计算机科学与计算思维导论

本书是将教学研究、课程建设与能力培养相结合的具体体现，也是作者多年来探索课程教学改革与人才培养的结晶。本教材按照“新工科”建设思想，构建体现计算机学科基础特性、凸显计算机学科方法、突出计算机新技术应用，形成本书特色，实现以下教学目标。 （1）抓住实质，突出导论课程内涵：以计算机科学的形成发展和前沿技术为课程视野，全面描述计算机学科的知识体系、学科形态、学科方法、经典问题等，并将学科形态和计算思维贯穿于课程教学的全过程。 （2）创新结构，构建计算思维体系：以计算思维为引导，以学科形态为纽带，以能力培养为目标，创新性地构建体现学科基础特性、突出计算思维方法、形成涵盖计算学科主领域的进阶式-模块化知识体系结构。 （3）问题引导，激发学生求知欲望：以“问题引出”导入所要探讨的问题，使学生在学习过程中带着问题寻找答案，怀着好奇去探索奥秘，从而消除学习中的畏难情绪，调动学习的积极性，激发学习的创造性。

本书参照国际电气与电子工程师学会计算机协会和美国计算机协会（IEEE-CS＆ACM）计算学科教程（CC2005）和中国计算机科学与技术学科教程（CCC2002）编写，并按照“新工科”（新概念、新体系、新结构、新模式、新质量）建设思想，构建体现计算机学科基础特性（基本概念、基本方法、基本技术），凸显计算机学科方法（典型方法、学科形态、计算思维），突出计算机新技术（人工智能、虚拟现实、移动互联网、物联网、云计算、大数据）应用的课程知识体系。本书共10章，涵盖了计算机学科知识主领域的全部内容。
本书从学科认知科学化、系统化和逻辑化出发，站在学科的高度阐述计算机科学与技术知识，注重学科知识体系的完整性、逻辑性、创新性和时代性，具有结构新颖、层次分明、由浅入深、循序渐进的特点。
本书可作为高等院校计算机类、电子信息类和电气信息类“计算机（科学）导论”课程教材，也可作为相关专业的教师和从事计算机科学与技术工作的工程技术人员的参考书。

绪论——课程导学
0.1 课程教学定位
0.2 课程教学思维
0.3 课程知识结构
0.4 课程教学辅导
基本概念——计算机与计算思维
第1章 计算机科学概述
1.1 人类计算工具的进步
1.1.1 手工时代
1.1.2 机械时代
1.1.3 机电时代
1.1.4 电子时代
1.2 计算机科学体系的形成
1.2.1 布尔提出的逻辑代数
1.2.2 香农提出的逻辑电路
1.2.3 维纳提出的计算机设计原则
1.2.4 图灵提出的图灵机和图灵测试
1.2.5 冯·诺依曼提出的EDVAC
1.3 基于Neumann结构的现代计算机
1.3.1 计算机的结构组成
1.3.2 计算机的主要特点
1.3.3 计算机的基本性能
1.3.4 计算机的主要应用
1.4 突破与超越Neumann结构
1.4.1 突破Neumann的体系结构
1.4.2 突破Neumann的组成结构
1.4.3 超越Neumann的体系结构
本章小结
习题1
第2章 计算机学科体系
2.1 计算机学科体系的构建
2.1.1 科学与学科的概念
2.1.2 计算作为一门学科
2.1.3 CC2005学科体系
2.1.4 CCC2002学科体系
2.2 计算机学科方法论
2.2.1 计算机学科方法论概念
2.2.2 计算机学科的3个形态
2.2.3 计算机学科的核心概念
2.2.4 计算机学科的典型方法
2.3 计算机学科的数学方法
2.3.1 数学方法及其作用体现
2.3.2 构造性数学与证明方法
2.3.3 计算机学科的根本问题
2.4 计算机学科的经典问题
2.4.1 理论意义上的不可计算问题——图论问题
2.4.2 现实意义上的不可计算问题——计算的复杂性
2.4.3 理论意义上的可计算问题——计算机智能问题
2.4.4 现实意义上的可计算问题——并发控制问题
本章小结
习题2
第3章 计算思维及其作用体现
3.1 计算思维及其本质特性
3.1.1 人类思维的类别
3.1.2 计算思维的概念
3.1.3 计算思维的本质
3.1.4 计算思维的特性
3.2 计算思维的问题求解
3.2.1 问题求解的数学建模
3.2.2 问题求解的基本策略
3.2.3 问题求解的过程抽象
3.3 计算思维与计算机学科
3.3.1 计算思维本质与学科形态的关系
3.3.2 计算思维在计算机学科中的体现
3.4 计算思维的学科作用与能力培养
3.4.1 计算思维与计算机教育相互促进
3.4.2 计算思维有助于跨越专业鸿沟
3.4.3 计算思维有助于其他学科发展
3.4.4 计算思维能力培养的基本策略
本章小结
习题3
……
基本方法——机器计算的基本思维
基本技术——数据共享与前沿技术
参考文献