# computer-science-introduction **Repository Path**: gethug/computer-science-introduction ## Basic Information - **Project Name**: computer-science-introduction - **Description**: "计算科学导论与计算思维"实验课教学内容 - **Primary Language**: Unknown - **License**: Not specified - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 0 - **Created**: 2026-09-27 - **Last Updated**: 2026-09-27 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README # 《计算科学导论与计算思维》实验教学大纲 ## 一、课程基本信息 | 项目 | 内容 | | --- | --- | | 课程名称 | 计算科学导论与计算思维 | | 适用对象 | 计算机科学专业一年级本科生 | | 开课学期 | 2026—2027学年第一学期（第5周—第16周） | | 实验学时 | 24 学时（每周 2 学时 × 12 周） | | 实验环境 | Python 3.x、PyCharm（统一版，非商业用途免费）、MySQL 8.x、mysql-connector-python | | 主要参考资料 | 课程实验 PPT（见 `PPT/` 目录，共 20 讲） | ## 二、实验教学目标 本实验课程是《计算科学导论与计算思维》的实践环节，以 Python 语言为载体，通过循序渐进的编程训练达成以下目标： 1. **建立计算思维**：在编程实践中体会抽象、分解、模式识别与自动化等计算思维核心方法，初步形成用计算机求解问题的意识； 2. **掌握编程基础**：熟练搭建 Python 开发环境，掌握 Python 基本语法、控制结构、六种内置数据类型、函数与模块的使用； 3. **理解面向对象**：理解类与对象、封装、构造函数与继承等面向对象基本概念，能够进行简单的面向对象程序设计； 4. **具备工程素养**：掌握异常处理的基本方法，了解 Python 操作数据库的基本流程，具备程序调试、规范书写实验文档的习惯，为后续《程序设计》《数据结构》等课程奠定基础。 ## 三、实验项目总表 | 周次 | 实验编号 | 实验名称 | 学时 | 实验类型 | 对应教学内容（PPT） | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | 第5周 | 实验一 | Python 开发环境搭建与基本语法 | 2 | 验证型 | 3.1&3.2节、3.3.1节 | | 第6周 | 实验二 | 数据类型、类型转换与运算符 | 2 | 验证型 | 3.3.2节、3.3.3节 | | 第7周 | 实验三 | 条件语句程序设计 | 2 | 设计型 | 3.3.2节（1） | | 第8周 | 实验四 | 循环语句与循环控制 | 2 | 设计型 | 3.3.2节（2）（3） | | 第9周 | 实验五 | 字符串处理 | 2 | 设计型 | 3.3.4节 | | 第10周 | 实验六 | 列表与元组 | 2 | 设计型 | 3.3.5节、3.3.6节 | | 第11周 | 实验七 | 字典与集合 | 2 | 设计型 | 3.3.7节、3.3.8节 | | 第12周 | 实验八 | 函数与模块 | 2 | 设计型 | 3.3.9节、3.3.10节 | | 第13周 | 实验九 | 类、对象与封装 | 2 | 设计型 | 3.3.11节、3.3.12节 | | 第14周 | 实验十 | 构造函数与继承 | 2 | 设计型 | 3.3.13节、3.3.14节 | | 第15周 | 实验十一 | 错误和异常处理 | 2 | 设计型 | 3.3.15节 | | 第16周 | 实验十二 | 综合实验：Python 操作 MySQL | 2 | 综合型 | 3.3.16节 | ## 四、各实验项目教学内容 ### 实验一　Python 开发环境搭建与基本语法（第5周，2学时） **实验目的** 1. 了解 Python 语言的特点与发展历史，理解解释型、交互式、面向对象的含义； 2. 掌握 Python 解释器与 PyCharm Community 的安装与配置； 3. 掌握在 PyCharm 中创建项目、新建并运行 `.py` 文件的方法； 4. 掌握 Python 注释、缩进（4空格）等基本语法规范。 **实验内容** 1. 安装 Python 3.x 与 PyCharm Community，创建第一个 Python 项目； 2. 分别以交互式（`>>>` 提示符）与脚本式两种方式运行代码，体会二者区别； 3. 编写第一个程序：输出 `Hello, World!` 及多行自我介绍（姓名、学院、爱好）； 4. 练习单行注释（`#`）与多行注释的写法；故意制造缩进错误、缺少冒号等语法错误，观察并记录解释器的报错信息； 5. 使用 `input()` 接收键盘输入并原样/格式化输出。 **实验产出**：`hello.py`（含自我介绍与输入输出练习）。 --- ### 实验二　数据类型、类型转换与运算符（第6周，2学时） **实验目的** 1. 掌握 int、float、complex 等 Number 类型及 del 语句的使用； 2. 掌握 `int()`、`float()`、`str()`、`eval()`、`chr()`、`ord()` 等类型转换函数； 3. 掌握算术、比较、赋值、逻辑、位、成员运算符及进制转换； 4. 掌握 math 模块与随机数函数的使用。 **实验内容** 1. 验证各类型转换函数的行为，重点观察 `int("3.5")`、`int("abc")` 等转换失败的例子； 2. 拆数练习：输入一个三位整数，用 `%` 与 `//` 分别求其个、十、百位并逆序输出； 3. 温度转换：输入摄氏温度，输出对应华氏温度（`F = C × 9/5 + 32`），结果保留两位小数； 4. 使用 math 模块计算圆的面积与周长（`math.pi`）；用位运算实现整数二进制特征的观察，练习 `bin()`/`oct()`/`hex()` 进制转换； 5. 使用 random 模块生成随机数（随机整数、随机小数、随机选取、打乱序列）。 **实验产出**：`number.py`、`operators.py`。 --- ### 实验三　条件语句程序设计（第7周，2学时） **实验目的** 1. 掌握 if、if-else、if-elif-else 多分支结构的语法与执行流程； 2. 掌握用 `and`、`or`、`in` 组合多个判断条件； 3. 掌握 if 语句的嵌套。 **实验内容** 1. 成绩等级判定：输入百分制成绩，输出"优秀 / 良好 / 中等 / 及格 / 不及格"，注意非法成绩（<0 或 >100）的处理； 2. 闰年判断：输入年份，依据"四年一闰、百年不闰、四百年再闰"规则输出结果； 3. 三个数排序：输入三个整数，按从小到大输出； 4. 出租车计费 / 快递计重收费：根据分段条件用嵌套 if 或 elif 实现分段计价； 5. 简易菜单：结合 `in` 判断用户输入是否为合法选项。 **实验产出**：`score.py`、`leap_year.py` 等。 --- ### 实验四　循环语句与循环控制（第8周，2学时） **实验目的** 1. 掌握 while 循环与 for 循环的语法及适用场景，掌握 `range()` 函数； 2. 掌握循环嵌套的执行过程； 3. 掌握 break、continue、pass 语句的作用与区别。 **实验内容** 1. 分别用 while 与 for 求 1~100 的累加和，以及 1~100 中所有偶数之和； 2. 九九乘法表：用嵌套循环按标准格式输出（练习 `print(..., end="")`）； 3. 素数判断：输入一个整数，判断其是否为素数；进阶：输出 100 以内的全部素数； 4. 猜数字游戏：程序随机生成 1~100 的整数，用户循环猜数，程序提示"大了/小了"，猜中或超过 7 次后用 break 退出； 5. 登录验证：模拟输入密码，最多允许尝试 3 次（while + 计数 + break）； 6. 分别观察 continue 与 pass 对循环执行的影响（如输出 1~10 中的奇数）。 **实验产出**：`loops.py`、`guess_number.py`、`login.py`。 --- ### 实验五　字符串处理（第9周，2学时） **实验目的** 1. 掌握字符串的创建、索引访问与切片操作； 2. 掌握转义字符与字符串运算符（`+`、`*`、`in`、`r/R` 原始字符串）； 3. 掌握 f-string 等格式化输出方法； 4. 掌握常用字符串内建函数（`len`、`upper/lower`、`strip`、`split`、`join`、`replace`、`find`、`count` 等）。 **实验内容** 1. 字符串切片练习：输入一句话，输出其逆序、前 5 个字符、后 5 个字符； 2. 回文判断：判断输入的字符串是否为回文（如"上海自来水来自海上"）； 3. 字符统计：统计字符串中字母、数字、空格及其他字符的个数； 4. 敏感词过滤：给定敏感词列表，用 `replace()` 将句子中的敏感词替换为 `*`； 5. 姓名格式化：将"zhang san"规范为"Zhang San"（split + capitalize + join）； 6. 进阶：结合 `ord()`/`chr()` 实现凯撒密码加密与解密。 **实验产出**：`string_ops.py`、`caesar.py`。 --- ### 实验六　列表与元组（第10周，2学时） **实验目的** 1. 掌握列表的创建、索引、切片、更新与删除； 2. 掌握 `append`、`insert`、`remove`、`pop`、`sort`、`reverse`、`count`、`index` 等列表方法； 3. 理解元组不可变的特性及其与列表的相互转换。 **实验内容** 1. 成绩管理：循环录入若干名学生成绩存入列表，输出最高分、最低分、平均分，并统计高于平均分的人数（`max`/`min`/`sum`/`len`）； 2. 手写冒泡排序或选择排序，将列表升序排列（不得直接调用 `sort()`），再验证与 `sort()` 结果一致； 3. 列表去重：去除列表中的重复元素并保持原有顺序（进阶：对比用 set 去重为何会乱序）； 4. 嵌套列表：用二维列表存储 3 名学生 × 3 门课的成绩矩阵，计算每人平均分与每门课最高分； 5. 元组练习：创建元组并尝试修改元素，观察并记录报错；用 `tuple()`/`list()` 实现互转；元组解包赋值。 **实验产出**：`list_lab.py`、`tuple_lab.py`。 --- ### 实验七　字典与集合（第11周，2学时） **实验目的** 1. 掌握字典的创建及键值对的增、删、改、查与遍历（`keys`/`values`/`items`）； 2. 理解键唯一且必须不可变、值可任意取类型的约束； 3. 掌握集合的无序不重复特性及交、并、差运算。 **实验内容** 1. 通讯录：用字典实现"增、删、改、查、显示全部"的命令行通讯录（while + 菜单 + 字典），录入联系人姓名与电话； 2. 词频统计：输入一段英文，统计每个单词出现的次数并按次数降序输出前 5 名（字典经典应用）； 3. 集合运算：给定两个班级选课名单列表，利用集合求两门课都选了的、只选了一门的、选过任意一门的学生（交、差、并）； 4. 集合去重：用 `set()` 对列表去重，再用 `sorted()` 排序输出； 5. 综合小练习：用字典 + 列表存储多名学生的多门课成绩，实现按姓名查询、按科目统计。 **实验产出**：`contacts.py`、`word_freq.py`、`set_lab.py`。 --- ### 实验八　函数与模块（第12周，2学时） **实验目的** 1. 掌握函数的定义（`def`）、调用与返回值（`return`）； 2. 掌握默认参数、关键字参数与不定长参数（`*args`）的使用； 3. 理解局部变量与全局变量的作用域概念； 4. 掌握模块的导入方式（`import`、`from ... import`、`as` 别名）及自定义模块。 **实验内容** 1. 基础函数：编写 `is_prime(n)`、`max3(a, b, c)`、`c2f(celsius)` 等函数并调用测试； 2. 参数练习：实现带默认参数的 `greet(name, greeting="你好")`，以及可接收任意个数字的 `my_sum(*args)`； 3. 作用域观察：在函数内外同名变量分别赋值，用 `global` 关键字前后对比输出结果； 4. **代码重构**：将实验六的成绩管理、实验七的词频统计改写为函数，主程序只负责调用（体会"函数提高代码复用"）； 5. 自定义模块：将常用函数保存为 `myutils.py`，在 `main.py` 中分别用三种方式导入并调用；观察 `__name__` 的取值，理解 `if __name__ == "__main__":` 的作用； 6. 标准库使用：用 `sys` 模块查看 `sys.path`，理解模块搜索路径。 **实验产出**：`myutils.py`、`main.py`。 --- ### 实验九　类、对象与封装（第13周，2学时） **实验目的** 1. 理解面向对象与面向过程的区别，理解类与对象的关系（类是模板，对象是实例）； 2. 掌握类的定义、实例化、属性与方法的书写，理解 `self` 的含义； 3. 理解封装的概念，掌握双下划线 `__` 私有属性及通过公有方法（getter/setter）访问的封装方式。 **实验内容** 1. 定义 `Dog` 类（属性：名字、品种；方法：叫、吃东西），创建两个实例并调用方法； 2. 观察 `self`：在方法中打印 `self`，与实例对象的内存地址（`id()`）对比，理解 self 代表实例本身； 3. 封装练习：定义 `Student` 类，将姓名、成绩设为私有属性 `__name`、`__score`，在类外直接访问观察报错；提供 `set_score()`（校验 0~100，非法抛出提示）与 `get_score()` 公有方法； 4. 编写 `introduce()` 方法输出学生自我介绍； 5. 进阶：尝试在子类中访问父类私有属性，体会双下划线避免被子类覆盖的设计意图。 **实验产出**：`dog.py`、`student.py`。 --- ### 实验十　构造函数与继承（第14周，2学时） **实验目的** 1. 掌握构造函数 `__init__()` 的作用与执行时机，掌握无参与有参构造函数的编写； 2. 理解成员变量在构造函数中的初始化方式； 3. 掌握类的继承语法，理解代码复用；掌握方法重写与 `super()` 函数； 4. 了解 Python 的多继承。 **实验内容** 1. 为实验九的 `Student` 类补充有参构造函数，实现"创建即初始化"姓名与成绩；练习不定长参数的构造函数； 2. 继承体系：定义 `Person` 类（姓名、年龄），派生 `Student` 类（增加学号、成绩）与 `Teacher` 类（增加工号、课程）； 3. 方法重写：子类重写 `introduce()`，输出各自完整信息； 4. `super()` 练习：子类构造函数中先用 `super().__init__()` 完成父类属性初始化，再初始化子类特有属性； 5. 多继承示例：定义 `Speaker`、`Student` 类，让 `SpeakerStudent` 同时继承二者并观察方法解析顺序； 6. 进阶：为 `Student` 实现 `__str__()` 方法，使 `print(对象)` 直接输出友好信息。 **实验产出**：`person.py`（含 Student、Teacher 及测试代码）。 --- ### 实验十一　错误和异常处理（第15周，2学时） **实验目的** 1. 区分语法错误与异常，能读懂常见异常信息（`ValueError`、`TypeError`、`ZeroDivisionError`、`IndexError`、`KeyError` 等）； 2. 掌握 `try/except` 捕获异常、多 except 分支、`else` 与 `finally` 子句； 3. 掌握用 `raise` 主动抛出异常；理解用 `Exception` 捕获所有异常的写法及风险。 **实验内容** 1. 异常观察：故意编写除零、列表越界、字典键不存在、字符串转数字失败等程序，记录各类异常的名称与信息； 2. 健壮的输入：用 while + try/except 改写"输入成绩"程序——输入非数字不崩溃而是提示重输，直到合法为止； 3. 多分支处理：一段代码中分别捕获 `ValueError` 与 `ZeroDivisionError` 并给出不同提示；练习 `except (A, B)` 写法、`else`（无异常时执行）与 `finally`（无论如何都执行，如"感谢使用"）； 4. raise 练习：模拟银行取款，余额不足时 `raise ValueError("余额不足")`，调用方捕获后打印友好提示； 5. 综合改造：为实验七的通讯录加入异常处理（查询不存在的人名、删除空通讯录等场景）。 **实验产出**：`exception_lab.py`、改造后的 `contacts.py`。 --- ### 实验十二　综合实验：Python 操作 MySQL（第16周，2学时） > **课前任务**（第15周布置）：安装 MySQL 8.x，完成 root 密码设置并验证可登录；执行 `pip install mysql-connector-python`。 **实验目的** 1. 掌握 mysql-connector 驱动的安装与数据库连接的建立； 2. 掌握用 Python 执行 SQL 完成建库、建表与增、删、改、查（CRUD）操作； 3. 掌握 `execute()` 参数化查询（`%s` 占位符）防止 SQL 注入的方法； 4. 综合运用本学期所学的数据类型、控制结构、函数、面向对象与异常处理知识，完成一个数据持久化的小型信息管理系统。 **实验内容** 1. 连接数据库，创建数据库 `school` 与数据表 `student`（学号、姓名、年龄、成绩）； 2. 插入数据：单条 `insert into` 与 `executemany()` 批量插入；用 `lastrowid` 获取自增 ID； 3. 查询数据：全表查询、`fetchone()`/`fetchall()`、where 条件查询、`like` 模糊查询、`order by` 排序与 `limit` 分页； 4. 更新与删除：带 where 条件的 `update`/`delete`，体会遗漏 where 条件的后果并养成先查询再删除的习惯； 5. SQL 注入演示：对比字符串拼接 SQL 与 `%s` 参数化查询在输入 `' or '1'='1` 时的行为差异； 6. **综合任务**：将实验七的命令行通讯录（或学生成绩管理）升级为"MySQL 持久化版"——用类封装数据库操作，菜单循环 + 异常处理，程序重启后数据不丢失。 **实验产出**：`mysql_lab.py`、综合项目 `student_manager.py`（作为期末考核依据）。 ## 五、考核方式与成绩评定 | 考核项 | 比例 | 说明 | | --- | --- | --- | | 考勤与课堂表现 | 20% | 出勤情况、课堂纪律与随堂问答 | | 平时实验（实验一~实验十一） | 50% | 每次实验的代码完成度与实验报告质量 | | 期末综合实验（实验十二） | 30% | 综合项目的功能完整性、代码规范性 | **实验报告要求**（每次实验课后提交）： 1. 实验报告包含：实验目的、实验内容、关键代码、运行结果截图、遇到的问题及解决方法（心得）； 2. 提交物统一命名：`W<周次>-<学号>-<姓名>.zip`（如 `W07-2026304010123-张三.zip`），内含源代码文件与实验报告； 3. 严禁抄袭，发现雷同报告双方均按不及格处理；鼓励在完成基础上做"进阶"内容。 ## 六、教学资源与目录组织 - 实验指导 PPT 位于 `PPT/` 目录，按章节命名，实验进度与上表"对应教学内容"一致； - 本仓库按周建立目录存放每周实验材料（实验指导书、起始代码、参考答案）： ``` computer-science-introduction/ ├── PPT/ # 实验教学 PPT（20讲） ├── W05/ # 第5周：实验一 材料 ├── W06/ # 第6周：实验二 材料 │ └── ... ├── W16/ # 第16周：实验十二（综合实验）材料 └── README.md ```