计算机导论与程序设计

一、课程的教学目标与任务

目标：

1. 在介绍计算机基础知识的同时，从电子信息类专业特点出发引导学生理解计算机的基本工作原理，从系统的角度使新生初步建立起对计算系统的本质认识，激发学生的专业兴趣，同时为学习后续课程学习作铺垫。课程中将介绍与计算机专业相关的人文素养与工程职业道德，也会针对不同领域介绍最新技术以及研究进展：包括物联网技术、云计算技术、大数据与人工智能等；

 2. 通过本课程的学习，使学生学会从计算机角度思考问题，培养学生逻辑思维能力和面向过程的程序设计方法；训练学生能针对非数值计算的具体问题选择合理的计算机存储结构及构造较有效率的算法，并能运用C语言作为程序设计的工具编制结构清晰、可读性好的程序，并会设计测试用例，完成程序的测试，能撰写该程序的技术报告，具备面向过程化应用程序的独立设计及实现能力。为进一步学习复杂软件系统的开发打下理论基础及实践基础。

任务：

1. 通过导论部分的学习，掌握图灵机的基本原理、计算机的基本组成与原理；了解计算机各个领域的发展历史、现状与发展趋势等；从系统层面了解数据结构与算法、计算机网络、操作系统、数据库等软件系统的基本常识；通过实践环节熟练掌握计算机基本操作和应用。

2. 通过程序设计部分的学习培养逻辑思维并建立程序设计的思想，重点培养学生分析问题和使用高级语言进行程序设计以解决实际问题的能力；掌握C语言基础知识、C语言程序结构、语法及函数库、简单算法和数据结构的基本设计方法。

二、课程具体内容及基本要求

(一) 计算的历史、现状、发展趋势与前沿技术概述(2学时)

主要内容：

（1）          计算机的发展历程

（2）          计算机技术的发展现状与趋势

（3）          前沿技术

（4）          计算机工程与社会、可持续发展

1.基本要求

了解计算机发展史上图灵、冯.诺依曼等人的关键工作；了解各种类型的计算机；了解计算机的更新换代与关键元器件技术的发展；了解计算机科学技术的发展趋势；了解不同领域最新技术及研究进展。

2. 重点、难点：

重点：计算机的发展历程及重要历史人物。

3.作业及课外学习要求：

通过互联网阅读计算机发展相关的文章、报告；阅读新技术的介绍性文章，了解各个领域的最新技术

(二) 计算机体系结构及其编码方式(4学时)

主要内容：

（1）          如何使机器具有计算能力？

（2）          图灵机与冯.诺依曼原理

（3）          二进制的产生和运算

（4）          数的表示：数据的编码的基本原理

1.基本要求

了解图灵机模型的构成和计算过程；了解计算的过程可以被分解成一系列非常简单的动作；掌握冯·诺依曼原理；掌握二进制及其运算特点，计算机采用二进制的原因以及二进制的运算方法；了解ASCII码字符集合，了解汉字在计算机中有多种编码；能够理解补码的作用。

2. 重点、难点：

重点：冯·诺依曼计算机的“存储程序、程序控制”概念；计算机的基本构成；计算过程可以被分解为一系列非常简单的动作；计算机的语言(机器语言)是二进制，数值数据和非数值数据都需要进行编码才能在计算机中存储和处理；数据的二进制表示特点和运算规则。

难点：图灵机模型的认识，程序的概念，数据编码。

3.作业及课外学习要求：

练习不同进制数据编码表示方法，转换方法和运算规则。

 (三) 计算机组成与软件系统(4学时)

主要内容：

（1）          计算机硬件组成

（2）          计算机体系结构

（3）          计算机中的数据表述、字长的概念，总线结构

（4）          机器语言、汇编语言和高级语言简介

（5）          计算机软件;数据结构与算法、操作系统与数据库系统简介

1. 基本要求：

了解计算机的体系结构，掌握计算机的基本组成：输入/输出设备、运算器、控制器、内存储器、外存储器，各基本组成部分之间的合作关系；了解各种计算机外围设备和存储设备。

了解程序设计语言的发展，以及机器语言、汇编语言和高级语言概念；了解程序在计算机上运行前需要进行翻译，编译是语言翻译的一种基本方法。

2. 重点、难点：

重点：计算机系统结构；高级语言需要翻译成机器语言才能为计算机识别；软件在计算机系统中的重要作用以及应用软件和系统软件的基本分类情况；操作系统软件在计算机系统中的重要作用和主流操作系统。

难点：计算机中的数据、字长与总线结构。

3.作业及课外学习要求：

通过网络资源进一步加深对计算机体系结构、软硬件系统、编程语言的了解。

(四) 计算机应用 (2+8学时)

主要内容：

（1）          Windows视窗系列操作系统的发展历程和技术特点；

（2）          Windows系统的设置、使用和日常维护；

（3）          Windows环境下的网络设置和使用；

（4）          常见DOS命令的使用；

（5）          办公软件（Word、Excel、Powerpoint等）的熟练使用；

（6）          互联网、浏览器、文献检索、资料查询

1. 基本要求：

了解主流操作系统的发展历程和技术特点；重点介绍Windows操作系统的发展历程和特点；掌握Windows操作系统下的常用操作和设置；掌握常用办公软件的使用；掌握命令行操作；了解通过互联网进行文献检索和资料查询的方法。

2. 重点、难点：

重点：掌握Windows操作系统下的常用操作和设置；掌握常用办公软件的使用。

难点：命令行操作。

3.作业及课外学习要求：

通过上机环节练习计算机常用设置、基本操作、命令行使用和常用办公软件应用；学习利用网络进行文献检索的方法；通过网络资源了解Linux系统特点，学习Linux系统基本操作方法。

（五）程序设计概述 ( 2学时 )

主要内容：

（1）      程序设计语言发展历史及趋势

（2）      程序设计基本概念

（3）      程序执行的原理和过程

（4）      C语言概述

1.基本要求

（1）了解程序设计语言的发展历史及趋势，了解不同类型语言的特地及优势

（2）熟悉程序设计基本概念

（3）掌握程序执行的原理和过程，对程序在计算机上的执行过程建立基本概念

（4）掌握C语言程序的框架结构和创建简单C程序的方法。

2.重点、难点

重点：程序设计基本概念、程序执行的原理和过程

难点：C语言程序的结构和创建简单C程序的方法

3.作业及课外学习要求

作业：在开发环境中编译、运行两个简单程序；练习命令行使用方法

课外学习要求：通过网络搜索与程序设计相关的内容，尽可能多的了解与程序设计有关的基础知识

（六）数据对象与计算( 4+4学时 )

主要内容：

（1）      C语言中数据对象的表示方法

（2）      简单数学计算表示方法

（3）      C语言程序与用户交互方法（输入/输出）

（4）      数值计算类程序基本结构

1.基本要求

（1）熟悉C语言字符集、保留字集、标识符、算符等基本词法元素

（2）熟悉C语言数据类型，掌握变量声明方法

（3）掌握C语言运算符、表达式与计算过程

（4）熟悉语句与复合结构

（5）掌握键盘输入和屏幕输出等交互方法

（6）熟悉数值计算类C程序的一般形式

2.重点、难点

重点： 基本数据类型、运算符与表达式、基本的输入和输出处理、语句、程序结构

难点：变量声明、数学表达式的表示，输入输出方法

3.作业及课外学习要求：

作业：编写1-2个简单数值运算的程序

课外学习要求：通过上机练习掌握数值计算类程序的变量表示、表达式写法以及程序结构

（七）基本程序控制结构(6+8学时 )

主要内容：

（1）      结构化程序设计概念、

（2）      程序流程控制结构及C语言相关语法

1.基本要求

（1）熟悉结构化程序设计概念

（2）掌握关系表达式和条件表达式

（3）掌握分支结构及相关语法：if语句和switch语句；嵌套if语句和多选项决策

（4）掌握循环结构及相关语法：for语句；while语句；do-while语句；嵌套循环；break和continue用法；

（5）掌握多种控制结构嵌套使用方法

2.重点、难点

重点：结构化程序设计概念、条件表达式、分支结构和循环结构的基本形式及执行流程

难点：条件表达式；if语句的匹配原则；循环语句的结束条件和执行次数；复合控制结构的流程。

3.作业及课外学习要求

作业：编写2-4个使用流程控制结构的程序

课外学习要求：通过上机练习掌握C语言基本流程控制结构

（八）函数与模块化编程( 6+4学时 )

主要内容：

（1）      模块化程序设计概念

（2）      函数定义及使用

（3）      变量作用域和生命周期

（4）      递归方法

（5）      C语言常用函数

1.基本要求

（1）了解模块化编程

（2）熟悉函数的基本概念

（3）掌握函数的定义、声明和调用

（4）掌握参数传递机制和变量的作用域

（5）熟悉递归方法

（6）熟悉C语言常用库函数

2.重点、难点

重点：函数的定义、声明和调用，参数传递，变量（数据）的作用域，标准函数的使用；模块化编程的意义

难点：参数传递机制；递归函数的运行过程和递归函数的编写。

3.作业及课外学习要求

作业：将一些常见的数值运算（例如素数判断，求最大公约数等）编写成函数

课外学习要求：通过上机练习掌握函数定义方法和函数调用方法，了解一些常见问题的递归解决方法

（九）数组与字符串( 6+8学时 )

主要内容：

（1）      引入数组的原因

（2）      数组定义及使用（一维数组、二维数组）

（3）      字符数组和字符串

（4）      基于数组的简单算法（查找、排序）

1.基本要求

（1）熟悉数组的含义及在内存中的表示

（2）掌握数组定义及使用方法

（3）掌握数组相关的常见算法（查找、排序等）

（4）掌握数组作为函数参数的本质和使用方法

（5）掌握字符数组与字符串的区别以及字符数组使用方法

（6）熟悉常用字符串处理库函数的使用方法

2.重点、难点

重点：声明数组和引用数组的语法；数组作为函数参数的本质和使用方法；字符串的特殊性；字符串操作库函数的使用。

难点：数组的含义及在内存中的表示；数组作为函数参数的本质和使用方法；数组相关的常见算法。

3.作业及课外学习要求

作业：编写2-4个数组相关的程序

课外学习要求：通过上机练习掌握数组定义方法和使用方法，了解一些可以用数组解决的实际问题

（十）指针与动态存储管理( 6+4学时 )

主要内容：

（1）      指针的本质及在内存中的表示；

（2）      指针变量定义及使用

（3）      指针与数组

（4）      动态存储管理

1.基本要求

（1）     掌握指针的含义以及在内存中的表示

（2）     掌握如何定义和使用指针引用变量

（3）     掌握指针与一维数组的关系以及指针运算的意义及其使用方法

（4）     熟悉指针作为函数参数的含义与使用方法

（5）     了解动态内存管理的概念

（6）     熟悉常用内存管理的函数及使用方法

2.重点、难点

重点：指针的概念及其含义了；使用指针变量的方法；指针与数组的关系以及指针运算的含义。

难点：指针的本质以及在内存中的表示；指针与一维数组的关系

3.作业及课外学习要求

作业：通过上机练习掌握程序运行时指针变量的变化，使用指针容易出现的错误

课外学习要求：了解不同语言的内存管理机制

（十一）结构体与复杂数据表示( 2+4学时 )

主要内容：

（1）      复杂数据如何用结构体（含结构体嵌套）表示

（2）      结构体定义及使用方法

1.基本要求

（1）掌握结构体的声明及数据成员引用方法

（2）掌握使用结构体嵌套来定义复杂数据的方法

（3）掌握结构体作为函数参数的特点及使用方法

2.重点、难点

重点：结构类型的定义和应用。

难点：使用结构体（嵌套结构体）定义复杂数据的方法

3.作业及课外学习要求

作业：编写1-2个使用结构体的程序

课外学习要求：了解结构体在数据结构中的应用（例如链表等）

三、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

要求围绕人才培养目标，从课程体系的角度说明本课程对培养学生能力素质的贡献点，与人才培养方案中的知识、能力、素质矩阵相对应。

四、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、期末考试成绩、单元测验成绩、课程报告成绩以及计算机操作成绩组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业成绩：10%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

期末考试成绩：40%。主要考程序设计思想、逻辑思维、程序设计方法、程序调试能力。考试形式为机试。

单元测验成绩：30%。主要考核分析和解决问题的能力，以及程序设计和调试能力。学生根据机试系统给出的练习题目编写程序，通过调试得到正确结果并通过机试系统提交。最终成绩通过两次上机测试确定。

课程报告成绩：10%。主要考核学生对计算机组成、软件系统、前沿技术的了解程度、文献检索能力，以及语言及文字表达能力。学生可自拟题目或根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，最后评定课程论文成绩。

计算机操作成绩：10%。主要考核计算机运用能力、获取整理信息的能力以及理论联系实际的能力，学生根据任课教师提出的题目，通过对计算机的操作和应用软件的使用完成指定题目，根据学生完成情况和熟练程度给出成绩。