新书推介 ||《大学计算机——面向新一代信息技术》

新书推介

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《大学计算机——面向新一代信息技术》

//内容提要

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本书面向新一代信息技术构建“大学计算机”课程内容体系，培养读者的计算思维能力和信息素养。全书主要内容有计算与计算思维、基于计算机的问题求解、数据表示与编码、计算机系统、计算机网络基础与应用、数据管理与数据分析、人工智能基础与应用。

本书以计算思维和计算机科学方法论为引领，帮助读者建立系统的信息技术知识体系，理解新技术在学科交叉融合中的关键作用；坚持问题导向，帮助读者在解决实际问题的过程中理解基本原理，培养学习兴趣；通过编程实践来阐释概念和原理，将程序设计方法贯穿于新技术的学习与应用之中，帮助读者提升对新技术的认知能力。

本书配有《大学计算机实践指导——面向新一代信息技术》辅助教材，便于教师教学和学生自学。

本书可以作为高等学校“大学计算机”课程的教材，也可供计算机应用或专业技术人员阅读参考。

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//前  言

党的二十大报告指出：“当前，世界百年未有之大变局加速演进，新一轮科技革命和产业变革深入发展，国际力量对比深刻调整，我国发展面临新的战略机遇。”信息技术是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，越来越成为国家发展的战略要素。当前，以云计算、物联网、区块链、大数据和人工智能为代表的新一代信息技术蓬勃发展，并日益融入经济社会发展各个领域，促进传统生产方式实现数字化、网络化和智能化变革。

“大学计算机”是高等学校的第一门计算机公共基础课程，也是学习其他计算机课程的先导课程，承担着普及新一代信息技术，提高大学生的计算思维能力和信息技术应用水平的重要任务。本课程从计算机技术发展的趋势和人才培养的需求出发，实现知识传授、能力培养和价值塑造的有机结合。课程展示计算机科学的概貌，构建学生持续学习和应用计算机的知识框架和能力基础，使学生能够在自己的专业领域中有意识地借鉴、引入计算机科学中的原理、技术和方法，在一个较高的层次上应用计算机去分析和解决实际问题。

近年来，作者在中南大学开展了融合计算思维与新一代信息技术的“大学计算机”课程建设实践，经过逐年迭代，形成了比较完整的课程内容体系，由此构成本书编写的基础。

这一轮“大学计算机”课程建设主要基于两个动机：一是“四新”建设的客观要求。自2017年提出新工科概念以来，新文科、新医科和新农科的改革接踵而至，跨学科的交又融合成为时代的特征。这些“四新”专业的建设，均离不开新一代信息技术的支撑。因此，在新的时代背景下，迫切需要将新技术和新应用融入“大学计算机”课程之中。二是学生程序设计能力培养的客观需要。“程序设计”是大学计算机教育的重点，但程序设计能力的培养是一个渐进的过程。为此，作者提出“大学计算机”课程和“程序设计”课程联动改革的思路，即将程序设计教学的重心前移，让学生在第一门课就接受程序设计的思想，为后续程序设计课程学习打下基础，真正发挥第一门课的先导作用。

为此，本书内容体系的设计思路，一是以计算思维能力培养为切入点，将计算机科学中方法论层面的原理与思维规律贯穿始终，突出新一代信息技术对学科交叉融合的关键作用；二是强调落地应用，秉持问题导向而非概念导向，在解决实际问题过程中实现新一代信息技术赋能；三是以编程实践来阐释概念和原理，将程序设计方法贯穿于学习全过程，但又不是以程序设计为主要学习内容，而是利用程序载体理解计算机问题求解的思想和方法，在应用中植入程序语言知识，用到什么就介绍什么；四是融入WPS Office办公软件，但不采用传统的介绍软件工具操作的写法，而是在本书的整体逻辑下巧妙地将WPS Office的功能分散到相关章节，体现相关技术的具体应用。这里有必要再强调一下，本书的介绍是方向性的、思路性的、引领性的，在内容上不过多强调系统性，而强调应用性；在叙述方法上采取问题导入的方式，即不采用传统的知识主线，而采用问题主线，在解决问题过程中实现知识植入，理解计算机问题求解的方法。

根据以上设计思路，本书分为7章，各章具体内容如下。

第1章介绍计算与计算思维，包括计算的概念与计算工具的发展演变、图灵机和冯·诺依曼原理的基本思想、现代计算机的发展、计算思维及其能力培养等内容。

第2章介绍基于计算机的问题求解，包括问题求解的基本步骤、算法的概念与描述方法、程序设计语言与程序设计方法、基于Python的程序实现方法、问题求解的常用算法等内容。因为Python语言具有良好的应用生态，所以本书利用Python语言作为问题求解的实现工具。这里要注意一个问题，本书不是系统地介绍Python语言，更不是系统地介绍程序设计方法，也不要求读者会编写复杂程序(这是后续程序设计课程的内容),而是利用Python语言作为实现工具，用程序来说明问题，让读者在理解程序过程中理解基本原理。这也是在第2章就较早地介绍Python语言的原因，后续各章都用Python来说明问题，让读者在潜移默化中逐渐感知和领会程序设计知识。

第3章介绍数据表示与编码，包括数制转换方法、数值数据的表示方法、字符的编码方法、多媒体数据的编码方法等内容。

第4章介绍计算机系统，包括计算机系统的组成、计算机的工作原理、微型计算机的总线结构和组成部件、操作系统的特点和功能、办公软件的基本功能及WPS文档的自动处理等内容。因为计算机软件系统分为系统软件和应用软件，其中，系统软件以操作系统为代表，应用软件以办公软件为代表，所以在这一章特别安排了“典型系统软件——操作系统”和“典型应用软件——办公软件”两节内容。当然，这里也不是介绍传统的操作，而是体现“程序载体”的编写思路，尽量用程序去阐释基本原理。

第5章介绍计算机网络基础与应用，包括计算机网络的概念和体系结构、网络的拓扑结构和局域网基础知识、Internet基本知识、网络安全相关技术以及云计算、物联网和区块链的基础知识与应用。本章既包含传统的计算机网络的内容，又结合实际应用案例介绍新一代网络应用技术。

第6章介绍数据管理与数据分析，包括数据库系统相关概念及数据模型、关系数据库的概念及SQL操作、数据分析与处理的方法、利用WPS进行数据分析的方法、大数据处理关键技术及框架等内容。概括地说，本章包含关系数据库和数据分析两部分内容。其中，关系数据库是传统的内容，书中用元组的集合来表示关系，体现了关系数据库的本质；在数据分析部分沿着Python分析和WPS表格分析两条技术路线进行介绍。

第7章介绍人工智能基础与应用，包括人工智能的起源与研究领域、机器学习、深度学习、大语言模型及其在WPS中的应用等内容。面对“人工智能”庞大的内容体系，要在有限的篇幅内把问题讲清楚颇费周折。对这一章的基本想法是，给读者一个“人工智能”的总体知识框架和概貌，然后结合基于机器学习的现代人工智能技术进行介绍。最后一节还介绍当下流行的大语言模型以及WPS AI的应用，使读者能够体会到未来办公软件的发展方向。

基于以上内容体系，本书体现以下特色。

第一，课程内容体系的深度重构。从传统的面向计算机系统的知识体系向深度融入新一代信息技术和新应用转变，知识主线完整，应用案例丰富，为培养“四新”创新型人才提供全方位支撑。

第二，课程讲授方式的新尝试。从传统知识讲投方式向问题导向、知识点植入方式转变，更好地体现课程的应用性。这符合学习的认知规律，让读者在解决问题过程中逐步体会计算机问题求解的特点，从而建立起利用计算机去解决复杂任务的自主意识，帮助构建进一步学习的能力。

第三，课程教学目标的再升华。从操作应用能力向问题求解能力转变，增强了课程的学科前沿性和挑战度，更好地培养读者的信息素养和计算思维能力。

本书由刘卫国任主编，邓华、康松林、李晓梅任副主编，参编人员有严晖、刘丽敏、何小贤、曹岳辉、吕格莉等。在本书编写过程中，我们得到了中南大学计算机基础教学中心全体教师的大力支持和协助，金山办公软件公司为我们提供了丰富的资源和技术支持，在此，我们一并表示诚挚的感谢!

本书源自课程建设实践，又将服务于未来的课程建设，我们期待本书能对读者有所帮助。同时，对书中的不足之处，我们恳请广大读者批评指正。作者邮箱：279516722@qq.com。

刘卫国

2024年3月于中南大学

//目  录

//样  章