智能時(shí)代高校精品課程教學(xué)形態(tài)研究

謝絕 羅小燕 鄧成堯

摘 ?要：未來已至，當(dāng)前以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和5G等為代表的新科技方興未艾，正逐步推動(dòng)人類社會(huì)各行各業(yè)的智能化進(jìn)程，并不斷地顛覆我們的生產(chǎn)生活方式，也不可避免地對(duì)教育這一古老的活動(dòng)產(chǎn)生了深刻的影響和變革。作為促進(jìn)教育信息化深入發(fā)展和推動(dòng)教育革新的戰(zhàn)略選擇，精品課程一直以來都是高等院校教學(xué)質(zhì)量與課程改革工程的重要組成部分。本文從智能時(shí)代背景出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前精品課程存在的問題，以《城市軌道交通概論》課程為例探討現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)精品課程教學(xué)形態(tài)的顛覆和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高等教育;精品課程;智能技術(shù);教育信息化

一、智能時(shí)代背景

到目前為止，人類歷史已經(jīng)完整經(jīng)歷了三次科技革命。第一次科技革命以瓦特改良蒸汽機(jī)為代表，實(shí)現(xiàn)了“機(jī)械化”;內(nèi)燃機(jī)的創(chuàng)新和電的應(yīng)用引導(dǎo)了第二次科技革命，人類社會(huì)步入“電氣化”;第三次科技革命以電子計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，引領(lǐng)人類文明進(jìn)入“信息化”階段。進(jìn)入21世紀(jì)以來，以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和量子通信等技術(shù)為突破口的第四次科技革命來勢(shì)洶洶，正在迫不及待地推動(dòng)整個(gè)社會(huì)跨入“智能化”的新時(shí)代。智能時(shí)代，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)將進(jìn)化為智能互聯(lián)網(wǎng)，由智能感應(yīng)、萬物互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和虛擬現(xiàn)實(shí)等共同構(gòu)建，其功能更為全面和強(qiáng)大，對(duì)許多行業(yè)已經(jīng)帶來了翻天覆地的變化。

智能時(shí)代社會(huì)發(fā)展邁入新的階段，因此需要與之適應(yīng)的現(xiàn)代化教育。近年來，我國一直將大力發(fā)展教育現(xiàn)代化作為在當(dāng)前時(shí)代背景下和國際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中依然占據(jù)主動(dòng)地位的重要舉措，而教育信息化的發(fā)展水平已然成為衡量一個(gè)國家和地區(qū)教育現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。黨的十八大以來，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃成為國家戰(zhàn)略，教育信息化迎來歷史重大發(fā)展機(jī)遇。此后，《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》、《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃》等扶持政策和指導(dǎo)意見密集出臺(tái)，為教育信息化和智能化提供廣闊發(fā)展空間的同時(shí)也對(duì)其提出了更高的要求1。

二、精品課程現(xiàn)狀

眾所周知，課程建設(shè)是教學(xué)改革的核心，課程質(zhì)量直接影響教育教學(xué)水平。為切實(shí)推進(jìn)教育創(chuàng)新、促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，從2003年起教育部在全國范圍內(nèi)正式啟動(dòng)了精品課程建設(shè)工作。至2006年底，已經(jīng)評(píng)審出國家精品課程1139門。在2007年發(fā)布的《教育部財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》中提出，繼續(xù)推進(jìn)國家精品課程建設(shè)，積極推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教育資源開發(fā)和共享平臺(tái)建設(shè)。從2012年開始在原有精品課程建設(shè)成果基礎(chǔ)之上升級(jí)改造為精品資源共享課程和精品在線開放課程，更加突出現(xiàn)代信息技術(shù)手段對(duì)教育教學(xué)的革命性影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，教育部在“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”中，共組織建設(shè)了3909門國家精品課程，750余所高校教師參與了課程建設(shè)。在國家精品課程建設(shè)的帶動(dòng)下，省級(jí)、校級(jí)精品課程數(shù)量也達(dá)2萬多門。精品資源共享課通過統(tǒng)一平臺(tái)愛課程網(wǎng)進(jìn)行共享應(yīng)用也有近1000門課程上網(wǎng)2。

時(shí)至今日，在全國范圍內(nèi)精品課程建設(shè)工作可謂碩果累累、卓有成效，具有顯著的示范和輻射推廣效應(yīng)。但與此同時(shí)，也有一些問題同樣值得關(guān)注。通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料和統(tǒng)計(jì)報(bào)告的仔細(xì)梳理，以及對(duì)一線教師和學(xué)生等精品課程使用者或相關(guān)者的初步調(diào)查，并且站在今時(shí)今日的視角觀察，可以發(fā)現(xiàn)精品課程在教學(xué)過程中仍然存在一些弊端和不足之處（如表1所示）。

造成上述現(xiàn)象的原因，除了“重申報(bào)輕建設(shè)”“以評(píng)估為導(dǎo)向”等主觀意識(shí)以外，現(xiàn)代信息技術(shù)的融入力度不夠是非常重要的一個(gè)因素。目前部分精品課程在建設(shè)和使用過程中，對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用過于淺表化，沒有真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)容資源和技術(shù)手段的融合，造成此類“短板”的存在。

三、基于現(xiàn)代信息技術(shù)的《城市軌道交通概論》課程教學(xué)形態(tài)研究

《城市軌道交通概論》是城市軌道交通類專業(yè)（如城市軌道交通車輛技術(shù)、城市軌道交通運(yùn)營管理等）的一門專業(yè)必修課。隨著城市軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國開設(shè)相關(guān)專業(yè)的高等教育機(jī)構(gòu)越來越多，《城市軌道交通概論》以其特殊的性質(zhì)和重要的地位，被眾多院校設(shè)置為校級(jí)甚至更高級(jí)別的精品課程以作示范。以該課程為例，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)課程元素進(jìn)行深度融合，從而對(duì)其教學(xué)形態(tài)進(jìn)行創(chuàng)新研究，以達(dá)到解決精品課程過往普遍存在之短板的目的，主要包括以下六個(gè)方面，如圖1所示。

1.基于云數(shù)融合的教師團(tuán)隊(duì)

精品課程的建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從教師、學(xué)生、教學(xué)資源和教育理念等多個(gè)維度進(jìn)行全面規(guī)劃， 其中核心是教師。教育部從2003年啟動(dòng)精品課程建設(shè)項(xiàng)目以來，共推出了兩次評(píng)審指標(biāo)體系，其中師資隊(duì)伍始終保持較高的比重。從某種程度上來說，精品課程建設(shè)本質(zhì)就是教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。團(tuán)隊(duì)中不僅要有較高水平的學(xué)科帶頭人，還需要高素質(zhì)的教師，同時(shí)還要有諸如精通信息技術(shù)、統(tǒng)籌管理的專業(yè)人才，以此達(dá)到精品課程教師團(tuán)隊(duì)的“一流性”。

云計(jì)算（Cloud Computing）往往被定義成一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，共享的軟硬件資源和信息以最小化的管理和交互成本來快速供應(yīng)和釋放。大數(shù)據(jù)（Big Data）是以容量大、類型多、速度快、價(jià)值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合。云數(shù)融合為教育領(lǐng)域提供“云服務(wù)”、構(gòu)建無邊的教學(xué)空間和供應(yīng)無窮的師資力量奠定了基礎(chǔ)條件。目前很多《城市軌道交通概論》課程團(tuán)隊(duì)由于師資緊張等客觀因素只有少數(shù)幾位授課老師，學(xué)科帶頭人由于事務(wù)繁多無暇照顧，同時(shí)也缺乏專門負(fù)責(zé)現(xiàn)代化教學(xué)手段的成員，導(dǎo)致團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)失衡進(jìn)而影響課程質(zhì)量。基于云端技術(shù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，這一問題可以迎刃而解。各地專業(yè)教師、軌道交通行業(yè)專家、政府主管部門專員、地鐵企業(yè)專業(yè)人才等都可以輕易打破時(shí)間和空間的壁壘，貢獻(xiàn)自己的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和見解，為《城市軌道交通概論》這門課程注入更多的活力。

2.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧課堂

教學(xué)活動(dòng)離不開教學(xué)環(huán)境的參與。教室自古以來是教師教書育人和學(xué)生學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的主要場(chǎng)所，然而時(shí)至今日，傳統(tǒng)教室的功能定位往往局限于提供舒適宜人的環(huán)境和容納教具書籍的平臺(tái)。目前普通的大學(xué)教室也不過是增加了電腦、投影儀等設(shè)備，將板書換成多媒體課件而已，這與智能時(shí)代信息技術(shù)的深度應(yīng)用還相差甚遠(yuǎn)，由此帶來的師生互動(dòng)效率低下、教學(xué)組織模式依然刻板保守等問題始終無法有效解決。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）實(shí)質(zhì)上是通過傳感器、識(shí)別技術(shù)、掃描技術(shù)和定位系統(tǒng)等各種裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“人-人、人-物、物-物”進(jìn)行信息交互。智慧課堂是在傳統(tǒng)多媒體教室的基礎(chǔ)上，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建集智慧教學(xué)、人員考勤、環(huán)境調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制于一體的智能教學(xué)環(huán)境。例如在《城市軌道交通概論》課程中講到地鐵車輛的構(gòu)造時(shí)，可以將云端已經(jīng)建好的模型投射到每位同學(xué)的手持智能終端上，由其進(jìn)行獨(dú)立觀察和自由拆裝，以達(dá)到更加深刻的認(rèn)知目的。

3.基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)空間

信息技術(shù)的發(fā)達(dá)帶來的不僅是更完善的教學(xué)手段，還有更先進(jìn)的教學(xué)理念。在教育部頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》文件中提出，要加快建設(shè)“三通兩平臺(tái)”，三通的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間人人通3。人人通也帶來了一場(chǎng)新型學(xué)習(xí)理念如泛在學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的革命。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及和日益成熟，為當(dāng)代學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)泛在學(xué)習(xí)空間。在泛在學(xué)習(xí)空間里，學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況以多樣的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，知識(shí)的獲取、儲(chǔ)存、編輯和創(chuàng)造等行為都能得到針對(duì)個(gè)人最優(yōu)化的解決，具有持續(xù)性、直接性和主動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)。由于《城市軌道交通概論》包含的內(nèi)容范圍很廣、知識(shí)點(diǎn)眾多且分散，容易造成部分同學(xué)的知識(shí)盲區(qū)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)筑的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間里，以人為中心、以學(xué)習(xí)任務(wù)本身為焦點(diǎn)的學(xué)習(xí)行為，可有效解決這一問題。

4.基于5G網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)資源

以教材、課件、習(xí)題、試卷等為元素的教學(xué)資源是精品課程建設(shè)必不可少的環(huán)節(jié)。前已述及，傳統(tǒng)的課程教學(xué)資源存在著數(shù)量不夠豐富、類型過于單調(diào)、形式不夠新穎等問題。相較而言，生動(dòng)有趣的資源更能吸引學(xué)生的注意力和更有利于提升學(xué)習(xí)效果。主要的解決途徑便是將教學(xué)資源數(shù)字化、立體化、可視化，并且增加可交互性和可操作性，讓信息不再只能被“看見”，而是可以調(diào)動(dòng)所有感官和大腦高度參與。然而這樣的教學(xué)資源勢(shì)必要求更大的容量、更高的傳輸速度和更低的延遲。

5G（5th-Generation）即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，基于5G網(wǎng)絡(luò)，能夠達(dá)到高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。試想一下，在《城市軌道交通概論》課程中講述常人難以直接接觸的隧道挖掘工程時(shí)，加入高質(zhì)量的互動(dòng)視頻，通過5G技術(shù)的賦能，可以將教學(xué)資源變得形象起來，激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲。

5.基于虛擬/增強(qiáng)/混合現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐

實(shí)訓(xùn)實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)環(huán)境和條件的要求更加苛刻、不易實(shí)現(xiàn)，甚至還有一定的安全隱患，由此在客觀上造成很多精品課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)缺失或者簡(jiǎn)陋的現(xiàn)狀。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，創(chuàng)建一種沉浸式的適人化信息環(huán)境并可與之實(shí)時(shí)交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）和混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）也是類似的能夠?qū)F(xiàn)實(shí)和虛擬世界緊密聯(lián)系的仿真技術(shù)。基于VR/AR/MR技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是教育技術(shù)發(fā)展史上的重大突破，它允許實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。例如，《城市軌道交通概論》中涉及到的地鐵車站消防應(yīng)急演練，對(duì)于一般學(xué)校來講很難實(shí)地進(jìn)行，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生身臨其境、受益匪淺。

6.基于人工智能的教學(xué)助手

精品課程除了應(yīng)該注重現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的融合以外，還需要利用智能手段來提升教學(xué)服務(wù)水平和教學(xué)管理效率。諸如發(fā)布通知、教學(xué)資源申請(qǐng)、批改作業(yè)、試卷分析、教學(xué)評(píng)價(jià)等一系列瑣碎的教學(xué)輔助環(huán)節(jié)在實(shí)際的課程進(jìn)展中占據(jù)了師生相當(dāng)比重的時(shí)間和精力。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）簡(jiǎn)單來說就是運(yùn)用算法讓機(jī)器設(shè)備實(shí)現(xiàn)原來只有人類才能完成的任務(wù)。近年來AI技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，被多次寫入年度政府工作報(bào)告，其與教育領(lǐng)域的融合不斷深入4。在《城市軌道交通概論》的教與學(xué)過程中，AI教學(xué)助手一方面可以完成自動(dòng)批改作業(yè)、在線答疑、動(dòng)態(tài)評(píng)測(cè)、教學(xué)反饋、課堂行為記錄和分析等教學(xué)管理工作，將師生從繁重瑣碎的勞動(dòng)中解放出來;另一方面可以根據(jù)大數(shù)據(jù)和智能分析，為師生提供個(gè)性化的教學(xué)服務(wù)，而不是一刀的切教學(xué)方式。

四、結(jié)語

本文首先梳理了第四次科技革命帶來的智能時(shí)代背景和我國教育信息化的行業(yè)背景，然后對(duì)高校精品課程項(xiàng)目現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)其存在的一些弊端與現(xiàn)代信息技術(shù)融合度不夠有很大的關(guān)聯(lián)，最后重點(diǎn)以《城市軌道交通概論》課程為例，探討了將教師、學(xué)生、教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)條件等傳統(tǒng)課程元素與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、VR、AI等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行深度融合之后的創(chuàng)新教學(xué)形態(tài)。

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作者簡(jiǎn)介：謝絕（1988.2-），男，漢族，四川南充人，碩士研究生畢業(yè)，講師，主要從事軌道交通領(lǐng)域的教學(xué)與研究。

基金項(xiàng)目：四川省民辦教育協(xié)會(huì)2020年科研課題“智能時(shí)代高校精品課程教學(xué)形態(tài)研究— —以《城市軌道交通概論》為例”（項(xiàng)目編號(hào)：MBXH20YB279）;西南交通大學(xué)希望學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目“‘城市軌道交通概論課程建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：2019047）。