全球視野下的計算思維與教育

目錄
第1章 計算思維概述 1
1.1 為什么教育界越來越強(qiáng)調(diào)計算思維 1
1.2 什么是計算思維 2
1.3 計算思維的特征 5
1.4 計算思維的發(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)計思維 19
1.5.5 計算思維與其他思維的關(guān)系總結(jié) 21
1.6 計算思維的相關(guān)概念及其關(guān)系 22
1.6.1 計算思維與計算機(jī)科學(xué) 23
1.6.2 計算思維與編程 25
1.6.3 計算思維與編碼 26
1.6.4 計算思維與數(shù)字素養(yǎng) 27
1.7 計算思維教育 29
1.7.1 K12計算思維教育 30
1.7.2 計算思維的本科教育 31
1.7.3 計算思維的非正規(guī)教育 33
1.8 計算思維與其他學(xué)科的關(guān)系 34
1.9 小結(jié) 35
第2章 計算思維的理論內(nèi)涵與本質(zhì)分析 36
2.1 計算思維概念的內(nèi)涵演化與爭議 36
2.2 計算思維的本質(zhì)認(rèn)識論 41
2.2.1 計算思維是抽象的自動化 41
2.2.2 計算思維是一種認(rèn)知工具 41
2.2.3 計算思維是一種通用思維工具 43
2.2.4 計算思維是概念、技能、工具和應(yīng)用的合成體 43
2.2.5 其他認(rèn)識 43
2.3 計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 與計算思維相關(guān)的理論 50
2.4.1 計算原理 50
2.4.2 計算概念與計算知識 53
2.4.3 計算思維實踐 56
2.5 計算思維過程 58
2.5.1 谷歌的計算思維過程 59
2.5.2 Repenning等的計算思維過程 60
2.5.3 樂高的計算思維過程 60
2.5.4 算法中的計算思維過程 61
2.5.5 軟件工程中的計算思維過程 62
2.5.6 數(shù)據(jù)科學(xué)中的計算思維過程 64
2.6 計算思維的內(nèi)涵釋疑 64
2.6.1 Computational Thinking還是Computing Thinking 65
2.6.2 計算思維中的每一個人是誰 66
2.6.3 計算思維可以不涉及編碼嗎 68
2.6.4 計算思維是知識還是技能 69
2.7 小結(jié) 70
第3章 計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 自動化 96
3.7 小結(jié) 97
第4章 計算思維課程的開發(fā) 98
4.1 計算思維課程發(fā)展與倡議 98
4.2 計算思維與課程標(biāo)準(zhǔn) 100
4.2.1 《CSTA K12計算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》(2011修訂版)中的計算思維描述 100
4.2.2 《K12計算機(jī)科學(xué)框架》中的計算思維描述 102
4.2.3 《AP計算機(jī)科學(xué)原理框架》中的計算思維描述 104
4.2.4 中國《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017版)中的計算思維描述 105
4.2.5 《K12科學(xué)教育框架》中的計算思維描述 107
4.2.6 計算思維在英國計算課程標(biāo)準(zhǔn)中的體現(xiàn) 107
4.2.7 計算思維在澳大利亞《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計算機(jī)科學(xué)原理”課程 110
4.3.2 “探索計算機(jī)科學(xué)”課程 113
4.3.3 “計算”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)造性計算：基于設(shè)計的計算思維入門”課程 116
4.4.2 英國開放大學(xué)提供的“計算思維入門”課程 117
4.4.3 Code.org相關(guān)課程 118
4.4.4 CodeHS課程 118
4.5 實驗課程 119
4.5.1 TangibleK課程 119
4.5.2 “高級計算思維基礎(chǔ)”課程 121
4.5.3 “計算思維導(dǎo)論”課程 121
4.6 小結(jié) 126
第5章 計算思維的教與學(xué) 128
5.1 計算思維學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)分析 128
5.2 計算思維的學(xué)習(xí)模式 129
5.2.1 基于計算思維模式的學(xué)習(xí) 129
5.2.2 基于活動的學(xué)習(xí) 130
5.2.3 基于項目的學(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 計算思維的實踐工具 136
5.3.1 不插電活動 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 計算思維的學(xué)習(xí)實踐活動 145
5.4.1 基于計算機(jī)編程的計算思維學(xué)習(xí)活動 145
5.4.2 不插電形式的計算思維學(xué)習(xí)活動 146
5.4.3 基于教育機(jī)器人的計算思維學(xué)習(xí)活動 148
5.4.4 基于游戲的計算思維學(xué)習(xí)活動 151
5.4.5 基于模擬的計算思維學(xué)習(xí)活動 154
5.4.6 計算思維的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動 155
5.5 小結(jié) 156
第6章 計算思維評價 157
6.1 計算思維學(xué)習(xí)評價概述 157
6.2 計算思維評價工具 160
6.3 計算思維評價的視角 161
6.3.1 基于游戲設(shè)計與開發(fā)的計算思維評價 162
6.3.2 基于玩游戲的計算思維評價 163
6.3.3 基于軟件制品的計算思維評價 164
6.3.4 基于不插電活動的計算思維評價 166
6.3.5 基于測試的計算思維評價 166
6.3.6 基于多種方法綜合的計算思維評價 169
6.4 計算思維的評價標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)容 171
6.4.1 《ISTE學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)》中的計算思維標(biāo)準(zhǔn) 171
6.4.2 《計算思維教師指導(dǎo)手冊》中的課堂可觀察標(biāo)準(zhǔn) 172
6.5 計算思維評價的應(yīng)用與實踐案例 173
6.5.1 基于制品訪談的評價 173
6.5.2 基于設(shè)計場景的評價 174
6.5.3 基于代碼分析的自動評價 175
6.5.4 移動計算思維的評價量規(guī) 176
6.5.5 計算思維能力自我評價量表 176
6.5.6 證據(jù)為中心的計算思維評價 177
6.6 小結(jié) 178
第7章 計算思維的教師專業(yè)發(fā)展 180
7.1 在職教師專業(yè)發(fā)展 180
7.1.1 計算思維的教師培訓(xùn)項目 180
7.1.2 計算思維的教師培訓(xùn)活動 183
7.2 職前教師培養(yǎng) 187
7.3 計算思維教師培訓(xùn)課程與資源案例 189
7.3.1 在線課程 189
7.3.2 英國的計算快速入門系列教程 190
7.3.3 谷歌計算思維教師課程 191
7.3.4 CAS的《計算思維教師指導(dǎo)手冊》 192
7.4 計算思維教師專業(yè)發(fā)展代表性案例 192
7.4.1 英國計算教師專業(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)項目 193
7.5 小結(jié) 194
第8章 計算思維教育的全球化推動 196
8.1 推動計算思維的政府機(jī)構(gòu)與項目 196
8.2 基于課程與標(biāo)準(zhǔn)的計算思維推動 198
8.2.1 已經(jīng)將計算思維融入課程的國家 198
8.2.2 一直在開展計算機(jī)科學(xué)教育的國家 202
8.2.3 計劃將計算思維引入課程的國家 203
8.3 正規(guī)教育之外的計算思維推動 205
8.3.1 推動現(xiàn)狀 205
8.3.2 推動形式 206
8.3.3 主要組織和倡議 209
8.4 以國家為單位的計算思維推動案例 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 計算思維與教育的未來 221
9.1 計算思維的成績與共識 221
9.2 計算思維發(fā)展面臨的問題和挑戰(zhàn) 223
9.2.1 計算思維的定義和內(nèi)涵還存在爭議 223
9.2.2 如何評價計算思維存在分歧 224
9.2.3 夸大的主張與實施中的狹隘 225
9.2.4 計算思維的本質(zhì)應(yīng)包含、但未涉及計算模型 226
9.3 計算思維的未來發(fā)展 226
參考文獻(xiàn) 229