大学计算机—基于计算思维全套完整教学课件.pptx

第一章计算机思维与计算机大学计算机 基于计算思维【ch01】计算机思维与计算机.pptx【ch02】计算机中的信息表示.pptx【ch03】微型计算机的系统组成.pptx【ch04】计算机中的问题求解.pptx【ch05】计算机中的数据结构.pptx【ch06】计算机中的数据管理.pptx【ch07】计算机网络初步.pptx【ch08】信息安全.pptx【ch09】计算机的应用领域.pptx全套可编辑PPT课件 1.1计算机思维概论 1.1.1科学研究的三大方法——理论，实验和计算科学的概念很难定义，在不同时期有着不同的解释。以下是对“科学”这一概念的解释：韦氏字典定义：科学是从确定研究对象的性质和规律这一目的出发，通过观察、调查和实验而得到的系统知识。广义的科学概念：从广义上讲，科学是指人们对客观世界的规律性认识，并利用客观规律造福人类，完善自我。科学研究科学研究是整理、修正、创造知识以及开拓知识新用途的探索性工作。人们在科学研究过程中采取的各种手段和途径称为科学方法。从方法学的视角看，科学研究有三大基本方法 理论、实验和计算。与三大科学方法相对的是三大科学思维：以数学为基础的理论思维，以物理等学科为基础的实验思维，以计算机科学为基础的计算思维。“科学”的定义 实验方法是人们根据一定的科学研究目的，运用科学仪器、设备等物质手段，在人为控制或模拟研究对象的条件下，使自然过程以纯粹、典型的形式表现出来，以便进行观察、研究，从而获取科学事实的方法。理论是客观世界在人类意识中的反映和用于改造现实的知识系统，用于描述和解释物质世界发现的基本规律。理论源于数学，理论思维支撑着所有的学科领域。对于理论研究方法来说，其优点是问题的解是精确的，其缺点是实际问题是复杂的，精确解很难得到。1.1.1科学研究的三大方法——理论，实验和计算例如著名的伽利略在比萨斜塔的七层阳台上把轻重不同的两个金属球同时抛下，而两个球同时落地，证明了自由落体的速度和时间与物体的质量无关。理论实验方法 在比萨斜塔上抛球是很好的实验方法的例子，但是实验方法也是有缺点的，有些实验需要花费高昂的成本例如，为鉴定核爆炸装置的威力及其性能，研究核武器的杀伤破坏因素的变化规律，研究核爆炸的和平利用而进行的核爆炸试验，它是一项规模很大，需要多学科、多部门协同配合和耗费大量人力、物力的科学试验；有些实验需要过长的时间，例如，星系的形成和演化，星系核活动和黑洞吸积的物理机制等；而有些实验具有一定的危险性，例如，美国科学家富兰克林冒着生命危险去捕捉雷电。1.1.1科学研究的三大方法——理论，实验和计算随着计算的发展，科学研究有了更多可能的方法——高速计算机使我们可以模拟那些不容易观察到的现象，可以求解用理论和实验手段无法解决的重大科学技术问题。计算方法突破了实验和理论科学方法的局限，并进一步提高了人们对自然和社会的洞察力，为科学研究与技术创新提供了新的重要手段和理论基础。计算已和理论、实验一起，被公认为科学的三大支柱。计算 1.1.2什么是计算机思维美国卡内基·梅隆大学的周以真（Jeannette M. Wing）教授于2006年在美国计算机权威期刊Communications of the ACM杂志上给出了计算思维（Computational Thinking）的定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的概念 为了使计算思维更加容易理解，周教授又对它作了进一步的解释：1.1.2什么是计算机思维①计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；以日常使用微波炉为例，使用者不需要深入了解微波的加热原理、电路的控制、计时器的使用等，这些复杂难懂的理论以及操作系统由专家和技术人员进行处理，他们将电器元件封装起来，将复杂的理论约简成说明书上通俗易懂的操作步骤。所有可能用到的程序都被提前存储起来，使用者的指令通过按钮转化为信号从而调用程序进行执行，自动地控制电路的通断、微波的发射，最后将信号转化为热量。通过抽象，复杂的问题被转化为可解决的问题。用户在整个过程中只需进行简单的按钮操作。②计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法。例如，《命运交响曲》《蓝色多瑙河》等音乐令人陶醉。但许多人因为不会演奏乐器，无法谱出自己的乐曲。而现在随着计算思维的发展，不识音律者也可以圆谱曲之梦。计算机事先将音乐转化为符号，并将其运行程序储存起来，用户输入音符时，会在提示下输入符合声乐规律的符号，用户将符号进行组合，然后计算机将它转化为声音插放出来。声音被抽象为符号，避免了不会操作乐器的尴尬，而正常情况下，