2018秋大学计算机（燕山大学）_燕山大学

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SPOC学校专有课程

2018秋大学计算机（燕山大学）

第1次开课

开课时间： 2018年10月29日 ~ 2019年01月28日

学时安排： 3-4小时每周

当前开课已结束已有 1914 人参加

立即自学

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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，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。

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，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。

—— 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。

这是本课程第九期开放。本期课程，包含了周以真教授于2012年讲授计算思维的视频(配有中英文字幕及胶片)和2014年讲授计算思维的视频(英文版)。本期课程，还包含了不同学校教师讲授相关内容的视频，例如天水师范学院刘玉芳副教授讲授OFFICE应用的视频，南京航空航天大学潘梅园副教授讲授基于Raptor的实践章节，陇东学院各位老师讲授的各种软件处理技巧，以满足不同学习者在学习计算思维之余对软件应用方面学习的需求。

本课程为首批国家精品在线开放课程，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”，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。

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、构造和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。

成绩要求

设置“合格”（达到60分）、"优秀"（达到80分）两档课程标准，由任课教师签发课程结业证书，其中成绩“优秀”者将颁发优秀证书。

课程大纲

第1讲计算机、计算与计算思维

1.1 计算机是什么？

1.2 为什么要学习和怎样学习大学计算机课程？

1.3 计算与自动计算

1.4 电子自动计算——元器件

1.5 电子自动计算——计算机系统

1.6 计算系统之发展趋势

1.7 什么是计算思维？

1.8 大学计算思维教育空间计算之树

第1讲之导学文档

第1讲之模拟练习题及习题视频解析

第1讲之教学课件

【讨论1-1】计算思维的价值

第1讲测验

特别章节-周以真教授亲自讲授计算思维--视频经微软亚洲研究院授权

周以真教授讲授计算思维(注意1个带有中英文字幕版本，1个无字幕版本)

第2讲符号化、计算化与自动化

第2讲测验

2.1 符号化计算化示例-易经

2.2 符号化计算化示例-逻辑

2.3 计算0和1化示例-数值性信息

2.4 计算0和1化示例-非数值性信息

2.5 自动化0和1示例-电子技术实现

第2讲之导学文档

第2讲之模拟练习题及习题视频解析

第2讲之教学课件

【讨论2-1】学完“0和1”的思维，有收获吗？

【补充学习资料】进位制与小数点--计算机专业学生才应该深入学习的

特别章节-课程解疑释惑-哈尔滨工业大学聂兰顺副教授视频答疑

第一讲内容之视频答疑

第二讲内容之视频答疑

第三讲内容之视频答疑

特别章节-OFFICE软件应用专区-天水师范学院刘云芳副教授讲授

应用Word软件进行文字编排

应用PowerPoint软件进行演示文稿/幻灯胶片的制作

应用Excel软件进行表格数据的处理

第3讲程序与递归：组合、抽象与构造

3.1 计算系统与程序-程序的作用和本质

3.2 程序构造示例I-计算对象的定义-构造与计算

3.3 程序构造示例II-运算符的定义-构造与计算

3.4 程序构造示例III-条件组合式的构造与总结

3.5 递归的概念

3.6 原始递归函数-复合与递归

3.7 两种不同的递归函数-递归与迭代

3.8 运用递归与迭代

3.9 递归与迭代程序的执行

第3讲之导学文档

第3讲之模拟练习题及习题视频解析

第3讲之教学课件

【讨论3-1】学习“计算思维”不如学习“计算机语言”有用吗？

第3讲测验

第4讲冯.诺依曼计算机—机器级程序及其执行

4.1 图灵机的思想与模型简介

4.2 冯诺依曼计算机思想与构成

4.3 自动存取存储器的工作原理

4.4 机器指令与机器级程序

4.5 机器级程序的执行机制

4.6 机器级程序的执行过程模拟

第4讲之导学文档

第4讲之模拟练习题及视频习题解析

第4讲之教学课件

【讨论4-1】理解机器级程序是如何被执行的有必要吗？

第4讲测验

第5讲现代计算机—复杂环境下程序执行

第5讲测验

5.1 现代计算机系统的构成

5.2 现代计算机的存储体系

5.3 操作系统对计算机资源的分工-合作与协同管理思想

5.4 操作系统对几种资源的分工管理

5.5 操作系统对资源的合作与协同管理

5.6 计算机系统的工作过程

5.7 现代计算机的演进

第5讲之导学文档

第5讲之模拟练习题

第5讲之教学课件

【讨论5-1】复杂系统--你真的理解不了吗？

特别章节-陇东学院教师为你讲授计算机软硬件及其应用

计算机常见外围设备--杜俊老师主讲

计算机软件系统--门瑞老师主讲

一片假树叶-散文编排技巧--门瑞老师主讲

数学公式编排技巧--李娜老师主讲

准考证制作-邮件合并编排技巧--门瑞老师主讲

转动的钟-演示文稿制作技巧--李芳芳老师主讲

表格型数据处理技巧--郭俊俊老师主讲

计算机程序算法实例--吕浩音老师主讲

结构化查询语言SQL应用实例--段红英老师主讲

计算机信息系统安全--赵满来老师主讲

实践章节-基于Raptor的算法实践第一部份-南京航空航天大学潘梅园副教授讲授

P000-实践章节介绍

P001-Raptor集成环境和基本元素

P002-Raptor数组及其应用

同学作品-特别优秀成果欣赏专区

背包问题及其动态规划算法求解-HIT1150310515孙慧东

第6讲由机器语言到高级语言---程序编写编译

6.1 由机器语言到高级语言

6.2 高级语言程序的基本构成要素

6.3 用高级语言构造程序

6.4 计算机语言的发展

6.5 不同抽象层级计算机-虚拟机器

*6.6 计算机语言与编译器-一种抽象与自动化机制示意(选学内容--了解即可）

*6.7 协议与编解码器-另一种抽象-自动化机制示意(选学内容--了解即可）

*6.8 分层次抽象-自动化机制示意-操作系统对设备的分层次管理(选学内容--了解即可）

第6讲之导学文档

第6讲之模拟练习题

第6讲之教学课件

【讨论6-1】各种高级语言是如何表达程序基本要素的？

第6讲测验

第7讲算法-程序与计算系统之灵魂

7.1 算法与算法类问题求解概述

7.2 数学建模与算法策略设计-算法思想

7.3 算法思想的精确表达-算法的数据结构设计

7.4算法思想的精确表达-算法的控制结构设计

7.5 算法的实现-程序设计

7.6 算法分析与计算复杂性

第7讲之导学文档

第7讲之模拟练习题

第7讲之教学课件

【讨论7-1】为什么说算法是程序与计算系统的灵魂？

[评论*]这两道题目，哪一个代表的是计算思维呢？

第7讲测验

实践章节-基于Raptor的算法实践第二部分-南京航空航天大学潘梅园副教授讲授

P003-利用Raptor建立子图和过程

P004-利用Raptor读写文件

P005-利用Raptor建立图形界面

第8讲问题-算法与环境：排序算法研究示例

8.1 为什么要研究排序算法-结构化数据表查找问题

8.2 为什么要研究排序算法-非结构化数据文档查找问题

8.3 基本排序算法-内排序

8.4 受限资源约束下的算法-内排序与外排序问题

8.5 基本排序算法-外排序

8.6 PageRank网页排序算法

第8讲之导学文档

第8讲之模拟练习题

第8讲之教学课件

【讨论8-1】排序算法是构造其他算法的基础算法，你同意吗？

第8讲测验

第9讲难解性问题求解：遗传算法研究示例

9.1 可求解与难求解问题

9.2 遗传算法的崛起-生物学中的遗传与进化

9.3 计算学科的遗传算法

9.4 遗传算法为什么可以求解NPC问题

*9.5 怎样用遗传算法求解应用问题I-问题及其建模（选学内容--了解即可）

*9.6 怎样用遗传算法求解应用问题II-算法设计要点及解的编码（选学内容--了解即可）

*9.7 怎样用遗传算法求解应用问题III-策略选择的多样性（选学内容--了解即可）

*9.8 怎样用遗传算法求解应用问题IV-策略选择的随机性（选学内容--了解即可）

*9.9 怎样用遗传算法求解应用问题V-其他方面（选学内容--了解即可）

9.10 怎样研究算法-遗传算法总结

第9讲之导学文档

第9讲之模拟练习题

第9讲之教学课件

【讨论9-1】遗传算法为什么能求解NPC问题，关键点在哪里？

第9讲测验

实践章节-基于Raptor的算法实践第三部分-南京航空航天大学潘梅园副教授讲授

P006-利用Raptor操控键盘和鼠标

P007-利用Raptor实现简单动画程序

第10讲怎样管理和利用数据I

10.1 数据为什么要管理-数据自有黄金屋

10.2 什么是数据库与数据库系统

10.3 基本数据模型-关系模型I之什么是关系

10.4 基本数据模型-关系模型II关系运算之并-差-交-积

10.5 基本数据模型-关系模型III关系运算之选择-投影-连接

10.6 应用关系运算进行数据库查询

第10讲之导学文档

第10讲之模拟练习题

第10讲之教学课件

【讨论10-1】有的称“关系”有的称“表”，二者有什么差异吗？

第10讲测验

第11讲怎样管理和利用数据II

11.1 由关系模型到结构化数据库语言SQL

11.2 SQL-SELECT之简单使用

11.3 SQL-SELECT之多表联合操作

11.4 SQL-SELECT之分组聚集操作

11.5 由数据库到数据挖掘I-数据挖掘示例之背景与概念

11.6 由数据库到数据挖掘II-数据挖掘示例之计算过程

*11.7 数据抽象与设计-怎样抽象与抽象的层次(选学内容)

*11.8 数据抽象与设计-怎样进行设计与怎样研究理论(选学内容)

第11讲之导学文档

第11讲之模拟练习题

第11讲之教学课件

【讨论11-1】什么是大数据？大数据从哪些方面能改变人的观念？

第11讲测验

第12讲怎样连接和利用网络I

12.1 为什么要连接和利用网络

12.2 机器网络之网络通信基础

12.3 机器网络之计算机组网与连接I-局域网与广域网

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

12.5 TCPIP协议之概述

12.6 TCPIP协议之IP层协议

12.7 TCPIP协议之应用层协议

12.8 TCPIP协议之其他层协议兼总结

第12讲之导学文档

第12讲之模拟练习题

第12讲之教学课件

【讨论12-1】若要机器网络能够通讯，需要解决什么问题呢？

第12讲测验

第13讲怎样连接和利用网络II

13.1 由机器网络到信息网络

13.2 标记语言-HTML

13.3 标记语言-由HTML到XML

13.4 互联网的创新思维

13.5 形形色色的网络与网络计算

13.6 网络计算的一个示例

第13讲之导学文档

第13讲之模拟练习题

第13讲之教学课件

【讨论13-1】你知道哪些互联网创新思维模式？

第13讲测验

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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

大学计算机(第2版)-计算与信息素养, 战德臣,聂兰顺等著高等教育出版社, 2014版

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。