數(shù)字化智慧工業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力共建教師培訓基地的研究與實踐【摘要】在數(shù)智賦能時代，高等教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為不可回避的必然選擇。數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅僅是技術的應用，更是教育觀念、教學方法和管理模式的全面變革。為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)從傳統(tǒng)教育向智慧教育、從適應社會生產(chǎn)力需求到引領新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的轉(zhuǎn)變，我們需以科技創(chuàng)新為核心，推動教學、研究、管理的現(xiàn)代化進程，完成技術驅(qū)動下教師新角色的塑造，培養(yǎng)能托起“國之重業(yè)”的新質(zhì)人才，實現(xiàn)教育強國的新質(zhì)發(fā)展。【關鍵詞】新質(zhì)生產(chǎn)力；知識圖譜；人工智能2023年9月，習近平總書記在黑龍江考察時首次提出“新質(zhì)生產(chǎn)力”理念，并在2024年中共中央政治局第十一次集體學習中進一步闡明了新質(zhì)生產(chǎn)力的科學內(nèi)涵，代表著我國對高質(zhì)量發(fā)展驅(qū)動力的新理解和新要求。作為新質(zhì)生產(chǎn)力中最活躍且具有決定性的因素，新質(zhì)人才在全球科技革新的舞臺上發(fā)揮著關鍵作用。這既包括在顛覆性的科技探索中取得突破性進展的頂尖科技人才，也包括能夠熟練運用最新生產(chǎn)技術、知識結構復雜的應用型人才。然而，新質(zhì)人才的培養(yǎng)需要以新質(zhì)教育為基礎，這就要求教育體系自身的革新。新質(zhì)教育強調(diào)成長心態(tài)、持續(xù)學習以及與AI等高端技術的“人技共智”協(xié)同工作能力，鼓勵跨學科思維和人機共生的理念。在這樣的時代背景下，傳統(tǒng)的課堂教學已全然無法滿足國家對新質(zhì)人才的需求，高等教育作為教育變革的關鍵，我們的教學不僅要更新自身知識體系，以適應新質(zhì)生產(chǎn)力的需求，同時要升級能夠激發(fā)和提升學生跨學科思維、批判性思維、創(chuàng)新實踐能力、持續(xù)發(fā)展能力等的教學方法，其教學方式的改變將直接影響關系到教育質(zhì)量的提高和教育目標的實現(xiàn)。一、課程與教學改革面臨的困境新質(zhì)生產(chǎn)力以其強大的數(shù)字技術、智能技術等為支撐，為我們的教學注入了全新的活力。在這種背景下，教學模式需發(fā)深刻的轉(zhuǎn)變。在轉(zhuǎn)變過程中，我們的教學改革也面臨著如下的困境與挑戰(zhàn)：（一）如何通過數(shù)字技術構建并整合優(yōu)質(zhì)資源庫，支撐學生跨學科思維的培養(yǎng)？該門課程作為專業(yè)基礎課，輻射專業(yè)較為廣泛，涉及計算機科學與技術、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)等專業(yè)，同時，涉及的知識點、知識體系較為復雜，從基礎理論知識方面的邏輯代數(shù)及應用、邏輯門、觸發(fā)器等，到高階實踐能力方面的組合邏輯電路分析設計、時序邏輯電路分析設計、脈沖波形的產(chǎn)生等，以及精益求精的職業(yè)精神、勇于擔當?shù)募覈閼训人颊?nèi)容，是一門較為系統(tǒng)而復雜的綜合性課程；與此同時，該門課程服務于國家卡脖子技術，在當前國家培養(yǎng)新質(zhì)人才的戰(zhàn)略背景下，這就需要解決學生跨學科思維培養(yǎng)的問題，同時也對教師團隊具備全球視野下、跨學科整合優(yōu)質(zhì)資源庫的能力提出相應挑戰(zhàn)。（二）如何基于AI人工智能，支持學生個性化學習策略與批判思維的培養(yǎng)？近年來，隨著人工智能技術的不斷發(fā)展與進步，我們已經(jīng)快速步入了人工智能高速發(fā)展的階段，在生活、教育等方方面面無不在感受人工智能技術帶來的沖擊與變革。教育部部長懷進鵬指出，對教育系統(tǒng)來說，人工智能是把“金鑰匙”，它不僅影響未來的教育，也影響教育的未來。兩會期間，懷部長也明確表示，在未來，將把人工智能技術深入到教育教學和管理全過程、全環(huán)節(jié)，積極推動以智助學、以智助教、以智助管、以智助研，讓青年一代更加主動地學，讓教師更加創(chuàng)造性地教。在這樣的時代背景下、技術背景下，在校學生們的個性化學習需求也在與日俱增，學生們不在滿足于簡單的教材內(nèi)容、傳統(tǒng)的課堂教學帶來的知識性學習，而是更加關注基于自身滿足社會發(fā)展需要的前提下個性化學習策略的獲得。這也對教師基于AI人工智能技術，實現(xiàn)學生個性化學習策略與批判思維的培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。（三）如何將基礎理論中的模型和數(shù)學思維轉(zhuǎn)化為未來解決復雜工程問題的能力？在新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的基礎下背景，將基礎理論中的模型和數(shù)學思維轉(zhuǎn)化為未來解決復雜工程問題的能力需要系統(tǒng)的教育過程，需要培養(yǎng)學生的跨學科思維、批判性思維、創(chuàng)新實踐能力、持續(xù)發(fā)展能力等，來滿足人工智能背景下對新質(zhì)人才的需求?；趥鹘y(tǒng)的教學模式，現(xiàn)有的課程體系，已無法滿足。二、課程與教學改革的新質(zhì)發(fā)展迄今為止，人類歷史上每一次生產(chǎn)力的躍遷都會帶來對新型勞動力的迫切需求，進而推動教育理念和人才培養(yǎng)的深刻變革。面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所涌現(xiàn)的新模式、新業(yè)態(tài)，高等教育作為創(chuàng)新科技的“策源地”、創(chuàng)新人才的“集聚地”、創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的“孵化地”，肩負著推進高水平科技自立自強的使命和全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量的責任，其發(fā)展方向和教育模式亦隨之進入新的探索階段?；谀壳芭囵B(yǎng)新質(zhì)人才的迫切需要，以及課程與教學改革發(fā)展面臨的困境，我們開展了如下教改新舉措，促進課程與教學的新質(zhì)發(fā)展：（一）運用數(shù)字技術，構建知識圖譜1、梳理知識內(nèi)容，重構課程體系知識圖譜，作為一種新型的知識表達和組織方式，它能夠以可視化的圖形結構呈現(xiàn)知識關系網(wǎng)絡，以結構化的形式描述課程包含的知識點、教學資源、教學活動、測評方式之間的關系，具有知識管理、資源整合、學習導航、學習評估等功能，是一種新形的數(shù)字技術和教學資源。為更好地提高教育教學質(zhì)量和培養(yǎng)新質(zhì)人才，在本次課程建設過程中，我們采用知識圖譜的數(shù)字技術重新梳理了跨課程的知識點、技能點、實踐點內(nèi)容，梳理知識點、技能點、實踐點之間的教學邏輯關系與教學語義關系，在重構課程知識內(nèi)容的基礎之上，完整呈現(xiàn)該門課程的知識體系及邏輯結構，并用可視化的樹狀結構呈現(xiàn)知識與教學內(nèi)容的結構化，用可視化的網(wǎng)狀結構呈現(xiàn)知識內(nèi)容的關聯(lián)性；同時，我們重新整合了課程的教學認知目標與教學資源，便于學生更好的了解與掌握本門課程的相關內(nèi)容，獲得更好的學習效果，為新質(zhì)人才的培養(yǎng)打下扎實的基礎。2、整合優(yōu)質(zhì)資源，構建跨學科資源庫(1)整合課程理論及實踐教學資源：通過構建層層遞進的理論教學內(nèi)容及實踐教學內(nèi)容體系將數(shù)字系統(tǒng)設計的最新理論和技術，如硬件描述語言、綜合與仿真等，融入整個課程教學的各個階段，使學生能夠熟悉數(shù)字系統(tǒng)設計的現(xiàn)代方法和工具，提高課程的高階性。①理論教學內(nèi)容：在傳統(tǒng)數(shù)字電路教學內(nèi)容基礎上，以課程目標為引領，構建應用能力分階理論教學資源體系。其中知識目標模塊側重于邏輯代數(shù)及應用、邏輯門、觸發(fā)器；能力目標模塊側重于組合邏輯電路分析設計、時序邏輯電路分析設計、脈沖波形的產(chǎn)生和整形電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換；素養(yǎng)目標模塊側重于順序脈沖發(fā)生器、循環(huán)彩燈、交通路口控制系統(tǒng)、智慧光伏的數(shù)據(jù)采集等具有挑戰(zhàn)度和創(chuàng)新性的內(nèi)容。②實踐教學內(nèi)容：結合理論教學內(nèi)容體系，采用實驗實踐教學和問題、項目導向教學相結合的方式，讓學生通過實驗平臺和虛擬軟件工具，進行數(shù)字系統(tǒng)設計的實踐操作，提高學生的動手能力和設計能力?；趯嶋H生活、電子競賽項目和教師科研項目，構建了分層的課堂問題研討案例，如由基本邏輯門實現(xiàn)的奇偶校驗器和飛機機翼狀態(tài)檢測等；設計了集成邏輯器件獨立應用的單元實踐教學內(nèi)容，如譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器的擴展、2位二進制乘法器等；開發(fā)了集成邏輯器件綜合應用的PBL項目案例，如洗衣機、電梯控制系統(tǒng)等，形成了完整的以建立系統(tǒng)概念為目標的課程實踐教學內(nèi)容體系。以此鍛煉學生科研思維、創(chuàng)新意識和解決復雜問題能力，提高動手實踐能力和團隊協(xié)作能力。（2）更新課程教學內(nèi)容：結合國家重大戰(zhàn)略需求及我省電子信息產(chǎn)業(yè)的動態(tài)發(fā)展，引入數(shù)字電路的最新發(fā)展趨勢和前沿技術，如量子計算、神經(jīng)網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等，激發(fā)學生的學習興趣和科研思維。①

構建知識圖譜拓展資源：通過知識圖譜的建設介紹量子計算的基本概念和原理，如量子比特、量子門、量子算法等，并設計線上教學及研討，讓學生通過自主學習、討論量子門與邏輯門的區(qū)別，總結體驗量子計算的特點和優(yōu)勢。②

構建課堂研討案例資源：課程研討案例中寄存器以及計數(shù)器的應用，引入了無人駕駛中數(shù)字電路的應用和挑戰(zhàn)研討案例，讓學生研討如何用寄存器和計數(shù)器應用于計算車速、測量距離、檢測障礙物等；也引入了神經(jīng)網(wǎng)絡可否用數(shù)字電路知識來實現(xiàn)，讓學生通過知識圖譜中的AI人工智能查閱資料，基于AI助教進行互動問答及研討，總結乘法器或者移位寄存器可以實現(xiàn)，再通過研討如何實現(xiàn)乘法器，以此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和解決復雜問題能力。③構建綜合應用的PBL項目案例資源：綜合應用的PBL項目案例中我們結合國家攻堅“芯片”核心卡脖子技術的戰(zhàn)略需求，增加了通過學生拆解分析智能手機中的數(shù)字電路組成和功能，跨年級自主組織團隊，利用各種資源，如書籍、網(wǎng)頁、論文、開源代碼等，學習和參考他人的經(jīng)驗和方法，協(xié)作自制簡易CPU的實踐活動。通過用邏輯門、組合邏輯電路、時序邏輯電路等基本元件來構建CPU的各個部分，理解CPU的設計原理和方法，培養(yǎng)學生將復雜的問題抽象為簡單的模型抽象思維能力。在不斷完善和優(yōu)化自己的作品過程中，拓展自己的知識面和技能。3、AI賦能教育教學，支撐新質(zhì)人才的全面培養(yǎng)通過知識圖譜建設、AI學習助手的引入，以及前沿技術和應用案例的構建，拓寬學生的視野，激發(fā)學生的學習興趣和科研熱情，實施個性化教育。在學生的知識圖譜學習空間中，充分利用知識圖譜中的AI技術進行知識點提升助力包的推薦，幫助學生進行更有針對性的拓展學習和提升，滿足學生個性化學習需求；同時，結合國家重大戰(zhàn)略需求和四川省六大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈條的動態(tài)發(fā)展，教師運用知識圖譜對相關教學內(nèi)容進行動態(tài)更新，借助AI實現(xiàn)外部網(wǎng)絡優(yōu)質(zhì)資源的更新及推送，介紹數(shù)字電路在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等領域的應用和發(fā)展趨勢，保持課程內(nèi)容的前沿性，使教與學與時俱進，提升課程的挑戰(zhàn)度。（二）運用教學工具，探索智慧教學新模式采用“知識圖譜+大小班混合式”探究教學模式，實現(xiàn)學生深度學習，提升解決復雜工程問題的能力。1、學生基于知識圖譜線上自主學習教師使用慕課平臺、智慧樹網(wǎng)知識圖譜平臺發(fā)布教學內(nèi)容以及教學任務，學生通過精選微課視頻初步學習概述性學習內(nèi)容，并基于教師布置的教學任務完成線上討論與自測，對重難點知識通過知識圖譜平臺完成進一步鞏固和掌握，借助AI學習助手及搜索引擎，及時解惑，并根據(jù)自身學習情況、學習興趣有效開展個性化學習、拓展學習。2、大班理論研討教學：“六三三”探究教學模式基于六步BOPPPS教學模式，采用PBL教學方法，三步小組案例研討，三維個人自我課堂總結，實施大班理論教學。案例研討：教師精心設計由易到難、層層進階的案例進行思任務、辯方案、秀成果三步研討，培養(yǎng)學生的工程能力及創(chuàng)新能力，在研討中形成批判性思維，提高課程的挑戰(zhàn)度；自我課堂總結：進行收獲-不足-建議三個維度的課堂學習總結，培養(yǎng)學生持續(xù)發(fā)展和提升的驅(qū)動力。同時教師、企業(yè)專家、同學、知識圖譜平臺AI學習助手等四方為研討式學習提供支持。3、小班分組實踐教學：“三階七步”教學模式建立系統(tǒng)概念為目標由整到零，基于榜樣式教學法實施一階課堂案例仿真實踐和二階單元項目實踐教學；再由零到整基于支架式教學法開展三階PBL項目實踐教學。通過技能和能力互補成員組組-教師引導進行項目說明-小組制定分工及項目計劃-教師參與并指導的周會研討-定期小組匯報-同伴、教師、企業(yè)工程師等多方評價-教師針對個體特別獎勵等七步小班實踐教學法，提升學生工程應用能力、創(chuàng)新能力，有效防止分組項目式教學中搭便車現(xiàn)象，鼓勵團隊協(xié)作。4、課外科創(chuàng)促學（1）以自創(chuàng)課外活動轉(zhuǎn)換學分細則鼓勵并組織、指導學生積極相關的各類學科競賽如藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽、全國電子設計大賽等、教師相關的科研項目，實現(xiàn)課賽訓研四位一體，促進課內(nèi)知識的有效拓展，提升學生的解決復雜工程問題的能力。（2）設計一些與數(shù)字電路相關的科創(chuàng)項目，讓學生自主選擇和實踐，如制作計算器、電子鐘、密碼鎖等，以此申請學校乃至省、國家級創(chuàng)新訓練項目。（3）建立一個數(shù)字電路的學習交流群，讓學生可以分享自己的項目經(jīng)驗和心得，互相學習和交流，形成一個良好的科創(chuàng)氛圍。5、校企協(xié)同育人（1）與易農(nóng)科技有限公司、粵嵌科技等企業(yè)建立長期的合作關系，邀請企業(yè)專家定期來校進行專題講座，介紹數(shù)字電路的最新發(fā)展和應用，激發(fā)學生的學習興趣和動力。（2）以校企合作開展第二課堂的形式，設立邏輯代數(shù)與數(shù)字電路相關創(chuàng)新項目，利用粵嵌科技提供的實驗平臺和設備，鼓勵學生組團參與，指導學生從需求分析、方案設計、原理驗證、系統(tǒng)實現(xiàn)等方面進行全面的創(chuàng)新實踐，提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新水平。（3）根據(jù)企業(yè)的需求和特點，調(diào)整課程內(nèi)容和教學方法，增加與企業(yè)相關的案例分析和項目設計，提升學生的專業(yè)能力和就業(yè)競爭力。（三）創(chuàng)新教學評價，注重培養(yǎng)新質(zhì)人才綜合素質(zhì)健全考核評價體系，構建“3334”的多維形成性評價體系，涵蓋學生綜合能力、自主學習、團結協(xié)作、隨堂學習、思想素養(yǎng)等，創(chuàng)新教學評價，促進學教管改，旨在培養(yǎng)新質(zhì)人才的綜合素質(zhì)。通過對每一條培養(yǎng)標準達成度評價、統(tǒng)計、整理和分析，形成教學內(nèi)容、教學方法、教學任務優(yōu)化和調(diào)整的依據(jù)，作為學生持續(xù)進行周期性總結和反思，教師調(diào)整教學進度安排組織策略，形成測評診斷改進的閉環(huán)。通過組織研討、投稿、作業(yè)、分組任務、拓展項目等多種活動，借助SPOC平臺、智慧教室、雨課堂、課程知識圖譜等記錄學生學習軌跡的數(shù)據(jù)，按照測評體系和成績占比，計算學生課程學習成績，形成全面可量化的考核評價機制，構建了本課程的3元、3維、3階、4度的考核評價體系。同時，為了對于各項活動能夠客觀真實的對學生進行能力和素質(zhì)評價，專門設計各項活動的評價量規(guī)，形成一套強化以能力和素質(zhì)評價為導向的形成性評價體系。分組任務評價量規(guī)：學習通小組任務P（項目準備）P（參與協(xié)作）A（知識運用）P（動手實踐）R（項目完成）綜合評價：三、智慧教學改革成效（一）課程評價1、教師教學日志和觀察：學生在課堂上表現(xiàn)出了積極的參與和互動，展示出了較高的思維水平和創(chuàng)造力。從學生的作品和項目來看，學生能夠運用所學知識解決實際問題，設計出符合要求和創(chuàng)新性的數(shù)字電路產(chǎn)品。從學生的團隊合作和溝通能力來看，學生能夠有效地協(xié)調(diào)分工、溝通交流、解決沖突、共同完成任務。2、學生評價：從學生的反饋和成績來看，學生對課程內(nèi)容和方法都表示滿意和認可，認為課程有助于提高他們的數(shù)字電路設計能力和創(chuàng)新能力。學生評價為“復雜、有趣、實用的課程”。3、同行評價：由學校督導評價為能有效訓練學生自主創(chuàng)新思維意識，培養(yǎng)學生解決實際工程問題能力，具有高階性和挑戰(zhàn)性的優(yōu)秀課程，并被校級督導評選為優(yōu)秀課堂。4、專家評價：2018年度教育部在線研究中心智慧