計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維導(dǎo)論是計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、信息技術(shù)等分支學(xué)科的學(xué)生全面了解計(jì)算機(jī)學(xué)科基本概貌的引導(dǎo)性課程，也是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。
　　在計(jì)算機(jī)教育史上，有關(guān)學(xué)科綜述性引導(dǎo)課程的構(gòu)建一直受到各國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)界的高度重視。IEEE-CS＆ACM計(jì)算學(xué)科教程（Computing Curricula 2001，CC2001）報(bào)告指出：整個(gè)學(xué)科綜述性引導(dǎo)課程的構(gòu)建有助于推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展，鼓勵(lì)各學(xué)術(shù)團(tuán)體及教師個(gè)人從事這方面的研究，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的需要。因此，自CC2001發(fā)布以來(lái)，世界各國(guó)高校都非常重視計(jì)算機(jī)學(xué)科引導(dǎo)課程的構(gòu)建，紛紛開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)（科學(xué)）導(dǎo)論計(jì)算機(jī)（科學(xué)）概論一類(lèi)的課程。為此，筆者經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而不懈的探索，編寫(xiě)且多次再版了《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》。
　　隨著計(jì)算機(jī)學(xué)科教育研究探索的深入，人們提出了計(jì)算思維（computational thinking），它是人類(lèi)求解問(wèn)題的一條有效途徑，是一種分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程和思想。如何將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)學(xué)科體系中，不僅受到計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)從教者的高度關(guān)注，而且得到學(xué)術(shù)團(tuán)體和門(mén)的高度重視。2007年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation of America，NSF）將計(jì)算思維能力（computational thinking ability）培養(yǎng)列為大學(xué)計(jì)算機(jī)教育重生的途徑計(jì)劃的核心。2012年，我國(guó)要求大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的總體建設(shè)目標(biāo)應(yīng)該定位在普及計(jì)算機(jī)文化，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用能力，訓(xùn)練計(jì)算思維能力上，并明確定位大學(xué)計(jì)算機(jī)課程是與數(shù)學(xué)、物理等同地位的重要基礎(chǔ)課程。
　　面對(duì)這種新思想和新要求，如何將計(jì)算思維引入計(jì)算機(jī)學(xué)科的引導(dǎo)課程及其知識(shí)體系中，即如何構(gòu)建基于計(jì)算思維的綜述性引導(dǎo)課程，如何進(jìn)行課程定位，應(yīng)該起到什么作用，應(yīng)該達(dá)到什么目的等，這些既是需要認(rèn)真思考的問(wèn)題，也是必須首先明確的問(wèn)題。為此，筆者一直在對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科引導(dǎo)課程的構(gòu)建進(jìn)行深入探索，并在探索中不斷提高構(gòu)建該課程的認(rèn)識(shí)。
　�。�1）基于計(jì)算機(jī)學(xué)科形態(tài)的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論的思想方法是抽象、理論、設(shè)計(jì)，而計(jì)算思維的本質(zhì)是抽象與自動(dòng)化，如何將學(xué)科形態(tài)與計(jì)算思維相融合，并充分發(fā)揮學(xué)科形態(tài)與計(jì)算思維在人才培養(yǎng)中的引導(dǎo)作用，是計(jì)算機(jī)學(xué)科引導(dǎo)性課程的核心，也是本課程的創(chuàng)新和突破點(diǎn)。
　�。�2）基于計(jì)算機(jī)學(xué)科體系的計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論不同于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，雖然它們都是計(jì)算機(jī)學(xué)科的入門(mén)課程，但課程性質(zhì)完全不同。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的公共基礎(chǔ)課程，為專(zhuān)業(yè)課程服務(wù)，課程構(gòu)建的實(shí)質(zhì)是對(duì)計(jì)算機(jī)功能的工具性認(rèn)識(shí)；而計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)全程教學(xué)內(nèi)容的引導(dǎo)性課程，課程構(gòu)建的實(shí)質(zhì)是尋求一種統(tǒng)一的思想來(lái)認(rèn)知計(jì)算機(jī)學(xué)科，即站在學(xué)科的高度對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科進(jìn)行科學(xué)化和系統(tǒng)化的描述，并注重學(xué)科發(fā)展的動(dòng)態(tài)性和知識(shí)傳授的有效性。由于計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)行為的科學(xué)方法，將計(jì)算思維融入計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識(shí)體系中，會(huì)極大地加深對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)及其學(xué)科的認(rèn)識(shí)。
　�。�3）作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的引導(dǎo)課程，應(yīng)承擔(dān)起一種承前啟后的作用。所謂承前，就是介紹計(jì)算機(jī)的形成與發(fā)展歷程，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)學(xué)科的內(nèi)涵及其來(lái)龍去脈，并從中受到啟迪；所謂啟后，就是描述計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識(shí)體系，讓學(xué)生懂得應(yīng)該掌握哪些知識(shí)、具備什么樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力，以便在學(xué)習(xí)過(guò)程中明確目標(biāo)，把握現(xiàn)在，放眼未來(lái)。
　　（4）作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的通識(shí)課程，應(yīng)涵蓋計(jì)算機(jī)學(xué)科教育的各個(gè)方面。通過(guò)本課程的學(xué) 習(xí)，透視學(xué)科體系、展示學(xué)術(shù)魅力、掌握學(xué)習(xí)方法、培養(yǎng)計(jì)算思維、傳承計(jì)算文化、弘揚(yáng)科學(xué)精神、激發(fā)拼搏意識(shí)，燃起探索熱情。
　　隨著對(duì)該課程教學(xué)研究與探索的深入，圍繞教什么和怎樣教以及計(jì)算思維與學(xué)科形態(tài)內(nèi)在關(guān)聯(lián)等問(wèn)題，我們不斷更新課程建設(shè)理念，不斷調(diào)整課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，不斷尋求突破與創(chuàng)新，構(gòu)建計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維相融合的課程體系。本書(shū)就是上述思想的具體體現(xiàn)，并力圖實(shí)現(xiàn)如下教學(xué)目標(biāo)。
　�。�1）抓住實(shí)質(zhì)，體現(xiàn)導(dǎo)論課程內(nèi)涵。作為導(dǎo)論課程，應(yīng)充分體現(xiàn)導(dǎo)與論的真實(shí)內(nèi)涵。
　　所謂導(dǎo)，就是站在學(xué)科的高度俯瞰計(jì)算機(jī)學(xué)科全貌，引導(dǎo)學(xué)生全面了解計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識(shí)體系、學(xué)科形態(tài)、科學(xué)方法、根本問(wèn)題、經(jīng)典問(wèn)題等，而不是深入探討分支細(xì)節(jié)，避免只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林。許多具體問(wèn)題可以知其然，不知其所以然，詳細(xì)內(nèi)容在后續(xù)相關(guān)課程中討論。
　　所謂論，就是基于學(xué)科形態(tài)的方法論。本書(shū)以計(jì)算機(jī)學(xué)科是一門(mén)計(jì)算的學(xué)科，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)離散化系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)方法是一種形式化方法作為計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論的立足點(diǎn)和著力點(diǎn)。
　　計(jì)算機(jī)學(xué)科方法論是本課程的核心。事實(shí)上，教會(huì)學(xué)生某一知識(shí)或技術(shù)遠(yuǎn)不如教會(huì)學(xué)生掌握分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法重要，正所謂授人以魚(yú)，不如授人以漁。這既是計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維導(dǎo)論與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及其他課程的本質(zhì)區(qū)別所在，也是本書(shū)（本課程）的教學(xué)目標(biāo)所在。
　�。�2）創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，構(gòu)建計(jì)算思維體系。本書(shū)以計(jì)算思維為引導(dǎo)，以學(xué)科形態(tài)為紐帶，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了計(jì)算思維方法與計(jì)算學(xué)科形態(tài)相融合的知識(shí)體系。這樣，既體現(xiàn)了計(jì)算思維與學(xué)科形態(tài)在課程教學(xué)中的引導(dǎo)作用，又為學(xué)生創(chuàng)造了更多計(jì)算思維的實(shí)踐機(jī)會(huì)，著實(shí)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法和能力。構(gòu)建本課程知識(shí)體系的指導(dǎo)思想是體現(xiàn)學(xué)科基礎(chǔ)特性、突出科學(xué)思維方法、涵蓋學(xué)科知識(shí)主領(lǐng)域的進(jìn)階式-模塊化知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。
　　基本概念（第1～3章）：計(jì)算機(jī)科學(xué)概述，計(jì)算機(jī)學(xué)科體系，計(jì)算思維及其作用體現(xiàn)；
　　基本方法（第4～7章）：數(shù)據(jù)表示的基本思維，計(jì)算系統(tǒng)的基本思維，程序設(shè)計(jì)的基本思維，算法構(gòu)建的基本思維；
　　基本技術(shù)（第8～10章）：數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)。
　　因而，本書(shū)結(jié)構(gòu)新穎、層次分明、由淺入深、循序漸進(jìn)、邏輯性強(qiáng)、遠(yuǎn)近兼顧、便教便學(xué)。
　　（3）啟迪思維，揭示計(jì)算學(xué)科特性。本書(shū)力圖通過(guò)計(jì)算機(jī)的形成與發(fā)展，揭開(kāi)計(jì)算機(jī)科學(xué)的神秘面紗；通過(guò)硬件子系統(tǒng)與操作系統(tǒng)管理相結(jié)合，揭示計(jì)算系統(tǒng)的工作機(jī)制；通過(guò)數(shù)據(jù)表示、計(jì)算系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、算法構(gòu)建，揭示計(jì)算思維的本質(zhì)抽象與自動(dòng)化；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及新技術(shù)應(yīng)用，揭示計(jì)算學(xué)科的形態(tài)抽象、理論、設(shè)計(jì)。從而使得思維隨著知識(shí)的貫通而形成，能力隨著思維的形成而提高，并通過(guò)深入分析與比較，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到構(gòu)建計(jì)算思維本質(zhì)與計(jì)算學(xué)科形態(tài)的目標(biāo)是一致的，其宗旨是尋找通用的方法，處理類(lèi)似的問(wèn)題。以此啟迪學(xué)生去科學(xué)思考，為日后在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中能有所發(fā)現(xiàn)、有所突破、有所創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。
　�。�4）問(wèn)題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生求知欲望。本課程的重要意義是使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科的各知識(shí)領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲，同時(shí)又有太多的疑惑和不理解，非�？释�了解其中的科學(xué)道理，這是學(xué)好本專(zhuān)業(yè)的源動(dòng)力，正所謂知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者。本書(shū)各章均以問(wèn)題引出導(dǎo)入所要探討的內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中有的放矢，帶著問(wèn)題去尋找答案，懷著好奇心去探索奧秘，從而消除學(xué)習(xí)中的畏難情緒，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性。
　　（5）多措并舉，強(qiáng)化全程能力培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)學(xué)科的最大特點(diǎn)是知識(shí)面寬、實(shí)踐性強(qiáng)、軟硬件技術(shù)更新?lián)Q代快，所以既要重視理論學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，也要重視實(shí)踐能力的培養(yǎng)，更要重視自我提高能力的培養(yǎng)。為此，還編寫(xiě)了與本書(shū)配套的《計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維導(dǎo)論學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》，其中包含實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的內(nèi)容，形成融理論教學(xué)、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)三位一體的教學(xué)環(huán)境，從而使學(xué)生在潛移默化中意識(shí)到能力培養(yǎng)的全面性、知識(shí)更新的重要性、自我提升的必要性。
　　總之，無(wú)論是課程建設(shè)理念，還是知識(shí)結(jié)構(gòu)；無(wú)論是教學(xué)內(nèi)容，還是思維方法，都力求體現(xiàn)創(chuàng)新性、規(guī)范性、先進(jìn)性和示范性，并在傳授知識(shí)的同時(shí)，弘揚(yáng)中華文化對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。
　　教材是課程建設(shè)的真實(shí)體現(xiàn)，先進(jìn)的課程建設(shè)理念和設(shè)計(jì)思想，最終需要通過(guò)教材來(lái)組織與實(shí)施。同時(shí)，教材是課程教學(xué)的基本依據(jù)，是教學(xué)研究、探索和改革的載體，它容納了教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，明確了教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法，體現(xiàn)了教學(xué)理念和教學(xué)思想。因此，合理定位本課程的教學(xué)內(nèi)容，形成科學(xué)的知識(shí)體系和穩(wěn)定的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使之成為重要的引導(dǎo)性課程，是計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論課程教學(xué)改革的主要目標(biāo)；根據(jù)課程的作用、地位和特點(diǎn)，以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為切入點(diǎn)，是深化該課程教學(xué)改革、提高課程品質(zhì)和教學(xué)效果的重要任務(wù)。本書(shū)是將教學(xué)研究、課程建設(shè)與能力培養(yǎng)相結(jié)合的具體體現(xiàn)，也是作者多年來(lái)探索課程教學(xué)改革與人才培養(yǎng)的結(jié)晶。
　　本書(shū)由李云峰、李婷和丁紅梅編著，李云峰負(fù)責(zé)統(tǒng)稿，姚波、曹守富等老師參與了課程資源的建設(shè)工作。
　　在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，參閱了大量近年來(lái)出版的國(guó)內(nèi)外同類(lèi)優(yōu)秀教材，并從中吸取了大量寶貴營(yíng)養(yǎng)，在此謹(jǐn)向這些著作者表示衷心感謝！
　　由于本書(shū)在教學(xué)思想、知識(shí)體系、內(nèi)容組織等方面都是一種新的探索，因此難免存在疏漏、不妥甚至錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
　　
　　作 者????
　　2023年1月

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計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算思維導(dǎo)論

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前??言