智能技術(shù)對教學過程的影響探析

摘 ? 要：智能技術(shù)的發(fā)展引發(fā)教學的全方位變革。新的智能教學工具層出不窮，促使教學環(huán)境更加數(shù)字化、智能化。智能環(huán)境下的教學資源不僅可以更好地服務(wù)教學過程，也引發(fā)教學理念、教學模式、教學評價等一系列新的教學重構(gòu)。文章通過引入自動化測試設(shè)備（智能技術(shù)）進課堂，結(jié)合市級在線開放課程教學平臺和自動化測試系統(tǒng)，構(gòu)建線下線上雙向貫通教學過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對學生電路的測試結(jié)果數(shù)據(jù)進行采集、整理、反饋，用數(shù)據(jù)引導教師的教和學生的學，實現(xiàn)教學、教師、學生、評價四個方面的改變。結(jié)果證明，自動化測試技術(shù)作為智能技術(shù)的一種，在個性化教學實踐中起到非常好的作用，提高學生學習的自主性，提升教學效果。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù);自動化測試;數(shù)據(jù)采集;個性化教學;評價

中圖分類號：G434 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2022）06-0105-06

當下，教育數(shù)字化展現(xiàn)出新的特點，即發(fā)展環(huán)境更優(yōu)，發(fā)展?jié)摿Ω蟆＝逃鷳B(tài)正從“互聯(lián)網(wǎng)+教育”變?yōu)椤爸悄?教育”。[1]智能技術(shù)作為一種滲透性很強的技術(shù)，對教育的變革具有顛覆性。由于智能技術(shù)的加持，師生交互從物理空間遷移到虛擬空間。智能技術(shù)正在支撐起實現(xiàn)師生之間線上線下、虛實融合、人機協(xié)同的三維學習過程。[2]國家層面發(fā)布的一系列指導性文件，旨在以教育信息化引領(lǐng)教育現(xiàn)代化，以智能技術(shù)優(yōu)化解決教育痛點、難點問題。[3]

作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范區(qū)，上海市人民政府辦公廳于2021年10月發(fā)布《上海市全面推進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型“十四五”規(guī)劃》，強調(diào)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將全面帶動教育治理模式創(chuàng)新。[4]上海市教育委員會于2018年10月發(fā)布的《上海市教育信息化 2.0 行動計劃（2018—2022）》提出“構(gòu)建以學習者為中心的教育新生態(tài)，以多方參與為支撐的教育信息化新生態(tài)”。[5]與基礎(chǔ)教育相比，高（中）職校教育的顯著特點是就業(yè)導向，聚焦產(chǎn)業(yè)、市場的協(xié)同。因此，數(shù)字化時代的專業(yè)課程建設(shè)必須突出反映就業(yè)、產(chǎn)業(yè)、市場所體現(xiàn)的應(yīng)用性與實踐性。

以上海電子工業(yè)學校與上海電子信息職業(yè)技術(shù)學院中高職貫通培養(yǎng)試點專業(yè)（應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)）中的《生產(chǎn)與檢驗》核心課程為例，依托上海市中等職業(yè)學校在線開放課程平臺（https：//kfkc.shedu.net/gateway/index），對標國家人工智能規(guī)劃及教育信息化行動計劃、對照上海市城市數(shù)字化及教育信息化的要求，學校開發(fā)線下基于電子專業(yè)教學、學習過程的數(shù)據(jù)采集自動化測試設(shè)備，實現(xiàn)智能定位診斷故障可疑位置、推送教學資源等一系列數(shù)字功能，真正做到通過智能技術(shù)得到數(shù)據(jù)之后“及時”地發(fā)現(xiàn)教學過程中的問題，實現(xiàn)學生個性化發(fā)展，實現(xiàn)“人機共教、人機共育”的高質(zhì)量教學。[6]

一、電子產(chǎn)品自動化設(shè)備引入課堂的提出

（一）電子專業(yè)教學實踐問題

從專業(yè)實踐課教學環(huán)節(jié)來看，主要呈現(xiàn)的問題是：①從教師層面，相對學生數(shù)量較多的現(xiàn)狀，單個教師無法高效、高質(zhì)量地解決所有學生可能存在的學習困難。②從教學設(shè)備層面，因設(shè)備數(shù)量不足，無法滿足所有學生同時、即時操作的需求。③從教學過程層面，因教學結(jié)果反饋不及時，導致教師無法對學生進行有針對性、個性化指導的現(xiàn)象較為普遍。

從電子類專業(yè)實踐課程現(xiàn)狀來看，教師大多采用人工檢測，即通過目測或借助萬用表、示波器等儀表進行測量。此種方式存在諸多問題和不足，包括測試的人為誤差、教師和學生數(shù)量分配不合理、功能測試數(shù)據(jù)紙質(zhì)化等。

（二）自動化測試設(shè)備ATE介紹

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，越來越多的電子生產(chǎn)企業(yè)都著手使用自動化測試設(shè)備（Automatic Test Equipment，簡稱ATE）、測試被測單元（Device Under Test，簡稱DUT）。該設(shè)備能在幾秒之內(nèi)，檢測出被測設(shè)備功能的好壞，并提示壞在哪一個區(qū)域或因哪一個元器件導致的故障，大大提高檢驗效率和產(chǎn)品質(zhì)量。[7]與人工傳統(tǒng)檢測對比可以發(fā)現(xiàn)，自動化測試速度快、測試效率高;測試內(nèi)容和規(guī)范標準化，重復測試的可靠性高，一致性好;儀表利用率高，所測試的數(shù)據(jù)有便于保存、分析等優(yōu)點。

（三）硬件突破：ATE引入課堂的必要性和可行性

隨著電子技術(shù)和電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自動化測試設(shè)備越來越廣泛地應(yīng)用于從產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)到生產(chǎn)制造測試等各個環(huán)節(jié)。但將該技術(shù)應(yīng)用于教學，還處于嘗試階段。

筆者作為市級在線開放課程《生產(chǎn)與檢驗》的負責人，自2018年開始將ATE引入課堂，開展教學實踐，取得較為顯著的成果。通過實踐證明，綜合考慮時間、成本、人力等因素，借助技術(shù)平臺在電路功能測試環(huán)節(jié)引入自動化測試是十分有價值的。主要體現(xiàn)在：

（1）使用ATE 可以在設(shè)備層面解決“無備可測”的困境，滿足所有學生同時、即時檢測的需求。

（2）能夠較好地解決專業(yè)實踐操作中的一系列“痛點”，如測試的人為誤差、教師和學生數(shù)量分配不合理、功能測試數(shù)據(jù)紙質(zhì)化等。

（3）與傳統(tǒng)電子專業(yè)實踐課程相對比，使用ATE可實現(xiàn)電路測試的自動化檢測，效率高且能夠有效幫助學生提升學習效果，實現(xiàn)與企業(yè)生產(chǎn)、檢測崗位的緊密對接。

（4）ATE不僅在電路功能測試環(huán)節(jié)，減少教師驗證學生電路功能的重復勞動，節(jié)省記錄學生測試結(jié)果的時間，而且在排故環(huán)節(jié)，在出現(xiàn)電路功能測試未通過的時候，ATE可以引導學生進行故障點的判斷和故障區(qū)域的排查，培養(yǎng)學生的邏輯思維，指導學生深入探究學習。

二、線上線下貫通采集教學數(shù)據(jù)系統(tǒng)

在線開放課程平臺由上海市教委主管，采用線上線下相結(jié)合的混合式教學模式?；旌鲜浇虒W模式并非摒棄傳統(tǒng)教學，而是一方面保留傳統(tǒng)教學方式的優(yōu)勢，另一方面對教學進行網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化加持。應(yīng)用在線開放課程平臺，可以實現(xiàn)以學生為中心的學習過程，激發(fā)學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性。同時，教師可實現(xiàn)對教學過程的全方位引導、監(jiān)控、指導。[8]實現(xiàn)線上可學、線下可教。7D83EE9C-3857-4F47-B48A-7E12A8162F21

（一）線上教學現(xiàn)狀

線上教學借助高速寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G移動網(wǎng)絡(luò)，以上海市中等職業(yè)學校在線開放課程教學平臺為例，教師通過在線開放課程平臺，進行其所在學校的專業(yè)課程備課、授課、考試出題、試卷批閱等操作。線上教學平臺可以通過抓取登入時間、在線學習時長、課后練習作業(yè)、答題情況、測試各環(huán)節(jié)中的次數(shù)或正確率等來采集數(shù)據(jù)。平臺可以全面地記錄和反映學生對所學知識掌握情況的數(shù)據(jù)，對于電子專業(yè)的實踐教學來說，這是不夠的。

（二）線下教學現(xiàn)狀

線下教學的數(shù)據(jù)是離散的、不系統(tǒng)的，特別是電子技術(shù)專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)。學生在實驗（訓）室內(nèi)完成電子元器件檢測、線路安裝、調(diào)試排故。電源、萬用表、示波器、信號發(fā)生器等設(shè)備通常都是獨立存在，設(shè)備作為個體輸出的測試結(jié)果，無法送到系統(tǒng)平臺，無法進行數(shù)據(jù)匯總。對學生個人來說無法形成學習使用數(shù)據(jù)積累，無法反映個人的學習成長情況。對教師而言，只能對個別學生進行輔導，很難形成系統(tǒng)性數(shù)據(jù)并對整體教學情況進行匯總和分析。

（三）軟件突破：電子產(chǎn)品自動化測試系統(tǒng)（ATS）貫通平臺

自動化測試系統(tǒng)（Automatic Test System，簡稱ATS）是電子產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品性能測試中非常重要的工具，核心設(shè)計思想就是把測試從以人為驅(qū)動為核心，轉(zhuǎn)變成以機器執(zhí)行為核心。通常，設(shè)計人員根據(jù)測試步驟和規(guī)程，進行測試程序編寫。通過自動化測試設(shè)備實施測試后，將得到的實際結(jié)果與期望結(jié)果進行比較。[9]自動化測試設(shè)備結(jié)合電源、萬用表、示波器、信號發(fā)生器等設(shè)備，ATS通過數(shù)據(jù)采集卡采集線下數(shù)據(jù)元器件檢測、線路安裝、功能調(diào)試等數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)上傳到線上課程教學平臺，最終形成線上線下“雙向”貫通數(shù)據(jù)采集平臺。雙向貫通平臺一方面可有效解決線下教學的困境，即數(shù)據(jù)統(tǒng)計的離散性、不系統(tǒng)性，無法即時發(fā)現(xiàn)解決學生的問題、無法實現(xiàn)個性化指導等。另一方面，可以實現(xiàn)線下和線上數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、貫通，解決在線開放課程平臺無法采集實踐課程中學情數(shù)據(jù)的問題。如圖1所示。

在電路功能測試時，學生利用自動化測試設(shè)備，對本人制作的電路進行測試。ATS會對每一位學生的每一次測試，生成一份測試結(jié)果報告。系統(tǒng)會發(fā)送到教師和學生的手機端，采集的數(shù)據(jù)字段包括學生信息、測試任務(wù)、日期、開始時間、結(jié)束時間、測試使用時間、實訓正確步驟明細、實訓錯誤步驟明細、報告波形圖、實訓結(jié)果等。將在線課程平臺與線下實訓數(shù)據(jù)匯總，彌補學生線下學情數(shù)據(jù)的空白，統(tǒng)計學生技能和知識的掌握情況，教師全面地掌握學生的學習情況，更好地反哺教與學。

三、智能技術(shù)對教學的影響

（一）教學過程的革新：實現(xiàn)學生全過程參與

智能時代的教育革新，立足于實施“課堂革命”，即利用智能技術(shù)重構(gòu)全新的教學過程。[3]接下來，兩種教學過程的對比如圖2所示，由此可以看到：《生產(chǎn)與檢驗》課程的教學過程大致分電路原理教學、電路實物制作、電路功能測試、學習成績評價4個階段。在未使用ATE自動化測試設(shè)備時，學生僅僅參與第1、2階段，在第3電路功能測試和第4學習評價階段，剛開始學生完成人數(shù)為2～4人時，教師還能進行教學指導。隨著時間推移，制作完成的學生超過8人以后，教師基本已經(jīng)無法及時、有效地進行答疑解惑，結(jié)果都是教師在下課之后像收作業(yè)一樣，對學生提交完成的電路進行批改。電路有錯誤的地方，學生沒有辦法第一時間知道自己的問題、對應(yīng)得分。

引入基于ATE自動化測試的教學流程后，學生可以全程參與整個教學過程。在電路功能測試和學習評價階段，通過人機互動學生可以在第一時間得到電路功能的測試結(jié)果。根據(jù)個人測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題之后可以及時更改。同時，學生參與成績評價，對于一次性功能測試通過的學生，系統(tǒng)會將學生姓名在TOP10 排名中加以顯示，讓學生重視電路功能的成功率，養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，使學生成為學習真正的主角。

分析采集到的這些數(shù)據(jù)，課內(nèi)能夠幫助實訓教師清晰地了解每一個學生對知識的掌握情況，從而開展有針對性的指導。從收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)到跟蹤每位學生的學習，可動態(tài)了解學生的認知情況及其在學習中存在的優(yōu)勢和不足，提供最佳學習方案。重構(gòu)課堂的教學流程，不僅可以提高學生的學習興趣、主動性、學習效率，還可以實現(xiàn)對學生進行個性化指導，促進他們職業(yè)技能的發(fā)展。[3]

（二）教師角色的轉(zhuǎn)變：開展人機互動的個性化教學

智能時代教師的角色必將發(fā)生變化，人工智能將取代傳統(tǒng)知識性傳授型的教師角色。智能技術(shù)能夠使教師從反復、繁重的作業(yè)試卷批改等活動中解放出來，更加專注于學生的個性化引導和培養(yǎng)，教師與智能技術(shù)的高度協(xié)同將成為未來教學的方向。[3]

通過ATE的自動檢測，將準確、穩(wěn)定、詳細記錄每一個學生學習過程的每一個環(huán)節(jié)和步驟，為統(tǒng)計提供大量數(shù)據(jù)，以便教師及時對學生制作電路進行功能測試結(jié)果的管理。教師再也不需要長時間埋頭苦干，用示波器、萬用表等慢慢查找故障所在，減少教師的誤判，避免對學生功能故障測試情況的錯誤猜測。教師使用各種數(shù)據(jù)收集和分析工具，收集對教師的“教”、學生的“學”、教學管理有益的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能輔助決策。[11]

例如，學生個人測試結(jié)果操作報告顯示，一名學生全部測試通過，另一名學生測試到第4步時出現(xiàn)問題，導致測試失敗。教師就可以通過對測試報告的閱讀，及時對第4步出錯的學生加以指導。在ATS的幫助下實現(xiàn)實訓教學中的因材施教、分類個性化教學的效果。在全班測試結(jié)束之后，系統(tǒng)還會分析全班學生出現(xiàn)的故障點分布情況，可以提示教師在下次授課時及時調(diào)整教學內(nèi)容，彌補教學不足。課后教師可以通過網(wǎng)絡(luò)下載或者查詢測試結(jié)果，通過專門的測試log分析軟件，提取測試數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)分析，為分析學生學習成效提供數(shù)據(jù)保障。

（三）學習方式的轉(zhuǎn)變：技術(shù)支持個性化學習

技術(shù)支持的個性化學習，現(xiàn)已成為國家教育信息化建設(shè)重點關(guān)注的議題?！爸沁m應(yīng)”學習作為“自適應(yīng)”學習的優(yōu)化升級，有望在人工智能技術(shù)的支持下突破傳統(tǒng)學習模式中忽視學習者差異的壁壘，真正實現(xiàn)因材施教。[12]7D83EE9C-3857-4F47-B48A-7E12A8162F21

測試結(jié)果會報告測試信息的分析，并精準反映教學實際情況。例如，測試所用時間可以反映學生對電路操作的熟練程度，測試步驟可以反映學生對電路功能理解的完整度，測試的次數(shù)可以反映學生焊接裝配質(zhì)量的好壞，測試的電流可以反映電路是否有短路等異常情況，等等。同時，通過課程平臺可以自行判斷記錄直通率（First pass yield）數(shù)據(jù)，匯總實訓任務(wù)成績、實訓任務(wù)TOP10 排名、個人/班級錯誤步驟數(shù)分布等，如圖3所示。

當每個學生進行自動化測試后，ATS會將學生測量的步驟結(jié)果存儲在系統(tǒng)內(nèi)，由計算機的數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的整理和分析。將測試的結(jié)果發(fā)給學生和教師：學生可以立刻知道自己的測試成績，此時，測試系統(tǒng)會彈出圖片或文字描述對話框等提示學生具體操作方法。當測試失敗時，系統(tǒng)會停在被測步驟，指導學生進行故障分析和確定電路功能不良的范圍。另一方面，測試的結(jié)果數(shù)據(jù)引導教師，讓教師第一時間知道學生的電路測試情況，能夠幫助教師很快地判斷學生的學習困難在哪里，形成學生的分類指導方案。

（四）評價體系的轉(zhuǎn)變：實現(xiàn)數(shù)據(jù)引導教與學

全程采集、記錄學生的學習數(shù)據(jù)，可以改變過去單一模式的評價，數(shù)據(jù)的累計形成學生學習成長記錄，通過智能化的匯聚為精準開展學習評價提供重要依據(jù)。[13]教師借助現(xiàn)代信息技術(shù)，通過采集過程化和結(jié)果可視化，實現(xiàn)對學習者學習過程、情境、結(jié)果的全程監(jiān)控和全面監(jiān)測，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，精準分析海量數(shù)據(jù)之后，形成對每一位學生的可視化、精準化評價。[14]

依托課程學習平臺，動態(tài)多維地采集學生學習數(shù)據(jù)和學習成果，落實全過程評價方案。在評價表中，既考慮電子行業(yè)操作工藝規(guī)范標準，也考慮知識點、技能點、生產(chǎn)實際的工作崗位要求，根據(jù)高（中）職學生的學習認知特點和能力水平設(shè)計出評價表，如表1所示。其中，大部分評分項目的學習分數(shù)由課程平臺采集自動給出。使用ATE測試后，電路功能制作檢查的評分也可以由測試系統(tǒng)給出，讓教師在課堂內(nèi)省下部分時間去因材施教指導學生。

學生測試結(jié)果和過程數(shù)據(jù)可以直接上傳到云端服務(wù)器，通過大量的數(shù)據(jù)分析之后，橫向比較同一學期多個學科的學習過程，縱向比較學生歷年的學習數(shù)據(jù)加以分析，最終形成學生學習評價多維的雷達圖和學生學習畫像。

四、結(jié)束語

智能技術(shù)的諸多好處已在社會生活的方方面面顯示出來，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”正從概念性驗證階段進入場景落地的應(yīng)用階段，然而，在高（中）職學校實踐教學中的引入還比較少見，在人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺等技術(shù)與教育融合后，智能技術(shù)將在教學方法、教學形式、學習方式等方面實現(xiàn)變革。通過教學過程的個性化、人機交互的擬人化、學習評價的智能化來改變教學。[15]從2020年2月起，本項目已經(jīng)在上海市中等職業(yè)學校在線開放課程中實現(xiàn)應(yīng)用。

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作者簡介：

張帆，高級講師，碩士，主要研究方向為電子技術(shù)應(yīng)用、信息化課程建設(shè)、人工智能教學等，郵箱：20070399@stiei.edu.cn。

An Exploration the Influence of Intelligent Technology on the Teaching Process7D83EE9C-3857-4F47-B48A-7E12A8162F21

Fan ZHANG

（Shanghai Technical Institute of Electronics & Information， Shanghai 201411）

Abstract： The development of intelligent technology has triggered an all-round revolutions in teaching. The blossoms of new Intelligent teaching tools can enable the teaching environment to be more digital and intelligent. The teaching resources under the circumstance of the intelligent environment can not only better serve the teaching process， but also bring a series of new teaching reconstructions upon teaching concept， teaching mode， teaching evaluation etc. By importing the automated test equipment （an intelligent technology） in classroom and combining with the municipal online open course teaching platform and automated test system， this paper builds an offline and online bidirectional jointly teaching process data collection system to collect， organize and provide feedback to the test result data of the student circuit that can guide teaching and learning with the data， and can realize the changes in the four aspects on teaching， teachers， students， and evaluation. The results prove that being an intelligent technology， the automated testing technology has played a functioned role in personalized teaching practice， improving autonomy of student learning， and teaching effect.

Keywords： Intelligent technology; Automated testing; Data collection; Personalized teaching; Evaluation

編輯：王天鵬 ? 校對：王曉明7D83EE9C-3857-4F47-B48A-7E12A8162F21