本書以計算思維為主線，介紹計算機的基本原理和應用思想。書中將計算思維具體化，并組織成如下6章：第1章 計算符號化思維、第2章 計算自動化與智能化思維、第3章 工程化問題求解思維與方法、第4章 算法思維、第5章 協同計算、第6章 計算虛擬化。
書中把一般有關信息技術的知識、技術和方法，納入到有關的計算思維框架中作為實例介紹，讓讀者從更高層次上來認識和理解這些知識、技術和方法，以啟發創新思維，進入一個更高境界。
本書講解深入淺出、思路清晰，可以作為計算機及其相關專業的導論性課程的教材，也可作為高等理工科專業的計算機（信息技術）公共課教材，還可供有關培訓班使用和有關專業技術人員參考。
將計算思維具體化為符號化思維、計算自動化與智能化思維、計算工程化思維、算法思維、協同計算思維和計算抽象化思維。? 把信息技術與理論納入計算思維框架，使學習者獲得更開闊的視野和更高的思維境界。? 力求結構嚴謹、內容清新、概念精準，強化思維啟發、知識建構、創新培養。
流行性。書中講解的都是JavaSE開發過程中*教材＋練習冊＋上機指導53個實例，10道上機實驗題，306道復習題
前言
1. 中國高等學校計算機（信息技術）基礎教育發展的3個階段
20世紀70年代中期，計算機應用之風吹到了中國大地，隨之部分大學開始以
公共課的形式進行普及計算機的教學。為了交流，由我國著名的天津大學許
鎮宇教授牽頭，于1982年在廬山、1983年夏天在泰安連續兩年召開了全國性
的高校計算機普及教育研討會。
作者當時也在兼任這方面的工作，參加了1983年在泰安舉辦的會議，并拿著
自己編寫的一套講義與會展示、交流。這套講義的內容包括二進制編碼、邏
輯運算基礎、計算機組成、操作系統（以DOS為例）、數據庫（DBASE）和
BASIC程序設計，交流、展示后，受到許鎮宇教授和與會代表的高度評價和贊
譽。在當時計算機基礎教育處于起步摸索的階段，這套講義被大家稱為中國
計算機基礎教學的第一套教材。此后，正式出版的計算機基礎教材才陸續問
世。
按照泰山會議的共識，1984年全國高校計算機基礎教育研究會在黃山成立。
作者也以極大的熱情參加了研究會的工作，并長期擔任理事、常務理事、學
術委員會副主任、課程建設委員會副主任、財經信息管理委員會副主任等職
務，親自見證并積極參與了中國高等學校計算機（信息技術）基礎教育的研
究與實踐。縱觀這個歷程，大致可以分為3個階段。
1）面向信息（計算機）掃盲的計算機文化教育階段
我國高校的計算機基礎教育是從普及的初衷開始的。那時，國外也大致如此
。對此影響比較大的一件事是1981年，第三屆世界計算機教育會議提出了
計算機文化教育的觀點。第二件事是聯合國教科文組織關于文盲概念
的標準的修改：在很長的時期內，人們把文盲定義為不識字的人；20世
紀70年代，聯合國教科文組織又把文盲界定為不認識現代信息符號、圖標
的人；之后又把文盲界定為不能應用計算機進行信息交流與管理的人
。第三件事是20世紀80年代中后期開始的以信息高速公路建設為主題的
信息化熱潮。第四件事是微軟公司的Windows操作系統的問世。第五件事是
Web技術的出現。伴隨著這5件事的發生，我國高等學校的計算機基礎教育內
容也不斷更新，具體表現如下。
（1）部分學校將計算機基礎課程改稱計算機文化信息技術，以此名
稱命名的教材開始大量出現。
（2）在內容上不斷完善，先后增加了文字處理（最初是金山的WPS）、計算
機網絡和多媒體技術。
（3）在平臺上，由DOS逐漸轉向Windows。
作者作為那個時期的弄潮兒，搶先推出了介紹Windows及其應用的教材《計算
機信息處理平臺基礎教程》（電子工業出版社，1997年10月，ISBN為978-7-
505-34231-6）和《信息技術與信息化基礎教程》（電子工業出版社，1998年
1月，ISBN為978-7-505-34466-2）。
隨著信息化浪潮的推進，我國高校計算機基礎教育走向成熟，開始向高層次
發展。進入20世紀90年代中期，三層次教育的思路開始形成。1998年4月6日
的《計算機世界》上，發表了全國高等學校計算機基礎教育研究會組織的兩
個完整的改革方案：一個是理工類，一個是非理工類。作者撰寫了其中的《
高校計算機基礎教育改革方案（征求意見稿）》（適合于非理工專業）。在
這個方案中提出的三層次方案是公共基礎層（面向各專業的公共基礎課）、
面向專業群的技術基礎層和結合專業的專業技術層。全國高校計算機基礎教
育研究會于1998年10月在南昌召開的全國年會上，正式推出了這兩個面向21
世紀的改革方案。
配合這個方案，作者編寫了《大學計算機應用基礎教程》《大學計算機應用
實驗教程》《大學計算機技術基礎教程》和《大學計算機技術實驗教程》，
于1999年7月由科學出版社出版。
這套書的基本思想是將計算機基礎分為技術和應用兩部分，分別由主教材和
實驗教材兩部分組成。之所以這樣分割，是因為當時已經出現了從中學到研
究生，計算機基礎教學都是協同的內容、相同的面孔的局面。這套書率先啟
用了大學計算機的名稱。可以說，它們是那個時期大學計算機的總結。
2）面向信息素養的大學計算機教育階段
計算機基礎教育的改革，不僅是內容的更新，更重要的是教育思想、教育理
念的提升。
1974年，美國信息產業協會主席Paul
Zurkowski率先提出了信息素養
（Information Literacy）這一全新概念，并解釋為利用大量的信息工具
及主要信息源使問題得到解答的技能。 1989年，美國圖書館協會
（American Library Association，ALA）下設的信息素養總統委員會在
其年度報告中對信息素養的含義進行了重新概括：要成為一個有信息素養
的人，就必須能夠確定何時需要信息并且能夠有效地查尋、評價和使用所需
要的信息。
1992年，Doyle在《信息素養全美論壇的終結報告》中將信息素養定義為：一
個具有信息素養的人，他能夠認識到精確的和完整的信息是做出合理決策的
基礎，確定對信息的需求，形成基于信息需求的問題，確定潛在的信息源，
制定成功的檢索方案，從包括基于計算機和其他信息源獲取信息、評價信息
、組織信息于實際的應用，將新信息與原有的知識體系進行融合以及在批判
性思考和問題解決的過程中使用信息。
1998年，美國圖書館協會和教育傳播協會制定了學生學習的九大信息素養標
準，概括了信息素養的具體內容。
標準一：具有信息素養的學生能夠有效地和高效地獲取信息。
標準二：具有信息素養的學生能夠熟練地和批判地評價信息。
標準三：具有信息素養的學生能夠有精確地、創造性地使用信息。
標準四：作為一個獨立學習者的學生具有信息素養，并能探求與個人興趣有
關的信息。
標準五：作為一個獨立學習者的學生具有信息素養，并能欣賞作品和其他對
信息進行創造性表達的內容。
標準六：作為一個獨立學習者的學生具有信息素養，并能力爭在信息查詢和
知識創新中做得最好。
標準七：對學習社區和社會有積極貢獻的學生具有信息素養，并能認識信息
對民主化社會的重要性。
標準八：對學習社區和社會有積極貢獻的學生具有信息素養，并能實行與信
息和信息技術相關的符合倫理道德的行為。
標準九：對學習社區和社會有積極貢獻的學生具有信息素養，并能積極參與
小組的活動探求和創建信息。
可以看出，美國提出的信息素養概念則包括3個層面：文化層面（知識方面）
、信息意識（意識方面）和信息技能（技術方面）。
古人云：馬不伏歷（櫪），不可以趨道；士不素養，不可重國（《漢書
·李尋傳》）。在人類社會發展的歷史長河中，素養是一個永恒的話題。何
謂素養？其實非常簡單：素即素質（Quality），養即教養。所以，素養就是
人的素質和教養。然而，什么是素質呢？在不同的文化背景下，它有不同的
定義，有不同的要求。信息素養是信息時代素質教育的核心內容。這個概念
一經提出，便得到廣泛傳播和使用。世界各國的研究機構紛紛圍繞如何提高
信息素養展開了廣泛的探索和深入的研究，對信息素養概念的界定、內涵和
評價標準等提出了一系列新的見解。
作者作為當時全國高等學校計算機基礎教育研究會的常務理事和課程建設委
員會副主任，作為一位有責任的大學老師，有義務推行這一新概念和新理念
，并連續發表了幾篇文章。
（1）《關于高校IT基礎教育改革的幾點思考》，高教出版信息，2002年第11
期。
（2）《信息素養21世紀計算機基礎教育的坐標系》，教育信息化，2002
年第9期。
（3）《論高等信息素養教育》，計算機教育，創刊號（2003年12月1日）。
（4）《關于新時期高等學校信息基礎教育第一門課的思考》，計算機教育，
2004年第1期。
（5）《高等信息素養教育框架》，計算機教育，2004年第2、3期合刊。
同時，編寫了如下相應的教材。
（1）《大學生信息素養知識教程》，南京大學出版社，2007年5月，ISBN為
978-7-305- 05060-2。
（2）《大學生信息素養能力教程》，南京大學出版社，2007年5月，ISBN為
978-7-305- 05061-9。
（3）《信息素養大學教程（知識篇）》，人民郵電出版社，2013年9月，
ISBN為978-7-115-31930-2。
（4）《信息素養大學教程（實踐篇）》，人民郵電出版社，2013年9月，
ISBN為978-7-115-31866-4。
3）面向計算思維培養的大學計算機教育階段
人的素質就是人的生理元素和思維元素的質量。人的素質的高低，與人天生
的生理元素和思維元素的多少有關，也與后天培養的生理組織的健康程度和
思維系統的健全程度有關。所以在素質教育中，思維訓練是極為重要的核心
內容。
2006年3月，美國卡內基?梅隆（Camegie
Mellon）大學計算機科學系原主任
、時任美國國家科學基金會計算機與信息科學與工程學部負責人的周以真（
見圖0.1）教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM雜志上正
式提出了計算思維（Computational Thinking）的概念，并推動一項計
劃：力圖使所有的人都能運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設
計，以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。
后來，周以真教授又對它做了進一步的詳細闡釋。
（1）通過約簡、嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋
成一個人們知道問題怎樣解決的方法。
（2）計算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理，是一種把代碼譯成數據又
能把數據譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。
（3）計算思維是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務或進行巨大復雜系統
設計的方法，是基于關注分離的方法（SOC方法）。
（4）計算思維是一種選擇合適的方式去陳述一個問題，或對一個問題的相關
方面建模使其易于處理的思維方法。
（5）計算思維是按照預防、保護及通過冗余、容錯、糾錯的方式，并從最壞
情況進行系統恢復的一種思維方法。
（6）計算思維是利用啟發式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規劃、學
習和調度的思維方法。
（7）計算思維是利用海量數據來加快計算，在時間和空間之間，在處理能力
和存儲容量之間進行折中的思維方法。
計算思維是一種概念，也是一種思想、一種教育理念。2011年被陳國良院士
等人傳播到國內，不僅影響計算機及其相關專業的教育，而且影響高等學校
計算機基礎教育，把中國的計算機基礎教育帶進一個新的時期計算思維
教育階段。
2. 本書的寫作思想
周以真教授提出的計算思維，不僅為計算機教育帶來新的思想，而且會影響
整個教育體制的理念。但是，這不能只靠周以真教授一人，還需要更多的人
去發展、去展開、去實踐、去推行。這就是本書寫作的基本思想。
關于計算思維本身，本人將其具體化為如下一些具體的思維。
（1）計算符號化思維。
（2）計算自動化與智能化思維。
（3）工程化問題求解思維。
（4）算法思維。
（5）協同計算。
（6）計算虛擬化。
這些思維不僅造就了計算、計算機本身，而且已經延伸到幾乎所有領域。介
紹這些思維模式，有助于各個領域的創新發展和技術進步，這也是本書內容
組織的框架。
按照上述計算思維所包含的內容，本書分為相應的6章，并把有關信息技術的
介紹放進有關章節。這樣的一種組織模式，旨在使當代大學生站在一個較高
的高度，從一個較寬的視野，獲得一些較深的啟迪。
為了適應不同讀者的學習需求，本書前5章都設了一個知識鏈接欄目。這
個欄目的內容可以選學。
3. 希望與感謝
本書完全圍繞計算思維，貫穿了新思想，采用了新提法，組織了新內容
，形成了新體系。這一切都是嘗試。它的不成熟、不完整、不確切已經估計
到了。但作者水平也就如此，不過也留下了一個能讓更多的人參與的空間。
希望有關讀者、專家能就此展開討論，提出寶貴意見，將這個事業不斷向前
、向新推進。
在本書寫作過程中，參考了大量資料。有些已經在相關參考文獻中列出，有
些因為是網絡佚名作者，還有些已經多次輾轉引用，無法找到原始作者。在
此謹表感謝。
在本書寫作過程中，趙忠孝、古輝、張秋菊、史林娟、張展為、董兆軍、張
友明、戴璐等也參加了部分工作，也在此一并感謝。
張基溫
2017年7月15日
于廣州小
海之畔
·I·
張基溫， 先后擔任名古屋大學訪問學者，山西財經大學、江南大學、華東政法大學、常熟理工學院、福建工程學院、廣西職業技術學院、晉城學院等多所大學的專職、客座或兼職教授；兼任北京大學博雅方略城市發展與信息化研究中心研究員，南京大學出版社總編顧問，太原高新技術區IT研究院實驗室主任，山西省緊缺人才專家委員會副主任，中國信息經濟學會常務理事，全國高等院校計算機基礎教育研究會常務理事兼課程建設委員會副主任，中國計算機學會教育專業委員會委員，國家NIT考試委員會委員，江蘇省計算機基礎教學指導委員會委員，山西省新世紀專家學者協會副會長。為清華大學出版社、電子工業出版社、中國水利水電出版社、南京大學出版社、中國鐵道出版社等主編了信息管理與信息系統專業、計算機實驗與實踐、大學生信息素養等多個系列教材。研究和教學領域涉及計算機科學與技術、信息管理、信息經濟學、電子政務與電子商務、服務科學，計算機基礎教育，發表論文百余篇，已出版著作百余種。在計算機基礎教育領域，在1983年的泰山會議上介紹了編寫并試用多次的計算機基礎講義；于1987年率先出版了一套介紹Windows系統和Web知識的計算機基礎教材（科學出版社）；從2001年開始積極倡導將計算機基礎教育納入到信息素養教育軌道，并出版了相應的教材。
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