建设一流本科

17世纪的伟大数学家“欧拉”竟然与真人教师共同进行授课？这是集电学院李俊宏老师的“双师授课”课堂，“欧拉”是他以数学家欧拉的形象为模板创造的人工智能虚拟教师，互动教学的场景令学生耳目一新，也激发了同学们对这位数学家的敬意。

　　这是李俊宏老师的“基于AI知识图谱平台的智能助教及数字人教学辅助系统开发”项目的成果运用。作为学校首批人工智能技术赋能本科教学教改项目，李俊宏老师团队依托“信号与系统”课程，设计实现了“真人教师-虚拟教师-学生”三方实时交互的课堂教学系统。该系统通过深度融合人工智能技术与教育场景，构建了兼具实时互动性、个性化引导与跨学科整合能力的智能教学新模式，为高等教育智能化升级提供了创新性的实践方案。

 虚实交融：实现教学过程的 “超现实”互动

　　在课堂讲授信号积分运算时，虚拟教师“欧拉”主动抬了抬手说到：“李俊宏老师，定积分是要计算出一个常数，而这里，您看能计算出常数吗？”课堂上，虚拟教师“欧拉”居然会主动给真人教师“挑刺”，指出对信号进行积分运算并不是和微积分中定义的定积分计算完全一致。

　　为了实现课堂教学过程中的“超现实”互动，李俊宏带领团队历时两年多的攻关，提出了一种基于“智能体状态机”与3D引擎渲染的AI虚拟人教学系统。系统基于教师设计的讲义大纲，通过“智能体状态机”动态调度知识点讲解顺序，并实时接收学生提问或回答信号。

当虚拟教师的讲授被打断时，系统可立即暂停当前讲解，优先处理学生问题，随后无缝衔接至原教学流程，高度模拟真人教师的灵活应变能力。依托先进的大语言模型技术，系统能够即时生成与课程知识点匹配的讲解内容，并通过自然语言处理技术解答学生提问。

　　教学团队的统计数据表明，引入虚拟教师后，学生课堂专注度明显增强，学生课堂参与度大幅提高，课堂氛围得到了显著改善。2024级学生王保杰表示：“以前怕答错问题不敢举手，现在连虚拟人都这么包容，我们也敢大胆表达了。”

技术赋能：让虚拟教师“活”在现实课堂

　　李俊宏表示：“最难的并非技术实现，而是让虚拟教师的存在显得真实自然，让AI更有温度，仿佛欧拉先生真正亲临我们的教室。”

　　作为应用于课堂教学的AI虚拟教师，除了要调用RAG知识库以解决专业问题以外，还需要富有亲和力的形象，自然流畅的表情和肢体动作。而现有虚拟人技术方案主要是基于视频和图片数据的训练模型，再实时推理驱动人物的面部口型及肢体动作，存在不同程度的表情呆滞、动作单调的问题。同时，在复杂环境下的推理过程中，容易发生面部扭曲，肢体动作混乱的情况，从而带来严重的“恐怖谷”效应，难以应用于课堂教学。

　　“欧拉”系统中虚拟教师形象的核心突破在于：通过高精度动作捕捉与实时3D渲染技术，虚拟教师不仅能模仿真人教师的肢体语言，还能基于语音情感分析自动生成表情和响应的动作。通过大语言模型配合状态机智能体，使虚拟人能根据课堂的节奏实时响应当前状态，实现课堂实时互动。

未来演进：让虚拟教师成为更加智能的学习伙伴

　　“欧拉”系统现已适配“信号与系统”全部29个核心知识点，累计生成287种特色互动场景。未来团队将计划完成以下升级：

　　第一， 多教师协作授课，实现课堂教学的虚实深度融合。系统计划支持同时接入2-3名虚拟教师，分别扮演“引导者”、“质疑者”等角色，实现课堂上真人教师与虚拟教师、虚拟教师与学生、虚拟教师之间的全向互动。基于微信平台打造AI助教，让虚拟教师根据聊天提问记录进行定制化辅导，并开展线上真人教师和虚拟教师同场直播答疑。

　　第二，升级系统运用场景，拓展至课程群教学。依托“信号与系统”课程的教学实践经验，升级系统运用场景，逐步拓展至学院微电子与集电专业课程群，同时探究跨专业与跨学院课程群的实践运用，以期形成AI虚拟教学课程群矩阵，协同优化教学方法和提高教学效果，为学生提供个性化的学习指导与学习资源。

　　李俊宏表示，人工智能不是取代教师的替代方案，而是打开教育教学可能性的“维度扩展器”。当AI技术专注于处理知识传递的“平原区域”，教师得以深耕创新发展的“高峰地带”；当机器承担标准化工作，教师的教育智慧得以在更高维度绽放，最终让教育回归其本质——不是填满容器，而是点燃火焰。

　　在新技术发展日新月异的背景下，集成电路学院积极探索人工智能技术赋能本科教学的有效路径。“欧拉”系统的教学实践运用，不仅重新定义了课堂的边界，更揭示了人工智能与人类教师协同进阶的可能。在这方虚实交融的讲台上，技术将褪去冰冷的外衣，成为传递知识与情感的媒介。