教参07《计算机导论 第2版》课程实施教案

易建勋《计算机导论第2版》教参07：课程实施方案第1页共6页PAGE第1页共6页201x~201x年第x学期《计算机导论》课程教学实施方案计算机与通信工程学院XXX一、课程概况【课程名称】计算机导论【课程性质】专业基础课【教学对象】计算机专业、全校理工科专业【层次】四年制大本生人数：xx人【教学总学时】42学时【前修课程】无【后修课程】相关专业课程二、教学地位与作用及主要教学目的《计算机导论》是新生入校后的第一门计算机课程，也是大学本科理工科专业学生必修的专业基础课程。《计算机导论》课程的教学内容主要根据教育部对高等院校计算机专业教学的基本要求而确定，教学内容也参照了《ACM/IEEE-CSCC2013》大学本科计算机教学大纲的相关内容和要求。《计算机导论》课程的主要教学目的是全面系统地介绍计算机软件和硬件领域的基本概念，介绍计算思维的基本概念和在专业中的应用，讨论程序设计的基本概念与方法，分析常用算法的基本思想，介绍软件和硬件系统的基本工作原理。通过课程学习，使学生初步掌握程序设计能力，并且具有较强的信息安全与社会责任意识。使学生能在已有的基础上，进一步提高计算机的应用能力。课程重点掌握三个方面的应用技能：（1）计算机常用算法的编程能力；（2）关系数据库的基本使用方法；（3）常用应用软件的使用方法。通过课程学习，拓展学生的视野，为后续计算机课程学习做好必要的知识准备，使他们在今后的专业学习中能够有意识地借鉴、引入计算机科学中的一些理念、技术和方法，期望他们能在一个较高的层次上利用计算机、认识并处理计算机应用中可能出现的问题。三、课程选用教材【使用教材】易建勋，《计算机导论——计算思维与应用技术第2版》，清华大学出版社，2017年【选用依据】该教材根据教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制，《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》的相应教学大纲编写。根据专业规范对计算机导论课程教学的目标与定位、组成与分工，以及计算机导论教学的基本要求和计算机导论知识的结构，教材主要内容包括：计算工具和技术特征，程序设计语言和软件开发，计算思维和人工智能，算法基础和数据结构，信息编码和逻辑运算，硬件结构和操作系统，网络通信和信息安全，应用技术和学科特征。本书内容丰富、层次清晰、图文并茂、通俗易懂，从新的视角提出了大学计算机专业入门教学的要求并进行了教学设计。本书侧重知识性、基本原理和方法的介绍，而对操作性的内容采用案例的方式，以便于在教学中达到理论与实践的紧密结合。【参考教材】沙行勉，《计算机科学导论——以Python为舟第2版》，清华大学出版社，2017董荣胜，《计算机科学导论——思想与方法第2版》，高等教育出版社，2013四、教学手段和方法1、本课程以计算机投影教学为主，配以适量的理论课堂教学，并以上机实验课来培养学生的动手能力。其中投影和理论教学为2/3，实验课为1/4（不含课外上机）。在讲授过程中，考虑到该课程注重动手、注重应用的特点，遵循深入浅出的原则，结合教材及教学大纲制作合适课堂教学的CAI课件，以灵活生动的方式讲述计算机导论课程的全部内容。对概念、原理的解释和描述尽可能地以日常生活所接触到的实际例子和图示加以对比说明，引导学生建立概念之间、原理之间以及应用之间的联系。在上机过程中，以任务驱动方式要求学生完成上机作业；及时找出学生上机时遇到的问题，并归纳总结，提高学生调试程序的能力。2、网络辅助教学：为了加强教学效果，在课堂讲授的同时，我们还构建了网上教学互动平台。五、教学特点1、课程特点：特点是内容多、概念多、实践性强、应用面广。2、教学特点：由于学生入校时的计算机知识水平存在较大差异，教学时宜采用“自主学习”、“精讲多练”、“详细讲授”等多种多样的教学形式。六、各章节教学重点与难点【各章节教学重点与难点】说明：以下教学重点内容用★表示，难点内容用☆表示。第1章：计算工具和技术特征（1）计算机的发展历史早期的计算工具；中世纪的计算机；现代计算机发展；微型计算机发展（2）计算机的类型计算机的类型与特点★；大型计算机；微型计算机；嵌入式计算机（3）计算机的特征计算机技术的基本特征★；软件特征与类型；计算机人机界面；计算机技术指标★（4）计算机新技术物联网技术发展；云计算技术发展；大数据技术发展★；计算社会学发展；志愿者计算项目教学要求：本章简要介绍计算机的发展历史，计算机系统的基本特征，使学生对计算机的发展历程有一个基本的了解。通过对一些典型机型、事件、人物的介绍，使学生在能力提高、素质培养、积极创业等方面得到启示，激发从事计算机事业的兴趣。教学环节组织：主要通过课堂教学和课后阅读参考文献及网络浏览。第2章：程序设计语言和软件开发（1）程序设计语言的发展与演化程序设计语言的类型；入门编程语言发展和特征；编程环境与编程平台★；程序的解释执行与编译过程★☆。（2）程序的基本结构C语言程序的基本结构★；数据类型；关键字；表达式；程序控制结构★。（3）程序设计语言介绍面向对象的编程语言Java；动态程序设计语言Python★；数据统计编程语言R；逻辑推理编程语言Prolog；并行编程接口规范MPI★☆。（4）软件开发方法编程语言的评估；软件工程的特征★；程序设计基本方法★；软件测试方法；软件开发模型。教学要求：程序设计是计算机专业学生必备的基本能力之一，提高程序设计能力主要涉及到3个方面的知识：一是语言知识，至少熟悉一种编程语言的语法格式，能够根据算法思路熟练的编写出程序；二是数据结构知识，能够为要解决的目标问题设计出高效的数据逻辑结构和存储结构，保证算法和程序的效率；三是编译知识，深入理解高级语言程序的执行过程，有助于编写出高质量的中大规模程序。通过学习，学生应当了解常用程序设计语言的特征，理解程序设计的基本方法，并行编程的基本思路，软件工程的基本概念。教学环节组织：主要通过课堂讲授和上机实验。第3章：计算思维和人工智能（1）计算思维计算思维的定义和基本特征；数学思维的基本概念和分析★；工程思维的概念和分析★；计算机解题方法★；数学模型的构建。（2）数学建模案例囚徒困境：博弈策略建模；机器翻译：统计语言建模；平均收入：安全计算建模；网页搜索：布尔检索建模；生命游戏：细胞自动机建模。（3）常用解题方法枚举法；分治法★；贪心法★☆；动态规划；筛法求素数；随机化算法★☆。（4）图灵机与人工智能图灵机的结构与原理★☆；不完备性与可计算性★☆；停机问题与NP问题☆；图灵测试与人工智能★；人工智能研究与应用教学要求：科学方法论对研究与认识客观世界是非常重要的，就哲学方法论而言，学科方法论是认知学科的方法和工具，有助于人们对学科认识的逻辑化、程序化、理性化和具体化。通过学习，了解计算思维的基本概念，掌握计算思维分析问题的方法，掌握各种数学建模的方法和技巧，了解常用解题的算法思想，了解图灵机的重要意义，了解计算的复杂性，理解人工智能的基本研究方法，了解人工智能的发展前景。教学环节组织：主要通过课堂讲授和上机实验。第4章：算法基础和数据结构（1）算法的特征算法的定义；算法的表示；算法的评估；算法复杂度★☆。（2）递归与迭代递归算法思想★☆；迭代算法思想；递归与迭代的区别；递归与迭代的应用。（3）排序与查找冒泡排序；插入排序；快速排序★☆；二分查找★；索引查找。（4）数据结构基本概念；线性结构；树形结构★☆；图形结构；文件结构。教学要求：了解算法复杂度的评估方法，掌握递归算法的设计思想，掌握迭代算法的设计思想，理解快速排序的算法思想，理解二分查找的算法思想，理解数据结构的基本概念，掌握二叉树的基本特征，掌握广度搜索的算法思想，理解文件的数据结构。教学环节组织：主要通过课堂讲授和上机实验。第5章：信息编码和逻辑运算（1）数值信息编码二进制编码特征；不同数制的转换；二进制整数编码；二进制小数编码；二进制补码运算★☆。（2）非数值信息编码英文字符编码；中文字符编码；统一字符编码★；声音的数字化；图像的数字化。（3）压缩与纠错编码信息量的度量；无损压缩编码★☆；有损压缩技术★；信号纠错编码★☆。（4）逻辑运算与应用基本逻辑运算；命题逻辑演算；谓词逻辑演算；逻辑运算应用。教学要求：理解计算机中数制的基本概念，掌握常用数制的转换方法，理解补码的编码方法，理解浮点数的编码方法，理解统一字符编码的基本方法，理解数据压缩的常用算法思想，理解常用纠错编码的方法，理解逻辑运算的基本概念和方法。教学环节组织：主要通过课堂教学和课后阅读参考文献及网络浏览。第6章：硬件结构和操作系统（1）计算机系统结构冯•诺依曼结构★；计算机集群结构★☆；集群分布式计算Hadoop；网格分布式计算BOINC；新型计算机研究。（2）计算机工作原理层次模型；数据存储★；数据传输★☆；数据运算★；指令系统。（3）计算机硬件系统主机结构；CPU部件★☆；主板部件★；存储设备★；集成电路。（4）计算机操作系统操作系统类型；微机操作系统Windows★；网络操作系统Linux；手机操作系统Android；操作系统功能；程序执行过程★；系统引导过程★教学要求：理解和掌握冯·诺依曼体系结构及工作原理，了解计算机硬件系统的组成，主要系统单元、CPU、内存、外存、总线等。加深学生对计算机的基本组成和工作原理的理解。了解操作系统的形成和发展，理解操作系统的概念、特征及基本功能，掌握常见操作系统的结构和特点，理解Windows系统下程序的运行过程，理解系统引导过程。教学环节组织：主要通过课堂讲授以及课后学生和老师之间、学生相互之间的讨论交流。第7章：网络通信和信息安全（1）网络原理网络基本类型；网络通信协议；网络体系结构★；网络通信技术；无线网络技术。（2）网络服务服务模型★；网络地址；域名系统；因特网服务；HTML语言。（3）安全防护安全问题；黑客攻击；安全体系★☆；隔离技术★；防火墙技术。（4）信息加密加密原理★；RSA加密★☆；密码破解★☆；数字认证；安全计算。教学要求：掌握计算机网络的背景知识、基本概念和基本理论；理解网络协议和体系结构的概念；理解Internet的特点和主要应用；掌握IP地址和域名的概念及相互关系；理解网络安全、计算机病毒以及数据加密/解密的有关知识。教学环节组织：主要通过课堂讲授以及课后学生和老师之间、学生相互之间的讨论交流。第8章：应用技术和学科特征（1）数据库技术应用数据库的组成★；数据库的操作★；SQL语言特征；NoSQL数据库★☆；嵌入式数据库SQLite。（2）图形处理技术三维图形技术；动画工作原理；数字图像处理★☆；信息的可视化★。（3）常用应用软件常用办公软件Office；图像处理软件Photoshop★；网站设计软件Dreamwaver；系统仿真软件MATLAB★☆。（4）学科特征和职业规范学科基本特征；学科经典问题★☆；知识产权保护；社会职业规范★；职业卫生健康。教学要求：掌握数据库技术的基本概念；理解常用数据库开发平台和特点；了解计算机图形学的基本技术；使学生熟悉和掌握计算学科的基本目的和基本方法，更好地掌握计算机科学的本质和方法论，既有利于大学阶段的学习，也有利于日后的科学研究和技术开发工作。教学环节组织：主要通过课堂讲授以及课后学生和老师之间、学生相互之间的讨论交流。【难点及解决办法】在教学方法上我们采用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式及采用多媒体教学中计算机的演示等方式，讲授课程的重点和难点。对于计算机操作系统中抽象的概念，采用动画技术，制作动画，形象的描述计算机工作的流程图，帮助学生理解课程重点及难点内容。课下我们将《计算机导论》课件在网上共享、开通网络答疑、课外定期辅导答疑等多种形式相结合的方法，使学生掌握大学计算机基础的重点内容，突破难点。学生可以利用课余时间浏览教材及多媒体课件内容，可以复习巩固所学的知识，加深对重点和难点的理解及掌握。七、教学进度该课程教学总学时为42学时（含实验10学时），3学分。教学安排按照一学期14周进行，平均每周3学时。其中实验共安排5次，每次2学时，共10学时，具体学时分配如表1所示。表1：《计算机导论》课程教学学时分配序号教学内容学时分配合计讲课实验上机设计习题课外阅读1计算工具和技术特征442程序语言和软件开发6423计算思维和人工智能6424算法基础和数据结构8445信息编码和逻辑运算446硬件结构和操作系统6427网络通信和信息安全64