前言

大学计算机——计算文化与计算思维基础近年来，以美国麻省理工学院为首的世界几十所大学展开了CDIO（Conceiving，Design，Implement，Operate，构思设计实施操作/运营）工程教育模式的改革。CDIO大纲的第二部分为个人和职业技能和特质。该大纲指出，工程师应该具备的三种思维模式是工程思维、科学思维、系统思维。其中科学思维包括三种: 以观察和归纳自然规律为特征的实证思维，以推理和演绎为特征的逻辑思维，以抽象化和自动化为特征的计算思维。因此，计算思维的培养将大大利于提高工程师的科学思维能力，符合CDIO理念的要求。

计算思维概念，最早是2006年3月由美国卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M. Wing）教授在Communication of the ACM上给出并定义的。她指出，计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。

以往的计算机文化基础课程采用以操作和技能讲解为主线的教学模式，淡化了计算机科学的精髓。信息素养的培养，要求学生能够对于获取的各种信息通过自己的思维进行深层次的加工和处理，从而产生新的信息。

无论是计算机教育工作者，还是计算机普通用户，在学习和使用计算机的过程中，应该着眼于“悟”和“融”: 感悟和提炼计算机科学思维模式，并将其融入可持续发展的计算机应用中，这是作为工程人才不可或缺的基于信息技术的行动能力。大学生学习计算机基础课程，不仅要了解计算机是什么、能够做什么、如何做，更重要的是要了解这个学科领域解决问题的基本方法与特点。因此，在非计算机专业第一门计算机课程中引入计算思维能力的培养，是提高大学生信息素养和工程能力的有效途径，是CDIO教学模式改革中极其重要的环节。

计算思维是计算机和软件工程学科的灵魂，作为第一门非计算机专业的大学计算机基础课程，应该把培养重点放在培养学生的计算思维与信息素养能力上，让学生了解和掌握如何充分利用计算机技术，对现实世界中的问题进行抽象和形式化，达到人类求解问题的目的，应注重可持续发展的计算机应用能力培养，强调在分析问题和解决问题当中终身学习的能力，从而提高学生的思维能力，扩展思维宽度，提高解决实际问题的能力。

本教材特色如下。

（1） 本教材的编写宗旨是建设符合我国实际的DRCDIO(Double RegressionCDIO，回归人本，回归工程)人才培养模式的教材体系，有针对性地进行教学任务设计，特别是对于涉及计算思维运用的教学内容的设计。按照认知规律，采用由浅入深、由外入内的教学模式。教材内容不只是讲授计算机方面的知识，更注重展现计算机学科的思维方式以及读者思维能力和工程能力的训练。

大学计算机——计算文化与计算思维基础前言（2） 围绕现代工程师应具备的素质要求，多方位多角度培养学生工程能力。

教材中利用“思考与探索”“角色模拟”“分析与认证”“能力拓展与训练”等栏目多方位、多角度培养学生工程能力，包括终身学习能力、团队工作和交流能力、社会及企业环境下建造产品的系统能力、可持续发展的计算机应用能力等。

“思考与探索”是面向计算思维的对于知识的一种解析，旨在培养学生的计算思维能力和善于观察、勤于思考、勤于探索的良好学习习惯和品质。

“角色模拟”主要是通过模拟工程师与真实世界之间的互动，通过项目分析、设计与实现，培养学生工程实践应用能力，培养学生在团队中有效合作、有效沟通、有效管理的能力，提高学生应用工程知识的能力和处理真实世界问题的能力。

“能力拓展与训练”包括一些思维密度较大、思维要求较高和需要自主学习的问题和要求，旨在培养学生的系统思维能力、发散思维能力、创新思维能力、沟通能力、适应变化的自信和能力以及团队协作创新的工作理念，激发学生自主探究的积极性，在拓展创作中实现自我价值，并培养主动学习、经验学习和终身学习的能力。

（3） 强调教育的根本目标是人的完善。

目前的教育过于重视学科知识和智力培养，偏离了“人的完善”这一教育根本目标。本教材按照DRCDIO人才培养模式，重视人的全面发展，在附录中附有《弟子规》原文，旨在传承中国传统文化之精华，充分发挥中国传统文化对校园和社会所产生的净化心灵、熏陶品质的作用，使读者感悟中华文化的真谛，提高内涵素养和外在修养，从而塑造正确的思想道德观念和人生价值观念，提升德行修养，塑造健全人格。 

总之，本教材的编写，在涵盖适度的基础知识与理论体系基础上，突出回归人本和回归工程的教学方法论，既强调内容宽度和知识深度的结合，又通过把科学思维的要素、方法融入问题和案例，从问题分析着手，强调面向计算思维和信息素养的培养，力求达到“教师易教，学生乐学，技能实用”的目标。

本教材共8章，主要内容包括认识计算文化与计算思维，0和1的思维——信息在计算机内的表示，系统思维——计算机系统基础，算法思维，程序思维——程序设计基础（Python），数据思维——数据的组织、管理与挖掘，网络化思维，伦理思维——信息安全与信息伦理。

本教材由申艳光、王彬丽、宁振刚主编，参与编写的还有方启泉、杨丽（大）、杨丽（小）、刘志敏、张艳丽、薛红梅、生龙、王瑞林8位老师。邯郸市丛台飞扬多媒体设计服务有限公司制作了动画短片，在此一并表示感谢！

由于作者的水平有限及时间仓促，书中难免存在不足之处，恳请读者批评和指正，以使其更臻完善！

本书配套出版了《大学计算机——计算文化与计算思维基础实验实训》（刘志敏主编，清华大学出版社），同时提供电子课件和实验实训素材，可以登录出版社网站下载。本教材内容的相关视频，读者可以登录中国大学视频公开课官方网站——“爱课程”网（http: //www.icourses.cn），参考河北工程大学的“心连‘芯’的思维之旅”课程。

申艳光2017年9月