數(shù)智賦能，向“新”而行

摘要：開放教育工科專業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的工程技術(shù)人才至關(guān)重要。本文對(duì)國內(nèi)外工科專業(yè)數(shù)智化建設(shè)與開放教育相關(guān)研究進(jìn)行梳理，分析國內(nèi)開放教育工科專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中的優(yōu)勢(shì)和面臨挑戰(zhàn)，從教育資源要素和教育模式角度探索數(shù)智技術(shù)為開放教育工科專業(yè)帶來的新機(jī)遇、新發(fā)展、新態(tài)勢(shì)。新時(shí)代開放教育工科專業(yè)應(yīng)以學(xué)生為本位，對(duì)接產(chǎn)業(yè)和社會(huì)需求，構(gòu)建數(shù)智化學(xué)習(xí)空間融創(chuàng)基座，優(yōu)化數(shù)字教學(xué)資源體系，促進(jìn)工科知識(shí)接受度和體驗(yàn)感轉(zhuǎn)型，運(yùn)用PDCA循環(huán)理論完善教學(xué)評(píng)價(jià)范圍和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)開放教育工科專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)智技術(shù)；開放教育；工科專業(yè)

引言

新質(zhì)生產(chǎn)力的提出，強(qiáng)調(diào)積極培育新能源、新材料、先進(jìn)制造、電子信息等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，積極培育未來產(chǎn)業(yè)，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，增強(qiáng)發(fā)展新動(dòng)能。新質(zhì)生產(chǎn)力強(qiáng)調(diào)以數(shù)字技術(shù)為支撐，以要素增值為基礎(chǔ)，以技術(shù)創(chuàng)新為根本驅(qū)動(dòng)力，全方位、多角度為經(jīng)濟(jì)發(fā)展賦能，是總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)、順應(yīng)時(shí)代潮流、面向未來發(fā)展基礎(chǔ)上提出的新概念、新思想、新理論，體現(xiàn)了對(duì)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的深刻認(rèn)識(shí)和戰(zhàn)略把握。

開放教育作為科技生產(chǎn)力、人力資源和創(chuàng)新動(dòng)力的重要結(jié)合點(diǎn)，承擔(dān)著發(fā)展繼續(xù)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才、促進(jìn)教育公平、服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要使命。工科專業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的核心力量，在解決實(shí)際問題、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、提升社會(huì)福祉等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。數(shù)智技術(shù)的運(yùn)用有助于促進(jìn)開放教育工科專業(yè)教學(xué)資源建設(shè)、提升教育效率和質(zhì)量、促進(jìn)教育資源共享、培養(yǎng)適應(yīng)技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)需求的人才。在新質(zhì)生產(chǎn)力重要論述的指引下，準(zhǔn)確把握開放教育科技創(chuàng)新的重要地位和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，客觀評(píng)價(jià)我國開放教育工科專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，提出對(duì)策建議，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

一、工科專業(yè)數(shù)智化建設(shè)

工科專業(yè)是推動(dòng)國家科技進(jìn)步、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國家安全的關(guān)鍵力量。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)高校工科專業(yè)的數(shù)字化建設(shè)展開了大量研究。

國外研究方面，Dalloul采用描述性調(diào)查方法研究了Tishreen大學(xué)引入建筑信息模型（BIM）技術(shù)的教學(xué)現(xiàn)狀，提出建筑信息模型（BIM）技術(shù)與課程整合的總體框架，建議學(xué)校將BIM作為一種有效教育工具整合到課程

中[1]。Seyman研究了工科教育中建筑施工課程的數(shù)字化模型（DM），指出DM通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的，提高學(xué)生感知、理解和解決建筑施工細(xì)節(jié)的能力，提出在教學(xué)過程中確定適當(dāng)?shù)臄?shù)字工具，根據(jù)建筑項(xiàng)目階段定義步驟和工作流程，以開發(fā)施工圖紙并有效地定義精確的細(xì)節(jié)，基于此生成并應(yīng)用DM，有助于提升學(xué)生對(duì)建筑細(xì)節(jié)的感知。

國內(nèi)研究方面，部分學(xué)者探索了信息化技術(shù)在高職新工科專業(yè)中的應(yīng)用路徑，闡述了信息化技術(shù)發(fā)展促進(jìn)高職新工科專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)在邏輯，以視覺傳達(dá)專業(yè)中“裝飾藝術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的項(xiàng)目為例，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)案例展示，從借助信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)理念，變革教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)方法、提升新工科教學(xué)中的數(shù)字信息技術(shù)應(yīng)用水平、創(chuàng)設(shè)線上線下相結(jié)合的任務(wù)實(shí)踐教學(xué)模式、打造線上線下互融、多元化的綜合評(píng)價(jià)體系等方面提出了信息化技術(shù)在高職新工科專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用路徑[2]。劉坤認(rèn)為新工科新形態(tài)教學(xué)資源生成邏輯可歸納為基于表現(xiàn)形式和特色內(nèi)容兩條邏輯鏈路，涵蓋堅(jiān)持立德樹人根本任務(wù)、契合未來發(fā)展需要、融合現(xiàn)代信息技術(shù)，將教學(xué)導(dǎo)向、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)適用性和數(shù)字資源作為基本構(gòu)成要素，呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容新、建設(shè)方式新、使用方式新、更新速度快、影響范圍廣等特征，以新工科項(xiàng)目式課程為切入點(diǎn)提出的新形態(tài)教學(xué)資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為新工科新形態(tài)教學(xué)資源建設(shè)指出了可行路徑[3]。

二、數(shù)智技術(shù)為開放教育工科專業(yè)帶來新發(fā)展

（一）教學(xué)資源要素優(yōu)化

1.教學(xué)導(dǎo)向：適應(yīng)行業(yè)發(fā)展與社會(huì)需求

教學(xué)導(dǎo)向要素要求教學(xué)資源符合工科建設(shè)價(jià)值取向。價(jià)值取向內(nèi)隱于教學(xué)資源建設(shè)全過程，且對(duì)教育結(jié)果產(chǎn)生深刻影響。通過數(shù)智技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤和分析最新的行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和社會(huì)需求，確立思想新穎和先進(jìn)與規(guī)范并重的教學(xué)目標(biāo)。通過在線教育平臺(tái)，傳播國家重大戰(zhàn)略相關(guān)的知識(shí)和技能，有助于強(qiáng)化開放教育工科專業(yè)立德樹人的根本任務(wù)，服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.教學(xué)團(tuán)隊(duì)：提升信息素養(yǎng)與跨學(xué)科合作

數(shù)智技術(shù)的融入開放教育工科專業(yè)體系建設(shè)，有助于工科教師提升數(shù)據(jù)收集、處理、分析和應(yīng)用等信息素養(yǎng)，以及科學(xué)、創(chuàng)新且符合倫理地運(yùn)用人工智能技術(shù)的能力；通過在線文檔、項(xiàng)目管理軟件的使用，幫助教師自動(dòng)化完成部分教學(xué)管理任務(wù)，使教師有更多精力關(guān)注教學(xué)和學(xué)生互動(dòng)，同時(shí)提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作效率，幫助教師使用數(shù)智工具進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，共同設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)路徑，促進(jìn)不同工科領(lǐng)域教師之間跨學(xué)科合作。使用在線調(diào)查工具和反饋系統(tǒng)收集學(xué)生和同行的反饋，這些反饋可以幫助教師評(píng)估和調(diào)整學(xué)習(xí)路徑。

3.教學(xué)內(nèi)容：確保前沿性、先進(jìn)性和持續(xù)迭代

數(shù)智化技術(shù)的應(yīng)用有助于提升教學(xué)資源內(nèi)容選擇的科學(xué)性、完整性、先進(jìn)性、安全性，實(shí)現(xiàn)教育內(nèi)容持續(xù)迭代，滿足社會(huì)和學(xué)生的需求。例如，在中國建筑史的教學(xué)中，整合歷史文獻(xiàn)、建筑圖紙、視頻資料、3D模型等各類型資源，構(gòu)建全面的中國建筑史教學(xué)資源庫；利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，為學(xué)生提供沉浸式的中國建筑史學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生可以通過VR頭顯參觀虛擬的孔廟等歷史建筑，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的直觀性和互動(dòng)性。

4.教學(xué)適用性：推動(dòng)人才個(gè)性化和全面發(fā)展

教學(xué)適用性強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，堅(jiān)持人才個(gè)性化發(fā)展與全面發(fā)展。數(shù)智技術(shù)可以為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，通過智能推薦系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史、興趣和能力提供與其專業(yè)相關(guān)的最新研究成果、在線研討會(huì)或案例分析等個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議，幫助學(xué)生深入理解專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的最新發(fā)展。同時(shí)，數(shù)智技術(shù)可以支持跨學(xué)科的項(xiàng)目實(shí)踐，通過在線協(xié)作工具和虛擬實(shí)驗(yàn)室，幫助學(xué)生參與到跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目中，解決實(shí)際工程問題，例如，水利水電工程專業(yè)的學(xué)生與計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生合作，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)來優(yōu)化污水處理系統(tǒng)，在提升專業(yè)能力的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生寫作能力、溝通技巧、合作精神等綜合素質(zhì)。

（二）教學(xué)模式創(chuàng)新升級(jí)

1.教學(xué)方法新

數(shù)智技術(shù)有助于開放教育工科專業(yè)教學(xué)方法的改進(jìn)和升級(jí)。例如，在講授法、討論法、案例分析法中使用無人機(jī)航測三維模型，教師可以通過軟件展示建筑物的不同視圖，如正面、側(cè)面、頂部等，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)；學(xué)生使用三維模型分析特定建筑案例，例如，古代的木結(jié)構(gòu)建筑、壇廟建筑等，可以清晰地看到木結(jié)構(gòu)建筑、壇廟建筑的體量、形式、裝飾、色彩等特征，從而分析其如何體現(xiàn)等級(jí)規(guī)格和禮儀制度的嚴(yán)肅性。

2.教學(xué)手段新

數(shù)智技術(shù)在開放教育工科專業(yè)中的應(yīng)用，極大地豐富和擴(kuò)展了傳統(tǒng)的教學(xué)工具和手段。可視化技術(shù)在教育中的應(yīng)用確實(shí)為提高教學(xué)效果和學(xué)生的理解能力提供了重要工具，尤其是在工科專業(yè)中，復(fù)雜的機(jī)械原理、工程流程或科學(xué)概念經(jīng)常需要直觀的展示來輔助教學(xué)。動(dòng)畫可以用來解釋那些難以通過傳統(tǒng)教學(xué)工具表達(dá)的復(fù)雜概念，如流體動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)。動(dòng)畫的互動(dòng)性可以讓學(xué)生控制演示的進(jìn)程，增加學(xué)習(xí)的動(dòng)手能力。三維模擬技術(shù)允許學(xué)生在虛擬環(huán)境中探索復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)或建筑結(jié)構(gòu)，提供更全面的視角和深入的理解。通過這些可視化技術(shù)，教師能夠更有效地傳授復(fù)雜的科學(xué)和工程知識(shí)，而學(xué)生則能通過視覺和互動(dòng)學(xué)習(xí)工具以更直觀和實(shí)踐的方式理解這些知識(shí)。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，也增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和成效。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)新

數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用能夠從評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)內(nèi)容等多方面改進(jìn)開放教育工科專業(yè)的評(píng)價(jià)體系。通過在線調(diào)查、反饋表單和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS）中的即時(shí)反饋工具收集學(xué)生意見，有助于教師及時(shí)了解學(xué)生需求；利用智能評(píng)分系統(tǒng)和學(xué)習(xí)分析工具，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的評(píng)估，生成分析報(bào)告，幫助教師識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)和進(jìn)步空間。在評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容相關(guān)性、教學(xué)方法有效性、教師可訪問性和響應(yīng)性、學(xué)習(xí)資源的質(zhì)量和可用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、數(shù)智技術(shù)賦能開放教育工科專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施路徑

（一）以學(xué)生為本位，構(gòu)建數(shù)智化學(xué)習(xí)空間融創(chuàng)基座

開放教育學(xué)習(xí)空間由網(wǎng)信空間、物理空間和社會(huì)空間交織融通而成，共同構(gòu)建開放教育生態(tài)系統(tǒng)的基座。網(wǎng)信空間運(yùn)行于一定的學(xué)習(xí)支撐服務(wù)平臺(tái)之上，是開放教育最核心的學(xué)習(xí)發(fā)生場所，包括在線學(xué)習(xí)平臺(tái)、數(shù)字圖書館、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間等；物理空間包括學(xué)校、圖書館等傳統(tǒng)學(xué)習(xí)場所，學(xué)校在開放學(xué)習(xí)空間中占主導(dǎo)地位；社會(huì)空間指人際溝通和協(xié)作的空間，為學(xué)習(xí)者提供全面互聯(lián)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在網(wǎng)絡(luò)空間優(yōu)化方面，以學(xué)生成長和發(fā)展為中心，開發(fā)與工科專業(yè)相關(guān)的在線實(shí)驗(yàn)室、模擬軟件和工程案例庫，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作和模擬實(shí)驗(yàn)；利用在線論壇、項(xiàng)目協(xié)作工具和實(shí)時(shí)問答系統(tǒng)，支持學(xué)生之間的技術(shù)討論和團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目合作。在物理空間升級(jí)方面，在圖書館、學(xué)校等學(xué)習(xí)場所中設(shè)置先進(jìn)的工程實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新空間，配備必要的硬件和軟件工具，供學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作和創(chuàng)新項(xiàng)目，如渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷實(shí)訓(xùn)軟件，為學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。在社會(huì)空間拓展方面，利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和進(jìn)度，結(jié)合人工智能為每位學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃和資源，從而提升學(xué)習(xí)效率和成效。

（二）優(yōu)化數(shù)字教學(xué)資源體系，促進(jìn)工科專業(yè)教學(xué)知識(shí)數(shù)智化轉(zhuǎn)型

通過建設(shè)和優(yōu)化國家開放大學(xué)“一網(wǎng)一平臺(tái)”和數(shù)字資源體系，建立一體化、智能化、集約化的工科專業(yè)智慧教育平臺(tái)。使用數(shù)智技術(shù)將工科知識(shí)進(jìn)行接受度轉(zhuǎn)型和體驗(yàn)感轉(zhuǎn)型，將語言文字形式的工科專業(yè)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為動(dòng)圖、短視頻、紀(jì)錄片和三維模型等可感知、易理解的數(shù)字形式，增強(qiáng)工科專業(yè)教育的親和力。例如在《中國建筑史》課程中，建設(shè)數(shù)字教材，集成最新技術(shù)人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)，學(xué)生可以“走進(jìn)”歷史建筑，親眼看到不同歷史時(shí)期的建筑風(fēng)格和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加學(xué)習(xí)的直觀性和趣味性。AI可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和測試結(jié)果，自動(dòng)推薦適合的學(xué)習(xí)材料和難度，實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)性化學(xué)習(xí)。將游戲化學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)融入數(shù)字教學(xué)資源體系建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)開放教育工科專業(yè)從傳統(tǒng)的知識(shí)單向傳授向以學(xué)生為中心的接受度和體驗(yàn)感轉(zhuǎn)型，提升教學(xué)效能。

（三）運(yùn)用PDCA循環(huán)理論，完善開放教育工科專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)范圍和質(zhì)量

充分考慮開放教育工科專業(yè)教學(xué)全過程周期整體情況，建立并完善以授課教師、學(xué)生、工科領(lǐng)域?qū)＜业葹樵u(píng)價(jià)主體，以主觀定性評(píng)價(jià)和定量數(shù)學(xué)模型相結(jié)合為評(píng)價(jià)方式，以價(jià)值導(dǎo)向、教學(xué)內(nèi)容正確性、教學(xué)資源使用量和滿意度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的開放教育工科專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)體系。按Plan（計(jì)劃）、Do（執(zhí)行）、Chick（檢查）、Act（糾正）順序進(jìn)行工科專業(yè)數(shù)智化教學(xué)質(zhì)量管理。以工科專業(yè)學(xué)生成長和發(fā)展為中心，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)智化教學(xué)和課程進(jìn)行階段性評(píng)價(jià)和持續(xù)性評(píng)價(jià)；強(qiáng)調(diào)工科領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)價(jià)策略，根據(jù)學(xué)生反饋和專家意見，從數(shù)智化教學(xué)的內(nèi)容正確性、應(yīng)用合理性、知識(shí)實(shí)用性等方面優(yōu)化評(píng)價(jià)策略，形成動(dòng)態(tài)的數(shù)智化教學(xué)評(píng)建結(jié)合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“評(píng)價(jià)—建設(shè)—反饋—優(yōu)化—建設(shè)”的良性循環(huán)機(jī)制，完善評(píng)價(jià)指標(biāo)的范圍和質(zhì)量。

結(jié)語

作為科技生產(chǎn)力、人力資源和創(chuàng)新動(dòng)力的關(guān)鍵交匯點(diǎn)，開放教育肩負(fù)著發(fā)展終身教育、培育創(chuàng)新人才、推動(dòng)教育公平以及服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大責(zé)任。開放教育工科專業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展使學(xué)生能夠在整個(gè)職業(yè)生涯中不斷更新知識(shí)和技能。數(shù)智技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，有助于開放教育工科專業(yè)在教學(xué)導(dǎo)向、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)適用性和數(shù)字資源等方面優(yōu)化教學(xué)資源要素，促進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)評(píng)價(jià)方式創(chuàng)新。為了全面釋放數(shù)智技術(shù)的效能和優(yōu)勢(shì)，開放教育工科專業(yè)應(yīng)以學(xué)生為本位，對(duì)接產(chǎn)業(yè)和社會(huì)需求，構(gòu)建數(shù)智化學(xué)習(xí)空間融創(chuàng)基座，優(yōu)化數(shù)字教學(xué)資源體系，促進(jìn)工科知識(shí)接受度和體驗(yàn)感轉(zhuǎn)型，運(yùn)用PDCA循環(huán)理論完善教學(xué)評(píng)價(jià)范圍和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)開放教育工科專業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

本文系黑龍江省中華職業(yè)教育社 2024 年度規(guī)劃課題《人工智能時(shí)代開放教育數(shù)字教材建設(shè)實(shí)踐與探索》（項(xiàng)目編號(hào)：HZJS2024YB02）的研究成果。

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