案例介绍
基于数字化时代国家战略需求，本案例充分利用人工智能（AI）技术和智能MOOC（IMOOC）数字化，智能化和个性化的功能，聚焦解决数字化素养和学科知识与创新能力协同提升的教学问题。以培养具有学科交叉融合意识、创新融合能力，适应数字化时代拔尖创新人才为总目标,面向“AI+”和“+AI”育人模式改革与创新，加“数”提“智”：汇聚优质数字化资源，提升教育教学的智能化功能，为师生“教”与“学”提供可降本增效的智慧教学案例和专属AI智能体。
基于大模型，将生成式人工智能（AIGC）、超级计算与智慧教学深度融合，利用整合AI技术的学科教学知识（AI_TPACK），重构MOOC数字化资源；构筑了化学智慧教学平台，为学生习得知识、提升能力、在线实训实操提供有力支撑；将AI智能体应用于线上自适应式教学、课堂智能化互动教学、课外科教融汇项目式教学，创设了泛在化的AI赋能师-生-机“三元协同”的育人场景，形成“AIGC+超级计算”助力“跨学科、多平台、自适应”整合式教学实践范式。并将该范式在化工化学类人才培养、跨学科教学、科普活动中进行推广和应用，获全国教学创新大赛（黑龙江省赛赛区）特等奖、教育部工科化学虚拟教研室首届教学设计创新大赛特等奖，中国石油和化工教育教学成果特等奖。
案例创新突破
一、人工智能与IMOOC联用，破解三类典型教学问题。
面向未来“AI+”人才培养，受学科特性与认知因素的影响，在化工化学教学中面临诸多挑战。本案例形成了数字赋能教育助力师生机“三元协同”的育人模式，有利于解决传统教学中普遍存在的三个突出问题。
（1）问题1_新知识与新技能的更新迭代难：化学化工知识具有高度的抽象性和复杂性，学生的自身知识储备与数字化素养存在差异性，在学习过程中可能会遇到认知障碍，这增加了教学中引入新知识和新技能的难度。
（2）问题2_交叉融合创新能力培养难： 传统的教学模式、教学方法、教学活动对学生创新思维和实践能力的促进作用有限，缺乏更加便捷，不受空间和时间限制，能促进学科交叉融合创新的实训、实操、实践泛在化的创新实践教学场景。
（3）问题3_科教融汇学以致用能力提升难： 师生数字化素养有待提升，数字技术和AI工具的驾驭能力不足，知识点与学科前沿和重大应用衔接不够紧密，“AI+”科教融合难落地，学以致用能力难提升。
二、案例解决教学问题的创新策略与实施方式
总体设计框架如图1所示, 聚焦数字化时代人才培养的重大需求，基于人才培养目标，针对问题1采取重构教学内容，创设数字化教学资源；针对问题2创新教学活动和实践应用场景，提升师生数字化素养、学生科研兴趣和创新实践能力；针对问题3利用数字技术与资源融合，创新教学模式和育人方式，强化科教融汇，拓展学术资源和交流平台。
图1.面向“AI+”和“+AI”打造 “知识·能力·素养”与实训实操互联互通的多功能智慧育人体系
基于多平台协同的云环境，创设数字化教学资源和智能化管控资源，重构教学内容，创新教学应用场景和育人模式。教学中聚焦化学学科核心素养，从六个维度：数字素养与学科知识、宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，提升课程育人成效，利用信息技术更新教育理念，变革教育模式，以教育数字化为突破口，塑造教育发展新优势。
主要创新体现在如下：
1. 聚源增智：创设“AI + 智慧教学平台” ，打造了《计算思维与人工智能化学》智慧共享课，《高等无机化学》、《化工原理基础及智能化应用》、《绿色碳科学与技术》、《无机与分析化学》智慧课程（融合知识图谱与专属AI智能体）。
“AI+”助力新型智慧课程的创新性应用
面向“AI+”的数字赋能型课程教学创新设计总体框架
《计算思维与人工智能化学》智慧共享课
基于自主建设的智慧教学平台开展在线实操教学
2. 降本增效：“学科知识库+AI” 智能体的应用,案例注重学生的学习成效，创设了化学学科专属AI智能体，充分发挥AI助“学”、助“教”、助“研”的功能优势，并应用于课堂智能化实时交互，线上辅助自主学习，课外科教融汇项目式教学，显著提升学生参与度和学习兴趣。
以无机与分析化学为例——基于智慧教学平台实现“AI+”实操案例与学科知识的互联互通
“AI+” 实操案例展示——利用程序化思维辅助学习分析化学
人机协同式教学活动与课堂实操展示
3.基于师-生-机“三元协同”育人体系，发挥”AI+”育人功效.创建化工化学类专业术语知识图谱和化学类AI自适应课程。将教学内容重构，创建了智慧教学资源包，提升了AI辅助教的化学类私域模型的准确度，数字化资源累计服务人数超过20万人次;
知识图谱与学科专属AI学伴相结合——构建人机师生共同体数字化学习空间
利用AIGC创设化工化学专属课程的AI系列教学工具及应用场景
基于智慧教学平台的《人机师生与AI协同式学化学》
4.开展“理论+实验+计算”三大思维协同培养的实践实训项目，助力人才培养模式创新与实践，形成了“理论思维+实验思维+计算思维”协同式培养的教学范式，在教学中起到了跨学科培养和提升师生数字化素养的功效。
教学过程的设计实施与评价整体闭环系统的流程图
推广应用情况
1.本案例在教育部虚拟教研室中得到推广，并被同行和教育部化学教学指导委员会专家的认可，在教育部工科化学基础课程虚拟教研室首届高校教师教学设计创新大赛中，通过在线直播方式进行教学创新案例分享，教学创新举措的解析，最终获得特等奖。在第四届全国高校教师教学创新大赛（省赛赛区）中，通过网络直播现场汇报，展示教学创新成果，获得基础课正高组特等奖。
教育部虚拟教研室首届高校教师教学设计创新大赛特等奖
受浙大邀请在高校人工智能教育教学创新研讨会中分享GAI辅助课堂教学案例
2.本案例在化工化学类课程的教学中得到了广泛应用与推广，化工类专业实验课程群虚拟教研室、化学专业、化工类课程思政研究虚拟教研室、计算思维、教育信息化等国家级虚拟教研室13个，所建设的知识图谱在多个虚拟教研室共享。
3.在国家级虚拟教研室研讨会分享，覆盖华东理工大学、西南石油大学等高校教师达600余人。本成果教学模式与方法收录在哈尔滨工业大学“教学实用手册”，在哈尔滨工业大学、东北林业大学和哈尔滨师范大学等高校,以及黑龙江省农村（初中化学）市级骨干教师素养提升（集中）培训进行培训和推广。
《无机化学》MOOC系列课程及哈工大抖音公开课累计播放超过73.7万次
4.多次在中国化学会学术年会，东北地区化工类专业与一流课程建设教学研讨会做特邀报道，课程团队的科研成果育人成效显著，相继被中央电视台新闻联播、央广网和人民日报等十余家媒体争相报告。
哈工大媒体报道
——毕生所志 “好老师”〡“把人工智能技术和教育教学融合 精准辅导学生。”
AI+教育教学”典型培训与讲座（智慧教学底座的构筑与AI赋能教育教学）
教学培训与成果分享
第六届教育部在线教育研究中心智慧教学研讨会中（引用和展示AI赋能化工化学培养实践案例）
为哈工大一校三区的师生分享AI与教育教学深度融合的案例
在哈工大中心通过“哈工大课堂”线上线下同步科普讲座
——同AI一起学化学（探索化学在航空航天领域应用的奥秘）
哈工大中心公众号报道
【课堂回顾】化学与AI结合会产生什么火花？
2024年10月15日 17:32 黑龙江
AI深度赋能高校教学数字化转型——“AI+”与“+AI”重构课程建设与教学改革研讨会（大会特邀报告）
AI深度赋能高校教学数字化转型——“AI+”与“+AI”重构课程建设与教学改革研讨会（大会现场）
《AIGC与数智化教学深度融合助力人机双师协同育人体系的创新与实践》荣获特等奖
