數智賦能，催生高校實驗課堂“蝶變”

　　當前，人工智能正以前所未有的深度與廣度重塑高等教育的形態。從知識生產方式的顛覆性變革，到教學組織形態的靈活性重塑，再到學習空間的無限拓展與虛實融合，“人工智能+高等教育”已超越技術賦能的范疇，成為驅動高校高質量發展、回應時代命題的戰略選擇。在這場變革中，高校既是探索者，也是引領者。本期，高教周刊開設階段性欄目“人工智能+高等教育”，邀請各高校相關負責人深度解讀技術融合背后的教育理念革新，共同繪制未來教育的發展藍圖。

　　——編者

　　人工智能（AI）技術的快速發展，正在深刻改變高等教育的知識供給方式、教學組織形態和學習空間。AI與虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等技術深度融合，為學生提供了更具沉浸感和交互性的學習體驗，也推動高校實驗教學加快邁向數字化、智能化。

　　近年來，哈爾濱工業大學電工電子國家級實驗教學示范中心（以下簡稱中心）以培養學生的自主學習能力為核心，探索并實施了全開放實驗教學模式。從打造遠程實驗教學平臺，到引入智能助教系統，再到制作虛擬數字人教師，中心利用人工智能技術，不斷推動高校實驗教學改革，滿足學生個性化的學習需求。

　　1

　　以智破局

　　重構實驗教學核心邏輯

　　傳統高校電工電子實驗課堂以教學為中心，形式單一。當代大學生的信息獲取方式愈發多元，對知識的新鮮性、實用性和趣味性要求不斷提升，要求實驗教學必須轉變人才培養理念，以學生為中心優化教學模式。

　　中心深耕的全開放實驗教學模式，成為AI賦能實驗教學的重要實踐基礎。在該模式下，學生可根據自身學習情況自主選擇實驗時間與地點，借助數字化教學資源開展學習。教師則摒棄傳統課堂講解，通過引導學生獨立分析、探索、質疑和實踐達成教學目標，實現了從指導到引導、從講授到啟發的角色轉變，真正讓學生成為學習主體。

　　人工智能技術的發展，為這種自主學習模式的落地提供了強大技術助力。當前，AI已經深度融入中心的實驗平臺建設、教學資源制作和實驗教學實施的全過程。

　　在中心，不同專業、年級的學生，可以在同一實驗室開展不同實驗；多樣化的數字化教學資源，也為學生自主學習和實驗預習提供了支撐，讓線下實驗室的實踐更聚焦于創新性、高階性和挑戰度更高的項目性實驗。通過智能化教學平臺的使用，學生的信息素養和適應新技術的能力得到顯著提升，這對于電子技術領域的人才培養尤為重要。

　　2

　　以智賦能

　　打造自主學習支撐體系

　　生成式AI與虛擬數字人技術的應用，使教學資源的制作效率和質量實現了質的飛躍。

　　為滿足學生的自主學習需求，中心教學團隊打造了體系化的數字化教學資源，覆蓋中心各實驗室全部儀器設備和實驗教學內容。例如，在傳統教學視頻制作中，教師需要完成講解、操作、配音和反復修正等一系列耗時工作。而有了虛擬數字人平臺，教師可以將更多精力投入教學腳本設計，通過制作數字人分身、訓練定制個人聲音數據，實現“文本快速生成教學視頻”，大幅提升了教學視頻的制作效率。

　　為了使學生學習教學視頻資源后，能夠快速地動手驗證，中心建設了功能集約、性能完備的電工電子數字孿生實驗教學平臺，為學生提供泛在化的實驗環境，使學生進入線下實驗室前充分掌握儀器設備、實驗裝置的使用方法及驗證性實驗內容。平臺融合了專家系統、數字孿生技術，實現了“虛擬操作、真實反饋”的效果。學生在電腦上操作的雖是儀器設備和實驗裝置的虛擬界面，但實驗室中的真實設備會同步工作，反饋的實驗結果和測量數據也都是真實的。平臺的專家系統，能夠實時判斷學生的連線是否正確、參數配置是否得當，及時給出錯誤提示與參考建議，幫助學生快速掌握儀器設備使用方法、理解核心知識點，有效提升學習興趣和實踐效果。

　　遠程實驗中，教師如何指導并及時解答學生實驗中的問題？為破解這一難題，中心引入基于通用大模型的AI助教系統。結合電工電子領域專業知識，利用教學團隊建設的理論教材、實驗教材和實驗操作視頻資源，對模型進行領域適配、知識增強與持續優化，打造出專屬的電工電子實驗教學AI助教。該系統為學生提供了一對一學習互動，實時解答實驗過程中的問題。除了文字答案外，還能同步關聯相關知識點對應的教材圖示和教學視頻片段，既為學生的自主學習提供了持續保障，也為教師提供了個性化的教學支持。

　　AI賦能實驗教學不僅破解了有限學時和實驗資源的限制，讓高階性、創新性實驗內容的教學得以順利開展，還提升了教學的挑戰度。學生也在學習過程中逐步提升了自主學習意識和自我管理能力。

　　3

　　以智領航

　　探索實驗教學未來方向

　　目前，人工智能在電工電子實驗教學中的應用，仍以輔助教學、資源建設和過程支持為主。未來，隨著大數據分析、區塊鏈等前沿技術與AI的深度融合，實驗教學的智能化水平將迎來全方位提升，教學質量和管理效率也將實現新的突破。

　　借助大數據分析技術，能夠深入挖掘學生的學習行為和學習效果數據，為學生提供更精準的教學建議和個性化學習方案；還能對學生的實驗數據進行智能分析，快速找出教學中的共性問題，為教師提供及時的教學改進意見和解決方案，推動整體教學質量的提升。區塊鏈技術的融入，則能實現實驗教學資源和學生學習成果的安全、透明管理與認證。一方面，可以有效保護教學資源的知識產權；另一方面，也能確保學生學習成果評估的公正性和可信度，讓實驗教學的管理體系更趨完善。

　　為適應技術發展帶來的實驗教學形態新變化，滿足學生自主性和個性化學習的新需求，未來，中心將以國家級一流本科課程“電工電子實驗系列課程”為核心，打造基于大模型的實驗教學智能體。基于真實教學數據，對師資、設備、資源與開放安排等要素進行建模分析和仿真推演，持續優化教學組織方案，形成更優的實驗教學配置路徑，支撐實驗教學體系的優化決策與持續改進。同時，持續探索5G、AI、VR/AR等技術的深度融合，推動實驗教學平臺的數字化轉型。如，利用5G技術增強虛實結合實驗內容的呈現效果，提升泛在化實驗體驗；借助AI技術實現實驗指導、實驗線路檢測和實驗報告智能批改的全流程智能化；通過VR/AR技術增強遠程實驗的沉浸感和交互感，讓學生的遠程實驗體驗更貼近線下實操。

　　在此基礎上，中心還將依托數字化實驗教學平臺的數據優勢，為學生打造個性化學習路徑，建立數據驅動的教學評價與反饋機制。通過數據的持續積累和分析，讓教學更貼合學生的學習節奏和需求。這一系列舉措將進一步拓展實驗教學空間，提升實驗教學效率和質量，推動未來實驗室和實驗教學新形態的打造。

　　（作者系哈爾濱工業大學電工電子國家級實驗教學示范中心常務副主任）