【AI潮起 重工智领⑮】当“通信电子线路”遇上AI:一门硬核课程的数智化改造实践
这两年,智能制造与智能装备学院杨丹老师的备课桌上,多了大语言模型和若干课程智能体这一新搭档。遇到把握不准的知识点,借助工具检索求证远比翻阅书本高效;想要为“单调谐回路”寻找生活化教学类比,几秒内便可获取多组备选方案,多数内容并不适用,但偶尔也能收获恰到好处的教学素材。课堂之上,学生提出的问题纷繁多样,一部分疑问能够交由智能学伴予以解答,而那些角度刁钻的深度追问,依旧需要杨丹亲自回应。
改变并不只发生在备课环节。历经两年探索,这门历来让不少学生感到畏难的课程,从备课筹备、课堂讲授,到作业布置、教学评价,全流程依托智慧课堂与智学重工平台完成重塑。回望这段改革历程,其间既有不断试错的经历,也有尚未跑通的尝试,在杨丹看来,这些实践中的经验与教训,同样具备重要的参考价值。
《通信电子线路》是电子信息类的核心课,也是最容易劝退学生的一门。高频小信号调谐放大器就是个典型:增益、带宽、选择性三个指标此消彼长,学生背得出公式,一到“Q值取多少”就卡住。这不是算不出来,是没做过工程判断。实验更麻烦,仿真里曲线漂漂亮亮,实物一上电就自激,学生盯着示波器发愣。讲了三遍、练了五遍,下一届还是照旧。
产业这头变得更快。智能运维、AI射频优化这些新场景,要的不只是会算放大器的人,还得看得懂数据、调得动模型。继续一支粉笔讲到底,学生毕业时手里那点本事,可能刚好是设备已经不用的。课必须改。推翻重来既不现实也没必要,我们走的是另一条路:让AI一个环节一个环节地参与进去,备课、出题、答疑、判分,试得动就留,试不动就撤。
第一批上的是智能体。智学重工平台上,课程组做了19个:教师端一个AI助教,以数字人形象驻在平台里,挂着课程知识库,也能联网检索,备课找资料、出练习题先问它;学情分析智能体每周自动出班级周报、学生个人画像和进度落后名单;学生端配了智能学伴,靠知识库和实践反馈答疑问。三个端口的数最后都回流到备课环节,教什么、怎么改,看数据说话。

图1 智能体天团
第二层是任务引擎。一个“单调谐回路谐振放大器”任务包发下去,学生先画晶体管Y参数等效电路,提交后AI即时点评,学伴推一段数字人微课补漏。课上分组在Multisim里改回路Q值扫频,测增益、通频带、矩形系数,投屏一放,谁的曲线塌了全班都看得见。为“提Q还是保带宽”争起来时,数据说话,杨丹只管把结论收到“增益带宽积为常数、按通信体制折中取值”这条线上。接着上实验箱实测,仿真曲线和实测曲线并排摆,自激、失配成了最好的误差分析素材。课后智能题库出题,杨丹审一遍,再按画像分层推,进度落后的系统自动预警。现在课程里有15个教学设计、29个AI实践任务,全过程留痕。

图2 任务引擎串起AI实践链
第三层最费工夫,是四张图谱。知识图谱把全课程230个知识点、1500多条关联标了出来,建设率100%,Y参数折算、Q值取舍这些最容易断的地方单独标成难点;问题图谱收了失谐、自激、增益不足三类典型故障,编成能一层层追问的问题链;能力图谱把电路优化、系统调试、故障定位分别挂到具体教学环节上。思政图谱花的时间最长,家国担当挂在“第一级灵敏度”这个节点,工匠精神挂在“0.5dB反复调试”那个节点,讲到这里顺手带一句,比单开一节思政课管用。这四张图后来也成了智能体答疑、推任务的检索来源。
先看账面上的。最新一轮覆盖5个教学班、195人,仿真调试成功率90%以上,课程满意度95%以上。2022年到现在,这门课在线上平台开了4轮,建成资源430个,累计访问8.7万次,课程活动2.3万次。
课程后来批了重庆市一流课程、校级“人工智能”重点建设课程首批立项和课程思政示范课程,也撑起4项教改项目;同样的做法搬到《移动通信》《信号与系统》《模拟电子技术》,大体能跑通。不过杨丹最在意的不是这些。以前怕电路、躲实验的学生,现在会追着问“我的实测曲线为什么和仿真差了这么大”;有个学生在实验箱前折腾两节课,自己把自激的原因找出来了,那种表情在课堂上是装不出来的。

图3 学生实验过程
经过两年的改革实践,杨丹也沉淀出三点真切的教学感悟。
第一,AI可以提升工作效率,却无法直接提升教学质量。AI生成的教案、习题素材,都要经过三道审核:核查知识点准确性、评估内容适配本届学生学情、校验价值导向,不符合要求绝不进入课堂。技术带来处理速度,但是教学的判断权必须掌握在教师手中。她坦言课程组也曾踩过误区,曾经未加甄别直接使用AI输出内容,这也是课程数智化改造过程中需要重点规避的问题。
第二,数据能够呈现学情,却无法完整看见学生个体。学情画像可以标记出学习掉队的学生,但真正帮助学生走出困境的,往往是课后简短沟通和课堂上的关注引导。倘若AI解放出来的时间,又耗费在填表、整理材料之上,那么技术赋能教学的意义便大打折扣。
第三,推进课程改革,先要实现教师自身理念与能力的更新。课程组常态化开展集体培训研讨,探究AI工具的教学用法。从最初掌握基础操作,到逐步厘清AI的适用边界,分辨什么时候该用、什么时候不该用。教师不亲身实践探索,再完备的方案,也只能停留在纸面。
目前《通信电子线路》的数智化改造依旧处在迭代完善阶段。智能体偶尔会出现回答偏差,各类图谱仍有优化空间,教学过程中学生也不断提出全新问题。但有一个认知愈发清晰:AI工具能力越强大,前期“该不该这么做”的价值判断就愈发重要,而这一环节,现阶段只能由身处讲台的教师来完成。
文/图 智能制造与智能装备学院 杨丹
编辑/党委宣传部