數智化轉型驅動下的智慧教學探索與實踐

引言

隨著科技的飛速發展和產業結構的不斷升級，社會對人才的需求發生了深刻變化。高校作為人才培養的重要基地，更需要培養出適應新經濟、新產業、新技術發展需求的新質人才，為經濟社會的高質量發展提供有力的人才支撐。新質人才的培養需要以新質教育為基礎，這就要求教育體系自身的革新。新質教育強調成長心態、持續學習以及與人工智能（AI）等高端技術的“人技共智”協同工作能力，鼓勵跨學科思維和人機共生的理念[2]。

基于此背景，傳統課堂教學模式已難以契合國家對新質人才的培養要求。高等教育作為教育改革的關鍵領域，亟待更新知識體系以順應新質生產力的發展趨勢，同時，教學模式也須革新，從而有效激發并提升學生的跨學科思維、批判性思維、創新實踐能力、持續發展能力。教學模式的變革將直接關乎教育質量的提升與教育目標的達成。

1.課程與教學改革面臨的困境

在數智技術浪潮下，教學模式正經歷深刻變革[3。然而，變革之路荊棘叢生，困境與挑戰接踵而至。

1.1在教育教學過程中如何貫徹數智教育理念

數智教育是指以大數據與人工智能技術為主要載體，培養學生數字思維、數字素養、智算技能及解決數智時代問題等數字能力為目標的交叉型人才教育模式4。通過數智教育構建“以人為本、面向服務、信息互通、數據共享”的數字校園，學習討論數智化教育教學的新思想、新理念、新方法，重點在“數智教育何為”“數智教育之為”“數智教育將為”三個方面。例如，推進教育理念、體系、制度、內容、方法、治理的數智化；運用數智技術推動教育服務供給方式、教學管理機制、人才培養模式的變革[5]。

1.2如何運用數智技術創新人才的培養模式

數智化轉型背景下，響應國家戰略規劃與需要，以服務地方經濟社會發展為主責，學校將數智人才培養覆蓋到所有學科專業及各個學歷層次，在推動數據科學知識的交叉學習基礎上，著力培養面向未來的復合型應用型數智人才。重點以修訂培養方案、重構教學環境、開展進階培訓等環節作為突破口，深度思考在信息時代如何構建以學生為中心的連接、共享、自主、開放、適切的人才培養體系。例如，運用數智技術推動人才培養模式改革、人才培養方案優化；運用數智技術整合各類教學資源，提高資源利用效率，確保教學資源的優質化和多樣化。

1.3如何結合數智技術改進教師教學手段方法

在傳統教育模式中，教師是教學活動的主導者。然而，在數智時代，教師與學生構成了教育共同體，雙方須共同參與教學過程，圍繞學生的成長及特定問題展開探索實踐。這使得教師徹底擺脫了單方面輸出知識的傳統模式，轉而與學生共同學習、相互支持，讓“教學相長”的理念在數智時代得到充分體現。例如，教師利用數智技術為學生提供豐富的教學資源和有效的學習引導、將科研成果反哺教學、改革教學模式等。

2.課程與教學改革的新質發展

本文以“微型計算機及控制技術”課程為例，重點從構建知識圖譜、智慧教學模式兩個方面探索課程與教學改革的新質發展。通過重構課程體系，構建跨學科資源庫，結合“知識圖譜 ^°+ 合堂教學法，激發學生學習熱情，增強自主學習能力，提高工程實踐水平和創新思維能力，為培養適應現代科技發展的高素質工程技術人才提供有力支撐。

2.1運用數字技術，構建知識圖譜2.1.1梳理知識內容，重構課程體系知識圖譜作為一種用于表示和存儲知識的圖形化數據結構，能夠呈現出知識的關系網絡。授課教師從多種來源采集數據，進行清洗、去重、格式化等操作，通過結構化的形式進行組織和展示課程包含的知識點、教學資源、教學活動、測評方式之間的關系，利用自然語言處理技術識別命名節點并抽取節點之間的關系，進而對不同來源的知識進行融合，解決沖突和冗余問題，將知識存儲在高效的數據庫中，是一種新型的數字技術和教學資源。“微型計算機及控制技術”課程知識圖譜如圖1所示。

2.12整合優質資源，構建跨學科資源庫整合理論與實踐教學資源：搭建從基

礎到進階逐步深人的理論教學架構，同時

打造與理論教學相契合的實踐教學體系。

理論教學內容：在“微型計算機及控制技術”教學內容基礎上，以課程目標為引領，構建應用能力分階理論教學資源體系，如圖2所示。其中，知識目標模塊側重于指令系統、中斷系統、定時器/計數器和串行口等；能力目標模塊側重于存儲器及IO口擴展、AD/DA等；素養目標模塊側重于微型計算機系統控制；育人目標模塊側重于綜合性分析設計、解決工程實踐問題、創新意識和創新設計能力等具有挑戰度和創新性的內容。

實踐教學內容：課程體系特色鮮明，深度融合理論教學，以實驗、問題、項目為導向，引領學生步人實踐殿堂。依托先進實驗平臺與虛擬軟件工具，學生親身體驗數字微機系統設計，動手能力與設計思維得以錘煉。此體系全方位鍛煉學生科研思維、創新意識、復雜問題解決能力，同時提升個人動手實踐與團隊協作能力，為培養新質人才奠定堅實基礎。

2.2運用教學工具，探索智慧教學模式運用“知識圖譜 + 合堂”探究式教學法，激發學生深層學習，錘煉解決復雜工程難題之技

2.2.1學生基于知識圖譜線上自主學習

教師依托在線課程平臺、超星知識圖譜系統，高效發布課程資料，科學布置作業任務；學生觀看精選短視頻，初步把握課程核心要點，并依據教師精心設計的任務，參與線上互動交流與自主測試評估；針對關鍵難點，學生借助知識圖譜系統深度探究以深化理解與牢固掌握；學生結合個人學習進度的實際情況與興趣偏好的個性特點，有序開展定制化學習與拓展探索。

2.2.2合堂理論研討教學

開展合堂理論講授，搭建多班共同學習的橋梁。打造梯次分明、緊密相連的案例體系，引導學生歷經審題、析題、解題的三步研討，如圖3所示。同時，融合教師、企業專家、同學互助、智能平臺等多元力量，為探究式學習打造堅實后盾。

用經典范例教學法在課堂開展情境案例推演與單元項目實戰教學；進而由淺至深，通過建構主義教學法開啟高級計算機項目實踐。通過技術與素養相得益彰的學生分組、教師項目闡釋、小組規劃分工、階段性研討、成果展示、多維度評價、貢獻激勵等七步精雕細琢的小班實操教學模式，如圖4所示，培育學生信息技術實踐技能、創新邏輯思維，有力消除團隊項目中的依附心態，鼓舞團隊協作士氣。

3.智慧教學改革成效

3.1試驗方法與過程

為驗證數智化轉型驅動下的智慧教學改革的效果，筆者選取電氣工程及自動化專業的2022級和2021級180名學生作為研究對象，由于兩個年級的學生執行同一版培養方案，因此在學生基礎知識和技能儲備方面基本相同，具有可比性，因此分別在大三年級時對兩個年級進行相同項目的測試。將2021級學生劃分為對照組（90人），實行傳統教學模式以及常規“微型計算機及控制技術”教學內

2.2.3小班分組實踐教學

以打造結構化知識體系為旨歸，遵循由近及遠，運

容；將2022級學生劃分為試驗組（90人），采取數智化轉型優化后的“微型計算機及控制技術”課程，對比兩組學生在學習能力目標達成、學習成績、參與學科競賽等不同方面的表現，以及教師教學能力方面的變化。

3.2實驗結果及數據分析

3.2.1學生能力提升

教學改革實踐若從縱向維度審視，學生能力目標與素養目標的達成度逐年提高。近五年，本專業2022級（達成度 70% ）相比2021級（達成度 60% ），顯著攀升10個百分點；學科競賽共計榮獲49項國家級、135項省級獎勵，其中2022級學生比2021級多獲得34個學科競賽獎。具體數據如表1所示。

3.2.2教師能力提升

依托本課程教學改革，教學團隊先后主持完成了山西省高等教育改革項目3項、教育部校企協同育人項目1項，發表教改論文4篇。將2021級和2022級教師在第二、三學年的教學模式種類、教學資源開發能力、教學反思與改進次數三種維度進行對比發現，參加教學改革的教師在三維度方面均有了顯著的提升。例如，教師在教學模式方面由傳統的講授法、案例教學法轉變為情景教學法、體驗教學法、主題辯論法等6種教學模式，參與的教學資源開發項目由5種轉變為15種，教學反思與改進次數由3次轉變為7次，體現了參與教學改革的教師在教學能力方面有了顯著的提高，具體數據如表2所示。

從以上對比可以看出，數智化轉型驅動下的智慧教學在“微型計算機及控制技術”課程中取得了顯著的改革成果，無論是學生的學習效果還是教師的教學能力都有了大幅提升。

結語

在教育改革新征程中，教學模式以數字技術為路徑，創新教學模式的探索得以穩步推進，為教育變革開辟了全新的方向；人工智能（AI）技術的引人為教學手段的革新注入了強勁動力，借助AI的高效、智能特性，教學過程得以實現精準化、個性化與高效化的轉變；混合式教學模式逐漸成為教育實踐中的常態趨勢，通過融合傳統教學的優勢與現代信息技術的創新，引領教育在新時代的浪潮中穩健前行。在數智化轉型驅動下，基礎課程作為培育新質人才的土壤，如何精準把握改革契機，敏銳適應新政新規，積極應對新形勢新挑戰，全力提升教學質量，是每一位科教工作者肩負的使命，是必須直面的課題。高校要圍繞新質人才培育核心，從多維度、多層次、多方面開展教學教改系列舉措，為國家戰略發展全力育英才、蓄勢能、鑄未來。

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作者簡介：張曉聞，博士研究生，講師，zhangxiaowen@tit.edu.cn，研究方向：嵌入式應用、機器視覺。