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本书是计算思维通识类课程“大学计算机”的教材，力求将蕴涵在计算机学科中的经典计算思维和信息时代人们应具备的基本计算素养结合起来进行系统、全面的介绍。本书分为四个部分：第1—3章的基本思路为由计算到计算思维，由符号化、计算化到自动化，进而讲解什么是程序、程序的构造性及程序构造的基本手段；第4—6章进一步讲解程序是如何被执行的，由机器级程序的执行讲解到复杂环境下程序的执行，进而讲解到不同层面下的程序编写，即程序设计问题；第7—9章介绍什么是算法，如何用算法进行问题求解，进一步以两类典型的算法来阐述为什么要研究算法和怎样研究算法；第10—13章的基本思路是在具有了前面的计算思维后，使学生进一步具有较为全面的信息素养。 本书可作为高等学校第一门计算机课程的教材，也可作为学习计算机知识的参考书；对计算机教育工作者、从事计算机工作的人员，也有较高参考价值。 |
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前辅文 |
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体现计算思维思想的优秀教材，讲解信息科学最本质的内涵 |
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战德臣，哈尔滨工业大学计算机学院教授，博士生导师，教学委员会主任，哈尔滨工业大学MOOC推进工作办公室主任,教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会委员，中国高校计算机教育MOOC联盟质量规范工作委员会主任、大学计算机课程工作组组长，全国高等学校教学研究中心“大学计算机”课程跨校教学教师团队主任、黑龙江省计算机学会软件工程专委会主任。他先后完成国家级课题20余项，获省部级科技进步奖7项，发表论文100余篇。自1998年以来，他一直从事大学计算机、计算思维与教育教学改革方面的研究和教学工作,主持多项省部级教改项目，中国大学MOOC 2014-2015优秀教师、宝钢教育基金优秀教师奖获奖者、IBM中国优秀教师奖教金获奖者。目前，已建设并上线6门MOOC课程，累计选修人数近50万。 |
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“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，国家精品在线开放课程配套主讲教材 |
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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。本书用通俗易懂、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思想，力求将蕴涵在计算机学科中的经典计算思维和信息时代人们应具备的基本计算素养结合起来进行系统、全面的介绍。 全书分为四个部分：第1-3章的基本思路为由计算到计算思维，由符号化、计算化到自动化，进而讲解什么是程序、程序的构造性及程序构造的基本手段；第4-6章进一步讲解程序是如何被执行的，由机器级程序的执行讲解到复杂环境下程序的执行，进而讲解到不同层面下的程序编写，即程序设计问题；第7-9章介绍什么是算法，如何用算法进行问题求解，进一步以两类典型的算法来阐述为什么要研究算法和怎样研究算法；第10-13章的基本思路是在具有了前面的计算思维后，使学生进一步具有较为全面的信息素养。 本书可作为高等学校第一门计算机课程的教材，也可作为学习计算机知识的参考书；对计算机教育工作者、从事计算机工作的人员，也有较高参考价值。 |
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前 言 国家推动面向所有大学生开设计算机文化课程（后被各学校称为计算机基础课程、大学计算机课程）已经近二十年，期间经历了若干次的演变和发展，到今天已经明确了用计算思维改造大学计算机基础课程、大学计算机课程要培养计算思维和信息素养的方针和原则。今天以计算思维和信息素养培养为主的大学计算机课程已成为和数学、外语一样的基础课程，然而大学计算机课程的很多教材却仍停留在所谓“狭义工具论”的层面、或者是停留在汇集计算机各门课程前言/绪论知识的层面，仍没有形成有特色的自成体系的大学计算机课程教材，不能满足新形势下大学计算机课程教学改革的需要。 哈尔滨工业大学在教育部教高司及相关教学指导委员会的指导下，于1998年开始对所有非计算机专业本科生开设“计算机实用基础”课程，该课程首次将多门课程的基本知识和多种软件的共性内容提炼并融入一门课程中，在此基础上编著了《计算机实用基础》教材于1999年正式出版，2001年修订后再版，2006年修订后更名为《大学计算机基础》。然而教材仍旧跟不上时代的进步，2009年哈尔滨工业大学启动了大学计算机教育的新一轮面向计算思维教育的教学改革，编著了《大学计算机》教材。尽管09版《大学计算机》教材在面向计算思维教育方面做了很多有益的探索，但依旧没有达到“有特色自成体系”这样一个目标。经过近五年的实践和再积累到今天，所形成的《大学计 算机-计算与信息素养》教材，可以说已经达到了“有特色自成体系”这样一个目标。 本书对于大学计算机公共课的基本教学内容进行了面向计算思维和信息素养培养的全新的、系统化的再组织再创造，形成了清晰的计算思维与信息素养知识脉络，形成了具有自身特色且自成体系的大学计算机课程教学内容。各章节内容既相互独立又密切联系，其中1～3章的基本思路为由计算到计算思维，由符号化、计算化到自动化，进而讲解到什么是程序，程序的构造性及程序构造的基本手段：组合、抽象与递归。4～6章的基本思路为：在前3章基础上，进一步讲解程序是如何被执行的，由机器级程序的执行讲解到复杂环境下程序的执行，进而讲解到不同层面下的程序编写—程序设计问题。7～9章的基本思路为：程序设计与计算系统的灵魂是算法，什么是算法，如何用算法进行问题求解，进一步以两类典型的算法来阐述为什么要研究算法和怎样研究算法。10～13章的基本思路是在具有了前面的计算思维后，使学生进一步具有较为全面的信息素养，包括数据化方面的素养、网络化方面的素养、信息出版方面的素养以及信息安全方面的素养。 基于前面的思路，本书内容主要分为四个部分计13章。第一部分为“计算机与计算”，包括第1章“计算机、计算与计算思维”、第2章“符号化、计算化与自动化”、第3章“程序与递归：组合、抽象与构造”。第二部分“计算系统”，包括第4章“冯·诺依曼计算机：机器级程序及其执行”、第5章“现代计算机：复杂环境下的程序执行”、第6章“由机器语言到高级语言——程序设计”。第三部分“算法思维”，包括第7章“算法：程序与计算系统的灵魂”、第8章“怎样研究算法-——排序算法研究示例”、第9章“怎样研究算法——遗传算法研究示例”。第四部分“信息素养”，包括第10章“怎样管理和利用数据”、第11章“怎样连接和利用网络”、第12章“怎样编排和出版”、第13章“信息安全”等。 本书的特点有：（1）以深入浅出、图文并茂的方式，探索性地介绍了计算机学科中经典的计算思维和基本的信息素养，目的是启发大学生的创造性思维；（2）精心优选教学内容，既有宽度性的介绍，又有深度性的讲解，目的是引导学生对计算思维从一个较浅的理解层次逐步过渡到较深入的理解层次。（3）以丰富的实用案例，包括社会/自然及生活中的案例和计算技术与计算系统的案例，促进和强化学生对计算思维的理解。（4）讲解计算的思维讲解信息的素养，而不是讲解计算机与软件的应用（即所谓工具的使用）。后者将通过相应的实验教材与实验课来解决。 本书适合于各层次大学各类专业的大学本科学生使用，建议在大学一年级开设。较高层次的大学，课堂讲授安排30学时（其中1～9章各2学时，10～11章各4学时，12～13章各2学时）即可。较高层次大学的非理工类专业以及较低层次的大学，课堂讲授安排50学时（其中1～8章各4学时（第9章内容可不讲授），10～11章各6学时，12～13章各3学时）为宜，以放慢课堂讲授的节奏增加学生训练和理解的时间。不同学校不同专业可依据具体情况在此学时区间内浮动。上机实验可独立安排，建议安排20～30学时为宜，实验课程教材将单独出版。 本书由战德臣教授提出总体框架、具体创作思路和书稿统筹，宋巧红老师负责书稿编著出版的协调与组织工作。其中战德臣教授负责第1-6章的内容创作，聂兰顺副教授负责第7-9章的内容创作，毕建东副教授负责第10章的内容创作，孙大烈副教授负责第11章的内容创作，张丽杰副教授负责第12章的内容创作，翟健宏副教授负责第13章的内容创作。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会主任委员李廉教授担任主审，并撰写了序言。北京大学李晓明教授认真阅读了本书书稿，提出了很好的建议，也为本书撰写了序言，在序言中既给予高度评价也指出了本书的不足之处，如思考题和练习题的问题，但限于作者对思维类教学学习效果的度量把握还不是很准确，本版中并未能完全克服此不足，将留待下一版完善之。哈尔滨工业大学《大学计算机》课程组的教师和哈尔滨工业大学的学生也给本书提出了许多宝贵的建议。感谢哈尔滨工业大学教务处、计算机学院及高等教育出版社对本书出版工作所给予的大力支持。在此对本书出版工作做出贡献的所有人员一并表示衷心的感谢。 本书得到了2013年国家教育部“理工类高校计算思维与计算机课程研究及教材建设”项目（教高司函[2012]188号）和2013年黑龙江省高等教育教学改革项目“面向计算思维培养的大学计算机教育教学改革研究”的支持。 “大学计算机”是一门发展中的课程，本书中的内容难免有不完善之处，敬请广大读者谅解，并诚挚地欢迎读者提出宝贵建议。
本书创作组 2013年10月30日 于哈尔滨工业大学计算机学院 |
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