人工智能在开放教育工科实践教学中的应用探析

杜 莎

自贡广播电视大学

人们的物质生活水平的提高和人类精神文明的发展，都离不开科技的进步。在这个日新月异的新时代，人工智能技术日趋成熟，推动社会各行业不断改革创新。目前为止，对人工智能的定义还众说纷纭，但核心理念相同：人工智能是能够提升人们工作效率，能够代替人们从事繁琐的劳动，让人们做更有价值、更有创造性的事情的一门技术科学。人工智能是一门交叉学科，涵盖了计算机科学、统计学、脑神经学、社会科学等诸多领域，是语音识别、图像处理、信息检索等多种技术的集合。人们希望通过对人工智能的研究，能将它用于模拟和扩展人的智能，辅助甚至代替人们实现多种功能，包括识别、认知、分析、决策等等。

目前，人工智能已初步应用于教育领域，例如，外语学习app 中，应用到了人工智能语言的评测以及识别；智慧课堂中，利用人工智能技术可以实现人脸识别、交互识别，手写板笔记等技术。随着人工智能技术的不断发展，人工智能技术将成教育领域的主流。

一、开放教育工科教学难点

开放教育是我国成人教育的重要组成部分，随着当今科技快速发展，工科专业技术人才的需求不断增大，为开放教育工科专业发展提供了极好的机遇。由于工科专业的特殊性，在开放教育工科专业中开展实践教学，可以更好地培养工科学生的实践探究能力和创新能力，提高学生对专业知识的应用能力，有效地提高工科学生的综合素质，为社会培养具有一定专业实践技能的工科人才，工科实践教学的重要性日趋明显。但是，开放教育工科教学需要在有限的课时内同时完成理论教学和实践任务，仍然面临许多困难，主要存在以下教学难点：

1.工学矛盾突出，面授课时有限。

开放教育招收的学生主要是有学历提升需求的社会在职人员，相较于全日制高等院校学生，面授课时较短，平均每周3-4 学时，同时在职人员由于工学矛盾、家庭负担等客观原因，往往存在面授课请假、缺课等现象，参加面授课的时间有限。虽然在课后学生可以对照教材对理论知识进行学习，但是由于缺乏实践培训，学生并不能完全掌握并应用到实际工作中。这种学习模式并不能使学生的能力得到真正的提高，同时由于工科知识层次分明、逻辑性强的特点，也给后续的学习造成了极大的困难。

2.教学资源滞后，重理论轻实践。

现行的开放教育工科专业资源内容比较陈旧，主要分为文字教材和网上资源两个部分。文字教材对课程所包含的主要内容、基础知识、实验任务及学习参考资料等进行了描述。每周面授课上主要针对文字教材的重点进行理论讲解，但仍然主要是“教师讲、学生听”的教学模式，学生被动接收老师所讲的知识，不能调动学生的学习积极性，教学效果不明显。国家开放大学学习网为每一个学生建立了学习空间，每学期的课程都可以在学习空间内进行学习，学习空间内的资源以文字或视频为主，不能激发学生的学习兴趣，学生自主学习参与度不高。虽然历经多次教学改革，工科教师在授课过程中将PPT 讲授、微课等多媒体教学方式融入课堂，也加入了一些实践案例讲解、纪录片播放等教学环节，但只注重理论教学环节，但却忽略了对学生实践探究能力的培养，实践教学效果不显著。

3.教师能力素养欠缺，校企合作深度不够。

工科专业课程普遍具有很强的综合实践能力，这要求担任实践教学的教师既要有扎实的基础理论及相关专业知识，还要有丰富的实践经验。但目前，工科教学教师长期脱节于社会生产第一线，缺乏实践工作经历，普遍动手能力差，不能将理论与实践充分结合起来，从而阻碍了工科教育教学质量的提高，培养的学生空懂理论，缺乏实践经验，制约了学生专业能力和综合素养的提高。

开放教育没有和企业建立长期的、稳定的、互惠互利的合作机制，学校希望和企业合作，解决学生短期的实习问题，而企业希望吸引优秀学生进入企业，长期为企业服务，校企双方难以对校企合作的目标达成一致，校企合作的平台机制建设难以真正落到实处，校企合作流于形式。

4.实践环节匮乏，评价方式单一。

目前开放教育工科专业教学规则中制定了专门的实践课程，但在当前实践教学中，学生要么只是单纯地按照教学步骤完成实践任务，要么是由学生自行联系企业进行相关实践。课程实践考核大多都是要求学生根据实践课程要求提交实践任务报告用于评价。评价方式较为单一，不能真正的提高学生的实践创新能力。

二、人工智能助力工科实践教学

人工智能与工科实践教学相结合可以使未来的工科实践教学发生革命性的变化。学生在“动手做”这一环节将理论与实践充分结合，使学生不仅掌握理论知识，更会运用与实践，提高学生的综合能力，促进教育质量的提升，有助于培养当今社会所需要的实践能力强、创新能力强的人才。

1.制定个性化学习计划，线上线下学习相结合。

只有在充分了解学生的基础上，才能够根据学生的学习特点和学习需求，制定出适合针对学生特点的个性化学习方案。利用大数据对学生信息进行深度挖掘，准确描绘学生画像，为老师的面授课备课提供科学依据，采取有效的措施，查漏补缺，提高学生成绩。无论是备课、上课，还是课后完善，都能够做到有条不紊，提升课堂教学效率。根据分析结果，在学生个人网上学习空间制定个性化学习计划，充分利用学生的碎片化学习时间进行学习，做到教学讲解个性化；还可以在一个学习周期后对学生的学习数据进行更新，构建和优化学习内容，自动调整学习计划，帮助学生理解所学内容，学生因此会更加受益，从而实现最轻松、最高效的学习。

2.理论与实践相结合，构建规范教学体系。

针对在职工科专业学生培养目标，开放教育应该选取合适的教学资源，加大实践性环节教学资源的开发力度，提高学生的实践能力。工科教师应合理规划理论、实践两部分的时间，将原来的理论基础课和实践内容模块进行课程重构，对现有教材进行优化整合，合理设计各部分的教学内容。同时，针对相应知识点设置模拟实践内容，实践内容应该尽量接近实际，前后衔接紧密，内容完整，保证过程的连续完整。在实践操作演示阶段，利用人工智能技术虚拟软件随时随地展示实践过程，更加生动、形象、直观，不需要在虚拟和现实之间进行切换，实现沉浸式教学，从而节省了大量实践演示准备时间，有助于教师知识讲解与学生知识理解，提高了教学的效率。

3.加强师资队伍建设，优化模拟实验环境。

为适应现阶段培养具有创新性和实践性的工科专业人员的需要，首先必须加强师资队伍建设，在提高专业教师的理论素养的基础上，还要注重培养教师的教学能力，为人才培养提供师资保障。可以采取“请进来，走出去”的策略，这需要学校和教师的共同努力：学校应当加强校企合作，邀请企业一线工科专业技术人员到校指导；另一方面，教师应当积极参加相应的培训活动，进入企业进行实践，真正参与到企业一线工作中，有助于教师不断完善模拟实践教学环节，提升教学水平和效果，实现教学相长。

当代人工智能技术已日趋成熟，学校可以建立工科实践模拟“云实验室”。运用AR 增强现实和VR 虚拟现实技术改善学校实验环境，为师生提供一个虚拟的实践空间，实验现象应与真实现象一样，使学生直接在虚拟场景里熟悉各种实践操作流程，可以培养学生的观察能力和实践探究能力，同时提高学生的逻辑思维能力，增强学生体验感，帮助学生尽快将理论运用于实际。学生还可以自主的进行实验方案设计，动手操作整个实验过程，加深对实践操作的认识。同时虚拟实践实验室可以重复操作，教师及学生可以进行多次实践操作，做到理论与实践相结合，提高学生的实际工作能力。

4.组建多元化考核内容，运用多样化评价方式。

依托人工智能为基础的智能评测系统能够显著提升教学效率，提高学生的成绩。大数据能够将学生的学习情况进行智能归纳，智能组题，模拟各种现实场景，借助多元化考核内容，针对性地对学生进行考核；整合分析学生评测结果，准确了解学生的学习进度，归纳易错知识点，推送相关习题进行强化练习，查漏补缺。

利用人工智能对学生实践内容进行评价过程中，不仅仅应对学生的实践完成情况进行考核，还应对学生在实践过程中的学习态度、团结协作能力以及解决问题的能力进行评价，具体可以考核学生网上学习时间、利用“云实验室”模拟练习时间、网上论坛讨论和发帖情况等。通过智能分析可以促使学生清楚地认识自身学习的不足，激发学生的学习主动性和创造性，并督促学生及时改进，从而促使学生在理论和实践中提升实际操作能力。

三、结语

利用人工智能协助工科实践教学尚处于萌芽阶段，仍然面临不少困难与挑战，需要发挥开放教育、教师和企业的协同作用，融入人工智能现代技术，为学生制定个性化学习计划，构建规范教学体系，加快教师队伍建设，优化模拟实验环境，组建多元化考核内容，运用多样化评价方式等多种策略，在提升开放教育工科教学质量的同时提高学生的综合能力，培养出符合现代社会需求的实践性和创新型人才。