AI STEM+ROBOT
2025年2月20 日（蛇年正月廿三日）
我们今天重点介绍美国高中四年制（9 - 12 年级）计算机科学STEM课程体系，这是一个全面且深入的课程设计，旨在让孩子们在高中阶段就能掌握大学本科级别的计算机应用知识和技能。与传统注重书本学习的方式不同，这个体系强调动手实践，通过实际项目让孩子们真正理解和应用所学知识。
第一门课，“计算机科学基础”，为期一年。孩子们将学习计算思维、视觉块编程（MIT App Inventor, Blockly）和文本编程（Python）。核心概念包括变量、事件、抽象、用户界面设计、逻辑条件和API使用。他们将通过开发Android应用、图像编码程序和模拟系统等项目，将理论知识转化为实际技能。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 计算机科学基础（一年） | 培养学生的计算思维和协作能力，帮助他们掌握计算机科学的基本概念和工具 | 计算思维、视觉块编程(MIT App Inventor, Blockly)、文本编程(Python)、变量、事件、抽象、用户界面设计、逻辑与条件、API 使用 | 开发 Android 应用程序、创建图像编码程序、设计模拟系统 |
第二门课，“计算机科学原理”，为期两学期（160天）。这门课深入探讨Python编程、算法设计、数据处理与可视化、网络安全、互联网原理、模拟建模和人工智能。孩子们将通过创建数字图像/动画、设计应用、大数据分析和问题模拟等项目，提升编程和解决实际问题的能力。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 计算机科学原理（两学期，160天） | 培养学生的计算思维、编程基础和创造力，探索互联网工作原理、数据处理、网络安全和任务自动化 | 编程基础(Python)、算法设计、数据处理与可视化、网络安全、互联网工作原理、模拟与建模、机器学习与人工智能 | 创建数字图像和动画、设计应用程序、分析大数据集、模拟现实问题 |
第三门课，“计算机科学A”，同样为期一年。孩子们将专注于Java编程、面向对象编程、数据结构（数组、列表、二维数组）、算法设计、迭代递归、继承类设计和代码调试测试。他们将通过设计逃生室游戏、填字游戏和数据实验室活动，掌握Java应用和算法设计。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 计算机科学 A（一年） | 培养学生的问题解决能力、算法设计和面向对象编程技能 | Java 编程基础、面向对象编程、数据结构(数组、数组列表、二维数组)、算法设计与实现、迭代与递归、继承与类设计、代码调试与测试 | 设计逃生室游戏、开发填字游戏、创建数据实验室活动 |
第四门课，“网络安全”，为期139天。孩子们将学习信息安全、密码学、网络攻防、数字取证、漏洞分析、流量监控、加密技术和恶意软件分析。他们将通过流量分析、模拟攻击、破解加密和证据处理等项目，提升网络安全技能。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 网络安全（139天） | 帮助学生识别网络威胁、检测入侵并响应攻击，培养他们对道德计算行为的认识和承诺 | 信息安全、密码学、网络攻击与防御、数字取证、系统脆弱性分析、网络流量监控、加密技术、恶意软件分析、行业标准工具和技术 | 分析网络流量、模拟攻击、破解加密消息、处理数字证据 |
第五门课，“PLTW结业项目”，持续数周至数月。这是一个综合性的团队项目，孩子们将应用问题解决、研究、写作、推理、设计、测试、数据分析和工具软件使用等技能。他们将合作研究现实问题，设计开发解决方案，包括问题定义、研究、原型制作、测试评估和反馈调整。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 5 | PLTW 结业项目（几周到几个月） | 培养学生在工程、计算机科学和相关领域的问题解决能力、团队合作能力以及创新思维 | 问题识别与解决、研究技能、技术写作、逻辑推理、创意思维、原型设计与测试、数据分析、项目规划与评估、Microsoft Office、3D 建模软件、Python、Java、实验室设备和分析工具 | 团队合作，选择现实问题研究，设计并开发解决方案。项目内容包括问题定义、研究、原型制作、测试与评估、反馈调整 |
这个课程体系不仅让孩子们掌握了实用的计算机知识和技能，更重要的是培养了他们的计算思维、问题解决能力和创新精神，为他们未来的职业发展和学术深造打下坚实基础。
| 序号 | 课程名 | 目标 | 知识点 | 项目 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 计算机科学基础（一年） | 培养学生的计算思维和协作能力，帮助他们掌握计算机科学的基本概念和工具 | 计算思维、视觉块编程(MIT App Inventor, Blockly)、文本编程(Python)、变量、事件、抽象、用户界面设计、逻辑与条件、API 使用 | 开发 Android 应用程序、创建图像编码程序、设计模拟系统 |
| 2 | 计算机科学原理（两学期，160天） | 培养学生的计算思维、编程基础和创造力，探索互联网工作原理、数据处理、网络安全和任务自动化 | 编程基础(Python)、算法设计、数据处理与可视化、网络安全、互联网工作原理、模拟与建模、机器学习与人工智能 | 创建数字图像和动画、设计应用程序、分析大数据集、模拟现实问题 |
| 3 | 计算机科学 A（一年） | 培养学生的问题解决能力、算法设计和面向对象编程技能 | Java 编程基础、面向对象编程、数据结构(数组、数组列表、二维数组)、算法设计与实现、迭代与递归、继承与类设计、代码调试与测试 | 设计逃生室游戏、开发填字游戏、创建数据实验室活动 |
| 4 | 网络安全（139天） | 帮助学生识别网络威胁、检测入侵并响应攻击，培养他们对道德计算行为的认识和承诺 | 信息安全、密码学、网络攻击与防御、数字取证、系统脆弱性分析、网络流量监控、加密技术、恶意软件分析、行业标准工具和技术 | 分析网络流量、模拟攻击、破解加密消息、处理数字证据 |
| 5 | PLTW 结业项目（几周到几个月） | 培养学生在工程、计算机科学和相关领域的问题解决能力、团队合作能力以及创新思维 | 问题识别与解决、研究技能、技术写作、逻辑推理、创意思维、原型设计与测试、数据分析、项目规划与评估、Microsoft Office、3D 建模软件、Python、Java、实验室设备和分析工具 | 团队合作，选择现实问题研究，设计并开发解决方案。项目内容包括问题定义、研究、原型制作、测试与评估、反馈调整 |
计算机科学基础课程体系表
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 课程目标 |
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| 知识点 |
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| 实操项目 |
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| 时间安排 |
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| 所用编程技术 |
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| 能力提升 |
|
计算机科学原理课程体系表
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 课程目标 |
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| 知识点 |
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| 实操项目 |
|
| 时间安排 |
|
| 所用编程技术 |
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| 能力提升 |
|
计算机科学A课程体系表
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 课程目标 |
|
| 知识点 |
|
| 实操项目 |
|
| 时间安排 |
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| 所用编程技术 |
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| 能力提升 |
|
网络安全课程体系表
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 课程目标 | 介绍网络安全工具和概念，培养学生识别和应对网络威胁的能力，鼓励创建解决方案以保护隐私并共享计算资源。 |
| 知识点 | 信息安全、系统安全、网络安全、密码学、数字取证、网络攻击分析、网络流量监控、道德计算行为等。 |
| 实操项目 |
|
| 时间安排 |
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| 所用编程技术 | 使用命令行工具、网络流量分析工具、加密技术、Python、Java 等。 |
| 能力提升 |
|
PLTW 高中计算机科学结业项目
| 类别 | 内容 |
|---|---|
| 课程目标 |
|
| 知识点 |
|
| 实操项目 |
|
| 时间安排 | 通常持续几周到几个月不等。 |
| 所用编程技术 |
|
| 能力提升 |
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不华丽丽的分割线
PLTW 计算机科学的学生是技术的开拓者，他们通过可迁移的技能获得能力，准备开始他们的职业生涯，无论是计算机科学领域还是其他领域。
职业准备从高中开始
激励您的学生成为周围科技的创造者。PLTW 计算机科学通过协作项目让学生参与其中，帮助他们掌握需求旺盛的计算机科学知识，以及创造性思维和沟通等可迁移技能。不论他们是在创建在线艺术画廊，还是使用自动化处理和分析 DNA 序列数据，PLTW 计算机科学的学生都能看到他们的学习与现实世界的联系。
为所有学生解锁现实技能
通过 PLTW 计算机科学，您可以：
为学生准备职业技能，以应对他们所期望的角色以及在大学及以后的现实挑战。
通过使用计算机科学领域专业人士所用的工具和软件，激发更深入的学习体验。
通过在课堂上练习协作、团队合作和沟通等技能，帮助学生取得成功。
一、计算机科学基础
PLTW 课程旨在使学生在不断变化的环境中蓬勃发展。在开发和更新课程的设计过程中，我们关注与各种标准的连接。PLTW 计算机科学基础与以下标准相连接：计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3A)、技术与工程素养标准 6。
本课程强调计算思维和协作，为学生提供了一个优秀的入门点，以开始或继续 PLTW 计算机科学 PreK-12 的学习体验。计算机科学基础将使学生接触到多样的计算思维概念、基本知识和工具，帮助他们获得理解并建立信心。
在计算机科学基础课程中，学生将从视觉块编程开始，顺利过渡到像 Python® 这样的文本编程语言。他们将应用计算思维实践，丰富自己的词汇，并参与协作项目，反映计算专业人士的方法论。最终，他们将开发出解决对他们重要的话题和挑战的产品。
计算机科学基础帮助学生建立坚实的基础，以便进一步学习计算机科学原理、计算机科学 A 及其他课程。
PLTW 计算机科学 | 课程大纲1
计算机科学基础 (CSE) 是一门为期一年的课程，适合从 6 年级到 12 年级的学生。通过计算思维和协作的重点，这门课程为学生提供了一个优质的入门点，帮助他们开始或继续 PLTW 计算机科学的学习体验。计算机科学基础将向学生介绍各种计算思维概念和工具，帮助他们理解并建立信心。
计算机科学基础课程的设计与计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (CSTA K-12 CS Standards) 和技术与工程素养标准相一致。PLTW 计算机科学基础课程还强调与其他学科的联系，培养学生在现实世界中的解决问题能力。
PLTW 计算机科学基础课程通过创造性思维和项目驱动的学习机会，帮助学生掌握计算机科学的基本概念。以下是课程的单元安排：
单元 1：创造性构建：使用块（45 天）
本单元欢迎新生和回归的学生进入计算机科学和编程基础的世界。学生将使用 MIT App Inventor 创建和测试应用程序，学习面向对象编程的概念、变量、事件和抽象。学生将通过项目开发实践，例如开发应用程序、协作和沟通，在创造的过程中创建和完善 Android 应用的实际作品。
单元总结：创造性构建：使用块
课程 1.1 计算机科学基础简介
计算机科学的变化和发展，使得当今的学生在生活中从未像现在这样依赖技术。此课程的重点是学生所需的核心计算思维技能。课程将引导学生学习使用基于块的编程来理解计算机科学的基本概念。
- 活动 1.1.1 开始使用块编程：数字涂鸦（3 天）
- 活动 1.1.2 合作与沟通：创意表达（3 天）
课程 1.2 计算机科学原则
学生将学习计算机科学的基本原则，应用程序如何使用编程语言进行创建。学生将利用 App Inventor 进行实践，学习如何开发具有实际意义的应用程序。
- 活动 1.2.1 介绍数据库（2 天）
- 活动 1.2.2 编程与应用：黑客活动（3 天）
课程 1.3 创新与问题解决
在本课程中，学生将获得自由，以选择他们发展的方向，包括设计和开发应用程序的策略。学生将通过应用不同的视角来解决问题，提升他们的创新能力。
- 活动 1.3.1 应用程序开发：为他人创造价值（3 天）
单元 2：计算与社会：文本编程过渡（45 天）
计算与社会：文本编程过渡
在本单元中，学生将开始接触文本编程。通过学习文本编程的基本概念，学生将了解图像编码对程序和现实世界应用的影响。
课程 2.1 文本编码过渡
学生将学习文本编程的基本知识，了解如何使用编程语言构建程序。学生将探索如何在块编码的基础上，利用更高层次的抽象来编写文本代码。
- 活动 2.1.1 将块转换为文本（2 天）
- 活动 2.1.2 理解文本编码的基本要素（3 天）
- 活动 2.1.3 制作图像（2 天）
课程 2.2 计算机与职业生涯
学生将了解计算机科学在各种职业中的应用，包括创新、计算机科学教育和计算机科学的职业发展。
- 活动 2.2.1 创新、教育与计算机科学（3 天）
- 活动 2.2.2 职业生涯探讨（2 天）
- 活动 2.2.3 计算机科学的影响（2 天）
课程 2.3 创新与问题解决
学生将通过小组合作，选择一个共同的目标，来解决现实世界中的问题。
- 项目 2.3.1 创造性能任务：合作驾驶（10 天）
单元 3：语法解决方案（55 天）
语法解决方案总结
本单元的目标是让学生理解文本编程的灵活性和程序设计的原则。在这个单元中，学生将继续构建和应用他们所学的计算思维概念，尤其是语法方面的知识。
课程 3.1 基于文本的编码
学生将学习文本编码的基本概念，了解如何在文本编程环境中进行编码。
- 活动 3.1.1 Python 编程基础（3 天）
- 活动 3.1.2 Python 编程进阶（3 天）
课程 3.2 文本解决方案
在本课程中，学生将使用文本编程创建一个模拟，帮助他们理解如何使用对象来创建功能。
- 活动 3.2.1 变量和元素（3 天）
- 活动 3.2.2 逻辑与条件（3 天）
- 活动 3.2.3 组合项目（5 天）
课程 3.3 文本编程的力量
学生将通过项目，选择一个问题来应用解决方案，展示文本编程的价值。
- 项目 3.3.1 从纸张到编程（16 天）
单元 3：语法解决方案（55 天）
语法解决方案总结
本单元的目标是让学生理解文本编程的灵活性和程序设计的原则。在这个单元中，学生将继续构建和应用他们所学的计算思维概念，尤其是语法方面的知识。
课程 3.1 基于文本的编码
学生将学习文本编码的基本概念，了解如何在文本编程环境中进行编码。
- 活动 3.1.1 Python 编程基础（3 天）
- 活动 3.1.2 Python 编程进阶（3 天）
课程 3.2 文本解决方案
在本课程中，学生将使用文本编程创建一个模拟，帮助他们理解如何使用对象来创建功能。
- 活动 3.2.1 变量和元素（3 天）
- 活动 3.2.2 逻辑与条件（3 天）
- 活动 3.2.3 组合项目（5 天）
课程 3.3 文本编程的力量
学生将通过项目，选择一个问题来应用解决方案，展示文本编程的价值。
- 项目 3.3.1 从纸张到编程（16 天）
课程简历2展示了学生在 PLTW 课程中获得的技术技能。每个课程简历概述了所获得的技术技能、分析能力和知识。课程简历还列出了学生在工作场所可以应用的相关贡献。
程序设计与开发
- 创建程序：使用过程和事件驱动编程
- 设计用户界面 (UI)：基于人机交互 (HCI) 原则
- 创建车辆控制系统的程序
解释文档
- 使用解释性文档完成任务
- 创建与解释性用户指南相结合的任务
- 理解应用程序编程接口 (APIs)
编程语言
- MIT App Inventor：MIT App Inventor 是一个由麻省理工学院开发的开源工具，旨在帮助用户，特别是初学者，轻松创建移动应用程序。它通过可视化编程界面，使用户能够使用拖放式的方式构建应用，而无需深入学习复杂的编程语言。
- Blockly：Blockly 是由 Google 开发的可视化编程库，允许用户通过拖放积木块构建代码，旨在帮助初学者和非程序员学习编程概念。它支持将可视化代码转换为多种编程语言，如 JavaScript 和 Python，易于集成到 web 应用程序中，并广泛用于教育领域，帮助学生理解编程逻辑。
- Python®
工具和软件
- 皮卡编程：皮卡编程（Pika Programming）通常指的是一种基于图形化界面的编程方式，旨在帮助初学者、尤其是儿童，轻松学习编程概念。通过使用拖放积木的方式，用户可以直观地构建程序，而不需要深入理解复杂的代码语法。
- Blockly
- VEXcode Blocks：VEXcode Blocks 是一个基于块状编程的开发环境，专为 VEX 机器人平台设计。它采用可视化编程界面，允许用户通过拖放不同的编程块来创建程序，从而控制机器人行为。VEX 机器人采用模块化组件，便于组装和扩展，适合初学者和团队项目。
专业技能
- 团队合作
- 领导能力
- 交流与沟通
- 项目设计与实施
- 演讲技巧
- 职业道德
二、计算机科学原理
PLTW 课程旨在帮助学生在不断发展的环境中蓬勃发展。在开发和更新课程的设计过程中，我们关注与多种标准的联系。PLTW 计算机科学原理与以下标准相连接：计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3A) —— 第 2 页、计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3B) —— 第 6 页、技术与信息素养标准 —— 第 10 页
使用 Python® 作为主要工具，学生学习编码、数据处理、数据安全和任务自动化的基础知识，同时学习如何为包容、安全和伦理的计算文化做出贡献。本课程促进计算思维和编码基础，并引入促进创造力的计算工具。《计算机科学原理》帮助学生发展编程技能，并探索互联网的工作原理。项目和问题包括应用程序开发、数据可视化、网络安全和仿真。PLTW 被大学理事会认可为 AP® 计算机科学原理（AP CSP）课程和专业发展的推荐提供者。这一认可确认了 PLTW CSP 所有组件与 AP 课程框架标准和 AP CSP 评估的对齐。
计算机科学课程大纲
表达你的创造力通过编码。分析计算和影响的方式，并了解它们如何相互关联，帮助你开发、实施和测试旨在解决特定问题的项目。
在寻求在不断发展的计算机科学领域中获得成功，或学习如何将计算机科学转化为职业时，计算机科学原理为你提供了编程、数据处理和自动化任务等基础知识，以促进包容、安全和伦理的计算文化。
计算机科学原理（CSP）是一个为期两学期（160 天）的课程，适用于 10–12 年级。CSP 与大学理事会合作，符合计算机科学 K-12 框架（CS K12）的标准。该课程还与计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3A 和 3B) 以及技术与信息素养标准 (STEL) 对齐。
在计算机科学原理课程中，学生将深入了解计算思维和编码基础，并学习如何使用计算工具来促进创造力。课程侧重于帮助学生为未来的职业生涯做好准备，特别是那些对计算机科学感兴趣的学生。每个单元都聚焦于一个或多个计算机科学主题。
计算机科学原理的原则包括：
CSP 课程概述3
单元 1：人人都能创造（27%）
单元 2：处理大数据（14%）
单元 3：小型应用程序（12%）
大学理事会：创造表现任务（27%）
单元 4：解决复杂问题（20%）
单元 1：人人都能创造（44 天）
在单元 1 中，学生通过应用基础编程概念来创造数字图像、动画和互动故事。他们参与创造性的程序设计，学习如何利用多种计算机科学技能。学生探索算法并学习如何在他们的工作中实现这些算法，以应对日益复杂的技术环境。
课程 1.1 算法（23 天）
课程 1.1 向学生介绍文本编程和适合初学者的编程概念。学生创造性地设计程序，并通过学习如何使用算法来解决问题。
- 活动 1.1.1：算法（6 天）
- 活动 1.1.2：算法与表达式（3 天）
课程 1.2 抽象（17 天）
课程 1.2 向学生介绍如何使用抽象来表示程序、函数、列表和数据类型等内容，以便在创造性编程中使用。
- 活动 1.2.1：Catch-A-Turtle（3 天），这个活动可能涉及学生编写程序来捕捉虚拟海龟。学生需要运用编程技能和逻辑思维来设计游戏机制，可能涉及碰撞检测和计分系统。
- 活动 1.2.2：Turtle 排行榜（4 天），在这个活动中，学生可能会创建一个排行榜系统，用于展示在前一个活动中不同玩家的成绩。这个活动可以帮助学生学习如何存储和管理数据，以及如何使用编程语言进行数据处理和可视化。
- 活动 1.2.3：Avale Avalanche（3 天），这个活动可能是一个游戏或模拟，学生需要设计一个系统来应对虚拟的雪崩情况。通过这个活动，学生可能会学习如何使用算法和逻辑来解决问题，并进行场景模拟。
活动 1.3 艺术表达通过代码（4 天）
在活动 1.3 中，学生利用他们所学的编码基础和计算实践，创造一个程序来表达艺术。
单元 2：互联网的每一位（41 天）
在单元 2 中，学生探索网络作为一个相互连接的系统，了解如何通过数据分析观察数据，使其能够处理信息。学生还将研究数据的安全性及其在网络中的重要性。
课程 2.1 数据尽职调查（16 天）
课程 2.1 介绍计算机安全和网络安全的基本概念，包括加密和数据隐私。学生将学习如何在网络环境中保护自己，并了解网络安全对社会的影响。
- 活动 2.1.1：数据尽职调查（4 天）
- 活动 2.1.2：网络安全（4 天）
- 活动 2.1.3：网络隐私（4 天）
课程 2.2 互联网的工作原理（25 天）
课程 2.2 让学生了解互联网如何作为一个系统，通过交换形式的数据来工作。学生将学习互联网基础设施的构建，以及它是如何影响我们日常生活的。
- 活动 2.2.1：互联网与网络（3 天），这个活动可能涉及学生学习互联网的基本概念，包括网络架构、协议和数据传输的原理。学生可能会探索网络如何连接设备和交换信息。
- 活动 2.2.2：初步任务（3 天），在这个活动中，学生可能会进行一些基础的编程任务或项目，以帮助他们熟悉所需的工具和概念。这可能包括简单的编程练习或小组讨论。
- 活动 2.2.3：数据传输（3 天），这个活动可能让学生了解数据在网络中如何传输，包括数据包的概念、传输协议（如 TCP/IP）和数据安全性。学生可能会进行实验，以观察数据传输的实际流程。
- 活动 2.2.4：创新与设计（6 天），在这个活动中，学生可能会进行设计思维过程，创造出新的网络应用或解决方案。他们可能需要进行头脑风暴、原型制作和用户测试，以实现他们的想法。
- 活动 2.2.5：A/G 情境（3 天），这个活动可能涉及学生在特定的应用/游戏情境下进行编程或设计，可能是针对特定问题的解决方案。学生需要考虑用户体验和功能需求。
- 活动 2.2.6：创建命令行 GUI（3 天），在这个活动中，学生将学习如何创建基于命令行的图形用户界面（GUI）。这可能涉及编写代码来创建用户界面元素，并使其能够与用户互动。
单元 3：小数据到大数据（39 天）
在单元 3 中，学生探索模式并从较大数据集中获取有意义的信息。学生从小数据集开始，然后逐渐过渡到更大数据集，以帮助他们理解当今社会。
课程 3.1 数据趋势（20 天）
课程 3.1 通过可视化方法探索数据趋势，使用 Vernier 传感器和其他工具来发现数据中的模式。学生了解数据分析的“关键点”是什么，并学习如何将数据表示为不同的视觉形式。
- 活动 3.1.1：数据可视化（4 天）
- 活动 3.1.2：小数据分析（6 天）
- 活动 3.1.3：趋势预测（4 天）
课程 3.2 了解大数据（14 天）
课程 3.2 的重点是创建可视化以揭示数据中的模式，这次使用更大规模的数据集。学生通过审查相关性和因果关系，了解如何从数据中提取见解。
活动 3.2.1 温度趋势（3 天）
活动 3.2.2 数据趋势（4 天）
活动 3.2.3 理解数据（3 天）
项目 3.3.1 从数据中做出预测（5 天）
在此项目中，学生将从选择的数据中进行预测，并根据数据趋势做出判断。
大学理事会：创造表现任务（12 天）
学生在这里有灵活性，可以选择反映他们兴趣的项目（即，他们希望创建一个程序，或设计一个应用程序），以展示他们的编程能力。在这一阶段，学生将应用他们的知识，设计一个程序，展示他们在计算机科学方面的创造力。此任务的引入时间不固定。
大学理事会：创造表现任务总结
学生必须通过项目展示他们的能力，且该任务必须在教师的指导下完成。
单元 4：解决复杂问题（24 天）
在单元 4 中，学生识别问题并使用模拟来解决复杂问题，采用代理基础的方法。学生将分析问题并评估假设，并利用结果进行进一步的创新。
课程 4.1 模拟现实（10 天）
在此课程中，学生使用模拟技术来建模现实世界中的问题，以理解复杂系统的行为。
课程 4.2 创新（10 天）
课程 4.2 聚焦于技术创新，学生将探索如何使用计算机科学来推动创新和解决问题。
课程 4.3 影响计算创新（4 天）
在此课程中，学生将研究计算机科学创新对社会的影响，并思考未来可能的技术发展。
课程 4.1 模拟现实（12 天）
在课程 4.1 中，学生研究如何使用计算机模拟来表示现实世界中的问题或结果。他们比较模拟与真实世界的差异，并通过模型和模拟来研究复杂、危险和广泛的系统，以便更轻松地解决它们。
- 活动 4.1.1：模拟实例（3 天）
- 活动 4.1.2：预测增长率（3 天）
- 活动 4.1.3：模拟预测天气（3 天）
课程 4.2 未来创新（9 天）
在课程 4.2 中，学生探索计算机创新，如机器学习、人工智能和云计算，通过探索各种工具和资源来进行学习。
- 活动 4.2.1：机器学习与 AI（3 天）
- 活动 4.2.2：未来创新（3 天）
- 项目 4.2.1：移动课堂（3 天）
课程 4.3 计算机创新的影响（3 天）
在课程 4.3 中，学生描述计算机创新的影响，包括其潜在的好处和意外后果。
- 活动 4.3.1：计算机的影响（3 天）
- 项目 4.3.2：探索任务 3（3 天）
课程总结
课程总结概述了学生在 PLTW 课程中获得的技术技能。每个课程总结列出了学生在课程中获得的计算技能、分析技能和知识。课程总结还详细说明了与工具、软件、工作和工程设计相关的具体贡献，这些都是在工作场所立竿见影的。
计算思维实践
- 计算解决方案设计
- 抽象思维
- 程序开发与调试
- 适应性编程
程序设计与开发
- 学习编程语言（如 Python）
- 使用程序设计原则
- 创建和使用算法
- 设计和开发软件项目
专业技能
- 编程语言
- Python® 3.8，Python不仅可以用于Web开发，还可以用于数据分析、机器学习和自动化等领域，这使其成为一种多用途的语言，适合跨学科的学习。
- 人际沟通
- 解决问题的能力
- 团队合作：敏捷项目开发
工具与软件
- 基于 web 的编码编辑器
- Google 表格
- Google Sheets™
- Google Drive™
- Google Meet™
- App Inventor
解释与创建 API
- 了解应用程序编程接口（APIs）
- 设计、创建和使用 API
- 分析数据源与创建可视化
建模与模拟
- 使用代理基础的模拟
- 创建模型以呈现结果
- 评估假设和结果
三、计算机科学 A
PLTW 课程旨在使学生能够在不断发展的环境中茁壮成长。在开发和设计课程的过程中，我们注重与多种标准的联系。PLTW 计算机科学 A 课程与计算机科学标准相连接，具体是：目录
计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3A) — 第 2 页、计算机科学教师协会 K-12 计算机科学标准 (3B) — 第 8 页、技术与工程素养标准 — 第 12 页
在计算机科学 A 课程的学习过程中，学生通过分析、编写和测试代码，培养对编码的理解，同时探索模块化、变量和控制结构等概念。课程的基本主题包括解决问题的设计、使用数据结构组织大规模数据、开发和实施算法以处理数据并发现新信息、分析潜在解决方案，以及计算系统的伦理和社会影响。课程强调使用 Java 编程语言进行面向对象的编程和设计。PLTW 被大学理事会认可为 AP® 计算机科学 A 课程（AP CSA）课程和专业发展的认可提供者。这一认可确认了 PLTW CSA 所提供的所有组件均与 AP 课程框架标准和 AP CSA 评估保持一致。
计算机科学 A 课程大纲6
计算机科学 A 课程包括超过 160 小时的实践活动和实验室体验，旨在帮助学生独立或小组中发展他们在解决问题方面的能力，特别是使用 Java 编程语言，设计解决方案、检测错误并进行调试。
计算机科学 A（CSA）旨在成为一个为期一年的完整课程，适合 12 年级学生。课程涵盖问题解决的基本概念，如模块化、变量和控制结构。同时，课程还强调数据结构的使用、算法的开发与实现、以及计算机科学标准 K12（CS K12）、技术与工程素养标准（STEL），并与相关标准进行对接。
第一章 Java 编程基础（45 天）
计算机科学 A 的第一章介绍 Java 编程基础。课程中包含嵌入式代码示例，学生将以小组协作的方式设计并实现解决方案，最终创建一个类似逃生室的游戏风格项目。
Java 编程基础单元总结
- 单元 1 原始类型（10 天）
- 单元 2 使用对象（17 天）
- 单元 3 方法和语句（14 天）
单元 1 原始类型
变量用于在计算机中存储数据。变量的一种类别是可以存储在变量中的原始数据类型。在这一单元中，学生将学习 Java 中定义的基本数据类型及其可以执行的操作。学生还将学习如何通过 System.out 输出数据。
活动
- 活动 11.1：为什么要编程？（1 天）
- 活动 11.2：为什么选择 Java？（1 天）
- 活动 11.3：变量的定义和使用（1 天）
- 活动 11.4：常量（1 天）
- 活动 11.5：类型的转换（1 天）
- 活动 11.6：PLTW 项目 - 制作杂志（3 天）
单元 2 使用对象
本单元介绍一种数据类型：引用数据。引用数据允许真实世界的对象与程序中的变量进行交互。学生将通过引入数学概念来学习如何使用字符串（String）来表示对象，并了解如何使用变量来引用这些对象。
活动
- 活动 12.1：对象的概念（1 天）
- 活动 12.2：类和对象（1 天）
- 活动 12.3：方法（1 天）
- 活动 12.4：字符串的使用（1 天）
- 活动 12.5：PLTW 项目 - 制作填字游戏（3 天）
单元 3 布尔表达式
算法被视为构建模块：选择、顺序和迭代。本单元侧重于逻辑运算，表示条件语句和控制流。学生将学习如何使用布尔表达式来控制程序的执行。
活动
- 活动 13.1：布尔表达式（1 天）
- 活动 13.2：如果语句和控制流（1 天）
- 活动 13.3：如果语句（1 天）
- 活动 13.4：逻辑运算符（1 天）
单元 1 布尔表达式
算法是构建基本模块的关键，涉及顺序、选择和迭代等过程。本单元重点关注迭代，通过引入算法和类似循环的概念，学生将学习如何使用迭代。学生还将学习将在一维数组、数组列表和二维数组中使用迭代的技术。
活动
- 活动 13.1：布尔表达式（2 天）
- 活动 13.2：如果语句和控制流（1 天）
- 活动 13.3：复合语句（2 天）
- 活动 13.4：条件表达式（2 天）
- 活动 13.5：PLTW 项目 - 制作逃生室游戏（3 天）
问题 1
学生将通过他们所设计的、以小组合作的方式，创建一个解决方案，解决一个类似逃生室的项目问题。
第二章 迭代与类（44 天）
迭代与类单元总结
- 单元 4 迭代（18 天）
- 单元 5 类（22 天）
单元 4 迭代
本单元关注迭代的使用。学生将学习算法和控制结构，通过使用迭代，学生将能够有效地解决问题。学生还将学习如何在一维数组、数组列表和二维数组中使用迭代。
活动
- 活动 24.1：使用循环（2 天）
- 活动 24.2：使用字符串开发（2 天）
- 活动 24.3：使用数组（2 天）
- 活动 24.4：开发算法（3 天）
- 活动 24.5：消费者角色（1 天）
单元 5 写类
本单元要求学生使用自定义类来创建新的、未定义的引用数据类型，目的是帮助学生理解如何有效地解决问题。学生将通过介绍面向对象编程的基本概念来探索编写类的过程，包括定义类、创建对象并实现行为和属性的相关性。还将介绍如何在程序和计算过程中解决相关问题。
问题 2
在本章结束时，学生将实现他们所设计的、以小组合作的方式的解决方案，并协作开发一个系统或应用程序，以为类似逃生室的项目提供视角并帮助销售该项目。
第 3 章 数组（44 天）
数组单元总结
- 单元 6 数组（11 天）
- 单元 7 ArrayList（11 天）
- 单元 8 二维数组（22 天）
单元 6 数组
数组是一种数据结构，用于表示相关数据类型的集合，通过单个变量来处理。通过使用数组和适当的变量，学生将学习如何处理类似数据的集合。在本单元中，学生将学习数组的基本概念和操作，包括创建数组、访问数组元素等。
活动
- 活动 25.1：数组的创建和访问（2 天）
- 活动 25.2：数组的遍历（3 天）
- 活动 25.3：使用数组的类（2 天）
- 活动 25.4：增强数组算法（3 天）
- 活动 25.5：改进算法（2 天）
- 活动 25.6：PLTW 项目 - 游戏（3 天）
单元 7 数组列表
在单元 6 中学习的基础上，数据结构在存储多个相关数据值时非常有用。数组列表（ArrayList）是一种可变长度的数据结构，允许学生动态地添加和删除元素，并进行排序和重新排列。学生将学习如何选择合适的数组列表，以存储与数据相关的重要信息。
活动
- 活动 17.1：数组列表简介（1 天）
- 活动 17.2：使用 ArrayList（1 天）
- 活动 17.3：添加和删除元素（2 天）
- 活动 17.4：排序（3 天）
- 活动 17.5：排序算法（3 天）
- 活动 17.6：PLTW 项目 - 数据实验室活动 4（4 天）
单元 8 二维数组
在本单元中，学生将实现二维（2D）数组。二维数组最适合用于存储具有多个元素的相关数据。学生将学习如何使用二维数组来表示和访问数据，并处理行和列的操作。
活动
- 活动 18.1：二维数组简介（2 天）
- 活动 18.2：遍历二维数组（3 天）
- 活动 18.3：使用二维数组（2 天）
- 活动 18.4：PLTW 项目 - 数据实验室活动 4（4 天）
第四章 继承与递归（29 天）
继承与递归单元总结
在本章中，学生将探索高级面向对象编程的概念，包括继承和递归。通过项目和活动，学生将学习如何使用这些概念来解决问题。
单元 9 继承
创建对象、调用方法以及定义新数据类型的能力是面向对象编程的核心理解之一。Java 的一个重要特性是能够通过继承来扩展现有类。通过特定的类设计，学生将学习如何识别和实现类层次结构。识别和利用层次结构将帮助学生创建更强大和可维护的程序。
活动
- 活动 19.1：创建类（1 天）
- 活动 19.2：构造方法（2 天）
- 活动 19.3：开发子类（2 天）
- 活动 19.4：覆盖方法（2 天）
- 活动 19.5：使用接口（2 天）
- 活动 19.6：PLTW 项目 - 名人游戏（3 天）
单元 10 递归
解决问题可以通过解决更小的相同问题来实现。在本单元中，学生将探索递归的概念，并学习如何使用递归来解决问题。学生将学习如何使用递归来解决排序和查找等问题，并确定在特定情况下使用递归的适用性。
活动
- 活动 20.1：递归简介（1 天）
- 活动 20.2：递归排序和查找（3 天）
- 活动 20.3：PLTW 项目 - 最终项目（5 天）
问题 3
学生将利用在项目中获得的所有技能，选择一个问题并开发一个解决方案。
课程简历5
课程简历展示了学生在每个 PLTW 课程中获得的技术技能。每个简历概述了计算思维、分析技能和获得的知识。
计算思维实践
- 程序设计与算法开发
- 代码逻辑
- 代码调试
- 代码测试
与入门大学编程课程的对接
程序设计和算法开发通过确定给定问题的解决方案。学生将通过分析程序的逻辑与结构来识别错误，并使用调试技术确保程序的正确性和有效性。通过理解技术的社会和伦理影响，学生能够在工作场所中运用这些技能。
编程语言
- Java
软件与硬件
- Microsoft Visual Studio
职业技能
- 表达/沟通
- 技术写作
- 公共演讲
- 伦理
四、网络安全
网络安全课程介绍了网络安全的工具和概念，并鼓励学生创建解决方案，以便人们在保护隐私的同时共享计算资源。在全国范围内，计算资源易受攻击且频繁遭受攻击；在网络安全课程中，学生通过虚拟实验室发现该领域的关键概念。这些实验室的复杂程度从个人计算机逐步提升到更复杂的网络环境。该课程提高了学生对道德计算行为的认识和承诺。同时，它还旨在培养学生作为消费者、朋友、公民和员工的技能，使他们能有效地为拥有可靠网络基础设施的社区做出贡献，从而安全地传输和处理信息。
课程简历8
课程简历展示了学生在每个 PLTW 课程中获得的技术技能。每个简历概述了计算技能、分析技能和在课程中获得的知识。
信息安全
- 评估和定义信息安全需求
- 组织和保护信息在系统中的存储
安全算法
- 分析和应用密码学概念
- 评估加密和解密的有效性
计算机系统与网络
- 识别和分析网络设备以进行网络配置
- 使用网络流量分析工具识别安全问题
- 使用签名和其他机制保护数据的完整性
网络取证
- 评估数字证据
- 识别允许访问系统的合法和非法方法
- 分析数字证据的链
行业标准工具
- 网络攻击
- 网络安全中的漏洞评估
- 敏捷开发/项目管理
- 信息安全管理框架
职业技能
- 网络黑客
- 网络安全中的伦理
- 团队合作
- 表达/沟通
- 公共演讲
- 网络安全最佳实践
PLTW 计算机科学课程大纲7
网络安全
PLTW 网络安全课程为 9 至 12 年级的学生设计，旨在让学生识别网络威胁并应对这些威胁，检测入侵并响应攻击。通过深入审视个人数字足迹和保护个人隐私，学生将了解当今组织在网络安全方面的最佳实践。
在寻求在网络安全领域建立职业生涯时，学生将在 PLTW 网络安全课程中发现个人数据和公司数据的重要性。
单元 1 个人安全（28 天）
通过利用他们与技术相关的经验，学生将学习个人安全的重要性。
- 个人安全
- 课程 11：引言与网络安全（10 天）
- 课程 12：识别威胁（8 天）
- 课程 13：保护你的数据（10 天）
课程 11 引言与网络安全（2 天）
活动 11.1 网络安全的介绍
描述网络安全的重要性，以及如何成为安全的数字消费者。
课程 12 安全与互联网（25 天）
网络安全是一个由多个组件组成的复杂系统，通常通过防火墙进行保护。学生将学习防火墙的基本类型，以及如何保护自己免受攻击。学生将了解攻击者如何识别目标、入侵系统并造成伤害。
- 活动 12.1 理解防火墙（3 天）
- 活动 12.2 识别网络流量（3 天）
- 活动 12.3 使用安全浏览器（3 天）
- 活动 12.4 它是一个陷阱！（3 天）
- 活动 12.5 保护你的数据（3 天）
课程 13 保护你的数据（5 天）
学生将学习如何识别文件、目录、进程、浏览器、服务和其他脆弱点，以保护自己的数据。
单元 2 系统安全（33 天）
学生从个人安全的角度扩展到系统安全。他们学习信息安全的基本概念，并深入了解服务的脆弱性。他们还学习如何安全地使用电子商务网站。
- 系统安全
- 课程 2.1 信息安全基础（5 天）
- 课程 2.2 系统脆弱性（8 天）
- 课程 2.3 系统漏洞（12 天）
- 课程 2.4 网络安全最佳实践（8 天）
课程 21 信息架构
学生将深入了解信息的机密性以及它与信息完整性和安全性之间的关系，同时比较共享信息的优势和风险，揭示“云”的本质，了解网络的扩展性，并增强安全性。
- 活动 21.1 机密性、完整性与安全性（2 天）
课程 22 服务器脆弱性
学生将深入研究恶意软件的类型及其对交付系统的影响。通过使用实际应用程序和支持它们的服务器，学生学习攻击是如何发生的。
- 活动 22.1 一个或多个脆弱性（3 天）
- 活动 22.2 服务器分析（2 天）
课程 23 服务器利用
学生将深入探讨恶意软件是如何传播并影响系统的。他们分析和发现恶意软件如何影响网络服务器的客户应用程序。
- 活动 23.1 停止电子商务数据（2 天）
- 活动 23.2 停止恶意软件（2 天）
课程 24 电子商务网站
学生将学习如何安全地交换和保护电子商务网站中的信息。在单元末，学生将进行一个综合项目，识别电子商务网站中的脆弱性，并确保其安全。
单元 3 网络安全（46 天）
学生将学习高度网络化世界的信息安全方面以及信息风险。他们将了解操作系统和网络概念，学习识别恶意软件的类型，并了解如何保护系统免受攻击。
课程 31 文件和进程（11 天）
学生将学习如何使用命令行工具组织信息，以管理和保护系统。通过分析进程和文件，学生了解如何识别潜在威胁。
- 活动 31.1 文件和进程（3 天）
- 活动 31.2 访问控制（3 天）
- 活动 31.3 保护文件和进程（5 天）
课程 32 网络攻击（20 天）
学生将深入探讨网络安全的概念，学习如何评估和防范网络攻击。
- 活动 32.1 网络攻击的基础（3 天）
- 活动 32.2 分析网络流量（3 天）
- 活动 32.3 评估网络流量（3 天）
- 活动 32.4 网络流量监控（3 天）
- 活动 32.5 防止网络攻击（8 天）
课程 33 分析（15 天）
学生将分析网络流量，并进行保护，学习如何执行数据包分析。
- 活动 33.1 域名解析（3 天）
- 活动 33.2 捕获电子邮件消息（3 天）
- 活动 33.3 分析无线网络（3 天）
- 活动 33.4 模拟攻击（6 天）
单元 4 应用网络安全（42 天）
学生将在应用网络安全课程中学习密码学和数字取证。通过实际案例，他们将处理犯罪现场，以揭示神秘事件及其潜在后果。
应用网络安全
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课程 41 密码学（15 天）
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学生将学习密码学的历史和应用，并使用频率分析来破解代码。他们将探讨加密技术及其应用，最终能够解密各种加密消息。
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活动 41.1 基础加密技术（3 天）
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活动 41.2 加密与解密（3 天）
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活动 41.3 破解与反向工程（3 天）
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活动 41.4 解决案例（6 天）
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课程 42 数字取证（15 天）
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学生将学习如何处理数字证据，包括文件、数据完整性和电子邮件分析。
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活动 42.1 证据处理（3 天）
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活动 42.2 数据完整性（2 天）
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活动 42.3 电子邮件取证（2 天）
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活动 42.4 分析文件（3 天）
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活动 42.5 解决案例（5 天）
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课程 43 刑事司法与计算机科学（12 天）
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学生将与当地执法机构合作，调查并提供具体证据以解决犯罪案件。
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活动 43.1 了解犯罪（3 天）
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活动 43.2 调查技术（3 天）
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活动 43.3 提交证据（6 天）
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五、PLTW 结业项目
PLTW 课程旨在使学生在不断变化的世界中茁壮成长。在设计和更新课程时，我们关注与各种标准的联系。PLTW 结业课程与以下标准相连接：英语语言艺术标准（Common Core State Standards for English Language Arts） .......................... 第 2 页、数学标准（Common Core Standards for Mathematics） .................................................. 第 20 页、下一代科学标准（Next Generation Science Standards） .................................................. 第 28 页、技术与工程素养标准（Standards for Technological and Engineering Literacy） .............. 第 34 页
学生在 PLTW 结业课程中参与开放式研究体验，这是为完成 PLTW 高中课程的学生设计的 culminate 项目。他们以团队合作的方式，设计和开发针对明确且有理有据的现实问题的原创解决方案。
课程简历9
课程简历展示了学生在 PLTW 课程中获得的技术技能。简历概述了计算能力、分析技能以及学生在特定课程中获得的知识。课程简历还显示了学生的实际经验，包括工具、软件和技术。详细的简历将根据学生的参与情况而有所不同。
本课程简历将涵盖 PLTW 结业课程。以下列出了根据所选知识和技能在工程、计算机科学和其他相关学科中学生获得的技能。
问题解决技能
通过设计解决方案以进行开放式研究，学生将：
- 发展解决问题的能力，以便在团队中有效工作
- 进行研究以阐明问题及其解决方案
- 设计、原型制作和开发产品或软件
可转移技能
学生在工程、计算机科学和其他学科中获得的不同知识和技能的变体包括：
- 研究技能
- 技术写作
- 逻辑推理
- 创意思维
工具和软件
根据所选解决方案和解决问题的方法，学生将使用：
- Microsoft Office（Excel、Word、PowerPoint）
- 3D 建模软件
- 实验室设备
- 实验室分析工具与传感器/探头
- MIT App Inventor
- Visual Studio Code
- Python
- Java
PLTW 高中课程大纲10
知识与技能
学生在 PLTW 高中课程中获得的知识和技能涵盖计算机科学、工程和生物医学科学等多个领域。PLTW 结业课程让学生能够汇聚各自的高年级经验，团队合作，设计并解决开放式问题。
PLTW 结业课程是为那些参加 PLTW 高中课程的学生设计的。它是一个开放式研究课程，学生将在其中与团队合作，定义、研究和解决所识别的问题。
团队将选定一个主题，进行研究以确定问题的根源，并最终开发出可行的解决方案。通过这一过程，学生将获得必要的技术技能、分析技能和软件开发能力，使他们能够根据真实问题提出原创解决方案。
常见的结业课程主题/领域
创新与解决问题
- 问题识别与解决
- 研究
- 设计与开发
- 原型制作
- 测试与评审
- 反馈与调整
独立设计与执行
- 项目识别
- 研究
- 项目规划
- 设计、评审和测试
- 过程复审
- 结果评估
PLTW 结业课程的结构与工程设计过程组合评估标准相结合。在本课程中，学生被鼓励整理他们的作品集，以展示在该领域的组件和元素。
组件 1. 结业旅程
PLTW 结业课程为学生提供了一个结构化的过程，以识别和解决问题。学生获得指导，帮助他们评估自己的进展。通过这一过程，学生能够定义问题、进行研究并提出解决方案，从而为与行业专业人士的互动做好准备。最终，学生将向教职员工和行业专家展示他们的成果，展示他们在解决问题方面的能力，并为他们的未来职业生涯做好准备。
组件 2. 问题验证
学生将选择一个主题，并制定清晰的问题陈述，以确定解决方案的方向。学生将进行广泛的研究，确保他们的解决方案可行且具有现实意义。通过这一过程，学生将能够验证他们的解决方案的有效性，并确保其对实际问题的适用性。
组件 3. 原型制作与测试
学生将设计和创建一个可行的原型，以评估设计的有效性。学生将进行以下活动：
- 设计测试原型
- 进行原型测试和数据收集
- 评估设计的可行性
元素 G. 构建可测试原型
元素 1. 测试、数据收集与分析
组件 5. 项目与过程评估
在此阶段，寻求并记录所有利益相关者的反馈至关重要。学生设计师反思所有设计决策以及从测试过程中生成的分析。然后，设计师会进行以下活动：
- 元素 1. 项目文档
- 元素 2. 设计项目的反思
组件 6. 设计展示
在设计过程结束时，学生展示并辩护他们的过程和决策。具体包括：
- 元素 1. 项目与作品集的展示
- 元素 2. 技术沟通
组件 7. 超越普通结业
完成课程后，结业课程的学生将获得大学和职业准备的机会。学生可以获得奖学金、实习和其他与 PLTW 结业课程相关的机会。