陈以农主编的《计算机科学导论(基于机器人的实践方法)》与一般讲解原理的课程不太一样，基于机器人的计算机科学导论课程分为原理和实验两部分。这样学生在学完一个原理之后，就要动手实践这个原理。该课程的实验部分主要基于微软的机器人开发环境MRDS、VPL可视化编程语言以及乐高机器人。学生通过团队合作完成实验内容。该课程还有一个配套的课程设计项目，学生要和参与实际工程项目一样。通过自己组织团队、开会、撰写PPT、对问题进行定义和研究，然后再通过设计、模拟、实验、测试完成整个课程设计。课程设计最终通过机器人比赛的方式进行验收，大大提高了学生参与的积极性。目前这门课程已经成为多所国际著名大学的学术互认课程，并获得了教育部与Intel的认可和支持，被列入了教育部新课程大纲。

陈以农主编的《计算机科学导论(基于机器人的实践方法)》是为大学本科计算机科学和计算机工程专业编写的入门教材，也适用于机械、电气、电子、测控，自动化等专业。教材以培养学生对工程专业的兴趣为主导，培养问题解决能力为目标，内容丰富有趣，从具体到抽象，简单易学，却具有挑战。与其他的计算机科学和工程导论教材不同，本教材以动手实验为中心向概念拓展。实验的设计以理论为基础，以系统化的工程项目开发过程为指导，以人性化团队合作为框架解决每一个工程问题。《计算机科学导论(基于机器人的实践方法)》以最新图形化编程语言为工具，机器人实验、手机应用和Web应用的开发既有趣、又实用，从浅到深，步步为营，每周一章，从问题到答案，概念清晰，实验步骤详尽。本教材使用的所有开发环境和教辅资源均可免费在教学中使用。本课程内容已经在多所大学教授多年。

序

作者简介

前言

教学建议

第1章 团队建设和职业发展机会/1

 1.1 团队建设活动/1

1.1.1 合作模式/1

1.1.2 团队组建练习/1

 1.2 计算机科学和工程的职业发展机会/1

1.2.1 相关的计算机课程体系/2

1.2.2 国内IT行业就业形势分析/2

1.2.3 国外计算机相关行业职位及就业形势分析/5

 1.3 职业机会练习/7

1.3.1 工程方向的职业机会/7

1.3.2 软件工程方向的职业机会/8

1.3.3 计算机和数学领域的职业机会/8

1.3.4 美国最好的职业/8

第2章 机器人开发环境和VPL入门/9

 2.1 预备知识/9

 2.2 实验前测验/14

 2.3 实验任务/16

2.3.1 显示“Hello World”/16

2.3.2 最喜爱的电影/18

2.3.3 字符串长度/20

2.3.4 使用Switch块求字符串长度的程序/22

2.3.5 创建一个While循环块/23

2.3.6 创建活动模块/26

2.3.7 Drive-By-Wire仿真/28

2.3.8 改进驾驶体验/30

第3章 计算机组成与逻辑设计/32

 3.1 预备知识/32

 3.2 实验前测验/37

 3.3 实验任务/38

第4章 计算机系统和设计/42

 4.1 预备知识/42

4.1.1 计算机系统分类/42

4.1.2 计算机的基本组成形式/43

4.1.3 计算机工作的基本原理/44

4.1.4 Intel通用计算机架构/45

4.1.5 多样的并行处理技术/47

4.1.6 Tick-Tock/48

4.1.7 CPU微架构/48

 4.2 实验前测验/49

 4.3 实验任务/50

4.3.1 构建2-1多路选择器 /50

4.3.2 构建4-1多路选择器/53

4.3.3 构建一位ALU/54

4.3.4 测试一位ALU/55

4.3.5 使用Counter Service产生自动测试用例（选作题）/55

第5章 遥控机器人的设计和触摸传感器/56

 5.1 预备知识/56

5.1.1 传感器和执行器/56

5.1.2 NXT智能块/57

5.1.3 蓝牙连接/58

5.1.4 VPL程序与机器人之间的对应关系/59

 5.2 实验前测验/59

 5.3 实验任务/60

5.3.1 组装机器人/60

5.3.2 建立机器人与计算机之间的通信/61

5.3.3 用Drive-By-Wire控制机器人/61

5.3.4 触摸传感器/63

5.3.5 协调触摸传感器和马达/64

第6章 机器人执行器的设计与构造/66

 6.1 机器人设计项目的目标与任务/66

6.1.1 问题描述和需求/66

6.1.2 文档/67

6.1.3 任务/67

6.1.4 评测和打分/67

 6.2 实验前测验/68

 6.3 实验任务/69

6.3.1 从正式的会议规范开始/69

6.3.2 头脑风暴得出解决方案/69

6.3.3 决定行动方案/69

6.3.4 实现解决方案/69

6.3.5 对机器人的手臂编程/69

6.3.6 含执行器控制的Drive-By-Wire/71

6.3.7 测试和评价：用测试数据完成KTDA表/72

6.3.8 提交会议纪要/72

第7章 事件驱动编程与传感器的编程/73

 7.1 预备知识/73

7.1.1 引言/73

7.1.2 事件驱动编程 /73

7.1.3 传感器/75

7.1.4 相扑机器人的算法/76

7.1.5 穿越迷宫的算法/77

7.1.6 VPL代码分析和个案研究/78

 7.2 实验前测验/79

 7.3 实验任务：传感器的编程与相扑机器人/80

7.3.1 正式会议和会议纪要/80

7.3.2 使用触摸传感器来检测和躲避障碍物/80

7.3.3 使用光传感器来检测和躲避障碍物/81

7.3.4 使用光传感器实现基本相扑算法/82

7.3.5 使用光传感器和触摸传感器实现相扑算法/83

7.3.6 使用光传感器、触摸传感器和超声波传感器实现相扑算法/83

7.3.7 模拟的传感器和迷宫算法1：看侧前方的算法/83

7.3.8 模拟的传感器和迷宫算法2：使用模块化设计/85

7.3.9 在程序里增加触摸传感器（选做练习）/88

第8章 用有限状态机解决迷宫问题/90

 8.1 预备知识/90

8.1.1 有限状态机/90

8.1.2 Right-Then-Left算法的实现/93

 8.2 实验前测验/98

 8.3 实验任务/98

8.3.1 在VPL中实现基本的自动售货机/98

8.3.2 在仿真的迷宫中实现一个仿真机器人/99

8.3.3 使用超声波传感器来检测和避开障碍物/99

8.3.4 从虚拟现实到物理环境/100

8.3.5 改进算法性能/101

8.3.6 作业提交的要求/102

第9章 优化自治迷宫算法/103

 9.1 迷宫算法的评估/103

 9.2 实验前测验/105

 9.3 实验任务/106

9.3.1 讨论和会议纪要/106

9.3.2 使用2个距离值的自治编程/106

9.3.3 改进算法性能/106

9.3.4 使用距离传感器和触摸传感器实现沿墙走的算法/106

9.3.5 使用超声波传感器的相扑机器人/107

第10章 机器人现场测试和机器人比赛准备/108

 10.1 准备工作/108

 10.2 实验任务/108

10.2.1 讨论和会议纪要/108

10.2.2 寻宝比赛/108

10.2.3 迷宫导航比赛的实践/108

10.2.4 相扑机器人比赛的实践/108

10.2.5 完成会议纪要/109

10.2.6 使用游戏操作杆远程控制寻宝比赛/109

第11章 机器人比赛/114

 11.1 寻宝/114

 11.2 自治迷宫遍历/114

 11.3 相扑机器人/115

 11.4 其他类型的比赛和应用/115

第12章 Android手机App的开发/116

 12.1 预备知识/116

 12.2 实验前测验/117

 12.3 Android手机编程与实验/118

12.3.1 Hello World/118

12.3.2 Magic 8 Ball/119

12.3.3 Paint Pic/120

12.3.4 摩尔泥游戏/120

12.3.5 股票报价/120

12.3.6 股票走势/120

12.3.7 记忆游戏/123

12.3.8 定义你的新App/123

第13章 Web应用的开发/124

 13.1 预备知识/124

13.1.1 编程的基本概念/124

13.1.2 面向服务的架构的基本概念/128

13.1.3 编程环境Visual Studio/129

 13.2 实验内容/131

13.2.1 开始使用Visual Studio开发环境和C#/131

13.2.2 创建你自己的Web浏览器/134

13.2.3 创建一个Web应用程序/135

13.2.4 创建一个在线自动售货机/139

13.2.5 使用加密/解密服务建立一个安全应用程序/142

第14章 移动计算/146

 14.1 预备知识/146

 14.2 Windows手机编程与实验/147

14.2.1 练习：创建一个Windows Phone Application项目/147

14.2.2 设计用户界面/149

14.2.3 单步调试执行/151

14.2.4 手机旋转/152

14.2.5 手机动画程序/153

14.2.6 MainPage.xaml的代码/157

14.2.7 Windows Phone猜数游戏/159

14.2.8 面向服务的计算和Windows Phone应用/159

第15章 演讲文稿设计/164

 15.1 实验前的准备/164

15.1.1 组织演讲稿的技术内容/164

15.1.2 演示幻灯片设计/165

15.1.3 用Excel求解模型和创建图表/166

15.1.4 演示幻灯片的评价和评分标准/167

 15.2 实验前测验/167

 15.3 实验任务/168

15.3.1 截屏和图片的编辑/168

15.3.2 插入视频/168

15.3.3 使用Excel求解模型和创建图表/168

15.3.4 复制和特殊粘贴/170

15.3.5 正式会议中会议纪要和幻灯片设计/170

15.3.6 创建PPT幻灯片/170

15.3.7 幻灯片制作的分工/171

第16章 演讲和演讲评分/172

附录 机器人课程设计项目和比赛规则/173

参考文献/184