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.     

从数字画像到数字孪生体:数智融合驱动下数字孪生学习者构建新探

随着AI、5G、物联网、大数据、传感与全息等新兴技术的快速发展,尤其是虚拟现实技术从VR、AR、MR到XR的不断演进,促使数字孪生技术开始走向应用并备受学者关注。其正从制造业、城市管理、医疗服务向社会其他领域不断衍生拓展,并在教育领域呈现出广阔的应用前景。在数智融合驱动下,从“AI+大数据+学习分析”加持下的学习者数字画像,向“AI+5G+XR”与全息技术支撑下的数字孪生学习者的迭代更新,将成为AI赋能教育的一个演进趋势。数字孪生学习者基于“四个关键要素”和“五个基本原则”这一现实前提,遵循刻画学习者画像、仿真学习过程、预测学习发展、生成学习结果和共享学习智慧的生成过程,具有高度仿真、动态映射、虚实共生、迭代进化和智能应用的特征,可为“AI+学习者”呈现更精确的学习过程分析、更精准的学习内容推送、更科学的学习评价与无边界的学习生态;并助力学习者进行学习资源共享、学习行为调整、学习兴趣提高、学习体验改善、学习效率提升。因此,对数字孪生学习者进行前瞻性研究,可为数智融合驱动下的学习变革提供全新的视角与思路。     

基于数字孪生的智能装配机械臂实验系统

依托智能工厂流水线实验装置,构建了智能装配机械臂数字孪生实验系统,包括机械臂物理装置、机械臂虚拟实体、虚实映射模块、数字孪生数据库及实验教学界面软件等组成部分,提出了一种基于多模型融合的数字孪生系统模型集成方法。该系统可应用于智能制造相关本科专业的实验教学,多个实验教学案例表明了数字孪生实验系统的有效性。     

基于数字孪生技术的校企合作实践教学创新模式研究

实践教学的创新模式是实现工科创新型"智能化"人才培养的关键环节,然而具体运用何种人工智能技术开展创新实践教学建设一直是困扰学界与业界的难题.立足校企合作的视角,以数字孪生技术为核心,以增强现实技术、同步建模技术等多种人工智能技术为辅助,探索基于校企合作的实验设计与综合实习相融合的创新实践教学模式,如基于多实验融合的沉浸...     

数字孪生技术在专业课教学中的探索与实践

普通高等院校的部分专业课涉及军民用大型设备,但大部分普通高等院校无法为学生提供全部的大型设备,只能通过图像或视频为学生讲解,教学效果欠佳。结合最新的数字孪生技术的发展,分析数字孪生技术在各个领域中的应用,提出将数字孪生技术应用到专业课教学中,解决高等院校由于大型设备实物不足,实物训练操作平台更新换代慢、易发生故障、维护困难等问题导致的专业课教学效果欠佳的实际困难。同时结合数字孪生系统可靠性强、训练效率高、动态更新升级快、硬件损耗小等特点,进一步探讨了采用数字孪生进行实际操作的可行性。     

大学在线教学智能分析的关键技术与展望

人工智能近年来发展迅速,不仅给人们生活带来极大便利,而且在教育教学中发挥重要作用。教师可以利用人工智能技术备课,也可以进行点名、学生状态分析,进而开展教学设计,提升教学水平。尤其是在线上教学中,针对教学双方的教学状态分析已成为当前人工智能技术应用研究的热点。分析了自然语言处理、情绪识别、教育大数据挖掘等技术在在线智能教学系统中的地位和作用,指出了这些技术各自存在的问题,并对未来在线智能教学的发展进行了展望。     

基于VR技术的沉浸式教学

针对课堂教学中教学交互性较差、学生体验感不强两大问题,教师要充分认识VR技术的特征,在课堂上利用VR技术,及时总结这种新型多媒体教学工具的有效应用策略,探寻未来教育、智慧教育的可能路径,切实提高课堂教学效能。     

基于数字孪生的智能生产线构建及教学实践

结合智能制造相关专业教学及实践要求,综合分析了3C产品的结构及工艺特点,构建了一条智能柔性生产线,适用于PLC应用技术、工业机器人应用技术和智能制造生产线综合实践等课程的教学工作。受限于成本及复杂的流程等因素,对于智能生产线运行、调试及工艺验证等技能、知识领域,难以组织较大规模且高效的实践教学。基于数字化设计、机电一体化、虚拟仿真等多学科交叉技术而开发了生产线数字孪生模型并用于实践教学。实践表明,该生产线运行过程稳定,孪生模型与实物高度对应,在教学过程支撑了生产线建模设计、数字孪生仿真设计、机器人离线编程、运动部件轨迹规划及定义、虚拟PLC编程及通信配置等实践教学项目。数字孪生模型可以代替物理空间的生产线实物用于全流程实践项目教学,开辟了创新性的实践教学模式。     

基于数字孪生的混合实践教学模式研究

为了适应当前工科教育的需要,提高工科专业实践教学质量,培养学生工程创新能力,以数控技术实验实训课程为研究对象,进行了工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的混合教学理念和制造工程领域的数字孪生技术方法融入工科实践教学改革的尝试,构建了基于数字孪生环境的混合实践教学平台,设计了适用于该混合实践教学环境的三层次数控技术实验实训教学方案。改革尝试证明新的教学模式有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,能有效提高实践教学效果。     

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。     

基于区块链技术的学生综合素质评价系统设计

学生综合素质评价是推动新时代育人方式和评价系统综合改革的关键。我国经过10余年的学生综合素质评价探索,基础教育的育人方式和高校招生考试改革均有较大转变,但也存在综合素质评价效用不高、权责不清、客观公正不足、安全可靠性不敷等问题。区块链作为一种新型的分布式数据存储技术,具有去中心化、点对点传输、共识机制、加密防伪和智能合约等技术优势。构建和应用基于区块链的学生综合素质评价系统,不失为解决学生综合素质评价问题的一条有效途径。基于Hyperledger Fabri设计的学生综合素质评价系统架构包括基础设施层、网络层、共识层、数据层、智能合约层、接口层和应用层,可在宏观治理层面支持弱中心化的评价联盟运行,在中观评价层面实现安全、可信、溯源的数据录入,评价实施,结果查询与应用等评价过程。但建设和应用基于区块链的学生综合素质评价系统是一项系统性工程,需要不断明确和解决理念、技术、数据、算法、制度等方面的问题。     

人工智能支持的课堂教学行为分析:困境与路径

传统课堂教学行为分析多以人脑分析为主,存在依赖专家、分析效率低、分析不准确等问题。信息化课堂中教学行为分析多通过单一言语行为来考量,手势、眼部表情、身体动作等其他课堂行为难以体现。人工智能技术突破了传统和信息化课堂教学行为分析的局限,实现了分析的自动化和智能化,使得课堂教学行为分析更加精准、全面、真实。研究从舆论造势、技术担忧和安全伦理三方面分析了人工智能技术支持下的课堂教学行为分析的发展困境。研究通过对人工智能技术支持的课堂教学行为分析发展、困境和路径的分析,认为,“人工与人脑的统一”为课堂教学行为分析带来创新突破,将成为人工智能技术支持下的课堂教学行为分析与发展的新路径。     

基于角色授权和MVC模式的内容管理系统研究

基于面向对象的Servlet、JavaBean、JSP等J2EE技术,建构了一个面向电子商务企业的内容管理系统EC-CMS,首先将系统用户划分为系统管理员、内容管理员、访问用户3类,在此基础上设计了相应的基于角色的权限管理模型;然后,根据上述3种用户,设计了系统功能模块和逻辑结构;最后,基于MVC模式对系统的表示层进行了设计。EC-CMS具有良好的平台无关性、可扩展性和可维护性。     

《离散数学网上教学系统》的设计与实现

现有的网上教学系统的在线学习部分大都采用静态网页实现,可维护性很差,本文利用ASP．NET技术和SQL Server开发了一个完全基于数据库的网上教学系统,该网上教学系统可以作为网络课件的二次开发平台来使用,具有很强的交互性和可维护性。介绍了一种利用Webeq和Mathml描述语言在网上实现数学公式的输入和显示的方法。     

基于“三维度”的高职院校大数据技术与应用专业精准教学模式探究

为推动大数据与实体经济深度融合,顺应高职教育教学改革方向,教育部增设了"大数据技术与应用"高职专业。文章主要针对大数据技术与应用专业在高职院校人才培养体系建设中存在的数据领域岗位多、技术区别大、技术更新快等特殊问题进行探讨,并提出基于"三维度"的精准课程教学模式方案,从而提高学生学习动力,促进课证融合,提高企业在校企合作中的主动性,为企业提供急需的高素质人才。     

项目驱动的线上线下混合教学模式在“数字电子技术”课程中的应用研究

“数字电子技术”课程的内容相对简单,但在以传统授课方式的授课中遇到了“高分低能”的尴尬问题。根据该课程的内容和特点,形成了一种“线上”与“线下”结合,“理论”与“实践”相结合的、项目驱动的线上线下混合教学模式,实践证明,该教学模式提升了学生实际电路的设计能力和学习的自主性。     

数据驱动的精准教学五维支持服务框架设计与实践研究

新一代信息技术的发展赋予了精准教学新的生命力,促进了精准教学的实践应用,但尚未普及,一些关键性问题亟待解决。基于此,研究从学校视角切入,聚焦智能技术发展的时代背景,采用实地调查法、访谈法对国内知名教育信息化企业及其实验学校进行调研,遵循设计重点、设计方法的思路对访谈文本进行内容分析,设计了数据层(三类数据支持)、技术层(三种技术支持)、方法层(一套教法支持)、管理层(四项管理支持)以及文化层(三大文化支持)的精准教学五维支持服务框架。依托课题项目,研究选取51所课题实验学校进行为期2年的实践应用,结果表明,精准教学五维支持服务框架在实验学校的整体应用效果良好,能够有效增强教师教学获得感、提升教学能力并转变教学观念,提高学生学习满意度、强化学习能力并提升学习成绩。     

中小学数字图书馆与课程整合教学模式研究

中小学数字图书馆与课程整合教学模式有三种类型:1:1课堂网络教学模式、混合式学习模式、数字图书馆与互联网混合模式。其与网络学习、CAI环境既有类似之处,也有独特之点。其要旨在于变革传统的接受型模式为探究型(建构型)模式,推动基础教育课程改革。     

基于创客中心的数字媒体艺术设计专业创新创业教学改革实践研究

该文通过论证认为,创客中心的出现,为专业教学和职业岗位实践之间搭接起了一个枢纽,通过该枢纽的联系能够使学生在专业学习过程中,有更多的机会去了解职业岗位与时俱进的设计需求和理念,促进数字媒体艺术设计人才的培养过程更具专业性、目标性和时代性。