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考研全科400分攻略
大学计算机—计算思维导论
第23次开课
开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第11周,共20周 已有 1840 人参加
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认证成绩和证书
智能问答和解析
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课程评价(763)
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思维方式。本课程用通俗易懂、趣味案例、深入浅出的方式,介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维(包括计算+思维(含程序思维、系统思维和算法思维)、互联网+思维、大数据思维和人工智能+思维),属于面向全体本科生开设的计算机系列课程中第一层次的课程,是本科生必修的通识教育课程,一门课使你深入理解计算机、互联网、大数据和人工智能,为你今后更深入地学习奠定坚实的基础。
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思维方式。本课程用通俗易懂、趣味案例、深入浅出的方式,介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维(包括计算+思维(含程序思维、系统思维和算法思维)、互联网+思维、大数据思维和人工智能+思维),属于面向全体本科生开设的计算机系列课程中第一层次的课程,是本科生必修的通识教育课程,一门课使你深入理解计算机、互联网、大数据和人工智能,为你今后更深入地学习奠定坚实的基础。
—— 课程团队
课程概述


这是本课程第十八期开放。本期课程,主讲教师对相关内容做了系统化地更新,对部分章节内容做了重新讲授【采用长学时讲授以保证碎片化内容的连贯性、脉络性和完整性】,全面而系统地讲授计算思维,包括计算+思维(含程序思维、系统思维和算法思维)、互联网+思维、大数据思维和人工智能+思维,增加了趣味性,强化了脉络性,使读者学习起来更加易于理解和掌握。本课程将新版教学视频做了特殊标记,与旧版教学视频并行放置在课程中,同学学习时如有新版视频则可以新版视频为主,旧版视频作为补充。


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、腾讯等)的成功应归属于计算思维运用的成功;1998年和2013年的诺贝尔化学奖授予一个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。


大学计算机课程应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==>数据管理==>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。

(V)智能化思维。AlphaGo是怎样战胜人类围棋职业世界冠军的?机器是怎样通过学习提高智能的,深度学习又是怎样通过深度神经网络提高智能化程度的,

                       【计算之树-大学计算思维教育空间图片】

本课程为首批国家精品在线开放课程暨首批国家级线上一流课程,获大中华区优秀MOOC选拔赛2017“课程设计与品质”金奖,教育部在线教育奖励基金(全通教育)优秀项目奖,教育部4个教指委联合颁发首批十大“中国高校计算机教育MOOC 联盟优秀课程”。所对应的教材获国家首届教材奖二等奖,相关的课程案例获中国高等教育学会“信息技术与教学深度融合创新案例”一等奖,最终累积的成果获省级教学成果一等奖和特等奖,并最终获国家级教学成果奖一等奖。

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授课目标

本课程面向大学一年级学生开设,培养学生的科学与工程思维--计算思维,促进学生的计算思维与各专业思维交叉融合形成复合型思维,为各专业学生今后设计构造应用各种计算系统求解学科问题奠定思维基础,帮助学习者提高解读真实世界系统并解决全球范围复杂问题的能力。了解社会/自然问题利用计算手段进行求解的基本思维模式,具有利用典型计算思维进行计算系统构造的初步能力;了解高级语言/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,具有模拟不同计算环境执行程序的初步能力;了解由问题、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,具有构造算法并模拟算法执行的初步能力;了解数据管理的手段(数据库与数据挖掘),理解数据库和大数据的社会影响,体验基于数据库和数据挖掘的数据运用方法;了解机器网络、信息网络和网络化社会的形成机理,理解网络化的社会影响,体验用数学方式研究网络化问题的基本思维。了解机器学习、神经网络与深度学习,理解人工智能对社会的影响。

课程大纲
CH0. 课程的定位、目标与价值
课时目标:了解本课程的定位、目标和基本教学内容。
【新版视频】课程的定位-目标与价值
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【旧版视频】
视频0.1大学计算机是一门什么样的课程
CH1. 计算机、计算与计算思维
课时目标:初步了解计算思维?了解本课程的基本脉络?了解计算思维对社会的影响。了解大学计算思维学习空间-计算之树(对计算思维教育有一个概要性的了解,相关内容将在课程后续章节中详细学习)。
【新版视频】计算思维第1讲-从小白鼠验毒到数据传输校验-初识计算思维
【新版视频】计算思维第2讲-从数学和计算机看方程求解—最基本的计算思维枚举-计算-验证
【新版视频-扩展】扩展计算思维第1讲-计算与社会
【新版视频-扩展】扩展计算思维第2讲-大学计算思维教育空间-计算之树
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【旧版视频】
【视频1.1计算机是什么】
【视频1.2为什么要学习和怎样学习大学计算机课程】(上、下)
【视频1.3计算与自动计算】
【视频1.4电子自动计算-元器件】
【视频1.5电子自动计算-计算机系统】(上、下)
【视频1.6计算系统之发展趋势】(上、下)
【视频1.7什么是计算思维】
【视频1.8大学计算思维教育空间--计算之树】(上、中、下)
【视频1.X大学计算机课程第1讲习题解析】(上、中、下)
CH2. 计算本质-计算本质-符号化、计算化与自动化
课时目标:理解逻辑、基于逻辑的符号化-计算化-自动化,这是计算机的本质。
【新版视频】计算思维第3讲-从加法自动计算看机器硬件实现—逻辑运算与逻辑门电路
【新版视频-扩展】扩展计算思维第4讲-机器是怎样处理符号与小数点的
【新版视频-扩展】扩展计算思维第5讲-机器是怎样表示文字声音图像的-编码与解码
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【旧版视频】
【视频2.1符号化计算化示例-易经】(上、下)
【视频2.2符号化计算化示例-逻辑】
【视频2.3计算0和1化示例-数值性信息】(上、中、下)
【视频2.4计算0和1化示例-非数值性信息】(上、下)
【视频2.5自动化0和1示例-电子技术实现】(上、中、下)
【视频2.X大学计算机课程第2讲习题解析】(上、中、下)
【视频】进位制及其转换
【视频】小数点及其处理
CH3. 计算本质-程序与递归:组合、抽象与构造
课时目标:理解计算系统与程序的关系,理解程序构造的基本手段-组合-抽象-递归与迭代,重点理解递归是如何表达让机器大量重复相似动作完成复杂功能,以及机器是如何完成递归与迭代的计算的?
【新版视频】计算思维第4讲-从多项式计算规则变化看自动计算—规则与迭代
【新版视频】计算思维第5讲-从两种不同的递归函数看规模化计算的规则表达与执行--递归与迭代
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【旧版视频】
【视频3.1计算系统与程序-程序的作用和本质】
【视频3.2程序构造示例I-计算对象的定义-构造与计算】
【视频3.3程序构造示例II-运算符的定义-构造与计算】
【视频3.4程序构造示例III-条件组合式的构造与总结】
【视频3.5递归的概念】
【视频3.6原始递归函数-复合与递归】
【视频3.7两种不同的递归函数-递归与迭代】
【视频3.8运用递归与迭代】
【视频3.9递归与迭代程序的执行】
【视频3.X大学计算机课程第3讲习题解析】(视频1-视频11)
CH4. 系统思维与硬件思维-冯.诺依曼计算机—机器级程序及其执行
课时目标:体验机器如何执行程序
【新版视频】计算思维第6讲-从学生宿舍管理看存储器—基于编码的管理思维
【新版视频】计算思维第7讲-从多项式自动计算看机器程序--编码-指令与机器程序
【新版视频】计算思维第8讲-机器程序是如何被执行的--一台典型的计算机
【新版视频-扩展】扩展计算思维第3讲-计算机的基础理论模型-图灵机
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【视频4.1 图灵机的思想与模型简介】
【视频4.2冯诺依曼计算机思想与构成】
【视频4.3自动存取存储器的工作原理】
【视频4.4机器指令与机器级程序】
【视频4.5机器级程序的执行机制】
【视频4.6机器级程序的执行过程模拟】
【视频4.X大学计算机课程第4讲习题解析】(视频1-视频9)
CH5. 系统思维与管理思维-现代计算机—复杂环境下程序执行
课时目标:体验如何管理计算环境使其完成程序执行
【新版视频】计算思维第10讲-化整为零与还零为整看文件存取--计算思维是一种精细化管理思维
【新版视频】计算思维第11讲-分工-合作-协同看操作系统--计算思维也体现高水平领导思维
【新版视频】计算思维第12讲-如何产生与如何运用大规模计算能力—虚拟化与云计算
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【旧版视频】
【视频5.1 现代计算机系统的构成】
【视频5.2现代计算机的存储体系】
【视频5.3操作系统对计算机资源的分工-合作与协同管理思想】
【视频5.4操作系统对几种资源的分工管理】(上、下)
【视频5.5操作系统对资源的合作与协同管理】
【视频5.6计算机系统的工作过程】
【视频5.7现代计算机的演进】(上、下)
CH6. 系统思维与编译思维-由机器语言到高级语言--程序编写与编译
课时目标:体验高级语言如何编程以及如何转换成机器程序
【新版视频】计算思维第9讲-由01指令编写程序到用符号-语句编写程序--机器语言与高级语言
---------------------------------------------------
【旧版视频】
【视频6.1 由机器语言到高级语言】
【视频6.2高级语言(程序)的基本构成要素】(上、下)
【视频6.3用高级语言构造程序】
【视频6.4计算机语言的发展】
【视频6.5不同抽象层级的计算机-虚拟机器】
【视频6.6计算机语言与编译器--一种抽象-自动化机制示意】
【视频6.7协议与编解码器--另一种抽象-自动化机制示例】
【视频6.8分层次抽象-自动化机制示例--操作系统对设备的分层次管理】(上、下)
CH7. 计算+思维-算法-程序与计算系统之灵魂
课时目标:数学建模、算法表达与算法复杂度。算法的核心是如何去掉无效计算量
【新版视频】计算思维第13讲-从背包问题求解看算法—数学建模与不同算法策略
---------------------------------------------------
【旧版视频】
【视频7.1算法与算法类问题求解】
【视频7.2数学建模与算法策略设计---算法思想】
【视频7.3算法思想的精确表达--算法的数据结构设计】(上、下)
【视频7.4算法思想的精确表达--算法的控制结构设计】(上、下)
【视频7.5算法的实现---程序设计】
【视频7.6算法分析与计算复杂性】
CH8. 计算+思维-问题、算法与计算环境
课时目标:体验算法与计算环境之间的关系
【旧版视频】
【视频8.1为什么要研究排序算法--结构化数据表查找问题】
【视频8.2为什么要研究排序算法--非结构化的数据文档查找问题】
【视频8.3基本排序算法-内排序】 (上、中、下)
【视频8.4受限资源约束下的算法-内排序与外排序问题】
【视频8.5基本排序算法-外排序-多路归并排序】(上、中、下)
【视频8.6 PageRank网页排序算法】(I、II、III、IV)
CH9. 计算+思维-难解性问题求解与算法思维
课时目标:难解性问题--在穷举基础上如何降低计算量, 精确解与近似解
【新版视频】计算思维第14讲-什么是有限时间内能求解—问题的计算复杂性与分类
---------------------------------------------------
【旧版视频】
【视频9.1可求解与难求解问题】
【视频9.2遗传算法的缘起--生物学中的遗传与进化】
【视频9.3计算学科的遗传算法】
【视频9.4遗传算法为什么可以求解NPC问题】
【视频9.5怎样用遗传算法求解具体的应用问题(I)—问题及其建模】
【视频9.6怎样用遗传算法求解具体的应用问题(II)—算法设计要点及解的编码】
【视频9.7怎样用遗传算法求解具体的应用问题(III)—策略选择的多样性】
【视频9.8怎样用遗传算法求解具体的应用问题(IV)—策略选择的随机性】
【视频9.9怎样用遗传算法求解具体的应用问题(V)—其他方面】
【视频9.10怎样研究算法暨遗传算法的总结】
CH10 数据化思维—数据聚集与管理
课时目标:结构化数据聚集与管理,关系模型与关系数据库
【新版视频】计算思维第17讲-从表的管理看数据库--结构化与非结构化数据管理
---------------------------------------------------
【旧版视频】
【视频10.1数据为什么要管理-数据自有黄金屋】
【视频10.2什么是数据库与数据库系统?】
【视频10.3基本数据模型:关系模型I-什么是关系】 (上、下)
【视频10.4基本数据模型:关系模型II-关系运算之并、差、交、积】
【视频10.5基本数据模型:关系模型III-关系运算之选择、投影、连接】
【视频10.6应用关系运算进行数据库的查询】
CH11 数据化思维—数据运用与分析
课时目标:大数据如何挖掘与运用
【新版视频】计算思维第18讲-炒股不看股盘看微博—关联规则挖掘与大数据思维
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【旧版视频】
【视频11.1由关系模型到结构化数据库语言SQL】
【视频11.2SQL-SELECT之简单使用】
【视频11.3SQL-SELECT之多表联合操作】 (上、下)
【视频11.4SQL-SELECT之分组聚集操作】
【视频11.5由数据库到数据挖掘I-数据挖掘示例之背景与概念】
【视频11.6由数据库到数据挖掘II-数据挖掘示例之计算过程】(上、下)
【视频11.7数据抽象与设计-怎样抽象与抽象的层次】(上、下)
【视频11.8 数据抽象与设计-怎样进行设计与怎样研究理论】(上、下)
CH12 网络化思维-机器网络与万物互联
课时目标:体验由机器网络到互联网的发展及关键技术
【新版视频】计算思维第15讲-世界是怎样被联结在一起的--由机器网络到万物互联
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【旧版视频】
【视频12.1为什么要连接和利用网络】
【视频12.2机器网络之网络通信基础】(上、下)
【视频12.3 机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网】
【视频12.4机器网络之计算机组网与连接II-互联网与国际互联网】
【视频12.5 TCPIP协议之概述】
【视频12.6 TCPIP协议之IP层协议】
【视频12.7 TCPIP协议之应用层协议】
【视频12.8 TCPIP协议之其他层协议兼总结】(上、下)
CH13 网络化思维-互联网与互联网+
课时目标:体验互联网思维与互联网+思维
【新版视频】计算思维第16讲-用户创造内容与万般皆服务--互联网与互联网+思维
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【旧版视频】
【视频13.1由机器网络到信息网络】
【视频13.2 标记语言-HTML】(上、下)
【视频13.3 标记语言-由HTML到XML】
【视频13.4互联网的创新思维】(上、下)
【视频13.5形形色色的网络与网络计算】
【视频13.6网络计算的一个示例】(上、下)
CH14 智能化思维-机器是怎样学习的
课时目标:体验机器学习与人工智能如何实现智能的?
【新版视频】计算思维第19讲-机器是怎样学习的—样本-训练与分类
CH15 智能化思维-神经网络与人工智能
课时目标:体验神经网络与深度学习,理解人工智能与人工智能+
【新版视频】计算思维第20讲-深度学习是怎样提高智能的--神经网络与深度学习
CHXX. 课程总结
课时目标:课程总结与回顾
【视频XX.1大学计算机课程总结】(上、中、下)
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预备知识

大学计算机-计算思维导论课程,有些学校称为大学计算机基础,有些学校称为大学计算机,也有些学校称为计算机文化基础计算机应用基础等。本课程对传统课程内容做了大幅度的改进和提升,主要是以讲授计算思维为主。虽然讲授计算思维,但你只要耐心的看视频、仔细思考,你就能够学会。你是否会编程序,不是会不会用计算机语言的问题,而是你有无解决问题的计算思维。因此,大学生第一门计算机课程应学习计算思维。

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4版), 战德臣,聂兰顺,张丽杰编著 高等教育出版社, 2024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。

常见问题


(1)大学计算机-计算思维导论课程,有些学校称为大学计算机基础,有些学校称为大学计算机,也有些学校称为计算机文化基础计算机应用基础,计算机专业的称为计算机专业导论计算机导论等。本课程摒弃了传统课程中以讲软件应用为主(如Office,Windows等)的内容,而专注于从计算思维的角度讲授计算机相关方面的知识,以期对学生创造性思维的培养有所贡献,毕竟计算思维是大学生未来创新所必须具有的一种思维模式。考虑到不同学习者的需求,关于常用软件应用方面的内容,本课程也邀请了不同学校的教师进行了讲解,作为课程补充内容,供学习者选学。


(2)不要把计算思维的学习看成理论课的学习。一个人可以没有理论,但不能没有思维!“高度决定视野, 角度改变观念, 尺度把握人生”。学习大学计算机,也要像王国维先生所提出的境界一样, 也需要进入一定的境界, 即"昨夜西风凋碧树, 独上高楼,望尽天涯路",因为站得高,才能看得远,看得远,才能看得真。另一重境界是“衣带渐宽终不悔,为伊销得人憔悴”,既要由此及彼,浮想联翩,又要坚定执着,孜孜以求。应提醒的是“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”,计算机相关内容的学习,归根结底,还是计算思维的学习,还在于《大学计算机——计算思维导论》的学习。



(3)如何把握和学习本门课程?你知道中医吧?人身体上分布着若干“穴位”,不同的穴位链接起来就是“脉络”,不同的脉络可治不同的病,这是中医的基本认识。但你知道了脉络,为什么还不能治病呢,这是因为你没有能力让气息在脉络间流动,你做不到这点,而要做到这点,则就需要长期的锻炼。因此,知识好比是穴位,而一年级时学习本门课程,是学习这个“脉络”,你要熟悉这些脉络,要知道哪些脉络能治哪些病。当你经过若干年的不断努力,深入理解知识,做到知识的融会贯通时,你就能将思维转变成能力--应用计算思维的能力。

   大学一年级就像是一张白纸,画个什么样的底图,对后来成为什么样的作品很重要,所以要学习计算思维。但计算思维有丰富的内涵,不可能在一讲内就完全明白,它需要你在学习后不断地悟,越悟越有味道。我们这门课,不是说给你个“计算思维”的定义,什么是计算思维,像中学学习一样,那个没有什么意义。很重要的,你可以不知道“计算思维”的定义,但你应该知道“符号化-计算化-自动化”,你应该知道“计算系统与程序的关系”你应该知道“程序是如何被机器自动执行的”……这些都是计算思维,都是计算思维直观的例子。耐心地看视频,以潜移默化的方式理解和接受计算思维,是把握和学习本门课程最最重要的。


(4)关于能否听懂大学计算机课程的问题本课程讲解可实现的思维,而不是实现细节,是能听懂的;通过案例及其模拟来讲授抽象的概念,是能听懂的;由浅入深的讲授,逐步揭示思维的奥妙,也是能听懂的。很多学生听不懂,一是因为本门课有太多的术语,二是很多知识,同学都是第一次接触,同学想一次性完全理解这些内容,应该说是有困难的。因此,正确的学习方法是很重要的。若想学好它,则本门课程的第1讲到第13讲的视频要耐心地看完,遇到不明白的术语,如果不影响理解可以暂时忽略或者先记下,等看到后面时可能就明白了,或者暂停去百度一下。但不管怎样,看完视频进行整体理解是很重要的---很多同学说,本课程是要消耗脑细胞的,开学以来最扩张脑洞的课。但本门课程的视频,估计看一遍是不行的,不是说你没有听懂,而是需要你思考,而你越思考感觉越不明白,这种感觉是正常的,有这种感觉的话,如果你能再看一遍,则就会豁然开朗。如果你坚持,你就能学好它。

能否听懂还取决于以下要素:(1)你是否有信念和信心? 信念和信心将决定你能否听得懂!(2)你是否坚持? 坚持听课,坚持训练,“铁杵磨针”,就能听得懂!(3)你是否主动思考主动探索? 思维的建立是不断思考的结果,对任何持疑的内容可通过互联网进一步探索和学习,或者及时与教师沟通获得提高!

记住:会不会应用计算机,会不会编写程序,根本来讲是有没有解决问题的计算思维。

相信自己:你行的,你一定行。我也相信你:你懂的,你会懂的!

哈尔滨工业大学
4 位授课老师
战德臣

战德臣

教授 博士生导师

张丽杰

张丽杰

教授

聂兰顺

聂兰顺

教授/博士生导师

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