课程《Tools for Thought》：计算工具如何增强人类认知

讲座

周二/周四 10:30-11:50

CIT 477

2026年春季

人类的技术进步在一定程度上是由思维工具（TfT）的发展所定义的，这些工具增强了我们的认知能力：记忆术、书写、图表、计算器、符号系统等等。计算机推动了思维工具的革命，这在数据可视化、搜索引擎、数字地图、计算笔记本和生成式人工智能等软件中可见一斑。本课程为理解当今的思维工具奠定基础，帮助你构建未来的思维工具。

我们将从几个视角探索计算性思维工具：

• 心理学：认知理论如何为思维工具的设计提供信息？我们将主要关注记忆、感知、问题解决和学习的理论。
• 历史：我们能从思维工具的近现代与遥远过去中学到什么？我们将考察从口述传统到中世纪手抄本再到现代互联网起源的思维工具。
• 工程：构建思维工具涉及哪些设计权衡？我们如何构建易于归档、扩展、分享和定制的思维工具？

讲座

01/22

• Vannevar Bush。"As We May Think"（1945）
• Douglas Engelbart。"Mother of All Demos"（1968）
• Alan Kay。"Dynabook: The Complete Story"（1996）
• Apple Knowledge Navigator（1987）
• Bret Victor。Computational Public Space（2024）

所有引用作品

• Douglas Engelbart。"Augmenting Human Intellect"（1962）
• Microsoft: Productivity Future Vision（2011）

01/27

• John Anderson。Cognitive Psychology（2020）。第6-7章
• Walter Ong。Orality and Literacy（1982）
• David Rubin。Memory in Oral Traditions（1997）

所有引用作品

• George Sperling。"Successive approximations to a model for short term memory"（1967）
• Glenberg。Smith。和Green。"Type I rehearsal: Maintenance and more"（1977）
• Ericsson。Chase。和Faloon。"Acquisition of a Memory Skill"（1980）
• Chase和Simon。"Perception in Chess"（1973）
• McKeithen等。"Knowledge Organization and Skill Differences in Computer Programmers"（1981）
• Pirolli和Anderson。"The Role of Practice in Fact Retrieval"（1985）
• Jullian Blackburn。The Acquisition of Skill（1936）
• Harry Bahrick。"Semantic memory content in permastore: Fifty years of memory for Spanish learned in school"（1984）
• Pavlik和Anderson。"Practice and Forgetting Effects on Vocabulary Memory"（2005）
• Roger Shepard。"Recognition memory for words, sentences, and pictures"（1967）
• Godden和Baddeley。"Context-Dependent Memory in Two Natural Environments: On Land and Underwater"（1975）
• Saufley、Otaka和Bavaresco。"Context effects: Classroom tests and context independence"（1985）
• Eric Havelock。Preface to Plato.（1963）
• Eric Havelock。The Greek Concept of Justice.（1978）
• Francis Yates。The Art of Memory.（1966）

01/29

• Gwern Branwen。"Spaced Repetition for Efficient Learning"
• Matuschak和Nielsen。"How can we develop transformative tools for thought?"（2019）

所有引用作品

• Roediger和Karpicke。"Test-Enhanced Learning: Taking Memory Tests Improves Long-Term Retention"（2006）
• Landauer和Bjork。"Optimum Rehearsal Patterns and Name Learning"（1978）
• Kang 等，“长期检索练习：间隔应该是扩展的还是等间隔的？”（2014）
• Sebastian Leitner。So lernt man Lernen.（1972）
• Gilbert 等，“一项评估 Anki 作为间隔重复工具对医学院学业成绩影响的队列研究”（2023）
• Ganjavi 等，“ChatGPT 与大型语言模型（LLM）的认知与使用”（2024）
• Michael Nielsen。“增强长期记忆”（2018）
• Github 用户 Expertium。“应避免模式匹配的笔记类型”
• Matuschak 和 Nielsen。“写给非常好奇者的量子计算”（2019）
• Andy Matuschak。“我们如何学习？”（2024）
• Piotr Wozniak。Optimization of learning.（1990）

02/03

阅读 I
文字书写技术

• Steven Fischer。A History of Writing（2020）
• Rayner 等，Psychology of Reading（2012）
• John Anderson。Cognitive Psychology（2020），第 13 章

所有引用作品

• Kuhn 等，“使阅读流畅性的理论与评估相一致：自动化、韵律与流畅性的定义”（2011）
• Hasbrouck 和 Tindal。“口语阅读流畅性常模：阅读教师的有价值评估工具”（2011）
• Aaronson 和 Scarborough。“句子编码的表现理论：一些定量证据”（1976）
• Singer。“语篇推理过程”（1994）
• Zimny。Recognition Memory for Sentences From Discourse（1987）

02/05

• Sellen 和 Harper。The Myth of the Paperless Office（2003）
• Tashman 和 Edwards。“LiquidText：支持主动阅读的灵活多点触控环境”（2011）
• Bret Victor。“可探索的解释”（2011）
• Lo 等，“语义阅读器项目”（2024）

所有引用作品

• Wallace 等，“迈向个性化阅读体验：不同字体提高不同个体的阅读速度”（2022）
• Daniel Doyon。“仿生阅读真的有效吗？我们计时了 2,000 多名读者，结果可能会让你惊讶”（2022）
• Joshua Snell。“不，仿生阅读不起作用”（2024）
• Koornneef 和 Kraal。“BeeLine Reader 的渐变彩色字体能提高初学读者对数字文本的可读性吗？”（2022）
• Kuster 等，“Dyslexie 字体对患有或不患有阅读障碍的儿童均无益处”（2017）
• Wery 和 Diliberto。“特殊阅读障碍字体 OpenDyslexic 对阅读速度和准确性的影响”（2016）
• Head 等，“为科学论文增补即时、位置敏感的术语与符号定义”（2021）
• Ström、Åström 和 Akenine-Möller。Immersive Linear Algebra（2020）
• Bartosz Ciechanowski。“机械表”（2022）
• Bret Victor。“十个更光明的想法？一个可探索的解释”（2010）
• Distill 编辑团队。“Distill 休刊”（2021）
• Romat 等，“SpaceInk：为上下文内注释腾出空间”（2019）
• Liu 等，“DocVision：面向数字学术文献的无缝跨设备沉浸式主动阅读框架”（2025）

02/10

• Ann Blair。Too Much to Know: Managing Scholarly Information before the Modern Age（2010）
• Elizabeth Eisenstein. The Printing Revolution in Early Modern Europe（2013）
• Judith Flanders. A Place for Everything: The Curious History of Alphabetical Order（2021）
• Ted Nelson. “Getting It Out of Our System”（1967）

所有引用作品

• Buringh 和 Luiten Van Zanden. “Charting the “Rise of the West”: Manuscripts and Printed Books in Europe, A Long-Term Perspective from the Sixth through Eighteenth Centuries”（2009）
• Dennis Duncan. Index, A History of the（2022）
• Markus Krajewski. Paper Machines: About Cards & Catalogs, 1548-1929（2011）
• Daniel Headrick. When Information Came of Age: Technologies of Knowledge in the Age of Reason and Revolution, 1700-1850（2000）
• Charles Cutter. Rules for a Dictionary Catalogue（1904）
• Melvil Dewey. A Classification and Subject Index for Cataloguing and Arranging the Books and Pamphlets of a Library（1876）
• Thomas Malone. “How Do People Organize Their Desks? Implications for the Design of Office Information Systems”（1983）
• Niklas Luhmann-Archiv

02/12

• Tim Berners-Lee. “Information Management: A Proposal”（1989）
• Steven DeRose. “What do we still lack? Or: Prolegomena to any future hypertext system”（2014）

所有引用作品

• Jake Teton-Landis. “Exploring Notion's Data Model: A Block-Based Architecture”（2021）
• Bevendorff 等. “Is Google Getting Worse? A Longitudinal Investigation of SEO Spam in Search Engines”（2024）
• Lewandowski 等. “The influence of search engine optimization on Google's results: A multi-dimensional approach for detecting SEO”（2021）
• Zittrain 等. “Perma: Scoping and Addressing the Problem of Link and Reference Rot in Legal Citations”（2014）
• “How I Prep D&D With Obsidian”
• “Literature Review with Zettelkasten & Tinderbox”
• “Organizing docs & wikis for large teams”
• “How to build a dashboard in Coda”

02/17

[长周末]

02/19

• Colin Ware. Information Visualization: Perception for Design（2020）
• Tamara Munzner. Visualization Analysis & Design（2014）

所有引用作品

• Ruth Rosenholtz. “Capabilities and Limitations of Peripheral Vision”（2016）
• S. S. Stevens. Psychophysics: Introduction to Its Perceptual, Neural, and Social Prospects（1975）
• Heer 和 Bostock. “Crowdsourcing graphical perception: using mechanical turk to assess visualization design”（2010）
• Treisman 和 Gelade. “A feature-integration theory of attention”（1980）
• Ruth Rosenholtz. “Visual Attention in Crisis”（2025）

02/24

• Leland Wilkinson. The Grammar of Graphics（2001）
• Satyanarayan 等. “Vega-Lite: A Grammar of Interactive Graphics”（2016）

所有引用作品

• datasauRus
• J. C. R. Licklider. “Man-Computer Symbiosis”（1960）
• Edmond Halley. An Historical Account of the Trade Winds（1686）
• Petrus Apianus. Cosmographia（1546）
• William Playfair. The Commercial and Political Atlas（1787）
• Charles Minard. Des tableaux graphiques et des cartes figuratives（1861）
• John Snow. On the Mode of Communication of Cholera（1855）
• Bhatia 等，“你居住的地方会下多少雪？”《纽约时报》（2026年2月21日）
• Josh Katz。“米兰-科尔蒂纳冬奥会：谁在奖牌榜上领先？”《纽约时报》（2026年2月21日）
• Bostock 等，“D3：数据驱动文档”（2011）
• Ye 等，“Penrose：从数学符号到精美图表”（2020）
• Pollock 等，“Bluefish：用声明式关系组合图表”（2024）

02/26

• Edward Tufte。定量信息的视觉展示（1983）
• Jock Mackinlay。“自动化设计关系信息的图形呈现”（1986）

03/03

• Scott McCloud。理解漫画（1993）
• Larkin 和 Simon。“为什么一张图（有时）胜过千言万语”（1987）

所有引用作品

• Nicole Yankelovich、Norm Meyrowitz 和 Andy van Dam。“阅读与书写电子书”（1985）
• Byrne 等，“评估动画作为学习计算机算法的学生辅助工具”（1999）
• Robert Finkel。“箭头的历史”（2015）
• Roberts 等，“偏好与表现：探究示意性地铁地图的客观可用性测量与主观评分之间的分离，以及直觉设计理论”（2016）
• Tversky 等，“可视化思维：映射类别与连续体”（2011）

03/05

• Richard Mayer 和 Logan Fiorella 编。剑桥多媒体学习手册（2021）
• Edward Tufte。PowerPoint 的认知风格（2003）
• Tversky 等，“动画：它能促进学习吗？”（2002）

所有引用作品

• Schmidt 等，“当更多并不更好：多媒体设计中教学等价假设的证据”（2025）
• Garner 和 Alley。“演示幻灯片的设计如何影响观众理解：支持断言-证据方法的理由”（2013）
• Kayvon Fatahalian。“清晰演讲的技巧”（2023）

03/10

• Seymour Papert。头脑风暴：儿童、计算机与强大理念（1980）[反驳]
• Justin Reich。未能颠覆：为什么仅靠技术无法改变教育（2020）

所有引用作品

• Horace Mann。“向马萨诸塞州教育委员会秘书提交的第十二份年度报告”（1848）
• 国家处于危险之中：教育改革的必要性（1983）
• Martin Weller。教育科技的25年（2020）
• Larry Cuban。过度推销与使用不足：课堂中的计算机（2003）
• Bill Ferriter。“为什么我讨厌交互式白板”（2010）
• Christensen 等，颠覆课堂：颠覆性创新将如何改变世界学习的方式（2008）
• Salman Khan。“让我们用视频重塑教育”（2011）
• Tamar Lewin。“经历挫折后，在线课程被重新思考”（2013）
• Eames 等，“现实世界中的计算机辅助学习：Khan Academy 如何影响学生的数学学习”（2026）
• Luis von Ahn。“如何让学习像社交媒体一样令人上瘾”（2023）

03/12

客座讲座：Shriram Krishnamurthi

03/17

• Gottlob Frege。概念文字，一种模仿算术的纯思维公式语言（1879）
• Florian Cajori. 数学符号史（1928）
• Zhang 和 Norman. “记数系统的表征分析”（1995）

所有引用作品

• “花拉子米与二次方程”（2006）
• Anna Heyward. “如何编写一支舞”（2015）
• C. F. Abdy Williams. 符号的故事（1903）
• Terry Tao. 论数学符号（2020）

03/24

[春假]

03/26

[春假]

03/31

• Bonnie Nardi. 编程这件小事（1995）
• Bartram、Correll 和 Tory. “凌乱数据：表格的不可思议的有效性”（2022）

所有引用作品

• Bill Casselman. “巴比伦泥板 Plimpton 322”（2003）
• Hendry 和 Green. “创建、理解与解释电子表格”（1994）
• Chalhoub 和 Sarkar. “理解并改善电子表格中数据组织方式的用户体验”（2022）
• Kassoff 和 Genesereth. “PrediCalc：一个逻辑电子表格管理系统”（2005）
• Chang 和 Myers. “在电子表格中使用和探索层次化数据”（2016）
• McCutchen 等. “对象电子表格：一种面向数据中心的 Web 应用最终用户开发的新计算模型”（2016）
• Warth、Litt 和 Bryant. Ambsheets：用于探索场景的电子表格（2025）

04/02

• Donald Knuth. “文学化编程”（1984）
• Fernando Perez. “IPython notebook：一段历史回顾”（2012）
• Lau 等. “计算笔记本的设计空间”（2020）

所有引用作品

• Fernando Perez. “‘文学化计算’与计算可复现性：数据驱动新闻时代的 IPython”（2013）
• James Somers. “科学论文已经过时”（2018）
• Rule、Tabard 和 Hollan. “计算笔记本中的探索与解释”（2018）
• Samuel 和 Mietchen. “生物医学出版物中 Jupyter notebook 的计算可复现性 开放获取”（2024）
• Sato 和 Nakamaru. “Multiverse Notebook：让数据科学家成为时间旅行者”（2024）
• Li 等. “Kishu：计算笔记本的时间旅行”（2024）

04/07

• Nancy Pennington. “专家理解计算机程序时的刺激结构与心理表征”（1987）
• Edsger Dijkstra. “Go To 语句有害论”（1968）
• Steve Reiss. “软件可视化的悖论”（2005）

所有引用作品

• Barik 等. “开发者会阅读编译器错误消息吗？”（2017）
• Stefik 和 Siebert. “对编程语言语法的实证研究”（2013）
• Bragdon 等. “代码气泡：一种基于工作集的代码理解与维护界面”（2010）

04/09

编程 III
（续）

04/14

AI I
概览

• Phan 等. “人类最后的考试”（2025）
• Lindsey 等. “论大型语言模型的生物学”（2025）
• Patwardhan 等. “GDPval：评估 AI 模型在真实世界具有经济价值任务上的表现”（2025）
• Ranganathan 和 Ye. “AI 并未减少工作——它加剧了工作”（2026）

所有引用作品

• Levesque 等. “Winograd 模式挑战”（2012）
• Warstadt 等. “神经网络可接受性判断”（2018）
• Steinhardt 等，"Measuring Massive Multitask Language Understanding"（2020）
• Rein 等，"GPQA: A Graduate-Level Google-Proof Q&A Benchmark"（2023）
• Kantamneni 和 Tegmark。“Language Models Use Trigonometry to Do Addition”（2025）
• Yue 等，"MMMU: A Massive Multi-discipline Multimodal Understanding and Reasoning Benchmark for Expert AGI"（2023）
• Muennighoff 等，"MTEB: Massive Text Embedding Benchmark"（2022）
• Merrill 等，"Terminal-Bench: Benchmarking Agents on Hard, Realistic Tasks in Command Line Interfaces"（2026）
• Jimenez 等，"SWE-bench: Can Language Models Resolve Real-World GitHub Issues?"（2023）
• Xie 等，"OSWorld: Benchmarking Multimodal Agents for Open-Ended Tasks in Real Computer Environments"（2024）
• Wei 等，"BrowseComp: A Simple Yet Challenging Benchmark for Browsing Agents"（2025）
• Kwa 等，"Measuring AI Ability to Complete Long Software Tasks"（2025）
• Fok 等，“Scim: Intelligent Skimming Support for Scientific Papers”（2023）
• Gunturu 等，“Augmented Physics: Creating Interactive and Embedded Physics Simulations from Static Textbook Diagrams”（2024）
• August 等，“Paper Plain: Making Medical Research Papers Approachable to Healthcare Consumers with Natural Language Processing”（2023）
• Kestin 等，“AI tutoring outperforms in-class active learning: an RCT introducing a novel research-based design in an authentic educational setting”（2025）

04/16

客座讲座：Serena Booth 和 Lily Tsai

04/21

• Schut 等，“Bridging the human–AI knowledge gap through concept discovery and transfer in AlphaZero”（2025）
• Roberts 等，“Reverse engineering what makes a symbol memorable”（2026）
• Cao 等，"Generative and Malleable User Interfaces with Generative and Evolving Task-Driven Data Model"（2025）

所有引用作品

• Mikolov 等，“Linguistic Regularities in Continuous Space Word Representations”（2013）
• Philip Tchernavskij。Designing and Programming Malleable Software（2019）
• Vaithilingam 等，"DynaVis: Dynamically Synthesized UI Widgets for Visualization Editing"（2024）
• Kaputa 等，"SimStep: Human-in-the-Loop Authoring of Interactive Educational Simulations Through Task-Level Abstractions"（2026）

04/23

AI III
课堂讨论

• Klowden 和 Tao。"Mathematical methods and human thought in the age of AI"（2026）
• Shen 和 Tamkin。"How AI Impacts Skill Formation"（2026）
• Litt 等，"Malleable software: Restoring user agency in a world of locked-down apps"（2025）
• Edd Gent。“AI coding is now everywhere. But not everyone is convinced.”（2025）
• Chang 等，“The Prompt Artists”（2023）
• Joseph Weizenbaum。“Artificial Intelligence”，载于 Computer Power and Human Reason（1976）

04/28

[阅读期]

04/30

[阅读期]

05/05

项目展示

作业

作业

发布日期

截止日期

1月29日

2月5日

2月5日

2月12日

2月17日

2月26日

2月27日

3月5日

3月5日

3月12日

4月3日

4月10日

期末项目

交付物

截止日期

4月7日

5月5日

5月8日

日程

教职人员

思考工具的思考者与修补者，编程语言研究者，热爱唱歌和网球。

Will Crichton

时间：周二下午1-2点，CIT 333

学习计算机科学和认知科学，平时可能在家做手工、跑步或制作实验性咖啡！

Eleanor Park (HTA)

时间：周三下午4:30-6点，CIT 102

喜欢在香蕉面包里混搭各种随机食材，也喜欢认识大家！

Charlene Chen (UTA)

时间：周二下午3-4点，CIT 102

对教育与计算机科学的交叉领域、戏剧与文学艺术感兴趣，也在努力达成我在Beli上的目标！

Jinho Lee (UTA)

时间：周一下午5-6点，CIT 102

政策

评估

成绩将由作业（50%）、期中考试（25%）和期末项目（25%）的加权平均决定。期末项目将包含一个不计分的检查点，让学生能及早获得关于进度的反馈。

课程材料

修读本课程无需任何费用。所有讲义都将免费在线提供。

180小时的工作量

在14周内，学生每周将花3小时上课（共42小时）。前10周，作业预计每周约需10小时（100小时）。最后4周，期末项目预计每周约需10小时（40小时）。总计：42 + 100 + 40 = 182小时。

出勤政策

强烈鼓励学生亲自到堂上课，原因有二。第一，在无干扰的环境中专注投入能带来更好的学习效果。第二，Will喜欢看到学生们闪亮的面庞。不过，出勤并非强制。讲座将被录制。

延期

鉴于作业按周布置的节奏，学生必须按时提交作业，以免落后并确保成绩及时发布。所有学生均获三个迟交日，可自行斟酌使用，每次作业最多使用一个。

无障碍与便利安排

布朗大学致力于让所有学生充分融入。如果您可能需要便利安排或对任何课程程序进行修改，请在学期初尽早告知我。您可以在课后、办公时间或预约与我交谈。如果您需要在线学习或课堂方面的便利安排，请务必联系学生无障碍服务处（SAS）寻求帮助（sas@brown.edu，401-863-9588）。需要短期学业建议或支持的本科生可发邮件至college@brown.edu联系本科学院的学术院长。研究生可发邮件至graduate_school@brown.edu联系研究生院的一位院长。

学术诚信政策

一般来说，就一个问题获取帮助是可以接受的，而获取一个问题的解答则不可接受。无论您是咨询Google、大语言模型、助教、同学还是任何其他资源，这条规则都适用。但请记住：只有您的授课教师和助教受过训练，能在不给出解答的情况下帮助您。我们不会阻止您使用其他资源，但使用时必须谨慎。具体而言：

• 小组合作：以小组形式完成所有习题集是可以接受的。协作产生有助于您在作业上取得进展的想法是可以接受的。由一个人解决问题、另一个人抄袭其解答则不可接受。

• 互联网：通常可以使用 Google 等搜索引擎和 StackOverflow 等帮助网站，尤其是对于与课程学习目标无关的问题。例如，如果你遇到一个神秘的编译器错误，在阅读错误信息后仍不理解，那么用 Google 搜索该错误是可以接受的。但搜索作业全部或大部分内容的完整解决方案是不可接受的。

• LLM：通常可以使用基于 AI 的编程工具，如 ChatGPT、Claude 和 Cursor，用于 (a) 在你会使用 Google 和 StackOverflow 的相同场景中获取帮助，或 (b) 生成你本来可以手写的小段代码，只要给你足够时间。但是，你不应使用 LLM 来跳过与作业/课程学习目标相关的问题部分。