“人工智能+生产管理”课堂教学模型构建与应用

孙从军 曾明星 戚利娜 夏瑞洁 付友良

摘   要：随着人工智能在各行各业的广泛应用，人工智能在教育领域的渗透也越來越深入。为跟上高校课堂教学改革与创新的步伐，吉首大学张家界学院采取校企、校校合作方式引入智能技术，打造智慧校园，开展信息化课堂教学改革，大力推行混合式教学方式。基于学校智慧校园网，研究构建一个“人工智能+生产管理”课堂教学模型，升级改造传统单一版本下的“生产管理”课堂教学资源，改进教学环境，变革教学方式，提高“生产管理”课堂教学的自动化、感智化与智能化水平，提升学生学习“生产管理”课程的兴趣与效率。

关键词：人工智能;生产管理;“智能+”课堂教学模型;互动式课堂教学;个性化学习

1    问题的提出

随着谷歌围棋机器人AlphaGo、IBM沃森的智能诊断、科大讯飞的智能翻译、阿里的AI智能阅卷以及软银的情感识别智能机器人Pepper等人工智能技术的不断发展和应用，人工智能已成为21世纪世界各国关注的热点和引领未来的前沿性与战略性技术。为在新一轮的国际科技竞争中占据制高点，掌握主导权，美国、日本、德国、中国等纷纷推出各种举措抢占先机，不仅发布了人工智能发展战略规划，还投入巨额资金用于人工智能的研发和应用。推动人工智能的发展离不开人才这一载体，人才的培养与输出关键在于高校的课堂教学，各大高校为此开始加快建设智能课堂教学的步伐，在基于人工智能、大数据、云计算以及新一代的互联网技术支撑下构建“主导—主体”交互式学习的数字生态化教学空间。针对传统“一个版本”教学带来的重理论、轻实践，重知识讲授、轻能力培养，忽视学生个性化，“学”、“用”脱节等一系列问题，吉首大学张家界学院（简称张院）与企业合作升级打造了全覆盖的智慧校园，建立了智能OA移动办公系统，启动了6门校级线上精品课程的自主开发，并外购了“运营管理”和“商务统计”等多门线上课程，实行混合式教学，在学校智慧校园建设的基础上，研究构建一个“人工智能+生产管理”课堂教学模型，升级改造“生产管理”课堂教学资源，改进课堂教学方式，进一步带动学院智慧课堂教学改革的深入，培养适应人工智能时代的应用型管理人才，满足未来企业与社会发展的需要。

2    文献综述

人工智能应用于教育领域改变了英语、体育、会计、管理、法律、医学等专业的传统课程课堂教学方式，如翻转课堂和MOOC的出现逐步改变了传统的学习方式、时空和师生之间的互动关系。随着计算机强大的计算能力、日趋成熟的算法以及人工智能模型发展，人工智能将可以突破翻转课堂及MOOC的“认知天花板”[1]，实现学习者的深度学习和个性化学习[2]，形成教育人工智能支持下的STEM跨学科融合模式[3]，全面培养学生的信息素养[4]，构筑“人工智能+教育”的泛在学习生态系统[5]，开设虚拟现实学习中心让学生可以进一步学习相关知识[6]。

伴随着美国《国家人工智能研究和发展战略计划》、日本《下一代人工智能/机器人核心技术开发计划》、德国《人工智能战略计划》以及中国《“互联网+”人工智能3年行动实施方案》和《新一代人工智能发展规划》[7]文件的相继出台，人工智能与课堂教学的融合发展将会越来越深入。AI的自动解题和智能授课APP的应用发展，不仅可以自动求解、生成解题步骤、辅助学生答题解疑，还可以根据学生的思维习惯进行特征提取，评估学生表现与其互动，精准推送并在线讲解学生欠缺的知识，引领学生高效自主地学习。另外，可以帮助教师批改作业、评阅试卷、自动生成试卷分析表，便于教师及时掌握学生易错知识情况，改进课堂教学方法，及时更新课堂教学内容，满足学生日益个性化的学习需求[8]。未来将是人机共教的时代，新型智能教室和智能学习空间是未来教室变革的趋势，是实施高效教与学的重要基础[9]。在人工智能高速发展的新时代，高校要聚焦培养人这一根本使命，基于智慧课堂理论与实践成果，打造基于智能信息技术一体化的智慧课堂智能化教学服务平台和体系[10]，实现云平台的教学资源共享，全过程的课堂教学动态评价，支持教室局域网和多终端投屏，提供师生使用的终端应用工具。基于课堂教学互动理论与实践成果，可将抢答、抽答、测试、讨论、投票、分组、汇报等互动形式[11]融于超星学习通、雨课堂、课立方、E-ducation等互动工具中，以解决当前课堂教学互动类型单一、师生互动主权不均等、互动深度及互动频率不够等现实问题。

对人工智能应用教育的学术文献进行相关梳理与分析，明确了未来生产管理课堂教学的目的与发展方向，为构建“智能+生产管理”课堂教学模型提供了坚实的理论与方法支撑，但现有研究还存在智能化课堂教学服务平台系统的集成链接功能弱小，与终端互动工具的兼容性有限，下课不下线的全员全过程全方位教学动态监管评价性能低、缺乏自动化感知学习者行为表现并进行特征提取与预警通知及干扰功能等方面的不足，需要对本课题进行研究。

3    传统单个版本“生产管理”课堂教学的主要问题

“生产管理”是研究社会组织如何将资源有效地转换为满足顾客需求的产品或服务的学科，具体是指一门研究如何应用有效的管理方法，将制造或服务企业的有限资源高效集成，为用户提供满意产品和服务的增值过程的管理课程。该课程实践性、应用性强，具有一定的深度和广度。传统“单个版本”、“生产管理”课堂教学的资源匮乏、内容抽象、方式单一、师生互动少、学生学习兴趣低、学后难以致用的问题随着人工智能在教育领域的渗透与深入显得越发突出。

3.1  课堂教学资源匮乏，无法适应差异化教学

传统的“生产管理”课堂教学资源主要来源于学校每一学期所选购的教材。教材的更新周期一般比较长，原有的教材内容往往跟不上时代日新月异的发展变化，在面对每一届学生实施课堂教学时，年复一年地重复原有的教材内容，难以让学生更好地理解并对所学内容举一反三。每一届学生中每个学生的学习能力各不相同，也需要教师选用不同的教学资源循循善诱。依据教育教学理论与规律，教师授之学生一滴，事先需自备一桶。教师仅凭自己借助网络或图书馆查找教学资源难以保证与所讲内容完全匹配，也难以达到生动、有趣的教学效果，课堂教学的深度与广度会大打折扣，无法适应差异化教学，满足学生的个性化学习需求。

3.2  课堂教学方式单一，难以全面培养学生的信息素养

传统单一版本的“生产管理”课堂教学往往重理论、轻实践，重知识讲授、轻能力培养，“学”与“用”脱节。在允许学生携带智能手机进课堂的互联网冲击下，“传统板书+多媒体”教学的线下课堂授课方式正成为“过去式”，一群不爱学习、畏惧学习或是自控能力弱的学生在手机游戏的诱惑下逐渐变为“低头族”。课堂“低头族”的出现，使得教师原有的自信心和热情锐减，自然会影响教师课堂教学的积极发挥，不利于全面培养学生的信息素养。

3.3  课堂师生互动频率低，无法融洽师生关系

传统“单个版本”、“生产管理”的课堂教学基本上是教师占据主导地位，学生在课堂上处于被动位置，教师在前面讲，学生在下面听，这种填鸭式的课堂教学使得师生互动频率低，课堂气氛沉闷、压抑、不活跃。进入信息化时代，师生都能利用各种通信工具实时获取“生产管理”课堂教学内容方面的信息，彻底打破了原有的信息不对称壁垒，教师传统的角色再不及时调整，师生互动频率只会更低，师生关系愈发难以融洽。

3.4  课程内容抽象，学生学习兴趣低

“生产管理”课程内容抽象，需要学生具备比较扎实的理工基础，培养逻辑思维，拥有较强的信息技术知识和能力。在传统“单个版本”的课堂教学方式下，经济管理专业的学生大多文科出身，理工基础薄弱，学习能力参差不齐，学习起来感到很吃力，学生对此课程的学习兴趣往往比较低，需要及时改革传统“单个版本”的课堂教学方式，提高学生学习“生产管理”课程的兴趣。

4    “人工智能+生产管理”课堂教学模型的构建

为解决上述课堂教学资源匮乏、授课方式单一、师生互动频率低以及课程内容抽象，学生学习兴趣低的问题，基于学院升级改造的校园智慧网WLAN的支撑和与广州英荔教育集团合作推广使用的E-ducation在线学习平台，与达内集团合作投入运营的虚拟仿真实训平台以及与正方集团合作开发使用的OA系统管理平台，再加上用户的电脑和智能手机，将这些人工智能技术和设备融合应用在“生产管理”课堂教学中，便可以构成一个方便、经济、实用的“人工智能+生产管理”课堂教学模型（见图1）。

4.1  “人工智能+生产管理”课堂教学模型的构成要件

“人工智能+生产管理”课堂教学模型由硬件和软件系统两大部分构成。硬件主要有计算机、网卡、集线器、路由器、扫描器、教学终端设备、无线射频识别技术（RFID）等[12]。软件由OA系统管理平台、人工智能虚拟仿真实训平台、人工智能课堂教学系统、用户登录界面的电脑和智能手机等软件系统和E-ducation APP、管理员后台管理系统、教师课程管理系统、学生在线选课、学习和考试系统等应用软件组成。

4.2  “人工智能+生产管理”课堂教学模型的功能特点

“人工智能+生产管理”课堂教学模型是一个集整体性、集成性、链接性、兼容性的全员、全过程、全方位自动化感知学习者行为表现并进行行为特征提取与预警干扰功能的嵌入智能化生产管理仿真虚拟技术的课堂教学动态管理系统。该系统可以运用人脸识别技术与大数据分析，对学生进行课堂考勤，及时了解跟踪、记录、分析学生的课堂学习状态，实时改进课堂教学方式，实现教师的差异化教学与学生的个性化学习。借助虚拟现实技术，对生产管理全过程进行仿真模拟，让学生沉浸在身临其境的智能企业生产管理环境中，激发学生的学习兴趣。能够帮助学生在线选课、在线学习、在线考试、在线咨询、自动答疑、自动生成实训数据表、实训报告、实训成绩单以及实训成绩分析表等。还能基于学生平时学习的行为进行特征提取，实现学习资源的自动推送，引导学生自适应学习。

4.3  “人工智能+生产管理”课堂教学模型的应用

在全覆盖式的校园智慧网WLAN和OA系统管理平台链接学院各个职能部门的信息管理系统支撑下，师生可以通过学院的网站主页进入信息门户，也可以通过移动校园APP注册、登录，查看、上传、下载所需的文件、文档等信息资料。师生还可以通过电脑端进入主页E-ducation网站或是通过E-ducation APP进行注册和登录，选择对应的系统再次输入账号和密码进入，找到对应的信息资源，学生可以在线选课、学习、考试，教师可以在线备课、授课、阅卷，管理员可以在线监督与管理课堂教学实况。此外，师生还可以自由链接超星学习通APP或是雨课堂和课立方，只要输入账号和密码进入超星学习通或是雨课堂和课立方，就可以利用电脑或手机创建（加入）课程和班级，就可以在课堂上投屏显示所授的课件、视频、文档等资源，学生利用智能手机扫一扫功能可以在线扫二维码或输入班级邀请码进入班级，再画手势签到完成考勤，课堂上随机提问、选人抽答、讨论、抢答、测试、投票、分组、汇报等师生互动环节可以瞬间完成，并能自动生成可视化的课堂教学效果图，方便师生对每一堂课进行反思与改进。

管理员系统即后台管理系统由监督管理系统和应急管理系统组成。具有管理员身份的教师能有此权限进入。监督管理系统设置有课程管理、课程选购、直播管理、视频管理、平台费用、基本设置、权限管理、操作日志等功能。应急管理系统设置有对师生课堂突发状况的预警、跟踪、分析、干扰等功能。授课教师查看学生学习的进度，只需点击课程管理就会出现课程列表，课程列表中就可以出现课程图片、课程名称、授课教师、助教、开课时间、操作，接下来再点击操作按钮，便可以查看学员和课程报表，了解到学生学习课程的实际进度。

教師系统即课程管理系统包括在线备课、授课和阅卷系统，进入在线备课系统便可以编辑“教学大纲”，运用拖放工具快速、有序地创建课程内容，可以按星期或学期发布课程内容，通过点击可以添加视频、课程讨论以及习题等。题库除了涵盖单项和多项选择题之外，还支持数十种题型。通过多媒体、HTML和练习题等方式帮助学生理解课程知识点。授课教师还可与共同作者以及其他团队成员一起创建课程，在即时修改问题后只需点击“保存”按钮就可以将原有的课程内容更改上线，优化课程。在线授课只需利用校园一卡通刷一下RFID智能讲台，链接主页E-ducation网站，选择在线授课系统再次输入账号和密码便可在线开始授课和章节测试，选择在线阅卷系统再次输入账号和密码便可在线评阅学生考试试卷，自动生成学生成绩单与试卷分析表，点击链接便可将学生成绩导入学院教务系统，输入课程密码便可以完成本课程学生学习成绩的录入与提交。

学生系统设置有在线选课、学习和考试3个子系统。学生通过设置好的账号和密码可以借助电脑或手机进入在线选课系统或学习系统或考试系统，在该系统界面，可以发现已为学生精准推送的课程，只要点击课程名称即可选课、学习或考试，内有课件、讨论、资料、公告、试卷这些功能。点开课件，可查看视频和作业。加入讨论，可以搜索到所有的帖子，也可以创建自己的帖子，还可以回复别人的帖子，便于师生、生生互相沟通、帮助和成长。打开资料，学生可直接下载视频、文档等课程学习资料，以视频或PDF的格式保存在电脑或手机里，方便学生回看与复习没有理解的内容。点击考试，就可以进入考试界面，看到自动随机生成的“生产管理”课程考试试卷，按考试卷面要求有序作答，答题完毕，只需点击提交和确认按钮就可以退出考试系统。

“人工智能+生产管理”课堂教学虚拟仿真实训平台设置有智能化生产管理虚拟仿真系统、管理员系统、教师系统、学生系统，并与人工智能课堂教学系统相链接。智能化生产管理虚拟仿真系统由资源层、感知层、虚拟层和应用层构成。师生只要点击人工智能课堂教学系统，选择智能化生产管理虚拟仿真系统输入账号和密码注册、登录，就可以仿真模拟生产运营管理过程。在此过程中遇到自己不能解决的异常问题时可以在线求助管理员系统，系统可自动测试、答疑、预警、跟踪、分析与干扰。虚拟生产运营管理过程完成时，系统自动生成各种实训数据表、实训报告、实训成绩单以及实训成绩分析表，师生只需点出导出按钮便可以选择上传、另存或是打印。

总之，“人工智能+生产管理”课堂教学模型不仅可以解决传统单一版本下的“生产管理”课堂教学问题，还可以为学院的信息化课堂教学改革与创新提供相关参考。

5    完善“人工智能+生产管理”课堂教学模型的建议

从实际应用“人工智能+生产管理”课堂教学模型的情况来看，学院还需要做好以下工作。

5.1  不断升级改造校园智慧网

目前，学院的校园智慧网虽然可以覆盖各个教学楼，但是仍有极少部分教室如2442教室处于断网状态，不能进行线上“运营管理”课程的收看和讲授，影响线上线下同步讲授课程内容的进度和效果。另外，师生同时用网时，网速特别慢，上传课件等资料时总是不停地打圈圈，有时甚至连网页也打不开。因此，学院要不断地升级改造校园智慧网，增加上网容量和提高上网速度，以保证师生顺利地完成人工智能+生产管理课堂教学的应用与实践任务，推进学院的智慧校园和智慧课堂建设。

5.2  增强学院系统管理平台的链接功能

自本学期试行“生产管理”课程的混合式课堂教学方式以来，发现在课堂教学中难以自由地链接和转换E-ducation和超星学习通功能。在使用E-ducation在线学习平台进行线上收看视频后，无法利用智能手机上下载的E-ducationAPP进行投屏显示，学生无法扫码签到以及进行抢答、抽答、测试、讨论、投票、分组、汇报等形式的互动，智能手机上的E-ducationAPP只能在校园智慧网WLAN支撑下进行观看、测试和咨询，无法与电脑端链接，进行班级创建、邀请加入、投屏互动、上传资料或是查找与“运营管理”课程相关的课堂教学资料。超星学习通功能齐全，可以做到智能手机与电脑的链接，但是不能直接与E-ducation链接，运用其功能直接投屏展示E-ducation上的课程视频、课件、测试等内容，实现师生的在线交互式学习。基于这些实际问题，学院应不断增强OA系统管理平台的集成、兼容与链接功能，改善“生产管理”课程混合式课堂教学效果。

5.3  为教师提供相应的技术培训和服务

为从根本上解决课堂教学资源匮乏、课堂授课方式单一以及师生互动频率低的问题，真正应用好“人工智能+生产管理”课堂教学模型，一是需要学院因势利导，引进虚拟现实技术及可穿戴设备，把企业搬进课堂，让学生直观地全方位地学习“生产管理”，正确引导学生利用智能手机和可穿戴设备进行生产管理，采取“导”把学生“低头族”尽力转变为学生“抬头族”。二是需要学院加大投入力度为任课教师提供相应的技术培训和服务。教师只有通过观摩学习优秀教师的课堂教学，才能不断地创新自身的课堂教学思维方式、方法，利用好现有的智能技术与设备，丰富完善课堂教学内容，深入浅出地讲解，增强师生互动频率，融洽师生关系，全面培养学生的信息素养与技能。

6    结语

人工智能在教育领域的日益渗透与深入，为人工智能用于生产管理课堂教学的研究与实践创设了强感知、高交互[13]、泛在的学习环境。未来人工智能技术与教学内容、教学媒体和知识传播路径的多层次融合，将会提供跨学科、跨媒体、跨时空的智能教育服务，成为“人人皆学、处处能学、时时可学”的“主导—主体”[14]交互式的数字生态化学习空间。为顺应时代发展趋势，学院应立足现实，因势利导，开展“人工智能+生产管理”课堂教学改革与创新，借助OA系统管理平台和智能化的生产管理仿真虚拟实训平台，设计情境式的项目任务[15]，培养学生的创新思维能力，让学生在仿真虚拟的生产管理过程中逐步掌握智能时代必备的信息技术和素养。

[参考文献]

[1]郝兆杰，潘 林.高校教师翻转课堂教学胜任力模型构建研究—兼及“人工智能+”背景下的教学新思考[J].远程教育，2017（7）：66-75.

[2]牟智佳.“人工智能+”时代的个性化学习理论重思与开解[J].远程教育，2017（3）：22-30.

[3]唐烨伟，郭丽婷，解月光，等.基于教育人工智能支持下的STEM跨学科融合模式研究[J].中国电化教育，2017（8）：46-52.

[4]张剑平.关于人工智能教育的思考[J].电化教育研究，2003（1）：24-28.

[5]吴永和，刘博文，马晓玲.构筑“人工智能+教育”的生态系统[J].远程教育，2017（5）：27-39.

[6]龚炜博.以AI技术在教育领域的应用浅析人工智能对未来教育的影响[J].中国战略新兴产业，2018（8）：51-53.

[7]鞠光宇，马陆亭.发达国家高等教育如何助推人工智能发展[J].中国高校科技，2019（Z1）：4-7.

[8]赵术鹏.浅论00后视角中人工智能与机器学习的发展趋势及应用[J].电脑迷，2018（12）：158.

[9]何伟光，唐玉溪.一流本科教育：迈向人工智能時代的变革[J].中国电化教育，2019（3）：120-126.

[10]吴晓如，刘邦奇，袁婷婷.新一代智慧课堂：概念、平台及体系架构[J].中国电化教育，2019（3）：81-88.

[11]刘清堂，冯小妹，翟慧清，等.学习分析支持下的课堂互动工具设计与实现[J].现代教育技术，2018，28（12）：94-100.

[12]熊 静，张 旭，喻 钢.物流信息管理[M].北京：国防工业出版社，2017.

[13]朱家华，崔  鸿，刘家武.基于互动媒体技术的智慧教室设计思考[J].实验室研究与探索，2018，37（12）：252-256.

[14]李  鹏.对教学“主导主体说”的再认识——从教学活动的本质谈起[J].教育理论与实践，2012，32（32）：14-16.

[15]陈  衍，袁  柳，裴姗姗.人工智能与职业教育变革[J].中国高校科技，2019（Z1）：94-97.