大学计算机基础课程计算思维案例库要求.docx

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大学计算机基础课程计算思维案例库要求

大学计算机基础课程案例库

一、案例制作背景

随着大学计算机基础课程内容改革的不断深入，以计算思维为切入点的教学改革已经得到各个高校的认可。

在几年来的教学实践中，各个高校都在探索和尝试将典型计算思维培养方法转化为教学案例和教材，以便搭建起适合本校使用的、可行的大学计算机基础课程教学方案。

但针对全国众多高校存在着学生层次不同的差异，以及教师对计算思维知识点的把握不足等现象的特点，适时提供一批高质量的与计算思维概念紧密结合的教学案例，会对各个学校提高计算机基础课程教学质量起到巨大的推动作用。

二、案例内容要求

1．案例以大学计算机基础课程教指委编制的《大学计算机基础课程教学基本要求》关于计算思维的核心概念为依据，请参阅附录二和附录三。

2．案例要与本校大学计算机基础课程教学内容紧密结合。

3．案例要针对大学计算机基础课程教学中的重点和难点。

三、案例制作要求

案例需要有Word文档、演示文稿和视频三部分。

1．Word文档内容和格式如下：

①案例名称：

②教学目标及层次（概念、方法、应用）

说明：

说明本案例属于概念、方法还是应用层次，达到的教学目标：

了解、理解、掌握。

③相关计算思维核心概念（分类/核心概念）

例如，通信/信息编码

说明；请参阅《白皮书》中的表2.1

④相关知识点（领域/子领域/知识点）

例如，系统平台与计算环境/计算机系统/信息的表示（核心1）/信息编码

说明；请参阅《白皮书》中的表3.1

⑤设计思路及内容

⑥思考题

2．演示文稿（PPT）：

是指在教学时使用的PPT

3．视频文件格式要求：

声音清晰，画面清楚，MP4格式，H264编码。

每一个案例时长一般为5-10分钟。

4．其他文档

四、案例提交方式

案例以各个工作组为单位进行组织编写，每个工作组需提供符合要求的案例25个，提交的案例需经工作组专家团队评审通过后才可进入大学计算机基础课程案例库。

五、案例使用方式

各工作组参与成员可使用大学计算机基础课程案例库中的相关案例建设自己的SPOC课程。

附录一：

案例1

1．Word文档内容和格式如下：

①案例名称：

1000瓶酒中找出1瓶毒酒

②教学目标及层次（概念、方法、应用）

应用信息编码的思想，达到掌握信息编码方法。

③相关计算思维核心概念（分类/核心概念）

通信/信息编码

④相关知识点（领域/子领域/知识点）

系统平台与计算环境/计算机系统/信息的表示（核心1）/信息编码

⑤设计思路及内容

问题：

一共有1000瓶酒，其中一瓶有毒。

如果一只老鼠喝了有毒的酒，会在一天后死亡。

如果给一天时间，让你判定哪瓶酒有毒，至少需要几只老鼠？

分析：

由于时间是限定的，一只老鼠不能喝两次，也不能等待其他老鼠喝酒后的结果发生了再决定下一步的喝酒策略。

因此：

一、只能同时喝酒，故不能采用像二分法这样的方法求解；二、喝的酒可以是混合的（即几瓶酒混合在一起）；三、根据老鼠死活的情况判断哪一瓶有毒。

思路：

喝酒后每一只老鼠只有2种状态：

死和活，n只老鼠就有这n个死或活的状态，由此联想到对应二进制的0或1状态。

那么，正如使用n位二进制可以表示2n个不同的数值，采用n只老鼠的死活状态的组合就可以反映2n种不同的可能性。

目前需要判断1000瓶酒的毒性，根据2n=1024，我们可以试着去用10个老鼠去尝试。

方法：

（1）编号：

将1000瓶酒一一编号：

1、2、......、678、......、1000

（2）二进制：

将编号转换成10位的二进制0000000001、0000000010、......、1010100110、......、1111101000

（3）倒酒：

关键，把每一瓶酒倒入自己二进制编码中为1的杯子中。

例如，第678瓶酒倒入第1、3、5、8、9杯子中。

（4）喝酒：

让10个老鼠分别吃一杯酒

（5）判断：

看老鼠怎么个死法。

若第1、3、5、8、9个老鼠死了，则可得到二进制序列：

1010100110，可判定第678瓶酒有毒。

⑥思考题：

如何时间不受限制并且采用二分法则至少需要多少个老鼠？

2．演示文稿（PPT）：

略

3．视频文件格式要求：

略

4．其他文档：

无

附录二：

《白皮书》表2.1“计算思维核心概念及相应重点”

计算思维核心概念及相应重点

分类

（概念个数）

关注点

核心概念

相应重点

计算（3）

可计算性和计算复杂性

计算模型、可计算性、计算复杂性

了解计算发展的历史；了解图灵机、可计算性、计算复杂性等基本概念

抽象（4）

关注对象的本质特征

抽象、抽象层次、概念模型、实现模型

理解抽象及其过程；了解概念模型与实现模型；掌握利用概念模型对问题进行分析和建模；了解抽象层次及虚拟机概念

自动化（7）

信息处理的算法设计

算法、程序，迭代、递归，启发式策略、随机策略，智能

理解算法、程序概念；掌握迭代、递归等基本方法；了解典型问题算法求解策略

设计（6）

可靠和可信系统的构建

分解、复合、折中，可靠性、安全性、重用性

了解分解、复合、试错、折中等设计系统的基本方法；了解信息封装、接口、原型系统等概念；了解实现重用性、安全性、可靠性的思想

评估（5）

复杂系统的性能评价

评价指标与基准、瓶颈、冗余、容错、性能仿真

了解度量系统性能的指标和常见方法；理解瓶颈、冗余、容错的概念；了解可视化建模与仿真

通信（7）

不同过程和对象间的可靠信息传递

信息及其表示、信息量（熵）、编码与解码、信息压缩、信息加密、校验与纠错、协议

理解信息编码思想；理解信息在计算机内的表示与存储方式。

掌握基本编码方法；了解通信可靠性保障基本思想

协调（5）

多个自主计算实体间的有效配合和时序控制

同步、并发、并行、事件、服务

理解并发、并行、同步、死锁、事件、服务的概念；了解常见的协同策略与机制

记忆（5）

信息的表示、存储和检索

数据类型、数据结构、数据组织、检索与索引、局部性与缓存

理解常用数据类型和数据结构的概念；了解数据类型、数据结构与算法和程序的相互关系；掌握选择数据类型和数据结构的方法；了解提高数据管理、访问效率的常用方法

附录三：

《白皮书》表3.1“大学计算机基础教学知识体系以及需关注的计算思维培养重点”

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

系统平台与计算环境

1.信息与社会

信息技术与应用

网络道德规范与社会责任

信息安全基础

知识产权与开源软件

2.计算机系统

信息的表示（二进制、数值、字符、图像、汉字）

计算机系统的构成（冯·诺依曼计算机体系结构及工作过程、硬件系统构成、系统软件、应用软件）

操作系统基本原理（功能与分类、进程/资源等概念）

逻辑运算和基本逻辑门

微处理器

存储器

总线

常用外部设备

指令系统与汇编语言

中断技术

输入输出系统

处理器管理

存储管理

文件管理

设备管理

存储器接口设计

嵌入式系统

数字接口电路设计

模拟接口电路设计

单片机及其应用

需关注的核心概念：

信息及其表示、编码与解码、校验与纠错；同步、并发、并行、事件；局部性与缓存；折中；瓶颈等。

需关注的掌握重点：

理解信息编码思想；了解计算系统模块设计、重用、计算协同等基本思想；理解存储体系的折中、缓存设计思想。

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

3.计算机网络

计算机网络基础知识（网络和因特网发展、网络类型与应用、移动互联网/无线传感网络等概念）

数据通信基础（数据传输、交换、路由等方面的概念）

网络模型与协议（ISO参考模型、TCP/IP模型、协议）因特网应用

网络操作系统与网络服务

网络互连

局域网技术

广域网技术

TCP/IP协议

网络安全技术

网络管理与维护局域网设计

无线传感器网络关键技术

无线传感器网络设计

无线传感器网络应用方案

需关注的核心概念：

协议；同步、服务；抽象层次、概念模型、实现模型；可靠性、安全性；瓶颈、冗余、容错、性能仿真。

需关注的掌握重点：

了解抽象层次、通信可靠性保障基本思想；理解协议的作用；了解网络性能的分析评价有关概念和方法。

算法基础

与程序开发

1．计算模型

图灵模型

可计算性

计算复杂性

需关注的核心概念：

计算模型、可计算性、计算复杂性。

需关注的掌握重点：

了解图灵模型的发展背景和基本思想，以及可计算性和计算复杂性概念。

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

2．算法与程序设计

程序与程序设计语言（语言作用、语言发展和类型）

基本控制结构（顺序、分支、循环）

算法基本概念（算法概念、流程图）

程序设计过程（程序设计问题求解的基本过程）

数据类型基础

过程与函数

构造类型与指针

数据结构基础

文件

面向对象编程

图形界面编程

函数（类）库

算法设计及常用算法

Web编程技术

需关注的核心概念：

算法、程序；迭代、递归；数据类型、数据结构、数据组织；分解、复合；重用性；评价指标与基准。

需关注的掌握重点：

理解算法、程序概念；掌握迭代、递归等基本方法；了解典型问题算法求解策略；理解常用数据类型和数据结构的概念和作用；了解程序模块化设计思想，以及模块分解与复合等设计思想；理解信息封装、接口等概念，以及重用性、可靠性的思想；了解程序测试的基本方法和思想。

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

3．软件开发

软件开发过程

软件体系结构

软件工具与开发环境

项目管理与质量控制

需求分析

软件设计

软件测试

人机交互技术

组件和服务

信息系统开发

应用系统集成

需关注的核心概念：

抽象；分解、复合、折中；可靠性、安全性、重用性；评价指标与基准。

需关注的掌握重点：

理解抽象及其过程；了解软件模块分解、复合、试错、折中等系统设计的基本方法；了解信息封装、接口、原型系统等概念；了解实现重用性、安全性、可靠性的思想。

数据管理

与信息处理

1.数据组织与管理

数据库系统基本（功能、应用）

数据模型（逻辑模型、物理模型、E-R图、UML）

关系数据库（关系数据模型、关系代数等基本概念）

数据库安全

数据仓库

数据库新技术

规范化理论

SQL语言

事务处理

数据库设计

数据库管理与维护

数据库系统开发技术

WEB应用系统

管理信息系统

需关注的核心概念：

同步、并发、并行、事件、服务；数据组织、检索与索引；抽象、抽象层次、概念模型、实现模型；可靠性、安全性、重用性；评价指标与基准、瓶颈、冗余、容错。

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

需关注的掌握重点：

理解并发、并行、同步、事件、服务等概念；了解事务处理的协同策略与机制；了解提高数据管理、访问效率的数据组织、检索与索引方法。

了解数据库设计抽象及其过程、概念模型与实现模型；了解数据库中重用性、安全性、可靠性的有关思想。

2.多媒体信息处理

多媒体技术的基本概念（媒体类型、多媒体系统的组成）

多媒体数据处理（常用多媒体处理软件）

多媒体文件格式及标准

虚拟现实

音频处理技术

图像处理技术

视频处理技术动画制作技术

多媒体数据压缩技术

多媒体存储技术

网络多媒体技术

平面设计与制作

动画制作

数字视频制作

视频点播系统

多媒体应用系统设计

需关注的核心概念：

信息及其表示、信息量（熵）、编码与解码、信息压缩、信息加密、校验与纠错；同步、服务；瓶颈、冗余、容错。

需关注的掌握重点：

理解信息编码思想；掌握基本编码方法；理解信息表示、信息度量（熵）、信息压缩等基本思想和关系；了解多媒体系统中的同步、协同机制，以及通信可靠性保障基本思想。

领域/子领域

知识点

需关注的计算思维培养重点

核心1（统一必修）

核心2（分类必修）

扩展

3．分析与决策

统计分析

决策支持系统

统计分析技术

决策与优化技术

决策树

关联规则

人工智能概述

数据挖掘概述

信息分析与决策

风险型决策方法

线性和离散优化

多目标、多指标决策

层次分析法

人工神经网络概念及应用

粗糙集

统计分析软件包

数据挖掘软件包

专家系统

D4C71离散和连续概率的分布及应用

D4C72仿真及应用

需关注的核心概念：

启发式策略、随机策略；性能仿真。

需关注的掌握重点：

理解数据分析与决策中的信息表示方法和基本分析方法；了解决策空间的搜索、推理方法，以及启发式策略和基于概率模型的随机策略思想；了解可视化建模与仿真方法。