认知科学与学科教学.
脑与认知科学基础课程设计 教学大纲
脑与认知科学基础课程设计一、课程说明课程编号：090167X11课程名称：数据结构课程设计/ Course Exercise in Fundamentals of Brain and Recognition课程类别：专业课学时/学分：32/2先修课程：计算机程序设计基础、高等数学适用专业：智能科学与技术教材、教学参考书：王志良主编. 脑与认知科学概论. 北京：邮电大学出版社. 2011年二、课程设置的目的意义本课程作为《脑与认知科学基础》的配套实践课程，立足于应用，结合教学实际，循序渐进的提高学生对脑与认知相关理论知识的理解和掌握，并提高学生的实验与实践技能。
三、课程的基本要求知识：了解研究脑电波的常用手段，包括脑功能成像技术、脑地形图技术、脑涨落图技术、诱发电位技术等的原理，掌握诱发电位技术中脑电波的提取、去噪、分类和分析的算法，巩固和加强对脑与认知基础知识的理解。
能力：通过本课程设计，加深对各类脑电波特征的认识，初步体会和理解如何通过相应的算法来解决问题，培养根据具体问题来综合使用和设计算法的能力；学会将理论知识与实际应用结合，提高综合运用课程知识的能力；培养自学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的能力。
素质：通过小组内部讨论培养分析沟通交流素质，建立脑与认知相关理论到具体应用的思维模式，提升发现问题与自主解决问题的基本素质。
四、实验方式与基本要求1．学生可以选择指导老师给出的课题，也可以自行提出设计课题，经指导老师认可后确定设计课题；2. 根据题目的人数要求学生可自由分组，并确定组内成员的分工，进行课程设计课题的资料搜集。
所有学生根据所选课题学会找参考书籍、查阅手册、图表和文献资料等。
通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
3. 根据搜集的资料，进行硬件设计、软件仿真和数据分析。
4. 每组成员根据自己的工作各自完成课程设计报告。
5. 指导教师对每组同学的完成情况进行综合验收，并由学院考核小组进行随机抽查评分。
认知科学对教育教学的启示与应用
运用认知科学方法，提高 教师的教学能力和素质
借助认知科学技术，实现 教育资源的均衡分配
结合认知科学研究成果， 制定公平的教育政策和制
度
THANKS
汇报人：
教师专业发展的途径：包括参加培训、阅读专业书籍、参加教研活动等。
教师专业发展的目标：成为研究型教师，具备较强的教育教学能力和研究能力。
Part Four
认知科学在教育教 学中的应用
智能教学系统的发展
智能教学系统的定义和特点
智能教学系统的发展历程
智能教学系统的应用领域和场 景
智能教学系统的发展趋势和挑 战
不断深入研究人类认知过程
认知科学的主要理论框架
认知神经科学：研究认知过 程与脑机制关系的科学
认知语言学：研究语言与认 知关系的科学
人工智能：模拟人类认知过 程的计算机科学分支
认知心理学：研究人类认知 过程的心理学分支
认知教育学：应用认知科学 原理于教育教学的学科
认知科学与教育教学的关系
认知科学是研究人类认知过程的科学，包括知觉、记忆、思维、语言等。
Part Five
认知科学在教育教 学的未来展望
人工智能与认知科学的融合
人工智能在教育中 的应用：智能教学 系统、个性化学习 推荐等
认知科学对人工智 能的影响：认知模 型、学习理论等
人工智能与认知科 学的融合：共同推 动教育领域的发展
未来展望：人工智 能与认知科学在教 育领域的深度融合 ，实现更加智能化 、个性化的教育
的共同成长。
教师可以通过认 知科学原理来改 进教学方法，提
高教学效果。
学生可以通过认 知科学原理来改 进学习方法，提
高学习效果。
认知科学在教育 教学中的应用将 促进教师与学生 之间的互动和合 作，实现共同成
认知科学与技术专业本科课程设置
认知科学与技术专业本科课程设置引言认知科学与技术是一门涵盖心理学、计算机科学、神经科学和人工智能等多个领域的学科，研究人类认知活动的本质和机制，旨在解决认知过程中的理论和技术问题。
本文将介绍认知科学与技术专业本科课程设置，以培养学生从事相关领域的研究和应用工作。
课程设置1. 基础课程•认知科学导论：介绍认知科学的基本概念、研究方法和发展历程，为学生打下学科基础。
•心理学导论：介绍心理学的基本理论和实验研究方法，为理解认知过程提供基础知识。
•计算机科学导论：讲解计算机科学的基本概念和原理，为后续的计算机应用提供基础。
•数学基础：包括离散数学、概率论与数理统计等基础课程，为后续的模型和算法设计提供数学基础。
2. 认知科学核心课程•认知心理学：深入探讨人类的感知、注意、记忆、思维和语言等认知过程，分析其中的机制和规律。
•认知神经科学：研究神经系统如何与认知过程相互作用，主要包括神经解剖学、神经生理学和神经成像技术等内容。
•计算认知模型：介绍计算机模拟人类认知过程的方法和模型，培养学生独立设计、实现和评估认知模型的能力。
•认知心理学实验设计与数据分析：学习如何设计和实施认知心理学实验，并使用统计方法分析和解读实验数据。
3. 技术应用课程•人工智能导论：介绍人工智能的基本概念、算法和应用，培养学生应用人工智能技术解决认知科学问题的能力。
•计算机视觉与图像处理：学习图像处理和计算机视觉领域的基本理论和方法，为认知科学中的图像处理问题提供技术支持。
•自然语言处理：学习自然语言处理的基本理论和技术，培养学生处理文本和语言数据的能力。
•用户体验设计：介绍用户体验设计的基本原理和方法，培养学生设计和评估认知科学相关应用的用户界面的能力。
4. 实践课程•认知科学实验室：学生通过参与实验室项目，掌握认知科学与技术的研究方法和实践技能。
•实习实训：学生参与实习和实训项目，深入了解认知科学与技术的应用领域和实践问题。
•毕业设计/论文：学生根据个人兴趣和导师指导，完成一项独立设计或研究项目，并撰写毕业设计或论文。
认知科学对教育的启示
认知科学对教育的启示教育是人类社会不可或缺的部分，它对于一个国家、一个民族的发展至关重要。
而随着科技的不断进步和社会的不断发展，认知科学正逐渐成为教育新的发展方向。
那么，认知科学能够给我们的教育带来什么启示呢？一、重视学生个体差异每个学生的差异都是有意义的，学生的个体差异决定了他们接受教学内容和表现的方式不同。
认知科学认为每个人都有自己独特的思维方式，因此教学应该根据每个学生的思维方式进行量身定制，让每个人都能够得到最好的教育。
在实际教学中，教师可以通过问答、练习、小组合作等形式了解学生的学习情况，根据学生个体差异的情况对教学内容和教学方法进行调整，以更好地满足学生的需求。
二、重视学生的先前知识和经验学习是一个积累和整合知识的过程，先前的知识和经验是提高学习效果的重要因素。
认知科学认为，学习不是一张白纸上面开展的，而是建立在先前的知识和经验之上的。
在教学过程中，教师应该了解学生的先前知识和经验，把学生已经知道的东西和新的知识有机地结合起来，让学生更好地理解和掌握新的知识。
三、强调学习过程的质量认知科学认为，学习的终极目标不仅仅是获取知识，更重要的是发展学生的认知能力。
因此，教育的目标应该是为了发展学生的思维、学习和发现新知识的能力，而不仅仅是注重知识的传授。
在实际教学中，教师可以采用启智式教学、课堂讨论等方式，让学生参与进来，积极讨论、提问、思考等，从而更好地发展学生的认知能力，提高他们的思维水平和创新能力。
四、强调学习策略的培养认知科学研究发现，学习策略是学习过程中至关重要的因素。
一个好的学习策略不仅可以帮助学生更好地掌握知识，还能提高学习效果，让学习更具生活化和实际意义。
因此，在教学中，教师可以帮助学生发展他们自己的学习策略，让他们可以在学习过程中更好地理解和掌握知识，提高学习效率。
五、重视跨学科教育跨学科教育是指在一个课程中将两个或多个学科相结合，以便学生可以在同一课程中掌握不同的技能和知识。
教学设计的理论基础
教学设计是教育教学活动中不可或缺的一环，它是一种系统性的活动，旨在为教学活动提供目标、方法、媒介等方面的支持和指导。
教学设计在现代教育教学中具有至关重要的地位，因为好的教学设计可以提高教学效果、实现教学目标，帮助教师实现优质课堂的教学目标。
教学设计的理论基础是学科教育理论、教育心理学、认知科学、信息技术、管理学等多学科理论的综合应用。
一、学科教育理论支持教学设计学科教育理论为教学设计提供了学科知识、教学内容的参照标准和规范。
教学活动是传递知识的过程，学科知识是教学活动中必不可少的元素。
通过学科教育理论，教学设计可以得到以下几个方面的支持。
1.学科知识的整合：学科教育理论能够帮助教师完成学科知识的整合，从而准确地设计课程，把握授课内容的重点。
学科教育理论可以帮助教师了解学科知识的结构与内在联系，发现学科知识中的核心概念、基本概念、定理、原理和规律等，以此来对教学设计的核心知识进行整合和分析。
只有在确立学科知识整体结构和内在联系之后，才能更好地对课程进行设计，达到教学目标。
2.教学方法的选择：学科教育理论的另一个重要作用是为教学活动提供教学方法的选择标准。
在教学活动中，教师需要选择各种不同的教学方法，如演示法、讨论法，在选择教学方法时就需要考虑教学内容的特点、学生的特点、教学目标和环境等多方面因素。
而学科教育理论则可以为教师选择教学方法提供基础，根据学科的知识特点等，选择出最适合教学目标、学生和教学内容的教学方法，从而实现最优的教学效果。
二、教育心理学认知科学的支持教学设计是教育活动中的一种问题解决活动，该过程涉及到众多的教育心理学、认知科学理论，其中最重要的是教育心理学中的教育心理测量、学习理论等内容，以及基础认知科学中的注意力、记忆、思维、语言等多个方面的知识，这些都为教学设计提供了一定的理论基础。
1.教育心理测量与学习理论的支持：教育心理测量与学习理论是教学设计的基础理论之一，教学设计需要建立在认知和学习的基础上。
认知科学视角下的教育教学改进
认知科学视角下的教育教学改进随着科技的飞速发展，教育教学模式也必须不断更新。
认知科学视角下的教育教学改进，逐渐成为教育学界研究的热点。
本文将从认知科学的角度出发，探讨教育教学改进的方向和路径。
一、认知科学视角下的教育教学改进（一）认知科学的理论基础认知科学是研究人类知识和思维加工的科学，它主要关注人类思维是如何获取和加工信息的。
认知科学的理论基础主要包括：心理学、语言学、计算机科学、神经科学等。
这些学科的交叉融合，才形成了认知科学的研究范畴。
（二）认知科学与教育教学改进的联系教育教学是指教师在教学过程中，运用各种教学方法、手段，帮助学生获取知识、提高能力和素质的过程。
而认知科学则主要研究人类知识的获取、加工和表达等方面。
认知科学可以帮助我们了解学生的心理和认知特征，从而更好地制定教学策略，达到教学效果的最大化。
二、教育教学改进的方向（一）旨在培养学生的自主学习能力在传统的教育教学模式中，大多数老师利用讲授的方式传授知识，学生则被动地接受知识。
这种教学模式无法培养学生的自主学习能力，而自主学习能力是现代社会的重要技能之一。
因此，在教育教学改进中，我们应该注重培养学生的自主学习能力。
例如，老师可以运用问题解决和探究学习的方法，鼓励学生自己发现问题、寻找答案并提出解决方案，培养学生的创新思维和解决问题的能力。
这样不仅能够激发学生的学习兴趣，还能够促进学生的自主发展和成长。
（二）注重学习和教学的个性化教育教学的个性化是指根据学生的个体差异，采用不同的教学手段和方法，满足每个学生的需求。
在传统的教育教学中，老师往往采用同一的教学模式、教学内容，忽视了学生的个性化特点，导致学生对学习缺乏兴趣，且学习效果不佳。
因此，在教育教学改进中，我们应该注重学习和教学的个性化。
例如，老师可以设置不同的学习任务和学习计划，根据学生的兴趣和能力，给予不同的学习材料和教学反馈，注重学习和教学的个性化。
三、教育教学改进的路径（一）建立创新的教育教学模式目前，教育教学改进的重要机制之一就是建立创新的教育教学模式。
科学领域数学认知教案
科学领域数学认知教案教案标题：探索科学领域中的数学认知教案目标：1. 帮助学生理解科学与数学之间的关系，认识到数学在科学领域中的重要性。
2. 培养学生在科学实验和观察中运用数学概念和技能的能力。
3. 提高学生的问题解决和推理能力，培养他们的科学思维和创新意识。
教学重点：1. 科学与数学的关系。
2. 数学在科学领域中的应用。
3. 科学实验和观察中的数学认知。
教学准备：1. 教师准备科学实验或观察活动，确保其中涉及到数学概念和技能。
2. 准备相关的教学资源和材料，如实验器材、观察记录表等。
3. 确保教室中有足够的计算工具，如计算器、尺子等。
教学过程：引入：1. 向学生介绍科学与数学的关系，强调数学在科学领域中的重要性。
2. 提出一个问题或情境，引发学生对科学实验和观察中可能涉及到的数学认知的思考。
探究：1. 学生分组进行科学实验或观察活动，教师提供必要的指导和支持。
2. 引导学生在实验或观察过程中注意数学概念和技能的应用，如测量、数据收集和分析等。
3. 鼓励学生提出问题，并引导他们运用数学方法解决问题。
总结：1. 学生分享实验或观察的结果，并讨论其中涉及到的数学认知。
2. 教师总结科学与数学的关系，强调数学在科学领域中的应用和重要性。
3. 鼓励学生思考如何将所学到的数学知识和技能应用到其他科学领域中。
拓展活动：1. 鼓励学生在日常生活中寻找科学与数学的联系，并记录下来。
2. 提供更多的科学实验或观察活动，让学生继续探索科学领域中的数学认知。
3. 鼓励学生进行小组或个人研究项目，结合科学和数学知识解决实际问题。
评估方式：1. 观察学生在实验或观察活动中的参与程度和学习表现。
2. 评估学生对于科学与数学关系的理解程度，以及他们在实践中应用数学概念和技能的能力。
3. 通过学生的问题解决和推理能力的展示来评估他们的科学思维和创新意识。
教案扩展：1. 将科学实验和观察与数学课程更紧密地结合起来，设计更多的跨学科教学活动。
博士生心理学认知神经科学教学方案设计
博士生心理学认知神经科学教学方案设计一、引言随着社会的进步和科技的发展，心理学认知神经科学作为一门新兴的学科，受到越来越多学生的关注和需求。
为了满足对博士生的学习需求，提高教学质量，本文将设计一份博士生心理学认知神经科学教学方案。
二、课程目标本课程旨在培养博士生对心理学认知神经科学的深入理解和应用能力，具体目标如下：1. 熟悉心理学认知神经科学的相关概念和理论；2. 理解心理学认知神经科学的实验方法与技术；3. 学会运用心理学认知神经科学的研究方法进行实践和创新；4. 培养博士生批判性思维和科学研究能力。
三、教学内容和方法1. 基础知识教学：a. 认知神经科学概述：介绍认知神经科学的起源、研究对象和主要理论；b. 心理学认知神经科学的分支领域：介绍不同领域的研究内容及其应用；c. 认知心理学基础：介绍认知过程、学习记忆、知觉与注意等基础概念；d. 神经科学基础：介绍神经系统的结构、功能和神经传递原理。
2. 实践与案例分析：a. 实验设计与研究方法：教授常用的实验设计，如行为实验、脑成像实验等，并讲解数据分析方法；b. 案例分析：通过分析已有的心理学认知神经科学研究案例，培养学生对实际问题的解决能力。
3. 学术讲座和研讨会：a. 邀请行业内权威专家给学术讲座，介绍最新研究进展和前沿技术；b. 组织学生参与研讨会，讨论学术问题和研究方法。
4. 科研项目：a. 引导学生选择适合的科研项目，并进行独立或合作研究；b. 指导学生编写科研论文，并提供审稿意见和修改建议。
四、教学评估方法为了全面评估博士生在心理学认知神经科学方面的学习效果，我们将采用以下教学评估方法：1. 课堂表现评估：根据学生的课堂参与度、提问能力和思维活跃程度进行评估；2. 作业和小组项目：布置相关作业和小组项目，评估学生对所学知识的掌握情况和团队合作能力；3. 考试：设立期中和期末考试，测试学生对所学知识的理解和运用能力；4. 科研项目报告和论文评估：对学生的科研项目报告和论文进行评估。
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二、写作教学 Transforming Knowledge
你是怎样写作的？
• 想清楚要写什么 • 组织思路 • 选择合适的词汇表达想法 Knowledge Telling VS. Knowledge Transforming
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学校写作的现状
• 学校文化促进了knowledge telling的盛 行，目的是展示学到了什么，而不是自 己认为学到了什么 • 学生的写作策略基于以前的写作经历， 不太注意写作作业的要求
Planning Organizing Goal Setting 新手专家 无区别 Generating Translating Reviewing Evaluating Revising
MONITOR
术语
• Rhetorical knowledge refer to this how-to writing knowledge, such as snappy openings, figurative language, direct quotes, avoiding the passive voice… • Rhetoric is the study of the principles and rules that govern effective speaking and writing. • Rhetoric categories: key point ,purpose, audience, text convention • Task representations the initial representations of writing problems
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• 教写作不是教做菜 --- 给你菜谱,然后尝你做的菜 • 教写作要分析写作过程的要素和之间的关 系
–产生内容：长期记忆中检索，要会根据阅读 对象取舍，要舍得剪枝 –有效组织：不是按照想到的顺序写出来 –设定评价写作质量的目标
儿童写作的发展历程
• 小孩：立即就写，想到什么写什么，不改（象 谈话一样） • 10岁，发现题目文字可以做记忆检索词，计划 和成文没有多少差别 • 14岁，计划由表达可能采用思路的短语组成， 明显不同成文，顺序也有变化 • 17岁，计划中有明显的结构特征，很注意内容 的组织(Knowledge-driven planning) • 优秀写手的计划中关于内容的较少,较多 rhetorical planning
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写作
• Writing is solving ill-defined problems:
Make tentative choices about what to say, who my audience might be, and how to organize the content for that audience
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技术支持的落脚点
现象： • 学生写作很少做计划 • 很少设定rhetorical representations 原因： • 学生具备RR知识, 但是在计划的时候不会自发 地运用 解决办法：building Rhetorical Representation 案例：Collaborative Planning(Flower):写作提示 OISE’s CSILE：写作对象 better thinker and learners === better writers
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新手和专家的区别
新手 专家 没有区别的地方 • topic knowledge •Generate content 表面计划，只写自己 Rhetorical experts,以此 知道的 设定目标，解决问题 不会选择内容 灵活筛选 内容组织较弱 按目标写作
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认知写作模型发展
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数学教学存在的问题
• 只知其然，不知其所以然 • 死记硬背计算,而不做推理 • 具备了解决标准题目的计算能力，但是 缺乏高级数学理解力，所以不能在新的 环境下应用这种技能
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数的概念建立
• 7个月大，知道物件数目的差别 • 2岁半，话中带有数字 • 3岁，能数有几只狗，但不知道数得对不 对 • 4岁，知道是否数对了， • 5岁，知道比较大小 • 将数数和比大小结合起来完成简单加法
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你能找出出错的规律吗?
① 930 -563 ห้องสมุดไป่ตู้33 637 -415 222
326 -117 211
515 -204 311 707 -139 538
542 -389 247
731 -452 ???
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②
427 -293 234
602 -327 225
602 -437 265
326 -117 209
Task Environment
The rhetorical problem Topic Audience exigency
THE WIRTER’S Long Term Memory
TEXT PRODUCED SO FAR
- 17 Knowledge of Topic Audience Writing Plans Wring Processes in Working Memory
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你会怎样教写作？
按照信，达，雅的程序。 首先要能条理分明的清楚表意。（通过 写提纲来锻炼） 然后一边背诵，研习名篇经典，一边练 笔，锤炼语言。（先达后雅） 最后，反复修改习作。
• 谭敏讷
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你会怎样教写作？
• • • • • • Collects information Organizes it Writes a draft Revise Finishing one process Starting the next one
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Mental number line
1
向上数
一个 两个 向下数
2
向上数
向下数
3
向上数
三个 向下数
4
向上数
四个 向下数
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触摸
下一个 数量= +1
触摸
下一个 数量= +1
触摸 下一个
数量= +1
触摸
下一个 数量= +1 -1
-1
-1
-1
32%6岁因为没有建立这 种表示，会数数，但不会 说出差多少
802 -396 506
402 -123 229
307 -168 ???
504 -199 ???
③
☓ ☓
Jasper 和GPTutor现象比较
• • • • • 没有人将研究、公司、学校联合起来 设备要求影响普及（价格） 教学内容 认为文字题比几何重要 老师适应性（设备，角色变化） SELF-PACED 教学与学校文化的冲突问题
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• An ill-defined problem is one for which there is no ready-made, best initial representation and no standard solution method.
尝试
你能够用上堂课介绍的人 类认知结构模型，来解释写作 的过程机理吗？
– 专家最初对问题的表达如何影响其成文 – TASK ENVIRONMENT = 题目要求+写完的文字+写 作时的社会文化背景
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教师培训
资源（组成数据库）： • 学生写作的作品 • 录像带 过程 1.教师分组分析研究学生案例，诊断其literacy problem 2.然后运用他们所知道的有关认知、元认知、学 习和literacy的知识，讨论针对这个问题课堂 应该怎么处理
认知科学与学科教学
--------从理论到实践(1)
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一、数学 Making it Meaningful
讨论
回顾从小到大学习数学的经 历，在哪些知识点你曾受到 过挫折？
-3-
• 异面直线，数学归纳法，中值定理
–北航史珩
-4-
几个难点
• 比较概念 Mental number line • 多位数减法 BUGGY (Brown, Burton, Van Lehn) mapping instruction (Resnick) • 文字题 Jasper series (Bransford) • 几何题 GPTutor (John Anderson)
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Task Environment
•From long term memory
•New symbol structures created in working memory
Output -- actions --utterances
-- Factual knowledge
Hayes-Flower Model
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The human cognitive architecture
Working Memory Metalevel Processes •Planning Problem •Mentoring •Evaluation Active Representations •From environment Long Term Memory Metacognitive Knowledge and Skills Procedural Knowledge (production rules) Schema Knowledge -- word knowledge