《大學(xué)計算機基礎(chǔ)與計算思維》（第二版） 課件 趙鋒 第1章 計算思維與科技藝術(shù)；第2章 數(shù)字音頻、圖像處理

大學(xué)計算機《大學(xué)計算機》以教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會印發(fā)的《新時代大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》為指引，是面向全日制大學(xué)本科學(xué)生提供計算機知識、能力、素質(zhì)方面課程的綜合素養(yǎng)課，是培養(yǎng)大學(xué)生利用新一代信息技術(shù)解決本專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用問題提供基礎(chǔ)性支撐的通識必修課程。COLLEGECOMPUTER1計算思維與科技藝術(shù)3數(shù)字音頻、圖像處理、視頻剪輯4新一代信息技術(shù)(AI與XR)

Contents5計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程內(nèi)容6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)倫理2計算機基礎(chǔ)知識教學(xué)目標(biāo)3了解以計算機技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)對科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的推動作用，能夠掌握1~2項新一代信息技術(shù)賦能的交叉融合專業(yè)技能，對計算機新技術(shù)有初步的認識。2熟悉常見的數(shù)字媒體技術(shù)，重點理解音頻、圖像和視頻數(shù)字化相關(guān)標(biāo)準，能夠利用軟件平臺和數(shù)字媒體創(chuàng)作工具制作圖像和視頻作品。4掌握相關(guān)信息檢索技巧，能規(guī)范使用互聯(lián)網(wǎng)和防治計算機病毒，具備網(wǎng)絡(luò)倫理與網(wǎng)絡(luò)道德常識，能使用計算機獲取知識、分析問題、解決問題。1理解和掌握計算機科學(xué)基本知識和計算思維方法，熟悉計算機內(nèi)部的編碼機制和數(shù)制轉(zhuǎn)換，對計算機視覺、色彩和繪圖有原理性認識，了解科技藝術(shù)與智能設(shè)計的創(chuàng)作方法和前沿應(yīng)用，具備初步的計算思維能力。教學(xué)目標(biāo)了解新一代信息技術(shù)特別是大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)在推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革中的作用。課程思政123理解國家創(chuàng)新驅(qū)動的意義，激發(fā)學(xué)生專業(yè)核心技能自主創(chuàng)新熱情。強化計算機倫理、網(wǎng)絡(luò)道德規(guī)范和科學(xué)探索精神教育，培養(yǎng)學(xué)生科技自信和民族自豪感。課程思政20%20%10%50%考勤及課堂表現(xiàn)課程考核實踐與作業(yè)在線學(xué)習(xí)期末機考教學(xué)溝通與聯(lián)系1教學(xué)內(nèi)容第1-2講計算思維與科技藝術(shù)思維與科學(xué)思維思維農(nóng)民如何判斷作物成熟收割時間？醫(yī)生如何判斷病因并做出治療方案？藝術(shù)家如何設(shè)計藝術(shù)形象傳達情感？通過迂回、間接的途徑去尋找問題的答案的認識活動，就是思維活動思維是對客觀事物本質(zhì)和規(guī)律的抽象和高級認知思維以感知為基礎(chǔ)又超越感知的界限思維的兩個重要特征：間接性、概括性【問題提出與解析】當(dāng)汽車發(fā)生了故障，維修師傅會觀察汽車的各種狀態(tài)，通過啟動聲音，儀表顯示的故障碼等，了解車輛的基本信息。然后做出一個推斷和假設(shè)，進行驗證，驗證失敗后，在進行重新的假設(shè)，直到驗證通過，故障得以排除。所以，維修的過程，是克服人類自身的認知缺陷和偏見，保證大腦中想象的世界與外界真實世界相一致的過程，這就是科學(xué)思維?？茖W(xué)思維最為重要的在于提問和質(zhì)疑?？茖W(xué)思維及其三個基本原則科學(xué)思維，是指為了正確認識客觀世界所具有的思辨模式和認識方法，它是連接實踐與理論的橋梁。中文名：科學(xué)思維外文名：thoughtsciences提出者：卡爾·馬克思和恩格斯歸屬體系：馬克思主義哲學(xué)方法論出處：《馬克思主義哲學(xué)原理》科學(xué)思維必須遵守三個基本原則：在邏輯上要求嚴密的邏輯性，達到歸納和演繹的統(tǒng)一；在方法上要求辯證地分析和綜合兩種思維方法；在體系上，實現(xiàn)邏輯與歷史的一致，達到理論與實踐的具體的歷史的統(tǒng)一。思維與科學(xué)思維思維的能動性思維借助感知材料經(jīng)過加工處理改造客觀世界思維形式形象思維（藝術(shù)思維）抽象思維（邏輯思維）靈感思維（直覺思維）思維與科學(xué)思維科學(xué)思維目前真正具備系統(tǒng)和完善表達體系的思維模式有三：理論思維、實驗思維、計算思維分別對應(yīng)：理論科學(xué)、實驗科學(xué)、計算科學(xué)學(xué)科交叉是創(chuàng)新的源泉，重構(gòu)方法：X@Computer!Computer-based+X這也回答了我們?yōu)槭裁匆_設(shè)計算機課程的問題計算思維計算思維是一種概念化的思考方式，而編程則是一種行為，雖然編程的過程中經(jīng)常會用到計算思維，但計算思維絕不是編程?！坝嬎闼季S是一種利用計算機科學(xué)的基本概念來解決問題、進行系統(tǒng)設(shè)計和理解人類行為的方法。”（《ComputationalThinking》，周以真）理解計算思維，首先要理解計算，因為計算思維本質(zhì)上還是研究計算的，研究在解決問題過程中，哪些是可計算的，以及如何計算。計算思維的兩大核心特征是Abstraction（抽象）和Automation（自動化），簡稱2A。在用計算思維解決問題時，人負責(zé)把實際問題轉(zhuǎn)化為可計算問題，并設(shè)計算法讓計算機去執(zhí)行，計算機負責(zé)具體的運算任務(wù)，這就是計算思維里的人機分工。計算思維應(yīng)用領(lǐng)域計算生物學(xué)計算化學(xué)計算機藝術(shù)生理系統(tǒng)仿真…分形藝術(shù)德羅斯特效應(yīng)3D噴繪機器人三葉草上的玫瑰線藥物化學(xué)分子藝術(shù)思維與計算思維內(nèi)涵與發(fā)展藝術(shù)思維的主體元素是情感和形象，本質(zhì)是探討情感和形象的關(guān)系問題，其方式有三：一是對形象的直覺二是對形象情感的想象三是對形象的靈感的領(lǐng)悟計算思維是人的思維，本質(zhì)是對現(xiàn)實世界進行信息抽象并利用工具實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的一種思維方式藝術(shù)思維與計算思維交叉與融合藝術(shù)反哺科學(xué)創(chuàng)作藝術(shù)化簡與抽象不謀而合分形是計算機編程藝術(shù)典范莫比烏斯帶齊白石·蝦分形藝術(shù)藝術(shù)創(chuàng)作中的計算思想黃金比例與黃金數(shù)φ=0.618033618…和Φ=1.618033618…表示兩個黃金數(shù)大學(xué)計算機基礎(chǔ)藝術(shù)創(chuàng)作中的計算思想圖形藝術(shù)與分形圖形可以分為兩類：一類是仿真的；一類是示意的?！读鞴狻罚簠枪谥小稛o盡無極》：吳作人巴特農(nóng)神殿大學(xué)計算機基礎(chǔ)藝術(shù)創(chuàng)作中的計算思想算法設(shè)計算法是對特定問題求解步驟的一種描述，由有限個操作組成，以典型的遞歸算法和語義符號為例盜夢空間的遞歸德羅斯特效應(yīng)伏羲八卦德羅斯特效應(yīng)伏羲八卦編碼計算思維方法的四個基本步驟1分解：大目標(biāo)一步步拆解成小目標(biāo)來解決。步驟1：Agirl步驟2：acutegirl步驟3：acutegirlinhanfu步驟4：AportraitofaHanfu-cladChinesegirl,fashionshoot,flowingdress,floralembroidery,delicatehairaccessories,tranquilgardenbackground,softnaturallighting,sereneexpression--ar3:4（一個穿著漢服的中國女孩的肖像，時尚拍攝，飄逸的連衣裙，花卉刺繡，精致的發(fā)飾，寧靜的花園背景，柔和的自然光線，寧靜的表情--ar3：4）Midjourney-texttoimage計算思維方法的四個基本步驟2模式識別：將事物或現(xiàn)象的共同特點歸納在一切，概括出特征，來進行辨別。你能分辨出他們的表情都代表什么樣的心情嗎？你能區(qū)別誰是食草動物，誰是食肉動物嗎？計算思維方法的四個基本步驟3抽象：建立模型的過程就是理解問題的過程。計算思維方法的四個基本步驟3抽象：建立模型的過程就是理解問題的過程。計算思維方法的四個基本步驟3抽象思維的具象化：（重點）將抽象概念以可視化語言（圖形）或形式化語言（編程語言）表達出來?！稛o盡無極》：吳作人《流光》：吳冠中計算思維方法的四個基本步驟4算法：完成一項任務(wù)時需要的步驟列表。醒來——起床——洗臉?biāo)⒀馈栽绮汀┮路叱黾议T——去上學(xué)科技藝術(shù)科技藝術(shù)是創(chuàng)造性地應(yīng)用科技手段創(chuàng)作出來的藝術(shù)形式。歷史時期科技藝術(shù)2萬年前陶器6千年前青銅器1千年前瓷器文藝復(fù)興解剖學(xué)、透視學(xué)繪畫1830年攝影1895年電影1950年動態(tài)藝術(shù)1970年電腦藝術(shù)…………科技藝術(shù)1、信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：本身無意義的客觀存在，每個人都成為數(shù)據(jù)的采集、處理和分享者。信息：是被組織起來的數(shù)據(jù)，為了特定目的對數(shù)據(jù)進行處理和建立內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而讓數(shù)據(jù)具有意義。知識：對信息的總結(jié)和提煉。人工智能：機器對信息和知識的自主應(yīng)用。應(yīng)用：APP的推薦機制科技藝術(shù)2、數(shù)據(jù)藝術(shù)將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為藝術(shù)，可以是視覺、聽覺、數(shù)字裝置或其他媒介往往與大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、可能是動態(tài)的數(shù)據(jù)可視化藝術(shù)數(shù)據(jù)藝術(shù)與其他藝術(shù)的混搭TatianaPlakhova（俄羅斯女藝術(shù)家）可視化藝術(shù)作品科技藝術(shù)3、分形藝術(shù)在越來越細微的尺度上不斷自我重復(fù)，是一項研究不規(guī)則性的科學(xué)。抽象數(shù)學(xué)公式的可視化。要點：一個幾何對象的某個局部放大后，與其整體相似，這種性質(zhì)就叫做自相似性，算法上類似遞歸。曼德布勞特（Mandelbrot）研究成功分形（Fractal）理論"琳達花"，作者：畫分形的修道妖，來源：站酷

鏈接：/work/ZNjU1MzE2NzI=.html科技藝術(shù)4、生成藝術(shù)也稱“自動生成藝術(shù)”（GenerativeArt）：藝術(shù)家應(yīng)用計算機程序，或一系列自然語言規(guī)則，或一個機器，或其它發(fā)明物，產(chǎn)生出一個具有一定自控性的過程，該過程的直接或間接結(jié)果是一個完整的藝術(shù)品四大特征：使用“隨機化”來打造組合利用“遺傳系統(tǒng)”來產(chǎn)生形式上的進化是一種隨著時間而變化的不間斷變化的藝術(shù)由電腦上運行的代碼所創(chuàng)建大悲宇宙-林琨皓X'Diptera:虛擬蝴蝶生成藝術(shù)相關(guān)推薦：工作室：VariableStudio鏈接https://variable.io藝術(shù)家：小西芽衣MeiKonishi鏈接https://generativeartstudio.tokyo藝術(shù)家：大悲宇宙-林琨皓鏈接/#/home

平臺商：ArtBlocks鏈接https://www.artblocks.io/科技藝術(shù)5.人工智能藝術(shù)埃達（AdaLovelace，英國浪漫主義詩人拜倫之女，世界上第一位程序員）最早提出，如果對象之間的本質(zhì)關(guān)系可以按計算科學(xué)的要求來表達的話，那么當(dāng)時她與巴貝奇（CharlesBabbage）建造的差分機（AnalyticalEngine）就有可能譜寫和制作音樂。不過，埃達當(dāng)時認為機器不能創(chuàng)造性思考。馮·諾依曼認為，“馮·諾依曼機”能夠模仿人腦對信息的加工過程，計算機和人腦在本質(zhì)上是相同的。馮·諾依曼機“馮·諾依曼機”核心設(shè)計思想主要體現(xiàn)三個方面：程序、數(shù)據(jù)的最終形態(tài)都是二進制編碼，程序和數(shù)據(jù)都是以二進制方式存儲在存儲器中的，二進制編碼也是計算機能夠所識別和執(zhí)行的編碼。（可執(zhí)行二進制文件：.bin文件）程序、數(shù)據(jù)和指令序列，都是事先存在主（內(nèi)）存儲器中，以便于計算機在工作時能夠高速地從存儲器中提取指令并加以分析和執(zhí)行。確定了計算機的五個基本組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計算機組成與工作原理計算機硬件接口電腦的內(nèi)部和外部接口都是用于連接鍵盤、鼠標(biāo)、音頻、麥克風(fēng)、顯示器、電源線、打印機和其他設(shè)備等數(shù)制轉(zhuǎn)換十進制轉(zhuǎn)二進制：把十進制數(shù)按2的N次方分解、組合即得二進制數(shù)。數(shù)制轉(zhuǎn)換二進制轉(zhuǎn)十進制：把二進制數(shù)按權(quán)展開、相加即得十進制數(shù)。數(shù)制轉(zhuǎn)換二進制轉(zhuǎn)八進制：每3位二進制數(shù)從右向左轉(zhuǎn)換得到1位八進制數(shù)，不足時補0。二進制轉(zhuǎn)十六進制：每4位二進制數(shù)從右向左轉(zhuǎn)換得到1位十六進制數(shù)，不足時補0。數(shù)制轉(zhuǎn)換課堂實踐（79）10=（

）2（255）10=（

）2=（

）16（65）10=（

）2=（

）8=（

）16二進制數(shù)與十六進制數(shù)對應(yīng)關(guān)系計算機色彩表達#RRGGBB#FF0000紅

#FFFF00黃

#7F00FF紫

rgb(255,0,0)紅

rgb(255,255,0)黃

rgb(127,0,255)紫

小結(jié)了解科學(xué)思維及其三個基本原則；了解計算思維及其解決問題基本步驟；熟悉科技藝術(shù)及常見類型；掌握數(shù)制轉(zhuǎn)換與圖像編碼機制；了解計算機組成與工作原理；了解計算機中色彩表達。大學(xué)計算機《大學(xué)計算機》以教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會印發(fā)的《新時代大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》為指引，是面向全日制大學(xué)本科學(xué)生提供計算機知識、能力、素質(zhì)方面課程的綜合素養(yǎng)課，是培養(yǎng)大學(xué)生利用新一代信息技術(shù)解決本專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用問題提供基礎(chǔ)性支撐的通識必修課程。COLLEGECOMPUTER授課教師：趙鋒1計算思維與科技藝術(shù)3數(shù)字音頻、圖像處理、視頻剪輯4新一代信息技術(shù)(AI與XR)

Contents5計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程內(nèi)容6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)倫理2計算機基礎(chǔ)知識1教學(xué)內(nèi)容第3講計算機基礎(chǔ)知識了解操作系統(tǒng)PC端OS：微軟的Windows、蘋果公司的macOS和開源的Linux了解操作系統(tǒng)移動端OS：谷歌開發(fā)的Android、蘋果開發(fā)的iOS和華為開發(fā)的HarmonyOS阿蘭·圖靈

與馮·諾依曼圖靈機與“圖靈獎”馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)與“計算機之父”阿蘭·圖靈

馮·諾依曼計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機與電子元器件發(fā)展1946年誕生于美國賓西法利亞大學(xué)主要元件是電子管第一臺電子計算機ENIAC重達27噸、占地170m2約18000個電子管計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機與電子元器件發(fā)展第一代1946-1956電子管第二代1957-1964晶體管第三代1965-1970中小規(guī)模集成電路第四代1971-超大規(guī)模集成電路1964年由中科院自行設(shè)計的電子管計算機1191959年IBM7090

晶體管計算機

1983年

“銀河Ⅰ號”巨型計算機2015年天河二號超級計算機計算機發(fā)展與應(yīng)用未來計算機的發(fā)展趨勢計算機將是量子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、仿生技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物微型化高性能網(wǎng)絡(luò)化智能化計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機主要用途科學(xué)計算計算機具備速度快、精度高、存儲強、邏輯判斷和自動運行能力信息處理80%計算機應(yīng)用與信息處理有關(guān)，包括采集、分類、排序、整理、合并、存儲、計算等操作計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機主要用途過程控制也稱實時控制，計算機能及時采集檢測數(shù)據(jù)并按最優(yōu)方案實現(xiàn)自動控制計算機輔助計算機輔助設(shè)計CAD計算機輔助制造CAM計算機輔助教學(xué)CAI計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機發(fā)展與應(yīng)用計算機主要用途人工智能圖靈測試機器學(xué)習(xí)、模式識別專家系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)：物物相連VR：虛擬現(xiàn)實、靈境技術(shù)云：云計算、云存儲大數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)挖掘計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)組成馮·諾依曼機“馮·諾依曼機”核心設(shè)計思想主要體現(xiàn)三個方面：程序、數(shù)據(jù)的最終形態(tài)都是二進制編碼，程序和數(shù)據(jù)都是以二進制方式存儲在存儲器中的，二進制編碼也是計算機能夠所識別和執(zhí)行的編碼。（可執(zhí)行二進制文件：.bin文件）程序、數(shù)據(jù)和指令序列，都是事先存在主（內(nèi)）存儲器中，以便于計算機在工作時能夠高速地從存儲器中提取指令并加以分析和執(zhí)行。確定了計算機的五個基本組成部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計算機組成與工作原理計算機硬件接口電腦的內(nèi)部和外部接口都是用于連接鍵盤、鼠標(biāo)、音頻、麥克風(fēng)、顯示器、電源線、打印機和其