智能教學模式在《家具設計》課程中的應用探究

金吳亦美

（泰州學院，江蘇 泰州 225300）

引言

智能技術成為當前社會發展的重大機遇，全球都在大力促進智能技術的發展與應用，這對其在教育領域的應用也提出了要求，“智能教育”的議題備受關注。2016 年5 月23 日，國家發改委聯合科技部、工信部等共同制定了《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》[1]。2016 年10 月，美國白宮科技政策辦公室發表了《為人工智能的未來做好準備》和《國家人工智能研發戰略規劃》兩份重要報告[2]。2017 年5 月13 日，“人工智能與未來教育”高峰論壇在華東師范大學展開，中國科學院院士褚君浩在論壇上就“智能時代：智慧的教育是什么？”[3]作出報告。2017 年7 月8日，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》[4]。2019 年，我國科技部首次提出人工智能治理原則，發布了《新一代人工智能治理原則——發展負責任的人工智能》政策[5]。《構筑“人工智能+教育”的生態系統》從應用形態、技術架構、業態趨向等要素構建了“人工智能+教育”的生態系統，并闡述了“人工智能+教育”的人才培養體系[6]。如今“人工智能”和“教育教學”結合已經產生了一個新的領域：教育人工智能（Educational Artificial Intelligence，簡稱EAI），通過計算機技術模仿人類智能做出：知識存儲、知識輸出、問題解答、識別推理等教學行為。典型的案例是智能導師系統(Intelligent Tutoring System，ITS)，由早期的計算機輔助教學發展而來，它模擬人類教師實現一對一的智能化教學[7]。計算機的角色是教師、計算機儲備的知識是教學內容、使用者就是學生。智能教育的應用加上智能家居市場的迅速發展，促使家具設計的知識框架必須與時俱進，并且融入智能教育教學模式，該研究是市場發展的必然趨勢。

1 傳統《家具設計》課程教學模式的局限

當前在家具設計課程的教學設計上普遍是理論結合實踐的模式，理論部分的教學內容包括家具的造型、結構、色彩、材料、功能以及家具人體工程學等，實踐部分的教學內容主要以制作家具模型為主，包括數字三維模型以及實物模型。理論課授課形式以老師教為主，多采用傳統理論課課堂授課模式。實踐課則以學生為主，老師起到引導指導的輔助作用。針對現在的家具設計課程教學模式出現的常規問題做了以下思考：

1.1 常規家具設計課堂管理模式現存問題

目前常規的家具設計課堂教學及管理上存在許多繁復、機械且不利于提高課堂效率的問題，例如：學生上課點名簽到、學生手機上交、批改客觀題作業、常規問題的輔導等，用傳統的處理方式既浪費時間又無法做到實時管控。可以從人工智能技術中探索解決這類問題的辦法；

1.2 傳統實驗方法對數據測量的局限性

家具設計的核心理論知識是人體工程學，常規的人體測量需要有測量對象、測量空間以及多次實驗，因此這項工作受到時間與空間的限制，虛擬現實技術便可以通過虛擬實驗隨時隨地完成測量以及數據分析；

1.3 傳統設計調研方法對大數據處理的局限性

家具設計的市場調研以及用戶需求分析在傳統的做法里需要采集大量的數據，訪問相關部門或專家等，這些內容若放在課程中帶來的最大困難是時間不夠。而這又是家具設計非常關鍵的環節，省略或縮減都會對后期的設計方案形成產生絕對影響。可以通過網絡技術和大數據分析技術解決這一難題；

1.4 常規家具設計課程教學模式僵化的局限性

常規的家具設計課程是理論結合實踐，教師講授家具設計的相關理論知識：家具的風格、造型、材料、工藝等，然后學生通過三維建模軟件做家具設計實踐練習。這一課程設計適用于幾乎所有設計類技能課，缺乏新意，也不具家具設計課程的獨特性。智能時代應當尋找更具創新的方案，完善教學內容、提高學生的學習興趣；

1.5 傳統家具設計知識框架匹配廣義化家具產品的局限性

家具的定義原本是家用器具，而今由于社會文明發展，家具已不再只是家中使用的，而且家用器具也不完全指家具，還有家電。現在物聯網技術的發展使得家具與家電之間的界限逐漸模糊，出現了“家居產品”這一新的名詞。如今智能家居更是發展迅速，因此家具設計的知識框架需要與時俱進，加入與智能科技相關的知識模塊。

2 基于智能教學的《家具設計》課程教學改革的意義

用人工智能推進教育發展，就是在開發人類潛能，這有利于人才強國、科技強國，可以進一步促進科學進步、社會發展。人工智能技術與家具設計教學的結合對于家具課程的發展具有相互促進的積極作用：

第一，智能教學模式應用于家具設計課程的研究是新時代科技發展的產物，是科技強國政策推動下的發展趨勢，有利于推進國家教育改革與科學技術的發展；

第二，智能教學模式應用于家具設計課程的研究有充分的技術條件支撐，具有較強的可操作性，真理需要實踐來驗證，注重實踐性對于理論的進一步發展是必要的；

第三，人工智能在教育教學方面的研究是科技帶動教育的創新，家具設計課程本身兼具科學性與藝術性，且家具設計的教學過程中實踐比重較多，這些特殊教學屬性，人工智能技術可以在其中發揮巨大的作用。

3 智能教學模式在《家具設計》課程的應用思路

未來將是超智能時代，人工智能為人類的生產生活提供了安全保障、極大程度提高了生產勞動的效率、可以大大節約生產勞動的成本、可以完成人類所不能完成的工作、可以提高人類的生活品質。在人類生活的各個領域必然會受到人工智能的影響，教育也不例外。我們要做的用人類的智慧去抓住人工智能對教育教學的有利優勢、利用人工智能提升教育質量、促進人類智慧的進一步攀登。另外從家具設計的發展來看，中國智能家居從1999 年發展至今已經進入智能+爆發期，目前正向AIoT 賦能期轉換，有人預測2023 年后會迎來全面爆發期，因此《家具設計》必然面臨課程內容的變革。家具設計教學應當結合“人工智能”與“教育教學”，針對家具設計課程特性，從課前準備到課堂學習、課后復習以及課程考核的整個過程提出更為系統的解決方案，以下為家具設計教學智能化改革的模型（如圖1）。

圖1 家具設計教學智能化模型Fig.1 Intelligent model of furniture design teaching

3.1 針對性的課前準備

課程準備階段，人工智能可使用大數據分析根據學生學習階段需求自動篩選出適合的家具設計相關學習資料以及學習家具設計前期需要掌握的設計工具等。

3.2 智能授課與虛擬實驗

課堂教學階段是家具設計教學中最為重要的階段，這一階段主要有課程管理和課程教學兩大任務。課堂管理可通過語音識別、指紋識別、人臉識別等智能識別技術完成智能課堂簽到，課堂教學可結合傳統教學與智能教學，通過語音、視頻、互動完成智能教學，通過虛擬現實技術完成家具設計人體測量、結構設計、模型制作等實驗。現階段研究團隊于2020 年2 月開發出《人體測量及家具設計》虛擬仿真實驗，已應用于《家具設計》課程教學實踐。

3.3 課后復習采用人機結合形式

課后復習階段靈活性較高，學生需完成課后作業，以及提出疑問。作業與學生對問題均存在客觀題與主觀題兩種類型，客觀題可以通過人工智能完成智能批閱與答題，主觀題評閱與解答需要教師的參與。

3.4 課程考核結合智能測評系統

考核階段與課后復習階段使用的是相同的智能測評技術，但考核階段還需加強考核誠實考試監管。可通過智能測評系統完成客觀題的考試與批閱，通過智能監管系統對考生實時監控。

3.5 課程內容編入智能家居設計內容

家具設計除了教學與管理的過程可以通過人工智能的方式協助教師對學生的學習、監管以及考核方面提供高效的輔助，教師通過人工智能也可以不斷豐富以及更新自己的知識儲備，讓教學內容也能夠與時俱進。在傳統的概念里，家具就是在家中使用的器具，隨著技術的發展，家具的種類增加、材料與形制日新月異，如今家具與家電的界限由于人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）技術以及物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）技術的發展已經無法具體界定，因此學術界更多學者將“家具設計”調整為“家居設計”。這就要求更新家具設計課程的教學內容，智能家居的設計以及家具設計的未來趨勢應當體現在家具設計教學大綱與授課計劃當中。

4 結論

人工智能在教學模式上的應用可以提高課堂管理以及學生自主學習的效率，同時還能不斷更新知識庫讓老師和學生都能得到學習成長，更有利的是可以在為空間實踐受限或是危險系數太高的實驗操作提供幫助。因此文章試將智能教學模式應用于家具設計教學，通過分析家具設計教學模式的現狀提出了可以通過智能教學加以改善的問題，并針對家具設計教學特點提出了家具設計教學智能化模型。該應用將涵蓋課前準備到課堂學習、課后復習以及課程考核的整個過程，是一個以學生為主導、以教師為指導、輔以人工智能教學的有機結合教學模式。