全球视野下的计算思维与教育

全球视野下的计算思维与教育
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作者:
出版社: 科学出版社
2021-10
版次: 1
ISBN: 9787030684301
定价: 118.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 235页
字数: 310.000千字
分类: 工程技术
  • 自2006年周以真在Communications of the ACM中发表视角观点“计算思维”以来,有关计算思维的宣传和推广从未停息。周以真认为,计算思维是21世纪每个公民应具备的核心素养,是每个人都应该学习的基本技能。即使在人工智能时代,计算思维也被认为是该时代的核心素养。计算思维成为与理论思维、实验思维并列的三大思维之一。《全球视野下的计算思维与教育》从计算思维概述、计算思维的理论内涵与本质分析、计算思维核心要素剖析、计算思维课程的开发、计算思维的教与学、计算思维评价、计算思维的教师专业发展,以及计算思维教育的全球化推动等方面进行全方位分析和阐述,后描述了计算思维与教育的未来。 目录

    第1章 计算思维概述 1

    1.1 为什么教育界越来越强调计算思维 1

    1.2 什么是计算思维 2

    1.3 计算思维的特征 5

    1.4 计算思维的发展历程 7

    1.4.1 萌芽期(1985年以前) 8

    1.4.2 酝酿期(1985~2005年) 12

    1.4.3 形成与发展期(2006~2016年) 13

    1.4.4 稳定期(2017年以后) 14

    1.5 计算思维与其他思维的关系 16

    1.5.1 逻辑思维 17

    1.5.2 数学思维 17

    1.5.3 工程思维 18

    1.5.4 设计思维 19

    1.5.5 计算思维与其他思维的关系总结 21

    1.6 计算思维的相关概念及其关系 22

    1.6.1 计算思维与计算机科学 23

    1.6.2 计算思维与编程 25

    1.6.3 计算思维与编码 26

    1.6.4 计算思维与数字素养 27

    1.7 计算思维教育 29

    1.7.1 K12计算思维教育 30

    1.7.2 计算思维的本科教育 31

    1.7.3 计算思维的非正规教育 33

    1.8 计算思维与其他学科的关系 34

    1.9 小结 35

    第2章 计算思维的理论内涵与本质分析 36

    2.1 计算思维概念的内涵演化与争议 36

    2.2 计算思维的本质认识论 41

    2.2.1 计算思维是抽象的自动化 41

    2.2.2 计算思维是一种认知工具 41

    2.2.3 计算思维是一种通用思维工具 43

    2.2.4 计算思维是概念、技能、工具和应用的合成体 43

    2.2.5 其他认识 43

    2.3 计算思维的核心要素与技术 45

    2.3.1 机构组织提出的核心要素 45

    2.3.2 学术界提出的核心要素 48

    2.3.3 核心要素的争议分析 50

    2.4 与计算思维相关的理论 50

    2.4.1 计算原理 50

    2.4.2 计算概念与计算知识 53

    2.4.3 计算思维实践 56

    2.5 计算思维过程 58

    2.5.1 谷歌的计算思维过程 59

    2.5.2 Repenning等的计算思维过程 60

    2.5.3 乐高的计算思维过程 60

    2.5.4 算法中的计算思维过程 61

    2.5.5 软件工程中的计算思维过程 62

    2.5.6 数据科学中的计算思维过程 64

    2.6 计算思维的内涵释疑 64

    2.6.1 Computational Thinking还是Computing Thinking 65

    2.6.2 计算思维中的每一个人是谁 66

    2.6.3 计算思维可以不涉及编码吗 68

    2.6.4 计算思维是知识还是技能 69

    2.7 小结 70

    第3章 计算思维核心要素剖析 71

    3.1 抽象 71

    3.1.1 抽象的基本理解 71

    3.1.2 计算机科学中的抽象 72

    3.1.3 其他学科中的抽象 74

    3.1.4 K12抽象学习样例 77

    3.2 分解 78

    3.2.1 分解概念的起源与基本理解 78

    3.2.2 计算机科学中的分解思想 79

    3.2.3 分解思想的多学科应用 82

    3.2.4 分解思想的学习分析 84

    3.2.5 K12课程分解示例 84

    3.3 模式识别 85

    3.4 算法思维 87

    3.4.1 算法思维的起源、范畴与特征 87

    3.4.2 算法思维的学习层次 89

    3.4.3 算法思维学习策略 92

    3.4.4 算法与编程的关系 93

    3.5 模拟与模型 94

    3.6 自动化 96

    3.7 小结 97

    第4章 计算思维课程的开发 98

    4.1 计算思维课程发展与倡议 98

    4.2 计算思维与课程标准 100

    4.2.1 《CSTA K12计算机科学标准》(2011修订版)中的计算思维描述 100

    4.2.2 《K12计算机科学框架》中的计算思维描述 102

    4.2.3 《AP计算机科学原理框架》中的计算思维描述 104

    4.2.4 中国《普通高中信息技术课程标准》(2017版)中的计算思维描述 105

    4.2.5 《K12科学教育框架》中的计算思维描述 107

    4.2.6 计算思维在英国计算课程标准中的体现 107

    4.2.7 计算思维在澳大利亚《技术课程标准》中的体现 108

    4.3 正规课程 109

    4.3.1 “AP计算机科学原理”课程 110

    4.3.2 “探索计算机科学”课程 113

    4.3.3 “计算”课程 114

    4.3.4 以色列中学课程 116

    4.4 非正规课程 116

    4.4.1 “创造性计算:基于设计的计算思维入门”课程 116

    4.4.2 英国开放大学提供的“计算思维入门”课程 117

    4.4.3 Code.org相关课程 118

    4.4.4 CodeHS课程 118

    4.5 实验课程 119

    4.5.1 TangibleK课程 119

    4.5.2 “高级计算思维基础”课程 121

    4.5.3 “计算思维导论”课程 121

    4.6 小结 126

    第5章 计算思维的教与学 128

    5.1 计算思维学习的理论基础分析 128

    5.2 计算思维的学习模式 129

    5.2.1 基于计算思维模式的学习 129

    5.2.2 基于活动的学习 130

    5.2.3 基于项目的学习 131

    5.2.4 基于问题的学习 132

    5.2.5 基于设计的学习 133

    5.2.6 基于使用-修改-创造的学习 134

    5.2.7 基于5E模型的学习 135

    5.3 计算思维的实践工具 136

    5.3.1 不插电活动 136

    5.3.2 模拟软件 137

    5.3.3 教育机器人 138

    5.3.4 编程工具 139

    5.3.5 游戏 142

    5.3.6 数字化讲故事 144

    5.4 计算思维的学习实践活动 145

    5.4.1 基于计算机编程的计算思维学习活动 145

    5.4.2 不插电形式的计算思维学习活动 146

    5.4.3 基于教育机器人的计算思维学习活动 148

    5.4.4 基于游戏的计算思维学习活动 151

    5.4.5 基于模拟的计算思维学习活动 154

    5.4.6 计算思维的跨学科学习活动 155

    5.5 小结 156

    第6章 计算思维评价 157

    6.1 计算思维学习评价概述 157

    6.2 计算思维评价工具 160

    6.3 计算思维评价的视角 161

    6.3.1 基于游戏设计与开发的计算思维评价 162

    6.3.2 基于玩游戏的计算思维评价 163

    6.3.3 基于软件制品的计算思维评价 164

    6.3.4 基于不插电活动的计算思维评价 166

    6.3.5 基于测试的计算思维评价 166

    6.3.6 基于多种方法综合的计算思维评价 169

    6.4 计算思维的评价标准与内容 171

    6.4.1 《ISTE学生标准》中的计算思维标准 171

    6.4.2 《计算思维教师指导手册》中的课堂可观察标准 172

    6.5 计算思维评价的应用与实践案例 173

    6.5.1 基于制品访谈的评价 173

    6.5.2 基于设计场景的评价 174

    6.5.3 基于代码分析的自动评价 175

    6.5.4 移动计算思维的评价量规 176

    6.5.5 计算思维能力自我评价量表 176

    6.5.6 证据为中心的计算思维评价 177

    6.6 小结 178

    第7章 计算思维的教师专业发展 180

    7.1 在职教师专业发展 180

    7.1.1 计算思维的教师培训项目 180

    7.1.2 计算思维的教师培训活动 183

    7.2 职前教师培养 187

    7.3 计算思维教师培训课程与资源案例 189

    7.3.1 在线课程 189

    7.3.2 英国的计算快速入门系列教程 190

    7.3.3 谷歌计算思维教师课程 191

    7.3.4 CAS的《计算思维教师指导手册》 192

    7.4 计算思维教师专业发展代表性案例 192

    7.4.1 英国计算教师专业发展 192

    7.4.2 美国CS10K教师专业发展 193

    7.4.3 CS4HS教师培养项目 193

    7.5 小结 194

    第8章 计算思维教育的全球化推动 196

    8.1 推动计算思维的政府机构与项目 196

    8.2 基于课程与标准的计算思维推动 198

    8.2.1 已经将计算思维融入课程的国家 198

    8.2.2 一直在开展计算机科学教育的国家 202

    8.2.3 计划将计算思维引入课程的国家 203

    8.3 正规教育之外的计算思维推动 205

    8.3.1 推动现状 205

    8.3.2 推动形式 206

    8.3.3 主要组织和倡议 209

    8.4 以国家为单位的计算思维推动案例 212

    8.4.1 美国 212

    8.4.2 英国 215

    8.4.3 中国 216

    8.5 小结 220

    第9章 计算思维与教育的未来 221

    9.1 计算思维的成绩与共识 221

    9.2 计算思维发展面临的问题和挑战 223

    9.2.1 计算思维的定义和内涵还存在争议 223

    9.2.2 如何评价计算思维存在分歧 224

    9.2.3 夸大的主张与实施中的狭隘 225

    9.2.4 计算思维的本质应包含、但未涉及计算模型 226

    9.3 计算思维的未来发展 226

    参考文献 229
  • 内容简介:
    自2006年周以真在Communications of the ACM中发表视角观点“计算思维”以来,有关计算思维的宣传和推广从未停息。周以真认为,计算思维是21世纪每个公民应具备的核心素养,是每个人都应该学习的基本技能。即使在人工智能时代,计算思维也被认为是该时代的核心素养。计算思维成为与理论思维、实验思维并列的三大思维之一。《全球视野下的计算思维与教育》从计算思维概述、计算思维的理论内涵与本质分析、计算思维核心要素剖析、计算思维课程的开发、计算思维的教与学、计算思维评价、计算思维的教师专业发展,以及计算思维教育的全球化推动等方面进行全方位分析和阐述,后描述了计算思维与教育的未来。
  • 目录:
    目录

    第1章 计算思维概述 1

    1.1 为什么教育界越来越强调计算思维 1

    1.2 什么是计算思维 2

    1.3 计算思维的特征 5

    1.4 计算思维的发展历程 7

    1.4.1 萌芽期(1985年以前) 8

    1.4.2 酝酿期(1985~2005年) 12

    1.4.3 形成与发展期(2006~2016年) 13

    1.4.4 稳定期(2017年以后) 14

    1.5 计算思维与其他思维的关系 16

    1.5.1 逻辑思维 17

    1.5.2 数学思维 17

    1.5.3 工程思维 18

    1.5.4 设计思维 19

    1.5.5 计算思维与其他思维的关系总结 21

    1.6 计算思维的相关概念及其关系 22

    1.6.1 计算思维与计算机科学 23

    1.6.2 计算思维与编程 25

    1.6.3 计算思维与编码 26

    1.6.4 计算思维与数字素养 27

    1.7 计算思维教育 29

    1.7.1 K12计算思维教育 30

    1.7.2 计算思维的本科教育 31

    1.7.3 计算思维的非正规教育 33

    1.8 计算思维与其他学科的关系 34

    1.9 小结 35

    第2章 计算思维的理论内涵与本质分析 36

    2.1 计算思维概念的内涵演化与争议 36

    2.2 计算思维的本质认识论 41

    2.2.1 计算思维是抽象的自动化 41

    2.2.2 计算思维是一种认知工具 41

    2.2.3 计算思维是一种通用思维工具 43

    2.2.4 计算思维是概念、技能、工具和应用的合成体 43

    2.2.5 其他认识 43

    2.3 计算思维的核心要素与技术 45

    2.3.1 机构组织提出的核心要素 45

    2.3.2 学术界提出的核心要素 48

    2.3.3 核心要素的争议分析 50

    2.4 与计算思维相关的理论 50

    2.4.1 计算原理 50

    2.4.2 计算概念与计算知识 53

    2.4.3 计算思维实践 56

    2.5 计算思维过程 58

    2.5.1 谷歌的计算思维过程 59

    2.5.2 Repenning等的计算思维过程 60

    2.5.3 乐高的计算思维过程 60

    2.5.4 算法中的计算思维过程 61

    2.5.5 软件工程中的计算思维过程 62

    2.5.6 数据科学中的计算思维过程 64

    2.6 计算思维的内涵释疑 64

    2.6.1 Computational Thinking还是Computing Thinking 65

    2.6.2 计算思维中的每一个人是谁 66

    2.6.3 计算思维可以不涉及编码吗 68

    2.6.4 计算思维是知识还是技能 69

    2.7 小结 70

    第3章 计算思维核心要素剖析 71

    3.1 抽象 71

    3.1.1 抽象的基本理解 71

    3.1.2 计算机科学中的抽象 72

    3.1.3 其他学科中的抽象 74

    3.1.4 K12抽象学习样例 77

    3.2 分解 78

    3.2.1 分解概念的起源与基本理解 78

    3.2.2 计算机科学中的分解思想 79

    3.2.3 分解思想的多学科应用 82

    3.2.4 分解思想的学习分析 84

    3.2.5 K12课程分解示例 84

    3.3 模式识别 85

    3.4 算法思维 87

    3.4.1 算法思维的起源、范畴与特征 87

    3.4.2 算法思维的学习层次 89

    3.4.3 算法思维学习策略 92

    3.4.4 算法与编程的关系 93

    3.5 模拟与模型 94

    3.6 自动化 96

    3.7 小结 97

    第4章 计算思维课程的开发 98

    4.1 计算思维课程发展与倡议 98

    4.2 计算思维与课程标准 100

    4.2.1 《CSTA K12计算机科学标准》(2011修订版)中的计算思维描述 100

    4.2.2 《K12计算机科学框架》中的计算思维描述 102

    4.2.3 《AP计算机科学原理框架》中的计算思维描述 104

    4.2.4 中国《普通高中信息技术课程标准》(2017版)中的计算思维描述 105

    4.2.5 《K12科学教育框架》中的计算思维描述 107

    4.2.6 计算思维在英国计算课程标准中的体现 107

    4.2.7 计算思维在澳大利亚《技术课程标准》中的体现 108

    4.3 正规课程 109

    4.3.1 “AP计算机科学原理”课程 110

    4.3.2 “探索计算机科学”课程 113

    4.3.3 “计算”课程 114

    4.3.4 以色列中学课程 116

    4.4 非正规课程 116

    4.4.1 “创造性计算:基于设计的计算思维入门”课程 116

    4.4.2 英国开放大学提供的“计算思维入门”课程 117

    4.4.3 Code.org相关课程 118

    4.4.4 CodeHS课程 118

    4.5 实验课程 119

    4.5.1 TangibleK课程 119

    4.5.2 “高级计算思维基础”课程 121

    4.5.3 “计算思维导论”课程 121

    4.6 小结 126

    第5章 计算思维的教与学 128

    5.1 计算思维学习的理论基础分析 128

    5.2 计算思维的学习模式 129

    5.2.1 基于计算思维模式的学习 129

    5.2.2 基于活动的学习 130

    5.2.3 基于项目的学习 131

    5.2.4 基于问题的学习 132

    5.2.5 基于设计的学习 133

    5.2.6 基于使用-修改-创造的学习 134

    5.2.7 基于5E模型的学习 135

    5.3 计算思维的实践工具 136

    5.3.1 不插电活动 136

    5.3.2 模拟软件 137

    5.3.3 教育机器人 138

    5.3.4 编程工具 139

    5.3.5 游戏 142

    5.3.6 数字化讲故事 144

    5.4 计算思维的学习实践活动 145

    5.4.1 基于计算机编程的计算思维学习活动 145

    5.4.2 不插电形式的计算思维学习活动 146

    5.4.3 基于教育机器人的计算思维学习活动 148

    5.4.4 基于游戏的计算思维学习活动 151

    5.4.5 基于模拟的计算思维学习活动 154

    5.4.6 计算思维的跨学科学习活动 155

    5.5 小结 156

    第6章 计算思维评价 157

    6.1 计算思维学习评价概述 157

    6.2 计算思维评价工具 160

    6.3 计算思维评价的视角 161

    6.3.1 基于游戏设计与开发的计算思维评价 162

    6.3.2 基于玩游戏的计算思维评价 163

    6.3.3 基于软件制品的计算思维评价 164

    6.3.4 基于不插电活动的计算思维评价 166

    6.3.5 基于测试的计算思维评价 166

    6.3.6 基于多种方法综合的计算思维评价 169

    6.4 计算思维的评价标准与内容 171

    6.4.1 《ISTE学生标准》中的计算思维标准 171

    6.4.2 《计算思维教师指导手册》中的课堂可观察标准 172

    6.5 计算思维评价的应用与实践案例 173

    6.5.1 基于制品访谈的评价 173

    6.5.2 基于设计场景的评价 174

    6.5.3 基于代码分析的自动评价 175

    6.5.4 移动计算思维的评价量规 176

    6.5.5 计算思维能力自我评价量表 176

    6.5.6 证据为中心的计算思维评价 177

    6.6 小结 178

    第7章 计算思维的教师专业发展 180

    7.1 在职教师专业发展 180

    7.1.1 计算思维的教师培训项目 180

    7.1.2 计算思维的教师培训活动 183

    7.2 职前教师培养 187

    7.3 计算思维教师培训课程与资源案例 189

    7.3.1 在线课程 189

    7.3.2 英国的计算快速入门系列教程 190

    7.3.3 谷歌计算思维教师课程 191

    7.3.4 CAS的《计算思维教师指导手册》 192

    7.4 计算思维教师专业发展代表性案例 192

    7.4.1 英国计算教师专业发展 192

    7.4.2 美国CS10K教师专业发展 193

    7.4.3 CS4HS教师培养项目 193

    7.5 小结 194

    第8章 计算思维教育的全球化推动 196

    8.1 推动计算思维的政府机构与项目 196

    8.2 基于课程与标准的计算思维推动 198

    8.2.1 已经将计算思维融入课程的国家 198

    8.2.2 一直在开展计算机科学教育的国家 202

    8.2.3 计划将计算思维引入课程的国家 203

    8.3 正规教育之外的计算思维推动 205

    8.3.1 推动现状 205

    8.3.2 推动形式 206

    8.3.3 主要组织和倡议 209

    8.4 以国家为单位的计算思维推动案例 212

    8.4.1 美国 212

    8.4.2 英国 215

    8.4.3 中国 216

    8.5 小结 220

    第9章 计算思维与教育的未来 221

    9.1 计算思维的成绩与共识 221

    9.2 计算思维发展面临的问题和挑战 223

    9.2.1 计算思维的定义和内涵还存在争议 223

    9.2.2 如何评价计算思维存在分歧 224

    9.2.3 夸大的主张与实施中的狭隘 225

    9.2.4 计算思维的本质应包含、但未涉及计算模型 226

    9.3 计算思维的未来发展 226

    参考文献 229
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