《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與計(jì)算思維》（第二版） 課件 趙鋒 第1章 計(jì)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(jì)算機(jī)《大學(xué)計(jì)算機(jī)》以教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)印發(fā)的《新時(shí)代大學(xué)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識教學(xué)目標(biāo)3了解以計(jì)算機(jī)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(dòng)作用，能夠掌握1~2項(xiàng)新一代信息技術(shù)賦能的交叉融合專業(yè)技能，對計(jì)算機(jī)新技術(shù)有初步的認(rèn)識。2熟悉常見的數(shù)字媒體技術(shù)，重點(diǎn)理解音頻、圖像和視頻數(shù)字化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)算機(jī)病毒，具備網(wǎng)絡(luò)倫理與網(wǎng)絡(luò)道德常識，能使用計(jì)算機(jī)獲取知識、分析問題、解決問題。1理解和掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)基本知識和計(jì)算思維方法，熟悉計(jì)算機(jī)內(nèi)部的編碼機(jī)制和數(shù)制轉(zhuǎn)換，對計(jì)算機(jī)視覺、色彩和繪圖有原理性認(rèn)識，了解科技藝術(shù)與智能設(shè)計(jì)的創(chuàng)作方法和前沿應(yīng)用，具備初步的計(jì)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(shí)等新技術(shù)在推動(dòng)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(dòng)的意義，激發(fā)學(xué)生專業(yè)核心技能自主創(chuàng)新熱情。強(qiáng)化計(jì)算機(jī)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(shí)踐與作業(yè)在線學(xué)習(xí)期末機(jī)考教學(xué)溝通與聯(lián)系1教學(xué)內(nèi)容第1-2講計(jì)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(shí)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(jì)藝術(shù)形象傳達(dá)情感？通過迂回、間接的途徑去尋找問題的答案的認(rèn)識活動(dòng)，就是思維活動(dòng)思維是對客觀事物本質(zhì)和規(guī)律的抽象和高級認(rèn)知思維以感知為基礎(chǔ)又超越感知的界限思維的兩個(gè)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(huì)觀察汽車的各種狀態(tài)，通過啟動(dòng)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(gè)推斷和假設(shè)，進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證失敗后，在進(jìn)行重新的假設(shè)，直到驗(yàn)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(rèn)知缺陷和偏見，保證大腦中想象的世界與外界真實(shí)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(gè)基本原則科學(xué)思維，是指為了正確認(rèn)識客觀世界所具有的思辨模式和認(rèn)識方法，它是連接實(shí)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(gè)基本原則：在邏輯上要求嚴(yán)密的邏輯性，達(dá)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(shí)現(xiàn)邏輯與歷史的一致，達(dá)到理論與實(shí)踐的具體的歷史的統(tǒng)一。思維與科學(xué)思維思維的能動(dòng)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(dá)體系的思維模式有三：理論思維、實(shí)驗(yàn)思維、計(jì)算思維分別對應(yīng)：理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)、計(jì)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(jì)算機(jī)課程的問題計(jì)算思維計(jì)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(huì)用到計(jì)算思維，但計(jì)算思維絕不是編程?！坝?jì)算思維是一種利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念來解決問題、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和理解人類行為的方法?！保ā禖omputationalThinking》，周以真）理解計(jì)算思維，首先要理解計(jì)算，因?yàn)橛?jì)算思維本質(zhì)上還是研究計(jì)算的，研究在解決問題過程中，哪些是可計(jì)算的，以及如何計(jì)算。計(jì)算思維的兩大核心特征是Abstraction（抽象）和Automation（自動(dòng)化），簡稱2A。在用計(jì)算思維解決問題時(shí)，人負(fù)責(zé)把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為可計(jì)算問題，并設(shè)計(jì)算法讓計(jì)算機(jī)去執(zhí)行，計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)具體的運(yùn)算任務(wù)，這就是計(jì)算思維里的人機(jī)分工。計(jì)算思維應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算生物學(xué)計(jì)算化學(xué)計(jì)算機(jī)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(jī)器人三葉草上的玫瑰線藥物化學(xué)分子藝術(shù)思維與計(jì)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(jì)算思維是人的思維，本質(zhì)是對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行信息抽象并利用工具實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的一種思維方式藝術(shù)思維與計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算思想黃金比例與黃金數(shù)φ=0.618033618…和Φ=1.618033618…表示兩個(gè)黃金數(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)藝術(shù)創(chuàng)作中的計(jì)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(jì)算機(jī)基礎(chǔ)藝術(shù)創(chuàng)作中的計(jì)算思想算法設(shè)計(jì)算法是對特定問題求解步驟的一種描述，由有限個(gè)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(jì)算思維方法的四個(gè)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(gè)穿著漢服的中國女孩的肖像，時(shí)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(jì)算思維方法的四個(gè)基本步驟2模式識別：將事物或現(xiàn)象的共同特點(diǎn)歸納在一切，概括出特征，來進(jìn)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(dòng)物，誰是食肉動(dòng)物嗎？計(jì)算思維方法的四個(gè)基本步驟3抽象：建立模型的過程就是理解問題的過程。計(jì)算思維方法的四個(gè)基本步驟3抽象：建立模型的過程就是理解問題的過程。計(jì)算思維方法的四個(gè)基本步驟3抽象思維的具象化：（重點(diǎn)）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(dá)出來?！稛o盡無極》：吳作人《流光》：吳冠中計(jì)算思維方法的四個(gè)基本步驟4算法：完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)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(jìn)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(jī)器對信息和知識的自主應(yīng)用。應(yīng)用：APP的推薦機(jī)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(dòng)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(xì)微的尺度上不斷自我重復(fù)，是一項(xiàng)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(diǎn)：一個(gè)幾何對象的某個(gè)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(dá)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(dòng)生成藝術(shù)”（GenerativeArt）：藝術(shù)家應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序，或一系列自然語言規(guī)則，或一個(gè)機(jī)器，或其它發(fā)明物，產(chǎn)生出一個(gè)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(gè)完整的藝術(shù)品四大特征：使用“隨機(jī)化”來打造組合利用“遺傳系統(tǒng)”來產(chǎn)生形式上的進(jìn)化是一種隨著時(shí)間而變化的不間斷變化的藝術(shù)由電腦上運(yùn)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(dá)（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(jì)算科學(xué)的要求來表達(dá)的話，那么當(dāng)時(shí)她與巴貝奇（CharlesBabbage）建造的差分機(jī)（AnalyticalEngine）就有可能譜寫和制作音樂。不過，埃達(dá)當(dāng)時(shí)認(rèn)為機(jī)器不能創(chuàng)造性思考。馮·諾依曼認(rèn)為，“馮·諾依曼機(jī)”能夠模仿人腦對信息的加工過程，計(jì)算機(jī)和人腦在本質(zhì)上是相同的。馮·諾依曼機(jī)“馮·諾依曼機(jī)”核心設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)三個(gè)方面：程序、數(shù)據(jù)的最終形態(tài)都是二進(jìn)制編碼，程序和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制方式存儲在存儲器中的，二進(jìn)制編碼也是計(jì)算機(jī)能夠所識別和執(zhí)行的編碼。（可執(zhí)行二進(jìn)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(jì)算機(jī)在工作時(shí)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(jì)算機(jī)的五個(gè)基本組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)組成與工作原理計(jì)算機(jī)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(jī)和其他設(shè)備等數(shù)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：把十進(jìn)制數(shù)按2的N次方分解、組合即得二進(jìn)制數(shù)。數(shù)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制：把二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開、相加即得十進(jìn)制數(shù)。數(shù)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制：每3位二進(jìn)制數(shù)從右向左轉(zhuǎn)換得到1位八進(jìn)制數(shù)，不足時(shí)補(bǔ)0。二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：每4位二進(jìn)制數(shù)從右向左轉(zhuǎn)換得到1位十六進(jìn)制數(shù)，不足時(shí)補(bǔ)0。數(shù)制轉(zhuǎn)換課堂實(shí)踐（79）10=（

）2（255）10=（

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）16（65）10=（

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）16二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)對應(yīng)關(guān)系計(jì)算機(jī)色彩表達(dá)#RRGGBB#FF0000紅

#FFFF00黃

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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(gè)基本原則；了解計(jì)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(jī)制；了解計(jì)算機(jī)組成與工作原理；了解計(jì)算機(jī)中色彩表達(dá)。大學(xué)計(jì)算機(jī)《大學(xué)計(jì)算機(jī)》以教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)印發(fā)的《新時(shí)代大學(xué)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1教學(xué)內(nèi)容第3講計(jì)算機(jī)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(dòng)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(jī)與“圖靈獎(jiǎng)”馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)與“計(jì)算機(jī)之父”阿蘭·圖靈

馮·諾依曼計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)ENIAC重達(dá)27噸、占地170m2約18000個(gè)電子管計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(jì)的電子管計(jì)算機(jī)1191959年IBM7090

晶體管計(jì)算機(jī)

1983年

“銀河Ⅰ號”巨型計(jì)算機(jī)2015年天河二號超級計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)主要用途科學(xué)計(jì)算計(jì)算機(jī)具備速度快、精度高、存儲強(qiáng)、邏輯判斷和自動(dòng)運(yùn)行能力信息處理80%計(jì)算機(jī)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(jì)算等操作計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)主要用途過程控制也稱實(shí)時(shí)控制，計(jì)算機(jī)能及時(shí)采集檢測數(shù)據(jù)并按最優(yōu)方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助制造CAM計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)主要用途人工智能圖靈測試機(jī)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(shí)、靈境技術(shù)云：云計(jì)算、云存儲大數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)挖掘計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成馮·諾依曼機(jī)“馮·諾依曼機(jī)”核心設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)三個(gè)方面：程序、數(shù)據(jù)的最終形態(tài)都是二進(jìn)制編碼，程序和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制方式存儲在存儲器中的，二進(jìn)制編碼也是計(jì)算機(jī)能夠所識別和執(zhí)行的編碼。（可執(zhí)行二進(jìn)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(jì)算機(jī)在工作時(shí)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(jì)算機(jī)的五個(gè)基本組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)組成與工作原理計(jì)算機(jī)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(jī)和其