大學計算機—計算思維導論是哈爾濱工業大學於2014年5月20日首次在中國大學MOOC提供的慕課課程、國家精品課程。該課程授課教師是戰德臣、張麗傑、聶蘭順、宋巧紅等。截至2020年9月，據中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課14次。
大學計算機—計算思維導論分4部共13講，包括計算機、計算與計算思維，符號化、計算化與自動化，程式與遞歸：組合、抽象與構造，馮.諾依曼計算機—機器級程式及其執行，現代計算機—複雜環境下程式執行，由機器語言到高級語言—程式編寫編譯，算法-程式與計算系統之靈魂，問題-算法與環境：排序算法研究示例，難解性問題求解：遺傳算法研究示例，怎樣管理和利用數據I，怎樣管理和利用數據II，怎樣連線和利用網路I，怎樣連線和利用網路II等。
基本介紹
- 中文名：大學計算機—計算思維導論
- 提供院校：哈爾濱工業大學
- 類別：慕課、國家精品課
- 授課老師：戰德臣、張麗傑、聶蘭順、宋巧紅等
- 開課時間：2014年5月20日（首次）
- 授課平台：中國大學MOOC
課程性質,開課信息,課程簡介,課程大綱,課前預備,授課目標,課程特色,所獲榮譽,教師簡介,
課程性質
- 課程定位
- 適應專業
大學計算機—計算思維導論適應計算程式設計、計算語言設計、電腦程式構等各專業學習。
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2014年05月20日~2014年07月16日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、韓琦、孫承傑、王立松、張定會、潘梅園 | 3—4小時每周 | 9993 |
第2次開課 | 2014年09月10日~2015年01月31日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、韓琦、孫承傑、王立松、張定會、潘梅園、張銀霞、傅保偉、耿芯等53位教師 | 2小時每周 | 21350 |
第3次開課 | 2015年03月02日~2015年07月15日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順 | 3小時每周 | 8651 |
第4次開課 | 2015年08月31日~2016年02月15日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、陳希亮、李希然、孫大烈、侯俊英、溫東新、孫承傑、韓琦、金野、劉遠超等37位教師 | 3小時每周 | 61263 |
第5次開課 | 2016年02月29日~2016年08月14日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、焦舒玉、谷松林、於鳳、馬寶英、余延忠、石雲 | 3—5小時每周 | 7885 |
第6次開課 | 2016年08月29日~2017年01月23日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、王楊、劉宏偉、唐立群、石雲、孫承傑、劉遠超等34位教師 | 4—6小時每周 | 63617 |
第7次開課 | 2017年02月27日~2017年06月30日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、侯俊英、鄭世秀 | 3—4小時每周 | 10257 |
第8次開課 | 2017年08月21日~2018年01月20日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、王楊、侯俊英、陳源龍、婁久、王梓、單麗莉等24位教師 | 4小時每周 | 39937 |
第9次開課 | 2018年02月26日~2018年07月15日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、侯俊英 | 3—5小時每周 | 10775 |
第10次開課 | 2018年08月19日~2018年12月31日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、王楊、侯俊英、劉旭東、馬琳、徐冰、婁久等15位教師 | 43295 | |
第11次開課 | 2019年02月25日~2019年07月30日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、宋巧紅、徐冰、單麗莉、陳鄞 | 11193 | |
第12次開課 | 2019年08月26日~ 019年12月31日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、王楊、侯俊英、李傑、徐冰、韓琦、王莘等24位教師 | 42648 | |
第13次開課 | 2020年02月10日~2020年07月20日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、宋巧紅、丁宇新、李全龍 | 25065 | |
第14次開課 | 2020年08月31日~2021年01月10日 | 戰德臣、張麗傑、聶蘭順、宋巧紅 | 待定 | |
表格內容參考資料 | ||||
課程簡介
大學計算機—計算思維導論圍繞著大學計算思維教育空間-計算之樹，進行內容的組織和講解。該課程分四個部分：
（Ⅰ ）計算與程式，主要講授計算與計算思維，符號化、計算化和自動化，計算系統與程式構造，程式構造方法：遞歸與疊代，這些是由社會/自然到計算的、最基本的抽象和自動化機制。
（Ⅱ）計算系統，主要講授程式是如何被執行的，包括記憶體環境下程式的執行和複雜環境下藉助於作業系統管理的程式的執行，以及如何編寫讓計算系統可以執行的程式。
（Ⅲ）算法思維，主要講授算法類問題求解框架-問題與數學建模、算法策略設計、數據結構和控制結構以及算法複雜性與正確性，還將以案例形式介紹由問題到環境，再到受限資源約束下的問題求解算法，以及難解性問題、計算和算法之間的關係等。
（Ⅳ）數據化與網路化思維。數據化思維即：數據獲取→數據管理→數據分析與運用；網路化思維即：機器網路→信息網路→群體互動網路→網路化社會。
課程大綱
第1講 計算機、計算與計算思維 | 第6講測驗 |
1.1 計算機是什麼？ | 實踐章節-基於Raptor的算法實踐第二部分-南京航空航天大學潘梅園副教授講授 |
1.2 為什麼要學習和怎樣學習大學計算機課程？ | P004-利用Raptor讀寫檔案 |
1.3 計算與自動計算 | P005-利用Raptor建立圖形界面 |
1.4 電子自動計算——元器件 | P003-利用Raptor建立子圖和過程 |
1.5 電子自動計算——計算機系統 | 第7講 算法-程式與計算系統之靈魂 |
1.6 計算系統之發展趨勢 | 7.1 算法與算法類問題求解概述 |
1.7 什麼是計算思維？ | 7.2 數學建模與算法策略設計-算法思想 |
1.8 大學計算思維教育空間計算之樹 | 7.3 算法思想的精確表達-算法的數據結構設計 |
第1講之導學文檔 | 7.4算法思想的精確表達-算法的控制結構設計 |
第1講之模擬練習題及習題視頻解析 | 7.5 算法的實現-程式設計 |
第1講之教學課件 | 7.6 算法分析與計算複雜性 |
【討論1-1】計算思維的價值 | 第7講之導學文檔 |
第1講測驗 | 第7講之模擬練習題 |
第2講 符號化、計算化與自動化 | 第7講之教學課件 |
2.1 符號化計算化示例-易經 | 【討論7-1】為什麼說算法是程式與計算系統的靈魂？ |
2.2 符號化計算化示例-邏輯 | [評論*]這兩道題目，哪一個代表的是計算思維呢？ |
2.3 計算0和1化示例-數值性信息 | 第7講測驗 |
2.4 計算0和1化示例-非數值性信息 | 同學作品-特別優秀成果欣賞專區 |
2.5 自動化0和1示例-電子技術實現 | 背包問題及其動態規划算法求解-HIT1150310515孫慧東 |
第2講之導學文檔 | 第8講 問題-算法與環境：排序算法研究示例 |
第2講之模擬練習題及習題視頻解析 | 8.1 為什麼要研究排序算法-結構化數據表查找問題 |
第2講之教學課件 | 8.2 為什麼要研究排序算法-非結構化數據文檔查找問題 |
【討論2-1】學完“0和1”的思維，有收穫嗎？ | 8.3 基本排序算法-內排序 |
【補充學習資料】進位制與小數點--計算機專業學生才應該深入學習的 | 8.4 受限資源約束下的算法-內排序與外排序問題 |
第2講測驗 | 8.5 基本排序算法-外排序 |
特別章節-課程解疑釋惑-哈爾濱工業大學聶蘭順副教授視頻答疑 | 8.6 PageRank網頁排序算法 |
第一講內容之視頻答疑 | 第8講之導學文檔 |
第二講內容之視頻答疑 | 第8講之模擬練習題 |
第三講內容之視頻答疑 | 第8講之教學課件 |
特別章節-OFFICE軟體套用專區-天水師範學院劉雲芳副教授講授 | 【討論8-1】排序算法是構造其他算法的基礎算法，你同意嗎？ |
套用Word軟體進行文字編排 | 第8講測驗 |
套用PowerPoint軟體進行演示文稿/幻燈膠片的製作 | 實踐章節-基於Raptor的算法實踐第三部分-南京航空航天大學潘梅園副教授講授 |
套用Excel軟體進行表格數據的處理 | P006-利用Raptor操控鍵盤和滑鼠 |
特別章節-周以真教授親自講授計算思維--視頻經微軟亞洲研究院授權 | P007-利用Raptor實現簡單動畫程式 |
周以真教授講授計算思維(注意1個帶有中英文字幕版本，1個無字幕版本) | 第9講 難解性問題求解：遺傳算法研究示例 |
第3講 程式與遞歸：組合、抽象與構造 | 9.1 可求解與難求解問題 |
3.1 計算系統與程式-程式的作用和本質 | 9.2 遺傳算法的崛起-生物學中的遺傳與進化 |
3.2 程式構造示例I-計算對象的定義-構造與計算 | 9.3 計算學科的遺傳算法 |
3.3 程式構造示例II-運算符的定義-構造與計算 | 9.4 遺傳算法為什麼可以求解NPC問題 |
3.4 程式構造示例III-條件組合式的構造與總結 | *9.5 怎樣用遺傳算法求解套用問題I-問題及其建模（選學內容--了解即可） |
3.5 遞歸的概念 | *9.6 怎樣用遺傳算法求解套用問題II-算法設計要點及解的編碼（選學內容--了解即可） |
3.6 原始遞歸函式-複合與遞歸 | *9.7 怎樣用遺傳算法求解套用問題III-策略選擇的多樣性（選學內容--了解即可） |
3.7 兩種不同的遞歸函式-遞歸與疊代 | *9.8 怎樣用遺傳算法求解套用問題IV-策略選擇的隨機性（選學內容--了解即可） |
3.8 運用遞歸與疊代 | *9.9 怎樣用遺傳算法求解套用問題V-其他方面（選學內容--了解即可） |
3.9 遞歸與疊代程式的執行 | 9.10 怎樣研究算法-遺傳算法總結 |
第3講之導學文檔 | 第9講之導學文檔 |
第3講之模擬練習題及習題視頻解析 | 第9講之模擬練習題 |
第3講之教學課件 | 第9講之教學課件 |
【討論3-1】學習“計算思維”不如學習“計算機語言”有用嗎？ | 【討論9-1】遺傳算法為什麼能求解NPC問題，關鍵點在哪裡？ |
第3講測驗 | 第9講測驗 |
第4講 馮.諾依曼計算機—機器級程式及其執行 | 第10講 怎樣管理和利用數據I |
4.1 圖靈機的思想與模型簡介 | 10.1 數據為什麼要管理-數據自有黃金屋 |
4.2 馮諾依曼計算機思想與構成 | 10.2 什麼是資料庫與資料庫系統 |
4.3 自動存取存儲器的工作原理 | 10.3 基本數據模型-關係模型I之什麼是關係 |
4.4 機器指令與機器級程式 | 10.4 基本數據模型-關係模型II關係運算之並-差-交-積 |
4.5 機器級程式的執行機制 | 10.5 基本數據模型-關係模型III關係運算之選擇-投影-連線 |
4.6 機器級程式的執行過程模擬 | 10.6 套用關係運算進行資料庫查詢 |
第4講之導學文檔 | 第10講之導學文檔 |
第4講之模擬練習題及視頻習題解析 | 第10講之模擬練習題 |
第4講之教學課件 | 第10講之教學課件 |
【討論4-1】理解機器級程式是如何被執行的有必要嗎？ | 【討論10-1】有的稱“關係”有的稱“表”，二者有什麼差異嗎？ |
第4講測驗 | 第10講測驗 |
特別章節-隴東學院教師為你講授計算機軟硬體及其套用 | 第11講 怎樣管理和利用數據II |
計算機常見外圍設備--杜俊老師主講 | 11.1 由關係模型到結構化資料庫語言SQL |
計算機軟體系統--門瑞老師主講 | 11.2 SQL-SELECT之簡單使用 |
一片假樹葉-散文編排技巧--門瑞老師主講 | 11.3 SQL-SELECT之多表聯合操作 |
數學公式編排技巧--李娜老師主講 | 11.4 SQL-SELECT之分組聚集操作 |
准考證製作-郵件合併編排技巧--門瑞老師主講 | 11.5 由資料庫到數據挖掘I-數據挖掘示例之背景與概念 |
轉動的鐘-演示文稿製作技巧--李芳芳老師主講 | 11.6 由資料庫到數據挖掘II-數據挖掘示例之計算過程 |
表格型數據處理技巧--郭俊俊老師主講 | *11.7 數據抽象與設計-怎樣抽象與抽象的層次(選學內容) |
電腦程式算法實例--呂浩音老師主講 | *11.8 數據抽象與設計-怎樣進行設計與怎樣研究理論(選學內容) |
結構化查詢語言SQL套用實例--段紅英老師主講 | 第11講之導學文檔 |
計算機信息系統安全--趙滿來老師主講 | 第11講之模擬練習題 |
第5講 現代計算機—複雜環境下程式執行 | 第11講之教學課件 |
5.1 現代計算機系統的構成 | 【討論11-1】什麼是大數據？大數據從哪些方面能改變人的觀念？ |
5.2 現代計算機的存儲體系 | 第11講測驗 |
5.3 作業系統對計算機資源的分工-合作與協同管理思想 | 第12講 怎樣連線和利用網路I |
5.4 作業系統對幾種資源的分工管理 | 12.1 為什麼要連線和利用網路 |
5.5 作業系統對資源的合作與協同管理 | 12.2 機器網路之網路通信基礎 |
5.6 計算機系統的工作過程 | 12.3 機器網路之計算機組網與連線I-區域網路與廣域網 |
5.7 現代計算機的演進 | 12.4 機器網路之計算機組網與連線II-網際網路與國際網際網路 |
第5講之導學文檔 | 12.5 TCPIP協定之概述 |
第5講之模擬練習題 | 12.6 TCPIP協定之IP層協定 |
第5講之教學課件 | 12.7 TCPIP協定之套用層協定 |
【討論5-1】複雜系統--你真的理解不了嗎？ | 12.8 TCPIP協定之其他層協定兼總結 |
第5講測驗 | 第12講之導學文檔 |
實踐章節-基於Raptor的算法實踐第一部份-南京航空航天大學潘梅園副教授講授 | 第12講之模擬練習題 |
P000-實踐章節介紹 | 第12講之教學課件 |
P001-Raptor集成環境和基本元素 | 【討論12-1】若要機器網路能夠通訊，需要解決什麼問題呢？ |
P002-Raptor數組及其套用 | 第12講測驗 |
第6講 由機器語言到高級語言---程式編寫編譯 | 第13講 怎樣連線和利用網路II |
6.1 由機器語言到高級語言 | 13.1 由機器網路到信息網路 |
6.2 高級語言程式的基本構成要素 | 13.2 標記語言-HTML |
6.3 用高級語言構造程式 | 13.3 標記語言-由HTML到XML |
6.4 計算機語言的發展 | 13.4 網際網路的創新思維 |
6.5 不同抽象層級計算機-虛擬機器 | 13.5 形形色色的網路與網路計算 |
*6.6 計算機語言與編譯器-一種抽象與自動化機制示意(選學內容--了解即可） | 13.6 網路計算的一個示例 |
*6.7 協定與編解碼器-另一種抽象-自動化機制示意(選學內容--了解即可） | 第13講之導學文檔 |
*6.8 分層次抽象-自動化機制示意-作業系統對設備的分層次管理(選學內容--了解即可） | 第13講之模擬練習題 |
第6講之導學文檔 | 第13講之教學課件 |
第6講之模擬練習題 | 【討論13-1】你知道哪些網際網路創新思維模式？ |
第6講之教學課件 | 第13講測驗 |
【討論6-1】各種高級語言是如何表達程式基本要素的？ | （註：課程大綱排版從左到右列） |
課前預備
- 預備知識
大學計算機—計算思維導論需要預備大學計算機基礎、計算機文化基礎、計算機套用基礎等專業知識。
- 學習資料
大學計算機—計算思維導論的學習資料為《大學計算機-計算思維與信息素養（第3版）》《大學計算機——計算思維導論》。
書名 | 作者 | ISBN | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|---|
《大學計算機-計算思維與信息素養（第3版）》 | 戰德臣、張麗傑 | 9787040520446 | 2019年8月12日 | 高等教育出版社 |
《大學計算機——計算思維導論》 | 戰德臣,、聶蘭順等 | 9787121207228 | 2013年7月 | 電子工業出版社 |
表格內容參考資料 | ||||
授課目標
1、了解社會/自然問題利用計算手段進行求解的基本思維模式，具有利用典型計算思維進行計算系統構造的初步能力。
2、了解高級語言/機器語言程式是如何被執行的了解複雜系統化複雜為簡單的基本思維，具有模擬不同計算環境執行程式的初步能力。
3、了解由問題、到算法、再到程式的問題求解思維模式，了解問題、算法與計算資源（環境）之間的關係，了解難解性問題求解的基本思路，具有構造算法並模擬算法執行的初步能力。
4、了解數據管理的手段（資料庫與數據挖掘），理解資料庫和大數據的社會影響，體驗基於資料庫和數據挖掘的數據運用方法。
5、了解機器網路、信息網路和網路化社會的形成機理，理解網路化的社會影響，體驗用數學方式研究網路化問題的基本思維。
課程特色
該課程摒棄了傳統課程中以講軟體套用為主（如Office，Windows等）的內容，而專注於從計算思維的角度講授計算機相關方面的知識，以期對學生創造性思維的培養有所貢獻，畢竟計算思維是大學生未來創新所必須具有的一種思維模式。考慮到不同學習者的需求，關於常用軟體套用方面的內容，該課程也邀請了不同學校的教師進行了講解，作為課程補充內容。
所獲榮譽
2003年，該課程被評為首批“國家精品課程”。
2017年，該課程獲大中華區優秀MOOC選拔賽2017“課程設計與品質”金獎、教育部線上教育獎勵基金（全通教育）優秀項目獎、中國高等教育學會“信息技術與教學深度融合創新案例”一等獎。
2018年，該課程獲教育部4個教指委聯合頒發首批十大“中國高校計算機教育MOOC 聯盟優秀課程”。
教師簡介
張麗傑，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院教授。
聶蘭順，博士，中國計算機學會會員，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院副教授。
宋巧紅，哈爾濱工業大學計算機科學與技術學院教師。
