng )建的微積分是第一代微積分，這是說(shuō)不清楚原理的微積分。創(chuàng )建者說(shuō)不清楚，使用微積分的數學(xué)家也說(shuō)不清楚。微積分在說(shuō)不清楚原理的情形下應用發(fā)展了130多年。

　　到19世紀，柯西對積累了兩百年的微積分成果進(jìn)行了再創(chuàng )造，寫(xiě)出了邁向嚴密的微積分王國的第一部教程——《分析教程》。這是一部教育數學(xué)的經(jīng)典，形成了第二代微積分，但使用的極限ε-語(yǔ)言使概念和推理繁瑣迂回，多數學(xué)生聽(tīng)不明白。第二代微積分在這種情況下發(fā)展了170多年。

　　直到今天，出現了正在創(chuàng )建的微積分——第三代微積分。人們希望微積分不但嚴謹，而且避開(kāi)ε-語(yǔ)言關(guān)卡，直觀(guān)易懂，簡(jiǎn)易明快，讓更多非數學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)子聽(tīng)得明白。在我國，張景中和林群院士十幾年來(lái)一直從事第三代微積分的創(chuàng )建工作，而且卓有成效�！吨眮�(lái)直去微積分》一書(shū)是他們的代表作。

　　這三代微積分在具體計算方法上基本相同，不同的是對原理的說(shuō)明：第一代微積分說(shuō)不清楚；第二代微積分說(shuō)清楚了，但是繁瑣迂回；第三代微積分深入淺出。

　　再以幾何為例。歐幾里得的《幾何原本》是第一個(gè)對數學(xué)知識進(jìn)行再創(chuàng )造的教育數學(xué)范例。它影響數學(xué)家和科學(xué)家的思維方式長(cháng)達兩千年之久。直到今天，它仍然是中學(xué)數學(xué)教育的主要內容之一。但是，由于它沒(méi)有借助代數和三角，孤立無(wú)支，使學(xué)生學(xué)得很難，教師教得很苦，

　　我們知道，幾何與三角研究的都是圖形。幾何側重定性研究，三角側重定量研究。代數研究的是運算的規律和方法，它不僅是解決數學(xué)問(wèn)題的基本工具，也是幾何和三角的基本工具。幾何、代數和三角應該相互支撐，攜手共進(jìn)。

　　然而，幾何、代數和三角的知識是在不同歷史時(shí)期和不同地域分別形成的，它們各有自己的體系、術(shù)語(yǔ)和記號�，F在我們是根據它們在歷史上形成的順序分別講授，而且基本上保持著(zhù)它們各自的體系。張景中院士對此提出質(zhì)疑：“學(xué)習數學(xué)的順序必須和數學(xué)知識在歷史上形成的先后一致嗎？這些在不同年代、不同地方，由不同的人，為不同的目的創(chuàng )造出來(lái)，而且其中很多是為了應用而創(chuàng )造出來(lái)的知識，會(huì )自然而然地相互融合，相得益彰嗎？當然不會(huì )。

　　幾何在沒(méi)有工具的情形下孤軍奮戰地作定性研究，不辛苦嗎？三角建立了有力的定量工具但為時(shí)已晚，空懷絕技難以施展，不委屈嗎？幾何自顧自地推理，三角自顧自地計算，代數該用不用，不冷落嗎？

　　為使幾何、代數和三角攜手共進(jìn)，張景中院士重建三角，請三角早出茅廬，因為三角是解決幾何問(wèn)題的有力工具，是訓練代數變換能力的天然平臺，也是溝通初等數學(xué)和高等數學(xué)的一條通道。

　　微積分和幾何，乃至整個(gè)數學(xué)，進(jìn)入20世紀后迅速發(fā)展，其再創(chuàng )造工作越來(lái)越重要。以布爾巴基命名的一個(gè)數學(xué)家集體，已經(jīng)出版了皇皇巨著(zhù)《數學(xué)原理》的前40卷。他們的目標是對數學(xué)從頭探討，并給予完全證明。布爾巴基把數學(xué)歸結為“研究抽象結構的理論”。他們認為，集合論是數學(xué)大廈的地基，大廈的骨架由三種母結構組成：序結構、代數結構和拓撲結構。比如，實(shí)數有大小，這是序結構；有四則運算，這是代數結構；有連續性，這是拓撲結構。母結構加進(jìn)新的公理，產(chǎn)生子結構。不同的結構結合起來(lái)，產(chǎn)生復合結構。布爾巴基認為，研究今天已有的和未來(lái)可能產(chǎn)生的種種結構，就是純數學(xué)的特征。有了結構觀(guān)點(diǎn)，數學(xué)的核心部分就顯得條理化、系統化了。

　　教育數學(xué)給我們的啟示有兩點(diǎn)：①邏輯在發(fā)展；②綜合促創(chuàng )新。

　　2 、第一代教育計算機

　　第一代教育計算機始于20世紀60年代末和70年代初。為此作出貢獻的人很多，其中的3個(gè)人我們比較熟悉。

　　一是單源最短路徑算法的發(fā)明者E·W·迪克斯特拉（Dijkstra），他最先察覺(jué)goto語(yǔ)句的有害性，首創(chuàng )結構化程序設計。他在《結構程序設計札記》一文中提出了把程序的可靠性建立在程序的“有效結構”基礎之上的觀(guān)點(diǎn)，揭開(kāi)了程序設計革命的新篇章。

　　二是快速排序法和CASE語(yǔ)句的發(fā)明者霍爾，他的《計算機程序設計公理化基礎》一文使得對程序設計的分析可以在數學(xué)推理的基礎上進(jìn)行。

　　三是N·沃思（Nicklaus Wirth），他在《算法+數據結構=程序》一書(shū)中，第一次揭示了程序的本質(zhì)�！八惴�+數據結構=程序”這個(gè)公式對計算機科學(xué)的影響程度類(lèi)似愛(ài)因斯坦的質(zhì)能等價(jià)理論方程式“E=mc2”對物理學(xué)的影響。

　　第一代教育計算機確立的原則和方法對計算機教育產(chǎn)生了深遠的影響，意義至今尚存。但是有些原則和方法在計算機教育中被打了折扣。N·沃思的思想是：“程序設計這一領(lǐng)域極為紛繁多變，常常包含復雜的腦力勞動(dòng)。因此，以為能夠把它壓縮成一種純粹‘開(kāi)藥方’式的訓練是錯誤的。我們所能采用的教學(xué)方法只能是仔細地選擇和描述標準的例子。N·沃思所說(shuō)的標準例子都是依賴(lài)數據結構的算法。但是學(xué)習數據結構有兩個(gè)難點(diǎn)：算法的性能分析和算法的實(shí)現。 算法的性能分析是以極限概念為基礎的，非數學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生很少能夠掌握極限概念，因此在數據結構教學(xué)中進(jìn)行算法的性能分析是讓教師很為難、讓學(xué)生很困惑的事情。

　　N·沃思非常強調算法實(shí)現的原則，他指出：“把程序表達為充分考慮細節的最終形式是很重要的，因為程序設計的錯誤正是隱藏在細節中。盡管對于學(xué)者來(lái)說(shuō)，純粹描述算法原則及其數學(xué)分析可能具有刺激性和挑戰性，但對于實(shí)際工程人員來(lái)說(shuō)，似乎是不切實(shí)際的。因此，我嚴格遵循這一原則：將程序的最終形式以某一語(yǔ)言表述出來(lái)，以便確實(shí)能在計算機上執行。但是那時(shí)候的程序語(yǔ)言還只是過(guò)程式語(yǔ)言，用這種語(yǔ)言描述數據結構需要很高的水平，實(shí)現一些比較大的數據結構算法是單個(gè)人難以做到的。

　　結果是，非計算機專(zhuān)業(yè)很少講授數據結構，計算機專(zhuān)業(yè)講授的數據結構讓許多學(xué)生感覺(jué)抽象難懂。

　　3 、正在形成的教育計算機

　　現在，學(xué)習數據結構的兩個(gè)困難有了解決辦法。第三代直觀(guān)易懂的微積分便于更多的人掌握，進(jìn)而使數據結構中的算法性能分析更普及。C++的出現使數據結構的實(shí)現變得簡(jiǎn)單。如本賈尼·斯特勞斯特盧普（Bjarne Stroustrup）所說(shuō)：“C++的設計就是為了使較大的程序能夠以一種合理的方式構造出來(lái)，并因此使單獨一個(gè)人也可能對付相當大的一批代碼�！碧貏e是，C++最重要的發(fā)展就是STL——容器和算法的標準庫。它不僅使數據結構和C++語(yǔ)言得到近乎完美的統一，而且促進(jìn)了程序設計的發(fā)展。

　　但是新問(wèn)題又出現了：程序語(yǔ)言多了，不知學(xué)習哪一種好；程序設計方法多了，不知道什么才是程序設計。

　　今天，流行的程序語(yǔ)言已經(jīng)有C、C++、C#、Java、Visual Basic、Delphi等。這使很多人困惑，不知道學(xué)習哪一種語(yǔ)言才好。有沒(méi)有最好的語(yǔ)言呢？對此，Alan Perlis的回答是：“如果某人說(shuō)，‘我想要這樣一種程序設計語(yǔ)言，我只需說(shuō)出我希望做什么，它就能幫我完成’，那么就給他一個(gè)棒棒糖吧�！笨梢�(jiàn)，要求一個(gè)萬(wàn)能的程序設計語(yǔ)言是很天真的。

　　其實(shí)，幾乎每一種語(yǔ)言都是為特定的商業(yè)目的而設計，并不是為教育而設計。COBOL是為商業(yè)應用而設計；FORTRAN是為數學(xué)運算而設計；Basic是為了易學(xué)易用而設計；Ada是為美國國防部開(kāi)發(fā)的，主要用于國防項目；Visual Basic和Delphi用于開(kāi)發(fā)圖形用戶(hù)界面，可以進(jìn)行快速應用開(kāi)發(fā)。

　　現在很多人選擇C、C++或Java，主要還是因為它們具有更大的商業(yè)用途。C語(yǔ)言不僅具有匯編語(yǔ)言的強大功能，而且如高級語(yǔ)言一樣易學(xué)和易移植；C++適合開(kāi)發(fā)系統軟件，如編寫(xiě)編譯程序和操作系統，Microsoft公司的Windows操作系統就是用C++編寫(xiě)的；Java用于開(kāi)發(fā)Internet應用程序。

　　今天，程序設計除了以前的過(guò)程式設計，還有了數據抽象、面向對象設計、泛型設計等。那么什么才是程序設計呢？對此，Bjarne Stroustrup的回答是：“通常人們一提到程序設計風(fēng)格，都是將它們看作是毫無(wú)關(guān)聯(lián)的：你要么使用泛型程序設計，要么使用面向對象程序設計。但如果你的目標是盡可能好地表達解決方案，就需要組合多種風(fēng)格了。這里的‘好’是指代碼易讀、易編寫(xiě)、易維護以及足夠高效�！边@種組合多種風(fēng)格的程序設計是多范型程序設計。

　　面對新的問(wèn)題，新的教育計算機正在形成，它要把用于商業(yè)目的的核心程序語(yǔ)言和程序設計方法再創(chuàng )造，使它們連貫起來(lái)，服務(wù)于計算機教育。

　　關(guān)于程序語(yǔ)言，Bjarne Stroustrup指出“在你已經(jīng)掌握了C和C++的公共子集和某些C++直接支持的高級技術(shù)之后，你會(huì )更容易去學(xué)習C中那些更詭秘的部分”，實(shí)際上，這是“人體解剖法”的秘密：事物的本質(zhì)只有在一個(gè)事物發(fā)展過(guò)程結束時(shí)才能最清晰地顯露出來(lái)，借此我們可以對整個(gè)歷史重新作出合乎邏輯的描述，展示出歷史的內在規律性。Bruce Ecke1便利用這個(gè)方法，在《C++編程思想》一書(shū)中建立起一個(gè)從C結構到C++類(lèi)的平滑過(guò)渡模型：先實(shí)現一個(gè)袖珍的C庫，然后再將它轉換為C++代碼，通過(guò)比較分析而進(jìn)入C++。這樣一來(lái)，從C到C++的一條脈絡(luò )就疏通了。Aninash C·Kak也是利用這個(gè)方法，在《面向對象編程C++和Java比較教程》一書(shū)中，給我們指出了一條從C++到Java的道路。

　　用李未院士的三個(gè)語(yǔ)言環(huán)境理論，可以對從C到C++再到Java的線(xiàn)索作出嚴謹的形式描述�！耙话阏f(shuō)來(lái)，一個(gè)語(yǔ)言在它作為對象語(yǔ)言時(shí)，它的符號和語(yǔ)法對象所取得的準確性和已被人們證明的結論，在它作為元語(yǔ)言時(shí)，就可以用來(lái)解釋和說(shuō)明相應對象語(yǔ)言的符號和語(yǔ)法對象，并用來(lái)證明該對象語(yǔ)言中不同語(yǔ)法對象之間的關(guān)系。這是人類(lèi)從事科學(xué)研究的基本方法�！崩�如，C、C++和Java是程序語(yǔ)言發(fā)展中的版本序列。如果把C++視為對象語(yǔ)言，那么從C++程序集合到C程序集合的一個(gè)解釋映射（記做IC++）和C程序集合就構成C++的一個(gè)模型，而C語(yǔ)言就構成了C++語(yǔ)言和它的模型的元語(yǔ)言；如果把Java視為對象語(yǔ)言，那么從Java程序集合到C++程序集合的一個(gè)解釋映射（記做IJ）和C++程序集合就構成Java的一個(gè)模型，而C++語(yǔ)言就構成了Java語(yǔ)言和它的模型的元語(yǔ)言。

　　從C到C++再到Java，這是新一代教育計算機給予計算機教育的一個(gè)方向性選擇。

　　關(guān)于程序設計，Stanley B·Lippman從發(fā)展的角度給予了定義：“縱觀(guān)短暫的計算機發(fā)展史，算法和數據這兩個(gè)主要方面一直保持不變。發(fā)展演化的只是它們之間的關(guān)系，就是所謂的程序設計�！边@種觀(guān)點(diǎn)啟發(fā)我們對過(guò)程式設計、數據抽象、面向對象設計和泛型設計，不要僅僅把它們毫無(wú)關(guān)聯(lián)地排列起來(lái)，平等地看待，而是要由此及彼地把它們推出來(lái)，使它們互相隸屬，從低級形式發(fā)展出高級形式。把C和Java連接起來(lái)的C++，這個(gè)在計算機軟件領(lǐng)域中覆蓋面最為廣闊的編程語(yǔ)言，不僅支持多種不同的程序設計風(fēng)格，而且它記錄著(zhù)程序設計從低級形式到高級形式的發(fā)展。用Stroustrup的話(huà)講：“它的特點(diǎn)是可以看作是更好的C；支持數據抽象；支持面向對象程序設計；支持泛型程序設計�！币驗榧嫒萘薈，所以C++自然也支持過(guò)程式設計。

　　從過(guò)程式設計到數據抽象，從面向對象設計到泛型設計，這是新一代教育計算機為計算機教育指出的又一個(gè)方向性選擇。而且這個(gè)過(guò)程，因為C++的特性，所以又和從C到C++再到Java的過(guò)程相互融合為一個(gè)過(guò)程。

　　這個(gè)過(guò)程不是從概念出發(fā)，而是從實(shí)際出發(fā)，如Stroustrup在總結C++的一些設計原則時(shí)所說(shuō)：“C++的每一步演化和發(fā)展都是由于實(shí)際問(wèn)題所引起的�！薄癈++支持一種逐步推進(jìn)的學(xué)習方式。你學(xué)習一個(gè)新語(yǔ)言的方式依賴(lài)于你已經(jīng)知道些什么，還依賴(lài)于你的學(xué)習目的�！彼�謂逐步推進(jìn)，就是從C到C++再到Java，而目的就是認識發(fā)展規律。

　　正在形成的教育計算機將使計算機教育沿著(zhù)嚴謹、流暢、豐富和啟迪的方向發(fā)展。所謂嚴謹就是講邏輯，而邏輯是隨著(zhù)事物發(fā)展而發(fā)展的，一個(gè)事物發(fā)展了，我們才可以觀(guān)察它的變化，研究和發(fā)現事物的本質(zhì)。所謂流暢就是不重復，把C、C++和Java貫串起來(lái)學(xué)習，就去除了不必要的重復。所謂豐富就是包含更多的典型程序設計實(shí)例，數據結構包含著(zhù)豐富的典型程序設計實(shí)例，C++不僅是我們描述數據結構的有力工具，而且它的標準模板庫（STL）把數據結構近乎完美的統一到C++語(yǔ)言中。所謂啟迪就是引導人們注重規律，從事物的發(fā)展和變化中來(lái)觀(guān)察事物。

　　4 、結語(yǔ)

　　新一代教育計算機不是純粹思考出來(lái)、想象出來(lái)的概念，而是計算機科學(xué)發(fā)展的必然產(chǎn)物。計算機科學(xué)的迅猛發(fā)展，積累了大量的實(shí)證的知識材料，以近乎系統的形式描繪出一幅相互聯(lián)系的清晰圖畫(huà)，任何人，只要依據材料的內在聯(lián)系把這些材料加以整理，就可以達到上述的認識。

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