《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》是教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材,是以培養(yǎng)計算思維能力為導(dǎo)向來構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容的教材。全書共分10章,主要內(nèi)容包括計算科學(xué)與計算思維、計算機(jī)系統(tǒng)組成及其工作原理、信息的表示與技術(shù)、常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機(jī)操作系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)及應(yīng)用、信息安全和Office應(yīng)用基礎(chǔ)!洞髮W(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》的每個知識點均采用相應(yīng)的案例,寓知識講解中貫穿計算思維的意識、方法和能力等3個層次的培養(yǎng)。每章均給出教學(xué)目標(biāo)、知識要點、舉案引思,以方便讀者學(xué)習(xí)與參考!洞髮W(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》配有相應(yīng)的電子課件,以供教學(xué)參考,并且配有相應(yīng)的輔導(dǎo)教材《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)實驗與指導(dǎo)》。 《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》既可作為高等學(xué)校計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)導(dǎo)論教材,又可作為非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)公共基礎(chǔ)教材。
《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》特色:
·在構(gòu)建《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》的知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容體系過程中,注重融入計算思維方法,每章均給出教學(xué)目標(biāo)、知識要點、舉案引思,體現(xiàn)計算思維能力的培養(yǎng)。
·《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》編寫融入問題求解的思維啟發(fā)與訓(xùn)練的教育理念,培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)的認(rèn)知能力、運(yùn)用計算機(jī)解決問題的能力、基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力以及依托信息技術(shù)的共處能力。
·《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)/教育部大學(xué)計算機(jī)課程改革項目規(guī)劃教材》配有電子課件、輔助教材《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)實驗與指導(dǎo)》和教材的習(xí)題答案,以方便讀者學(xué)習(xí)與參考。
寫作背景
人類歷史上,計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相對于其他學(xué)科、技術(shù)和工具,其發(fā)展速度之快,應(yīng)用普及之廣,是前所未有的。盡管計算機(jī)不會像空氣與水對生命之重要,但它與人們?nèi)粘5墓ぷ鳌W(xué)習(xí)、生活日益密切相關(guān)。1984年,鄧小平提出“計算機(jī)普及要從娃娃抓起”,從此國內(nèi)計算機(jī)教育不僅僅是少數(shù)人的專業(yè)化教育與培養(yǎng),而且“計算機(jī)基礎(chǔ)”成為高等學(xué)校的通識教育課程,其宗旨是普及計算機(jī)基礎(chǔ)知識,傳承計算機(jī)文化,培養(yǎng)基本技能,破除計算機(jī)神秘感,并迅速、廣泛地普及到中、小學(xué)信息素質(zhì)教育當(dāng)中。
如今,就像數(shù)學(xué)課程一樣,從小學(xué)到大學(xué),人人都要接受計算機(jī)基礎(chǔ)課程教育。盡管中、小學(xué)信息素質(zhì)教育水平有差異,但接受計算機(jī)教育的大學(xué)生并非都是“零”起點。因此,有必要因地制宜地改革“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程,改革的重點是教學(xué)內(nèi)容,其取舍取決于教學(xué)目標(biāo)。
2006年美籍華裔計算機(jī)科學(xué)家周以真教授首次提出“計算思維”概念,以及有關(guān)“計算思維”對人類社會發(fā)展的重大作用的論述,廣泛地引起了計算機(jī)科學(xué)家和計算機(jī)教育家的高度重視。數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科教育蘊(yùn)含著邏輯思維、驗證思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練,同理論思維和驗證思維一樣,作為三大科學(xué)思維之一的計算思維,也是人類認(rèn)識自然、改造世界的重要思維方式。雖然計算機(jī)科學(xué)技術(shù)不是蘊(yùn)含“計算思維”的唯一學(xué)科,但是計算機(jī)的特點及其廣泛應(yīng)用,卻是最適合融入計算思維教育和培養(yǎng)的學(xué)科。基于此,人們把“培養(yǎng)學(xué)生健全的思維主體、系統(tǒng)的思維能力、良好的思維方式與品質(zhì)”作為“提升學(xué)生的綜合素質(zhì)與分析、解決問題的綜合能力”的目標(biāo)之一。
本教材堅持思維與知識并進(jìn),知識教育中融入問題求解的思維啟發(fā),訓(xùn)練之教育理念,強(qiáng)化計算思維意識,提升計算思維認(rèn)識,加強(qiáng)計算思維方法和能力培養(yǎng),以當(dāng)代大學(xué)生必須達(dá)到對計算機(jī)的認(rèn)知能力、運(yùn)用計算機(jī)解決問題的能力、基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力、依托信息技術(shù)的共處能力為基本要求,在構(gòu)建課程的知識結(jié)構(gòu)、內(nèi)容體系中,注重融入計算思維方法,體現(xiàn)計算思維能力的培養(yǎng)。
組織結(jié)構(gòu)
全書共由十章組成,每章均給出教學(xué)目標(biāo)、知識要點、舉案引思,以方便讀者學(xué)習(xí)與參考。
第一章計算科學(xué)與計算思維,主要介紹思維的概念、分類,計算思維的概念、特征和本質(zhì)及其與計算機(jī)的關(guān)系,用案例說明計算思維進(jìn)行問題求解的一般過程,計算思維在人類社會發(fā)展中的作用和對人的能力發(fā)展的影響,計算科學(xué)研究與應(yīng)用(普適計算、網(wǎng)格計算和云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等)。
第二章計算機(jī)系統(tǒng)組成及其工作原理,主要介紹計算機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件組成結(jié)構(gòu),計算機(jī)的基本工作原理。
第三章信息的表示與技術(shù),主要介紹信息的概念、特征與信息技術(shù),常用數(shù)制的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)的存儲,數(shù)值和非數(shù)值的表示等。
第四章常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法,介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念,問題求解算法的概念及算法的描述方式,常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(線性表、棧、隊列、樹及二叉樹、圖)以及最常用的算法有:順序查找、有序表的查找、直接插入排序、冒泡排序等。
第五章計算機(jī)操作系統(tǒng),結(jié)合常見的操作系統(tǒng)介紹其概念、作用、類型、功能,操作系統(tǒng)的基本操作(應(yīng)用軟件操作、磁盤操作、系統(tǒng)資源管理、文件及文件夾操作)、安裝與運(yùn)行,人機(jī)交互界面設(shè)計方法,計算機(jī)資源優(yōu)化等。
第六章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),主要介紹計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、Internet基礎(chǔ)、郵件服務(wù)、文件傳輸服務(wù)、WWW服務(wù)、信息搜索、TCP/IP協(xié)議等。
第七章多媒體技術(shù)基礎(chǔ),主要介紹多媒體的概念、基本特征,多媒體數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)與方法,多媒體通信的關(guān)鍵技術(shù),虛擬現(xiàn)實的概念、重要特征和硬軟件基礎(chǔ)及其技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)和主要應(yīng)用領(lǐng)域。
第八章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)及應(yīng)用,結(jié)合現(xiàn)實案例講解數(shù)據(jù)庫的基本概念,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成、模式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),關(guān)系模型與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念,關(guān)系模型,完整性約束規(guī)則,關(guān)系的規(guī)范化,數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫表的定義,數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的維護(hù)、操縱與查詢。
第九章信息安全,主要介紹信息安全的概念,引發(fā)信息安全問題的因素,從物理保護(hù)、訪問控制、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、防治計算機(jī)病毒、加強(qiáng)職業(yè)道德教育防范措施7個方面介紹保護(hù)信息安全的方法。
第十章Office應(yīng)用基礎(chǔ),簡單介紹Office辦公軟件統(tǒng)一風(fēng)格的界面及其共性的知識點,針對Word、Excel和PowerPoint差異部分,分別講解Word、Excel和PowerPoint各自的功能,編輯、排版、圖文混排及其常見的和少量的特殊格式、效果的設(shè)置等。本章以操作為主,一般作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容,可結(jié)合本書配套的輔導(dǎo)教材《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)實驗與指導(dǎo)》進(jìn)行學(xué)習(xí)。
本書由胡宏智主編,第一、二、三、四、六、九、十章分別由安徽工業(yè)大學(xué)的胡宏智、黃洪超、黃瑾娉、陳學(xué)進(jìn)、王廣正、王小林和儲岳中編寫,第五章由阜陽師范學(xué)院的王峰編寫,第七、八章分別由安徽建筑工業(yè)學(xué)院的管錦亮和黃曉梅編寫。
授課建議
本書內(nèi)容豐富,可供不同專業(yè)、不同起點的讀者學(xué)習(xí),既可作為高等學(xué)校計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)導(dǎo)論教材,又可作為非計算機(jī)專業(yè)的計算機(jī)公共基礎(chǔ)教材。
大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容的取舍、課時的分配,應(yīng)根據(jù)具體情況做適當(dāng)?shù)陌才拧=ㄗh教學(xué)的內(nèi)容與學(xué)時分配如下表。
第一章 計算科學(xué)與計算思維
1.1 什么是思維,思維有哪些種類,思維對人的能力培養(yǎng)有什么作用?
1.1.1 思維的概念
1.1.2 科學(xué)思維的分類
1.2 計算思維的本質(zhì)、特征及其對人能力的影響
1.2.1 計算思維的本質(zhì)
1.2.2 計算思維的特征
1.2.3 計算思維品質(zhì)對人的能力影響作用
1.2.4 計算思維的應(yīng)用領(lǐng)域
1.3 科學(xué)與計算科學(xué)
1.3.1 什么是科學(xué)
1.3.2 什么是計算科學(xué)與計算學(xué)科
1.3.3 計算機(jī)學(xué)科與計算機(jī)科學(xué)的關(guān)系
1.4 計算機(jī)與計算思維的關(guān)系
1.4.1 計算機(jī)促進(jìn)計算思維的研究與發(fā)展
1.4.2 計算思維研究推動計算機(jī)的發(fā)展
1.5 計算學(xué)科的典型案例
1.5.1 問題求解的基本步驟
1.5.2 案例解法分析
1.6 計算科學(xué)研究與應(yīng)用
1.6.1 普適計算
1.6.2 網(wǎng)格計算
1.6.3 云計算
1.6.4 人工智能
1.6.5 物聯(lián)網(wǎng)
本章小結(jié)
習(xí)題
第二章 計算機(jī)系統(tǒng)組成及其工作原理
2.1 計算機(jī)硬件設(shè)計思路的演變
2.1.1 最早的計算機(jī)模型
2.1.2 改進(jìn)后的計算機(jī)模型
2.1.3 觀在的計算機(jī)模型
2.2 馮·諾依曼計算機(jī)及其工作原理
2.2.1 馮·諾依曼的設(shè)計思想
2.2.2 計算機(jī)工作原理
2.3 計算機(jī)硬件系統(tǒng)
2.3.1 計算機(jī)硬件系統(tǒng)概述
2.3.2 微型計算機(jī)硬件組成
2.4 計算機(jī)軟件系統(tǒng)
2.4.1 系統(tǒng)軟件
2.4.2 應(yīng)用軟件
2.5 計算機(jī)硬件和軟件的關(guān)系
本章小結(jié)
習(xí)題
第三章 信息的表示與技術(shù)
3.1 信息及信息技術(shù)
3.1.1 信息的定義
3.1.2 信息的特征
3.1.3 信息技術(shù)
3.2 數(shù)制與運(yùn)算
3.2.1 數(shù)制
3.2.2 常用的數(shù)制
3.2.3 各種數(shù)制的轉(zhuǎn)換
3.2.4 二進(jìn)制數(shù)
3.3 數(shù)據(jù)的存儲
3.3.1 數(shù)據(jù)存儲單位
3.3.2 存儲設(shè)備結(jié)構(gòu)
3.3.3 編址和地址
3.4 數(shù)值的表示
3.4.1 機(jī)器數(shù)與真值
3.4.2 數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和反碼
3.4.3 定點數(shù)與浮點數(shù)
3.5 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示
3.5.1 邏輯數(shù)據(jù)的表示
3.5.2 字符數(shù)據(jù)的表示
3.5.3 聲音的表示
3.5.4 圖形與圖像的表示
本章小結(jié)
習(xí)題
第四章 常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法
4.1 計算機(jī)程序概述
4.1.1 計算機(jī)程序
4.1.2 程序設(shè)計語言
4.1.3 算法和算法描述語言
4.1.4 程序結(jié)構(gòu)與流程圖
4.1.5 用流程圖表示求解51的算法
4.2 常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
4.2.1 線性表
4.2.2 棧
4.2.3 隊列
4.2.4 樹及二叉樹
4.2.5 圖
4.3 常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法
4.3.1 順序查找
4.3.2 二分查找
4.3.3 直接插入排序
4.3.4 冒泡排序
本章小結(jié)
習(xí)題
第五章 計算機(jī)操作系統(tǒng)
5.1 操作系統(tǒng)概述
5.1.1 操作系統(tǒng)的定義
5.1.2 操作系統(tǒng)的作用
5.1.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程
5.1.4 操作系統(tǒng)的類型
5.1.5 常用的操作系統(tǒng)
5.2 搡作系統(tǒng)功能概述
5.2.1 進(jìn)程管理
5.2.2 內(nèi)存管理
5.2.3 設(shè)備管理
5.2.4 文件管理
5.2.5 用戶接口
5.3 操作系統(tǒng)基本操作
5.3.1 應(yīng)用軟件操作
5.3.2 磁盤操作
5.3.3 系統(tǒng)資源管理
5.3.4 文件及文件夾操作
5.4 操作系統(tǒng)應(yīng)用案例
5.4.1 操作系統(tǒng)安裝與運(yùn)行
5.4.2 驅(qū)動程序與驅(qū)動故障的解決
5.4.3 計算機(jī)資源優(yōu)化
本章小結(jié)
習(xí)題
第六章 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
6.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)
6.1.1 概述
6.1.2 常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
6.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)
6.2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
6.2.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
6.3 Internet應(yīng)用
6.3.1 Internet基礎(chǔ)
6.3.2 Internet工作方式
6.3.3 信息搜索
6.3.4 信息發(fā)布
本章小結(jié)
習(xí)題
第七章 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)
7.1 多媒體的概念
7.1.1 多媒體概述
7.1.2 多媒體的基本特征
7.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)
7.2.1 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的必要性
7.2.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可行性
……
第八章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)及應(yīng)用
第九章 信息安全
第十章 Office應(yīng)用基礎(chǔ)
由于計算科學(xué)與生命科學(xué)在本質(zhì)上具有許多相通之處,因而,計算科學(xué)中的研究成果應(yīng)用于生命科學(xué)的研究會帶來創(chuàng)新性的思維,而快速發(fā)展的生命科學(xué)會對計算科學(xué)具有重要的啟示,促使計算科學(xué)的理論、方法與工程實踐的迅速發(fā)展,推動了計算機(jī)科學(xué)的許多領(lǐng)域滲透到生物信息學(xué)應(yīng)用研究之中,如數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、算法、圖形圖像學(xué)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、并行計算等都被運(yùn)用于生物信息計算的研究。計算機(jī)科學(xué)家運(yùn)用巧妙的算法,使得對人類基因組進(jìn)行霰彈槍定序法測序成為可能,并使之成為各種測序的通用方法,極大地降低了基因組測序的成本,提高了測序的速度。再如數(shù)據(jù)挖掘和聚類分析方法在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測中也得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以在大量的實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的規(guī)律。
3.專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)就是把某個(些)專家的經(jīng)驗和知識規(guī)則,按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲到數(shù)據(jù)庫中,結(jié)合人工智能技術(shù),構(gòu)建的專家知識庫及軟件系統(tǒng)。由計算機(jī)代替(模擬)專家,接收問題的描述和要求,自動地進(jìn)行知識規(guī)則檢索、對比、分析、推理和判斷,并給出問題的解答。例如,中醫(yī)專家系統(tǒng),就診者通過回答問題,系統(tǒng)會根據(jù)問題的描述,自動查詢病狀知識規(guī)則,通過比對,分析,綜合推理、得出結(jié)論,給出治療方案或開出處方。
4.數(shù)值計算
利用數(shù)值計算方法,建立相關(guān)化學(xué)學(xué)科的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行數(shù)值計算或問題求解。如化學(xué)工程中的應(yīng)用計算、分析化學(xué)中的條件預(yù)測等。
5.模擬
建筑學(xué)中的應(yīng)力分析,是采用曲線擬合法來模擬實測工作曲線的。根據(jù)某一過程的測試數(shù)據(jù),建立數(shù)學(xué)模型、預(yù)測反映效果等。
6.統(tǒng)計模式識別
統(tǒng)計模式識別是一種統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、按專業(yè)要求進(jìn)行分類判別的方法,適用于多因素的綜合影響。例如,按照化合物的相關(guān)參數(shù)(離子的半徑、原子的價徑比等),對化合物進(jìn)行分類,預(yù)測化合物的性質(zhì)等。模式識別技術(shù)還被廣泛用于最優(yōu)化設(shè)計中,根據(jù)物性的數(shù)據(jù)設(shè)計新的功能材料。
7.虛擬現(xiàn)實
虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱靈境技術(shù)。其特點在于:計算機(jī)產(chǎn)生一種人為的虛擬環(huán)境,這種虛擬環(huán)境是通過計算機(jī)圖形產(chǎn)生的三維空間,或者是將現(xiàn)實世界中的真實環(huán)境,編制到計算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸真實環(huán)境的感覺。典型的應(yīng)用如飛機(jī)飛行仿真系統(tǒng)、作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)、虛擬風(fēng)洞、虛擬物理實驗等。
……