智能教學(xué)模式在《家具設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用探究

金吳亦美

（泰州學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

引言

智能技術(shù)成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的重大機(jī)遇，全球都在大力促進(jìn)智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，這對(duì)其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也提出了要求，“智能教育”的議題備受關(guān)注。2016 年5 月23 日，國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合科技部、工信部等共同制定了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》[1]。2016 年10 月，美國(guó)白宮科技政策辦公室發(fā)表了《為人工智能的未來(lái)做好準(zhǔn)備》和《國(guó)家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》兩份重要報(bào)告[2]。2017 年5 月13 日，“人工智能與未來(lái)教育”高峰論壇在華東師范大學(xué)展開(kāi)，中國(guó)科學(xué)院院士褚君浩在論壇上就“智能時(shí)代：智慧的教育是什么？”[3]作出報(bào)告。2017 年7 月8日，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[4]。2019 年，我國(guó)科技部首次提出人工智能治理原則，發(fā)布了《新一代人工智能治理原則——發(fā)展負(fù)責(zé)任的人工智能》政策[5]?！稑?gòu)筑“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)》從應(yīng)用形態(tài)、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)態(tài)趨向等要素構(gòu)建了“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)，并闡述了“人工智能+教育”的人才培養(yǎng)體系[6]。如今“人工智能”和“教育教學(xué)”結(jié)合已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)新的領(lǐng)域：教育人工智能（Educational Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱EAI），通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模仿人類智能做出：知識(shí)存儲(chǔ)、知識(shí)輸出、問(wèn)題解答、識(shí)別推理等教學(xué)行為。典型的案例是智能導(dǎo)師系統(tǒng)(Intelligent Tutoring System，ITS)，由早期的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)發(fā)展而來(lái)，它模擬人類教師實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的智能化教學(xué)[7]。計(jì)算機(jī)的角色是教師、計(jì)算機(jī)儲(chǔ)備的知識(shí)是教學(xué)內(nèi)容、使用者就是學(xué)生。智能教育的應(yīng)用加上智能家居市場(chǎng)的迅速發(fā)展，促使家具設(shè)計(jì)的知識(shí)框架必須與時(shí)俱進(jìn)，并且融入智能教育教學(xué)模式，該研究是市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 傳統(tǒng)《家具設(shè)計(jì)》課程教學(xué)模式的局限

當(dāng)前在家具設(shè)計(jì)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)上普遍是理論結(jié)合實(shí)踐的模式，理論部分的教學(xué)內(nèi)容包括家具的造型、結(jié)構(gòu)、色彩、材料、功能以及家具人體工程學(xué)等，實(shí)踐部分的教學(xué)內(nèi)容主要以制作家具模型為主，包括數(shù)字三維模型以及實(shí)物模型。理論課授課形式以老師教為主，多采用傳統(tǒng)理論課課堂授課模式。實(shí)踐課則以學(xué)生為主，老師起到引導(dǎo)指導(dǎo)的輔助作用。針對(duì)現(xiàn)在的家具設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式出現(xiàn)的常規(guī)問(wèn)題做了以下思考：

1.1 常規(guī)家具設(shè)計(jì)課堂管理模式現(xiàn)存問(wèn)題

目前常規(guī)的家具設(shè)計(jì)課堂教學(xué)及管理上存在許多繁復(fù)、機(jī)械且不利于提高課堂效率的問(wèn)題，例如：學(xué)生上課點(diǎn)名簽到、學(xué)生手機(jī)上交、批改客觀題作業(yè)、常規(guī)問(wèn)題的輔導(dǎo)等，用傳統(tǒng)的處理方式既浪費(fèi)時(shí)間又無(wú)法做到實(shí)時(shí)管控?？梢詮娜斯ぶ悄芗夹g(shù)中探索解決這類問(wèn)題的辦法；

1.2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的局限性

家具設(shè)計(jì)的核心理論知識(shí)是人體工程學(xué)，常規(guī)的人體測(cè)量需要有測(cè)量對(duì)象、測(cè)量空間以及多次實(shí)驗(yàn)，因此這項(xiàng)工作受到時(shí)間與空間的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)便可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)隨時(shí)隨地完成測(cè)量以及數(shù)據(jù)分析；

1.3 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)研方法對(duì)大數(shù)據(jù)處理的局限性

家具設(shè)計(jì)的市場(chǎng)調(diào)研以及用戶需求分析在傳統(tǒng)的做法里需要采集大量的數(shù)據(jù)，訪問(wèn)相關(guān)部門(mén)或?qū)＜业?，這些內(nèi)容若放在課程中帶來(lái)的最大困難是時(shí)間不夠。而這又是家具設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，省略或縮減都會(huì)對(duì)后期的設(shè)計(jì)方案形成產(chǎn)生絕對(duì)影響?？梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)解決這一難題；

1.4 常規(guī)家具設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式僵化的局限性

常規(guī)的家具設(shè)計(jì)課程是理論結(jié)合實(shí)踐，教師講授家具設(shè)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)：家具的風(fēng)格、造型、材料、工藝等，然后學(xué)生通過(guò)三維建模軟件做家具設(shè)計(jì)實(shí)踐練習(xí)。這一課程設(shè)計(jì)適用于幾乎所有設(shè)計(jì)類技能課，缺乏新意，也不具家具設(shè)計(jì)課程的獨(dú)特性。智能時(shí)代應(yīng)當(dāng)尋找更具創(chuàng)新的方案，完善教學(xué)內(nèi)容、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；

1.5 傳統(tǒng)家具設(shè)計(jì)知識(shí)框架匹配廣義化家具產(chǎn)品的局限性

家具的定義原本是家用器具，而今由于社會(huì)文明發(fā)展，家具已不再只是家中使用的，而且家用器具也不完全指家具，還有家電?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得家具與家電之間的界限逐漸模糊，出現(xiàn)了“家居產(chǎn)品”這一新的名詞。如今智能家居更是發(fā)展迅速，因此家具設(shè)計(jì)的知識(shí)框架需要與時(shí)俱進(jìn)，加入與智能科技相關(guān)的知識(shí)模塊。

2 基于智能教學(xué)的《家具設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革的意義

用人工智能推進(jìn)教育發(fā)展，就是在開(kāi)發(fā)人類潛能，這有利于人才強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)，可以進(jìn)一步促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展。人工智能技術(shù)與家具設(shè)計(jì)教學(xué)的結(jié)合對(duì)于家具課程的發(fā)展具有相互促進(jìn)的積極作用：

第一，智能教學(xué)模式應(yīng)用于家具設(shè)計(jì)課程的研究是新時(shí)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，是科技強(qiáng)國(guó)政策推動(dòng)下的發(fā)展趨勢(shì)，有利于推進(jìn)國(guó)家教育改革與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；

第二，智能教學(xué)模式應(yīng)用于家具設(shè)計(jì)課程的研究有充分的技術(shù)條件支撐，具有較強(qiáng)的可操作性，真理需要實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證，注重實(shí)踐性對(duì)于理論的進(jìn)一步發(fā)展是必要的；

第三，人工智能在教育教學(xué)方面的研究是科技帶動(dòng)教育的創(chuàng)新，家具設(shè)計(jì)課程本身兼具科學(xué)性與藝術(shù)性，且家具設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中實(shí)踐比重較多，這些特殊教學(xué)屬性，人工智能技術(shù)可以在其中發(fā)揮巨大的作用。

3 智能教學(xué)模式在《家具設(shè)計(jì)》課程的應(yīng)用思路

未來(lái)將是超智能時(shí)代，人工智能為人類的生產(chǎn)生活提供了安全保障、極大程度提高了生產(chǎn)勞動(dòng)的效率、可以大大節(jié)約生產(chǎn)勞動(dòng)的成本、可以完成人類所不能完成的工作、可以提高人類的生活品質(zhì)。在人類生活的各個(gè)領(lǐng)域必然會(huì)受到人工智能的影響，教育也不例外。我們要做的用人類的智慧去抓住人工智能對(duì)教育教學(xué)的有利優(yōu)勢(shì)、利用人工智能提升教育質(zhì)量、促進(jìn)人類智慧的進(jìn)一步攀登。另外從家具設(shè)計(jì)的發(fā)展來(lái)看，中國(guó)智能家居從1999 年發(fā)展至今已經(jīng)進(jìn)入智能+爆發(fā)期，目前正向AIoT 賦能期轉(zhuǎn)換，有人預(yù)測(cè)2023 年后會(huì)迎來(lái)全面爆發(fā)期，因此《家具設(shè)計(jì)》必然面臨課程內(nèi)容的變革。家具設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)結(jié)合“人工智能”與“教育教學(xué)”，針對(duì)家具設(shè)計(jì)課程特性，從課前準(zhǔn)備到課堂學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及課程考核的整個(gè)過(guò)程提出更為系統(tǒng)的解決方案，以下為家具設(shè)計(jì)教學(xué)智能化改革的模型（如圖1）。

圖1 家具設(shè)計(jì)教學(xué)智能化模型Fig.1 Intelligent model of furniture design teaching

3.1 針對(duì)性的課前準(zhǔn)備

課程準(zhǔn)備階段，人工智能可使用大數(shù)據(jù)分析根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)階段需求自動(dòng)篩選出適合的家具設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)習(xí)資料以及學(xué)習(xí)家具設(shè)計(jì)前期需要掌握的設(shè)計(jì)工具等。

3.2 智能授課與虛擬實(shí)驗(yàn)

課堂教學(xué)階段是家具設(shè)計(jì)教學(xué)中最為重要的階段，這一階段主要有課程管理和課程教學(xué)兩大任務(wù)。課堂管理可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別等智能識(shí)別技術(shù)完成智能課堂簽到，課堂教學(xué)可結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)與智能教學(xué)，通過(guò)語(yǔ)音、視頻、互動(dòng)完成智能教學(xué)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完成家具設(shè)計(jì)人體測(cè)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模型制作等實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)階段研究團(tuán)隊(duì)于2020 年2 月開(kāi)發(fā)出《人體測(cè)量及家具設(shè)計(jì)》虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，已應(yīng)用于《家具設(shè)計(jì)》課程教學(xué)實(shí)踐。

3.3 課后復(fù)習(xí)采用人機(jī)結(jié)合形式

課后復(fù)習(xí)階段靈活性較高，學(xué)生需完成課后作業(yè)，以及提出疑問(wèn)。作業(yè)與學(xué)生對(duì)問(wèn)題均存在客觀題與主觀題兩種類型，客觀題可以通過(guò)人工智能完成智能批閱與答題，主觀題評(píng)閱與解答需要教師的參與。

3.4 課程考核結(jié)合智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)

考核階段與課后復(fù)習(xí)階段使用的是相同的智能測(cè)評(píng)技術(shù)，但考核階段還需加強(qiáng)考核誠(chéng)實(shí)考試監(jiān)管?？赏ㄟ^(guò)智能測(cè)評(píng)系統(tǒng)完成客觀題的考試與批閱，通過(guò)智能監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)考生實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.5 課程內(nèi)容編入智能家居設(shè)計(jì)內(nèi)容

家具設(shè)計(jì)除了教學(xué)與管理的過(guò)程可以通過(guò)人工智能的方式協(xié)助教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、監(jiān)管以及考核方面提供高效的輔助，教師通過(guò)人工智能也可以不斷豐富以及更新自己的知識(shí)儲(chǔ)備，讓教學(xué)內(nèi)容也能夠與時(shí)俱進(jìn)。在傳統(tǒng)的概念里，家具就是在家中使用的器具，隨著技術(shù)的發(fā)展，家具的種類增加、材料與形制日新月異，如今家具與家電的界限由于人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)無(wú)法具體界定，因此學(xué)術(shù)界更多學(xué)者將“家具設(shè)計(jì)”調(diào)整為“家居設(shè)計(jì)”。這就要求更新家具設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容，智能家居的設(shè)計(jì)以及家具設(shè)計(jì)的未來(lái)趨勢(shì)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在家具設(shè)計(jì)教學(xué)大綱與授課計(jì)劃當(dāng)中。

4 結(jié)論

人工智能在教學(xué)模式上的應(yīng)用可以提高課堂管理以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率，同時(shí)還能不斷更新知識(shí)庫(kù)讓老師和學(xué)生都能得到學(xué)習(xí)成長(zhǎng)，更有利的是可以在為空間實(shí)踐受限或是危險(xiǎn)系數(shù)太高的實(shí)驗(yàn)操作提供幫助。因此文章試將智能教學(xué)模式應(yīng)用于家具設(shè)計(jì)教學(xué)，通過(guò)分析家具設(shè)計(jì)教學(xué)模式的現(xiàn)狀提出了可以通過(guò)智能教學(xué)加以改善的問(wèn)題，并針對(duì)家具設(shè)計(jì)教學(xué)特點(diǎn)提出了家具設(shè)計(jì)教學(xué)智能化模型。該應(yīng)用將涵蓋課前準(zhǔn)備到課堂學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及課程考核的整個(gè)過(guò)程，是一個(gè)以學(xué)生為主導(dǎo)、以教師為指導(dǎo)、輔以人工智能教學(xué)的有機(jī)結(jié)合教學(xué)模式。