1. 引言
教育信息化背景下，智慧教学已经成为教育改革研究的热点之一。智慧教学是指在现代信息化教学技术支撑下，充分利用教学过程产生的数据分析，有机结合教学、管理、评价过程，实施智慧型组织教学活动，实现智慧教学人才培养目标的过程。建构主义学习理论，强调学生不是被动接受知识，而是主动建构意义。智慧教学为学生创设真实或模拟的问题情境，支持其自主探索和意义建构。联通主义学习理论，认为学习是在网络中建立连接、获取资源的过程。智慧教学为学生提供学习资源，打破信息壁垒，帮助学生形成个人学习网络。目前，国内部分学者和单位从理论层面对智慧教学进行了研究，王录通[1]、余诗佳[2]对智慧教育的概述、发展历程、理论基础、数据分析等内容进行研究，探索了智慧教育领域的研究热点与发展前沿，缺少智慧教学模式的实践检验。陈琳[3]-[6]等学者综合利用现代信息技术在教学、学习、评价、管理等方面实现智慧化，培养学术的思维能力和创新创造能力，但是在探究过程中缺少实践效果的数据分析。《机械基础》课程具有内容理论深奥、图样抽象难懂，知识面广，知识点多的特点，本文探索了《机械基础》课程“线上 + 线下”混合、“课前 + 课中 + 课后”全过程，和“AR/VR”相结合的智慧教学模式，通过10个班次共286人的智慧教学课程实践，统计发现采取智慧化的教学方法和手段，学生上课积极性有较大幅度提升，学习参与度明显增强。研究表明智慧教学能够突出学生的课堂主体性，提升学生在教学过程中的参与度，增强学生自主学习的能力。
2. 《机械基础》课程智慧教学模式
《机械基础》课程内容理论深奥、图样抽象难懂，具有知识面广，知识点多的特点。教师需充分利用有限的课时，采用有效的教学手段和教学模式，将各知识点之间进行很好的衔接和过渡，把握好重、难点，进行分类、分层次教学。传统课堂教学以教师为绝对主体，采用标准化知识传授模式，学生则处于被动无差别接受状态[7]。这种模式不仅忽视了学生的认知主体性，更难以有效培养学生的创新思维与自主学习能力。网络教学转向以学生为中心，支持学生依托网络资源开展自主学习，但因缺乏教师的有效引导、过程监控与实时答疑，学生易偏离学习目标，难以保障学习质量[8]。
智慧化教学恰好能实现传统课堂与网络教学的优势融合，既保留教师的专业指导价值，又发挥学生的自主学习能动性，从而提升学习灵活性与效率[9]。基于此，本文构建《机械基础》课程“线上 + 线下”混合、“课前 + 课中 + 课后”全流程覆盖、“AR/VR”技术赋能的智慧教学模式，借助智慧教学系统从“教、学、管、评、考”五个核心维度进行智慧教学模式整体设计，具体框架如图1所示。
Figure 1. Intelligent teaching design
图1. 智慧化教学设计
2.1. 教的方面
在智慧教学系统中，教师可灵活切换线上授课、线下课堂及“线上 + 线下”混合教学模式。线上依托平台开展远程授课与互动，线下借助智能设备打造沉浸式课堂，混合模式则融合两者优势，实现课前预习、课中研讨、课后巩固的闭环[10]。同时，系统能高效管理教学资源库、智慧微课，便捷设计课堂互动活动，并通过智能备课助教功能，自动匹配教学素材、生成课件框架，大幅提升备课效率与教学质量[11]。
2.2. 学的方面
在学生智慧学习场景中，智慧教学系统支持多维度个性化学习路径。通过自主选学，按需挑选课程模块，依托个性活学适配不同学习节奏，聚焦重点精学突破知识难点，借助互学促学开展小组协作与交流。系统同步实现定制化、泛在式数据采集，实时捕捉学习行为与进度。同时，涵盖课程信息查询、学习资源检索的管理功能，全程追踪学习过程，并通过学习效果分析生成学情报告，精准定位薄弱环节，为学生优化学习策略提供科学依据[12]。
2.3. 管的方面
在实训管理场景中，智慧教学系统针对《机械基础》课程构建专项教学管理体系。一方面，聚焦实践环节，通过大作业绘制管理功能实时追踪机械图纸设计进度、规范绘图标准，依托习题集练习过程管理记录习题完成情况、提供针对性批改反馈，强化知识应用能力。另一方面，在教学管理维度，可高效整合教学资源库、精准统计分析教学数据以优化教学策略，同时统筹管理实训设备、场地等教学环境，保障《机械基础》实训教学有序开展与质量提升。
2.4. 评的方面
在课程评价环节，智慧教学系统可全面采集学情调查数据、课程考核数据与学习过程数据，通过多维度分析生成精准的学生学习画像，清晰呈现个体知识掌握、能力短板等特征。同时，能科学评估课堂教学目标达成度，量化课程对专业培养目标的支撑贡献度。此外，还具备评价指标动态维护、课堂学情实时分析、学生学习综合评定及教师教学质量评估等功能，为教学优化提供数据支撑。
2.5. 考的方面
在课程考试环节，依托智慧教学系统实现考核全流程数据化管理。不仅能深度整合形成性考核(如课堂测验、实训任务)与终结性考核(如期末测试)数据，还能实时关联教、学、训环节，动态反馈教学效果与学习短板，助力及时调整策略。同时，系统具备丰富功能，可开展在线考试组织与监控、统筹笔试考试安排，支持按需进行考试组卷，高效完成监考阅卷流程，还能自动完成成绩分析汇总并生成可视化报告，全面保障考试公平与效率。
3. 《机械基础》智慧教学课程教学实施
智慧教学系统环境下的课堂教学是一项系统性工程，贯穿“教、学、管、考、评”全维度，需以数字技术为支撑、教学大纲为遵循，深化五者一体化设计，让技术全面赋能课前、课中、课后全流程。《机械基础》教学过程中，课前依托自主学习场景，助力学生完成知识存储、巩固与初步应用；课中通过面授教学聚焦答疑解惑、新知传授，同步组织学习成果展示，推动知识深度内化；课后结合作业练习与个性化拓展资源，帮助学生完善课程知识体系、提升思维能力，最终实现精准教学、个性学习与智能评价的有机统一。教学实施中，线上与线下智慧教学模式协同共生，因此需先对知识结构进行图谱化梳理与加工，为后续高效开展智慧化教学奠定坚实基础。
3.1. 智慧教学准备
智慧教学的有效开展，需先构建完备的配套数字资源库，其核心应涵盖图片、视频、文档、模型、在线资源五大基础类型。以此资源库为核心支撑，进一步延伸形成集备课、教材、授课、考核、虚仿于一体的综合性教学体系，为教学全流程提供保障。而要实现这一目标，关键在于对课程知识进行系统化数字化加工，梳理并构建起逻辑清晰、关联紧密的知识图谱——这既是智慧教学课程建设的重要前提，更是确保后续教学环节高效落地的核心基础。
3.1.1. 数字化教学资源
数字化教学资源涵盖图片、视频、文档、模型、在线资源等，以满足智慧教学全场景需求。所有资源需支持多终端无缝访问，在保障高清画质与内容完整性的同时，优化加载效率，在管理层面，需具备精准分类检索功能，方便师生快速定位所需资源，同时支持动态更新机制，确保资源时效性与前沿性。不同类型数字资源的格式标准及功能要求如下：
(1) 图片资源：形成jpg\png\bmp\tiff\gif\webp\svg\tga等各种类型格式图片，可即时线上查看，且可将图片放大、缩小、移动、旋转、上下翻转、左右翻转等。
(2) 视频资源：满足通用视频格式，可在线全屏倍速播放，可调整音量。
(3) 文档资源：形成pdf\doc\xls\ppt\dwg\dxf\visio\xmind等各种类型文档资源，可在线查看文档文件；dpf格式文件，可利用快捷阅读和pdf观看两种阅读逻辑，快捷阅读直接将pdf解读成图片，滚动阅读，pdf观看方式支持缩略图、目录、单页/双页、水平滚动、平铺滚动多种阅读方案。
(4) 模型资源：形成fbx/glb/gltf/obj/dxf/stl/ply/3ds/dae等多种格式模型资源，且支持VR/MR效果查看，支持模型在VR和MR状态下抓取操作，模型查看对于浏览器和设备有一定要求，需要使用支持WebXR许可的设备和浏览器可以使用。
(5) 在线资源：形成二维交互资源和三维交互资源两种类型在线资源，支持在线打开查看、交互在线资源。二维交互资源是基于平面化的资源内容，支持鼠标交互、UI交互的在线二维交互资源；三维交互资源是基于三维化的资源内容，支持360˚多角度学习和查看，支持三维模型的交互和学习。
3.1.2. 数字化立体教材
数字化教材是数字技术在教学领域的具象化应用。依托智慧教学系统的数字化能力，可将教材核心内容与数字技术深度融合，构建起平台化支撑下的“数字–纸质”一体化教材体系。该体系能借助资源库中图片、视频、模型等多类型资源，丰富教材内容的呈现形式；同时结合三维数字解决方案，将抽象知识点转化为直观具象的可视化内容，助力学生理解。“数字–纸质”一体化教材体系包含纸质版与电子版两部分，教师只需编撰一套教材核心内容，系统便可自动生成适配的纸质版本；对于无法通过纸质载体呈现的数字资源(如视频、三维模型)，系统会自动生成专属二维码，学生通过手机、平板电脑等设备扫码，即可便捷查看对应资源，实现“纸数联动”的学习体验。
3.1.3. 知识图谱化
通过对学习资源内容进行细粒度拆解与深度揭示，可精准构建与知识点高度适配的配套资源体系。融合知识导图、立体模型、AR教材、自制微课及视频、虚拟训练项目、大作业、习题集等多元课程资源，并依托知识间的内在逻辑关联实现系统化呈现，助力学生构建完整知识框架。同时，系统能整合PPT课件、参考资料、课堂互动记录、作业、测验、微课及直录播视频等多维度、多形态的全场景资源，按照课时进度与章节结构自动梳理整合，形成体系化的新形态数字教学资源包。在此基础上，进一步将视频片段、PPT课件、习题等资源与知识图谱精准绑定，实现资源与知识脉络的深度耦合，为智慧教学提供有力支撑。
3.2. 智慧教学实施
在《机械基础》课程智慧教学实施过程中，教学组织紧扣课前、课中、课后的时序逻辑，以线上线下深度融合的方式科学设置教学环节。
3.2.1. 课前任务规划
教师作为教学主导，需统筹规划课堂教学任务、科学配置教学资源，重点完成案例引入、任务配置、任务分发等教学活动。案例引入，依托案例库，结合视频、图像等多元形式，引入贴合教学目标的实例或事例，激发学生学习兴趣；任务配置，构建课堂教学目标与任务清单，完成教学资源匹配及关联映射，同步落实学生编组与任务绑定，配置课前自测题、课中随堂测评题等测评内容，布置课后作业与实验任务，并明确评价方法及知识预警目标；任务分发，通过教学平台，以群发或点对点的方式，向学生精准推送教学任务。
学生作为学习主体，需接受教师分发的任务规划包，主动接受任务，开展个人自学与课前自测。接收任务，及时获取教师推送的任务规划包，明确学习目标与要求；个人自学，综合运用MOOC、微视频、音频、PPT、电子教材、虚拟仿真模型等资源，自主完成课前知识预习；课前自测：通过单选、多选、判断、标注等客观题型，检测课前知识掌握情况，定位学习薄弱点。
3.2.2. 课中合作探究
教师主要完成重难点知识讲授、组织研讨交流、表现性评价、课堂小结等教学活动。知识讲授，基于课前学情数据分析，教师对知识体系进行讲授，对重难点知识、课前自测薄弱知识进行针对性讲授，对知识运用、知识迁移等高阶知识进行拓展精讲；讨论交流，教师针对重难点问题，组织学生研讨交流，教师参与、引导、归纳、点评；小组评价，教师针对各小组任务完成情况从知识运用、理性思维、协作意识等表现情况进行打分；课堂小结，综合运用随堂测评、教师小组评价等平台数据，对课堂学习情况进行小结。
学生主要开展合作学习、实验验证、实装体验、随堂测评等教学活动。小组合作，学生以学习任务为牵引，采取小组研学方式，对《机械基础》中机械传动典型部件的结构组成和工作原理进行解析；实验验证，采取实物、半实物实验平台，或虚拟仿真训练系统对工作原理进行实验验证或虚拟训练；实装体验，基于实装，采取小组合作方式，查找装备总成系统的连接关系、部件位置，综合运用检测仪器进行关键参数检测；随堂测评，基于随堂测验试题库，学生自主完成知识测验，并开展组内互评打分。
3.2.3. 课后任务拓展
教师作为课后教学的引导者与评价者，核心围绕课后拓展任务开展辅导、批改与点评工作，具体包括辅导答疑、作业批改、组织测评等关键活动。辅导答疑，聚焦课后拓展任务内容，针对学生提出的个性化疑问，通过点对点沟通的方式精准解答，帮助学生扫清知识障碍；作业批改，对学生提交的大作业、习题集等成果进行细致批阅，通过圈点标注指出问题所在，明确改进方向；组织测评，依据作业完成质量为学生打分，同时搭建组内互评机制，引导学生围绕任务成果开展互评，强化学习反馈。
学生作为课后学习的主体，需主动完成任务、问题并参与互动。任务完成，按要求独立或协作完成课后作业与拓展实验，确保知识应用与实践能力的巩固；问题提报，针对课后作业或拓展实验中遇到的疑问，及时向教师提报，寻求专业指导；组内互评，参与小组内部的评价环节，围绕合作完成的课后作业、实验报告等成果，客观打分并提出改进建议，促进共同进步。
3.2.4. 课堂教学反思
教师需聚焦课堂教学效果复盘，核心完成课堂教学目标达成数据分析与教学反思报告撰写两项工作。在知识目标达成情况评估上，需整合课前自测的预习反馈、课中测验的实时掌握数据、课后作业的知识应用成果，通过多维度数据交叉分析，精准评估学生对核心知识点的掌握程度与知识目标的整体达成度。在能力素质目标达成情况评估上，需结合学生组内互评的协作反馈、教师对小组任务的专业评价等数据，从实践操作、团队协作、问题解决等维度，系统分析学生能力素质的提升效果，判断能力素质目标的达成情况，为后续教学优化提供依据。
4. 智慧教学实施效果
本文开展10个教学班次，286名学生参与的智慧化教学实践。从教学过程来看，学生参与度与学习积极性显著提升，对智慧教学平台的操作也更为熟练。通过对比智慧化教学实施组与传统教学组的成绩分布发现，智慧化教学支持学生充分利用碎片化时间学习，不仅增强了学习主动性与针对性，还大幅提升了学习效率。从成绩结果来看，实施组学生及格率显著提高，优秀人数明显增多，平均分数由81.3分提升至87.2分，智慧化教学成效突出(具体数据见图2)。与此同时，智慧化教学也推动教师能力实现跨越式发展，教师从仅具备单一线下教学能力，逐步成长为兼具线上、线下教学能力的复合型教学人才，在教学设计的科学性、教学组织的高效性、教学研究的深度及专业实践的精准度上均得到大幅提升。
Figure 2. Distribution of scores between smart teaching and traditional teaching
图2. 智慧化教学与传统教学成绩分布
5. 结束语
本文构建“线上 + 线下”混合教学、“课前 + 课中 + 课后”全流程覆盖、“AR/VR”技术赋能的三维教学手段，从教、学、管、评、考五个核心维度进行智慧教学模式整体设计。在智慧化教学实施过程中，共开展10个教学班次，286名学生参与的智慧化教学实践，教学过程中，学生能够利用线上资源与线下资源积极主动探索知识内容，自主建立知识点之间的连接关系，形成个人学习网络。实践结果表明，《机械基础》课程智慧化教学模式支持学生充分利用碎片化时间学习，不仅增强了学生的学习主动性与针对性，还大幅提升了学习效率。从成绩结果来看，实施组学生及格率显著提高，优秀人数明显增多，平均分数由81.3分提升至87.2分。同时，教师的教学设计、教学组织、教学研究能力均得到大幅提升。
NOTES
*通讯作者。