基于数字湖的智慧教学平台赋能高校应用型人才培养
商丘师范学院
大数据、物联网、人工智能技术的快速发展推动着我国政治、经济、科技、文化发生着日新月异的变化。为深入贯彻党的二十大及全国教育大会有关精神，落实《中国教育现代化2035》《教育信息化2.0行动计划》《河南教育现代化2035》等文件要求，商丘师范学院致力于高等教育数字化转型重要任务。在此背景下，数据科学与大数据技术专业构建基于数字湖的智慧教学平台，实施对人才培养的全过程智慧环境支持。
（一）案例实施背景
我校是河南省智慧校园建设试点单位和河南省本科高等学校智慧教学示范校立项建设单位。2023年获批两项河南省智慧教学专项研究项目。
近年来，学校遵照“统筹规划、分步实施”“整体推进、突出重点”的原则，以全面建设智慧校园为主线，构建了资源数字化、应用集成化、传播智慧化的信息环境，提高了信息资源流转和利用效率。
在智慧教学建设方面，“以学习者为中心”，围绕环境建设、教学资源建设、教学课堂创新、教学能力提升、教学评价创新等，深入探索信息化条件下实现差异化教学、个性化学习、智慧化评价、精细化管理、智能化服务的有效途径，全面落实智慧教学三年行动计划，切实提升我校智慧教学工作水平。
图1 智慧教学工作
（二）拟解决的关键问题
1．即时实验提升教学效果
传统教学方式中，由于实验跟不上，学生可能对抽象的概念和知识点理解困难，容易导致学习难度加大，通过LSN智慧教学平台可以将抽象的知识内容转化为直观的实验、图表、动画等形式，帮助学生更好地理解和掌握知识，激发学生学习兴趣，增强他们的参与度和主动性。
2．项目化教学培养实际能力
通过将知识理念融入项目任务中，学生可以深刻体验理论的应用过程，提高解决实际问题能力，在这个过程中，培养学生的沟通和协作能力，为进入工作阶段打下基础。
基于数字湖的智慧教学平台自实施建设以来，学校高度重视，立足规划，多措并举，整合现有资源，创新实验方式，提高实验室设施利用率和建设效益，努力推进我校教育数字化转型，积极建设基于数字湖的智慧教学平台，旨在培养卓越的高校应用型人才。
（一）组织领导与协同推进
本项目得到了学校和学院领导的高度关注和重视，为确保项目的顺利实施和高效管理，成立了专门的项目组（即项目管理委员会），并提供了包括人力、物力、财力等必要的资源和支持。
智慧教学平台建设实施过程中，各部门积极沟通合作，确保教学环境和设施的正常运行和维护，包括网络连接、硬件设备等方面的保障。建立故障排除机制，及时处理技术故障和教学中的应急情况。同时，加强教师培训，提升教师应对技术挑战和教学需求的能力。
图2 各部门协同交流推进项目
图3 SN智慧教学平台开展区域联动研修活动
（二）技术（规范）创新
1．基于数字湖的智慧教学平台搭建
智慧教学平台力求实现一个专业一套智慧教学体系支撑，探索学生数字化学习和实践能力提升的路径。通过建设数字化教学资源湖，开发针对性的数字化学习资源和实践课程。教师和学生分别在智慧教学平台上完成课前、课中和课后的各项工作。通过监测、收集教学过程中的数据，进行智能化分析，改进教学方法和教学质量评价，有效提高教学质量和应用型人才培养水平。
图4 基于数字湖的智慧教学平台架构
2．面向学生能力培养的数字资源湖建设
通过构建数字资源湖模型，探索学生数字化学习有效途径和方法，提升学生综合实践能力。数字资源湖的建设涵盖了专业课程资源池、实验池、项目池、竞赛池、支撑软件池，开发了针对性的数字化学习资源和实践课程，提升了学生的基本信息素养能力、专业知识综合应用能力、动手实践能力和创新能力。
图5 数字资源湖模型
（三）项目管理与实施保障
1．项目化管理模式
项目管理过程中，制定详细的项目计划和时间表，任务落实到人，项目管理委员会下设项目小组，建立项目小组负责人管理制度，严格执行项目管理委员会及项目小组例会制度，及时研究解决项目建设工作中遇到的困难和问题。实行定期检查制度，对建设过程实行全程监控、动态管理。项目小组负责人对建设进度、建设经验与不足等进行总结，并定期向项目管理委员会汇报。
图6 项目定期汇报制度
2．项目实施保障
人才培养模式：（1）基于培养目标反向设计专业课程体系。发挥行业企业对市场反应的灵敏性、技术应用的前瞻性和实用性以及工程师入校教学所带来的行业经验，构建校企结合、产教融合的课程体系。（2）构建“1+N”线上线下双元制教学模式。根据行业企业岗位人才需求，持续迭代专业课程内容，采用“1+N”线上线下双元制教学模式，即：1位线下教师，N位线上教师，线下教师负责核心知识点的讲解，线上教师打造数字孪生课堂。（3）创新VIP项目化实践育人路径。在教学中构建垂直整合项目化（Vertically Integrated Project，VIP）教学模式，校企联合成立VIP项目管理组，从项目资源池中遴选企业真实项目，以预期学习结果为导向来驱动整个人才培养过程。
图7 应用型人才培养机制
实践条件保障：学院教学设施完善、运行经费充足，在智慧教学和数字化转型的过程中，学校与华为技术有限公司、中科曙光公司共建有ICT学院和曙光大数据学院，其下设有华为云计算实验室、大数据应用创新中心、人工智能教学实训中心等。在此基础上，构建了LSN网上全过程人才培养平台，保证线上教学指导、线上实验、线上项目、智能在线考试一体同步，大大提高了学生的理论和实践能力。
图8 智慧教学平台实训环境
通过基于数字湖的智慧教学平台建设，学院在数字化教育平台、人才培养、社会服务等方面取得了一定的成效。
（一）智慧教学平台资源丰富
基于数字湖的智慧教学平台完成建设并投入使用，该教学平台基于私有云环境架构建设大数据分析、处理及可视化综合实验平台，结合当今大数据发展形势、主流硬件设备和技术，为大数据等专业方向人才培养提供全面的教学环境及实验环境。具体完成数字化资源建设成果如下：
图9 课程资源池
图10 实验池
图11 项目池
图12 竞赛池
图13 软件池
该智慧教学平台通过一系列验证型、测试型和创新型实验以及多种形式的数据分析、处理及实战，强化学生对大数据分析、处理技术的理解和掌握，提高大数据分析及处理实战操作能力。整个智慧教学平台的运行依托云计算技术，将计算资源与教学资源整合在一起，向用户提供各种服务。学生在联网情况下，使用预先分配的账号可以在任何时间、地点进入平台学习。
（二）人才培养质量显著提高
学科竞赛方面：依托基于数字湖的智慧教学平台建设，校企师资协同指导学生参与各类学科竞赛和创新创业实践活动，将创新创业教育融入人才培养全过程，推动学生高质量就业或成功创业。近年来，学生在“挑战杯”等学科竞赛中荣获省级以上奖项200余项。同时，秉承“人人持证 技能河南”育人理念，鼓励并指导学生考取专业相关职业技能证书。
图14 部分学科竞赛获奖成果
图15 专业相关职业技能认证
项目开发方面：校企联合成立项目管理组，从项目资源池中遴选企业真实项目，依托基于数字湖的智慧教学平台，组织学生成立了瑞翼工坊项目团队，开展项目开发活动。近年来，瑞翼工坊秉承常态化项目管理，工坊运营稳定化、项目参与人员扩大化、管理规范化，实施完成了多个实战化项目，较好地促进了学生实践能力的提高。
图16 部分学生项目
部分项目成果图如下：
图17 基于神经网络的农作物病理图像识别
图18 智慧农业部分平台
图19 智慧高校之高校毕业生信息采集与分析
图20 校园健康大数据系统
（三）教育教学改革成果丰硕
1．教学质量工程
（1）2022年度河南省大数据发展创新平台：大数据创新人才培训基地，河南省工业和信息化厅；
（2）2022年度河南省本科高校大学生校外实践教育基地：商丘师范学院新工科（数据科学与大数据技术）大学生校外实践教育基地，河南省教育厅；
（3）河南省本科高校产科教融合教师创新实践流动站：计算机学科产科教融合教师创新实践流动站，河南省教育厅。
2．教学科研项目
（1）协同育人机制下特色化示范性软件学院人才培养模式探索与实践，立项编号：2021SJGLX509，河南省教育厅；
（2）科学素养视域下高校协同中小学人工智能课外服务开发研究，立项编号：2023JKZD23，河南省教育厅；
（3）学生数字化学习与实践能力提升路径研究，河南省教育厅；
（4）AI 助力差异化群体智慧化学习与个性化指导实效研究，河南省教育厅。
3．产教融合项目
（1）产教融合实训基地优秀案例：《以赛代练 项目教学——商丘师范学院大数据应用创新中心实训基地》，案例编号：2021SXJD01002，教育部学校规划建设发展中心；
（2）河南省本科高校产教融合品牌项目：基于人工智能技术的智慧教育平台建设，河南省教育厅。
（四）用户体验与规模效益
项目自实施以来，在解决问题、提升用户体验和实现规模效益等方面取得了积极成效，总结如下：
实际应用效果方面：（1）学生学习成绩提升：通过数字湖的建设与实际应用，学生能够更深入地理解课堂所学抽象的概念和知识点，提高了学习效果。根据学生成绩的统计数据，与传统教学相比，学生的平均成绩明显提升。（2）学生兴趣增加：通过线上线下结合的教学环境，学生对学习产生了浓厚的兴趣，积极参与课堂活动。调查反馈显示，大部分学生表示对目前我校基于数字湖的智慧教学方式更感兴趣，并愿意投入更多时间和精力进行学习。
用户体验方面：（1）教师满意度提高：根据教师的反馈调查，基于数字湖的智慧教学方案使他们的教学更富有创意，更易于实施和管理。教师们认为这种教学方式能够激发学生的学习兴趣，提高教学效果。（2）学生参与度增加：学生对于使用基于数字湖的智慧教学平台反应积极，学生们普遍表示课程更生动有趣，更易于理解和记忆，在课堂上也得到了更多的参与机会。
项目规模效益方面：通过数字化教学资源的创建和存储，教学资源的可持续利用得到提升。教师可以在教育平台上共享自己的教学资源，并从中获得其他教师分享的优质资源，实现资源的互补和共享，提高教学效率，项目成功实施后，引起了师生的广泛关注和好评。
（一）经验总结
1．建立有效的组织领导
项目建立专门的项目管理委员会，并确保高层领导积极支持和关注，有助于项目的顺利实施和高效管理。
2．各部门间协同推动与合作
与相关教育机构、学校和教师形成紧密的合作关系，共同推动基于数字湖的智慧教学改革和研究。定期组织交流和培训活动，促进教学改革成果的广泛传播。
3．技术创新与科研合作
引入最新的数据可视化和虚拟仿真技术，并与科研机构或企业合作开展研发工作，共同改进教学软件、平台和设备，提升教学效果和用户体验。
（二）存在的不足及改进措施
项目存在的不足：
1．缺乏全面的评估机制
在实施过程中，存在对项目效果评估不够全面。应该加强对项目影响力、成本效益、用户满意度等方面的评估，以更好地了解项目的实际效果。
2.师生的数字化实践应用能力有待提升
在教育数字化发展过程中，教师团队的数字化学习和应用能力还有待于进一步提升；学生理论基础知识学习和实践能力锻炼提升在时间分配及差异化教学方面的经验还不够成熟和完善。
下一步的改进举措：
1．建立完善的评估机制
制定全面的评估体系，定期评估项目的影响力、成本效益、用户满意度等方面，为项目改进提供数据支持。
2．提升师生数字化实践应用能力
给教师提供更多专业的数字化教育转型学习培训机会，加强线上数字化教学资源建设，特别是实习实训项目库建设，进一步强化学生项目化实践应用能力。
通过反思不足并采取下一步的改进举措，进一步提升基于数字湖的智慧教学项目的效果和影响力，并努力为其他单位的类似项目提供有益的经验和借鉴。
