基于生成式人工智能的實踐教學“三段四維”賦能體系構(gòu)建

摘要：生成式人工智能（GenAI） 的快速發(fā)展，對傳統(tǒng)實踐教學產(chǎn)生了巨大沖擊。傳統(tǒng)實踐教學注重單一技能的提升，缺乏對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，無法滿足GenAI 背景下學生對實踐教學課程的需求。文章提出了基于GenAI的實踐教學“三段四維”賦能體系：從課前、課中、課后3個階段對教學模式進行重構(gòu)；從課程設計、實踐指導、評價優(yōu)化、雙創(chuàng)賦能4 個維度對能力培養(yǎng)體系進行創(chuàng)新。通過對物聯(lián)網(wǎng)通信技術課程Wi-Fi章節(jié)進行實踐，解決了傳統(tǒng)實踐教學體系在Ge?nAI 背景下遇到的瓶頸問題，有助于培養(yǎng)復合型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。

關鍵詞：生成式人工智能；實踐教學；教學模式改革；雙創(chuàng)人才培養(yǎng)

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）20-0155-03

0 引言

生成式人工智能（GenAI） 的產(chǎn)生，滿足了當代大學生對高認知自主性學習的需求，與此同時，傳統(tǒng)實踐教學體系也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)實踐教學體系以知識傳授和技能訓練為核心，難以滿足GenAI 時代對復合型能力培養(yǎng)的要求。當前，需要培養(yǎng)具備多學科融合能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（雙創(chuàng)） 能力以及解決復雜問題能力的高素質(zhì)實踐型人才[1]。因此，急需打破傳統(tǒng)的實踐教學模式，構(gòu)建適應GenAI 時代的新型實踐教學框架，實現(xiàn)從單一技能培養(yǎng)向復合型能力提升的實踐人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變[2]。

本文提出了“三段四維”實踐教學體系，從教學模式和能力培養(yǎng)體系兩個方面進行改革。該體系以Ge?nAI 為基礎，為實踐教學體系創(chuàng)新提供理論支撐與實踐參考，助力高等教育在GenAI 時代背景下實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的迭代升級。

1 高校實踐教學體系現(xiàn)狀

1.1“ 師—機—生”人機協(xié)同教學新模式缺位

GenAI實踐教學從“教師—學生”二元主體的互動，演變成為“師—機—生”三元協(xié)同。學生由師生互動中的被動角色，轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧獧C”互動中的主動主體角色[3]。教師在傳統(tǒng)實踐教學中圍繞課程展開教學，積累了“師—生”互動經(jīng)驗。然而，教師在面對“師—機”新形態(tài)下的教學內(nèi)容重構(gòu)、教學環(huán)節(jié)設計、教學效果評價以及雙創(chuàng)引導等環(huán)節(jié)時，經(jīng)驗明顯不足[4]。學生在實踐課程中面對“生—機”互動時也存在惰性，在完成學習任務時過于依賴AI，缺乏自主思考，導致思維能力弱化，學習自主性逐漸降低。“師—機—生”人機協(xié)同教學模式的缺位，導致實踐課程難以進行有效改革[5]。

1.2 實踐教學案例滯后

在當前高校實踐教學體系中，GenAI技術迭代速度過快，教學案例更新明顯滯后[6]。目前，高校大部分實踐課程雖然以OBE理念為引導，但大部分教學案例難以反映最新的技術應用場景和行業(yè)趨勢，與行業(yè)前沿應用嚴重脫節(jié)。實踐教學案例若未能融入雙創(chuàng)類問題，會導致學生學習興趣較低，在面對創(chuàng)新綜合性實踐中的復雜問題時，無法有效地提出解決問題的思路[7]。

1.3 實踐課程與雙創(chuàng)人才培養(yǎng)脫節(jié)

雙創(chuàng)人才培養(yǎng)注重激發(fā)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)意識與實踐能力，而傳統(tǒng)實踐課程體系側(cè)重知識傳遞和實踐操作，缺乏對雙創(chuàng)能力的培養(yǎng)[8]。在實踐課程中，驗證性實驗和技能訓練比重過大，學生只須完成規(guī)定的任務，這不僅缺乏個性化培養(yǎng)，還忽視了學生自主學習與探索的過程[9]。此外，實踐課程評價體系過于單一，缺少對團隊合作、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等培養(yǎng)目標的評估，無法充分激發(fā)學生的學習積極性。

2 實踐教學“三段四維”賦能體系構(gòu)建

針對以上3個問題，本文提出了基于GenAI 構(gòu)建的實踐教學“三段四維”賦能體系，如圖1所示。該體系在課前、課中、課后3個階段引入GenAI，形成“師 —機—生”人機協(xié)同教學新模式。同時，構(gòu)建涵蓋課程設計、實踐指導、評價優(yōu)化、雙創(chuàng)賦能4個維度的能力培養(yǎng)體系，更新實踐項目，實現(xiàn)雙創(chuàng)人才培養(yǎng)。教學模式與培養(yǎng)體系相輔相成，共同形成“三段四維”Ge?nAI賦能體系。

2.1 GenAI 驅(qū)動“三段式”教學模式重構(gòu)

1） 課前——智慧備課、輔助預習。教師在備課階段，利用GenAI工具整合知識點的最新研究成果和行業(yè)典型項目，有針對性地分析授課班級學情。根據(jù)學情挖掘課程思政內(nèi)容，篩選與課程相契合的實踐項目。通過拆解項目步驟、設計教學環(huán)節(jié)、構(gòu)建項目任務，逐步引導學生自主學習，并依據(jù)課程評價指標布置符合學生學情的作業(yè)。

學生在課前階段，利用GenAI工具補充課程所需的跨學科知識，彌補自身知識短板。根據(jù)GenAI提供的個性化學習路線進行自主學習，掌握課程所需的前置學習內(nèi)容。

2） 課中——師生互動、人機協(xié)同。在課堂教學中，教師引導學生利用GenAI 工具逐步完成課程任務。通過小組合作、討論、評價等方式，引導學生對實踐環(huán)節(jié)進行個性化輸出，完成“生—機”協(xié)同。教師在此過程中，根據(jù)學生提交的課堂任務作業(yè)，利用GenAI 工具生成可視化圖表，掌握學生學習進度，給出針對性的提升意見，完成“師—機”協(xié)同。教師根據(jù)學生的學習狀態(tài)動態(tài)調(diào)整教學進度，完成“師—生”協(xié)同。

3） 課后——優(yōu)化評價、雙創(chuàng)賦能。課后階段，教師根據(jù)學生上傳的作業(yè)，利用GenAI工具給出個性化評價，精準掌握學生對課程的掌握程度，并進行課后反思，動態(tài)調(diào)整下次課程的課程內(nèi)容和課程目標。學生根據(jù)評價內(nèi)容進行課后提升，通過課程團隊開展的第二課堂進行雙創(chuàng)項目訓練。利用GenAI工具輔助拓展跨學科視野，設計符合實際工程問題的雙創(chuàng)項目計劃，依據(jù)計劃完成雙創(chuàng)類項目，參與雙創(chuàng)類學科競賽，進一步提升解決復雜問題的能力。

2.2 GenAI 構(gòu)建“四維一體”能力培養(yǎng)體系

1） 課程設計維度——精準規(guī)劃、系統(tǒng)設計。教師通過AI技術深入分析學生的興趣、能力和需求，設計更具針對性和挑戰(zhàn)性的實踐項目。教學設計以學生為中心，結(jié)合AI技術的智能化分析能力，精準定位學生的學習目標和能力短板，優(yōu)化課程內(nèi)容的深度與廣度。

2） 實踐指導維度——專業(yè)引領、實踐賦能。在課程實施過程中，教師通過GenAI技術引導小組協(xié)作學習，提供相關資料與數(shù)據(jù)，幫助學生進行分析與討論，提升團隊合作能力及解決實際問題的能力，進一步培養(yǎng)學生的批判性思維與創(chuàng)新能力。

3） 評價優(yōu)化維度——多元評估、精準反饋。在教學評價階段，教師利用GenAI技術對學生的實踐成果進行多維度評價，并對教學數(shù)據(jù)進行深度分析，生成可視化報告。基于這些數(shù)據(jù)，教師可以及時調(diào)整教學策略，優(yōu)化課程設計與教學方法，形成教學評價的閉環(huán)優(yōu)化機制，從而顯著提高教學效果。

4） 雙創(chuàng)賦能維度——創(chuàng)新驅(qū)動、創(chuàng)業(yè)助力。學生通過參與第二課堂活動，利用AI技術進一步拓展實踐內(nèi)容，將所學知識應用到更廣泛的領域，開展雙創(chuàng)實踐探索。這一過程不僅能提升學生的實踐能力與自主學習能力，還能喚醒學生的雙創(chuàng)意識，為培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才提供有力支持。

3 GenAI實踐教學“三段四維”體系教學實踐與探索

GenAI驅(qū)動的實踐教學“三段四維”體系重構(gòu)有助于激發(fā)學生自主學習意識，培養(yǎng)跨學科復合型創(chuàng)新人才。下面以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)必修課程物聯(lián)網(wǎng)通信技術中Wi-Fi技術章節(jié)為例，重新設計授課環(huán)節(jié)，開展“三段四維”體系的實踐探索。

3.1 行業(yè)應用分析

在農(nóng)業(yè)領域，Wi-Fi通信技術和MAVLink協(xié)議被廣泛應用于植保無人機的遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸；在物流領域，Wi-Fi通信技術被用于無人機的室內(nèi)導航和貨物配送。因此，選取Wi-Fi通信技術和MAVLink協(xié)議進行編隊無人機通信設計作為實踐項目，這與物聯(lián)網(wǎng)通信技術課程中Wi-Fi 通信技術知識點相契合。選取此實踐項目有助于更新傳統(tǒng)實踐案例，更好地激發(fā)學生的學習興趣。此外，將無人機行業(yè)應用點與思政元素相融合，可以培養(yǎng)學生的雙創(chuàng)思維，為雙創(chuàng)類比賽奠定基礎。

3.2 學情分析

學生背景：物聯(lián)網(wǎng)通信技術課程開設在第五學期，學生已經(jīng)對嵌入式系統(tǒng)、無線通信和網(wǎng)絡協(xié)議有一定的了解，但對飛行器控制和無人機通信系統(tǒng)的具體應用較為陌生。

知識儲備：學生熟悉基本的Wi-Fi通信原理和網(wǎng)絡協(xié)議，但對MAVLink 協(xié)議和PX4 飛控系統(tǒng)了解有限。

學習動機：學生對無人機和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應用有較高興趣，然而由于項目經(jīng)歷較少，缺乏創(chuàng)新意識，存在畏難情緒，且有眼高手低的現(xiàn)象。

因此，課程實踐結(jié)合無人機編隊通信，既對接前置已學的Wi-Fi通信技術，也拓展了MAVLink協(xié)議和PX4飛控系統(tǒng)的新內(nèi)容。無人機編隊通信在無人機行業(yè)中應用廣泛，也能滿足學生對自主學習、雙創(chuàng)實踐項目的需求。

3.3 教學目標更新

以行業(yè)應用與學情分析為基礎，考慮在GenAI的背景下對以往的教學目標進行更新，實現(xiàn)跨學科、高階性、創(chuàng)新性的目標設計。

知識目標：掌握無人機編隊通信系統(tǒng)的基本原理和組成部分；掌握Wi-Fi通信技術和MAVLink 協(xié)議的應用；闡述PX4飛控系統(tǒng)在無人機編隊中的作用。

能力目標：能夠合理使用GenAI工具；能夠搭建和調(diào)試基于Wi-Fi的無人機編隊通信系統(tǒng)；能夠設計實驗測試通信系統(tǒng)的性能，并分析實驗結(jié)果；能夠提出改進通信系統(tǒng)的創(chuàng)新方案。

素質(zhì)目標：設計一種自組網(wǎng)通信方案，提升無人機編隊的協(xié)同性和任務執(zhí)行能力。

3.4 教學設計更新

根據(jù)教學目標對課程環(huán)節(jié)進行更新設計，需在教學環(huán)節(jié)中加強對學生的GenAI 使用引導，避免學生盲目使用GenAI，導致學習能力下降。教學設計圍繞“三段四維”教學體系展開，以行業(yè)案例為核心，主要分為課前、課中以及課后3個階段。課前，“師—機”協(xié)同進行教學設計，“生—機”協(xié)同開展自主學習；課中，“師—生”互動引出課堂任務，“生—機”協(xié)同完成課堂任務；課后，“師—生”協(xié)同進行反思，“生—機”協(xié)同進行課后拓展。教學流程設計如圖 2 所示。

在課前，以“基于Wi-Fi的編隊無人機通信系統(tǒng)設計”為實踐項目，將項目拆解為系統(tǒng)總體設計、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)測試4個階段性任務。發(fā)布預習作業(yè)，引導學生自主學習MAVLink協(xié)議以及PX4飛控系統(tǒng)。教師根據(jù)學生課前預習情況，總結(jié)課程重難點，并對課程內(nèi)容進行適當調(diào)整。

在課中，首先展示大疆（DJI） 的植保無人機真實案例，融入思政元素，加強思政引導，增強學習情境的真實度，提高學生學習興趣；其次，明確實踐項目的四個任務目標，利用參與式學習方式，引導學生利用GenAI 工具進行小組討論、交流與展示，通過小組活動逐步解決問題，提出個性化設計方案；最后，教師總結(jié)實踐項目的主要內(nèi)容、關鍵知識點以及遇到的工程性問題，強調(diào)無人機通信系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景，進而布置基于Wi-Fi的無人機編隊通信系統(tǒng)的產(chǎn)品方案等課后拓展任務。

在課后，教師通過實踐報告、課堂表現(xiàn)、拓展作業(yè)等，利用GenAI對學生進行評價，生成個性化的評價意見，并根據(jù)學生掌握情況，動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容和方法，持續(xù)改進教學。

3.5 教學評價優(yōu)化

1） 提供個性化建議，因材施教，促進發(fā)展。教師利用GenAI工具，上傳學生實踐報告、項目代碼等內(nèi)容，生成可視化圖表，幫助教師分析課程目標達成度。同時，利用GenAI工具精準識別每個學生的學習優(yōu)勢和不足，為每個學生量身定制學習路徑，推薦適合的學習資料和練習，幫助學生有針對性地改進學習方法。

2） 進行教學內(nèi)容優(yōu)化——與時俱進，提升教學質(zhì)量。教師利用GenAI工具分析學生的學習數(shù)據(jù)，識別出普遍存在的學習難點和需要強化的重點內(nèi)容。依據(jù)這些分析結(jié)果，調(diào)整教學策略，增加對難點內(nèi)容的講解和練習，形成教學評價閉環(huán)優(yōu)化。

3） 落實雙創(chuàng)能力評估——科學評價，助力發(fā)展。教師利用GenAI具從技術可行性、創(chuàng)意新穎性、實際應用價值等多個維度評估學生的創(chuàng)新設計，為學生的創(chuàng)業(yè)項目提供全面的反饋和建議，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，促進學生的全面發(fā)展，提高學生的實踐能力和市場意識。

4 結(jié)束語

本文提出了基于GenAI 實踐教學的“三段四維”賦能體系，構(gòu)建了涵蓋課前、課中、課后的三階段教學模式，以及從課程設計到雙創(chuàng)賦能的四維能力培養(yǎng)框架。該體系打破了傳統(tǒng)實踐教學的學科邊界，為跨學科教學提供了創(chuàng)新性解決方案，能從學習能力、實踐能力到雙創(chuàng)能力，全面提升學生的綜合素養(yǎng)，為復合型人才培養(yǎng)提供理論和實踐依據(jù)。

GenAI技術的快速發(fā)展要求課程資源持續(xù)更新，這對教學團隊的資源開發(fā)能力提出了更高要求。下一步，需要通過長期跟蹤和大數(shù)據(jù)分析，進一步驗證“三段四維”賦能體系對學生能力提升的長期影響。同時，探索GenAI技術與更多學科的結(jié)合，拓展其在跨學科教學中的應用場景，進一步激發(fā)學生自主學習能力，培養(yǎng)具備跨學科素養(yǎng)、能解決復雜問題的高素質(zhì)復合型人才。

參考文獻：

[1] 焦晨東，黃巨臣.從數(shù)字崇拜到數(shù)字正義：人工智能時代的教育研究新范式[J].電化教育研究，2025，46（4）：19-25.

[2] 姜洋，惠康華，王宏偉.大模型時代背景下程序設計課程層次化教學探索與實踐[J].電腦知識與技術，2025，21（5）：135-137.

[3] 張文婧.全國人大代表陳宏斌：開啟人工智能教學新范式[N]. 新華日報，2025-03-27（3）.

[4] 郭豐，楊清香，鄭春輝，等.AIGC賦能的新形態(tài)工科實驗教學初探[J].電化教育研究，2025，46（1）：72-78，85.

[5] 李明蔚，張思，張津銘，等.人機協(xié)同視域下的教師研修：價值內(nèi)涵、表征形態(tài)與實踐進路[J].電化教育研究，2025，46（4）：93-98，113.

[6] 張蓉菲，董艷，王一凡，等.智能時代數(shù)字教材編制的倫理風險及治理進路[J].電化教育研究，2025，46（4）：122-128.

[7] 黃榮懷，劉嘉豪，潘靜文，等.面向智能時代的教育系統(tǒng)性變革： 數(shù)字化賦能教育綜合改革[J].電化教育研究，2025，46（4）：5-12.

[8] 鐘柏昌，裴永漫.面向工程教育的TIE提示語框架的設計與應用研究[J].電化教育研究，2025，46（4）：40-48.

[9] 沈凱，鄭岳久，來鑫.AI在新工科教學中的應用[J].南方農(nóng)機，2025，56（6）：183-185.

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