大模型助力高等教育數字化轉型與拔尖創新人才培養

摘" "要：隨著AI大模型等數字技術的不斷進步，我國的教育數字化轉型戰略也不斷向更高層次推進。如何實現產學研用協同的模式創新，構建教育領域大模型，推動高校數字化轉型與拔尖創新人才培養成為一個重要課題。以大模型賦能北京郵電大學數字化轉型“數字北郵”的實踐為核心，介紹北京郵電大學與科大訊飛股份有限公司的產教融合、科教融匯情況，推動教育教學數字化轉型的探索與實踐，以及大模型在教育教學、人才培養、科研創新、師生服務等領域的應用場景探索；提出高等教育需要培養具備創造力的“AI+教育”拔尖創新人才，教學模式需要以學生為中心培養領域交叉融合人才，教師角色向“人機協同”轉變，關注以思考和創造為核心的數字素養培養；北郵教育數字化轉型的主要實踐，包括以智慧教室、教學云平臺為基礎演進到建設大模型賦能的個性化自適應學習平臺；以產教融合、大學生創新創業為機制，在國內率先開展大模型賦能的代碼編程教學實踐、構建大模型融合知識圖譜的自適應個性化學習平臺；積極布局教育大模型國內國際標準化工作、與領域頭部企業共商共建產學研協同聯合實驗室，等等。北京郵電大學積極探索數字化轉型的產學研協同新機制，以教育大模型為核心，推動數字化轉型與人才培養，可以為高校的數字化轉型提供典型經驗。

關鍵詞：教育大模型；教育數字化轉型；拔尖人才培養；數字北郵；知識圖譜

中圖分類號：G434" " " " "文獻標志碼：A" " " " "文章編號：1673-8454（2024）09-0009-09

DOI：10.3969/j.issn.1673-8454.2024.09.002

作者簡介：喬秀全、王楠，北京郵電大學信息化技術中心教授，博士（北京 100876）；郜盼盼、伍力慧，北京郵電大學信息化技術中心工程師，碩士（北京 100876）；李禮，科大訊飛股份有限公司高教智慧教學研究院職員，碩士（北京 100193）

基金項目：2022年教育部產學研創新基金項目“學科領域知識圖譜及新型教學資源建設研究”（編號：2022XF005）；2023年北京郵電大學教改項目“基于人工智能的教學云平臺建設研究與實踐”（編號：2023YB68）

一、引言

（一）高校教育數字化轉型的背景與意義

黨的二十大首次將“推進教育數字化”寫入黨代會報告，提出“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”。建設教育強國是實現中國式現代化的重要力量，教育數字化是建設教育強國的重要內容。在高等教育領域，數字化轉型方興未艾，它正在重塑教育發展的模式和路徑，具有深刻的戰略意義。具體來說，高等教育數字化就是通過徹底和全面的數字化轉型，形成數據驅動、人機結合、跨界開放的教育生態，構建更加敏捷、公平、可持續的高等教育體系，為學習者提供全面和豐富的學習體驗。[1]通過培養數字經濟時代的拔尖創新人才，推動社會進步，構建人類命運共同體。

（二）數字化轉型中的拔尖創新人才培養

在我國數字化、智能化加速迭代升級的背景下，如何面對復雜場景，具備創造力、好奇心、學習能力，以及能夠提出好問題的人才變得尤為重要。2022年，以大模型為核心的人工智能技術飛速發展，走向通用人工智能時代的路徑愈發明朗和清晰。以ChatGPT為引領的生成式人工智能技術不斷快速迭代，[2]大模型具備的文本生成、語言理解、邏輯推理、代碼、數字、多模態、知識問答等能力，對教育數字化轉型與信息科技拔尖創新人才培養產生了重要影響。人工智能等新技術將從學習方式、教學模式、資源供給等方面重塑教育，教育應與時俱進，培養新時代所需要的人才，使教育從標準化邁向個性化。[3]探索基于大模型技術的專業人才培養路徑，形成適應差異化、多樣性、創新性人才需求的人才培養方式，構建面向不同專業、行業的“AI+交叉融合”人才培養模式，已經成為高等教育面臨的重要課題。

（三）啟動“123上臺階計劃”

教育數字化是推動教育高質量發展、建設教育強國的重要引擎。為了探索大模型技術賦能高等教育人才培養示范應用，北郵于2023年12月啟動“123上臺階計劃”，即“堅持以高質量黨建引領學校高質量發展”（“一個引領”），深入推進文化育人工程、數字教育工程（“兩大工程”），實現教學成果翻番、科研經費翻番、引育人才翻番（“三個翻番”），為教育強國、科技強國、人才強國建設貢獻力量。“123上臺階計劃”體現了北郵加強黨的全面領導，落實立德樹人根本任務，加快推進教育、科技、人才融合發展的使命擔當，體現了學校在人才培養、科技創新、服務國家重大戰略需求能力上實現“數量翻番”向“質量超越”轉變和“規模擴大”到“結構優化”轉變的信心決心。面對國家教育數字化轉型新要求，北京郵電大學多措并舉，全面啟動數字教育工程，探索通過數字技術全面賦能教育，推動現有大規模標準化教育模式向大規模個性化學習轉變的教育實踐探索，深入構建具有北郵信息通信學科特色的高等教育數字化建設框架。數字教育工程是落實國家教育數字化戰略的重要行動，聚焦智慧教育資源平臺建設，以數字化思維重構學校教育生態，利用數字技術構建智能化的教育新模式，將AI大模型、大數據等技術融入教育教學資源和環境建設，提供滿足數智時代更加適合人才培養的智慧教育平臺，實現理論與實踐教學、課內和課外學習、跨學科與專業知識等融通互聯，助力智能化、個性化的教與學，滿足數字化時代拔尖創新人才和卓越工程師培養需求。

二、教育大模型的建設及其應用場景

（一）教育大模型的定義及構建方法

教育大模型是大模型結合教育行業場景和需求的產品形態，是一種基于深度學習和自然語言處理技術的大規模預訓練模型，旨在理解和生成與教育相關的內容。教育大模型不僅包含文明傳承所需的教育知識，還提煉了過去只存在于教師頭腦中的教育經驗和教育方法，能在人機對話交互中引導學習者深入思考，為學習者的自主探索提供指導和支持，并在此過程中不斷更新升級，達到更高的專業水平。[4]教育大模型可以用于各種教育任務，如問答系統、自動摘要、編程糾錯等。通過學習大量教育文本數據，教育領域大模型掌握了豐富的教育知識和語言表達方式，能夠為教育領域提供智能化的解決方案。

在教育大模型的構建方法上，需要經歷數據收集、數據預處理、模型訓練，以及模型評估和優化四個階段。數據收集階段，需要從公開的教育數據庫、網站或社交媒體平臺中獲取大量教育領域的文本數據，如教材、課件、論文、博客等數據；在此基礎上，進行數據預處理，即對收集到的數據進行清洗和標注，去除噪聲和無用信息，并將文本轉化為模型可接受的格式，如分詞、詞向量表示等；其后，完成模型訓練，通常可以使用深度學習框架（如TensorFlow、PyTorch）搭建大模型，并使用大規模的教育數據集進行訓練，當前教育領域大模型使用預訓練的語言模型（如BERT、GPT）作為基礎模型，然后對其進行微調，使其適應教育領域的需求；最后，實施模型的評估和優化，使用相應的評估指標（如準確率、召回率、F1值等）對模型進行評估，并根據評估結果進行優化，其目的是通過調整模型結構、增加訓練數據量、調整超參數等方式進一步提高模型的性能。

教育大模型在提高教育效率、促進知識傳播、實施個性化教育、智能輔助決策等方面有著重要意義。教育大模型可以幫助教師、學生更高效地進行教學和學習，將教育知識轉化為易于理解和應用的形式，幫助更多人獲取和掌握知識，促進教育的普及和發展，并根據學生的個性化需求和學習情況，提供定制化的學習資源和指導，幫助每個學生實現最大的學習效果，通過分析大量的教育數據和信息，為教育機構和政策制定者提供決策支持，助力更科學和有效的教育決策。

（二）教育大模型的應用場景

教育大模型的應用廣泛，涵蓋教育教學、人才培養、科研創新、師生服務等多個場景。

1.教育教學

智能學伴：教育大模型可以根據學生的學習情況和特點，提供個性化的學習計劃和資源推薦，幫助學生更好地理解和掌握知識。

智能助教：教育大模型可以作為智能輔導員，回答學生的問題、解釋概念，并提供針對性的練習和反饋，提高學生的學習效果。

虛擬實驗：教育大模型可以模擬各種實驗場景，讓學生在虛擬環境中進行實驗操作，培養實踐能力和科學思維。

語言學習：教育大模型依托語音合成、語音識別、自然語言理解、數字人等能力，可扮演虛擬考官、外語語伴等角色，滿足語言學習場景的口語訓練、模擬考試、開放話題對話等。

資源開發：教育大模型可以輔助教師生成教學設計、教案，以及出題、制作課件等。

作業批改與評估：教育大模型可以自動批改學生的作業，并提供詳細的評估和反饋，減輕教師的工作負擔，提高教學質量。

2.人才培養

專業大腦：教育大模型可以支持學科大腦、專業大腦建設，具有大模型構建與知識庫結合的能力，對特定領域提供知識問答、知識服務。

編程教學：教育大模型具備代碼生成、代碼批改、代碼補全、代碼糾錯等功能，可以應用于計算機人才培養、提升學生的編程能力。

素養培訓：教育大模型作為AI生產力，可以作為通識教育內容，構建大模型通識課，實現人人都要懂AI的基礎素養提升。

實習實訓：針對大模型和人工智能人才培養場景，可以構建大模型訓練、大模型開發平臺，推動人才培養模式創新和學生實踐操作能力提升。

課程管理與輔助：教育大模型可以幫助教師管理課程內容和教學進度，提供教學輔助工具和資源，提高教學效果和管理效率。

學生咨詢與輔導：教育大模型可以作為學生心理咨詢和輔導的工具，回答學生的問題、提供心理支持和學業指導，關注學生的全面發展。

3.科研創新

文獻檢索與分析：教育大模型可以幫助科研人員快速檢索相關文獻，并進行智能分析和總結，提高科研工作的效率和質量。

實驗設計與優化：教育大模型可以根據研究目的和條件，設計合理的實驗方案，并通過模擬和優化，提高實驗結果的可靠性和可重復性。

學術交流與合作：教育大模型可以促進科研人員之間的交流與合作，提供學術討論的平臺和工具，推動科研成果的共享和轉化。

綜上所述，教育大模型在教育教學、人才培養、科研創新、師生服務等方面具有廣泛的應用前景，將為教育事業的發展帶來積極的影響。

三、產學研協同推動教育數字化轉型

與創新人才培養

教育數字化轉型不僅僅是信息技術在教育領域的應用，更是對教育領域的一種涵蓋廣泛、全面的轉型升級，從而重新塑造整個教育體系。教育數字化轉型涵蓋從課程內容到教學方法和途徑，以及學習方式的全方位改變，包括教學組織管理、課程交付、學生來源、效果評估、畢業認定等多個領域。[5]在北郵的數字化轉型過程中，學校通過與科大訊飛的產學研協同合作，構建了產教融合、科教融匯的信息化建設機制，聯合推動實現學校的教育數字化轉型。

（一）大模型賦能北郵教學云平臺智能化升級

北郵在教學數字化方面已經進行了多方位的探索。在教學平臺建設方面，2021年建成的北郵教學云平臺是支撐教學數字化的基礎，基于云端一體化的設計思路，實現“1+3”的智慧教育教學支持體系形態（1個教學平臺+web/移動/教室3個用戶端），統一教學門戶支撐教學場景在線化，輕量化實現隨堂錄播，支持教師免登錄、免預約線上授課，支持學生隨時回看課程視頻，覆蓋教室、遠端教學全場景，實現泛在化學習，如圖1所示。在教學環境建設方面，北郵開創性地提出“學科特色型”智慧教室概念，基于體驗設計，打造具有學科特色的人性化個性化智慧教室；同時，作為國內首個部署5G專網的高校，北郵跨校區教學首次應用5G全息技術，建成5G全息遠程互動智慧教室、VR互動智慧教室、5G虛擬演播直播智慧教室。通過建設“教學云平臺+智慧教室”，目前所有師生的教學活動、學習過程、課堂行為等，均可通過“平臺+端”進行采集和存儲，實現包括課程、資源、作業、測驗、教學活動、學習過程、課堂行為、教室環境在內的各類數據的歸集和分析。

面對大模型的技術浪潮，北郵開啟了基于教育大模型的教學云平臺升級計劃。作為信息科技特色學校，北郵深刻認識到當前面臨的工科教育理科化、課程資源單一、學生缺乏自主學習平臺、無法滿足創新型人才個性化學習的困境，希望通過教學云平臺升級計劃基于大模型構建一套信息科技拔尖創新人才培養模式。教學云平臺升級計劃聚焦數字化轉型和教育大模型的技術趨勢，為學生全面發展服務，融合人工智能等數字技術，依托數據要素，實現教育全流程的數字化改造。建設內容包括：①建設全方位、多角度的智慧評價體系，為教學質量管理提供針對性、建設性決策建議；②實現基于OBE理念的專業建設與認證管理系統，優化人才培養模式；③建設智能化虛擬教研空間，打破時空界限，實現資源協作共享；④建設智課工程，基于AI大模型和大數據技術，構建北郵核心課程知識圖譜，推動優質教學資源共建共享，創新智能化教學場景；⑤構建基于知識圖譜的自適應學習平臺，支持自主規劃學習路徑、自適應教學資源推薦，開展跨專業、跨課程學習，打造學校智慧教育新模式；⑥持續優化推廣大模型賦能的編程教學應用平臺“碼上”，建設提升學生代碼能力的基礎設施。北京郵電大學教學云平臺建設架構如圖2所示。

（二）建設全國首個大模型賦能的編程教學平臺“碼上”

全球咨詢公司麥肯錫預測，到2030年，勞動力所需技能和今天重視的技能截然不同，以創造力為核心素養的拔尖創新人才培養成為重要課題，如何應對人工智能技術給人才培養帶來的挑戰？如何利用人工智能技術來培養拔尖創新人才？需要充分發揮教育大模型賦能教育的變革能力，利用大模型實現個性化學習資源和建議，幫助學生發現最新研究成果和趨勢，從而實現個性化學習和創新思維激發；要利用大模型創建高度真實的模擬環境，幫助學生分析復雜問題，并提供深入的見解和解決方案；基于大模型更好地幫助學生溝通和協作，培養團隊精神和領導能力。教育應變革傳統的教育理念與教育模式，教授學生知識的同時也要幫助學生做好步入社會的準備，更要教育學生應對未來世界的改變。[6]教育需要培養能夠超越機器的核心競爭力，“AI+教育”將成為未來的“黃金賽場”。

北郵作為一所信息科技特色高校，代碼編程能力的提升是大多數學生普遍面臨的教學場景，學生急需實時、準確、1對1、啟發式的編程輔導答疑服務，基于此需求，北郵教學云平臺推出我國高等教育領域首個大模型賦能的編程教學應用平臺“碼上”。每個學生在編程學習過程中，以科大訊飛星火認知大模型為基礎的人工智能可以為學生提供實時精準的一對一輔導。學生登錄碼上平臺，通過一對一輔導，提出具體問題，并附以相關代碼，大模型可以用20～60秒的時間給出精準答案。需要注意的是，大模型并不是一次性給學生提供一個最終答案，而會分析學生所呈現出來的問題，先給出一個相對宏觀的指引，學生看到系統的指導后，可自行解決問題，如果學生仍然存在疑惑，碼上平臺會進一步給出啟發式的引導，直至給出最終答案，也就是修改后的代碼。大模型在回答學生問題的同時，還會發現學生在某個方面知識點存在薄弱環節，繼而提出一個針對性的學習建議，大模型的提示精準且充滿啟發性。大模型賦能碼上平臺，為大學編程教育帶來革命性變化。

基于大模型的碼上平臺，是北郵新生團隊在創新創業項目研究成果基礎上，通過產學研多方協同合作完成的。在平臺建設中，北郵信息化技術中心協調大模型廠家與團隊多次交流溝通測試，最終確定與科大訊飛星火大模型協同。作為安全可靠的大模型平臺，科大訊飛星火大模型提供優秀的代碼能力，支持碼上平臺從最初的demo系統到真正可以落地應用的系統，自2023年9月正式上線以來，成為北郵教學基礎設施的重要組成部分。2023年12月，北郵啟動大模型賦能的編程教學改革試驗，從試點先行到全校范圍推廣應用，線下教學過程中應用碼上平臺，開啟了3個年級3門課、311人的試驗。數據顯示，當前，“碼上”對占學生群體人數80%以上編程新手的編程問題能夠提供較高質量或較高準確率的輔導（修改后代碼的運行成功率達60%～80%），能顯著減輕教師的輔導工作壓力。2024年面向全國100多所高等學校和職業院校開展示范應用工作。

（三）建設知識圖譜與大模型雙驅動的自適應學習系統

基于教育大模型，北郵與科大訊飛聯合構建了全國首個知識圖譜與大模型雙驅動的自適應學習系統，其目標是幫助學習者在浩如煙海的學習資料中進行系統化、高效率的自主學習。該系統將學科里核心課程的知識點以圖譜的形式展現出來，可以根據學生的學習能力和水平，個性化定制學生的學習路徑，系統提供自適應的題目和資源的推薦。云平臺以認知大模型為支撐，生成多模態內容，融合教育場景，促進教育創新與變革，探索大模型應用于課程教學設計、教學資源搜集、課堂助教、測評內容生成、個性化輔導等場景，幫助師生進行知識搜索、多語言翻譯，以及生成班級討論問題、小測驗與作業，并對學生進行個性化評價，為學生提供系統個性化答疑輔導。在單一課程的知識圖譜構建基礎上，通過刻畫相關課程之間的有機聯系，形成學科圖譜。以通信學科核心課程為著眼點，構建跨學科、跨課程的知識森林，該自適應學習平臺面向學生開放。

基于教育大模型，整合不同學科的知識和數據，促進跨學科的學習和研究，幫助學生建立更廣闊的知識體系；同時，基于大模型實現優化資源分配，確保每個學生都能獲得適合自己需求的教育資源，提升學生的學習效率和質量，培養他們成為未來的領導者和創新者。自適應學習系統應用大模型、數字人的智慧能力，為每一位學習者配備資深的一對一智能助教，解答教學知識點疑問，成為具有全領域知識的智能輔導專家。

四、政策建議與未來展望

（一）政策建議

1.加強頂層設計，明確教育大模型發展目標與路徑

教育數字化轉型是一項系統性、復雜性和全局性工作，需要加強頂層設計，制定高等教育數字化轉型戰略規劃。[7]教育大模型作為推動教育數字化轉型的重要工具和手段，同樣需要通過加強頂層設計明確發展目標和路徑。2023年7月，國家相關部門發布了《生成式人工智能服務管理暫行辦法》，旨在明確行業規范，進一步推動生成式人工智能應用落地。[8]針對教育大模型技術及其應用，教育行政主管部門應該制定明確的政策和規劃，明確教育大模型的發展方向和重點領域，建立跨部門、跨學科的合作機制，促進圍繞教育人才培養的各方資源整合和共享，并加強對教育大模型的研究和評估，及時調整和完善發展策略。通過這些措施，才能確保教育大模型的發展能夠朝著正確方向前進，為教育事業的發展提供有力支撐。

2.完善數據安全與隱私保護，保障教育大模型健康發展

教育大模型的發展離不開大量的數據支持，需要完善數據安全與隱私保護制度，保障教育大模型的健康發展。重視開放數據的安全性，重視數據隱私，確保數據信息采集是建立在充分保障個人隱私的基礎上，根據使用場景、安全級別、私密程度、敏感程度對數據進行科學挖掘和評估，確保數據質量符合使用場景和用戶需求。[9]通過建立健全的數據收集、存儲、使用的規范和標準，確保行業數據的合法性和安全性，并加強對數據的保護和管理，采取有效的技術手段和措施，防止數據泄露和濫用。[10]同時，還需要加強對教師和學生的隱私保護意識培養，提高對個人信息安全的重視程度。通過這些措施，可以有效保障教育大模型的數據安全和隱私保護，為教育大模型的健康發展提供有力保障。

3.加大教師培訓與支持力度，提升教師應用教育大模型的能力

教師是教育大模型的重要參與者和應用者，教師需要主動迎接教育技術的更新和數字化轉型，并嘗試開發大型語言模型背景下的新教育理論、教學策略，在促進理論發展的同時，強化教學實踐。[11]教師的能力和素質直接影響教育大模型的應用效果。因此，需要加大教師培訓與支持力度，提升教師應用教育大模型的能力。首先，需要開展針對教師的培訓課程和研討會，提高他們對教育大模型的理解和掌握程度。其次，需要提供技術支持和指導，幫助教師解決在應用教育大模型過程中遇到的問題和困難。最后，還需要建立教師交流和分享的平臺，促進教師之間的互動和合作。[12]通過這些措施，可以提升教師應用教育大模型的能力，推動教育大模型在教學實踐中的有效應用。

（二）未來展望

隨著信息技術的迅猛發展，高等教育正逐漸從傳統的紙質教材和面對面授課模式轉變為數字化、智能化的教育模式。北郵在全國高校中率先推出多款大模型應用，這與北郵濃厚的科技創新氛圍和不斷升級的科技孵化模式緊密相關。教育大模型應用的成功落地是北郵利用大模型推動教育數字化轉型、塑造教育發展新優勢的第一步。基于產教融合、科教融匯以人才培養為核心的教育大模型構建，是未來的趨勢，也是長期任務。構建新一代基于教育大模型的人才培養平臺，需要前沿人工智能技術的支持、人工智能領軍企業的產學研協同，通過構建聯合實驗室、協同創新平臺、產教融合項目等，來真正鍛煉學生的動手能力、實踐能力、創新能力，培養出掌握AI的新時代拔尖創新人才，真正去解決未來的復雜問題。未來教育大模型將更加深入地融入高校教育各個環節，在高校教育中發揮越來越重要的作用，為高校培養拔尖創新人才提供有力支持。基于教育大模型，提高學生的綜合素養，實現跨學科思維能力的培養，全面助力提升高等教育人才培養質量和教學管理水平，培養出更多具有創新精神和實踐能力的優秀人才，為國家的科技創新和社會進步作出更大貢獻。

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Large Language Models Contributing to the Digital Transformation of Higher Education and the Cultivation of Top Innovative Talents ： the Exploration and Practice

at Beijing University of Posts and Telecommunications

Xiuquan QIAO1， Nan WANG1， Panpan GAO1， Lihui WU1， Li LI2

（1.Telecommunications Information Technology Center， Beijing University of Posts， Beijing 100876;

2.Higher Education Smart Teaching Research Institute， iFLYTEK Co.， Ltd， Beijing 100193）

Abstract： With the continuous advancement of digital technologies such as cognitive big models， China’s educational digital transformation strategy is also constantly advancing to higher levels. How to achieve a model innovation that synergizes government， industry， academia， research， and application， construct a large model in the field of education， and promote the digital transformation of universities and top innovative talent cultivation has become an urgent issue. This paper takes the practice of “Digital Beijing University of Posts and Telecommunications” digital transformation as the core， introduces the exploration and practice of the integration of industry and education， science and education， and promoting the digital transformation of education and teaching at Beijing University of Posts and Telecommunications and iFlytek Co.， Ltd.， explores the application scenarios of large models in education and teaching， talent cultivation， scientific research innovation， teacher-student services， etc. It proposes that higher education needs to cultivate “AI+Education” top innovative talents with creativity， the teaching model needs to be student-centered， cross-disciplinary talents should be cultivated， the role of teachers should change to “human-machine collaboration”， focusing on digital literacy centered on thinking and creation; The main practices of the digital transformation of education at Beijing University of Posts and Telecommunications include evolving from smart classrooms and teaching cloud platforms to building AI-empowered personalized intelligent learning platforms; Using industry-education integration and college student entrepreneurship as a mechanism to build the country’s first large model empowered coding programming teaching platform; Constructing new courses and adaptive learning platforms for electronic information classes with knowledge graphs as the core， constructing knowledge service and digital textbook platforms with large models， digital humans， and knowledge graphs as the core， layout domestic and international standardization work for educational large models， and co-constructing industry-academia-research collaborative laboratories with leading enterprises in the field. The article believes that Beijing University of Posts and Telecommunications has effectively explored a new mechanism for industry-academia-research collaboration in digital transformation， taking the educational large model as the core， promoting digital transformation and talent cultivation can provide typical experience for the digital transformation of universities.

Keywords： Educational LLMs; Digital transformation; Top talent cultivation; Digital north school post office; Knowledge graph

編輯：王天鵬" "校對：王曉明