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大学计算机—计算思维导论CAP
第19次开课
开课时间: 2025年06月08日 ~ 2025年09月30日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第6周,共17周 已有 1280 人参加
立即参加
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课程评价(299)
spContent=计算手段已发展为科学研究第三种手段,研制和应用各学科相关计算系统,计算+、互联网+、大数据+,智能+,最本质就是计算思维,计算思维已成为各专业学生都应掌握的思维方式,与计算思维融合,是各学科学生创新的源泉。本课程为你介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维,是所有本科生必修的通识教育课程。
计算手段已发展为科学研究第三种手段,研制和应用各学科相关计算系统,计算+、互联网+、大数据+,智能+,最本质就是计算思维,计算思维已成为各专业学生都应掌握的思维方式,与计算思维融合,是各学科学生创新的源泉。本课程为你介绍计算学科所蕴含的经典的计算思维,是所有本科生必修的通识教育课程。
—— 课程团队
课程概述


本课程是大学先修课,即你在高中阶段或上大学之前完成本课程的学习并获得结课认证证书后,在入学时参加必要的测试考核(主要确认你确实学习过),通过后则你可在大学阶段免修该课程直接获得学分,这样为你大学的学习节省时间和精力,使你在大学期间可做更多自己想要做的事情。


《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,进行内容的组织和学习。

(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;--理解计算机最本质的内容。

(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;--理解计算(机)系统是如何运行的。

(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;--理解用算法和程序求解社会/自然问题时需要考虑什么。

(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。--理解数据化思维和网络化思维。

本课程包含前三个部分。

课程大纲

第1章 计算机、计算与计算思维

【新版视频】从小白鼠验毒到数据传输校验-初识计算思维

【新版视频】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】计算与社会

【新版视频-扩展】大学计算思维教育空间-计算之树

第1章之教学课件

第1章之旧版教学课件

旧版视频 1.1为什么要学习和怎样学习《大学计算机》课程?

1.2什么是计算与什么是自动计算?

1.3电子自动计算:元器件与计算机系统发展历程及启示

1.4什么是计算思维?

1.5(选修)大学计算思维教育空间-计算之树

第1章之视频答疑

第1章之讨论话题

第1章测验

第2章 计算本质-符号化、计算化与自动化

【新版视频】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】机器是怎样处理符号与小数点的

【新版视频-扩展】机器是怎样表示文字声音图像的-编码与解码

第2章之教学课件

第2章之旧版教学课件

旧版视频 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-数值性信息表达与计算

2.4计算0和1化示例-非数值性信息表达与计算

2.5自动化0和1示例-电子技术实现

第2章之视频答疑

第2章之讨论话题

第2章测验

第3章 计算本质-程序与递归:组合、抽象与构造

【新版视频】从多项式计算规则变化看自动计算—规则与迭代

【新版视频】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

第3章之教学课件

第3章之旧版教学课件

旧版视频 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

3.3递归的概念与原始递归函数

3.4两种不同的递归函数-递归与迭代

3.5递归与迭代的应用与执行过程

第3章之视频答疑

第3章之讨论话题

第3章测验

第4章 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

【新版视频】从学生宿舍管理看存储器—基于编码的管理思维

【新版视频】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】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】计算机的基础理论模型-图灵机

第4章之教学课件

第4章之旧版教学课件

旧版视频 4.1计算机的理论模型-图灵机

4.2冯.诺依曼计算机

4.3程序和数据如何实现自动存取-基于0/1存储的存储器

4.4机器指令与机器级程序是什么样的?

4.5机器级程序是如何被执行的?

第4章之讨论话题

第4章测验

第5章 系统思维与管理思维-现代计算机—复杂环境下程序执行

【新版视频】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】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】如何产生与如何运用大规模计算能力—虚拟化与云计算

第5章之教学课件

第5章之旧版教学课件

旧版视频 5.1现代计算机从存储体系开始

5.2分工-合作-协同:操作系统对资源管理的基本思想

5.3操作系统对几种资源的管理要点

5.4操作系统是如何协调各种资源来执行一个程序的?

5.5现代计算机的演进

第5章之讨论话题

第5章测验

第6章 系统思维与程序思维-由机器语言到高级语言---程序编写编译

【新版视频】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

第6章之教学课件

第6章之旧版教学课件

旧版视频 6.1由机器语言到高级语言的发展

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高级语言程序是怎样被转换成机器语言被执行的?

6.5计算机语言的发展与不同抽象层级的计算机

第6章之讨论话题

第6章测验

第7章 计算+思维-算法-程序与计算系统之灵魂

7.6算法分析与计算复杂性

第7章之讨论话题

【新版视频】从背包问题求解看算法

第7章之教学课件

第7章之旧版教学课件

旧版视频 7.1算法与算法类问题求解

7.2数学建模与算法策略设计-算法思想

7.3算法的数据结构及其精确表达

7.4算法的控制结构及其精确表达

7.5算法的实现-程序设计

第7章测验

第8章 计算+思维-受限资源约束下的算法示例

8.1为什么要研究排序算法

8.2无限资源环境下的排序算法

8.3受限资源约束下的排序算法

8.4互联网络中的排序问题--PageRank的思想与求解

第8章之讨论话题

第8章之教学课件

第8章测验

第9章 计算+思维-难解性问题求解与算法思维

【新版视频】什么是有限时间内能求解—问题的计算复杂性与分类

第9章之教学课件

第9章之旧版教学课件

旧版视频 9.1什么是可求解与难求解问题?

9.2观察自然获得计算问题求解算法-遗传算法

9.3遗传算法为什么可以求解NPC问题?

9.4(选修)怎样运用遗传算法求解应用问题

9.5怎样研究算法暨遗传算法总结

第9章之讨论话题

第9章测验

课程总结

课程总结

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预备知识

无。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

大学计算机(第3版)-计算思维与信息素养,战德臣,张丽杰等著高等教育出版社,2019版 (全国优秀教材二等奖)

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、我能听懂本课程吗?  关于能否听懂《大学计算机-计算思维导论》课程的问题,老师想说,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。但能否听懂取决于以下要素:(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!

2、怎么样学习本课程?  本课程是为你介绍应用范围更广的计算思维,是让你理解并体验“计算机”表象之下的深层次的东西,因此看懂并不存在问题,但若要真正理解,则需要反复观看与思考。有时候你看完了也看懂了,但过后可能又感觉不明白了,这是正常的现象,这说明你已经深入进去了,这也说明“知识”容易学习,而“思维”不容易建立,思维是需要潜移默化的、润物细无声的建立起来的。但千万不要给自己压力,希望自己在一遍的学习中没有遗漏的全理解透彻,那是不正确的学习方法。本课程正确的学习方法是按照课程给出的视频次序,先完整的看完视频(记得是看完哟),遇有不明白的术语先放下(如果不影响观看),等你看完后,可能这个术语就不是问题了。看完一遍后,闭上眼睛像过电影一样思索一下。然后再重新看一遍视频,对还不能理解的术语再辅助百度等搜索一下相关解释,这样你对本课程的理解就更深了一层。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。

3、学习完本课程还不会做题怎么办? 本课程重在对思维的理解,而这种理解是体现在视频的讲解中的。视频很重要,要看出味道。因此,只要你看懂了视频,你就一定有收获。练习题是辅助的,有时候不会做题,是思维尚未转换过来,等你转换过来,则就会很简单。比如典型的小白鼠问题“有1000瓶水,其中有一瓶有毒,小白鼠只要尝一点带毒的水24小时内就会死亡,问至少要多少只小白鼠才能在24小时内鉴别出那瓶水有毒?”,这道题看起来很难,但如果你有了计算思维后,它就是很简单的一道题。再如看起来很难的“背包问题”“遗传算法”等都是这样。不要急,耐心学习,相信自己:你行的,你一定行。我也相信你:你懂的,你会懂的!

 4、大学的学习要达到一定的高度和境界? 送你一句话“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《大学计算机——计算思维导论》。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!

哈尔滨工业大学
3 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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