计算机本科教学课件

计算机本科教学课件总览第一章计算机科学导论计算机科学与技术学科概述计算机专业能力培养目标计算思维基础计算机科学作为研究信息处理的理论、方法培养具备坚实理论基础、系统设计能力、问计算思维是解决问题的方法论，包括抽象、与技术的学科，已成为现代科技发展的核心题解决能力、创新思维和团队协作精神的高分解、模式识别、算法设计等核心要素，是驱动力它融合了数学、电子工程和信息科素质计算机专业人才，能够适应数字经济时计算机专业学生必须掌握的基本思维方式，学等多学科知识，形成了独特的理论体系与代的技术发展与社会需求也是理解复杂系统的重要工具技术架构计算机专业导论的重要性纠正只学编程语言的误区计算思维系列讲座从机器自动计算到计算与社会融合的演进历程，展示计算机科学的发展脉络与计算机专业不仅仅是学习编程语言，而核心理念是包含理论基础、系统结构、软件设计、算法分析等多维度知识体系编程语言通过典型案例分析，培养学生的抽象思只是工具，而非核心目标维、逻辑推理、系统分析等计算思维能力，为专业学习打下基础导论课程帮助学生克服编程中心论的片建立完整知识框架面认识，建立全面、系统的专业视角，理解为什么学与学什么的深层次问题第二章计算机组成原理基础计算机系统层次结构信息的数字化表示基本硬件子系统从微观到宏观的五层次结构物理层、逻辑层、数据表示定点数、浮点数、字符与字符串编CPU指令执行的核心单元，包含控制单元、微架构层、指令系统层、操作系统层码（ASCII、Unicode）算术逻辑单元、寄存器组冯诺依曼体系的五个核心部件运算器、控制存储程序原理程序与数据同等对待，存储在存储器主存、缓存和外存的层次结构与工作器、存储器、输入设备、输出设备同一存储空间原理I/O子系统实现计算机与外部世界的信息交换计算机组成原理课程特色课程逻辑架构教材选择与内容更新采用总体框架→处理对象→硬件子系统结合纪禄平等2024年最新版《计算机组的逻辑结构，从宏观到微观，系统性地成原理》教材，内容涵盖传统基础知识介绍计算机组成原理这种教学架构有与前沿技术发展，反映计算机硬件的最助于学生建立完整的知识体系，理解硬新进展多层次教学目标件各部分之间的关联课程设计突破了传统按部件划分的教学兼顾本科教学需求与硕士研究生入学考模式，强调系统性思维和整体架构的理试要求，既注重基础概念的理解，又关解，更符合工程思维和系统设计理念注复杂系统的分析能力培养计算机组成原理核心内容数据表示与运算结构与指令系统CPU•数值型数据定点数、浮点数表示与运算•MIPS32指令集架构与指令格式•非数值型数据字符编码（ASCII、Unicode）•CPU数据通路与控制器设计•数据校验奇偶校验、循环冗余校验CRC•流水线技术与性能优化•ALU设计加法器、乘法器实现原理•中断与异常处理机制存储系统总线与系统I/O•存储层次结构主存、Cache、外存•总线结构与仲裁机制•Cache工作原理与映射方式•I/O接口与控制方式•虚拟存储技术与页面置换算法•DMA控制器工作原理•高速缓存一致性问题•外部设备与系统交互方式计算机硬件结构示意图上图展示了计算机系统的硬件组成，包括中央处理器CPU、各级存储器、系统总线和输入/输出设备的连接关系CPU作为计算机的核心，通过总线与各类存储器和I/O设备进行数据交换，形成完整的硬件系统第三章计算机网络基础网络体系结构与协议分层网络协议层次现代网络技术OSI七层参考模型与TCP/IP四层模型的对比物理层传输介质、信号编码、数据传输5G移动通信高速率、低延时、大连接分层设计的优势接口标准化、模块化设计、数据链路层MAC地址、差错控制、以太物联网IoT万物互联的技术基础技术更新灵活网协议软件定义网络SDN控制与数据平面分离网络层IP协议、路由选择、网络互连网络虚拟化资源池化与灵活分配传输层TCP/UDP协议、端到端连接、流量控制应用层HTTP、DNS、FTP等协议及应用计算机网络课程安排示例（上海交通大学）周课程内容安排课程项目与考核方式

161.网络概述与分层模型（第1周）•论文研读阅读分析网络领域前沿学术论文

2.物理层与数据链路层基础（第2-3周）•项目设计小组合作完成网络应用或协议实现

3.网络层原理与IP协议（第4-6周）•期末答辩展示项目成果与技术创新点教学理念

4.传输层与TCP/UDP协议（第7-9周）

5.应用层协议与网络应用（第10-12周）重点培养学生理解网络系统设计原理的能力，而非仅仅记忆协议细节通过理

6.网络安全基础（第13-14周）论+实践+项目三位一体的教学模式，使学生深入理解网络协议的工作机制与

7.新兴网络技术与未来发展（第15-16周）设计思想网络安全与新兴网络技术网络安全基本概念与防护技术软件定义网络与网络虚拟化物联网架构与应用实例SDN•网络威胁分类被动攻击与主动攻击•SDN架构控制平面与数据平面分离•物联网参考模型与技术栈•密码学基础对称加密、非对称加密、散•OpenFlow协议与SDN控制器•传感网络与低功耗通信技术列函数•网络功能虚拟化NFV技术•物联网平台与云服务集成•网络安全协议SSL/TLS、IPSec、•SDN应用案例数据中心网络、运营商网•边缘计算与雾计算架构HTTPS络•智能家居、智慧城市等应用案例•防火墙与入侵检测系统IDS原理•网络编程与自动化管理•身份认证与访问控制技术网络层次结构图上图展示了计算机网络分层结构中各协议层次之间的关系和数据流动路径在发送端，数据从应用层向下，经过传输层、网络层、数据链路层和物理层，每一层都会添加相应的协议头；在接收端，数据则从物理层向上，各层协议依次解析并去除对应的协议头第四章程序设计基础（）C/C++语言特点与编程范函数、指针与内存管理C/C++式•函数定义与调用机制•C语言结构化程序设计、面向过程•参数传递值传递、引用传递•C++语言支持面向对象、泛型编程•递归函数设计与应用•效率高、可移植性强、接近硬件•指针概念与指针运算•应用领域系统软件、嵌入式系统•动态内存分配malloc/free、数据类型、运算符与控制结new/delete构•内存泄漏与安全编程•基本数据类型整型、浮点型、字符型•复合数据类型数组、结构体、枚举•运算符优先级与结合性•选择结构if-else、switch-case•循环结构for、while、do-while高级编程技术C/C++类与对象1•类的定义与成员访问控制•构造函数与析构函数2运算符重载与模板编程•成员函数与this指针•继承与多态性•运算符重载机制与限制•虚函数与抽象类•函数模板与类模板•模板特化与偏特化异常处理与智能指针3•标准模板库STL概述•异常机制try-catch-throw•容器、迭代器、算法设计•异常类层次与自定义异常•RAII设计模式•智能指针unique_ptr、shared_ptr•内存安全与资源管理课程案例南方科技大学程序设计C/C++课程内容结构（章）

141.面向对象高级特性

2.运算符重载技术

1.C++语言概述与开发环境

3.模板与泛型编程

2.数据类型与表达式

4.异常处理机制

3.程序流程控制

5.文件操作与流类库

4.函数设计与应用

6.STL容器与算法

5.数组与字符串处理

7.现代C++特性C++11/14/

176.指针与内存管理

7.结构体与类的基础第五章数据结构与算法基础树结构线性表二叉树的定义与表示二叉树的遍历算法顺序表与链表的实现与操作平衡树、B树、红黑树栈与队列的抽象数据类型图论基础应用表达式求值、层次遍历图的表示邻接矩阵、邻接表图的遍历DFS、BFS算法复杂度分析最短路径与最小生成树算法算法设计思想时间复杂度与空间复杂度最坏、平均、最好情况分析递归与分治策略渐近表示法O、Ω、Θ动态规划方法贪心算法设计第六章操作系统基础操作系统的功能与结构•资源管理处理器、内存、设备、文件•系统调用与API接口•内核结构单内核与微内核•用户界面与系统服务进程管理与线程同步•进程状态转换与调度算法•线程模型与多线程编程•进程通信机制IPC•互斥与同步信号量、管程•死锁问题与处理策略内存管理与文件系统•虚拟内存管理与分页技术•页面置换算法与工作集模型•文件系统结构与目录组织•文件存储与访问方法•磁盘调度与I/O性能优化第七章数据库系统概论数据库模型与关系数据库基础事务管理与并发控制•数据库系统架构与组成部分•事务的ACID属性•数据模型层次模型、网状模型、关系模型•并发控制技术锁机制、时间戳•关系代数与关系演算•两阶段锁协议2PL•数据库规范化理论1NF到BCNF•事务隔离级别与异常现象•实体-关系E-R模型与数据库设计•数据恢复技术与日志机制语言与数据库设计现代数据库技术SQL•数据定义语言DDL CREATE、ALTER、DROP•NoSQL数据库文档型、列族型、图数据库•数据操作语言DML SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE•分布式数据库与CAP理论•数据控制语言DCL GRANT、REVOKE•大数据处理与数据仓库•高级SQL子查询、连接操作、聚合函数•索引设计与查询优化第八章软件工程与项目管理软件开发生命周期•需求分析与用户故事•系统设计架构设计、详细设计•编码实现与单元测试•系统测试与验收•维护与演化设计模式与代码重构•创建型模式单例、工厂、建造者•结构型模式适配器、装饰器、组合•行为型模式观察者、策略、命令•代码重构技术与原则•SOLID原则与设计质量团队协作与版本控制•版本控制基础Git工作流•分支管理与合并策略•GitHub/GitLab协作模式•代码审查与持续集成•敏捷开发与Scrum方法第九章人工智能与机器学习入门AI发展历程与基本概念人工智能的定义与研究领域AI发展的三次浪潮符号主义、连接主义、深度学习强人工智能与弱人工智能AI伦理与社会影响机器学习算法简介监督学习分类与回归无监督学习聚类与降维强化学习基本原理神经网络与深度学习基础常用框架TensorFlow、PyTorch应用案例计算机视觉图像分类、目标检测自然语言处理文本分类、情感分析、机器翻译推荐系统原理与应用自动驾驶技术架构AI在医疗、金融等领域的应用第十章前沿技术与未来趋势云计算与大数据技术区块链与加密技术云计算服务模型IaaS、PaaS、SaaS区块链基本原理与架构大数据处理框架Hadoop、Spark共识算法PoW、PoS、DPoS分布式存储与计算原理智能合约与去中心化应用数据湖与实时分析技术密码学基础哈希函数、非对称加密边缘计算与物联网量子计算基础边缘计算架构与应用场景量子比特与量子叠加态物联网设备与通信协议量子门与量子电路传感器网络与数据采集量子算法Shor算法、Grover算法智能终端与嵌入式系统量子计算对密码学的影响教学方法与学习建议理论与实践结合，项目驱动学习计算机科学是实践性很强的学科，建议学生采用理论学习→实验验证→项目实践的学习模式，将课堂知识转化为实际能力积极参与课程项目和团队协作，通过解决实际问题来深化对理论知识的理解编程能力需要大量练习，建议每天保持编码习惯多渠道资源利用•MOOC平台中国大学MOOC、学堂在线、Coursera•开源代码库GitHub、Gitee上的优质项目•学术论文IEEE、ACM数字图书馆•技术社区Stack Overflow、知乎、CSDN持续更新知识计算机专业核心课程体系图上图展示了计算机专业核心课程之间的逻辑关系与知识衔接这些课程可分为以下几个层次基础课程核心课程数学基础（高等数学、线性代数、离散数学、概率统计）和专业基础（计算机导论、计算机组成原理、数据结构与算法、操作系统、计算机网络、数据库系统程序设计基础）进阶课程专业方向课程编译原理、软件工程、人工智能、分布式系统、计算机图形学、信息安全根据不同方向（系统结构、软件工程、人工智能、网络安全等）设置的专业选修课程典型教学案例分享123上海交通大学计算机网络课程项目电子科技大学计算机组成原理实验南方科技大学程序设计实践C/C++设计该课程采用翻转课堂+项目实践的教学模课程采用螺旋式上升的教学策略，通过多式，学生需要在课前观看视频讲座，课堂时该课程设计了系列实验，从简单的逻辑电路个小项目和一个贯穿全学期的大项目，逐步间主要用于讨论和解决问题设计到完整的CPU实现，循序渐进地引导学提高编程能力生掌握硬件设计方法课程项目要求学生小组合作实现一个简化版特别注重代码质量和软件工程实践，引入代的网络协议栈，从物理层到应用层，全面理使用FPGA和硬件描述语言Verilog/VHDL，码审查和持续集成工具，培养学生编写高质解网络通信原理项目评估采用多维度评价，学生能够亲手实现一个简化版CPU，并运行量、可维护代码的习惯期末项目要求学生包括技术实现、创新性、团队协作和文档质简单程序，将理论知识转化为实际系统实开发一个具有实用价值的应用程序，并进行量验报告要求详细记录设计思路、实现过程和完整的文档编写和演示展示问题解决方法学生团队项目答辩现场图中展示了计算机专业学生进行课程项目答辩的场景团队协作是计算机专业教育的重要组成部分，通过小组合作完成复杂项目，学生不仅能够巩固专业知识，还能培养沟通协调、任务分配、进度管理等软技能项目答辩环节要求学生展示技术成果，解释设计思路与实现难点，回答评审教师的提问这一过程锻炼了学生的表达能力和专业自信，也为未来职场中的项目汇报和技术交流奠定基础课程资源推荐经典教材在线课程资源开源课件与代码库•《计算机网络》（Andrew S.•国家级一流本科课程计算机组成原理、•GitHub教育资源CS-Notes、free-Tanenbaum著，陈鸣译）数据结构、操作系统programming-books-zh_CN•《计算机组成原理》（纪禄平等，2024•中国大学MOOC平台清华大学、浙江•开源操作系统XV

6、Linux内核源码年版）大学等名校课程•算法可视化工具VisuAlgo、•《算法导论》（Thomas H.Cormen等•学堂在线北京大学、上海交通大学专Algorithm Visualizer著，殷建平等译）业课程•计算机网络实验平台Mininet、GNS3•《数据库系统概念》（Abraham•Coursera斯坦福大学、普林斯顿大学•开源项目TensorFlow、SpringSilberschatz等著）国际顶尖课程Framework、React等•《深入理解计算机系统》（Randal E.•edX麻省理工学院、哈佛大学计算机Bryant等著）科学课程•《Java核心技术》（Cay S.Horstmann著）评估与考核方式成绩构成比例项目评估维度25%技术实现功能完整性、代码质量、技术难度25%创新性解决方案创新、技术应用创新平时成绩实验报告课程项目期末考试平时成绩包括出勤率、课堂参与度、作业完成情况；实验报告评估实验完成质量与理解深度；课程项目考核团队协作与实践能力；期末考试检验理论知识掌握程度25%完成度项目完整性、稳定性、用户体验计算机专业就业与发展前景万

15.4%¥25K200+行业增长率应届生平均月薪人才缺口计算机相关行业年平均增长率，高于其他大多数一线城市计算机专业应届毕业生平均起薪，远高中国IT行业高质量人才缺口持续扩大，尤其是AI、行业于全国平均水平云计算领域产业热点领域云计算与大数据人工智能新兴技术方向•云服务架构师•机器学习工程师•区块链开发工程师•大数据工程师•计算机视觉专家•物联网架构师•数据科学家•自然语言处理工程师•量子计算研究员•云安全专家•智能系统架构师•AR/VR开发工程师未来学习路径规划本科阶段重点1•打牢理论基础数学基础、数据结构、算法分析•掌握核心技能编程能力、系统设计、问题分析2研究生深造方向•初步确定发展方向系统研发、应用开发、AI研究等•参与科研训练导师项目、创新实践、学科竞赛•专业方向选择计算机系统、软件工程、人工智能、网络安全•积累项目经验开源贡献、实习实践、团队协作•国内顶尖院校清华、北大、上交、浙大等计算机学院•国际留学选择美国、欧洲、新加坡等计算机强校职业资格与认证3•科研能力培养阅读文献、参与项目、发表论文•专业技能认证AWS/Azure云计算、Cisco网络、Oracle数据库•学术与工程结合理论创新与实际应用并重•开发框架认证Spring、TensorFlow、Kubernetes•项目管理认证PMP、敏捷开发认证•安全领域认证CISSP、CEH、CISA•持续学习平台Udemy、Pluralsight、LinkedIn Learning结语成为新时代的计算机人才掌握扎实基础，紧跟技术前培养创新思维与团队协作能沿力计算机科学的基本原理相对稳定，而技技术创新是计算机行业的核心驱动力，术应用日新月异优秀的计算机人才需培养批判性思维和创造性解决问题的能要既有扎实的理论基础，又能快速适应力至关重要同时，复杂系统开发离不新技术、新工具，保持技术敏感性和学开团队协作，沟通表达、任务分配、进习能力度管理等软技能同样重要迎接数字化时代的挑战与机建议定期关注学术会议（如CVPR、遇ICML、SOSP）和技术博客，了解行业动态和研究热点，保持知识更新谢谢聆听！欢迎提问与交流联系方式电子邮箱professor@university.edu.cn办公室计算机学院主楼305室咨询时间每周

二、四下午2:00-5:00课程资源链接课件下载学校教学平台参考资料学院图书馆专区实验指导实验中心网站实践与项目课程项目报名下周开始创新实践申请本月25日截止学科竞赛信息学院公众号。