人工智能在開放教育工科實踐教學中的應用探析

杜 莎

自貢廣播電視大學

人們的物質生活水平的提高和人類精神文明的發展，都離不開科技的進步。在這個日新月異的新時代，人工智能技術日趨成熟，推動社會各行業不斷改革創新。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、更有創造性的事情的一門技術科學。人工智能是一門交叉學科，涵蓋了計算機科學、統計學、腦神經學、社會科學等諸多領域，是語音識別、圖像處理、信息檢索等多種技術的集合。人們希望通過對人工智能的研究，能將它用于模擬和擴展人的智能，輔助甚至代替人們實現多種功能，包括識別、認知、分析、決策等等。

目前，人工智能已初步應用于教育領域，例如，外語學習app 中，應用到了人工智能語言的評測以及識別；智慧課堂中，利用人工智能技術可以實現人臉識別、交互識別，手寫板筆記等技術。隨著人工智能技術的不斷發展，人工智能技術將成教育領域的主流。

一、開放教育工科教學難點

開放教育是我國成人教育的重要組成部分，隨著當今科技快速發展，工科專業技術人才的需求不斷增大，為開放教育工科專業發展提供了極好的機遇。由于工科專業的特殊性，在開放教育工科專業中開展實踐教學，可以更好地培養工科學生的實踐探究能力和創新能力，提高學生對專業知識的應用能力，有效地提高工科學生的綜合素質，為社會培養具有一定專業實踐技能的工科人才，工科實踐教學的重要性日趨明顯。但是，開放教育工科教學需要在有限的課時內同時完成理論教學和實踐任務，仍然面臨許多困難，主要存在以下教學難點：

1.工學矛盾突出，面授課時有限。

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

2.教學資源滯后，重理論輕實踐。

現行的開放教育工科專業資源內容比較陳舊，主要分為文字教材和網上資源兩個部分。文字教材對課程所包含的主要內容、基礎知識、實驗任務及學習參考資料等進行了描述。每周面授課上主要針對文字教材的重點進行理論講解，但仍然主要是“教師講、學生聽”的教學模式，學生被動接收老師所講的知識，不能調動學生的學習積極性，教學效果不明顯。國家開放大學學習網為每一個學生建立了學習空間，每學期的課程都可以在學習空間內進行學習，學習空間內的資源以文字或視頻為主，不能激發學生的學習興趣，學生自主學習參與度不高。雖然歷經多次教學改革，工科教師在授課過程中將PPT 講授、微課等多媒體教學方式融入課堂，也加入了一些實踐案例講解、紀錄片播放等教學環節，但只注重理論教學環節，但卻忽略了對學生實踐探究能力的培養，實踐教學效果不顯著。

3.教師能力素養欠缺，校企合作深度不夠。

工科專業課程普遍具有很強的綜合實踐能力，這要求擔任實踐教學的教師既要有扎實的基礎理論及相關專業知識，還要有豐富的實踐經驗。但目前，工科教學教師長期脫節于社會生產第一線，缺乏實踐工作經歷，普遍動手能力差，不能將理論與實踐充分結合起來，從而阻礙了工科教育教學質量的提高，培養的學生空懂理論，缺乏實踐經驗，制約了學生專業能力和綜合素養的提高。

開放教育沒有和企業建立長期的、穩定的、互惠互利的合作機制，學校希望和企業合作，解決學生短期的實習問題，而企業希望吸引優秀學生進入企業，長期為企業服務，校企雙方難以對校企合作的目標達成一致，校企合作的平臺機制建設難以真正落到實處，校企合作流于形式。

4.實踐環節匱乏，評價方式單一。

目前開放教育工科專業教學規則中制定了專門的實踐課程，但在當前實踐教學中，學生要么只是單純地按照教學步驟完成實踐任務，要么是由學生自行聯系企業進行相關實踐。課程實踐考核大多都是要求學生根據實踐課程要求提交實踐任務報告用于評價。評價方式較為單一，不能真正的提高學生的實踐創新能力。

二、人工智能助力工科實踐教學

人工智能與工科實踐教學相結合可以使未來的工科實踐教學發生革命性的變化。學生在“動手做”這一環節將理論與實踐充分結合，使學生不僅掌握理論知識，更會運用與實踐，提高學生的綜合能力，促進教育質量的提升，有助于培養當今社會所需要的實踐能力強、創新能力強的人才。

1.制定個性化學習計劃，線上線下學習相結合。

只有在充分了解學生的基礎上，才能夠根據學生的學習特點和學習需求，制定出適合針對學生特點的個性化學習方案。利用大數據對學生信息進行深度挖掘，準確描繪學生畫像，為老師的面授課備課提供科學依據，采取有效的措施，查漏補缺，提高學生成績。無論是備課、上課，還是課后完善，都能夠做到有條不紊，提升課堂教學效率。根據分析結果，在學生個人網上學習空間制定個性化學習計劃，充分利用學生的碎片化學習時間進行學習，做到教學講解個性化；還可以在一個學習周期后對學生的學習數據進行更新，構建和優化學習內容，自動調整學習計劃，幫助學生理解所學內容，學生因此會更加受益，從而實現最輕松、最高效的學習。

2.理論與實踐相結合，構建規范教學體系。

針對在職工科專業學生培養目標，開放教育應該選取合適的教學資源，加大實踐性環節教學資源的開發力度，提高學生的實踐能力。工科教師應合理規劃理論、實踐兩部分的時間，將原來的理論基礎課和實踐內容模塊進行課程重構，對現有教材進行優化整合，合理設計各部分的教學內容。同時，針對相應知識點設置模擬實踐內容，實踐內容應該盡量接近實際，前后銜接緊密，內容完整，保證過程的連續完整。在實踐操作演示階段，利用人工智能技術虛擬軟件隨時隨地展示實踐過程，更加生動、形象、直觀，不需要在虛擬和現實之間進行切換，實現沉浸式教學，從而節省了大量實踐演示準備時間，有助于教師知識講解與學生知識理解，提高了教學的效率。

3.加強師資隊伍建設，優化模擬實驗環境。

為適應現階段培養具有創新性和實踐性的工科專業人員的需要，首先必須加強師資隊伍建設，在提高專業教師的理論素養的基礎上，還要注重培養教師的教學能力，為人才培養提供師資保障。可以采取“請進來，走出去”的策略，這需要學校和教師的共同努力：學校應當加強校企合作，邀請企業一線工科專業技術人員到校指導；另一方面，教師應當積極參加相應的培訓活動，進入企業進行實踐，真正參與到企業一線工作中，有助于教師不斷完善模擬實踐教學環節，提升教學水平和效果，實現教學相長。

當代人工智能技術已日趨成熟，學校可以建立工科實踐模擬“云實驗室”。運用AR 增強現實和VR 虛擬現實技術改善學校實驗環境，為師生提供一個虛擬的實踐空間，實驗現象應與真實現象一樣，使學生直接在虛擬場景里熟悉各種實踐操作流程，可以培養學生的觀察能力和實踐探究能力，同時提高學生的邏輯思維能力，增強學生體驗感，幫助學生盡快將理論運用于實際。學生還可以自主的進行實驗方案設計，動手操作整個實驗過程，加深對實踐操作的認識。同時虛擬實踐實驗室可以重復操作，教師及學生可以進行多次實踐操作，做到理論與實踐相結合，提高學生的實際工作能力。

4.組建多元化考核內容，運用多樣化評價方式。

依托人工智能為基礎的智能評測系統能夠顯著提升教學效率，提高學生的成績。大數據能夠將學生的學習情況進行智能歸納，智能組題，模擬各種現實場景，借助多元化考核內容，針對性地對學生進行考核；整合分析學生評測結果，準確了解學生的學習進度，歸納易錯知識點，推送相關習題進行強化練習，查漏補缺。

利用人工智能對學生實踐內容進行評價過程中，不僅僅應對學生的實踐完成情況進行考核，還應對學生在實踐過程中的學習態度、團結協作能力以及解決問題的能力進行評價，具體可以考核學生網上學習時間、利用“云實驗室”模擬練習時間、網上論壇討論和發帖情況等。通過智能分析可以促使學生清楚地認識自身學習的不足，激發學生的學習主動性和創造性，并督促學生及時改進，從而促使學生在理論和實踐中提升實際操作能力。

三、結語

利用人工智能協助工科實踐教學尚處于萌芽階段，仍然面臨不少困難與挑戰，需要發揮開放教育、教師和企業的協同作用，融入人工智能現代技術，為學生制定個性化學習計劃，構建規范教學體系，加快教師隊伍建設，優化模擬實驗環境，組建多元化考核內容，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質量的同時提高學生的綜合能力，培養出符合現代社會需求的實踐性和創新型人才。