建设一流本科

【编者按】随着生成式人工智能的到来，适应人工智能时代的教育教学改革，是当前教育界共同关注的热点议题。2024年，电子科技大学召开了“人工智能+教育”专题交流研讨与推进会，发布了《电子科技大学加强人工智能教育和大力推进探索实践人工智能技术赋能教育教学工作方案》，全面实施“人工智能+教育”行动计划，首批建设超100门人工智能赋能课程，推动构建以智助学、以智助教、以智助管、以智助研的教育新生态。新闻中心将持续报道学校深入实施“人工智能+教育”行动计划的案例和经验，希望为师生带来更多的借鉴和启迪，共同推动人工智能技术赋能学校各项事业发展。本期介绍的是信息与软件工程学院王庆先教授通过AI赋能“离散数学”课程教学的实践探索。

　　“随着AI大模型时代的到来，利用AI实现智能助学、智能助教成为可能。这不但可以减轻老师的教学负担，而且能让学生实现个性化学习，提升教学质量。”离散数学教学团队负责人、信息与软件工程学院王庆先教授表示。

信息与软件工程学院 王庆先教授

　　“离散数学”，作为计算机与软件工程相关专业的核心基石，宛如一座桥梁，衔接基础数学与后续专业课程。它研究各类离散量的结构及其相互关系，既有深厚的理论底蕴，又与实际应用紧密关联。然而，其内容的宽泛性、高度抽象性以及广泛的应用性，给教学带来了“老师难教、学生难学、期末难考”的挑战。面对这一现状，王庆先及其团队并未退缩，将创新实践贯穿课程当中，踏上了以AI赋能本科课程教学的征程。

创新引领：多维度探索教学新路径

　　“最初想要引入 AI 技术，其实是源于想‘偷懒’的念头。”王庆先坦言，在承担“离散数学”大班教学时，仅作业管理就是一个巨大的挑战。

　　“那时候，我们用一周时间批改完作业再交给学生时，他们往往已经学到了下一阶段。这就意味着，虽然我们付出了时间和精力，但作业查漏补缺的功能却大大受损，对学生来说查漏补缺、复盘知识点的意义就会大打折扣。”

　　每周都要人工批改百余份手写作业，教师团队常常需要往返两个校区搬运作业本，待批阅完成返还学生时，作业的即时反馈价值已经所剩无几。更麻烦的是，学生在面对命题逻辑证明等抽象题目时，常常因为不能及时得到指导而遗留下学习盲区。

　　受到 863 计划催生的类人求解高考数学机器人项目的启发，2018 年，王庆先所在团队正式开启 AI 教学平台的研发之旅。针对课程难教难学、忽略创新思维培养和个性化教学实施难的三个教学痛点，提出了重塑教学内容和AI赋能教学两个教学创新，并对两个创新点的具体落实进行了比较详细的教学设计。

王庆先教授在人工智能技术赋能本科教学报告会上

　　但这场教育与科技融合的探索之路布满荆棘，远比预想的要艰难得多。首版系统遭遇了重重技术壁垒，如手写符号识别率低，特别是包含“∨”“∧”“⊕”等特殊运算符的命题公式常常被误判；动态题库覆盖的知识点少，难以支撑分层教学；教师端批改界面功能匮乏，教师的工作负担依旧沉重。不过，经过五年的持续迭代，日复一日的优化改善，利用AI大模型、自动推理和信息推荐等多项前沿科技研发成果，如今的 AI 智能教学系统终于破茧成蝶。

　　对应课前、课中和课后三个教学环节，AI 教学赋能平台主要具备 AI 助教、AI 助学、AI 助考三个功能。借助这个平台，老师们采用了 AI 批改与自主批改相结合的模式，同时平台的学情分析及作业统计、教学素材收集以及自动组卷等功能，不仅实现了学习效果的及时反馈、也极大地提高了教师的工作效率。

　　“学生可以通过微信小程序拍照上传作业，传文档也可以。我们能看到学生的作答和基于AI判卷的结果。”王庆先说。

　　不仅如此，凭借 AI 强大的大数据收集分析功能，学生们能够在这个平台上进行个性化学习和自主练习，还可以借此整理易错点和重难点题目。这样一来，AI 平台既能减轻教师的负担，又能满足学生的学习需求。

　　为了方便学生使用 AI 教学赋能平台，教师们还研发了动态辅助键盘项目并申请了专利。动态辅助键盘，正如其名，主要是为了辅助学生录入离散数学主观题，解决普通键盘上没有特殊数学符号、以及常用数学公式符号选择难等问题。通过引入动态辅助键盘等方法，系统对数学符号的识别准确率大幅提高，学生们能够更好地利用该平台与教师互动提问、上交作业。

　　“AI 教学赋能平台仍然有许多需要改进的地方。我们会怀着一颗探索的心，不断深入改进，不仅要让它应用于离散数学教学，还要拓展到其他学科，不断提高我们的教学质量。”王庆先表示。

匠心构筑：精心打造教学资源库

　　如果说 AI 教学赋能平台为“离散数学”的教学画卷添上了浓墨重彩的一笔，那么该课程立体化的教学资源体系和创新型的教学模式就是不可或缺的底稿。

　　为了提高教学质量，王庆先带领教师团队，紧扣学科前沿，重构教学内容，提升资源质量。

　　为了体现教学内容的前沿性和时代特征，让学生感受到经典课程永不过时的独特魅力，他们把学科前沿知识与技术融入教学内容，不断迭代更新教材。

　　2021 年，在王庆先等人的精心打造下，全新出版了《离散数学》（微课版）教材。自出版以来，这本教材首版印刷14次，累计印刷近10万册。由于配套资源丰富，融入学科前沿知识，备受采用学校欢迎，目前已有 200 多所高校采用并获得一致好评。

　　王庆先还与团队教师共同构建了类型丰富的文本资源，包括 PPT、题库、成套试卷等，还录制了品种齐全的视频资源，如重难点、章节串讲、重点习题、经典例题和解题方法等，这些视频资源对 AI 教学赋能平台的构建起到了巨大的推动作用。

　　除此之外，为了让学生得到充分的锻炼，降低离散数学这门专业必修课的挂科率，确保学生学到“真本事”，他们与一些研究生共同构建了题型多样、知识点全覆盖且有难易度区分的题库资源，并按不同目的对题库进行了区分。

王庆先教授指导研究生使用AI赋能教学平台

 　　“在 30 余年的建设过程中，我们始终坚持理论与学科前沿、理论与应用实践的结合。”王庆先说。

　　对王庆先团队来说，打造由 AI 赋能的离散数学课程就如同精心雕琢一件教育艺术品，既要细致打磨知识传授的每个环节，更要在数字时代的画布上勾勒学生成长的轨迹。他们始终坚信，真正优质的教育是让前沿技术成为学生攀登知识高峰的登山杖，而非替代思考的自动扶梯。

　　从 2018 年创建AI 平台起，教师团队就利用平台涉及的核心技术培养研究生，教导他们通过论文的形式开展研究，加深对各项前沿科技技术的理解。他们以工程实践的方式，给本科生们合适的命题，实现真正意义上的循循善诱。他们还带领研究生团队完善丰富了教学资源，包含3800 多道题库数据。这样的实践过程既提升了学生的实操能力，也对课程建设起到了积极的促进作用。

成果丰硕：为教学插上智能化羽翼

　　当 AI 的优化算法与教育者的匠心相遇，最终为王庆先教学团队在 AI 赋能本科教学领域产出了不俗成绩。

课堂上师生在互动环节中

　　历经多年不懈努力，如今，AI 赋能教学平台拥有自主知识产权，包括发明专利 1 件，软件著作权 4 件，相关教研论文3篇，还获批 3 个教改项目。该系统已经对外运行 2 年，服务学校近100所，注册用户超万人，其助学助教功能也得到了使用院校师生的一致好评。

　　在师生的共同努力下，“离散数学”课程成功建成了拥有教材、教辅、系列实验、实录课程、微课视频和 AI 平台的立体化课程体系。同时，该课程采用创新式课堂管理，通过使用 AI 教学赋能平台进行“课堂小测试”，实现有内容签到，杜绝隐性逃课现象，引导学生专注课堂，达到小班教学效果。

　　此外，依托AI 赋能教学平台平台，众多研究生与本科生在实际项目中得到充分锻炼，积累了宝贵的工程经验，为未来职业发展筑牢根基。

　　“在平台构建的 6 年多时间里，所有参与的研究生都不在乎这个平台是否能产生商业价值，能否为个人谋取财富。大多数学生看重的是自身的机会 —— 通过完成这些课题，提升自身研究能力、沟通能力。这是一件互利互惠的事情。”王庆先说。

　　教育的智能化转型绝非冰冷的技术叠加，而是一场充满温度的认知革命，王庆先希望同学们：“既要借助深层次的人工智能，帮自己把基础打牢；又不能完全依赖于 AI，要成为它的主人，而不是它的奴隶。”

　　面向未来，王庆先充满信心，她表示，“我们要让 AI 成为启迪智慧的普罗米修斯之火，而非禁锢思维的达摩克利斯之剑。”