基于 Al+Hl 打造虚实融合的智慧教学新范式实践

0 引言

在人工智能技术深度融入教育领域的时代背景下，《虚拟样机技术》课程建设亟需突破传统教学模式的局限，以‚AI+HI‛（人工智能+人类智慧）双轮驱动为核心，构建智能化、个性化、创新型的智慧教育生态。本课程旨在通过 AI 技术赋能教学全流程，同时强化人类教师在高阶思维培养中的主导作用，最终实现‚技术赋能教学‛与‚教育回归育人‛的有机统一，打造虚实融合的智慧教学新范式。

1.理论框架：AI+HI 的虚实融合教学模型

该模型包含三个核心要素：AI 智能体，承担知识图谱构建、参数化建模、性能预测等标准化工作；人类教师，负责高阶思维引导、伦理规范把控、创新实践指导；虚实环境，通过 MR 技术实现虚拟样机与物理实验室的实时交互。

2.实施方案：借AI 教学平台，打造虚实融合的智慧教学范式

2.1 以长江雨课堂AI 教学平台为基础，搭建《虚拟样机技术》课程专属知识库，整合三维建模、运动仿真分析、多软件耦合等等核心知识模块。通过 AI 资源检索系统，实现文献、案例、软件教程的智能推送；利用智能备课助手自动生成课程大纲、案例库和习题集，释放教师重复性劳动时间。例如，AI 可基于学生学情数据动态调整虚拟样机设计案例的难度梯度，形成‚基础案例-进阶挑战-创新项目‛的分层教学资源池。

2.2 重塑人机协同的混合式教学模式。将 24 小时学伴系统嵌入课程学习链，通过自然语言交互解答学生关于 ADAMS、SolidWorks、天工 CAD 等软件的参数设置问题，实时反馈仿真结果异常原因。在实验环节，AI 可自动批改虚拟样机运动学/动力学分析报告，标记数据异常点，而教师则聚焦于引导学生分析误差来源，例如探讨‚仿真结果与理论值偏差是否源于模型简化假设‛。这种分工使教师从机械性批改中解放，专注于批判性思维训练。

2.3 重塑教师角色与教学评价体系，赋能教育数字化转型与人才培养升级

虚拟样机技术涉及机械、控制、材料等多学科交叉，传统教学常因硬件限制导致‚理论讲解多、实践操作少‛。AI+HI 模式通过数字孪生技术构建虚实映射的学习空间：学生可在虚拟环境中完成航天器展开机构、工业机器人等高成本实验，AI 实时模拟材料疲劳、接触碰撞等复杂物理现象，教师则引导学生从‚虚拟试错‛中提炼工程方法论，实现‚认知-实践-创新‛的螺旋式上升。破解复杂工程教育‚知行脱节‛难题。

课程推动教师从‚知识传授者‛转型为‚学习设计师‛：教师需设计AI 难以替代的开放性任务，如‚针对深海探测设备，如何在虚拟样机中平衡耐压性与机动性‛。同时，建立‚AI 过程数据+人类价值判断‛的双维评价体系：AI 记录学生建模、仿真、优化的操作轨迹数据，教师则从创新度、系统性、工程可行性等维度给予质性评价，避免‚唯结果论‛的单一评价模式。

2.4 校企协同，培育面向工业 4.0 的创新型人才。设置‚AI 生成设计+人类决策优化‛的混合实践环节：学生利用 AI 算法生成虚拟样机初始设计方案，再通过人机协作完成拓扑优化、轻量化设计等高阶任务。例如，在新能源汽车悬架系统设计中，AI 可快速迭代百万级设计方案，而教师指导学生从振动特性、NVH 性能等维度进行多目标决策，培养‚技术判断力‛与‚工程伦理意识‛。

课程知识库对接企业真实项目数据，如引入 CATIA、ANSYS 等工业软件的使用日志，AI 可分析企业工程师的操作习惯，生成‚行业最佳实践‛教学案例。教师则带领学生针对企业技术痛点开展研究，例如‚基于数字孪生的风电齿轮箱故障预测‛，使教学成果直接对接产业需求，形成‚教学-科研-产业‛的闭环。

2.5 AI+HI 课堂的课程思政

《虚拟样机技术》AI+HI 智慧课程建设，本质上是探索‚技术理性‛与‚教育人文‛的平衡点。AI 不是替代教师，而是让教师更专注于‚人‛的培养——在虚拟样机的数字世界中，引导学生思考‚技术如何服务于人类需求‛，在智慧课程的教学中塑造工程师的社会责任感。这也是 AI+HI 课程的课程思政。

3.智慧教学技术融合范式的创新点与成果

该智慧教学新范式突破了传统课程中AI 与 HI 的孤立应用，构建 ^*AI 驱动建模-HI 引导优化‛的双螺旋结构。例如，利用 AI 实现参数化建模的自动化，同时结合 HI 专家定性评审，实现‚量化指标‛与‚质性判断的融合评价，形成‚技术理性‛与‚人文价值‛的动态平衡。

经过一年的教学实践，已形成一套‚AI 仿真平台+HI 案例库+协同设计规范‛三位一体的教学资源包；学生能熟练运用 AI 工具完成 80%以上的常规设计任务，同时具备对 AI 方案进行 HI 干预的能力；为新工科硕士研究生人才培养提供可复制的参照教学范式。

4.结语

《虚拟样机技术》课程的改革证明，AI+HI 的智慧教学范式通过虚境赋能实学、数据驱动个性、人机协同进化的核心路径，实现了工程教育质效的跨越式提升。推进产教融合共同体建设，使教学场景与产业前沿同步迭代，走向人机共生的教育未来。

参考文献：

[1]李旭荣，鲍秀兰，杨锐.《虚拟样机技术实验》的 SPOC 建设与教学实践[J].教育现代化，2017 年 11 月第45 期：196-198

[2]李旭荣，徐红梅，鲍秀兰，李艳红.基于 SPOC 的探究式教学与课程思政的实践——以《虚拟样机技术实验》课程为例，新时代教育[J]，2023（25）：51-52

第一

作者简介：李旭荣（1974.9-）湖北汉川人，副教授，工学硕士，主要教授《数控技术实验》《虚拟样机技术实验》和《计算机绘图》等课程，主持了三项省级一流课程。

通讯

作者简介：李艳红（1973.12-）湖北汉川人，高级工程师，主要教授课程有机械加工工艺，工装夹具设计，机械产品设计（Cro/e）