本书共计6章内容，包括计算机组成、Python基础、算法之美、数据库及应用、网站设计、网络与信息安全。本书为“金课”而建设，从教学内容和教学模式上努力创设高阶课堂、对话课堂、开放课堂、知行合一、学思结合的课堂素材和方法。编写中采用CDIO项目式教学方法，将学生变成学习的主体，将学生能力的培养由记忆、理解向应用、分析、评价和创造的高阶能力转变。
本书适合作为高等院校计算机基础课程的教学用书，也适合全国军事院校学生作为教材使用。

教育部相继出台了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》（教高〔2018〕2号）和《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号），明确指出：各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量。
“课程是人才培养的核心要素。学生从大学里受益的最直接、最核心、最显效的是课程。课程是教育最微观、最普通的问题，但它要解决的却是教育中最根本的问题——培养人。课程虽然属微观问题，却是个根本问题，是关乎宏观的战略大问题。课程是中国大学普遍存在的短板、瓶颈、软肋，是一个关键问题。课程是体现‘以学生发展为中心’理念的‘最后一公里’。课程正是落实‘立德树人’根本任务的具体化、操作化和目标化。”  
本书为“金课”而建设。
CDIO（构思—设计—实现—运行）注重学科知识体系构建探究式“做中学”，以实际问题的“构思、设计、实现、运行”过程为载体，探究式“做中学”是主要的教学方法，进行一体化课程设计及实践。让学生在“想明白、做明白、说明白”中培养思维能力与品质，创造性地应用知识去提升解决实际问题、知识迁移、交流协调和团队合作等能力，能够使学生以探索、主动、实践的方式有效地学习。
CDIO项目式教学将学生变成学习的主体，改变灌输式课堂和填鸭式教育，教师由主播转变为主持，学生由观众转变为演员，将学生能力的培养由记忆、理解向应用、分析、评价和创造的高阶能力转变。
CDIO项目式教学具有以下特色：
（1）进行迭代式、增量式、敏捷式教学。CDIO项目式教学以Python为编程语言，从单机Excel版、单机数据库版、网络B/S版迭代实现学生体能考核成绩系统，学习Python程序设计基础、数据库技术应用基础、网站设计基础等；同时利用树莓派计算机设置创客项目，让学生看得见、摸得着计算机，利用树莓派进行Linux操作系统学习、Python编程控制LED调光灯、超声测距、人体感应、温度测量、物联网应用等创客项目。在网络技术与安全中，通过CDIO项目学习网线制作、局域网搭建、网络配置等网络技术，同时设置项目学习Python的TCP、UDP网络编程，网络安全库应用，网络爬虫等。本书将多媒体技术及Office应用前置，采用项目式教学，同时设定主题进行多媒体技术比赛等教学活动，实现赛课合一，同时使学生在后续的学习中应用多媒体技术进行项目的讲、演、答、辩活动。
（2）实现了开放式课堂创建。CDIO项目式教学，时间上从课内向课外延伸，空间上从教室向图书馆和实验室拓展，内容上从教材向参考资料扩充。项目式教学让学生成为学习的主体，激发学习兴趣，用“吊胃口”代替“喂食”。所谓“吊胃口”就是，老师讲课就像介绍一桌丰盛的大餐，告诉学生每道菜有多么好吃、营养多么丰富、对身体多么有益，使学生食欲顿起；再告诉学生每道菜应如何制作、如何调配，使学生跃跃欲试；下课后，学生会迫不及待地一头扎进图书馆和实验室，为自己准备这顿“大餐”。自然而然实现了学习方式的转变，使学生学会了学习、探究和解决问题，这也是CDIO项目式教学模式的应有之意。
（3）培养学生高阶思维。CDIO项目式教学打破以往程序语言教学中“只见树木不见森林”的现象，注重编程语言中变量类型、语法结构等细节的介绍，淡化程序设计的根本思想。程序只是人类思想的具体实现，编程实现的只是形式，人的思维才是编程的根本，具有决定性作用，应注重计算思维培养，体会计算思维之美。宋代禅宗大师青原行思提出参禅的三重境界：看山是山，看山不是山，看山还是山。编程也有这三重境界，每一重境界深化与超越的关键是思考。看山是山，这是形而下的表象，是原型；通过思考达到看山不是山，这是形而上的抽象，是模型；再通过思考达到看山还是山，这是形而下与形而上统一后的具象，是实形。
（4）知行合一。CDIO项目式教学创建“做中学”课堂体验，百闻不如一见，百见不如一干，CDIO项目式教学实现学科理论和实践有机结合，强调学生“知识、能力和素质”协调发展，又区别于传统的“做中学”。其一体化教学模式既有别于传统的学科式教学，亦不同于传统的项目式教学，本质差异在于CDIO项目式教学试图使学科理论教学与项目实践训练达到融合，使系统化的学科理论与项目实践融为一体。不仅没有弱化学科，反而强调在已有的学科体系框架下进一步构建相对完善的学科知识群。
本书适用于大学一年级学生使用。
本书由郑贵省任主编，阚媛、张国庆、郭强任副主编，阎文建任主审，卢爱臣、刘占敏、潘妍妍、吴茜、王剑宇、刘旭、马文彬、任芳、贾蓓、王鹏、魏建宇、田家远、韩芳芳、张婷燕参与编写。
本书从教学内容和教学模式上努力创设高阶课堂、对话课堂、开放课堂、知行合一、学思结合的课堂素材和方法，但教学改革永远在路上，我们热切期望广大读者批评指正。


编   者
2020年1月 

第1章　计算机组成 1
1.1　树莓派 1
1.1.1　认识树莓派 1
1.1.2　树莓派硬件组成 2
1.1.3　为Raspberry Pi Zero刻录
            操作系统 4
1.1.4　系统文件配置 5
1.1.5　连接PC和Raspberry Pi Zero 5
1.1.6　建立Raspberry Pi Zero的
            虚拟连接 6
1.1.7　外接SPI网卡ENC28J60
            上网 7
1.1.8　首次启动Raspberry Pi Zero 8
1.1.9　启动桌面 8
1.2　常用软件安装 9
1.2.1　使用apt-get安装、管理
            软件 9
1.2.2　FTP服务器安装 10
1.3　Linux常用命令 12
1.4　创客实验 13
1.4.1　创客实验箱硬件资源 13
1.4.2　创客项目——调光灯 14
1.4.3　创客项目——超声波
            测距 17
1.4.4　创客项目——红外入侵
            检测 18
1.5　计算机的组成 19
1.6　0、1之美 22
1.6.1　进制及进制间的转换 22
1.6.2　计算机中数的表示
             与运算 26
1.6.3　计算机中文字符号的
            表示 31
1.7　计算机工作过程及主要
          技术发展 33
1.7.1　计算机的工作原理 33
1.7.2　先进计算机技术在微机
            系统中的应用 36
1.7.3　微型计算机系统的主要
             性能指标 40
第2章　 Python基础 42
2.1　单人3 000 m时间输入/输出 42
2.1.1　体能考核计时系统设计 42
2.1.2　输入、计算和输出 42
2.1.3　Python简介 43
2.1.4　成绩等级评定 54
2.2　单人3 000 m成绩评定 54
2.2.1　根据成绩判断等级 54
2.2.2　分支结构的运用 55
2.2.3　if语句 56
2.2.4　评定多名学生等级 64
2.3　任意次评定单项科目成绩 64
2.3.1　程序持续运行直至用户
            选择退出 64
2.3.2　循环语句的运用 64
2.3.3　while语句 67
2.3.4　带单位数据的处理 72
2.4　数据格式化处理 72
2.4.1　按照格式要求输入时间 72
2.4.2　字符串的处理 72
2.4.3　字符串切片和格式化
            输出 74
2.4.4　代码复用 80
2.5　程序封装 80
2.5.1　程序模块化 80
2.5.2　函数的运用 80
2.5.3　定义函数、传递参数和
            返回值 81
2.5.4　多个项目的评定 88
2.6　成绩批量化评定 88
2.6.1　多名学生成绩及一名学生
            多科目成绩的存储 88
2.6.2　列表的运用 88
2.6.3　for循环、对列表、元组
            和字典的相关操作 94
2.6.4　拓展：数据永久保存 105
2.7　成绩存储及重复使用 105
2.7.1　将信息存入文本文件 105
2.7.2　文件的使用 105
2.7.3　文件和程序异常处理 110
2.7.4　拓展：数据分析和统计的
            便捷性 119
2.8　优化程序 119
2.8.1　将数据写入Excel文件 119
2.8.2　Python第三方库
           和库函数 119
2.8.3　Python计算生态、对Excel
           文件的操作和图形界面
            设计 125
2.8.4　拓展：多名学生的评定
            及保存 135
2.9　项目扩展 135
第3章　算法之美 141
3.1　求解平方根 141
3.1.1　求解实数c的平方根 141
3.1.2　计算机问题求解方法 141
3.1.3　逐次逼近法 142
3.1.4　拓展：二分法趋近
            和牛顿迭代法 143
3.2  绘制分形树 146
3.2.1　绘制分形树简介 146
3.2.2　分形几何和递归算法 146
3.2.3　递归绘制分形树 147
3.2.4　智能车路径探索 148
3.3　学生成绩的排序与查找 151
3.3.1　学员体能考核成绩
            排序查找 151
3.3.2　冒泡排序和二分法查找 151
3.3.3　运用冒泡排序和二分法
            查找 152
3.3.4　拓展：排序和查找算法
            简介 153
3.4　物资运输方案 156
3.4.1　运输物资价值最大化
            设计方案 156
3.4.2　递归求解方案 157
3.4.3　动态规划求解方案 158
3.4.4　拓展：找零钱 159
3.5　运输交通的最短路径规划 160
3.5.1　运输最短路径规划 160
3.5.2　数据结构和Dijkstra算法 160
3.5.3　Dijkstra算法求解 161
3.5.4　拓展：最短路径求解
            算法总结 163
3.6　蒙特卡罗方法求π值 165
3.6.1　求解π值简介 165
3.6.2　蒙特卡罗方法简介 165
3.6.3　运用蒙特卡罗方法
            求解π值 165
3.6.4  拓展：求定积分 166
第4章　数据库及应用 169
4.1　将数据存入MySQL数据库 169
4.1.1　数据库 169
4.1.2　MySQL数据库 177
4.1.3　使用MySQL-front操作
　　　MySQL数据库 183
4.2　使用SQL操作数据 184
4.2.1　使用SQL操作数据库中
　　　学员体能考核数据 184
4.2.2　SQL结构化查询语言 184
4.2.3　编写SQL代码管理数据库
　　　中的学员体能考核数据 192
4.3　使用Python编程操作数据库 194
4.3.1　编写程序操作MySQL
　　　数据库 194
4.3.2　Python 标准数据库接口
　　　Python DB-API 194
4.3.3　使用Python操作体能
　　　考核数据 202
4.4　获取树莓派CPU温度 203
4.4.1　定时获取树莓派CPU
            温度 203
4.4.2　Linux文件系统 203
4.4.3　Python对文件的操作 203
4.4.4　Python3 time模块 204
4.4.5　使用循环反复读取存放
　　　温度的文件 207
4.5　将数据存入SQLite数据库 209
4.5.1　编写程序将CPU温度
　　　数据存入SQLite数据库 209
4.5.2　SQlite数据库 209
4.5.3　Python操作SQLite 212
4.5.4　反复读取温度数据并存入
　　　SQLite数据库 213
4.6　向云端上传CPU的温度 214
4.6.1　通过REST     API向云端
　　　上传CPU的温度 214
4.6.2　Python实现网络数据
            服务 214
4.6.3　REST服务和HTTP请求 214
4.6.4　使用Python发送HTTP
　　　请求向云端上传数据 215
4.7　项目扩展 216
第5章　网站设计 217
5.1　教学课程网站首页制作 217
5.1.1　教学课程网站首页
　　　制作要求 217
5.1.2　网络应用基础知识、HTML、
　　　CSS及JavaScript 218
5.1.3　教学课程网站首页制作 239
5.2　创客课堂 261
5.2.1　编写网页控制LED灯 261
5.2.2　树莓派控制红绿灯 268
第6章　网络与信息安全 269
6.1　网线制作和双机互联通信 269
6.1.1　网线制作和双机互联
　　　目标要求 269
6.1.2　计算机网络基础知识 269
6.1.3　网线制作方法和双机互联
　　　组建步骤 280
6.2　局域网的组建 284
6.2.1　局域网组建目标要求 284
6.2.2　局域网基础知识 284
6.2.3　局域网组建步骤 287
6.3　交换机的基本配置 289
6.3.1　交换机基本配置目标
            要求 289
6.3.2　模拟软件 Packet Tracer
            简介 289
6.3.3　交换机基本配置实施
            步骤 301
6.4　组建无线局域网 305
6.4.1　无线局域网组建目标
            要求 305
6.4.2　无线局域网基础 305
6.4.3　无线局域网组建步骤 308
6.5　互联网络 309
6.5.1　互联网络组建目标要求 309
6.5.2　互联网络基础知识 310
6.5.3　互联网络实施步骤 318
6.6　网络服务 321
6.6.1　网络服务任务要求 321
6.6.2　常见的网络服务介绍 322
6.6.3　网络服务器（IIS、FTP）
　　　部署步骤 329
6.7　安全防护 334
6.7.1　安全防护目标要求 334
6.7.2　安全防范基础知识 334
6.7.3　安全防护手段实施 354
6.8　Python 网络编程 359
6.8.1　网络编程目标要求 359
6.8.2　网络编程基础知识 359
6.8.3　Python网络编程实现 366
6.9　Python 网络爬虫 369
6.9.1　网络爬虫任务要求 369
6.9.2　网络爬虫基础知识 369
6.9.3　Python网络爬虫实现 375

郑贵省，陆军军事交通学院副教授

CDIO项目式教学，将学生变成学习的主体，改变灌输式课堂和填鸭式教育，教师由主播转变为主持，学生由观众变为演员，将学生能力的培养由记忆、理解向应用、分析、评价和创造的高阶能力转变。