1. 引言
目前，以物联网、大数据、人工智能、机器人等为代表的新一代信息技术获得了突飞猛进的发展，这些新技术与经济社会的融合不断深入，推动着各行各业的转型发展，引起经济结构、社会生活和工作方式出现新的局面。我国政府2017年7月颁布了《新一代人工智能发展规划》，指明了新时期人工智能的发展方向，应用的重点方向，也就意味着在国际上“抢占信息化制高点，增加国家话语权”的战略举措[1]。在人工智能技术的不断发展中，教育领域也正经历着深层次变化，已涌现了一批相关研究，如讨论了人工智能教育应用的热点问题，分析了人工智能作为信息技术手段应用到教育领域。教育智能化和信息化是未来教育发展的趋势。今后，在教育领域将会有越来越多的应用到教与学的智能工具、软件。尤其是在电子信息类的课程教与学方面，其课程的定理、公式较多，传统的黑板教学方式缺乏灵活性，学生学起来也缺乏灵活性。因此，人工智能在电子信息类课程的教与学方面大展宏图，得到了十足的发展[2]。
2. 电子信息类课程教学面临的困难
2.1. 传统教学模式单一，不利于教与学的开展
电子信息类课程是理论与实践紧密联系的一类课程，例如模拟电子技术、数字电子技术、通信电子线路、数字信号处理、通信原理等课程，这些课程涉及的概念多、知识面宽、实践性强和综合性强的特点，但是，这些课程传统的讲授方式是采用板书讲授，以教师为中心，教师讲授时间长，板书内容多，教师与学生存在教授方式单一，学习途径不足，学生不方便自主学习，只能被动参与教学活动，缺乏师生间的双向交流。
2.2. 实验内容简单单一，不利于创新思维培养
传统的电子信息类课程的实验内容主要是验证性的实验，设计性和综合性实验相对不足，在实验的过程中，按照教师先讲解实验原理和操作步骤，学生按照操作步骤，再逐步完成实验内容，得到实验结果。这类实验主要是验证书本中知识，存在应用性相对不好，缺乏自主性学习的过程，不利于学生自主能力的培养，不利于学生的创新思维的培养，偏离了新工科背景下培养创新型人才的培养目标要求。
2.3. 课程考核评价单一，不利于实践能力培养
课程考核主要考虑的是学生对所学课程的掌握情况的检验，其最终目的是深化和加强学生对各门课程知识点的掌握情况，获得实践能力的提升。但是传统的考核评价方式，主要是考虑终结性的考核，期末考试比例超过70%，学生过程考核的比例太小，不能提高学生平时的学习积极性和主动性，因而不能全面检测学生的学习能力，在某种程度上促使了学生应付考试的习惯。
3. 人工智能技术在电子信息类课程浸入式教学的组织实施
人工智能(Artificial Intelligence)，英文简称AI，是计算机科学的一个分支，开发用于模拟和扩展人的智能方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。目前AI技术包括决策和分析式人工智能技术、生成式人工智能技术，涉及到语言识别、视觉和图像识别、计算机技术、机器学习等技术，促进其相关领域的发展[3]。
3.1. 人工智能技术促进创设相互交流的课堂环境
电子信息类课程实践性强，在教授理论知识的同时，必须融入对应的实践项目和实验项目来辅助和加深理论学习，但在人才培养方案和教学计划中，一门课程的理论学时的比例远高于实验学时，而且加上实验设备资源的限制，导致教学过程中理论教学和实践教学的脱节，课程教学效果不好。因此，在电子信息类课程教学过程中，为了提高教学效果，应在教学过程中，借助人工智能等技术，针对课程中的重点和难点内容，将计算机工具，虚拟仿真软件、多媒体技术等信息技术手段运用到课程的建设、教学等过程，制作微课视频、虚拟仿真项目等方式辅助课堂教学。通过该方式，学生可以提前对重点和难点的知识点进行预习，课后可以利用虚拟仿真项目进行复习。若存在不能理解或不能解决的问题，学生可以带着不能解决的问题，咨询相应老师。例如，《通信电子线路》课程围绕以学生为中心，采取线下为主，线上为辅的教学环境，在线平台方式发布课件、视频、课前任务、课后作业、习题和试题测试，制作了课程难点和重点知识点的虚拟仿真项目，供学生自主的进行学习，有效地支撑了学生的课前和课后自主学习[4]。
3.2. 人工智能技术赋能设计浸入式教学的过程
基于面向产出的教育理念(OBE)是工程认证最核心的理念，其主要宗旨是以学生为中心，面向产出导向，持续改进理念。因此，教师需要围绕学生中心，不断反思教学目标的达成度情况，不断改进教学方法、评价机制等，寻找有利于学生获取知识的方法，最终实现学生的知识、能力、素质的全面发展目标[5]。
(1) 借鉴现实生活实例，掌握放大电路原理
电子信息类课程中的模拟电子技术、通信电子线路等课程中，放大电路是电子线路的核心部分，在讲述该部分内容时，首先利用现实生活中的放大现象引出放大的概念，例如扬声器中声音的放大，能根据需求，调整输出信号的大小。移动通信或无线通信的信号发射塔发送信号的情况，为了扩大信号塔的覆盖范围，尽量加大信号的发送功率，实现放大的功能。然后介绍放大的基本电路，讲解放大电路的基本原理，电路中各点的电压值，计算放大的倍数，以及调节各点电压的大小来调节放大的倍数。
(2) 借助人工智能技术，创建电路演示视频
为了提升教学效果，围绕学生中心，方便学生自主学习，促进学生对课程中各个知识点的理解，课程针对重点和难点知识点，借助人工智能技术和信息技术手段，制作flash视频动画。例如《通信电子线路》课程教学过程中，针对每个章节中重要和难于理解的知识点，结合教学资源需求，设计和制作Flash视频案例项目，案例库中视频达152个。并发布到在线课程中，可以让学生不受时间和地点限制，满足学生差异化学习的需求。视频案例库中的部分视频项目截图如图1所示。
Figure 1. The screenshot of some items in the all videos
图1. 视频案例库中的部分视频项目截图
(3) 利用虚拟仿真软件，模拟电路运行过程
针对课程难点知识点，为了逼真、形象和直观的演示信号的发送、变换、接收等过程，增强课堂趣味性，引起学生共鸣，提升教学效果，课程在理论知识讲解的基础上，在人工智能技术基础上，利用信息技术手段，加入了Mutisim虚拟仿真过程。例如，在讲解串联和并联谐振电路时，利用Multisim设计串联谐振电路仿真图，通过仿真，可以直观的观察到加到电阻、电感和电容两端的信号波形和电压的大小。在仿真过程中，设计围绕以学生为中心，学生自主设计电路图，更改各个元件的参数。通过学生沉浸式的学习、设计和探讨，革新枯燥的理论讲解，加深理论知识理解。在《通信电子线路》课程中，整门课程采用Multisim等仿真软件构建了虚拟仿真项目库，项目个数达96个。《通信电子线路》课程的虚拟仿真项目库部分章节的项目文件名列表截图如图2所示。
(4) 注重思想引领，树牢家国情怀，激发奋斗精神和工匠精神
在课程教学过程中将家国情怀、奋斗精神、工匠精神等思政元素融入理论课程讲授、实验实训操作、实践项目设计等教学全过程，达到课程教学与课程思政有机融合，实现立德树人根本任务。图3是课程思政贯穿内容始终示例图。例如在《通信电子线路》课程第一节授课过程中，提出早期的高频无线电通信是怎么出现的问题，引入18世纪年英国物理学家麦克斯韦、德国物理学家赫兹、英国的罗吉、法国的勃兰利、俄国的波波夫与意大利的马可尼等，探讨电磁波传输和无线电通信的主题。为了提出无线电通信中的跳频技术和一系列无线信号技术问题。引入美国女演员、发明家海蒂·拉玛。2014年，海蒂·拉玛入选美国发明家名人堂，成为了历史上仅有入选《美国发明与技术》的女演员。
Figure 2. The screenshot of some virtual simulation projects for Communication Electronic Circuit course
图2. 《通信电子线路》课程虚拟仿真项目库部分章节的项目文件名列表截图
Figure 3. Ideology and politics throughout the course
图3. 课程思政贯穿内容始终
4. 《通信电子线路》课程开展浸入式教学的效果
《通信电子线路》课程采用“线下课程，线上结合”的方式，借助人工智能等技术的基础上，建立在线课程，通过线上和线下方式发布教学任务和教学资源，有效支撑校内和校外学生自主和差异化学习需求。课程的期末考试是反映教学效果的直接指标，《通信电子线路》课程成绩评定方式包括形成性评价(50%)和结果性评价(50%)两种。其中形成性评价包括四部分，分别为课堂表现(20%)，在线课程(30%)，作业及课堂外讨论学习(20%)，作业(30%)。结果性评价采用期末考试方式。通过增加形成性评价比重，激发学生自主学习兴趣和能力，提升课程参与度，学会发现问题、分析问题和解决问题，养成良好的职业道德和职业素养等。近三年来，期末考试学生成绩稳步提升，班级及格率大于95% [6] [7]。
4.1. 学生的满意度提升
近三年，该课程利用人工智能等信息化技术手段，建立线上课程辅助教学，加大形成性评价比例，在教学过程和考核中结合教师科研、学科竞赛项目和工程实际项目，极大的调动学生学习的积极性，得到了学校同行、学生的一致好评，学校教务系统显示教学评价结果，共有320名学生对《通信电子线路》课程进行评价，平均分为96.77分。
4.2. 学生的参与度提高
在浸入式教学模式下，利用人工智能等技术，《通信电子线路》课程以学生为中心，采用CDIO (Conceive、Design、Implement、Operate)工程理念，利用构思、设计、实现、运作4个环节实现教学设计。课前基于构思的理念，通过课程班级QQ群、超星平台等在线系统发布教学任务，让学生提前思考课程任务等。课中利用多媒体讲解及Multisim仿真教学相结合，实现高频电路板设计。学生利用开放的仪器设备进行自主焊接和测试。课后利用课后训练、反馈、指导的方式实现能力进一步提升，教师结合课程考核点，布置不同难度层次项目。最后运作宣传推广课程的相关经验。通过该方式学生学习课程的积极性得到了显著提升。到目前为止，在线课程访问总数达到124.7万次，单月学习访问次数突破1000次。一个50人的班级，在2节45分钟的课堂上学生参与到多种互动环节的人数超过20人。
4.3. 学生获奖的比例极大的提升
近几年来，《通信电子线路》课程利用人工智能等技术，采用项目式教学，教师将课程内容与自己的科研项目结合，将项目分解成不同难度层次的项目，学生组建团队完成项目任务，根据项目完成情况，以学生为中心，利用翻转课堂法和擂台竞技法实现项目答辩，讲解方案设计，实物测试等。通过该方式，近三年学生参加全国电子设计大赛和大唐杯大赛，获省级以上奖项超过100项，其中国家级奖项达17项。指导学生申请国家发明专利5项，获授权实用新型专利20余项，主持国家级大学生创新创业训练计划项目10余项。
5. 结论
综上所述，利用人工智能等技术，创建电子信息类课程电路的演示视频，模拟课程电路的虚拟仿真和运行过程，开发在线课程资源，改变传统教学模式单一，实验内容简单单一，课程考核评价单一的现状，满足学生的自主性和浸入式学习需求。通过该方式，《通信电子线路》课程教学取得了良好效果，学生的满意度得到提升，学生的参与度得到提高，学生获奖的比例得到极大的提升。
基金项目
2023年度湖南省社会科学成果评审委员会项目(人工智能技术赋能线上浸入式教学变革探索，XSP2023JYC227)。