基於傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真系統是陝西師範大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：基於傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真系統
- 建設院校： 陝西師範大學
- 課程負責人： 吳曉軍
- 授課教師：王小明、郭龍江、張玉梅、張立臣
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
雲計算、物聯網、大數據、5G等新技術已經在經濟、金融、管理、新聞傳播、心理、歷史文化、地理旅遊、音樂、美術、文學等文科領域廣為滲透和套用，這對高校文科學生的計算機教育提出了新的挑戰。如何培養文科學生利用計算機工具解決本專業實際問題的能力?全面培養文科學生的計算思維能力應該是一個行之 有效的最佳途徑。
計算思維是指運用計算機科學基本概念進行問題求解、系統設計、人類行為理解等一系列思維活動。 通過制定問題、組織和分析數據、抽象知識可視表達、最優算法選擇、問題推廣與泛化等步驟，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道怎樣解決的問題。抽象和分解是計算思維的核心特徵，也是解訣問題最常見的方法。
在以往的面對全校非計算機專業教育的公選課實踐教學中我們發現，文科學生的基礎、專業、學習方法和思維方式與理工類學生有著很大不同，計算思維概念抽象，知識不易理解掌握，文科學生在實驗中面對具體問題時往往力不從心，缺少有效輔助，學習曲線陡峭，難以深入體會和掌握計算機學科與其他學科的內在聯繫。在實踐教學環節中，如何引導文科學生養成計算思維的習慣?如何培養文科學生具備認識計算問題、分析計算問題、解決計算問題的能力?如何在抽象枯燥的教學過程中，激發文科學生的興趣與思維創新，使文科學生易於掌握計算思維抽象的概念和知識點?
人的思維素質更為重要。恩格斯說過:“ 思維是宇宙中物質運動的基本形式之一，是地球上最美的花朵。”教育部高等學校計算機基礎課程教學指導委員會主任委員陳國良院士對大學課程實施計算思維給出了教學方法的原則建議:以計算學科基本問題為導向，以經典案例為基礎，通過實驗了解和套用編程的基本原理，通過習題課強化學科基礎概念的理解，著力提高學生的計算思維能力。西安交通大學的馮琴教授指出:“計 算思維能力培養落地需要學科融合，需要引入跨學科元素”。西北大學耿國華教授曾在《以計算思維為指導，提升大學文科計算機教學質量》一 文中也指出:“ 中華文化、專業文化、計算文化，共同撐起資訊時代大學生知識體系。”
本教學團隊通過深入結合院士專家給出的計算思維實施原則，酷給教學實踐中發現的問題，依託計算機科學學院面向全校文科生開設了《計算思維-人工智慧公選課》虛擬仿真實驗課程，同時設計開發了“基於傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真實驗教學系統”。這是對上述院士專家計算思維實施原則的一次實踐。 通過這化資源套用場景，利用先進虛擬仿真技術以虛補實，以虛拓實，搭建了基傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真實驗平台，創設了敲的教學境。藉助泥塑、剪紙、皮影、古詩詞等文化資源的管理與開發利用，構建了課程的實踐背景，將文化元素融入實驗過程，使教學更有趣味性。解訣了計算思維課程教學中計算思維難以重複可視化難以互動操作、算法原理抽象難懂實踐環節缺乏高效指程等挑戰性問題。課程開設使文科學生在基礎理論和實驗技能學習效果方面顯著提高，同時學習了中華優秀傳統文化並產生了興趣，實現了專業知識和文化素養並重的課程思政育人目標，也可有效輔助支撐計算機專業多門課程教學。綜上所述，該虛擬仿真實驗平台的搭建是必要的，具有實期性及重要的套用推廣價值。
教學目標
1.學生通過“基於傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真實驗教學項目”中的構建多源異構傳統文化資源庫，掌握多源異構數據的類型特徵以及多源異構數據的“增、刪、改、查”的代碼操作方式等知識要點。在多源異構數據集合“增、刪、改、查”的過程中，使學生學習到多源異構數據集合數據維護與管理的計算思維，培養了學生根據套用場景設計多源異構資料庫的設計能力和代碼實現能力。訓練了計算思維解決問題流程中的組織和分析數據步驟。
2.學生通過“基於傳統文化的計算思維能力訓練虛擬仿真實驗教學項目”的第二個教學案例，理解數據挖掘和知識發現的基本原理、概念和方法，基於傳統文化資源庫，以古詩詞風格分類與知識發現為主線，了 解古詩詞分類問題的創新求解方法，掌握古詩詞中文分詞、詞向量轉化、數據分類模型構建與訓練、模型參數最佳化等知識點，逐步實踐知識發現全過程,培養學生在數據分類和發現新知識中的計算思維，具體訓練了計算思維解訣問題流程中的組織和分析數據、算法設計和最優算法選擇等步驟，提升學生的數據分類和知識發現算法的設計與編程實現能力、解訣複雜工程技術問題的能力。
3.學生通過題為“傳統文化知識圖譜構建-一 以詩詞創作圖譜為例”的教學案例三，理解如何綜合利用語言學、計算機科學和數學等領域的概念、方法來描述、處理、加工和利用知識。通過構建傳統文化知識圖譜，培養學生解訣人類知識加工處理(知識工程)方面問題的計算思維能力，鍛鍊提升信息技術教育教學能力、方案設計與編程實現能力、以及解訣複雜工程技術問題的能力，開拓學生視野、厚植教育情懷、增強文化自信。
4.學生通過“傳統文化知識庫的創新套用-AI詩詞創作為例”教學案例四，以AI詩詞創作為主線，將人工智慧技術與文本預測相結合，按照實驗基本原理、算法設計、文本數據採集建模、文本數據結果可視化呈現，逐步設計AI詩詞創作全過程。根據AI詩詞創作全過程，使學生學習到智慧型計算思維的基本原理，拓展了學生的思維空間，培養了學生分析問題解決問題的能力，同時在計算機面向套用過程中培養了學生智慧型計算思維及更加寬泛的科學思維素養能力。使學生進行一次完整的計算思維解決問題流程的實驗，包括:制訂問題、組織數據、挖掘數據發現知識、抽象知識可視表達、最優算法選擇等5個步驟。
