計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)-中國鐵道出版社

普通高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育“十三五”規(guī)劃教材

以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心的信息技術(shù)基礎(chǔ)系列教材

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

主編黃容陳強(qiáng)趙毅

內(nèi)容簡介

本書探索新工科人才培養(yǎng)的要求與理念，既強(qiáng)調(diào)核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)計(jì)算思

維，又訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解

等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維過程。本書系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的基本概

念，深入淺出地闡述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的基本原理和基本方法，可以讓學(xué)生學(xué)會計(jì)算

機(jī)的基本操作，掌握計(jì)算機(jī)的基本原理、知識、方法和解決實(shí)際問題的能力，具備較強(qiáng)的

信息系統(tǒng)安全與社會責(zé)任意識，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。

全書由緒論、信息技術(shù)基礎(chǔ)理論篇和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)篇組成。信息技術(shù)基礎(chǔ)理論篇分

為4章，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識、Windows10操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、應(yīng)用創(chuàng)

新與新技術(shù)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)篇分為8章，主要介紹Word、Excel、PowerPoint、Visio、

Photoshop、Flash、Dreamweaver等常見應(yīng)用軟件的使用。

本書適合作為高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教材，也可作為計(jì)算機(jī)等級考試的自學(xué)用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)/黃容,陳強(qiáng),趙毅主編.—北京:中國鐵道

出版社有限公司，2020.9

以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心的信息技術(shù)基礎(chǔ)系列教材普通高等

院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育“十三五”規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-27296-8

Ⅰ.①計(jì)…Ⅱ.①黃…②陳…③趙…Ⅲ.①電子計(jì)算機(jī)-高等學(xué)校

-教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2020)第182560號

書名：計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

作者：黃容陳強(qiáng)趙毅

策劃：曹莉群劉麗麗編輯部電話：（010）51873202

責(zé)任編輯：劉麗麗李學(xué)敏

封面設(shè)計(jì)：劉穎

責(zé)任校對：繩超

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市興達(dá)印務(wù)有限公司

版次：2020年9月第1版2020年9月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：14.25字?jǐn)?shù)：337千

書號：ISBN978-7-113-27296-8

定價：42.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話：（010）63549461

以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心的

信息技術(shù)基礎(chǔ)系列教材

編委會

顧問：蔣宗禮

主任：方志軍

副主任：陳強(qiáng)李媛媛

委員：趙毅胡浩民黃容

周晶王澤杰胡建鵬

張曉梅劉惠彬潘勇

序

信息技術(shù)正在通過促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代而帶動產(chǎn)業(yè)升級，在我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展中正發(fā)

揮著基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性支撐作用。信息技術(shù)基礎(chǔ)教材的編寫需要體現(xiàn)新工科建設(shè)對課程教

學(xué)的新要求，體現(xiàn)現(xiàn)代工程教育的特點(diǎn)，適應(yīng)新的培養(yǎng)要求。各專業(yè)的信息技術(shù)基礎(chǔ)公

共課程應(yīng)將計(jì)算思維、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為課程教學(xué)的基本目標(biāo)。

上海工程技術(shù)大學(xué)面向應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)，組織編寫了一套以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為

核心的信息技術(shù)基礎(chǔ)系列教材，以期為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的信息技術(shù)基

礎(chǔ)，提高其信息技術(shù)基礎(chǔ)與專業(yè)知識結(jié)合的能力。本系列教材包括《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》

《C語言程序設(shè)計(jì)》《Python程序設(shè)計(jì)》《Java程序設(shè)計(jì)》《VB程序設(shè)計(jì)》等。

教材具有以下特點(diǎn)：

（1）以地方工科院校本科機(jī)械、電子工程專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育為主，兼顧汽車、

軌道交通、材料科學(xué)與工程、化工、服裝等專業(yè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的需求。

（2）基于案例驅(qū)動的教學(xué)模式。教材以案例為分析對象，通過對案例的分析和討論

以及對案例中處理事件基本方案的研究、評價，在案例發(fā)生的原有情境下提出改進(jìn)思路

和相應(yīng)方案。以課程知識點(diǎn)為載體，進(jìn)行工程思維訓(xùn)練。

（3）以問題為引導(dǎo)。教材選擇來源于具體的工程實(shí)踐的問題設(shè)置情境，以問題為對

象，通過對問題的了解、探討、研究和辯論，學(xué)會應(yīng)用和獲取知識，辨別和收集有效數(shù)

據(jù)，系統(tǒng)地分析和解釋問題，積極主動地去探究、引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)、尋求問題

的各種解決方案，培養(yǎng)計(jì)算思維、工程思維能力。

（4）配有實(shí)驗(yàn)教材。按“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)→綜合實(shí)驗(yàn)→開放實(shí)驗(yàn)→實(shí)踐創(chuàng)新”四層循序遞

進(jìn)，逐步提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

本套教材可作為地方工科院校本科生信息技術(shù)基礎(chǔ)教材，也可供有關(guān)專業(yè)人員學(xué)習(xí)

參考。

蔣宗禮

2019年11月

前言

“計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”課程一直是各高等院校新生入學(xué)后的第一門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程。

社會信息化的發(fā)展對大學(xué)生的信息資源運(yùn)用能力也提出了更高的要求，使現(xiàn)行的“計(jì)算

機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)”課程在教學(xué)內(nèi)容的選取、知識結(jié)構(gòu)的設(shè)置、教學(xué)的組織、方法和實(shí)驗(yàn)方式

都要做較大的改革，以滿足社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求。以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心的信息

技術(shù)基礎(chǔ)系列教材正是這種改革的結(jié)果。

本教材旨在探索新工科人才培養(yǎng)的有效途徑，既注重核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識的講解和

計(jì)算思維的培養(yǎng)，又訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及

人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維過程。

本書編寫的指導(dǎo)思想是：教材應(yīng)充分反映本學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果；根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，

以人才培養(yǎng)的應(yīng)用性、實(shí)踐性為重點(diǎn)，調(diào)整學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力素質(zhì)；系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)

科學(xué)與技術(shù)的基本概念，深入淺出地闡述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的基本原理和基本方法，讓

學(xué)生學(xué)會計(jì)算機(jī)的基本操作，掌握計(jì)算機(jī)的基本原理、知識、方法和解決實(shí)際問題的能力，

具備較強(qiáng)的信息系統(tǒng)安全與社會責(zé)任意識，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。

本書內(nèi)容新穎，實(shí)踐性強(qiáng)，注重理論基礎(chǔ)又突出實(shí)用性，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)篇各章配以

一定數(shù)量的示范性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合配套的《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》(黃容主編，中國鐵道出

版社有限公司出版)，加深對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握，提高學(xué)生的動手能力和操作技能。在

每章之后，附有一定的習(xí)題供讀者測試學(xué)習(xí)效果。

全書由緒論、信息技術(shù)基礎(chǔ)理論篇和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)篇組成。信息技術(shù)基礎(chǔ)理論篇

分為4章，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識、Windows10操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、應(yīng)

用創(chuàng)新與新技術(shù)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)篇分為8章，主要介紹Word、Excel、PowerPoint、Visio、

Photoshop、Flash、Dreamweaver等常見應(yīng)用軟件的使用。

本書由黃容、陳強(qiáng)、趙毅任主編，全書由黃容、陳強(qiáng)、趙毅統(tǒng)編定稿。另外，為本

書編寫提供幫助的老師還有胡建鵬、胡浩民、王澤杰、劉惠彬、張曉梅、潘勇等，在此

一并表示感謝。

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，加之編者水平有限，書中難免有疏漏與不妥之處，敬請

專家、教師及讀者多提寶貴意見。

編者

2020年6月

目錄

0.2數(shù)據(jù)思維5

第0章緒論1

0.2.1數(shù)據(jù)思維和數(shù)據(jù)賦能

0.1計(jì)算思維2

（計(jì)算思維2.0）5

0.1.1計(jì)算思維的概念2

0.2.2數(shù)據(jù)科學(xué)與數(shù)據(jù)思維6

0.1.2計(jì)算思維2.0的新內(nèi)容3

0.3工程師的數(shù)字化能力6

0.1.3計(jì)算思維1.0到2.04

第1篇信息技術(shù)基礎(chǔ)理論

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識9習(xí)題34

1.1計(jì)算機(jī)的概念及其發(fā)展歷史9第2章Windows10操作系統(tǒng)35

1.1.1計(jì)算機(jī)的概念92.1Windows概述35

1.1.2計(jì)算機(jī)簡史92.1.1Windows的發(fā)展35

1.1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段102.1.2Windows10的簡介35

1.1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段122.1.3Windows10的安裝37

1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢132.2Windows10的基本操作37

1.2計(jì)算機(jī)的用途142.2.1鼠標(biāo)操作37

1.3計(jì)數(shù)制及數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的2.2.2窗口操作38

表示152.2.3菜單操作39

1.3.1數(shù)制152.3Windows10桌面操作39

1.3.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換172.4文件及文件夾41

1.3.3容量單位、存儲容量及字2.4.1文件夾及文件的創(chuàng)建41

和字長212.4.2文件類型42

1.3.4計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示212.4.3文件及文件夾的查看

1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)23

及排序方式43

1.4.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成232.4.4文件及文件夾的選定44

1.4.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)242.4.5文件及文件夾的重命名44

1.4.3計(jì)算機(jī)的工作原理262.4.6文件及文件夾的刪除44

1.4.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)262.4.7文件及文件夾的屬性45

1.5信息化與信息安全282.4.8文件及文件夾的復(fù)制

1.5.1信息化與信息化社會28和移動45

1.5.2信息安全292.4.9文件及文件夾的搜索45

1.5.3信息安全的威脅292.5控制面板及其他46

1.5.4信息安全技術(shù)30

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

2.5.1控制面板46創(chuàng)業(yè)77

2.5.2附件514.1.4“互聯(lián)網(wǎng)+”商業(yè)模式78

2.5.3搜索功能544.2物聯(lián)網(wǎng)78

2.5.4虛擬桌面554.2.1物聯(lián)網(wǎng)的含義78

習(xí)題554.2.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展79

4.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成79

第3章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)57

4.3云計(jì)算82

3.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)57

4.3.1云計(jì)算的含義82

3.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念57

4.3.2云計(jì)算的發(fā)展82

3.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議59

4.3.3云計(jì)算的特征和分類83

3.1.3局域網(wǎng)基本技術(shù)60

4.3.4云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)85

3.2網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)65

4.3.5主要云計(jì)算平臺介紹86

3.2.1網(wǎng)絡(luò)安全的概念65

4.3.6云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)87

3.2.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全威脅65

4.4區(qū)塊鏈88

3.2.3常用的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)67

4.4.1區(qū)塊鏈的定義和分類88

3.3互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用68

4.4.2區(qū)塊鏈的“共識”90

3.3.1互聯(lián)網(wǎng)68

4.4.3從互聯(lián)網(wǎng)思維到區(qū)塊鏈

3.3.2TCP/IP協(xié)議69

思維90

3.3.3Internet的接入方法72

4.4.4區(qū)塊鏈的價值91

習(xí)題73

4.4.5區(qū)塊鏈的應(yīng)用前景92

第4章應(yīng)用創(chuàng)新與新技術(shù)744.5人工智能93

4.1“互聯(lián)網(wǎng)+”744.5.1人工智能的概念93

4.1.1“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念744.5.2人工智能典型技術(shù)95

4.1.2“互聯(lián)網(wǎng)+”思維76習(xí)題97

4.1.3“互聯(lián)網(wǎng)+”與大學(xué)生創(chuàng)新

第2篇計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)

第5章Word文字處理軟件985.3.2Word段落設(shè)置105

5.1Word基本組成985.3.3Word分欄105

5.1.1Word窗口組成985.4Word文檔操作106

5.1.2Word文檔的創(chuàng)建995.4.1Word特殊文檔的使用

5.1.3Word視圖的使用101——郵件合并106

5.2Word文檔編輯1015.4.2制作目錄109

5.2.1Word文本輸入和編輯1025.4.3Word文檔的引用與審閱...111

5.2.2Word文本查找與替換1035.4.4Word文檔的保存116

5.3Word文檔格式化1045.4.5自動恢復(fù)功能117

5.3.1Word字體設(shè)置1045.4.6Word文檔保存的類型118

II

目錄

5.5Word圖文混排119第7章PowerPoint演示文稿制作146

5.5.1插入文本框1197.1PowerPoint概述146

5.5.2插入圖片1207.1.1PowerPoint2010基本

5.5.3插入形狀120概念146

5.5.4插入SmartArt圖形1217.1.2工作界面147

5.5.5插入藝術(shù)字1237.1.3PowerPoint文檔創(chuàng)建147

5.6Word表格處理1247.1.4PowerPoint導(dǎo)出演示文稿148

5.6.1創(chuàng)建表格1247.1.5PowerPoint幻燈片視圖149

5.6.2編輯表格1267.1.6PowerPoint幻燈片編輯150

5.6.3設(shè)置表格格式1277.2PowerPoint文檔編輯151

習(xí)題1287.2.1PowerPoint文本編輯151

第6章Excel電子表格處理軟件1297.2.2PowerPoint幻燈片格式151

6.1Excel工作簿窗口的組成1297.2.3PowerPoint幻燈片母版152

6.2Excel表格操作1307.3PowerPoint中對象的插入153

6.2.1表格范圍選取及輸入1307.4PowerPoint動畫與播放155

6.2.2表格中行高和列寬的7.4.1PowerPoint自定義動畫155

設(shè)定1307.4.2PowerPoint幻燈片切換

6.2.3表格中數(shù)據(jù)的填充131動畫156

6.3Excel工作表與單元格格式1327.4.3PowerPoint中的超鏈接157

6.3.1工作表的定義1327.4.4PowerPoint幻燈片放映158

6.3.2工作表操作133習(xí)題160

6.3.3工作表格式化134第8章Visio2010辦公繪圖軟件

6.4Excel公式應(yīng)用136

應(yīng)用161

6.4.1公式的定義136

8.1Visio2010簡介161

6.4.2單元格的引用137

8.2Visio2010的工作界面162

6.5Excel數(shù)據(jù)處理138

8.3使用Visio2010繪圖的幾個

6.5.1數(shù)據(jù)排序138

主要概念165

6.5.2數(shù)據(jù)篩選138

8.4常用的操作技巧173

6.5.3分類匯總139

習(xí)題177

6.5.4數(shù)據(jù)圖表139

6.5.5數(shù)據(jù)透視表與數(shù)據(jù)第9章音頻與視頻178

透視圖1419.1多媒體技術(shù)概述178

6.6Excel常用函數(shù)1429.1.1多媒體定義178

6.6.1函數(shù)的使用1439.1.2多媒體技術(shù)178

6.6.2常用函數(shù)1439.1.3多媒體系統(tǒng)179

6.6.3公式與函數(shù)常見問題1449.2音頻信息的處理179

習(xí)題1449.2.1聲音的數(shù)字化179

9.2.2常用聲音文件格式181

III

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

9.2.3音頻處理18111.2創(chuàng)建網(wǎng)頁文本對象201

9.2.4語音合成與識別18111.3繪制網(wǎng)頁動畫圖形202

9.3視頻信息的處理18211.4編輯網(wǎng)頁動畫圖形203

9.3.1視頻的數(shù)字化18211.5創(chuàng)建網(wǎng)頁元件對象204

9.3.2常用視頻文件格式18211.5.1元件類型204

9.3.3視頻處理18311.5.2創(chuàng)建圖形元件204

習(xí)題18311.5.3在不同的模式下編輯

元件205

第10章Photoshop圖像信息處理184

11.6制作網(wǎng)頁動畫特效205

10.1色彩的基本知識184

習(xí)題206

10.2圖形圖像處理基礎(chǔ)185

10.2.1數(shù)字圖像的分類185第12章網(wǎng)頁制作基礎(chǔ)207

10.2.2位圖圖像的重要參數(shù)18612.1網(wǎng)站的規(guī)劃207

10.2.3圖像的獲取與處理18712.1.1網(wǎng)站的基本概念207

10.3圖像文件格式18712.1.2靜態(tài)網(wǎng)站與動態(tài)網(wǎng)站207

10.4數(shù)字圖像文件的壓縮18812.1.3網(wǎng)站開發(fā)流程208

10.5圖像處理軟件PhotoshopCS618912.1.4網(wǎng)站的總體規(guī)劃

10.5.1PhotoshopCS6概述189與設(shè)計(jì)208

10.5.2基本編輯操作19112.2網(wǎng)頁設(shè)計(jì)概述209

10.5.3高級編輯操作19512.3DreamweaverCS5

習(xí)題199工作環(huán)境212

習(xí)題215

第11章Flash動畫信息處理200

11.1了解FlashCS5工作界面200參考文獻(xiàn)216

IV

第0章緒論

信息技術(shù)發(fā)展非常快，普通高校計(jì)算機(jī)教學(xué)改革任務(wù)緊迫，但有限的課時，不是減少教學(xué)

內(nèi)容的理由，反而是梳理線條、明確目標(biāo)、改進(jìn)教材與教學(xué)的契機(jī)。本教材指導(dǎo)思想是：引導(dǎo)

學(xué)生建立計(jì)算、計(jì)算思維、數(shù)據(jù)思維、數(shù)字化工程師思維。有了主線，學(xué)習(xí)者沿著主線，查漏

補(bǔ)缺，為專業(yè)學(xué)習(xí)、未來工作打下扎實(shí)的信息技術(shù)基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)作為高校學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門課程，也可能是唯一一門計(jì)算機(jī)課程，肩負(fù)著

使學(xué)生學(xué)會使用計(jì)算機(jī)、理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、初步形成計(jì)算思維等重任，因而受到了各大高校的

普遍重視。

計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代信息社會的必備工具，其應(yīng)用已遍及國民經(jīng)濟(jì)與社會生活的各個方面，

在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用，這也使得使用計(jì)算機(jī)成為21世紀(jì)每個人都應(yīng)掌握的基本

技能之一。因此，國內(nèi)外許多高校將計(jì)算機(jī)入門課程設(shè)置為各專業(yè)學(xué)生均需學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)

課程。但是，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有知識點(diǎn)多、涉及面廣、應(yīng)用性強(qiáng)、發(fā)展迅速等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)

也為此類課程的實(shí)施帶來了問題。例如，如何合理設(shè)置課程目標(biāo)，如何對內(nèi)容進(jìn)行取舍，如

何有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，如何科學(xué)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等。這些問題是目前國內(nèi)

很多高校面臨的共同問題，也是對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革時需著重關(guān)注的問題，而世界一

流大學(xué)的做法對解決這些問題具有重要的借鑒意義。表0-1所示是幾所國外大學(xué)關(guān)于計(jì)算機(jī)

基礎(chǔ)課程的開設(shè)情況。

表0-1幾所國外大學(xué)關(guān)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的開設(shè)情況

序號學(xué)校（在本文的縮寫）課程名（課程號）學(xué)期

1美國麻省理工學(xué)院（MIT）IntroductiontoComputerScienceandProgramminginPython（6.0001）2016秋

2美國斯坦福大學(xué)（Stanford）IntroductiontoComputingPrinciples（CS101）2018秋

3美國加州大學(xué)伯克利分校（UCB）TheBeautyandJoyofComputing（CS10）2018秋

4美國哈佛大學(xué)（Harvard）GreatIdeasinComputerScience（CS1）2016春

5美國卡耐基·梅隆大學(xué)（CMU）PrinciplesofComputing（15-110）2019春

6美國普林斯頓大學(xué)（Princeton）ComputersinOurWorld（COS109）2018秋

資源來自：楊歡、周競文等，計(jì)算機(jī)教育，2020，3：84-87，91

課程的目標(biāo)是基本一致的，即讓學(xué)生會用計(jì)算機(jī)，更具體地說，是使零基礎(chǔ)的學(xué)生學(xué)會用

編程的方法解決實(shí)際問題。在此過程中，理解計(jì)算機(jī)的工作原理、基本思想、相關(guān)技術(shù)等，從

而初步建立計(jì)算思維、形成信息素養(yǎng)。另外，也應(yīng)看到，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的建設(shè)是一個長期的、

多樣化的、動態(tài)變化的過程，他校的有效經(jīng)驗(yàn)并不一定適合本校。個人的認(rèn)知與專業(yè)的差異，

都會有不同的路徑。因此，在具體學(xué)習(xí)過程中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過不斷探索，才能制定

1

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

出適合本校的、本人的計(jì)算思維及其數(shù)據(jù)思維的學(xué)習(xí)計(jì)劃。

數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展正在改變傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和經(jīng)營方式，中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型

和結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中面臨著巨大挑戰(zhàn)，同時對產(chǎn)業(yè)急需的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的工程師能力提出了全新

要求。工程技術(shù)大學(xué)培養(yǎng)未來的工程師，需要的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)能力，強(qiáng)化數(shù)字化工程師意識。

有學(xué)者把實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證稱為科學(xué)研究第一范式，理論推導(dǎo)稱為第二范式；計(jì)算模擬稱為第三范

式（對應(yīng)本章計(jì)算思維1.0）；數(shù)據(jù)思維與數(shù)據(jù)賦能稱為第四范式（計(jì)算思維2.0）。

本章內(nèi)容包括計(jì)算思維、數(shù)據(jù)思維、數(shù)字化工程師意識等，旨在引導(dǎo)學(xué)生樹立計(jì)算思維、

數(shù)據(jù)思維理念。因?yàn)楣こ碳夹g(shù)類大學(xué)學(xué)科建設(shè)、新工科建設(shè)的需求需要增強(qiáng)計(jì)算思維、數(shù)據(jù)思

維引導(dǎo)。這里只是引導(dǎo)，并沒有給出更詳細(xì)的內(nèi)容，因?yàn)楸鹃T課程是一個基礎(chǔ)課程，重點(diǎn)仍然

是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。本課程受課時所限，無法包絡(luò)萬象，但是新技術(shù)、新學(xué)科、新工科、新形勢

又迫使我們不得不增加一些引導(dǎo)，這是設(shè)置第0章的初衷。相關(guān)參考文獻(xiàn)已經(jīng)在章后面列出，

讀者可查閱。

0.1計(jì)算思維

自周以真于2006年在美國ACM（AssociationforComputingMachinery，國際計(jì)算機(jī)學(xué)會）

通訊上提出計(jì)算思維以來，計(jì)算思維的概念已經(jīng)逐步滲透到大學(xué)的專業(yè)和非專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，并

進(jìn)一步延伸到中學(xué)和小學(xué)，成為新時代公民教育中像語言、算術(shù)那樣必不可少的基本素質(zhì)。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的興起，計(jì)算思維的深刻內(nèi)涵被進(jìn)一步挖掘。到了2020年，

人們對于計(jì)算思維的認(rèn)識，無論從概念內(nèi)容上，還是從應(yīng)用實(shí)踐上，都已經(jīng)有了新的飛躍。

0.1.1計(jì)算思維的概念

什么是計(jì)算思維？這是計(jì)算思維最基本的問題，對于它的研究也一直沒有停止。2006年，

周以真在介紹計(jì)算思維時，表述為“計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系

統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動”。請思考以下問題：

“計(jì)算機(jī)”的思維:計(jì)算機(jī)是如何工作的?計(jì)算機(jī)的功能是如何越來越強(qiáng)大的?

利用計(jì)算機(jī)的思維:現(xiàn)實(shí)世界的各種事物如何利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制和處理?

計(jì)算思維（ComputationalThinking）是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和

理解人類行為，其本質(zhì)是抽象和自動化。

計(jì)算思維的學(xué)習(xí)，不僅僅是會不會用計(jì)算機(jī)的問題，而是會不會利用計(jì)算思維來解決身邊

的或社會、自然的問題。

現(xiàn)代計(jì)算是所有科學(xué)的研究范式之一，區(qū)別于理論和實(shí)驗(yàn)，所有的學(xué)科都面臨算法化的“巨

大挑戰(zhàn)”，所有涉及自然和社會現(xiàn)象的研究都需要使用計(jì)算模型做出新發(fā)現(xiàn)和推進(jìn)學(xué)科發(fā)展。

各種各樣的計(jì)算模擬技術(shù)為研究生命體的發(fā)育、成長、競爭、進(jìn)化等提供了嶄新的視角和豐富

的成果。1975年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主D.Baltimore認(rèn)為生物學(xué)是信息科學(xué)。事實(shí)上，

計(jì)算思維正在改變著所有學(xué)科的面貌。這種改變的源頭不是從計(jì)算機(jī)科學(xué)輸入的，而是學(xué)科自

身的發(fā)展從內(nèi)部產(chǎn)生的，計(jì)算機(jī)科學(xué)只是跟隨這些學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展，并為其他的學(xué)科發(fā)展提

供新的算法設(shè)計(jì)理論和計(jì)算應(yīng)用武器。因此從起源來講，計(jì)算思維不是唯一來自計(jì)算機(jī)科學(xué)的，

2

第0章緒論

而是來自于所有學(xué)科的。盡管前期的計(jì)算思維已經(jīng)萌芽和發(fā)育，但是直到2006年，周以真在

ACM通訊上發(fā)表了題為《計(jì)算思維》的文章，計(jì)算思維才正式作為一種研究對象受到人們的重

視，進(jìn)入學(xué)科殿堂。聯(lián)合國教科文組織在2019年發(fā)布的《人工智能教育報(bào)告》中寫道：雖然計(jì)

算思維明顯屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，但它是一種在其他學(xué)科中普遍應(yīng)用的能力。2018年出版的闡

述中國計(jì)算機(jī)教育發(fā)展與改革的《計(jì)算機(jī)教育與可持續(xù)競爭力》（簡稱“藍(lán)皮書”）寫道：計(jì)

算思維是以信息和信息運(yùn)動為認(rèn)知對象和操作對象的思想及方法論，因此是涵蓋所有學(xué)科的第

三種思維范式。

各種各樣的計(jì)算思維定義：

“計(jì)算思維能力是抽象思維能力和邏輯思維能力，算法設(shè)計(jì)與分析能力，程序設(shè)計(jì)與實(shí)

現(xiàn)能力，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)知、分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力”。

“計(jì)算思維并不是僅僅為計(jì)算機(jī)編程，而是在多個層次上抽象的思維，是一種以有序編

碼、機(jī)械執(zhí)行和有效可行方式解決問題的模式。”

“計(jì)算思維是一個思想過程，涉及描述問題使得它們的解決能夠通過計(jì)算步驟和算法，

被信息處理裝置有效實(shí)現(xiàn)，計(jì)算模型是核心概念?！?/p>

美國國際計(jì)算機(jī)教師協(xié)會（ISTE）將計(jì)算思維定義為具有以下特征的問題解決過程：以一

種能夠使用計(jì)算機(jī)和其他工具制訂解決問題的方案，合理組織和分析數(shù)據(jù)，通過模型和模擬等

抽象手段表示數(shù)據(jù)，通過算法思維（一系列有序步驟）實(shí)現(xiàn)解決方案的自動化，分析和評價解

決方案以實(shí)現(xiàn)最有效的過程和資源組合，將問題解決方案和過程遷移到其他類型的問題。

《計(jì)算機(jī)教育與可持續(xù)競爭力》一書中提出：“計(jì)算思維是以信息的獲取和有效計(jì)算，進(jìn)行算

法求解、系統(tǒng)構(gòu)建、自然與人類行為理解為主要特征，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知世界和解決問題的思想與方法。”

歐洲信息聯(lián)盟主席E.Nardelli在2019年的ACM通訊上發(fā)文提出：計(jì)算思維是涉及建立計(jì)

算模型，并且使用計(jì)算設(shè)備可以有效操作以達(dá)到某種目標(biāo)的思維過程，如果沒有計(jì)算模型和有

效計(jì)算，就僅僅是數(shù)學(xué)。

近十幾年來，隨著對于計(jì)算思維理論的深入研究，以及實(shí)踐應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)增長，關(guān)于計(jì)算思

維的本質(zhì)內(nèi)涵也有了越來越深刻的認(rèn)識，上面舉出的對于計(jì)算思維定義的演進(jìn)過程也說明了這

一點(diǎn)。計(jì)算思維不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家解決問題的思想方法，也是所有科學(xué)家在使用計(jì)算時所

具有的思維模式，它的關(guān)鍵是計(jì)算模型，而在物理學(xué)、生物學(xué)等不同的學(xué)科里，計(jì)算模型具有

不同的形式和性質(zhì)。計(jì)算思維是覆蓋所有學(xué)科的思維模式，并且在不同學(xué)科中有不同的表現(xiàn)和

內(nèi)容。計(jì)算思維不是從計(jì)算機(jī)科學(xué)輸入到其他科學(xué)的，而是在每一個學(xué)科里，都蘊(yùn)含著豐富的

計(jì)算思維內(nèi)容，我們的任務(wù)是把它開發(fā)出來。

0.1.2計(jì)算思維2.0的新內(nèi)容

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等的發(fā)展，計(jì)算思維有了新的內(nèi)涵。2017年，Denning在《科學(xué)美

國人》上發(fā)表的文章指出，計(jì)算思維最本質(zhì)的概念是計(jì)算模型。作為現(xiàn)代科學(xué)，模型是十分重

要和基礎(chǔ)的，所有學(xué)科的研究都是在一個或者幾個模型架構(gòu)上展開的，即使對于社會科學(xué)和人

文科學(xué)也是如此。當(dāng)然不同的學(xué)科對于模型的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是不同的，僅就計(jì)算而言，傳統(tǒng)的物

理學(xué)主要依賴于確定的和非確定的計(jì)算模型，人工智能卻主要依賴各種學(xué)習(xí)模型，而社會科學(xué)

則更多使用統(tǒng)計(jì)計(jì)算模型。2011年，圖靈獎得主J.Pearl多次論述過模型在科學(xué)研究中的重要

性。古代巴比倫和希臘在天文學(xué)的研究中都取得了巔峰的成就，但是巴比倫人更多的是現(xiàn)象的

3

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

描述，并沒有建立這些現(xiàn)象的模型，而希臘人首先建立了相關(guān)的模型，例如認(rèn)為地球是圓形的，

漂浮在大海之中，不管這種模型現(xiàn)在看來多么荒謬，但是卻啟發(fā)了希臘人去測量地球的直徑，這是

在模型理論指導(dǎo)下的創(chuàng)新工作。而擅長各種測量的巴比倫人，盡管測量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)時的希臘

人，卻無法做出觀察之外的成果。在科學(xué)觀察和科學(xué)思維兩個方面，希臘人無疑在后者做得更好，

因此希臘人的理性主義發(fā)展成為現(xiàn)代科學(xué)的支柱之一。在現(xiàn)代科學(xué)體系中，每一個學(xué)科都依賴于模

型來表達(dá)研究對象和基本思想。計(jì)算模型對于計(jì)算學(xué)科來說也不例外，因此計(jì)算模型構(gòu)成了計(jì)算思

維的核心概念，既是區(qū)別于其他思維形式的特征，也是劃分計(jì)算思維發(fā)展臺階的圭臬。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展，當(dāng)前各種模型層出不窮，它們的共同特點(diǎn)是揭示了數(shù)據(jù)之

間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而不是因果關(guān)系。

交互式證明對應(yīng)于交互式圖靈機(jī)模型。這是使用交互方式進(jìn)行計(jì)算（證明）的模型，傳統(tǒng)

的數(shù)學(xué)證明是其一個特例。交互式證明模型不僅在計(jì)算問題的復(fù)雜度分類和可行性方面提供了

很好的理論，而且也是一些學(xué)習(xí)模型，例如，生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）的理論基礎(chǔ)之一。人工智

能中使用的學(xué)習(xí)模型與傳統(tǒng)的物理學(xué)和數(shù)學(xué)使用的模型是不同的，不同的模型反映了對于世界

解釋的不同觀點(diǎn)和方法。

當(dāng)前，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和移動計(jì)算被認(rèn)為是信息領(lǐng)域最有代表性的應(yīng)

用，在這些領(lǐng)域里，模型或者架構(gòu)問題都是第一性和基礎(chǔ)性的。如果說，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移

動計(jì)算代表了技術(shù)發(fā)展高峰，那么大數(shù)據(jù)和人工智能則更多帶來思想觀念的啟迪。在大數(shù)據(jù)計(jì)

算領(lǐng)域，一些具有新型架構(gòu)的并行計(jì)算被陸續(xù)提出，利用新的算法理論（如PAC算法、可拓展

算法）極大提高了問題求解的效率。對于NP類問題，用并行計(jì)算改善求解精度，對于P類問

題，則用并行技術(shù)提高求解速度。針對數(shù)據(jù)流動性的在線計(jì)算則是另一種全新的計(jì)算方法。傳

統(tǒng)的計(jì)算都是假定數(shù)據(jù)已經(jīng)輸入好，并且在計(jì)算過程中，這些數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，但是在線計(jì)

算卻是在數(shù)據(jù)的不斷輸入過程中隨時接收新的數(shù)據(jù)（包括原有數(shù)據(jù)的變動），完成計(jì)算任務(wù)，

因此這是一種新的計(jì)算模型。

在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，卷積網(wǎng)絡(luò)揭示了圖像信息的局部相似性和局部特征的獨(dú)立性，這與人

類識別圖像有著異曲同工之妙。深度學(xué)習(xí)采取了自適應(yīng)逐層編碼的思想，這與人類在認(rèn)知過

程中，分層次處理和重編碼信息是類似的方法。曾經(jīng)多次完勝圍棋高手的AlphaGo，通過蒙特

卡洛樹的搜索和增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)，以及深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，具備了從少量數(shù)據(jù)甚至是無數(shù)據(jù)情況下

進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力，同時也具備了這種能力的自我演化提升，已經(jīng)擁有了與人類學(xué)習(xí)和認(rèn)知相

似的一些特征。

隨著計(jì)算模型的不斷創(chuàng)新和完善，計(jì)算思維的特征得到了持續(xù)的豐富，所有的屬于計(jì)算思

維的特征都與模型相聯(lián)系，并且在解決不同的問題時展現(xiàn)了多元的側(cè)面和技巧。從這個角度來

理解計(jì)算思維及其在各個領(lǐng)域的表現(xiàn)，就容易抓住計(jì)算思維的本質(zhì)。

0.1.3計(jì)算思維1.0到2.0

20世紀(jì)50年代開始，逐步形成了關(guān)于計(jì)算思維的概念，到70年代，Knuth和Dijkstra對

于計(jì)算思維有了清晰刻畫，1980年S.Papert在書中出現(xiàn)了計(jì)算思維這個詞。從20世紀(jì)80年代

開始，在Wilson的呼吁和推動下，人們逐步認(rèn)識了計(jì)算和模擬是科學(xué)研究的第三種方法。2006

年，周以真提出了關(guān)于計(jì)算思維的新理解（計(jì)算思維是像語言、計(jì)算那樣的人類生活基本技巧），

推進(jìn)了社會對于計(jì)算思維的重視和普及，一些國家將計(jì)算思維的教育列入教育體系，計(jì)算思維

4

第0章緒論

成為公民教育的基本內(nèi)容，很多學(xué)科也在積極推進(jìn)本學(xué)科的計(jì)算化和信息化，促進(jìn)了學(xué)科的變

革，這一時期可以稱為計(jì)算思維1.0時代。

近幾年來，由于信息技術(shù)的快速發(fā)展，人類社會由傳統(tǒng)的物理世界和人類世界組成的二元

空間，進(jìn)入了物理世界、人類世界和信息世界的三元空間，并且正在向物理世界、人類世界、

信息世界和智能體世界的四元空間變化。大數(shù)據(jù)和人工智能等新領(lǐng)域邁入了科學(xué)和社會舞臺的

中心，促進(jìn)了AI賦能的新時代發(fā)展。針對大范圍和大數(shù)量的信息分析，以及各種人工智能體的

研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，產(chǎn)生了許多新的計(jì)算模型、算法形式和計(jì)算技術(shù)，這些進(jìn)展推動了計(jì)算思

維更加系統(tǒng)和深刻的認(rèn)知，進(jìn)入了新的發(fā)展時期，稱為計(jì)算思維2.0時代。

人工智能已成為當(dāng)今社會發(fā)展的重要引擎之一，對于它的研究和應(yīng)用也為計(jì)算思維增添

了新的內(nèi)容。例如，傳統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)是對于一類問題，有一個統(tǒng)一的計(jì)算步驟，使得面對該

類中任何具體問題，調(diào)整若干參數(shù)就可以執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算，這是從一般到具體的求解問題思

路（即所謂具化）。但是在人工智能中，我們面臨著另一類算法，它是從具體的問題出發(fā)，

通過原則上稱為歸納的方法，設(shè)計(jì)一種算法，可以對于這些具體問題所在的一大類問題給出

計(jì)算結(jié)果（即所謂泛化），這是與傳統(tǒng)算法完全不一樣的設(shè)計(jì)思想，是從具體到一般的求解

問題的思路。對于前者的算法，它的設(shè)計(jì)、評價和分析都具備了較為成熟的理論，包括并行

算法和近似算法。但是對于后者的算法，現(xiàn)在的認(rèn)識還不是很深入，許多問題有待進(jìn)一步解

決。由于這類算法是從具體到一般，從抽樣到整體，因此數(shù)學(xué)意義上的精確性基本是不存在

的，我們必須容許某種不精確性和不確定性，對于這類算法的設(shè)計(jì)原則，評價標(biāo)準(zhǔn)和性能比

較都需要有新的思路。這種在人工智能中大量存在的算法模式豐富了對于算法的認(rèn)知，自然

也豐富了計(jì)算思維的內(nèi)容。

0.2數(shù)據(jù)思維

0.2.1數(shù)據(jù)思維和數(shù)據(jù)賦能（計(jì)算思維2.0）

長期以來，人們一直是以物質(zhì)（能量）和物質(zhì)的運(yùn)動來看待世界和解釋世界的，信息只是

貼附于物質(zhì)的一種表現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，逐漸認(rèn)識到信息本身就是世界，或者說是世界

的一種表現(xiàn)，信息與物質(zhì)一起構(gòu)成了人類認(rèn)知世界的二維理論，世界是物質(zhì)的，也是信息的。

從這個觀點(diǎn)來重新解釋和定義我們周邊的事物，成為信息時代創(chuàng)新的不竭源頭。例如，在

制造業(yè)，傳統(tǒng)的看法認(rèn)為制造過程是典型的物質(zhì)流，各種材料經(jīng)過有序的加工環(huán)節(jié)成為產(chǎn)品，

是以物質(zhì)流為中心組織生產(chǎn)，物質(zhì)流帶動信息流。而數(shù)字制造卻是對于制造過程進(jìn)行數(shù)字化描

述，從而在建立的數(shù)字空間中完成產(chǎn)品生產(chǎn)，是以信息流為中心組織生產(chǎn)，信息流帶動物質(zhì)流。

這種觀點(diǎn)的變化，引起了制造業(yè)顛覆性的革命，形成了全新一代的數(shù)字制造技術(shù)——智能制造。

我們可以用不同的角度來看待和解釋這個世界，并且在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和定義各種結(jié)構(gòu)、流程

和目標(biāo)（社會系統(tǒng)或者自然系統(tǒng)）。如果采用信息、信息流和計(jì)算的觀點(diǎn)，就可以把所有的自然

過程和經(jīng)濟(jì)社會過程看作是信息運(yùn)動，在這個觀點(diǎn)下，計(jì)算和算法成為信息處理的主要手段，萬

事皆可算，萬物皆可算。這在傳統(tǒng)的觀念中開創(chuàng)了新的洞天。不僅前面說過的制造過程是信息流

的運(yùn)動，零售業(yè)也是信息流的運(yùn)動，消費(fèi)品的需求信息帶動的商品流，導(dǎo)致了數(shù)字物流和電子商

務(wù)。出租汽車也是信息流的運(yùn)動，快捷出行的需求信息帶動的交通流，導(dǎo)致了網(wǎng)約出租和智能汽

5

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

車。甚至社會組織和結(jié)構(gòu)也可以從信息流的角度來重新規(guī)劃和定義，電子政務(wù)、數(shù)字媒體、智慧

城市、網(wǎng)絡(luò)安全等，都是在信息觀和算法觀下對于自然、社會乃至人類自身的重新認(rèn)識。

正是由于這種以物質(zhì)為本到以信息為本的觀念轉(zhuǎn)變，整個社會、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、文化都呈現(xiàn)了

前所未有的變革，顛覆傳統(tǒng)模式和習(xí)慣的創(chuàng)新層出不窮，比比皆是。由此產(chǎn)生了新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、

新結(jié)構(gòu)和新模式。這種涉及人類社會各個領(lǐng)域的跨越，沒有思維層面的變革是無法做到的。

從這一層意義上說，數(shù)據(jù)思維（計(jì)算思維2.0）不是一種被動的認(rèn)知世界的思維方式，更是一

種主動改造世界的思維方式，對于傳統(tǒng)性認(rèn)知的顛覆，促進(jìn)了全新的社會結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的誕生。

0.2.2數(shù)據(jù)科學(xué)與數(shù)據(jù)思維

數(shù)據(jù)是世界的特征表現(xiàn)、零散的符號，數(shù)字、文字、聲音、圖像等經(jīng)過組織和處理后，數(shù)

據(jù)被抽象為信息，有價值的數(shù)據(jù)稱為信息，知識是對某一個主題的理論或?qū)嶋H的理解。圖0-1

所示是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識的示例。

數(shù)據(jù)成為改變世界的力量，世界被

數(shù)據(jù)化。洞察數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，幫助我

們正確決策，數(shù)據(jù)結(jié)果反作用于人們的

行為。數(shù)據(jù)正在成為組織最重要的資產(chǎn)，

數(shù)據(jù)分析解讀的能力成為組織的核心競

爭力。

圖0-1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識的示例數(shù)據(jù)科學(xué)一般包含以下內(nèi)容：多維

數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)匯總與統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)可視

化、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)處理、時序數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)科學(xué)研究的就是從數(shù)據(jù)形成知識的過程，通過假定設(shè)想、分析建模等處理方法，從數(shù)

據(jù)中發(fā)現(xiàn)可使用的知識、改進(jìn)關(guān)鍵決策過程。

數(shù)據(jù)科學(xué)的最終產(chǎn)物是數(shù)據(jù)產(chǎn)品，表現(xiàn)為一種發(fā)現(xiàn)、預(yù)測、服務(wù)、推薦、決策、工具或者

系統(tǒng)。

0.3工程師的數(shù)字化能力

數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展正在改變傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和經(jīng)營方式，中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型

和結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中面臨著巨大挑戰(zhàn)，同時對產(chǎn)業(yè)急需的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的工程師能力提出了全新

要求。

在新技術(shù)的驅(qū)動下，全球各國都已經(jīng)或正在緊鑼密鼓地從戰(zhàn)略上布局產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。2019

年，經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（OECD）提出物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等變革性技術(shù)將推動制造業(yè)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型。我國作為制造業(yè)大國，為了加快工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，國家在智能制造、大數(shù)據(jù)、人工

智能等領(lǐng)域發(fā)布了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃。

基于新技術(shù)環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理、工藝制造等層面的工程師數(shù)字化能力分析，有研

究認(rèn)為工程師數(shù)字化能力，包括以下四點(diǎn)：

①適應(yīng)數(shù)字環(huán)境能力：指工程師適應(yīng)企業(yè)新技術(shù)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)快速學(xué)習(xí)和合作，涉及

6

第0章緒論

設(shè)備系統(tǒng)、工藝制造以及企業(yè)智能工廠系統(tǒng)不同層面，滿足研發(fā)、生產(chǎn)、制造等不同環(huán)節(jié)工

作需求。

研究發(fā)現(xiàn)，由于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面推進(jìn)，要求工程師能夠深入數(shù)字環(huán)境，推動數(shù)字技術(shù)

與業(yè)務(wù)深度融合、實(shí)現(xiàn)快速學(xué)習(xí)思考。而以往僅圍繞一種或單一項(xiàng)目實(shí)施的產(chǎn)學(xué)合作方式與當(dāng)

前企業(yè)數(shù)字化發(fā)展階段的多重及持續(xù)需求已不匹配，亟待前瞻探索新技術(shù)環(huán)境中人才培養(yǎng)的系

統(tǒng)做法，以應(yīng)對新技術(shù)所帶來的持續(xù)性挑戰(zhàn)。

②智能設(shè)備操控能力：指工程師智能設(shè)備和軟硬件系統(tǒng)操作使用，具有生產(chǎn)制造推進(jìn)的相

關(guān)經(jīng)驗(yàn)，熟悉計(jì)算機(jī)的編程和修改。“就生產(chǎn)方向的話，主要就是我們智能制造這塊，因?yàn)檫^

去都是純?nèi)斯ぃF(xiàn)在人工成本長得很高，可能用機(jī)械臂逐漸取代一些人員的單一工作……但

原來的工程師肯定是很難適應(yīng)智能設(shè)備和操作，需要提升智能設(shè)備操控能力”。已有研究者結(jié)

合設(shè)備系統(tǒng)的操控提出通過“一對一”“師傅帶徒弟”等形式提升技術(shù)工人和工程師智能設(shè)備

操控能力。研究發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)字化轉(zhuǎn)型中設(shè)備、系統(tǒng)和平臺的更新變革速度加快以及覆蓋面變

得更廣，傳統(tǒng)師徒制的低效率和低覆蓋面已經(jīng)無法滿足新技術(shù)環(huán)境的要求，工程師所面臨的操

作對象變化顯著。

③數(shù)字抽象分析能力：指實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、集成、預(yù)測、分析，熟悉掌握主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

（MySQL、SQLServer、SAPHANA等），如組織協(xié)調(diào)主數(shù)據(jù)模塊工作的開展?！皵?shù)據(jù)分析一類

的工程師涉及跟后端打通，我們擁有大量客戶數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析確定大家喜歡什么樣的車

型?！毖芯堪l(fā)現(xiàn)，數(shù)字抽象分析能力是數(shù)字化轉(zhuǎn)型中不可或缺的關(guān)鍵能力，對企業(yè)生產(chǎn)制造、

工藝設(shè)計(jì)以及銷售相當(dāng)重要，而目前研究尚未解決轉(zhuǎn)型中出現(xiàn)的“數(shù)據(jù)孤島”問題。傳統(tǒng)的封

閉、模糊、少量的數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)測等過程已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)需要，因此企業(yè)面臨工程師

數(shù)字抽象分析能力提升難題。

④仿真模擬能力：指實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中的工藝、流程優(yōu)化。這需要工程師擁

有良好的機(jī)械、控制、汽車等專業(yè)理論知識，并熟練運(yùn)用二維軟件或三維軟件（UI軟件）、工

業(yè)設(shè)計(jì)軟件、編程軟件（Java、C語言等）。“目前逐步探索基于大量的數(shù)據(jù)分析和業(yè)務(wù)整合，

現(xiàn)在整個行業(yè)做得比較成熟……”。已有研究者從產(chǎn)學(xué)合作角度提出可以通過典型項(xiàng)目教學(xué)、直

接引入企業(yè)課程等方式實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力提升。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨數(shù)字技術(shù)和業(yè)務(wù)深度融合以及智能工

廠系統(tǒng)的形成，企業(yè)大量緊急工藝制造難題，難以通過傳統(tǒng)項(xiàng)目教學(xué)模式進(jìn)行人才培養(yǎng)，需要將

業(yè)務(wù)技術(shù)前沿與數(shù)字化技術(shù)深度融合，開設(shè)一批復(fù)合集成的課程以滿足企業(yè)實(shí)際需要。

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