全球視野下的計(jì)算思維與教育

目錄
第1章 計(jì)算思維概述 1
1.1 為什么教育界越來越強(qiáng)調(diào)計(jì)算思維 1
1.2 什么是計(jì)算思維 2
1.3 計(jì)算思維的特征 5
1.4 計(jì)算思維的發(fā)展歷程 7
1.4.1 萌芽期(1985年以前) 8
1.4.2 醞釀期(1985～2005年) 12
1.4.3 形成與發(fā)展期(2006～2016年) 13
1.4.4 穩(wěn)定期(2017年以后) 14
1.5 計(jì)算思維與其他思維的關(guān)系 16
1.5.1 邏輯思維 17
1.5.2 數(shù)學(xué)思維 17
1.5.3 工程思維 18
1.5.4 設(shè)計(jì)思維 19
1.5.5 計(jì)算思維與其他思維的關(guān)系總結(jié) 21
1.6 計(jì)算思維的相關(guān)概念及其關(guān)系 22
1.6.1 計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)科學(xué) 23
1.6.2 計(jì)算思維與編程 25
1.6.3 計(jì)算思維與編碼 26
1.6.4 計(jì)算思維與數(shù)字素養(yǎng) 27
1.7 計(jì)算思維教育 29
1.7.1 K12計(jì)算思維教育 30
1.7.2 計(jì)算思維的本科教育 31
1.7.3 計(jì)算思維的非正規(guī)教育 33
1.8 計(jì)算思維與其他學(xué)科的關(guān)系 34
1.9 小結(jié) 35
第2章 計(jì)算思維的理論內(nèi)涵與本質(zhì)分析 36
2.1 計(jì)算思維概念的內(nèi)涵演化與爭議 36
2.2 計(jì)算思維的本質(zhì)認(rèn)識(shí)論 41
2.2.1 計(jì)算思維是抽象的自動(dòng)化 41
2.2.2 計(jì)算思維是一種認(rèn)知工具 41
2.2.3 計(jì)算思維是一種通用思維工具 43
2.2.4 計(jì)算思維是概念、技能、工具和應(yīng)用的合成體 43
2.2.5 其他認(rèn)識(shí) 43
2.3 計(jì)算思維的核心要素與技術(shù) 45
2.3.1 機(jī)構(gòu)組織提出的核心要素 45
2.3.2 學(xué)術(shù)界提出的核心要素 48
2.3.3 核心要素的爭議分析 50
2.4 與計(jì)算思維相關(guān)的理論 50
2.4.1 計(jì)算原理 50
2.4.2 計(jì)算概念與計(jì)算知識(shí) 53
2.4.3 計(jì)算思維實(shí)踐 56
2.5 計(jì)算思維過程 58
2.5.1 谷歌的計(jì)算思維過程 59
2.5.2 Repenning等的計(jì)算思維過程 60
2.5.3 樂高的計(jì)算思維過程 60
2.5.4 算法中的計(jì)算思維過程 61
2.5.5 軟件工程中的計(jì)算思維過程 62
2.5.6 數(shù)據(jù)科學(xué)中的計(jì)算思維過程 64
2.6 計(jì)算思維的內(nèi)涵釋疑 64
2.6.1 Computational Thinking還是Computing Thinking 65
2.6.2 計(jì)算思維中的每一個(gè)人是誰 66
2.6.3 計(jì)算思維可以不涉及編碼嗎 68
2.6.4 計(jì)算思維是知識(shí)還是技能 69
2.7 小結(jié) 70
第3章 計(jì)算思維核心要素剖析 71
3.1 抽象 71
3.1.1 抽象的基本理解 71
3.1.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)中的抽象 72
3.1.3 其他學(xué)科中的抽象 74
3.1.4 K12抽象學(xué)習(xí)樣例 77
3.2 分解 78
3.2.1 分解概念的起源與基本理解 78
3.2.2 計(jì)算機(jī)科學(xué)中的分解思想 79
3.2.3 分解思想的多學(xué)科應(yīng)用 82
3.2.4 分解思想的學(xué)習(xí)分析 84
3.2.5 K12課程分解示例 84
3.3 模式識(shí)別 85
3.4 算法思維 87
3.4.1 算法思維的起源、范疇與特征 87
3.4.2 算法思維的學(xué)習(xí)層次 89
3.4.3 算法思維學(xué)習(xí)策略 92
3.4.4 算法與編程的關(guān)系 93
3.5 模擬與模型 94
3.6 自動(dòng)化 96
3.7 小結(jié) 97
第4章 計(jì)算思維課程的開發(fā) 98
4.1 計(jì)算思維課程發(fā)展與倡議 98
4.2 計(jì)算思維與課程標(biāo)準(zhǔn) 100
4.2.1 《CSTA K12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》(2011修訂版)中的計(jì)算思維描述 100
4.2.2 《K12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》中的計(jì)算思維描述 102
4.2.3 《AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理框架》中的計(jì)算思維描述 104
4.2.4 中國《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017版)中的計(jì)算思維描述 105
4.2.5 《K12科學(xué)教育框架》中的計(jì)算思維描述 107
4.2.6 計(jì)算思維在英國計(jì)算課程標(biāo)準(zhǔn)中的體現(xiàn) 107
4.2.7 計(jì)算思維在澳大利亞《技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中的體現(xiàn) 108
4.3 正規(guī)課程 109
4.3.1 “AP計(jì)算機(jī)科學(xué)原理”課程 110
4.3.2 “探索計(jì)算機(jī)科學(xué)”課程 113
4.3.3 “計(jì)算”課程 114
4.3.4 以色列中學(xué)課程 116
4.4 非正規(guī)課程 116
4.4.1 “創(chuàng)造性計(jì)算：基于設(shè)計(jì)的計(jì)算思維入門”課程 116
4.4.2 英國開放大學(xué)提供的“計(jì)算思維入門”課程 117
4.4.3 Code.org相關(guān)課程 118
4.4.4 CodeHS課程 118
4.5 實(shí)驗(yàn)課程 119
4.5.1 TangibleK課程 119
4.5.2 “高級(jí)計(jì)算思維基礎(chǔ)”課程 121
4.5.3 “計(jì)算思維導(dǎo)論”課程 121
4.6 小結(jié) 126
第5章 計(jì)算思維的教與學(xué) 128
5.1 計(jì)算思維學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)分析 128
5.2 計(jì)算思維的學(xué)習(xí)模式 129
5.2.1 基于計(jì)算思維模式的學(xué)習(xí) 129
5.2.2 基于活動(dòng)的學(xué)習(xí) 130
5.2.3 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí) 131
5.2.4 基于問題的學(xué)習(xí) 132
5.2.5 基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí) 133
5.2.6 基于使用-修改-創(chuàng)造的學(xué)習(xí) 134
5.2.7 基于5E模型的學(xué)習(xí) 135
5.3 計(jì)算思維的實(shí)踐工具 136
5.3.1 不插電活動(dòng) 136
5.3.2 模擬軟件 137
5.3.3 教育機(jī)器人 138
5.3.4 編程工具 139
5.3.5 游戲 142
5.3.6 數(shù)字化講故事 144
5.4 計(jì)算思維的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng) 145
5.4.1 基于計(jì)算機(jī)編程的計(jì)算思維學(xué)習(xí)活動(dòng) 145
5.4.2 不插電形式的計(jì)算思維學(xué)習(xí)活動(dòng) 146
5.4.3 基于教育機(jī)器人的計(jì)算思維學(xué)習(xí)活動(dòng) 148
5.4.4 基于游戲的計(jì)算思維學(xué)習(xí)活動(dòng) 151
5.4.5 基于模擬的計(jì)算思維學(xué)習(xí)活動(dòng) 154
5.4.6 計(jì)算思維的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng) 155
5.5 小結(jié) 156
第6章 計(jì)算思維評(píng)價(jià) 157
6.1 計(jì)算思維學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)概述 157
6.2 計(jì)算思維評(píng)價(jià)工具 160
6.3 計(jì)算思維評(píng)價(jià)的視角 161
6.3.1 基于游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 162
6.3.2 基于玩游戲的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 163
6.3.3 基于軟件制品的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 164
6.3.4 基于不插電活動(dòng)的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 166
6.3.5 基于測試的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 166
6.3.6 基于多種方法綜合的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 169
6.4 計(jì)算思維的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)容 171
6.4.1 《ISTE學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)》中的計(jì)算思維標(biāo)準(zhǔn) 171
6.4.2 《計(jì)算思維教師指導(dǎo)手冊》中的課堂可觀察標(biāo)準(zhǔn) 172
6.5 計(jì)算思維評(píng)價(jià)的應(yīng)用與實(shí)踐案例 173
6.5.1 基于制品訪談的評(píng)價(jià) 173
6.5.2 基于設(shè)計(jì)場景的評(píng)價(jià) 174
6.5.3 基于代碼分析的自動(dòng)評(píng)價(jià) 175
6.5.4 移動(dòng)計(jì)算思維的評(píng)價(jià)量規(guī) 176
6.5.5 計(jì)算思維能力自我評(píng)價(jià)量表 176
6.5.6 證據(jù)為中心的計(jì)算思維評(píng)價(jià) 177
6.6 小結(jié) 178
第7章 計(jì)算思維的教師專業(yè)發(fā)展 180
7.1 在職教師專業(yè)發(fā)展 180
7.1.1 計(jì)算思維的教師培訓(xùn)項(xiàng)目 180
7.1.2 計(jì)算思維的教師培訓(xùn)活動(dòng) 183
7.2 職前教師培養(yǎng) 187
7.3 計(jì)算思維教師培訓(xùn)課程與資源案例 189
7.3.1 在線課程 189
7.3.2 英國的計(jì)算快速入門系列教程 190
7.3.3 谷歌計(jì)算思維教師課程 191
7.3.4 CAS的《計(jì)算思維教師指導(dǎo)手冊》 192
7.4 計(jì)算思維教師專業(yè)發(fā)展代表性案例 192
7.4.1 英國計(jì)算教師專業(yè)發(fā)展 192
7.4.2 美國CS10K教師專業(yè)發(fā)展 193
7.4.3 CS4HS教師培養(yǎng)項(xiàng)目 193
7.5 小結(jié) 194
第8章 計(jì)算思維教育的全球化推動(dòng) 196
8.1 推動(dòng)計(jì)算思維的政府機(jī)構(gòu)與項(xiàng)目 196
8.2 基于課程與標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算思維推動(dòng) 198
8.2.1 已經(jīng)將計(jì)算思維融入課程的國家 198
8.2.2 一直在開展計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的國家 202
8.2.3 計(jì)劃將計(jì)算思維引入課程的國家 203
8.3 正規(guī)教育之外的計(jì)算思維推動(dòng) 205
8.3.1 推動(dòng)現(xiàn)狀 205
8.3.2 推動(dòng)形式 206
8.3.3 主要組織和倡議 209
8.4 以國家為單位的計(jì)算思維推動(dòng)案例 212
8.4.1 美國 212
8.4.2 英國 215
8.4.3 中國 216
8.5 小結(jié) 220
第9章 計(jì)算思維與教育的未來 221
9.1 計(jì)算思維的成績與共識(shí) 221
9.2 計(jì)算思維發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn) 223
9.2.1 計(jì)算思維的定義和內(nèi)涵還存在爭議 223
9.2.2 如何評(píng)價(jià)計(jì)算思維存在分歧 224
9.2.3 夸大的主張與實(shí)施中的狹隘 225
9.2.4 計(jì)算思維的本質(zhì)應(yīng)包含、但未涉及計(jì)算模型 226
9.3 計(jì)算思維的未來發(fā)展 226
參考文獻(xiàn) 229