文/张军 郑州科技学院 发展规划处教授
刘筠筠 郑州科技学院 信息工程学院副教授
摘要：人工智能生成内容（AIGC）技术的快速发展，为电子信息类课程的教学改革提供了新思路和新方法。本文探讨了融合AIGC的电子信息类课程混合式教学设计与实践，旨在提高教学质量。通过分析AIGC技术特点和其在《数字电子技术课程》教学过程中的应用场景，构建了融合AIGC技术的混合教学模式的教学框架，详细阐述了教学目标、教学内容、教学方法、教学过程和教学评价等的设计与实施。实践结果表明，该教学模式能够有效激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力和创新实践能力，为培养适应新时代需求的电子信息类专业人才提供了有益参考。
关键词：AIGC；电子信息；混合式；教育教学改革；教学设计
电子信息类专业是一门涉及电子技术、信息技术、通信技术等多个领域的交叉学科，具有理论性强、实践性高、知识更新快等特点。在传统的教学模式中，教师往往以课堂讲授为主，学生被动接受知识，缺乏主动思考和实践创新的机会，导致教学效果不理想。[1]随着信息技术的发展，混合式教学模式逐渐成为教育教学改革的重要方向。混合式教学模式将线上教学与线下教学有机结合，充分发挥各自优势，为学生提供更加丰富多样的学习资源和学习方式，提高学生的学习积极性和学习效果。
近年来，人工智能生成内容（AIGC）技术取得了重大突破，如自然语言处理、图像生成、音频生成等，为教育教学带来了新的机遇和挑战。AIGC可以根据用户需求生成文本、图像、音频、视频等内容，为教学资源开发、教学设计优化、教学过程互动等提供了有力支持。如何将AIGC技术融入电子信息类课程的混合式教学中，是当前教育教学研究的一个重要课题。
一、电子信息类课程教学现状分析
随着教育技术的不断发展和创新，很多高校教师在电子信息类课程的教学中，开始注重“以学生为中心”的项目式教学、问题导向式教学以及线上线下混合式教学等教学方法，但是由于课程专业性较强、知识点繁多且对教师及学生能力要求较高，实际教学过程中显现出以下问题：
1.传统的知识传授方法主要侧重于以教材书本知识为主的固定知识点讲解，知识点相互孤立，缺乏清晰的知识结构展示。学生难以实现知识点间的有效链接，进而无法灵活运用所学知识。
2.常规混合式教学强调学生必须有一定的自主学习能力，尤其是在混合式教学中，线上课程讲授之前，要求学生对线上知识点内容进行预习，但部分学生可能缺乏有效的学习策略和自律性，导致他们在没有教师直接监督的情况下难以保持高效的学习状态。
二、融合AIGC技术的电子信息类课程教学新模式设计思路
人工智能生成内容（AIGC）是一种前沿技术，它运用人工智能的先进算法自动创作出文本、图像、音频和视频等多样化的内容。AIGC技术的演进起源于20世纪50年代，随着人工智能科学不断进步，该技术已经实现了显著飞跃。尤其是在近年来，深度学习技术的兴起极大地推动了AIGC技术发展，使其在文本生成、图像创造、音乐制作等多个领域取得了突破性进展。代表性的成就包括OpenAI推出的GPT系列模型、DALL·E模型以及Stable Diffusion模型等。[2]伴随着这些模型的推出，AIGC技术持续进化，呈现出以下显著特征：一是自动化的内容生成：AIGC技术能够依据预设的主题、关键词或文本提示，自主创作出相应的内容，显著提升了内容生产的效率和速度。二是丰富的内容多样性：AIGC技术能够产出多种风格和形式的内容，以适应不同用户群体的多样化需求。三是高度的个性化定制：AIGC技术通过分析用户的历史交互数据和个人偏好，能够定制生成符合用户个性的内容，从而极大地增强用户体验。
1.AIGC在教育领域的应用场景
AIGC技术在教育领域中展现出巨大的应用潜能。主要体现在以下几个方面：
（1）个性化学习：AIGC技术能够根据学生的学习习惯、兴趣和进度，为他们提供量身定制的学习资源和路径。[3]通过分析个体的基础和需求，创造出丰富多样的学习场景，使学习的过程更加生动有趣，这有助于学生更有效地掌握知识，提高学习效率。[4]
（2）智能评估与反馈：AIGC技术能够实时监测学生学习情况，并提供针对性的反馈和建议。这有助于学生及时纠正错误，巩固所学知识，同时也为教师提供了更全面的学生表现数据。
（3）拓展教育资源：通过AIGC技术，教育机构可以创建更多高质量的教育资源，如虚拟实验室、模拟场景等。这些资源不仅可以降低教育成本，还可以让更多学生受益。
（4）促进教育公平：AIGC技术有助于缩小不同地区、不同学校之间的教育差距。通过在线平台和智能设备，偏远地区的学生也能享受到优质的教育资源和教学服务。
（5）培养创新能力：AIGC技术鼓励学生进行创造性思考和实践操作。在学习过程中，学生可以尝试使用AIGC工具创作作品、解决问题，从而培养他们的创新能力和实践能力。
（6）跨学科融合：AIGC技术可以促进不同学科之间的交叉融合。例如，在STEM教育中，学生可以利用AIGC技术进行科学实验、工程设计等活动，培养综合多学科知识的能力。
（7）终身学习支持：随着技术的不断发展和社会需求的变化，AIGC技术可以为成人教育和继续教育提供有力支持，可随时随地满足学习需求，提供包括在线教育、电子图书、在线培训等学习帮助。
2.融合AIGC的电子信息类课程混合式教学框架
图1 融合AIGC的电子信息类课程混合式教学框架
融合AIGC的电子信息类课程教学以混合式教学为主线，在其基础上融合AIGC，进行补充完善。总体思路是根据课程目标和已有资源利用AIGC构建大数据课程知识图谱，并结合以问题为核心的教学模式，设计融合AIGC的“问题导向→任务驱动→自主+合作→评价反馈”的教学新模式，设计思路如图1所示。
（1）问题导向：AIGC辅助教师提前设计好课程教学目标中需要解决的问题，以问题为导向引导学生进行探究式学习。如图2所示，利用AIGC可以方便快捷地生成实际案例、挑战性设计、对比性分析以及具有思政元素的故事案例等各种课程相关问题。例如，在《数字电子技术》“时序逻辑电路”章节授课中，使用AIGC工具生成基于时序逻辑电路的实际应用场景描述，如数字时钟如何利用时序逻辑电路实现准确计时、在交通信号灯控制系统中其起到什么关键作用、自动售货机如何通过其实现找零功能等，引导学生思考它的重要性和应用方式；还可以让AIGC生成具有挑战性的设计问题，如设计能存储4位二进制数并在特定条件下进行递增或递减操作的电路、设计密码锁、构建检测连续三个上升沿信号的电路等，激发学生挑战欲望和创造力；利用AIGC生成与时序逻辑电路相关的故事并从中提取问题，以故事形式引入问题，以趣味性吸引学生注意力进而引出问题。
图2 AIGC辅助生成课程问题导入
（2）任务驱动：根据教学目标，将电子信息类课程的教学内容划分为线上教学内容和线下教学内容两部分。[5]线上教学内容主要包括课程的基本理论知识、教学视频、在线测试、在线讨论等，学生可以通过网络平台自主学习。线下教学内容主要包括实验、实践、项目设计等，学生在教师的指导下进行实践操作和项目开发。同时，教师利用AIGC技术辅助设计教学任务及教学资源，如利用AIGC生成教学案例、实验指导书、项目任务书等，丰富教学资源，提高教学内容的质量和趣味性。教师根据课程的学习目标设计具有挑战性、相关性和实用性的任务，激发学生的学习兴趣和动机。[6]例如，在《数字电子技术》课程中，设计一个交通灯控制系统。借助AIGC技术，可以根据学生的能力和进度自动调整任务难度：对于基础较好的学生，可以在设计时增加“设计一个十字路口交通灯，涉及4个方向的红绿灯控制”的任务；对于基础较弱的同学，适当降低题目设计难度，在保证基本教学要求的基础上设计“一个单向路口的红绿灯”，确保每个学生都能在适宜的任务驱动下学习。这种个性化的任务设置可以帮助所有学生实现最佳学习效果。
图3 利用AIGC生成教学任务
（3）自主学习+合作学习模式：利用AIGC技术根据教学目标和学生特点，优化教学设计，如教学活动安排、教学方法选择等。同时教师针对学生在课前学习中存在的问题和疑惑，进行重点讲解和答疑；引导学生进行实践探究和小组讨论，培养学生的实践创新能力和团队协作精神；利用AIGC技术，如智能助教、在线翻译、语音识别等，与学生进行互动交流，解答学生问题，提供学习指导，提高教学效果。教师利用AIGC技术，除了对教学任务中提及内容进行教授外，还可用于对一些知识点的延伸教学。例如《数字电子技术》课程555定时器内容讲授过程中，让学生提出关键词或场景，指导学生利用AIGC查找有关555定时器的发展历程和典型应用；使用AIGC生成与之相关的问题，借助AIGC生成对比分析问题，将学生分成任务学习小组，对比分析555定时器构成的单稳态和施密特触发器电路在性能和应用上的区别、工作原理及用途不同、基于不同触发器的逻辑电路优缺点等；最终指导学生设计出任务要求的基于555定时器的计数器电路。这样的模式可以通过增加学生参与度，使问题更贴近学生兴趣点，加深学生对于知识点的理解。
图4 自主+合作学习模式
（4）学习评价与反馈：融合AIGC技术，评价体系采取多元化的方法，包括将过程性评价与终结性评价相结合，教师评价与学生评价相辅相成，线上评价与线下评价相互补充。教师评价侧重于学生的学习表现和成果。学生评价则鼓励自我评价和小组互评，以促进自我反思和同伴学习。利用AIGC生成多样化的实际应用场景问题，对学生进行实时线上评价，以检测学生的主动学习能力和问题解决能力。线下评价则侧重于课堂表现、实验和项目报告，具体见表1。这样的评价体系旨在提供个性化的学习反馈，帮助学生全面了解自己的学习情况，并指导他们进行有效的学习改进。
表1 电子信息类课程混合式教学考核评价
三、融合AIGC的电子信息类课程混合式教学实践
1.实践对象
选取学校通信工程专业2021级两个班级作为实践对象，选取《数字电子技术》课程作为实验课程，其中一个班级为实验班（53人），采用融合AIGC的混合式教学模式；另一个班级为普通班（51人），同样采用问题导向式教学方法，但是未融入AIGC技术。
2.实践过程
教学准备
（1）教师根据教学大纲和教学目标，确定教学内容和教学方法，结合已有的教学资源，利用AIGC生成补充教学资源，通过筛选内容后将这些资源上传到线上教学平台。
（2）教师对实验班学生进行培训，介绍融合AIGC的混合式教学模式的特点和要求，使学生熟悉线上教学平台的使用方法和操作流程。
教学实施
（3）实验班采用融合AIGC的混合式教学模式，按照课前、课中、课后三个阶段进行教学。普通班采用传统的教学模式，以教师课堂讲授为主，学生课后完成作业。
（4）在教学过程中，教师定期对学生的学习情况进行跟踪和分析，及时调整教学策略和教学方法，确保教学效果。
教学评价
（5）课程结束后，采用多元化的评价方式对学生的学习效果进行评价，包括过程性评价和终结性评价、教师评价和学生评价、线上评价和线下评价。过程性评价占总成绩的60%，涵盖学生的线上学习表现、课堂参与度、小组讨论和项目完成情况。而终结性评价则以期末考试成绩为主，占总成绩的40%。
（6）对评价结果进行统计和分析，比较实验班和普通班学生的学习成绩和学习能力，验证融合AIGC的混合式教学模式的有效性。
3.实践结果与分析
图5 实验班和普通班学生期末考试成绩对比
学习成绩对比：课程结束后，对实验班和普通班学生的期末考试成绩进行统计和分析，结果如图5所示。实验班学生的良好率（70-80分之间）和优秀率（90-100分之间）均高于普通班学生，说明融合AIGC的混合式教学模式能够有效提高学生的学习成绩。
学习能力对比：采用问卷调查和访谈的方式，对实验班和普通班学生的学习能力进行调查和分析，结果如图6所示。
图6 实验班和普通班学生学习能力对比
从图6可以看出，实验班学生在自主学习能力、创新实践能力等方面的提升程度均高于普通班学生，这说明融合AIGC的混合式教学模式能够有效提高学生的学习能力。
四、结语
AIGC技术融入电子信息类课程教学中，通过创造多样化的教学场景和互动体验，使学习过程更加吸引人，增强了教学的趣味性和参与度。教师可以利用AIGC技术更高效地组织和管理课程内容，确保教学活动的有效性。[7]同时，AIGC的实时监测功能能够为学生提供即时的反馈和建议，帮助他们识别并纠正学习中的错误，巩固和加深对知识的理解和掌握。[8]总的来说，AIGC技术在促进个性化学习、提高教学质量和学习效率方面发挥着重要作用。但是由于当前现有教育专用大模型在准确性、教学内容多样性、支持核心教育场景、包容学习者多样性方面还有所局限，存在错误率较高、缺乏共情理解能力等问题，在跨学科学习、学生综合能力与高阶思维培养等方面仍有不足。[9]相信随着国内教育大语言模型的发展，AIGC应用于教育教学的场景会更加普及，促进教育教学质量的提升。 [10]
（基金项目：郑州地方高校教学改革研究与实践项目：地方高校混合式一流课程建设与实践（郑教高函〔2023〕40号）；河南省教育科学规划课题：基于生成式人工智能人机协同教学模式研究（2024YB0324）；河南省教育科学规划重点课题：高质量发展背景下民办高校教育教学质量提升路径研究（2024JKZD20）；2024年度河南省高等学校青年骨干教师培养计划：AIGC赋能计算机类课程教学模式改革研究（2024GGJS167）。）
参考文献：
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