基于計(jì)算思維“跨學(xué)科學(xué)習(xí)”真實(shí)項(xiàng)目生成研究（下）

摘要：本文基于計(jì)算思維的算法與程序設(shè)計(jì)，結(jié)合人工智能的語音合成應(yīng)用創(chuàng)造，研究計(jì)算思維與工程設(shè)計(jì)思維如何綜合生成真實(shí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。結(jié)合本欄目上期的文章，經(jīng)過項(xiàng)目規(guī)劃與概要設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型與功能設(shè)計(jì)，通過語音合成技術(shù)實(shí)驗(yàn)、GUI界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)整理已形成信息系統(tǒng)項(xiàng)目雛形之后，本文繼續(xù)以功能實(shí)現(xiàn)為主體內(nèi)容研究項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)，其中包括對(duì)數(shù)據(jù)檢索與統(tǒng)計(jì)功能算法、多線程朗讀原理應(yīng)用以及項(xiàng)目迭代優(yōu)化與泛化適應(yīng)等的研究，探討項(xiàng)目學(xué)習(xí)的“算法中心”“技術(shù)核心”及“迭代增強(qiáng)”與“泛化增值”，以更完整地探索真實(shí)項(xiàng)目中的技術(shù)與思維融合于跨學(xué)科學(xué)習(xí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維；跨學(xué)科學(xué)習(xí)；真實(shí)項(xiàng)目；生成研究

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）11-0029-04

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，最困難的是根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容的“真實(shí)性”特征進(jìn)行項(xiàng)目主題設(shè)計(jì)。通過“經(jīng)典名著朗讀者”人工智能信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)可以用五個(gè)微項(xiàng)目來設(shè)計(jì)完成數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建以及基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)訪問與顯示。此前，朗讀技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，有了基于人工智能的語音合成技術(shù)的朗讀體驗(yàn)，項(xiàng)目的主題效果可見度得到預(yù)判。本文將基于計(jì)算思維與工程設(shè)計(jì)思維繼續(xù)研究，包括對(duì)數(shù)據(jù)檢索、多線程朗讀及信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)迭代與泛化，即對(duì)真實(shí)項(xiàng)目生成進(jìn)行具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究。

信息系統(tǒng)項(xiàng)目以數(shù)據(jù)處理為“算法中心”

數(shù)據(jù)檢索、查詢與統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)處理是信息系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的“算法中心”，能體現(xiàn)出算法針對(duì)用戶需求、工作效率等功能的實(shí)現(xiàn)。例如，數(shù)據(jù)檢索可包括順序檢索（翻頁瀏覽）、按頁搜索和關(guān)鍵字檢索等功能。

微項(xiàng)目6：數(shù)據(jù)檢索與統(tǒng)計(jì)。

（1）分頁數(shù)據(jù)檢索與瀏覽。首先，根據(jù)全書文本的數(shù)據(jù)列表text和每頁第一行位置變量textp，用于數(shù)據(jù)輸出模塊browser（）進(jìn)行當(dāng)前頁碼計(jì)算、頁碼與文本的顯示；其次，通過改變textp數(shù)值后調(diào)用browser（）實(shí)現(xiàn)前一頁、后一頁、指向頁碼的頁面文字顯示（如下頁圖1）。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要注意數(shù)據(jù)的容錯(cuò)判斷，如圖書數(shù)據(jù)是否已讀取、輸入頁碼是不是數(shù)字及是否在正確范圍等，在調(diào)試中可用try、int等試錯(cuò)判斷，滲透功能兼容的信息意識(shí)與分解、模式、算法等計(jì)算思維要素。

（2）關(guān)鍵字檢索與統(tǒng)計(jì)。根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索是體現(xiàn)數(shù)字素養(yǎng)的重要技術(shù)之一，它廣泛存在于應(yīng)用軟件與程序設(shè)計(jì)中。在程序設(shè)計(jì)中，可用“枚舉算法”來現(xiàn)實(shí)。例如，向前搜索的關(guān)鍵是循環(huán)的步長為負(fù)值，而向后搜索循環(huán)的步長是正值，基于循環(huán)程序結(jié)構(gòu)和枚舉算法即可形成清晰的數(shù)據(jù)檢索模型。

（3）實(shí)踐學(xué)習(xí)。①參考任一頁檢索統(tǒng)計(jì)算法，采用半成品補(bǔ)充前一頁、后一頁的技術(shù)留白，如補(bǔ)充關(guān)鍵技術(shù)“textp+（-）20”的翻頁檢索模型。②參考向后搜索算法，補(bǔ)充向前搜索的關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)算法，如“for i in range（textp-1，0，-1）”等內(nèi)容的枚舉范圍補(bǔ)充。

（4）項(xiàng)目交流。①數(shù)據(jù)檢索中本頁首行數(shù)據(jù)位置textp與關(guān)鍵字所在位置i的關(guān)系模型。②數(shù)據(jù)檢索的容錯(cuò)中的數(shù)據(jù)邊界、輸入合法性等，除去try還有哪些方法？

人工智能語音合成項(xiàng)目以多線程控制朗讀為“技術(shù)核心”

微項(xiàng)目7：朗讀多線程任務(wù)設(shè)計(jì)。

在語音合成朗讀項(xiàng)目中，筆者先是用單線程設(shè)計(jì)，但若文章過長則需要等待（不能進(jìn)行內(nèi)容查找、翻頁等操作）另外，“系統(tǒng)正忙”頁面也會(huì)影響用戶體驗(yàn)，所以，研究多線程是本項(xiàng)目的技術(shù)核心，即以更高層次體現(xiàn)信息科技獨(dú)特的計(jì)算思維。

（1）單線程技術(shù)實(shí)驗(yàn)。朗讀少量內(nèi)容用較簡單的單線程即可完成，語音合成核心技術(shù)如圖2所示。

（2）多線程技術(shù)實(shí)驗(yàn)。Python中多線程模塊功能較多。朗讀中采用engine.startLoop（）來實(shí)現(xiàn)朗讀線程的循環(huán)功能更容易。

①線程的開啟。在GUI界面設(shè)計(jì)按鈕作為線程開啟鑰匙，去調(diào)用pagereadlin（）函數(shù)驅(qū)動(dòng)朗讀功能。事件響應(yīng)設(shè)計(jì)代碼簡述如圖3所示。

②線程的創(chuàng)建。

③線程的應(yīng)用。為循環(huán)朗讀，全程序只運(yùn)行一次engine.startLoop（），即可采用一個(gè)邏輯開關(guān)loop變量控制。在程序初始化時(shí)，loop=True即可。朗讀分readerpage（）、reader（）兩個(gè)函數(shù)，這正是線程的工作原理所需，兩個(gè)函數(shù)可以來回自動(dòng)切換，在延時(shí)中信息同步顯示。可見，項(xiàng)目生成研究的技術(shù)細(xì)節(jié)較多，并非有理論即可實(shí)現(xiàn)理想的功能。

④朗讀功能。

（3）實(shí)踐練習(xí)。①算法學(xué)習(xí)可針對(duì)讀秒循環(huán)的控制、朗讀副本的累加等內(nèi)容。②從邏輯開關(guān)理解布爾型數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。

（4）項(xiàng)目交流。①結(jié)合操作系統(tǒng)多任務(wù)工作原理，觀察“進(jìn)程管理”，探討多線程對(duì)操作系統(tǒng)的意義。②結(jié)合全部程序功能來理解線程的意義。借用“唱歌”“跳舞”兩個(gè)線程的分時(shí)運(yùn)行來觀察線程的運(yùn)行機(jī)制。

項(xiàng)目功能優(yōu)化與適應(yīng)環(huán)境以“迭代增強(qiáng)與泛化增值”為追求

為更完善地升級(jí)信息系統(tǒng)，從計(jì)算思維的迭代功能、適應(yīng)泛化出發(fā)，可以增加功能、完善細(xì)節(jié)，提高信息系統(tǒng)的安全性、完備性、體驗(yàn)感以及信息系統(tǒng)的適應(yīng)性等。在項(xiàng)目生成時(shí)，遇到問題、解決的過程能夠優(yōu)化信息系統(tǒng)，更能夠體驗(yàn)到計(jì)算思維迭代增強(qiáng)功能與泛化讓系統(tǒng)增值的深刻意義。

微項(xiàng)目8：迭代優(yōu)化信息系統(tǒng)的功能。

可增加設(shè)計(jì)閱讀點(diǎn)的記憶，讓閱讀更舒適；可設(shè)計(jì)朗讀詞匯的屏蔽，如對(duì)“①”等注解符號(hào)屏蔽不朗讀，提高體驗(yàn)感；設(shè)計(jì)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的統(tǒng)計(jì)功能讓朗讀進(jìn)程標(biāo)記更準(zhǔn)確；可設(shè)計(jì)像卡拉OK式的字幕跟讀增強(qiáng)個(gè)性化的特色功能等。

（1）屏蔽朗讀詞匯，提高體驗(yàn)感（如圖4）。

（2）標(biāo)記閱讀朗讀位置?！爱?dāng)前頁文字顯示”是整個(gè)項(xiàng)目核心的數(shù)據(jù)模型，大量的功能由此接口去讀取、檢索、存儲(chǔ)、朗讀。所以，標(biāo)記閱讀朗讀的位置，就是保存當(dāng)前頁的首行位置。

①讀取閱讀位置（如圖5）。

②保存閱讀位置（如圖6）。

③調(diào)用位置功能函數(shù)（如圖7）。在def readflie（）中打開“圖書文件”，即可讀取位置。每次因?yàn)榉?、查找等使用的browser（）顯示“當(dāng)前數(shù)據(jù)時(shí)及時(shí)保存該頁位置”，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)保存與讀取位置頁碼。

（3）朗讀語音的保存。在朗讀名著的重要章節(jié)時(shí)，可以錄音，為學(xué)生提供音頻學(xué)習(xí)文件，以此迭代音頻保存的功能設(shè)計(jì)，使學(xué)生更好地理解語音合成技術(shù)（如圖8）。

（4）實(shí)踐學(xué)習(xí)。①一般文件操作的算法學(xué)習(xí)，可以調(diào)用屏蔽詞匯、閱讀位置等進(jìn)行閱讀與補(bǔ)充。②信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，體驗(yàn)對(duì)讀取、保存數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)價(jià)值意義。

（5）項(xiàng)目交流。學(xué)生舉例說明信息系統(tǒng)功能迭代對(duì)功能增強(qiáng)方面的意義。

另外，利用計(jì)算思維的“泛化”進(jìn)行功能增值，可以結(jié)合迭代微項(xiàng)目進(jìn)行闡述，如打開圖書文件用交互設(shè)計(jì)而非固定的文件名，即泛化應(yīng)用等。

總之，通過以上微項(xiàng)目研究與學(xué)習(xí)，可以體驗(yàn)到真實(shí)項(xiàng)目生成中問題解決的意義所在，即發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程正是學(xué)習(xí)生成的過程。越來越完善的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與信息系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，會(huì)讓學(xué)習(xí)進(jìn)程螺旋上升，也會(huì)讓跨學(xué)科學(xué)習(xí)促進(jìn)核心素養(yǎng)向高階發(fā)展。

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