《计算机导论》课程教学大纲

《计算机导论》课程教学大纲课程基本信息课程名称：计算机导论课程编号：英文名称：Introductiontocomputerscience课程类型:专业必修课开课学期：1总学时：36理论学时：36实验学时：0学分：2适用对象：计算机类一年级学生先修课程：无大纲版本：制定（修订）人：制定（修订）日期：一、课程简介《计算机导论》是计算机专业的第一门专业基础课，为该专业其他课程的学习起纲领和导引作用，是其他专业课程的基础。本课程具有综述性和导引性特点，涉及计算机与计算、计算的基础、计算平台、数据管理与计算思维、程序设计等多个单元。本课程是计算机专业的第一门专业基础课，为后续专业课程的学习起综述性、导引性作用。通过课程学习，可以使学生系统了解计算机科学基础知识，建立本学科完整的概念体系，为后续课程的学习起纲领和导引作用。引导学生将计算机解决问题的思想和方法应用到不同场景，初步培养其寻找并发现问题、分析及解决问题的能力。二、课程目标（一）课程具体目标目标1．掌握计算机的基本原理、各个主要知识点的意义和相互联系，建立本学科完整的概念体系。目标2．能够理解和评价针对计算机科学与技术问题的工程实践对环境、社会以及可持续发展的影响。目标3．能够运用计算机科学的相关知识，在计算机工程项目设计和开发过程中综合考虑多学科知识，并在团队中进行合作与沟通，完成相应任务。目标4．能及时跟踪计算机工程技术及相关行业发展状况，并就当前的热点问题发表自己的见解。目标5．能够认识坚持探索和不断学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识和能力。（二）课程目标与专业毕业要求的关系课程目标支撑的毕业要求支撑的毕业要求指标点支撑体现目标1.掌握计算机的基本原理、各个主要知识点的意义和相互联系，建立本学科完整的概念体系。毕业要求1工程知识应用能力指标点1.3具有能够将计算机领域的基础理论及专业知识应用于计算机复杂工程问题的求解中的能力。体现在使学生掌握计算机的基本原理、各个主要知识点的意义和相互联系，建立本学科完整的概念体系。目标2.能够理解和评价针对计算机科学与技术问题的工程实践对环境、社会以及可持续发展的影响。毕业要求7环境和可持续发展指标点7.1能够了解计算机科学与技术专业工程实践对环境保护和社会可持续发展的影响，具备环境保护和可持续发展的意识。体现在使学生利用检索工具阅读了解环境和可持续发展相关知识，在计算机工程实践中具有环境保护和可持续发展理念，能够理解和评价针对复杂工程问题的计算机工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并尽力将相关负面影响最小化。目标3.能够运用计算机科学的相关知识，在计算机工程项目设计和开发过程中综合考虑多学科知识，并在团队中进行合作与沟通，完成相应任务。毕业要求9个人与团队指标点9.1能够在多学科环境中进行有效沟通与合作，并能够理解团队中每个角色的含义及其对于整个团队的意义，具有团队合作精神或意识。体现在能够运用计算机科学的原理、技术和方法，结合多学科知识，针对计算机应用领域的复杂工程问题设计与开发工作进行有效沟通与交流，开展团队合作，理解并承担相应角色与任务。目标4.能及时跟踪计算机工程技术及相关行业发展状况，并就当前热点问题发表自己的见解。毕业要求10沟通与交流指标点10.2至少掌握一门外语，通过阅读本专业外文文献资料，了解计算机科学与技术专业的国际发展趋势和研究热点，能够就计算机及相关技术领域专业问题，在跨文化背景下进行基本沟通和交流。体现在掌握沟通的方法和技巧，能够就计算机应用领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令；并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。目标5.能够认识坚持探索和不断学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识和能力。毕业要求12自主学习和终身学习能力指标点12.2能够追踪本专业行业发展动态，具有不断自主学习和适应计算机科学与技术专业发展的专业知识和能力。体现在具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力，能够跟踪计算机科学与技术领域最新前沿。（三）课程对解决复杂工程问题能力的培养本课程的教学通过在理论讲授、课后作业、课程考核等环节充分贯彻培养学生解决复杂工程问题能力的理念和要求，有针对性地培养和提高学生在未来计算机应用实践中解决复杂工程问题的能力，实现本课程各项目标的达成。在课程理论知识讲授和作业环节，通过计算机与计算、计算机发展历史、计算机硬件、计算机软件、计算机网络、问题求解、操作系统、数据结构、数据库技术及计算思维等内容的讲解和实例分析，培养学生分析运用计算机复杂工程问题的能力，使学生能够运用计算机科学的相关知识，在计算机工程项目设计和开发过程中综合考虑经济、社会、法律、安全、健康、文化、环境等因素；培养学生自主学习和终身学习的意识，及时跟踪计算机工程技术及相关行业发展状况，并就当前的热点问题发表自己的见解。在课程考核及评价环节，考核方法、考核方式、考核手段及题目设计设置应覆盖课程支撑的课程目标，题目设计应充分体现对学生解决复杂工程问题能力的考查，题目的难度和深度应能够体现复杂工程问题的特征，结合学生学习过程表现，实现课程目标的达成。三、教学内容及基本要求第一单元计算机与计算（6学时）1．教学内容（1）计算的概念、本质和原理、计算机的特征（2）计算机的特征及其产生和发展历程。（3）可计算性与计算复杂性。2．基本要求（1）了解计算的概念和本质。（2）了解计算机的起源和发展。（3）了解计算的原理以及可计算性与计算复杂性。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1、目标4和目标5，使学生了解计算机科学的相关领域知识，客观评价计算机工程项目解决方案对社会、经济以及文化等的影响，能让学生开阔视野，了解计算机科学与技术的现状和发展趋势，就当前热点问题发表自己的见解。同时能让学生认识到坚持探索和不断学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识和能力。在计算机科技发展历史中，有许多成功和失败的案例，充满了人类开拓创新的思想火花。本单元教学通过对计算机概念及人类社会辅助计算工具发展历程的讲解，不仅可以使学生了解人类社会辅助计算工具产生发展的原因和历史脉络、理解计算机的定义及其出现的必然性，而且能够辅助学生进一步了解计算机科学涉及各学科基本规律及其内在联系，从而对本课程的性质、本专业特征及课程设置具备初步的认识。教学形式以探讨式、启发式为主，注重互动式、开放式问题讨论，以调动学生的积极性和主动性，从而启发并引导学生分析总结前人的经验和教训、运用前人的智慧来启发自身智慧，本单元教学能够激发学生积极思考，主动学习的兴趣，从而培养学生主动学习和终身学习的意识及能力。第二单元计算的基础（6学时）1．教学内容（1）数据与数制，二进制的概念，二进制同八、十、十六进制数之间的转换。（2）数值型数据在计算机内的表示，含有符号数和无符号数、原码、反码和补码。（3）定点数和浮点数。（4）字符型数据的表示、汉字的编码。2．基本要求（1）熟练掌握不同数制之间的转换。（2）掌握各种数的表示，包括数的原码、反码和补码，定点表示和浮点表示。（3）掌握字符数据在计算机内的表示。（4）理解汉字的编码及在计算机内的表示。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1和目标2，使学生了解计算机对于数值型和非数值型数据的处理及存储方法，能够在计算机工程实践中具有环境保护和可持续发展理念，能够理解和评价针对复杂工程问题的计算机工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并尽力将相关负面影响最小化。本单元知识是教学的重点和难点，在经第一单元启发式教学训练后学生初步具备主动学习意识的基础上，课堂应加强师生互动，以小学、中学曾经学习过的数制为题引导启发学生经过自身思考并寻求数制转换的规律和方法，理解并掌握不同类型数据编码方案需考虑的问题及解决方法。第三单元计算平台（6学时）1．教学内容（1）计算模型。（2）计算机硬件系统。（3）计算机软件系统。（4）网络系统2．基本要求（1）了解图灵机的概念。（2）掌握冯诺依曼机的概念及特征。（3）了解微型计算机系统五大组成部件的功能及工作原理，。（4）掌握存储系统的组成，了解总线结构（5）掌握软件系统的构成。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1、目标2和目标4，使学生掌握计算机硬件结构的基本知识，能让学生了解到计算机硬件开发实践中应具有明确的环境和可持续发展理念，明确责任，同时让学生了解计算机硬件技术的发展状况，并就当前计算机硬件热点问题发表自己的见解。在对计算机基本概念及其发展历程有了深层次理解的基础之上，本单元教学可以引入图片、动画及视频，使学生深入理解组成计算机硬件系统的各部分功能、各部件的连接方式以及如何均衡投入和产出，以提高系统性能。本单元教学可以支撑课程目标2和目标4，使学生掌握计算机软件的基本知识，能让学生了解到计算机软件开发实践中应具有明确的环境和可持续发展理念，同时让学生了解计算机软件技术的发展状况，并就当前计算机软件热点问题发表自己的见解。第四单元问题求解（6学时）1．教学内容（1）算法的定义及特征。（2）算法的描述方法。（3）算法的评价方式。（4）几种常用算法2．基本要求（1）理解常用的问题求解思想。（2）掌握算法基础知识。（3）理解算法与程序设计的关系。（4）掌握几种常用的算法思想。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1、目标4和目标5，使学生掌握计算机求解问题的基本思想方法及基础知识，能让学生了解到计算机软件开发实践中应具有明确的环境和可持续发展理念，同时让学生明确不同问题求解方法的评价标准，并就不同问题求解方法发表自己的观点和见解。经过前期知识单元的启发式教学训练后，本单元教学可以引入多种实际案例，使学生了解常用的问题求解思想，在深入认识计算机计算特征的基础上，明确需在发现问题特征的基础之上寻求适宜的求解算法，并结合不同场景来评价算法的优劣。第五单元数据管理与计算思维（6学时）1．教学内容（1）操作系统概念及功能。（2）数据结构概念及特点。（3）数据库概念及功能。2．基本要求（1）理解操作系统的基本概念和基本工作原理。（2）掌握数据结构的基本概念及典型数据结构，了解数据的逻辑结构和物理结构。（3）了解数据管理技术的发展及解数据库相关基本概念。（4）从计算机对数据进行管理的角度出发，了解涉及各学科知识中计算思维的体现。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1、目标2、目标3、目标4和目标5，使学生了解为使计算机系统中的所有软件资源协调一致，有条不紊地工作，操作系统采取的管理策略及管理思想；了解计算机进行信息处理的方法、数据及其关系的存储与表示；为实现有效的数据管理和使用，数据库管理系统所涉及的处理思想和策略；明确各学科知识中所体现的计算思维。在前述知识单元学习的基础之上，本单元教学以生活中接触到的各类计算机应用为例，引导学生思考除计算机除进行早期的数值运算工作外，以非数值运算为代表的信息处理是当前计算机工作的最主要范畴。为有效实现此类复杂的数据在计算机的存储表示及完成数据处理的需要，明确数据结构知识学习的重要性，了解数据库管理系统为实现有效数据组织管理及使用所采用的基本策略及方法。了解为实现对功能不同、场景各异、目标繁杂的大量程序、数据、软件和硬件资源进行有效协同和管理所采用的处理方案。理解三类学科知识间的内在联系，在计算机工程实践中具有环境保护和可持续发展理念，能够理解和评价针对复杂工程问题的计算机工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并尽力将相关负面影响最小化。第六单元程序设计语言（2学时）1．教学内容（1）程序设计语言的分类及特征。（2）高级程序设计语言的基本要素。（3）简单程序设计。2．基本要求（1）了解程序设计语言的分类标准及各类型程序设计语言的基本特征。（2）明确不同类型高级程序设计语言的基本要是及其所具备的本质及共性特征（3）解决简单问题的算法设计思想，能够独立地设计简单算法。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标2、目标3和目标4，使学生了解算法的概念及程序设计思路和方法，客观评价计算机工程项目解决方案对经济、社会、安全以及文化等的影响，能够就计算机应用领域的复杂工程问题陈述发言、清晰表达或回应指令，同时能让学生认识到在计算机软硬件开发工程实践中具有明确的环境保护和可持续发展理念。本单元教学可以生活中处理各类问题的思路及方法来引导学生明确程序的基本结构，掌握解决简单问题的程序设计思想及方法，各类编程语言所具备的共性特征。第七单元计算思维（2学时）1．教学内容（1）计算思维的概念。（2）计算思维的特点。（3）计算思维与传统思维。2．基本要求（1）理解计算思维的概念及本质特征。（2）理解计算思维与传统思维的关系。（3）学习基于计算思维解决问题的思想方法。3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标3和目标5，能辅助学生建立计算思维理论体系，为学生今后设计、构造和应用各种计算系统求解学科问题奠定思维基础，能运用计算机科学的相关知识，在计算机工程项目设计和开发过程中综合考虑多学科知识，并在团队中进行合作与沟通，完成相应任务。提高学生的计算机科学素养及解读真实世界系统并解决复杂问题的能力，培养自主学习和终身学习能力。第八单元IT新科技（2学时）1．教学内容（1）物联网。（2）云计算。（3）大数据。（4）人工智能。（5）区块链（6）联邦学习（7）边缘计算2．基本要求（1）了解物联网及应用。（2）了解云计算及应用。（3）了解大数据及应用。（4）了解人工智能及应用。（5）了解区块链及应用（6）了解联邦学习及应用（7）了解边缘计算及应用3．支撑的课程目标和毕业要求本单元教学可以支撑课程目标1、目标3、目标4和目标5，使学生了解计算机新科技相关领域知识，能让学生开阔视野，就当前热点问题发表自己的见解，进一步明确团队分工及合作在计算机新科技发展过程中的重要性，加强团队合作意识和能力，认识到坚持探索和不断学习的必要性，培养学生自主学习和终身学习的意识和能力。本单元知识涉及内容繁杂，可以采取模拟学术会议的形式，举办课堂交流会，使学生体验学术会议现场交流的感觉。首先由学生在课下分组自学，明确组内任务分工，通过查询资料、组内讨论拟定自身感兴趣题目，课堂研讨会上各小组分别派代表以文献综述或其他课程实践成果讲述等形式开展课堂交流，展示其学习成果或发表见解。三、教学方法本课程以“学生主体、教师主导”教学思想，通过教学的“互动、开放”的课堂形式，具体以课堂教学为主，课堂研讨会为辅，结合自学和课后作业，采用启发式、问题式的教学方法，强调课堂讨论的重要性，引导学生积极思考，促进学生自主探究。（1）课堂教学主题：采取围绕课程主旨，以教材为辅，引导学生由被动学习转向主动学习的多元化教学模式，强调课堂讨论的重要性，启发学生思考，促进学生自主探究。以电子教案为主，根据课程内容的不同引入板书推演、层层递进的教学方式，通过课堂问答、课堂讨论、学生课堂解题及评价等多种方式，树立学生积极探索、主动学习的意识，进而培养学生主动思考和解决问题的能力。最终达成毕业要求指标点“1.3具有能够将计算机领域的基础理论及专业知识应用于计算机复杂工程问题的求解中的能力；7.1能够了解计算机科学与技术专业工程实践对环境保护和社会可持续发展的影响，具备环境保护和可持续发展的意识；9.1能够在多学科环境中进行有效沟通与合作，并能够理解团队中每个角色的含义及其对于整个团队的意义，具有团队合作精神或意识；10.2至少掌握一门外语，通过阅读本专业外文文献资料，了解计算机科学与技术专业的国际发展趋势和研究热点，能够就计算机及相关技术领域专业问题，在跨文化背景下进行基本沟通和交流；12.2能够追踪本专业行业发展动态，具有不断自主学习和适应计算机科学与技术专业发展的专业知识和能力”的要求。（2）研讨式教学主题：对于数据管理与计算思维以及计算机新科技等部分，因涉及范围广，除课堂讲授之外，引入课堂讨论会。由现实问题或具体案例出发，引导学生开展课堂讨论。计算机新科技部分采取模拟学术会议的形式，使学生在课堂上体验学术会议现场交流的感觉。学生首先在课下分组自学，课堂讨论会上各小组分别派代表展示并讲述其学习成果（如文献综述或其他课程实践成果）。学有余力的学生也可根据实际情况，自选一些本教材以外的题目进行分析或设计。四、课内外教学环节安排及基本要求本课程理论教学课内共计36学时，课外30学时，课内教学安排见表5-1。表5-1课内教学安排序号课程内容课内学时课外学时讲课学时上机学时实验学时实践学时小计其中课内研讨学时1计算机与计算6642计算的基础6663计算平台8644问题求解6645数据管理与计算思维6666程序设计语言2227计算思维2228IT新科技224合计363630课外学习要求按时完成作业，利用课余时间完成课外实践内容。课外学时主要体现在对计算机新科技的了解、课堂内没有详细讲解的算法的学习，拔高及创意类型题目的思维拓展及解决方案生成。五、本课程与其它课程的联系与分工本课程是计算机专业的第一门专业基础课，无先修课程要求。本课程将为学生后续专业课程学习提供基础，使学生对相关学科有一个总体的把握。六、考核方式与成绩评定（一）考核方式与具体要求本课程的总评成绩由作业成绩、课堂表现和单元测试成绩组合而成，各部分所占比例如下：作业成绩（占总评成绩30%）、课堂表现（占总评成绩10%）和考试成绩（占总评成绩60%）。作业成绩（占30%）：作业成绩包含个人独立完成和小组合作完成两部分，含基础知识题、拔高题、讨论题及创意题四种类型。课堂表现成绩（占10%）：具体以课堂互动评级为准，主要考察学生课程互动情况，如课堂答问和课堂讨论会表现等。考试成绩（占60%）：在掌握计算机基本概念的基础上，重点考核相关学科基本理论知识的掌握及理解应用能力，以及解决计算机工程相关复杂工程问题的能力。考试题目以选择题、判断题、填空题及综合应用题为主。判断题、填空题、选择题主要涉及基本概念、基本理论、重要性质和结论；综合应用题主要考核学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。课程考核能够对学生专业核心知识的掌握情况、运用理论知识解决工程问题的能力进行评价。支撑“课程目标1.掌握计算机的基本原理、各个主要知识点的意义和相互联系，建立本学科完整的概念体系”、“课程目标2.能够理解和评价针对计算机科学与技术问题的工程实践对环境、社会以及可持续发展的影响”、“课程目标3.能够运用计算机科学的相关知识，在计算机工程项目设计和开发过程中综合考虑多学科知识，并在团队中进行合作与沟通，完成相应任务”、“课程目标4.能及时跟踪计算机工程技术及相关行业发展状况，并就当前的热点问题发表自己的见解”、“课程目标5.能够认识坚持探索和不断学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识和能力”。（二）成绩评定办法及依据课程目标考核方式/占比考核内容与方法成绩评定指标与依据目标1.掌握计算机的基本原理、