人工智能在開放教育工科實踐教學(xué)中的應(yīng)用探析

杜 莎

自貢廣播電視大學(xué)

人們的物質(zhì)生活水平的提高和人類精神文明的發(fā)展，都離不開科技的進(jìn)步。在這個日新月異的新時代，人工智能技術(shù)日趨成熟，推動社會各行業(yè)不斷改革創(chuàng)新。目前為止，對人工智能的定義還眾說紛紜，但核心理念相同：人工智能是能夠提升人們工作效率，能夠代替人們從事繁瑣的勞動，讓人們做更有價值、更有創(chuàng)造性的事情的一門技術(shù)科學(xué)。人工智能是一門交叉學(xué)科，涵蓋了計算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)、社會科學(xué)等諸多領(lǐng)域，是語音識別、圖像處理、信息檢索等多種技術(shù)的集合。人們希望通過對人工智能的研究，能將它用于模擬和擴(kuò)展人的智能，輔助甚至代替人們實現(xiàn)多種功能，包括識別、認(rèn)知、分析、決策等等。

目前，人工智能已初步應(yīng)用于教育領(lǐng)域，例如，外語學(xué)習(xí)app 中，應(yīng)用到了人工智能語言的評測以及識別；智慧課堂中，利用人工智能技術(shù)可以實現(xiàn)人臉識別、交互識別，手寫板筆記等技術(shù)。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)將成教育領(lǐng)域的主流。

一、開放教育工科教學(xué)難點

開放教育是我國成人教育的重要組成部分，隨著當(dāng)今科技快速發(fā)展，工科專業(yè)技術(shù)人才的需求不斷增大，為開放教育工科專業(yè)發(fā)展提供了極好的機(jī)遇。由于工科專業(yè)的特殊性，在開放教育工科專業(yè)中開展實踐教學(xué)，可以更好地培養(yǎng)工科學(xué)生的實踐探究能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生對專業(yè)知識的應(yīng)用能力，有效地提高工科學(xué)生的綜合素質(zhì)，為社會培養(yǎng)具有一定專業(yè)實踐技能的工科人才，工科實踐教學(xué)的重要性日趨明顯。但是，開放教育工科教學(xué)需要在有限的課時內(nèi)同時完成理論教學(xué)和實踐任務(wù)，仍然面臨許多困難，主要存在以下教學(xué)難點：

1.工學(xué)矛盾突出，面授課時有限。

開放教育招收的學(xué)生主要是有學(xué)歷提升需求的社會在職人員，相較于全日制高等院校學(xué)生，面授課時較短，平均每周3-4 學(xué)時，同時在職人員由于工學(xué)矛盾、家庭負(fù)擔(dān)等客觀原因，往往存在面授課請假、缺課等現(xiàn)象，參加面授課的時間有限。雖然在課后學(xué)生可以對照教材對理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是由于缺乏實踐培訓(xùn)，學(xué)生并不能完全掌握并應(yīng)用到實際工作中。這種學(xué)習(xí)模式并不能使學(xué)生的能力得到真正的提高，同時由于工科知識層次分明、邏輯性強(qiáng)的特點，也給后續(xù)的學(xué)習(xí)造成了極大的困難。

2.教學(xué)資源滯后，重理論輕實踐。

現(xiàn)行的開放教育工科專業(yè)資源內(nèi)容比較陳舊，主要分為文字教材和網(wǎng)上資源兩個部分。文字教材對課程所包含的主要內(nèi)容、基礎(chǔ)知識、實驗任務(wù)及學(xué)習(xí)參考資料等進(jìn)行了描述。每周面授課上主要針對文字教材的重點進(jìn)行理論講解，但仍然主要是“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)模式，學(xué)生被動接收老師所講的知識，不能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果不明顯。國家開放大學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)為每一個學(xué)生建立了學(xué)習(xí)空間，每學(xué)期的課程都可以在學(xué)習(xí)空間內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)空間內(nèi)的資源以文字或視頻為主，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生自主學(xué)習(xí)參與度不高。雖然歷經(jīng)多次教學(xué)改革，工科教師在授課過程中將PPT 講授、微課等多媒體教學(xué)方式融入課堂，也加入了一些實踐案例講解、紀(jì)錄片播放等教學(xué)環(huán)節(jié)，但只注重理論教學(xué)環(huán)節(jié)，但卻忽略了對學(xué)生實踐探究能力的培養(yǎng)，實踐教學(xué)效果不顯著。

3.教師能力素養(yǎng)欠缺，校企合作深度不夠。

工科專業(yè)課程普遍具有很強(qiáng)的綜合實踐能力，這要求擔(dān)任實踐教學(xué)的教師既要有扎實的基礎(chǔ)理論及相關(guān)專業(yè)知識，還要有豐富的實踐經(jīng)驗。但目前，工科教學(xué)教師長期脫節(jié)于社會生產(chǎn)第一線，缺乏實踐工作經(jīng)歷，普遍動手能力差，不能將理論與實踐充分結(jié)合起來，從而阻礙了工科教育教學(xué)質(zhì)量的提高，培養(yǎng)的學(xué)生空懂理論，缺乏實踐經(jīng)驗，制約了學(xué)生專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)的提高。

開放教育沒有和企業(yè)建立長期的、穩(wěn)定的、互惠互利的合作機(jī)制，學(xué)校希望和企業(yè)合作，解決學(xué)生短期的實習(xí)問題，而企業(yè)希望吸引優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入企業(yè)，長期為企業(yè)服務(wù)，校企雙方難以對校企合作的目標(biāo)達(dá)成一致，校企合作的平臺機(jī)制建設(shè)難以真正落到實處，校企合作流于形式。

4.實踐環(huán)節(jié)匱乏，評價方式單一。

目前開放教育工科專業(yè)教學(xué)規(guī)則中制定了專門的實踐課程，但在當(dāng)前實踐教學(xué)中，學(xué)生要么只是單純地按照教學(xué)步驟完成實踐任務(wù)，要么是由學(xué)生自行聯(lián)系企業(yè)進(jìn)行相關(guān)實踐。課程實踐考核大多都是要求學(xué)生根據(jù)實踐課程要求提交實踐任務(wù)報告用于評價。評價方式較為單一，不能真正的提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

二、人工智能助力工科實踐教學(xué)

人工智能與工科實踐教學(xué)相結(jié)合可以使未來的工科實踐教學(xué)發(fā)生革命性的變化。學(xué)生在“動手做”這一環(huán)節(jié)將理論與實踐充分結(jié)合，使學(xué)生不僅掌握理論知識，更會運用與實踐，提高學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)教育質(zhì)量的提升，有助于培養(yǎng)當(dāng)今社會所需要的實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的人才。

1.制定個性化學(xué)習(xí)計劃，線上線下學(xué)習(xí)相結(jié)合。

只有在充分了解學(xué)生的基礎(chǔ)上，才能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和學(xué)習(xí)需求，制定出適合針對學(xué)生特點的個性化學(xué)習(xí)方案。利用大數(shù)據(jù)對學(xué)生信息進(jìn)行深度挖掘，準(zhǔn)確描繪學(xué)生畫像，為老師的面授課備課提供科學(xué)依據(jù)，采取有效的措施，查漏補(bǔ)缺，提高學(xué)生成績。無論是備課、上課，還是課后完善，都能夠做到有條不紊，提升課堂教學(xué)效率。根據(jù)分析結(jié)果，在學(xué)生個人網(wǎng)上學(xué)習(xí)空間制定個性化學(xué)習(xí)計劃，充分利用學(xué)生的碎片化學(xué)習(xí)時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，做到教學(xué)講解個性化；還可以在一個學(xué)習(xí)周期后對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，構(gòu)建和優(yōu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，自動調(diào)整學(xué)習(xí)計劃，幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生因此會更加受益，從而實現(xiàn)最輕松、最高效的學(xué)習(xí)。

2.理論與實踐相結(jié)合，構(gòu)建規(guī)范教學(xué)體系。

針對在職工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，開放教育應(yīng)該選取合適的教學(xué)資源，加大實踐性環(huán)節(jié)教學(xué)資源的開發(fā)力度，提高學(xué)生的實踐能力。工科教師應(yīng)合理規(guī)劃理論、實踐兩部分的時間，將原來的理論基礎(chǔ)課和實踐內(nèi)容模塊進(jìn)行課程重構(gòu)，對現(xiàn)有教材進(jìn)行優(yōu)化整合，合理設(shè)計各部分的教學(xué)內(nèi)容。同時，針對相應(yīng)知識點設(shè)置模擬實踐內(nèi)容，實踐內(nèi)容應(yīng)該盡量接近實際，前后銜接緊密，內(nèi)容完整，保證過程的連續(xù)完整。在實踐操作演示階段，利用人工智能技術(shù)虛擬軟件隨時隨地展示實踐過程，更加生動、形象、直觀，不需要在虛擬和現(xiàn)實之間進(jìn)行切換，實現(xiàn)沉浸式教學(xué)，從而節(jié)省了大量實踐演示準(zhǔn)備時間，有助于教師知識講解與學(xué)生知識理解，提高了教學(xué)的效率。

3.加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)，優(yōu)化模擬實驗環(huán)境。

為適應(yīng)現(xiàn)階段培養(yǎng)具有創(chuàng)新性和實踐性的工科專業(yè)人員的需要，首先必須加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)，在提高專業(yè)教師的理論素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，還要注重培養(yǎng)教師的教學(xué)能力，為人才培養(yǎng)提供師資保障?？梢圆扇　罢堖M(jìn)來，走出去”的策略，這需要學(xué)校和教師的共同努力：學(xué)校應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)校企合作，邀請企業(yè)一線工科專業(yè)技術(shù)人員到校指導(dǎo)；另一方面，教師應(yīng)當(dāng)積極參加相應(yīng)的培訓(xùn)活動，進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行實踐，真正參與到企業(yè)一線工作中，有助于教師不斷完善模擬實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升教學(xué)水平和效果，實現(xiàn)教學(xué)相長。

當(dāng)代人工智能技術(shù)已日趨成熟，學(xué)?？梢越⒐た茖嵺`模擬“云實驗室”。運用AR 增強(qiáng)現(xiàn)實和VR 虛擬現(xiàn)實技術(shù)改善學(xué)校實驗環(huán)境，為師生提供一個虛擬的實踐空間，實驗現(xiàn)象應(yīng)與真實現(xiàn)象一樣，使學(xué)生直接在虛擬場景里熟悉各種實踐操作流程，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和實踐探究能力，同時提高學(xué)生的邏輯思維能力，增強(qiáng)學(xué)生體驗感，幫助學(xué)生盡快將理論運用于實際。學(xué)生還可以自主的進(jìn)行實驗方案設(shè)計，動手操作整個實驗過程，加深對實踐操作的認(rèn)識。同時虛擬實踐實驗室可以重復(fù)操作，教師及學(xué)生可以進(jìn)行多次實踐操作，做到理論與實踐相結(jié)合，提高學(xué)生的實際工作能力。

4.組建多元化考核內(nèi)容，運用多樣化評價方式。

依托人工智能為基礎(chǔ)的智能評測系統(tǒng)能夠顯著提升教學(xué)效率，提高學(xué)生的成績。大數(shù)據(jù)能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行智能歸納，智能組題，模擬各種現(xiàn)實場景，借助多元化考核內(nèi)容，針對性地對學(xué)生進(jìn)行考核；整合分析學(xué)生評測結(jié)果，準(zhǔn)確了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，歸納易錯知識點，推送相關(guān)習(xí)題進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)，查漏補(bǔ)缺。

利用人工智能對學(xué)生實踐內(nèi)容進(jìn)行評價過程中，不僅僅應(yīng)對學(xué)生的實踐完成情況進(jìn)行考核，還應(yīng)對學(xué)生在實踐過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力以及解決問題的能力進(jìn)行評價，具體可以考核學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)時間、利用“云實驗室”模擬練習(xí)時間、網(wǎng)上論壇討論和發(fā)帖情況等。通過智能分析可以促使學(xué)生清楚地認(rèn)識自身學(xué)習(xí)的不足，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性，并督促學(xué)生及時改進(jìn)，從而促使學(xué)生在理論和實踐中提升實際操作能力。

三、結(jié)語

利用人工智能協(xié)助工科實踐教學(xué)尚處于萌芽階段，仍然面臨不少困難與挑戰(zhàn)，需要發(fā)揮開放教育、教師和企業(yè)的協(xié)同作用，融入人工智能現(xiàn)代技術(shù)，為學(xué)生制定個性化學(xué)習(xí)計劃，構(gòu)建規(guī)范教學(xué)體系，加快教師隊伍建設(shè)，優(yōu)化模擬實驗環(huán)境，組建多元化考核內(nèi)容，運用多樣化評價方式等多種策略，在提升開放教育工科教學(xué)質(zhì)量的同時提高學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會需求的實踐性和創(chuàng)新型人才。