《计算机科学导论》大纲

计算机科学导论(Introduction to Computer Science)课程教学大纲一、课程编号：二、课程类型：必修课课程学时：80学时/5学分，其中理论56学时，实验24学时适用专业：计算机科学类先修课程：无三、课程的性质与任务计算机科学导论是计算机专业全程教学内容的导引课程，计算机科学导论课程构建的实质是寻求一种统一的思想来认知计算学科，并对计算学科进行系统化和科学化的描述，该课程主要介绍计算机科学的基本内容和重要应用。计算机科学导论是计算机科学与技术专业学生的第一门与所学专业有关的入门课程，介绍了中国计算机科学与技术学科教程2002中有关计算机系统、程序设计语言、软件工程等专业知识的知识点以及与信息技术有关的社会人文等知识，力求使学生对所学专业有比较深入的了解，树立专业学习的责任感和自豪感。与此同时，使读者对后续课程的学习有一个概括的了解，为今后的学习打下良好的基础。为了达到上述目的，本课程在内容和形式上都力求实现以下理念：(1) 以国际国内教学研究成果为指导，涵盖CCC2002中对“计算机导论”所要求的知识点并注意反映近期信息技术发展的新成就。(2) 除了知识的介绍外，对学科的研究范畴及学习方法也作了介绍，力求在大学学习的开始阶段就培养学生对计算机科学技术的学习和研究兴趣。(3) 体现“以学生为主体”的教育思想，强调学生自己的活动和体会，让学生学会主动获取知识（特别是从网络上获取知识）的能力。(4) 体现对学生有关人文方面的要求，介绍了社会对IT技术人员的要求，对学生的择业和就业进行初步指导。(5) 每个章节中都有在计算机科学与技术领域作出重大贡献的图灵奖获得者或有关IT知识的介绍，力图用领域中大师的辉煌成果激励学生并使他们了解学科发展的历史，培养学生广阔的视野。四、教学主要内容与学时分配（一）概 述（4学时）1. 计算的起源2. 计算的起源3. 计算机的应用领域和发展趋势4. 计算学科5. 计算机科学与技术学科的知识体系6. 计算机科学与技术学科的教育7. 社会信息化的挑战8. 计算机产业（二）计算机体系结构与组织（6学时）1. 数值数据2. 非数值数据3. 数据的机器编码4. 数字逻辑与数字系统5. 微型计算机系统的组成6. 存储系统的结构7. 输入输出系统8. 多核技术9. 高性能计算机10.并行计算机11.分布式系统（三）程序设计语言（4学时）1. 程序设计语言概述2. 声明和类型3. 类型系统4. 编译原理5. 程序设计语言的设计（四）程序设计基础（2学时）1. 程序设计基础2. 程序设计方法3. 基本数据结构4. 事件驱动程序设计（五）算法与复杂性（4学时）1. 算法分析基础2. 常用算法介绍3. 算法描述工具4. 算法的评价5. 算法设计策略6. 分布式算法7. 可计算性理论基础8. NP问题9. 自动机理论10.加密算法11.几何算法12.并行算法（六）信息管理（4学时）1. 模型与信息系统2. 数据库系统概述3. 关系数据库4. 数据库查询语言SQL5. 关系数据库设计6. 数据库管理7. 常用数据库管理系统8. 数据库新发展（七）软件工程（4学时）1. 软件工程概述2. 软件开发模型3. 软件开发方法4. 软件质量评价和保证5. 质量度量模型6. 软件复杂性7. 软件项目管理8. 软件可靠性9. 软件评审10.容错软件技术11.软件工程环境（八）操作系统（4学时）1. 操作系统概念2. 操作系统的发展3. 操作系统原理4. 操作系统的分类5. 操作系统的功能6. 操作系统的体系结构7. 并发性8. 调度与分派9. 安全与保护10.文件系统11.容错12.系统性能评价13.主流操作系统简介14.操作系统的新发展（九）网络计算（4学时）1. 通信与组网2. 计算机网络3. Internet和TCP/IP协议4. 网络管理5. 移动通信与无线上网6. 网络安全机制7. 网格计算（十）图形学和可视化（2学时）1. 图形学基本概念2. 图形系统3. 可视化4. 图形用户界面5. 图像通信6. 几何建模7. 计算机动画8. 虚拟现实（十一）人机交互（2学时）1. 人机交互2. 多媒体技术（十二）离散结构（2学时）1. 离散结构的研究对象及主要内容2. 数理逻辑3. 集合论4. 代数结构5. 图论6. 离散概率（十三）数值计算科学（2学时）1. 高性能计算2. 数值分析3. 运筹学4. 数学建模与计算机模拟（十四）智能系统（2学时）1. 人工智能系统2. 知识表示及推理3. 搜索技术4. 自然语言处理5. 智能计算6. 机器学习（十五）社会和职业问题（2学时）1. 计算的社会背景2. 计算机与道德3. 基于计算机系统的风险与责任4. 知识产权5. 隐私与公民自由6. 计算机犯罪7. 团队合作8. 哲学框架（十六）讲座（4）请专家、教授进行专题讲解。（十七）习题讲解（2学时）（十八）复习（2学时）（十九）实验（24学时）五、教学基本要求本课程教学的基本要求分三个层次：1掌握：属于较高的要求。对内容的掌握应该比较透彻明了，并能熟练地用来分析、计算或上机操作相关问题。2理解：属于一般要求，要求深入的理解相关内容，并能思考、分析和计算一般问题。3了解：属于较低要求，了解内容所涉及问题的现象、结构。六、课程内容的重点和深广度的要求1. 了解计算的起源、计算机的产生和发展阶段、中国计算机的发展历程、计算机的应用领域和发展趋势、计算学科的基本知识、计算机科学与技术学科的教育、信息化社会的挑战和计算机产业的发展。掌握计算机的概念、计算机科学与技术学科的知识体系。2. 了解数据的机器编码、微型计算机系统的组成、存储系统的组织结构、基本的输入/输出系统、计算机系统的分类、多核技术、高性能计算机、并行计算机、网络计算机、分布式系统。掌握数值数据的表示和计算、非数值数据的编码、数字逻辑与数字系统。3. 了解计算机程序设计语言、编译原理的基本知识。掌握程序的概念、高级语言程序设计的基本内容。4. 了解程序设计的基础知识、程序设计风格的重要性、基本的查找和排序方法。掌握结构化程序设计方法和面向对象程序设计方法的思想、几种基本的数据结构。5. 了解算法的概念和特性、算法的描述工具、评价、算法设计策略、分布式算法、可计算性理论基础、NP问题、自动机理论、加密算法、几何算法、并行算法等。掌握几种经典算法的基本思想。6. 了解信息系统概念、数据库查询语言、关系数据库设计、数据库管理、常用数据库管理系统、数据库新发展。掌握数据库系统基本概念、关系数据库概念。7. 了解软件危机、软件工程、软件生命周期的概念以及软件质量评价和保证体系、软件项目管理、软件评审、软件可靠性、软件容错及软件环境。掌握软件开发模型和软件开发方法。8. 了解操作系统的发展历史、操作系统的分类、操作系统的体系结构、常用主流操作系统、操作系统的新发展。掌握操作系统概念、操作系统的功能、操作系统的一些基本概念及组成。9. 了解数据通信的方式、传输方式、Web和浏览器、网络管理、网络安全机制、解网格计算。掌握计算机网络的体系结构、Internet和TCP/IP协议。10. 了解图形系统、图形用户界面的程序设计、虚拟现实。掌握图形学基本概念、计算机视觉和可视化。11. 了解人机交互技术基础、人机交互模型、人机系统交互界面的构架、数据交互、语音交互、图像交互、行为交互、多媒体系统的人机交互、多媒体计算机的基本特征。掌握人机界面的设计原则和步骤。12. 了解离散结构的研究对象及主要内容、代数结构、离散概率。掌握数理逻辑与简单推理、集合论基础知识、图论基本知识。13. 了解高性能计算、数值分析的特点及方法、数值运算工具Matlab、运筹学的特点及研究步骤、数学建模与计算机模拟的概念及关系、数学建模的步骤。14. 了解人工智能系统的概念、知识表示及推理、搜索技术、自然语言处理、智能计算、机器学习的基本概念。15. 了解计算的社会背景、道德分析的方法和工具、职业和道德责任、基于计算机系统的风险与责任、团队合作、知识产权、隐私与公民自由、计算机犯罪、哲学框架。七、对学生课外作业的要求l对教师的要求原则上每一章的知识点都应该让学生通过适量的习题加以巩固。课外作业可以设计为思考题、作业题等形式。思考题一般具有一定的理论深度，不一定要求提交，但鼓励学生进行深入的思考。作业题主要是教材中适用于练习某知识点的习题。学生的作业或报告必须在两周内完成批改，并在适当的时候进行讲解。2对学生的要求学生必须在指定时限内完成并提交作业。作业应独立完成，充分发挥个人的主观能动性，积极思考，杜绝抄袭。八、本课程与后续课程的关系本课程作为计算机科学与技术系本科生的一门先导基础课程。所学内容将与后继的计算机组成原理，操作系统，数据库原理，编译原理、计算机网络、软件工程、汇编语言程序设计，计算机系统结构，算法分析与设计等各门专业课程密切相关。九、对学生能力培养的要求本课程要求学生刻苦学习理论知识，初步掌握计算机科学与技术的基本理论和入门知识，对计算机学科有一个全局性的理解，让计算机专业的学生一开始就具有学科全局观，通过对本课程的学习，对所学专业的课程设置有一个较全面的了解，对今后专业课的学习做到心中有数。十、使用教材及主要参考书使用教材：瞿中，熊安萍，蒋溢计算机科学导论（第3版）北京：清华大学出版社，2010.参考书：1 (美)Behrouz A.Forouzan，(美)Firouz Mosharraf刘艺计算机科学导论(原书第2版) 北京：机械工业出版社，2009.2 Nell Dale，John Lewis张欣，胡伟计算机科学概论北京：机械工业出版社，2009.3 J.Glenn Brookshear计算机科学概论(第10版)(英文版)北京：人民邮电出版社，2009.4 黄国兴，陶树平，丁岳伟计算机导论(第2版)北京：清华大学出版社，2008.5 安志远，邓振杰计算机导论北京：高等教育出版社，2008.6 王玲，宋斌，王平立计算机科学导论北京：清华大学出版社，2008.7 邹海林，刘法胜，汤晓兵，张小峰计算机科学导论北京：科学出版社，2008.8 甘岚计算机科学技术导论北京：北京邮电大学出版社，2008.9 陈庆章，叶蕾计算机科学与技术导论北京：机械工业出版社，2008.10葛建梅，张玲玲计算机科学技术导论(第二版)北京：中国水利水电出版社，2008.11杨克昌，王岳斌计算机导论(第三版)中国水利水电出版社，2008.12. 中国计算机科学与技术学科教程2002研究组中国计算机科学与技术学科教程2002北京：清华大学出版社，2002.十一、教学方法和教学媒体