spContent=计算手段已发展为与理论手段和实验手段并存的科学研究的第三种手段,计算思维已成为各专业学生都应掌握的基本思维方式,本课程介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维,是与大学数学、大学物理有一样地位的、非计算机专业学生必修的计算机类重要课程,是培养学生具有跨学科、复合型创新思维的重要课程。
计算手段已发展为与理论手段和实验手段并存的科学研究的第三种手段,计算思维已成为各专业学生都应掌握的基本思维方式,本课程介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维,是与大学数学、大学物理有一样地位的、非计算机专业学生必修的计算机类重要课程,是培养学生具有跨学科、复合型创新思维的重要课程。
—— 课程团队
课程概述
大学计算机是一门什么课程呢?(1)大学计算机是面向大学一年级学生开设的,与大学数学、大学物理有一样地位的通识类思维教育课程。它不是讲授计算机及其软件(如Office,Access,IE等)如何使用的课程;它也不是仅仅训练学生程序设计内容的课程;它是讲授每个大学生都应具备的计算思维的课程,大学生创造性思维培养离不开计算思维的培养。(2)计算思维是互联网与信息时代每个人都应具备的一种思维方式。互联网公司(如阿里巴巴、Facebook、Apple、腾迅等等)的成功应归属于计算思维运用的成功;1998年诺贝尔化学奖授予一个量子化学计算手段的研究者说明:计算思维对非计算机学科人才实现复合性跨学科创新是非常重要的。(3)大学阶段应更多地训练“思维”,而不应仅着眼于“知识”即事实的学习。计算机学科知识的膨胀速度是非常快的,“知识”的学习必须有所选择,因此应学习计算机学科经典的、对人们现在和未来有深刻影响的思维模式;“知识”随着“思维”讲解而介绍,“思维”随着“知识”的贯通而形成,“能力”随着“思维”的理解而提高。
大学计算机课程围绕着大学计算思维教育空间-计算之树,进行内容的组织和讲解。

本课程分四个部分。(I)计算与程序,主要讲授计算与计算思维,符号化、计算化和自动化,计算系统与程序构造,程序构造方法:递归与迭代,这些是由社会/自然到计算的、最基本的抽象和自动化机制;(II)计算系统,主要讲授程序是如何被执行的,包括内存环境下程序的执行和复杂环境下借助于操作系统管理的程序的执行,以及如何编写让计算系统可以执行的程序;(III)算法思维,主要讲授算法类问题求解框架-问题与数学建模、算法策略设计、数据结构和控制结构以及算法复杂性与正确性,还将以案例形式介绍由问题到环境,再到受限资源约束下的问题求解算法,以及难解性问题、计算和算法之间的关系等;(IV)数据化与网络化思维。数据化思维即:数据获取è数据管理è数据分析与运用;网络化思维即:机器网络==>信息网络==>群体互动网络==>网络化社会。
成绩 要求
课程大纲
第1讲 计算机、计算与计算思维
课时目标:理解社会/自然问题利用计算手段进行求解的基本思维模式。
(1)人-计算与机器自动计算
(2)自动计算的三个问题:表示、自动存储和自动执行
(3)什么是计算思维
(4)自动计算发展历程与发展趋势
第2讲 符号化、计算化与自动化
课时目标:理解社会/自然问题利用计算手段进行求解的基本思维模式。
(1)符号化-计算化-自动化基本思维
(2)数学与非数学的符号化
(3)基本逻辑运算
(4)用门电路符号表达的逻辑运算
第3讲 程序与递归:组合、抽象与构造
课时目标:理解社会/自然问题利用计算手段进行求解的基本思维模式。
(1)程序与计算系统
(2)程序构造的基本手段:组合与抽象?
(3)程序构造的基本手段:递归与迭代
第4讲 冯.诺依曼计算机-机器级程序是如何被执行的?
课时目标:理解高级语言/机器语言程序是如何被执行的,了解复杂系统化复杂为简单的基本思维。
(1)冯.诺依曼计算机的执行机构
(2)机器级程序及其存储
(3)机器级程序是怎样被执行的?
第5讲 现代计算机-复杂环境下程序是如何被执行的?
课时目标:理解高级语言/机器语言程序是如何被执行的,了解复杂系统化复杂为简单的基本思维。
(1)存储体系:CPU-内存-外存
(2)“分工-合作-协同”理解复杂系统
(3)操作系统对计算环境的管理
(4)现代计算机系统的演进
第6讲 由机器语言到高级语言-高级语言程序是如何被执行的?
课时目标:理解高级语言/机器语言程序是如何被执行的,了解复杂系统化复杂为简单的基本思维。
(1)高级语言程序的构成要素
(2)高级语言程序的编写与编译
(3)高级语言程序的执行
第7讲 算法:程序与计算系统之灵魂?
课时目标:理解由问题、到算法、再到程序的问题求解思维模式,了解问题、算法与计算资源(环境)之间的关系,了解难解性问题求解的基本思路。
(1)算法类问题求解框架
(2)数学建模和算法策略选择
(3)算法表达
(4)算法复杂性
第8讲 问题、计算环境与算法的关系?
课时目标:理解由问题、到算法、再到程序的问题求解思维模式,了解问题、算法与计算资源(环境)之间的关系,了解难解性问题求解的基本思路。
(1)无限资源约束下的算法
(2)受限资源约束下的算法
(3)运用算法求解社会/自然问题
第9讲 难解性问题如何求解?
课时目标:理解由问题、到算法、再到程序的问题求解思维模式,了解问题、算法与计算资源(环境)之间的关系,了解难解性问题求解的基本思路。
(1)可求解问题与难求解问题(P类、NP类和NPC类问题)
(2)难解性(NPC类)问题求解思想
(3)难解性问题求解算法
第10讲 怎样管理和利用数据I-数据库与关系模型
课时目标:理解数据管理的手段(数据库与数据挖掘),理解数据库和大数据的社会影响。
(1)数据库系统的构成
(2)关系模型
(3)基本关系运算
第11讲 怎样管理和利用数据II-数据库语言与数据挖掘
课时目标:理解数据管理的手段(数据库与数据挖掘),理解数据库和大数据的社会影响。
(1)数据库语言SQL
(2)数据挖掘
(3)大数据社会影响
(4)数据抽象与设计
第12讲 怎样连接和利用网络I-机器网络
课时目标:理解数据管理的手段(数据库与数据挖掘),理解数据库和大数据的社会影响。
(1)互联互通基础
(2)计算机网络组网
(3)计算机网络运行
第13讲 怎样连接和利用网络II-信息网络与网络化社会
课时目标:理解数据管理的手段(数据库与数据挖掘),理解数据库和大数据的社会影响。
(1)信息网络
(2)互联网+创新
(3)网络化社会问题与挑战
(4)网络科学计算
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参考资料
下列两本教材均可适用于本课程。
教材:大学计算机-计算思维与信息素养(第3版), 战德臣,张丽杰编著 高等教育出版社, 2019版。
教材:大学计算机-计算思维导论, 战德臣, 聂兰顺等著, 电子工业出版社,2013版。