STEM与计算思维 - “中国STEM教育2029行动计划”丛书 - 中国高校教材图书网
| 内容简介： |
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本书主要就“STEM+计算思维”教育，从理解本质和特征属性、掌握解决问题的实践案例入手，深刻剖析STEM中计算思维培养的路径和策略，带领大家在掌握、理解、控制和体验中，创造性地理解和使用承载计算思维的技术、工具和方法。全书从STEM教育视角分析STEM教育跨学科、整合性、挑战性的特征，分析了STEM教育中的设计方法和基于支架的学习过程，阐释了计算思维与STEM整合过程中对科学、技术、工程与数学的作用，提出了一个“STEM+计算思维项目设计与实施”的模型，提供了丰富多样的模型实现案例。本书结构层次清晰，逐层递进，有助于教师在教学实施中将计算思维应用于STEM教育中。
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| 作者简介： |
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于晓雅，北京教育学院人工智能和创客教育研究中心主任，工学博士，副教授，硕士生导师，北京市高校教学名师，兼任中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会常务理事等。长期从事中小学信息科技与人工智能教育、STEM和创客教育、信息技术融合学科教育研究及中小学教师培训工作。主持教育部“国培计划”项目及北京市名师发展工程等卓越教师研修项目，承担多项国家和省部级研究课题，主编多部国家教材，发表中英文论文40余篇。曾获北京市基础教育教学成果奖一等奖。
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| 章节目录： |
第一章 计算思维：智能时代问题解决的基本能力
第一节 理解计算的本质4
一、计算领域的发展4
二、计算原理和性质6
三、计算和计算思维9
第二节 理解计算思维11
一、计算思维的提出12
二、计算思维的概念14
三、计算思维的操作性定义24
第三节 计算思维的实践39
一、计算思维实践的依据40
二、计算思维是考虑应用场景的实践51
三、计算思维是生活问题的形式化描述52
四、计算思维是从特殊到一般的问题解决55
五、编程是计算思维学习的重要途径58
第四节 面向计算思维的教育 64
一、智能时代呼唤计算思维教育65
二、计算思维教育的核心内容和实施策略67
三、计算思维教育的目标：用计算思维学习和思考80
四、计算思维教育的评价82
本章小结94
本章回顾与反思94
第二章 从技术实现到素养培育：指向计算思维教育的 STEM 项目设计 97
第一节 从技术应用到素养导向的计算思维教育100
一、课堂技术学习和计算思维培养映射引导101
二、计算思维“应用—修改—创作”三阶段进展模式103
三、《ISTE教育者计算思维能力标准》助力计算思维培养 105
四、从技术学习到核心素养培育的计算机科学教育案例108
第二节 指向核心素养的STEM教育115
一、知识、技能、能力和素养116
二、STEM教育是指向能力和素养的教育117
三、STEM项目式学习的问题驱动 122
四、STEM是基于课程标准的内容设计123
五、STEM是基于学习支架的探究过程124
第三节 计算思维和STEM课程的整合125
一、STEM项目中的计算思维培养 126
二、计算思维与STEM中的科学思维129
三、计算思维与STEM中的工程思维131
四、计算思维与STEM中的数学思维134
五、计算思维与STEM中的人文艺术思维142
六、计算思维与人工智能思维145
第四节 “STEM+计算思维”项目设计与实施模型 150
一、基于计算思维的问题求解步骤 150
二、计算思维问题求解模型中的思维关联152
三、“STEM+计算思维”问题求解模型153
四、“STEM+计算思维”项目实践 155
本章小结162
本章回顾与反思162
第三章 用计算思维思考和学习：STEM项目问题解决新途径 165
第一节 STEM项目式学习与计算思维问题解决168
一、高质量项目式学习框架和项目式学习黄金准则170
二、成为具有计算思维的人172
三、用计算思维思考和学习的工具与环境175
第二节 计算思维与学科学习：与学科融合的“STEM+计算思维”实践191
一、 用计算思维学习数学：超越高速计算和可视化表达功能的创新193
二、用计算思维学习语文：提供诗歌鉴赏和文化分析新视角220
三、用计算思维学习科学：在模拟和仿真中探究实践230
第三节 学生综合应用案例：“校园智能创意音乐节”项目240
一、项目背景 241
二、项目任务 242
三、项目规划 243
四、项目实践 245
五、项目评价 252
六、项目解析 253
本章小结 254
本章回顾与反思 254
第四章 实践应用与创新：基于STEM的计算思维项目式学习 255
第一节 计算思维解决社会议题的STEM项目258
案例 模拟新冠肺炎传染过程和防控效果259
第二节 计算思维与硬件系统结合的STEM项目270
案例一 心脏健康的小守护神——心率远程监测系统271
案例二 音乐手套——触摸人工智能 277
第三节 计算思维的游戏化教学项目286
案例一 通过儿童趣味编程游戏Blockly Games培养计算思维288
案例二 设计“森林搜救”迷宫游戏 291
第四节 不插电的计算思维项目303
案例一 计算思维+空间思维：跟着地图开启编程旅程304
案例二 生肖猜谜活动308
第五节 计算思维与人工智能教育项目311
案例 聊天机器人312
本章小结318
本章回顾与反思318
参考文献321
后记335
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