《大学计算机基础与计算思维》（第二版） 课件 第1章 计算思维与科技艺术

大学计算机《大学计算机》以教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会印发的《新时代大学计算机基础课程教学基本要求》为指引，是面向全日制大学本科学生提供计算机知识、能力、素质方面课程的综合素养课，是培养大学生利用新一代信息技术解决本专业领域的应用问题提供基础性支撑的通识必修课程。COLLEGECOMPUTER授课教师：赵锋1计算思维与科技艺术3数字音频、图像处理、视频剪辑4新一代信息技术(AI与XR)

Contents5计算机应用基础课程内容6网络应用与网络伦理2计算机基础知识教学目标3了解以计算机技术为核心的新一代信息技术对科技革命和产业变革的推动作用，能够掌握1~2项新一代信息技术赋能的交叉融合专业技能，对计算机新技术有初步的认识。2熟悉常见的数字媒体技术，重点理解音频、图像和视频数字化相关标准，能够利用软件平台和数字媒体创作工具制作图像和视频作品。4掌握相关信息检索技巧，能规范使用互联网和防治计算机病毒，具备网络伦理与网络道德常识，能使用计算机获取知识、分析问题、解决问题。1理解和掌握计算机科学基本知识和计算思维方法，熟悉计算机内部的编码机制和数制转换，对计算机视觉、色彩和绘图有原理性认识，了解科技艺术与智能设计的创作方法和前沿应用，具备初步的计算思维能力。教学目标了解新一代信息技术特别是大数据、物联网、人工智能、虚拟现实等新技术在推动科技创新和产业变革中的作用。课程思政123理解国家创新驱动的意义，激发学生专业核心技能自主创新热情。强化计算机伦理、网络道德规范和科学探索精神教育，培养学生科技自信和民族自豪感。课程思政20%20%10%50%考勤及课堂表现课程考核实践与作业在线学习期末机考教学沟通与联系1教学内容第1-2讲计算思维与科技艺术思维与科学思维思维农民如何判断作物成熟收割时间？医生如何判断病因并做出治疗方案？艺术家如何设计艺术形象传达情感？通过迂回、间接的途径去寻找问题的答案的认识活动，就是思维活动思维是对客观事物本质和规律的抽象和高级认知思维以感知为基础又超越感知的界限思维的两个重要特征：间接性、概括性【问题提出与解析】当汽车发生了故障，维修师傅会观察汽车的各种状态，通过启动声音，仪表显示的故障码等，了解车辆的基本信息。然后做出一个推断和假设，进行验证，验证失败后，在进行重新的假设，直到验证通过，故障得以排除。所以，维修的过程，是克服人类自身的认知缺陷和偏见，保证大脑中想象的世界与外界真实世界相一致的过程，这就是科学思维。科学思维最为重要的在于提问和质疑。科学思维及其三个基本原则科学思维，是指为了正确认识客观世界所具有的思辨模式和认识方法，它是连接实践与理论的桥梁。中文名：科学思维外文名：thoughtsciences提出者：卡尔·马克思和恩格斯归属体系：马克思主义哲学方法论出处：《马克思主义哲学原理》科学思维必须遵守三个基本原则：在逻辑上要求严密的逻辑性，达到归纳和演绎的统一；在方法上要求辩证地分析和综合两种思维方法；在体系上，实现逻辑与历史的一致，达到理论与实践的具体的历史的统一。思维与科学思维思维的能动性思维借助感知材料经过加工处理改造客观世界思维形式形象思维（艺术思维）抽象思维（逻辑思维）灵感思维（直觉思维）思维与科学思维科学思维目前真正具备系统和完善表达体系的思维模式有三：理论思维、实验思维、计算思维分别对应：理论科学、实验科学、计算科学学科交叉是创新的源泉，重构方法：X@Computer!Computer-based+X这也回答了我们为什么要开设计算机课程的问题计算思维计算思维是一种概念化的思考方式，而编程则是一种行为，虽然编程的过程中经常会用到计算思维，但计算思维绝不是编程。“计算思维是一种利用计算机科学的基本概念来解决问题、进行系统设计和理解人类行为的方法。”（《ComputationalThinking》，周以真）理解计算思维，首先要理解计算，因为计算思维本质上还是研究计算的，研究在解决问题过程中，哪些是可计算的，以及如何计算。计算思维的两大核心特征是Abstraction（抽象）和Automation（自动化），简称2A。在用计算思维解决问题时，人负责把实际问题转化为可计算问题，并设计算法让计算机去执行，计算机负责具体的运算任务，这就是计算思维里的人机分工。计算思维应用领域计算生物学计算化学计算机艺术生理系统仿真…分形艺术德罗斯特效应3D喷绘机器人三叶草上的玫瑰线药物化学分子艺术思维与计算思维内涵与发展艺术思维的主体元素是情感和形象，本质是探讨情感和形象的关系问题，其方式有三：一是对形象的直觉二是对形象情感的想象三是对形象的灵感的领悟计算思维是人的思维，本质是对现实世界进行信息抽象并利用工具实现信息转换的一种思维方式艺术思维与计算思维交叉与融合艺术反哺科学创作艺术化简与抽象不谋而合分形是计算机编程艺术典范莫比乌斯带齐白石·虾分形艺术艺术创作中的计算思想黄金比例与黄金数φ=0.618033618…和Φ=1.618033618…表示两个黄金数大学计算机基础艺术创作中的计算思想图形艺术与分形图形可以分为两类：一类是仿真的；一类是示意的。《流光》：吴冠中《无尽无极》：吴作人巴特农神殿大学计算机基础艺术创作中的计算思想算法设计算法是对特定问题求解步骤的一种描述，由有限个操作组成，以典型的递归算法和语义符号为例盗梦空间的递归德罗斯特效应伏羲八卦德罗斯特效应伏羲八卦编码计算思维方法的四个基本步骤1分解：大目标一步步拆解成小目标来解决。步骤1：Agirl步骤2：acutegirl步骤3：acutegirlinhanfu步骤4：AportraitofaHanfu-cladChinesegirl,fashionshoot,flowingdress,floralembroidery,delicatehairaccessories,tranquilgardenbackground,softnaturallighting,sereneexpression--ar3:4（一个穿着汉服的中国女孩的肖像，时尚拍摄，飘逸的连衣裙，花卉刺绣，精致的发饰，宁静的花园背景，柔和的自然光线，宁静的表情--ar3：4）Midjourney-texttoimage计算思维方法的四个基本步骤2模式识别：将事物或现象的共同特点归纳在一切，概括出特征，来进行辨别。你能分辨出他们的表情都代表什么样的心情吗？你能区别谁是食草动物，谁是食肉动物吗？计算思维方法的四个基本步骤3抽象：建立模型的过程就是理解问题的过程。计算思维方法的四个基本步骤3抽象：建立模型的过程就是理解问题的过程。计算思维方法的四个基本步骤3抽象思维的具象化：（重点）将抽象概念以可视化语言（图形）或形式化语言（编程语言）表达出来。《无尽无极》：吴作人《流光》：吴冠中计算思维方法的四个基本步骤4算法：完成一项任务时需要的步骤列表。醒来——起床——洗脸刷牙——吃早餐——穿衣服——走出家门——去上学科技艺术科技艺术是创造性地应用科技手段创作出来的艺术形式。历史时期科技艺术2万年前陶器6千年前青铜器1千年前瓷器文艺复兴解剖学、透视学绘画1830年摄影1895年电影1950年动态艺术1970年电脑艺术…………科技艺术1、信息与数据数据：本身无意义的客观存在，每个人都成为数据的采集、处理和分享者。信息：是被组织起来的数据，为了特定目的对数据进行处理和建立内在关联，从而让数据具有意义。知识：对信息的总结和提炼。人工智能：机器对信息和知识的自主应用。应用：APP的推荐机制科技艺术2、数据艺术将数据呈现为艺术，可以是视觉、听觉、数字装置或其他媒介往往与大数据关联、可能是动态的数据可视化艺术数据艺术与其他艺术的混搭TatianaPlakhova（俄罗斯女艺术家）可视化艺术作品科技艺术3、分形艺术在越来越细微的尺度上不断自我重复，是一项研究不规则性的科学。抽象数学公式的可视化。要点：一个几何对象的某个局部放大后，与其整体相似，这种性质就叫做自相似性，算法上类似递归。曼德布劳特（Mandelbrot）研究成功分形（Fractal）理论"琳达花"，作者：画分形的修道妖，来源：站酷

链接：/work/ZNjU1MzE2NzI=.html科技艺术4、生成艺术也称“自动生成艺术”（GenerativeArt）：艺术家应用计算机程序，或一系列自然语言规则，或一个机器，或其它发明物，产生出一个具有一定自控性的过程，该过程的直接或间接结果是一个完整的艺术品四大特征：使用“随机化”来打造组合利用“遗传系统”来产生形式上的进化是一种随着时间而变化的不间断变化的艺术由电脑上运行的代码所创建大悲宇宙-林琨皓X'Diptera:虚拟蝴蝶生成艺术相关推荐：工作室：VariableStudio链接https://variable.io艺术家：小西芽衣MeiKonishi链接https://generativeartstudio.tokyo艺术家：大悲宇宙-林琨皓链接/#/home

平台商：ArtBlocks链接https://www.artblocks.io/科技艺术5.人工智能艺术埃达（AdaLovelace，英国浪漫主义诗人拜伦之女，世界上第一位程序员）最早提出，如果对象之间的本质关系可以按计算科学的要求来表达的话，那么当时她与巴贝奇（CharlesBabbage）建造的差分机（AnalyticalEngine）就有可能谱写和制作音乐。不过，埃达当时认为机器不能创造性思考。冯·诺依曼认为，“冯·诺依曼机”能够模仿人脑对信息的加工过程，计算机和人脑在本质上是相同的。冯·诺依曼机“冯·诺依曼机”核心设计思想主要体现三个方面：程序、数据的最终形态都是二进制编码，程序和数据都是以二进制方式存储在存储器中的，二进制编码也是计算机能够所识别和执行的编码。（可执行二进制文件：.bin文件）程序、数据和指令序列，都是事先存在主（内）存储器中，以便于计算机在工作时能够高速地从存储器中提取指令并加以分析和执行。确定了计算机的五个基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备计算机组成与工作原理计算机硬件接口电脑的内部和外部接口都是用于连接键盘、鼠标、音频、麦克风、显示器、电源线、打印机和其他设备等数制转换十进制转二进制：把十进制数按2的N次方分解、组合即得二进制数。数制转换二进制转十进制：把二进制数按权展开、相加即得十进制数。数制转换二进制转八进制：每3位二进制数从右向左转换得到1位八进制数，不足时补0。二进制转十六进制：每4位二进制数从右向左转换得到1位十六进制数，不足时补0。数制转换课堂实践（79）10=（

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）16（65）10=（

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）16二进制数与十六进制数对应关系计算机色彩表达#RRGGBB#FF0000红

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