大學計算思維-第一章第一頁，共57頁。個人簡介王昆明電話：曲阜師范大學理學學士山東大學工學碩士2001年至今臨沂大學信息科學與工程學院第二頁，共57頁。第三頁，共57頁。課程簡介該課程是面對大一新生文科類本科開設的通識必修課，主要內容分四大模塊：計算思維、互聯網思維、計算機網絡與信息檢索、計算機應用技術，根據不同學院不同專業講解的側重點不同。

本課程呼應“互聯網+”時代的要求，推行以提升“網絡素養與計算思維”為目標的課程改革，提高學生應用計算機解決實際問題和動手操作能力，培養學生應用計算工具和計算思維分析處理專業領域實際問題的能力。本課程后續課程為與計算機相關的各專業課程。第四頁，共57頁。課程內容第五頁，共57頁。考試考核成績構成：1、考勤（電子點名）2、作業作品成績（三個部分）3、期末測試成績4、MOOC成績

①線上觀看視頻成績

②翻轉討論成績

③小測驗成績

④期末測驗成績

第六頁，共57頁。什么是MOOC過去：陳舊的課堂內容，枯燥的課堂教學MOOC:教與學的交流環境，建立自學、互學、群學的環境。形式：MOOC+SPOC+翻轉課堂MOOC（massiveopenonlinecourses）大型開放式網絡課程SPOC（SmallPrivateOnlineCourse小規模限制性在線課程）翻轉課堂，小班討論，答疑。

第七頁，共57頁。混合式教學1、愛課程，中國大學MOOC平臺2、臨沂大學課程中心3、藍墨云班課

第八頁，共57頁。戰德臣戰德臣，男，漢族，1965年生。博士，教授,基礎教學帶頭人，博士生導師；哈爾濱工業大學計算機學院企業與服務智能計算研究中心主任,哈爾濱工業大學軟件學院服務科學與工程系系主任。第九頁，共57頁。愛課程注冊方法注冊方法：第１步：愛課程注冊，要求統一用QQ郵箱注冊,昵稱：學生姓名第２步：中國大學MOOC課程平臺，第３步：使用愛課程帳號登錄第4步：點圖像后面的下拉箭頭，選擇設置，檢查昵稱是否正確。正確格式為：wkm20171234某某。正確設置真實姓名單擊頁面最下方的保存按鈕。

第十頁，共57頁。教學資源中國大學MOOC1、大學計算機—計算思維導論哈工大戰德臣2、Python語言程序設計北京理工大學嵩天

第十一頁，共57頁。Mooc內容1.計算機是什么2.為什么要學習和怎么樣學習計算思維課程3.計算與自動計算4.電子自動計算-元器件第十二頁，共57頁。[教學目的和要求]了解計算與計算機的歷史沿革、初步理解計算思維是什么，了解各學科和計算的滲透，為后續課程的學習奠定基礎。[教學重點、難點]

計算與學科滲透；計算思維。第一章計算與計算思維13第十三頁，共57頁。1.1計算工具的發展歷史1.2計算機的發展歷史及趨勢1.3計算思維1.4計算機學科與其它各學科的滲透第一章計算與計算思維14第十四頁，共57頁。計算：一般涉及數據和計算規則手動計算和自動計算的特點：前者規則復雜；計算量小；后者規則簡單；計算量大；例：一元二次方程的求解手動計算：利用公式x=（-b±（b2-4ac）1/2）/2a自動計算：從-n,n,產生的每一個整數值代入，如果方程成立，就是解，規則簡單。計算15第十五頁，共57頁。自動計算需要解決的問題：“數據”的表示；“計算規則”的表示；數據和規則的存儲；規則的自動執行。計算16第十六頁，共57頁。手動式計算計算工具數據計算規則算籌竹子或木頭等不同的擺法算盤珠子口訣納皮爾算籌刻類似乘法表的數字排好木棍順序，僅做簡單的加法就可以計算乘積計算尺兩根可相互滑動的有刻度的直尺可做加減乘方三角函數等運算特點：通過人的大腦和手完成，人工執行計算規則。17第十七頁，共57頁。結繩、算籌第十八頁，共57頁。算盤第十九頁，共57頁。計算尺第二十頁，共57頁。機械式計算計算工具數據存儲計算規則自動執行功能特點帕斯卡計算機齒輪表示十進制的數字齒輪比及其嚙合“進位”８位數的加減法運算計算規則不可變化編織機紙帶小孔穿孔紙帶存儲編織程序自動提花編織提高編織的效率差分機堆棧、運算器、控制器差分方法可進行函數計算計算規則可變化特點：可實現數據的表示與存儲，計算規則可自動執行，可實現簡單計算和特定形式的復雜計算21第二十一頁，共57頁。機械計算機、帕斯卡加法器、乘法器第二十二頁，共57頁。雅各織布機、差分機、分析機第二十三頁，共57頁。計算工具的發展歷史手動式計算結繩、算盤、算籌、計算尺機械式計算帕斯卡加法器、乘法器、四則運算器、雅各織布機、差分機、分析機等現代計算機ENIAC計算機、馮諾依曼機等手動計算自動計算24第二十四頁，共57頁。巴貝奇的差分機與分析機差分機又稱差分引擎（DifferenceEngine），是巴貝奇畢生的研究所在。和你想象的可能有些不同，這其實并不是一臺一般意義上的「計算器」--當時可以做簡單的加減乘除的機械裝置已經存在，而巴貝奇的機器也沒打算和他們搶工作。準確的說，巴貝奇的機器是一臺「多項式求值機」，只要將欲求值的一元多次方程式輸入到機器里，機器每運轉一輪，就能產生出一個值來。假設我們以F(x)=x2+4做為例子好了，差分引擎吐出來的結果，就會是F(1)=5，F(2)=8，F(3)=13，F(4)=20...etc.直到系統停止為止。機器運作最重要的基礎，在于其實要求值，完全只需要用到加減法而已喔！第二十五頁，共57頁。巴貝奇的差分機與分析機在1834年他設計出了一臺更加野心勃勃的機器，稱為分析機引擎（AnalyticalEngine）。列出它的功能可以讓人眼睛都突出來：首先，它的機械結構被分成了「計算單元」和「儲存單元」兩個部份，其中計算單元不僅內建四則運算，而且還可以「存」四組不同的運算方程式，用穿孔卡片（PunchCard）加載到機器里。這臺機器在設計上甚至有能力進行條件分支（if）、循環、平行處理等程序邏輯，只是巴貝奇的年代自然還沒有這些名詞的出現。最后的結果還可以選擇印刷、打卡、繪圖等多種輸出方式，從某些方面來說，它計算、儲存、I/O三項分離的設計，和今日的計算機并無二致，只是最后分析機引擎只停留在了紙上，從沒做成實機過。第二十六頁，共57頁。二進制二進制是計算技術中廣泛采用的一種數制。二進制數據是用0和1兩個數碼來表示的數。它的基數為2，進位規則是“逢二進一”，借位規則是“借一當二”，由18世紀德國數理哲學大師萊布尼茲發現。當前的計算機系統使用的基本上是二進制系統，數據在計算機中主要是以補碼的形式存儲的。計算機中的二進制則是一個非常微小的開關，用“開”來表示1，“關”來表示0。第二十七頁，共57頁。二進制20世紀被稱作第三次科技革命的重要標志之一的計算機的發明與應用，因為數字計算機只能識別和處理由‘0’.‘1’符號串組成的代碼。其運算模式正是二進制。19世紀愛爾蘭邏輯學家喬治布爾對邏輯命題的思考過程轉化為對符號"0''.''1''的某種代數演算，二進制是逢2進位的進位制。0、1是基本算符。因為它只使用0、1兩個數字符號，非常簡單方便，易于用電子方式實現。第二十八頁，共57頁。圖靈機圖靈構造出一臺假想的機器，該機器由以下幾個部分組成：一條無限長的紙帶。紙帶被劃分為一個接一個的小格子，每個格子上包含一個來自有限字母表的符號，字母表中有一個特殊的符號表示空白。紙帶上的格子從左到右依此被編號為0,1,2,...，紙帶的右端可以無限伸展。一個讀寫頭。該讀寫頭可以在紙帶上左右移動，它能讀出當前所指的格子上的符號，并能改變當前格子上的符號。第二十九頁，共57頁。圖靈機一個狀態寄存器。它用來保存圖靈機當前所處的狀態。圖靈機的所有可能狀態的數目是有限的，并且有一個特殊的狀態，稱為停機狀態。一套控制規則。它根據當前機器所處的狀態以及當前讀寫頭所指的格子上的符號來確定讀寫頭下一步的動作，并改變狀態寄存器的值，令機器進入一個新的狀態。這個機器的每一部分都是有限的，但它有一個潛在的無限長的紙帶，因此這種機器只是一個理想的設備。圖靈認為這樣的一臺機器就能模擬人類所能進行的任何計算過程第三十頁，共57頁。圖靈機圖靈機模型圖靈機（樂高）第三十一頁，共57頁。世界上第一臺真正意義上的電子計算機是1946年2月在美國賓夕法尼亞大學誕生的，它的名字叫ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）。ENIAC是世界是第一臺開始設計并投入運行的電子計算機，但它還不具備現代計算機的主要原理特征—存儲程序和程序控制。

世界上第一臺按存儲程序功能設計的計算機叫EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，簡稱EDVAC），它是由曾擔任ENIAC小組顧問的著名美籍匈牙利數學家馮?諾依曼博士領導設計的。EDVAC于1946年開始設計，于1950年研制成功。算機發展至今，整個四代計算機統稱為“馮氏計算機”，世人也稱馮?諾依曼為“計算機鼻祖”。1．電子計算機的誕生第三十二頁，共57頁。圖1-1ENIAC第三十三頁，共57頁。電子管：可存儲和控制二進制數－第一臺計算機ENIAC缺點：體積大，可靠性低，功耗大；晶體管：體積小、重量輕、耗電省，壽命長缺點：各個元件需要電線連接，使可靠性降低。集成電路：將大量的晶體管和電子線路組合在一塊硅片上，提高了可靠性。大規模集成電路：隨著制造工藝、光刻技術、微刻技術等的發展，使集成電路所集成的電子元件的數量越來越大。計算機硬件－電子元器件的發展34第三十四頁，共57頁。未來計算機為新一代計算機，是對第四代計算機以后的各種未來型計算機的總稱。新一代計算機，將向智能化方向發展。如：

①光計算機。

②量子計算機。

③納米計算機。

④生物計算機。

⑤DNA計算機。

在未來社會中，計算機、網絡、通信技術將會三位一體化。新世紀的計算機將把人從重復、枯燥的信息處理中解脫出來，從而改變人類的工作、生活和學習方式，給人類和社會拓展了更大的生存和發展空間。未來計算機第三十五頁，共57頁。1．計算機的特點

計算機是一種高度自動化的信息處理設備。作為一種計算工具或信息處理設備，計算機具有許多特點。

（1）運算速度快。

（2）計算精度高。

（3）記憶能力強。

（4）可靠的邏輯判斷能力。

（5）可靠性高，通用性強。1.1.2計算機的特點和分類第三十六頁，共57頁。2．計算機的分類

（1）按處理的數據的表示分為數字計算機、模擬計算機和混合計算機。

（2）按計算機用途為通用計算機和專用計算機。

（3）按計算機規模劃分

計算機規模用計算機的一些主要技術指標來衡量，如字長、運算速度、存儲容量、輸入輸出能力、價格高低等。

①巨型機

②大型機

③小型機

④工作站

⑤微型機第三十七頁，共57頁。1．主頻

2．內存容量

3．字長

4．存儲周期

把信息代碼存入存儲器，稱為“寫”，把信息代碼從存儲器中取出，稱為“讀”。存儲器進行一次“讀”或“寫”操作所需的時間稱為存儲器的訪問時間（或讀寫時間）。連續啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操作（如連續的兩次“讀”操作）所需的最短時間，稱為存取周期（或存儲周期）。

5．運算速度

運算速度是一項綜合性的性能指標，其單位是MIPS（百萬條指令/秒）。1.1.3計算機的性能指標第三十八頁，共57頁。1．科學計算

2.信息管理

3.過程控制

4.計算機輔助系統

使計算機輔助人們進行設計、加工、計劃和學習等工作。

計算機輔助設計（CAD），算機輔助制造（CAM），

計算機輔助教育（CBE）包括計算機輔助教學（CAI）和計算機輔助教育管理（CMI）。

另外，還有計算機輔助測試（CAT）和計算機集成制造系統（CIMS）。

5.計算機網絡與通信1.1.4計算機的應用領域第三十九頁，共57頁。計算機技術是世界上發展最快的科學技術之一，產品不斷升級換代。未來的計算機將向“巨”（巨型化）、“微”（微型化）、“網”（網絡化）、“智”（智能化）的方向發展。

1.巨型化

2.微型化

3.網絡化

4.智能化1.1.5計算機的發展趨勢第四十頁，共57頁。計算機的發展歷史計算機（可實現自動、復雜計算）41第四十一頁，共57頁。計算思維的引入計算機的產生，使得存儲和處理大規模的數據成為了可能42第四十二頁，共57頁。計算思維是運用計算機科學的基礎概念，進行問題求解、系統設計、理解人類行為等一系列思維活動的統稱。－周以真計算思維的概念舉例：當女兒早晨去學校時，她把當天需要的東西放進背包，這就是預置和緩存；當你兒子弄丟他的手套時，你建議他沿走過的路尋找，這就是回推；在什么時候停止租用滑雪板而為自己買一付呢？這就是在線算法；在超市付帳時，你應當去排哪個隊呢?這就是多服務器系統的性能模型；為什么停電時你的電話仍然可用？這就是失敗的無關性和設計的冗余性。43第四十三頁，共57頁。學習計算思維的必要性計算思維是每個人的基本技能，不僅僅屬于計算機科學家。每個人在培養解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術，還要學會計算思維。計算思維將滲透到每個人的生活之中。計算機科學的教授應當為大學新生開一門稱為“計算思維”的課程，面向所有專業，而不僅僅是計算機科學專業的學生。應當使學生接觸計算的方法和模型，激發公眾對計算機領域科學探索的興趣。應當傳播計算機科學的快樂、崇高和力量，致力于使計算思維成為常識。事實已經證明了計算思維在其他學科中的影響。例如，機器學習已經改變了統計學。就數學尺度和維數而言，統計學習用于各類問題的規模僅在幾年前還是不可想象的，各種組織的統計部門都聘請了計算機科學家。計算機學院正在與已有或新開設的統計學系聯姻。44第四十四頁，共57頁。支持各學科研究創新的新型計算手段Gap計算思維/計算能力計算機及其通用計算手段的應用當前的非計算機專業計算機關注點應用計算手段進行各學科研究和創新非計算機專業學生的未來計算能力知識/技能計算思維的學習和訓練1998年諾貝爾化學獎獎勵給一個計算手段的研究者--JohnPople化學學科工作者利用計算手段進行學科的科學研究各學科人才的計算思維/計算能力需求為什么要學習和怎樣學習大學計算機課程?(1)各學科人才需要計算思維，以便形成復合型的創造性思維第四十五頁，共57頁。“看山是山，看水是水”“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”“看山不是山，看水不是水”“衣帶漸寬終不悔，為伊銷得人憔悴”“看山還是山，看水還是水”“眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”From王國維“人間詞話”關于“境界”的闡述貫通，看得遠，才能認識準確浮想聯翩，由此及彼，才能發現不斷訓練，不斷理解，才能找出本質，才能創新聯想與貫通訓練與實踐概念與知識“計算機”的思維:

計算機是如何工作的?計算機的功能是如何越來越強大的?利用計算機的思維:現實世界的各種事物如何利用計算機來進行控制和處理?

計算思維(ComputationalThinking)是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類行為，其本質是抽象和自動化----from周以真。計算思維為什么要學習和怎樣學習大學計算機課程?(2)站得高，才能看得遠；看得遠，才能看得真思維是創新的源頭，技術與知識是創新的支撐第四十六頁，共57頁。大學計算機課程，能否學好取決于以下要素?你是否有信念和信心?---信念和信心將決定你能否學好！你是否堅持?是否保持興趣?---堅持聽課，堅持訓練，“鐵杵磨針”，就能學得好！---只要聽課，就能有收獲，就會有想法，就會有興趣!

你是否主動思考主動探索?---思維的建立是不斷思考的結果，對任何持疑的內容可通過互聯網進一步探索和學習，或者及時與教師溝通獲得提高！記住：計算思維的學習，不僅僅是會不會用計算機的問題，而是會不會利用計算思維來解決身邊的或社會/自然問題的問題為什么要學習和怎樣學習大學計算機課程?(3)只要堅持，就能學好大學計算思維課程第四十七頁，共57頁。你一定能學好大學計算機-計算思維導論因為在美國，計算思維已被普及到中小學生，他們都能學會，…

因為計算思維的學習不需要太多的數學基礎，它不是數學思維，盡管數學思維對其有很大的影響不要受各自專業認知的影響和干擾，這些觀點“我學了文科專業，就學不好計算思維”，“我學了文科專業就不需要計算思維”是要不得的！為什么要學習和怎樣學習大學計算機課程?(4)你一定能學好大學計算思維你行的，你一定行！你懂的，你會懂的！第四十八頁，共57頁。計算思維的基本內容第二章信息的符號化和自動化第三章計算機基本工作原理第四章現代計算環境第六章算法設計模塊三、互聯網思維模塊二、Python語言程序設計模塊二、Python語言程序設計49第四十九頁，共57頁。計算與各學科滲透50第五十頁，共57頁。總結51第五十一頁，共57頁。馬云（阿里巴巴集團創始人）馬云，男，1964年9月10日生于浙江省杭州市，阿里巴巴集團主要創始人，現擔任阿里巴巴集團董事局主席、日本軟銀董事、大自然保護協會中國理事會主席兼全球董事會成員、華誼兄弟董事、生命科學突破獎基金會董事。1988年畢業于杭州師范學院外語系，同年擔任杭州電子工業學院英文及國際貿易教師，1995年創辦中國第一家互聯網商業信息發布網站“中國黃頁”，1998年出任中國國際電子商務中心國富通信息技術發展有限公司總經理，1999年創辦阿里巴巴，并擔任阿里集團CEO、董事局主席。第五十二頁，共57頁。俞敏洪俞敏洪，1962年10