遗传算法论文提纲

论文题目：基于VR技术的人工智能算法学习系统的设计与应用研究 ——以遗传算法为例

摘要：为不断强化人工智能教育力度,国家倡导将人工智能教育引入中小学。信息技术课程作为我国中小学人工智能教育普及的重要途径,目前面临着一定的现实困难。一方面,人工智能是一门综合性学科,涉及领域较广,对教师的知识储备有较高要求,缺乏专业的人工智能教师;另一方面,人工智能算法教学难度较高,涉及抽象概念多,难以激起学生的学习兴趣,学生学习动力不足,为教师教学带来困难,从而导致教学效果差等问题。本研究将虚拟现实技术引入高中信息技术课程中进行人工智能算法教学,以遗传算法为例,开发出基于VR技术的遗传算法学习系统,为我国人工智能教育普及的部分难题提供解决思路。论文的主要工作如下:第一,解读课标,掌握学情,分析可行性。通过解读高中信息技术课程标准,了解课程标准对人工智能教育这一模块的学习要求。基于对某高二年级110名学生的算法学习现状调查,掌握了学生学习算法的普遍难点和兴趣程度,明确了基于VR技术的遗传算法学习系统的开发需求,分析了将VR技术与算法教学融合的可行性。第二,基于VR技术的遗传算法学习系统的设计、开发与测试。在建构主义理论、“经验之塔”理论的指导下,围绕遗传算法相关知识,综合考虑学习者学习特征,由浅入深的将系统划分为四个模块,并完成各个模块功能的实现及系统测试。第三,进行教学实证研究。根据所开发的遗传算法学习系统,基于探究式的教学模式,结合“课程思政”理念和情景认知理论,挖掘思政元素,设计教学活动,选取某中学高二年级110名学生为教学对象,设置实验组和对照组,开展了实证研究。通过对学生课堂知识掌握情况进行测试,并结合荣耀智能手环测量学生心率发现:VR技术可以有效激发学生学习算法知识的兴趣,提高学习效果;通过调查学生对开发系统的接受度和访谈发现:VR技术对人工智能算法教学产生了积极的影响,VR技术可以与算法教学相结合,学生和教师对开发的遗传算法学习系统在信息技术课程中应用的认可度和接受度较好。

关键词：遗传算法;虚拟现实技术;信息技术课程;实证研究

学科专业：教育硕士（专业学位）

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外中小学人工智能教育现状

1.2.2 虚拟现实技术在教育中的应用现状

1.3 研究目标与研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 研究方法

1.5 论文结构

第2章 研究概述与理论基础

2.1 虚拟现实技术

2.1.1 虚拟现实技术简介

2.1.2 虚拟现实技术的特征

2.1.3 虚拟现实的关键技术

2.2 遗传算法简介

2.2.1 遗传算法的生物学基础

2.2.2 遗传算法的基本思想

2.3 基于传感器的学习分析技术

2.4 理论基础

2.4.1 建构主义理论

2.4.2 “经验之塔”理论

2.4.3 情境认知理论

第3章 将虚拟现实技术引入算法教学的可行性分析

3.1 高中信息技术课程标准解读

3.2 实验对象的选取及学习者特征分析

3.3 相关调查分析

3.3.1 学生算法学习的现状调查

3.3.2 学生对VR技术的了解情况调查

3.4 将VR技术引入高中信息技术课程进行算法教学的可行性分析

第4章 系统的开发实现与测试

4.1 系统需求分析

4.2 系统设计原则

4.3 系统开发整体框架及素材资源准备

4.4 系统功能概述及思政元素融入

4.4.1 基础知识模块功能概述

4.4.2 遗传算法学习模块功能概述

4.4.3 动手实践模块功能概述

4.4.4 知识拓展模块功能概述

4.4.5 系统中思政元素融入

4.5 系统功能实现

4.5.1 系统中交互功能的实现

4.5.2 系统主界面及模块选择功能实现

4.5.3 基础知识模块功能实现

4.5.4 遗传算法学习模块功能实现

4.5.5 动手实践模块功能实现

4.5.6 知识拓展模块功能实现

4.6 系统测试

4.6.1 系统测试环境

4.6.2 系统功能及性能测试

第5章 教学实践及效果评价

5.1 教学案例

5.1.1 教学内容分析

5.1.2 教学对象分析

5.1.3 教学目标分析

5.1.4 思政元素的融入

5.1.5 教学过程

5.1.6 教学总结及反思

5.2 教学实践结果分析

5.2.1 学生知识能力水平测试分析

5.2.2 学生对基于VR技术的算法学习系统接受度分析

5.2.3 学生心率数据检测结果分析

5.2.4 学生及教师访谈结果

第6章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 展望

参考文献

附录1 算法学习情况调查问卷

附录2 VR了解情况调查问卷

附录3 知识能力水平测试题目

附录4 基于VR技术的遗传算法学习系统接受度调查问卷

附录5 教师访谈提纲

附录6 学生访谈提纲

致谢