基于数字孪生讲台的在线沉浸式教学体系分析与流程设计

随着新技术的迅猛发展,“大数据+AI”已成为现代社会一种新的驱动力和思维方式。一种可有效实现物理世界和信息世界智能互联与交互融合的新技术——数字孪生应运而生。基于数字孪生技术,可构筑联通现实教学空间与虚拟教学空间的数字孪生讲台,并成为在线教学空间的“数字大动脉”。数字孪生讲台可分为在线学习特征分析技术和虚实教学空间融合分析技术,通过“在线教”与“在线学”间的深度融合、映射与镜像,能为在线沉浸式教学注入新的数字生产力。基于此,从教学、技术两方面,探索数字孪生讲台的在线沉浸式教学流程设计与技术运用,即基于混合式平台的教学数据采集与管理,基于多维分析的教学数据分析与建模,基于精准教学和精准管理的数据应用,基于增强现实技术的在线沉浸式教学体验,进而设计其教学流程。旨在通过数字孪生讲台的多源数据融合、虚实融合映射、教学服务融合优化,促进数字化、智能化课堂的形成,推动数智融合在教学方面的创新性应用,从而形成一种基于大数据的课堂数据互动、映射的新形态,进而革新与重塑现代教育体系。     

数字孪生赋能思想政治教育探析

“数字中国”战略格局下,数字孪生是思想政治教育数智化发展的技术机遇与实践动能。数字孪生通过现状孪生、学习孪生、模拟孪生和自主孪生构建个性化育人场景、动态化决策场景、沉浸式体验场景和智慧化育人场景,激发思想政治教育立德树人的内在潜能。数字孪生以教育载体、教育时间和教育空间为展开尺度,推动思想政治教育活动有效运行、生成个体自由自主学习的体验时间、创设思想政治素养形成的体验空间。展望未来,数字孪生与思想政治教育的深度耦合应以思政数字孪生体构建为核心,进一步完善技术架构、发挥协同效能、锚定价值取向、培育主体素养,最终指向立德树人教育目标的确证与达成。     

教育数字化转型下数字孪生驱动的机械工程专业人才培养

工业4.0时代,高等教育呈现数字化发展趋势,数字孪生成为重要赋能技术,为创新人才培养模式改革提供了新的思路。为此,本文提出教育数字化转型下机械工程专业人才培养方案,基于数字世界与物理世界高维度融合理念,构建数字孪生驱动的机械工程专业人才培养模式,引导学生自主学习、主动实践、追求创新,保障数字孪生驱动下具有科技创新、技术发明、工程实现等能力的复合型机械工程人才的培养需求。     

融入数字孪生的高校创客空间:意蕴、框架与功能——从物理空间、混合空间到映射空间之演进

高校创客空间经历了由物理空间到混合空间的发展过程。随着XR、5G、全息、数字孪生等技术的不断成熟,将数字孪生融入到高校创客空间的构建中,充分发挥其在实时监控、动态交互、迭代进化方面的功效,推动高校创客空间从混合空间走向映射空间,已然成为一种趋势。融入数字孪生的映射空间,在构成要素上包括物理空间、虚拟空间、空间服务系统和孪生数据四个要素,在构成层级上包括物理层、数据层、模型层、服务层和应用层五个层级,其可实现创客协同设计、创客设计全生命周期管理、创客设计沉浸式体验、创客空间运行实时监控等四大功能。通过相关实践案例分析也表明,融入数字孪生的高校创客空间具有广泛的应用前景,能最大限度地提升创客空间在创新和创意设计上的“广度”“深度”“速度”,大力推动高校创新创业人才和创新型工程技术人才的培养。     

数字孪生校园的内涵、架构与推进路径

随着数字孪生应用领域的不断拓展,国内外学者开始关注数字孪生在教育领域的应用。数字孪生校园是学校物理空间与网络虚拟空间相互映射、协同交互的复杂系统,它具备虚实交互、数据驱动、动态可视、开放参与、以人为本等典型特征。数字孪生校园的关键技术包括物联感知、三维实景、多源数据、柔性仿真等技术。可以从基础设施层、数据资源层、平台能力层、服务应用层和实时交互层5个方面对数字孪生校园进行架构设计。     

融入认知数字孪生体的智慧学习空间：框架构建与应用延伸

教育新基建作为我国教育信息化发展的新抓手,对网络学习空间建设与教育创新改革提出更高标准,这时融合新技术便成为学习空间寻求突破发展的有效路径。研究聚焦智慧学习空间与认知数字孪生体的功能导向,探究认知数字孪生体融入智慧学习空间的逻辑机理,在梳理认知数字孪生体与智慧学习空间相关原理基础上,从“人、物、事、境、脉”五个核心要素和“物理空间、数字空间、数据联通空间”三个空间层次构建智慧学习空间的框架模型,并从“教育实践、决策管理、教育生态”三个角度探析融入认知数字孪生体的智慧学习空间应用路径,以期为智慧学习空间创新发展提供思路,推动教育新基建乃至国家新基建的落实。     

数字孪生：内涵、挑战及应用

数字孪生是智能制造领域具有重要发展前景的新兴热点技术。在总结数字孪生现状的基础上,系统地界定数字孪生内涵与特征,凝练数字孪生研究和应用在信息领域面临的主要技术挑战：异构模型精确构建与融合、虚拟模型自主更新与可靠评估、多维数据一致感知和基于语义的互理解保证等。提出基于模型池滑动窗口的计算进化分离自主进化机制以应对虚拟模型自主更新挑战,并在滚动轴承故障诊断场景进行初步应用。     

基于数字孪生的精准调装实验平台及教学项目设计

以飞机大尺寸机身筒形结构件插接装配过程为对象,围绕插接部位不可见、不可测问题,基于数字孪生思想,提出了一种虚实结合、以虚控实的迭代递进式精准调装算法,搭建了包含飞机前机身、中机身比例实验件(以MA700前机身和中机身为参考)、六自由度并联调姿系统、手持式激光扫描仪、双目摄影测量系统、集成控制系统的实验教学平台,给出了“以虚控实”的实验流程。构建了大空间测量的实时感知、六自由度并联调姿和基于数字孪生的试装配仿真验证3个实验模块,不仅实现了智能装配、数字孪生等先进技术方法与飞机装配知识互补的理念,更锻炼了学生独立自主解决复杂工程问题的能力。     

基于数字孪生技术的机电类专业课程改革研究

文章基于数字化背景下机电类专业课程改革中存在专业课程设置与行业发展需求不兼容;教学环境与教学方式的数字化转型成效不足;专业教师数字技术应用能力亟待提升;专业实训设备更新缓慢;优质的数字化教学资源不足等问题,探索了数字孪生技术对于机电类专业课程改革的重要意义。提出关注数字化背景下机电类行业的发展与人才需求,借助数字孪生技术整合机电类课程内容,基于数字孪生技术创新教学模式;开发数字孪生技术的实训资源;开展基于数字孪生技术的“云实训”,为机电类专业课程的数字化教学改革提供参考借鉴。     

数字孪生技术的教育应用研究

数字孪生技术是具有广泛应用前景和变革性力量的新兴信息化技术.数字孪生技术的教育应用,能够克服当前大数据技术、物联网技术饱和发展阶段所面临的困境和问题,并且在人工智能技术的支撑下,利用已有教育理论和学习方法建立虚拟模型,通过仿真技术探讨和预测未来,发现和寻找更优的方法与途径,实现教育信息化2.0环境下的全周期、全数据、全空间和全要素的学习,为新时代教育的创新和发展提供新理念和新方案.     

“数智经济”下农民工继续教育模式的创新发展策略

在"数智经济"时代,人工智能与大数据技术的兴起正在深刻影响继续教育产业,面向农民工的继续教育模式应当体现数智经济时代特征。简要介绍数智经济下农民工继续教育模式的新形态,基于此探究农民工继续教育的现状和现实需求,并提出构建农民工虚拟学习社区、强化数智技术应用与教学情景构建、政府提供更强有力的支持、净化网络教育环境等策略,为使继续教育模式与农民工发展的现实需求吻合,从而为提升继续教育的针对性提供新思路。     

“人工智能+教育”的困境根源及应对

以云计算、大数据和深度学习为核心驱动力的人工智能正在如火如荼地开展,它与教育的深度融合(“人工智能+教育”)正在不断变革教育理念、更新教育手段、丰富教育内容。人工智能在教育领域不断推进应用之时,围绕它的批判声也络绎不绝。究其根源而言,人工智能试图驰骋于整个教育疆域但却力不从心,人工智能与教育深度融合过程中出现的新问题使它步履维艰。以此为根,人工智能应用于教育领域而招致的批判具体表现为三个方面:“人工智能+教育”系统、工具的安全性能无法保障,教育数据隐私泄露,教师主导地位沉沦。基于此,可以制定统一的“人工智能+教育”系统、工具开发与设计标准,利用区块链技术保护教育数据隐私,划定人工智能在教育领域的应用边界,从而拨开“人工智能+教育”前行中的重重迷雾。     

人机学习共生体--论后人工智能教育时代基本学习形态之构建

人工智能与教育的融合实现了教育的规模化、个性化和智能化,然而它并未突破传统教育知识传授模式的局限,未来的人工智能教育应用应当从"机器教人"向"人机共生"的知识创造性发展。"人机学习共生体"这一后人工智能教育时代的学习形态,是在分析人工智能发展历程和学习者角色演变的基础上,以经验之塔理论和知识创造螺旋理论为基础提出的。后人工智能教育时代人机共生的学习形态,即在学习者的客体观、主体观、主体间、共生观和他者观等基础上,形成的具有连续统样态的人工智能教育模式。人机学习共生体围绕隐性知识和显性知识之间的转化,形成了学习者与智能体的共生关系,通过共同化、表出化、联结化和内在化等知识转化过程,持继促进知识创造。人机共生学习是学习者、智能体和教师所构成的以知识共生为核心的学习过程。未来人机学习共生体的实现,需要解决智能体的主体性技术、学习绩效支持以及学习模式创设等挑战。     

基于虚拟助理的远程学习支持服务及技术难点

以人工智能与模式识别为核心的虚拟助理是当前备受各领域关注的智能化应用技术,在远程教育个性化支持服务领域存在巨大的应用潜力,其技术发展和市场需求集中体现在资源推送、教学互动、情绪调节和生活辅助四个方面。已有研究显示,虚拟助理可以智能化地判断和理解学习者的需求,改善远程学习系统中资源与知识单向传输和缺乏互动的情况,适时引导学习者进行学习并解答疑难问题;还可以监测学习者远程学习过程中的情绪变化,缓解由于时空分离而造成的负面情绪,为远程学习者提供更自然和人性化的交互方式与学习支持,以及更多的生活便利。随着虚拟现实、人工智能、传感器和模式识别技术的发展,人们已经越来越多地看到了它在适应学习者需求和喜好、提供个性化学习支持服务方面的优势,但是其进一步发展还需攻克资源推送算法、人机互动模式、情绪状态识别等技术难点。     

智能机器人及其教学应用:创新意蕴与现实挑战

第三次人工智能浪潮的到来,掀起了人类历史上最具颠覆性的智能化革命,深刻地改变了技术与人的关系。以人工智能(AI)为驱动力的智能机器人技术,正逐步进入学校与课堂,赋能教学创新,催生了整合智能机器人的新型教学与学习生态系统。基于此,从智能机器人的内涵出发,梳理智能机器人的发展特征与教学功能;结合智能机器人的教学应用典型案例,审视智能机器人作为教学赋能之要素。通过计算与连接工具,探讨智能机器人助力精准教学、实践创新能力培养,开展智慧学伴、智能测评、大数据教学过程管理、人机协同"双师课堂"等方面的教学应用;从教学系统变革层面出发,以智能机器人为增强要素,促进教育系统的协同与治理;支持教师数字素养提升,补偿性教育技术应用,教学管理智能化,助力学校教育"智"理等;同时,结合现实提出智能机器人在教学应用中面临的五大挑战,以期为智能时代智能机器人的教育应用与发展,提供参考与思路。     

虚拟现实：教育技术发展的新篇章——访中国工程院院士赵沁平教授

赵沁平院士从虚拟现实技术内涵、虚拟现实与人工智能技术的结合、虚拟现实在教育培训中的应用、技术实现路径、未来发展趋势几个方面提出了诸多有价值的建议。他提出,随着技术的发展,VR的3I特征已经演化为4I特征;与人工智能结合可能成为终极性的教育技术;VR技术构建的智慧学习环境,应建立在教学参与者较好的信息化素养基础上,具备体验性、交互性、可信性与可评价性等特征;深度结合教与学的过程要素,给出了VR+教育应用及研究的10个突破点。同时,呼吁研究者深入探讨VR教育活动中何以敬畏和坚持的伦理问题,从伦理层面对教育管理者、产业界和政策制定者等相关角色进行伦理规范。     

基于GROW模型的线上线下教育融合培养案例应用分析

随着互联网、数字化技术、人工智能技术、大数据分析等应用于学校教育,信息化背景下的线上线下融合教育必将成为一种常态的教育教学方式。选择武汉一高职院校作为试验案例,探讨如何将传统以“教”为核心的教学系统转化为“个别化”学习辅导,促进学生自主学习。基于“GROW模型”的技能应用,创新职业院校线上线下教育融合新路径。