前言

計算思維被認為是與理論思維、實驗思維并列的第3種思維模式，是“互聯網+”、大數據和人工智能時代所有人都應具備的一種思維模式。近些年來，國家推行了一系列信息技術引領的行動計劃，如“‘互聯網+’行動計劃”“新一代人工智能發展規劃”等，這些計劃的關鍵和基礎是要培養一批具有“互聯網+”思維、“大數據”思維和“人工智能”思維的人才，這種思維本質上都是一種計算思維。這種思維，既不能狹義地理解為“各種計算機硬件/軟件的應用”，也不能狹義地理解為“計算機語言程序設計訓練”，它其實是解決社會、自然問題的一種思維方式。例如，計算機管理“磁盤”所使用的“化整為零、還零為整”思維，對如何進行現實中不同性能資源（如物流倉儲配送中的資源）的高效管理具有指導意義；管理“程序執行”的“分工—合作—協同”思維，對現實中管理和執行宏觀任務也是有借鑒作用的。因此，計算思維對培養既有宏觀協調能力又有微觀精細化執行能力的新時代人才有重要的意義。2015地平線報告指出“強調計算思維教育，可以幫助學習者解讀真實世界的系統并解決全球范圍的復雜問題”，這應該是計算思維教育的終極目的之一。

在這種背景下，各高等學校都開設了“大學計算機”課程，要求各學科各專業的學生都要學習這門課程。那么，“大學計算機”應該是一門什么樣的課程呢？它應是面向大學低年級學生開設的，與“大學數學”“大學物理”有一樣地位的技術型通識類思維教育課程。它不應只是講授計算機及其軟件（如Office、Access、IE等）使用的課程，也不應是僅僅訓練學生程序設計能力的課程，它應是講授每個大學生都應具備的計算思維的課程。大學生創造性思維的培養離不開計算思維的培養，互聯網公司（如阿里巴巴、Facebook、Apple、騰訊等）的成功應歸屬于計算思維運用的成功。當前，國家正在大力推動新工科建設，其中一個重要方面就是強調“各學科+計算機”，其根本應是“各學科+計算思維”。

那么，又應如何學習“大學計算機”課程呢？我認為，應更多地強調“思維”，而不應僅著眼于“知識”（即事實的學習）。你可以不知道“計算思維”的定義，那僅是概念，但你應該知道“符號化—計算化—自動化”，你應該知道“計算系統與程序的關系”，你應該知道“程序是如何被機器自動執行的”……這些都是體現計算思維的直觀例子。以潛移默化的方式理解和接受計算思維，是把握和學習本門課程最重要的方式。舉個例子，中醫里講究“穴位”，不同的穴位連接起來就是“脈絡”，不同的脈絡在臨床診斷時有不同的意義，這是中醫的基本認識。但即使你知道了脈絡，為什么還不能治病呢？這是因為你沒有能力讓氣息在脈絡間流動。要做到這點，就需要長期訓練。因此，知識好比是“穴位”，而一年級時學習“大學計算機”課程，好比是在學習“脈絡”，你要熟悉這些“脈絡”，然后才能進行“診斷”。當你經過若干年的不斷努力，深入理解了知識，能將知識融會貫通時，你就能將思維轉變成能力——運用計算思維的能力。

本書從最基本的“計算”講起，從“計算+”講到“大數據+”“互聯網+”，覆蓋了計算學科經典的、重要的計算思維，并從學習者的角度組織教學內容：首先，站在學科高度，凝練教學內容，提取重點之重點，以精練的語言進行講述；然后，通過大量的、豐富的示例題目，引導讀者對教學內容進行漸進式的、有一定深度的探索；最后，將教學內容轉換成不同深度的示例題目，在場景、練習、模擬中，實現對教學內容不同深度的理解，進而達成“不僅是了解計算思維，而且能夠理解和運用計算思維”的目標。同時，作者在中國大學MOOC等平臺開設有“大學計算機——計算思維導論”和“計算機專業導論”慕課課程，讀者可參考并學習。

本書適合各類專業的大學本科生學習（建議在大學一年級學習）。考慮到教學進度和學生接受程度，總學時安排48學時為宜（不含實驗學時）。如果非計算機專業不再開設高級語言程序設計課程，則需增加實驗，需分配64學時；如果還有高級語言程序設計課程，則建議本課程不含實驗，因為實驗會涉及很多細節性內容，在學時有限的情況下會影響對計算思維的理解，學?？梢罁嶋H情況，結合表中給出的內容與學時建議進行調整和設置。另外，書中標記“擴展學習”的內容，可作為課程的延伸內容，由教師引導，學生自主學習。示例題目前標記“*”的，表明該題有一定難度。

學時安排表

本書得到教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會的大力支持，在此表示感謝。在本書編寫過程中，很多學校的一線教師提出了很好的建議，在此對他們表示感謝。另外，感謝哈爾濱工業大學本科生院、計算機學院對本書編寫和出版工作所給予的大力支持。

“大學計算機——理解和運用計算思維”是一門發展中的課程，教材中的內容難免有不完善之處，敬請廣大讀者諒解，并誠摯地歡迎讀者提出寶貴建議。

作者于哈爾濱工業大學
2018年5月1日