人工智能與創(chuàng)新思維在電子電工技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

周慧，吳帥

（鹽城師范學(xué)院，江蘇鹽城 224007）

1 人工智能與高校教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)（Artificial Intelligence） 產(chǎn)品在我們的生活可以說隨處可見。大數(shù)據(jù)背景下，人工智能技術(shù)呈現(xiàn)出創(chuàng)新性、智能性的特征。它運(yùn)用創(chuàng)新思維，使得人工智能技術(shù)具有非常強(qiáng)的感知能力。它借助信息技術(shù)的發(fā)展，如物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、集成電路等，使得人工智能技術(shù)得到進(jìn)一步的完善，進(jìn)而將人工智能技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)中。即使是一些看似毫無關(guān)聯(lián)的行業(yè)，人工智能技術(shù)也慢慢滲透其中，例如，小米智能家居系統(tǒng)將空調(diào)、空氣凈化器、床頭燈、電視和監(jiān)控等普通家電通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理，為用戶提供操作便利；德國福維克公司推出的美善品多功能料理機(jī)，該機(jī)器不僅集合了秤重、混合、切碎、研磨、揉面、調(diào)和、蒸煮、烹煮攪打、控制加熱、攪拌與乳化等多項(xiàng)功能，還通過人工智能技術(shù)不斷更新菜譜，給用戶帶來全新數(shù)字化無油煙烹飪體驗(yàn)； 阿里健康作為阿里巴巴集團(tuán)“Double H” 戰(zhàn)略在醫(yī)療健康領(lǐng)域的旗艦平臺(tái)，憑借其在電子商務(wù)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢，以用戶為核心、為醫(yī)藥健康行業(yè)提供全面的互聯(lián)網(wǎng)解決方案。

2018年9月17日，習(xí)近平總書記致信祝賀世界人工智能大會(huì)開幕時(shí)指出：“新一代人工智能正在全球范圍內(nèi)蓬勃興起，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入了新動(dòng)能，正在深刻改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式?！蹦敲?，在高校這個(gè)培養(yǎng)人才的搖籃里，人工智能也必將發(fā)揮關(guān)鍵作用[1]。

人工智能教學(xué)應(yīng)用研究在人工智能技術(shù)出現(xiàn)后就逐漸出現(xiàn)，最早將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的嘗試可以追溯到B·F·Skinner 于1958年開發(fā)的程序性教學(xué)機(jī)器。它能儲(chǔ)存和呈現(xiàn)教材，接受學(xué)習(xí)者的回答并進(jìn)行反饋，用于強(qiáng)化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[2]。在國內(nèi)高校教學(xué)領(lǐng)域，由于人工智能的交互性可以為教學(xué)過程實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)時(shí)互動(dòng)、 減少傳統(tǒng)教師工作的重復(fù)性，多所高校已有所嘗試，如北京師范大學(xué)的“未來教師”機(jī)器、江西九江學(xué)院機(jī)器人教師“小美”等[3]。

2 創(chuàng)新思維與人才培養(yǎng)

創(chuàng)新一詞起源于拉丁語，原意為更新、創(chuàng)造新的東西、改變。創(chuàng)新作為歷史進(jìn)步的不竭動(dòng)力，一直是時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵。如今在我國，創(chuàng)新位于“五大發(fā)展理念”之首，在國家發(fā)展全局中擁有核心地位。習(xí)總書記說：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。抓創(chuàng)新就是抓發(fā)展，謀創(chuàng)新就是謀未來。”未來屬于新時(shí)代的青年人才，青年興則國家興。建設(shè)創(chuàng)新型人才隊(duì)伍是建設(shè)創(chuàng)新型國家的首要任務(wù)，創(chuàng)新思維與人才培養(yǎng)密不可分。當(dāng)下，企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，尤其是對擁有創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的“復(fù)合型人才”的需求更多。擁有創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的人才的稀缺，也顯示了培養(yǎng)創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力人才的重要性。顯然，從當(dāng)下中國的教育體制而言，義務(wù)教育階段的重點(diǎn)依然在基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與鞏固層面。因此，高校必然是培養(yǎng)擁有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力人才的重要陣地。高校應(yīng)依靠在辦學(xué)中不斷融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育手段，從而提高學(xué)生綜合素養(yǎng)，推動(dòng)學(xué)生更好的就業(yè)[4]。

創(chuàng)新能力一方面有助于提高個(gè)人能力，一方面決定著個(gè)人能力，兩者互相促進(jìn)。創(chuàng)新能力與個(gè)人能力的雙重提升對學(xué)生的未來發(fā)展有著不可比擬的作用。要成為思維敏銳、創(chuàng)新能力強(qiáng)的創(chuàng)新型人才，就要不斷提高創(chuàng)新能力，才能取得更多更好的創(chuàng)新成果。要培養(yǎng)專業(yè)人才的創(chuàng)新能力，高校作為高等教育主體，理應(yīng)擔(dān)負(fù)重任。尤其是應(yīng)用型高校，必須要培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生樹立正確的創(chuàng)新觀念。目前，在傳統(tǒng)培養(yǎng)教育模式下，應(yīng)用型高校所呈現(xiàn)出的培養(yǎng)效果已經(jīng)無法滿足提高學(xué)生思考能力和綜合素質(zhì)的實(shí)際要求。即使創(chuàng)新方法較多，但也存在創(chuàng)新效率的問題。特別是對一些高校而言，創(chuàng)新理論課程建設(shè)和創(chuàng)新教育教材建設(shè)還不完備，開放實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)也尚未普及。

3 傳統(tǒng)的電子電工技術(shù)教學(xué)模式的弊端

3.1 教學(xué)模式陳舊，學(xué)生缺乏參與感

電子電工技術(shù)是一門針對非電學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)拓展課程，通常會(huì)在一些理工科類專業(yè)中開展教育教學(xué)活動(dòng)。課程雖涵蓋了《電路》《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》等學(xué)科的多方面內(nèi)容，但內(nèi)容較為淺顯、邏輯較為薄弱，這3 門課程任意一門單獨(dú)教學(xué)都需要至少48 課時(shí)，而《電子電工技術(shù)》通常只安排了32 學(xué)時(shí)。在時(shí)長的大幅壓縮與內(nèi)容的大幅擴(kuò)展的雙重限制下，無論是學(xué)生還是教師都很難從獨(dú)立將課程的教授最優(yōu)化。一方面，由于它自身的特殊性，很容易導(dǎo)致學(xué)生在傳統(tǒng)的講授課堂中喪失學(xué)習(xí)興趣，從而降低教師與學(xué)生雙方的積極性；另一方面，在此類課程的教育活動(dòng)中，以教師職能為例，課前備課、課中講授、課后答疑等環(huán)節(jié)是教師的專屬角色，學(xué)生多以聆聽為主，很難真正融入課堂。此外，該課程并不緊貼該專業(yè)，學(xué)生抱有蒙混過關(guān)的心理居多，致使本課程在教學(xué)過程中出現(xiàn)諸多阻滯。

3.2 實(shí)踐形式單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不合理

電子電工技術(shù)的教育活動(dòng)分為理論講授和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐兩部分，其中實(shí)驗(yàn)實(shí)踐均在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，對于非電學(xué)專業(yè)學(xué)生，形式相對單一。而且，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電學(xué)專業(yè)學(xué)生無異。上文提到《電子電工技術(shù)》涵蓋了《電路》《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》的內(nèi)容，其實(shí)驗(yàn)課程也是如此。這3 門課程所對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常都是在不同的實(shí)驗(yàn)室中完成，這也給實(shí)驗(yàn)課的教授增加了難度。更為重要的是，對非電學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，這3 門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都難度過高、實(shí)操性不強(qiáng)。

此處以“三相交流電路實(shí)驗(yàn)”為例。首先，該實(shí)驗(yàn)是在三相四線制、三相三線制系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，測量電壓有效值達(dá)220V，對于非電學(xué)專業(yè)學(xué)生較為危險(xiǎn)。其次，該實(shí)驗(yàn)需要掌握功率表的接線和使用方法，掌握用一瓦特表法、 二瓦特表法測量三相電路有功功率與無功功率的方法。由于對于非電學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，兩到三課時(shí)很難充分理解實(shí)驗(yàn)的理論內(nèi)容，而且在學(xué)習(xí)此門課之前也未接觸過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，這些都會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法有效地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

4 電子電工技術(shù)課程教學(xué)中應(yīng)用人工智能與創(chuàng)新思維的舉措

根據(jù)上文所介紹的人工智能技術(shù)與創(chuàng)新思維的簡述和電工電子技術(shù)課堂教學(xué)的缺點(diǎn)，筆者提出以下4 點(diǎn)相關(guān)舉措，用以改善電子電工技術(shù)課程教學(xué)活動(dòng)。

4.1 創(chuàng)建智能學(xué)習(xí)助理，提高學(xué)生學(xué)習(xí)針對性

在電子電工技術(shù)教學(xué)活動(dòng)融入人工智能技術(shù)，創(chuàng)建互助式智能學(xué)習(xí)助理[5]。該助理可根據(jù)用戶當(dāng)前和歷史的學(xué)習(xí)行為，為用戶自動(dòng)地提供相適應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容的重難、難點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能批改、自動(dòng)答疑等功能。這不僅增加了教學(xué)活動(dòng)的趣味性，更發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。智能學(xué)習(xí)助理還會(huì)對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)行為進(jìn)行智能分析。智能學(xué)習(xí)助理要充分運(yùn)用人工智能技術(shù)，依據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)操作等模塊做出綜合分析與評估，給學(xué)生提出針對性的意見和建議，不斷提高學(xué)生的電子電工技術(shù)課程學(xué)習(xí)成績。智能學(xué)習(xí)助理要類似于“天貓精靈”“小愛音箱”等智能助手，涵蓋電子電工技術(shù)課程所需的學(xué)習(xí)資源，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程實(shí)時(shí)搜索查詢。

4.2 搭建綜合考核平臺(tái)，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)意識(shí)

公平、完善的評價(jià)機(jī)制，對于學(xué)生和教師雙方在課程學(xué)習(xí)上都很關(guān)鍵。一個(gè)好的評價(jià)機(jī)制，能有效地激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)，形成良性循環(huán)。電子電工技術(shù)課程考核一般為綜合性評價(jià)，它包含了平時(shí)考核、 期中考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考核等。為此，該文提出利用人工智能技術(shù)，搭建智慧綜合考核平臺(tái)。平時(shí)考核，除了使用“云班課”簽到之外，還增加其他考察內(nèi)容，如課堂提問回答情況，小組討論匯報(bào)情況等。期末考核，可智能組卷，有效避免學(xué)生考試抄襲、作弊現(xiàn)象，倒逼學(xué)生平時(shí)加強(qiáng)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)。最后，教師可以將平臺(tái)給出的成績作為最終考核成績的主要依據(jù)。在該平臺(tái)輔助之下，使得該課程的學(xué)生的成績評定更自動(dòng)、更全面、更公平。

4.3 確定學(xué)生主體地位，采用創(chuàng)新思維訓(xùn)練學(xué)習(xí)策略

為創(chuàng)造良好的課堂氛圍與和諧的師生關(guān)系，該文提出讓課堂成為學(xué)生的舞臺(tái)，讓教師成為舞臺(tái)的幕后人物，讓學(xué)生與教師相互合作。實(shí)施過程中，采用創(chuàng)新思維訓(xùn)練學(xué)習(xí)的策略。該策略需要合理的安排教師講授與學(xué)生思考的課堂時(shí)間比例。不僅要避免教師“滿堂灌”，也要避免教師將所有時(shí)間都交由學(xué)生自己完成課程的學(xué)習(xí)。通常情況下，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)集中注意力的時(shí)間為15 min，如果“滿堂灌”就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在課堂出現(xiàn)開小差的現(xiàn)象，非常不利于教學(xué)的有效開展。而如果完全交由學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，對學(xué)生而言又具有較大的難度，難以完成學(xué)習(xí)任務(wù)。所以，教師必須要注重在“教學(xué)密度”上的留白，做到“疏密有度”，盡可能地縮短“講”的時(shí)間，增加學(xué)生“想”的時(shí)間[6]。

這里以共集電極放大電路為例。在教師講授完共發(fā)射極放大電路后，將時(shí)間交由學(xué)生去思考共集電極放大電路的工作原理及功能，并與共發(fā)射極放大電路進(jìn)行對比，讓學(xué)生自由探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，成就其創(chuàng)新的可能。在學(xué)生自由探索的過程中可能會(huì)遇到諸多的困難，此時(shí)教師一定要做好教學(xué)指導(dǎo)，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的獲得感。

4.4 創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)形式，優(yōu)化實(shí)踐課程結(jié)構(gòu)及內(nèi)容

傳統(tǒng)的電子電工技術(shù)實(shí)踐僅以課堂實(shí)驗(yàn)為主[7]，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深度與電學(xué)專業(yè)學(xué)生無異。為此，該文提出轉(zhuǎn)變原有的實(shí)驗(yàn)課程形式，增加兩種實(shí)踐形式。一是參觀課程相關(guān)的本地企業(yè)，觀摩學(xué)習(xí)工人操作流程。由教師或?qū)W校與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)溝通聯(lián)系，合理安排參觀事項(xiàng)，設(shè)計(jì)參觀方案。要做好這種課程實(shí)踐形式，首先，必須做好前期的本地企業(yè)調(diào)研工作，在眾多的本地企業(yè)中選擇與電子電工技術(shù)課程最契合的企業(yè)，如電子科技類、電氣自動(dòng)化類、網(wǎng)絡(luò)通信類和人工智能類等，這樣能使學(xué)生在參與過程中強(qiáng)烈地感受到電子電工技術(shù)課程中所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際生活應(yīng)用中的緊密聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生對電子電工技術(shù)學(xué)習(xí)的積極性。其次，教師或?qū)W校與所選企業(yè)一定要保持良好的溝通，以便于課程實(shí)踐能長期有效的開展，避免出現(xiàn)無法開展參觀實(shí)踐的情況發(fā)生。此外，如果所選企業(yè)可以為學(xué)習(xí)電子電工技術(shù)課程的學(xué)生提供一到兩課時(shí)的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，那更能將這種方式的優(yōu)勢發(fā)揮到最大化。二是利用學(xué)校已有平臺(tái)資源，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作學(xué)習(xí)。目前，高校的虛擬仿真平臺(tái)已經(jīng)可以完全模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，采用此種形式進(jìn)行實(shí)踐，可以有效地避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作存在的風(fēng)險(xiǎn)。要做好這種形式的實(shí)踐過程，作為任課教師必須要提前熟練掌握虛擬仿真平臺(tái)的操作流程，將虛擬仿真平臺(tái)的每個(gè)功能研究透徹，做到不僅能夠指導(dǎo)學(xué)生完成對應(yīng)課程實(shí)驗(yàn)，更能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我探索。綜合上述兩種形式，不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，更能讓學(xué)生感受到自己所學(xué)能真切地運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生對此門課程的固有看法。

5 結(jié)語

電子電工技術(shù)課程雖是非電學(xué)專業(yè)學(xué)生所接觸的課程，但其重要性不言而喻。因非電學(xué)專業(yè)學(xué)生自身所學(xué)的局限和其專業(yè)所學(xué)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用卻與電子電工技術(shù)密不可分，該文綜合考慮多種情況，提出將人工智能和創(chuàng)新思維融入電子電工技術(shù)的教學(xué)當(dāng)中。在信息技術(shù)日新月異的當(dāng)下，將人工智能和創(chuàng)新思維融入電子電工技術(shù)課程的教學(xué)中，不僅有利于提高教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，更能改善教學(xué)質(zhì)量，為推進(jìn)課程改革推波助瀾。