大数据驱动下基于数字孪生的高等教育教学模式转型

大数据驱动下基于数字孪生的高等教育教学模式转型

程晗

重庆交通职业学院  重庆市江津区  402247

摘要：在当今信息化时代，大数据技术不断发展和应用，已经深刻改变了各行各业的运作方式，包括高等教育领域。大数据驱动下基于数字孪生的高等教育教学模式转型成为当前研究的热点之一。数字孪生技术作为数字化仿真和实时数据分析的结合，为高等教育带来了全新的可能性和机遇。因此。笔者旨在探讨在大数据时代背景下，基于数字孪生技术的高等教育教学模式转型的挑战和未来发展方向。通过分析数字孪生技术在高等教育中的应用，挖掘其潜在的优势和带来的改变，以期为高等教育教学模式的创新与转型提供一些启示和思考。

关键词：大数据驱动；数字孪生；高等教育；教学模式转型

引言

在大数据驱动的时代，数字孪生技术正逐渐走进高等教育领域，引领着教学模式的转型和升级。数字孪生作为一种将实体世界数字化建模的技术手段，为高等教育提供了全新的可能性和机遇。

一、基于数字孪生下高等教育教学模式转型的意义

第一，个性化学习体验。基于数字孪生的教学模式可以根据学生的个性化需求和学习能力进行定制化教学。通过数字孪生技术，教师和学生可以通过模拟和虚拟实验等方式获得更丰富的学习体验。第二，实践与理论结合。数字孪生技术可以为学生提供更多的实践机会，让他们在虚拟环境中进行实验和模拟操作，从而更好地将理论知识与实际应用相结合。第三，教学效果优化。借助数字孪生模型，教师可以更直观地展示复杂概念和现象，提升教学效果。学生可以通过互动体验深入理解知识，激发学习兴趣，加强对课程内容的吸收和记忆。第四，提升教学效率。数字孪生技术可以帮助教师更好地管理课程内容、评估学生表现和进行针对性指导，从而提升教学效率，节省时间和精力。第五，跨时空教学。基于数字孪生的教学模式有利于跨越时空限制，实现远程教学和在线教育。学生可以随时随地通过数字孪生平台进行学习，增加教学灵活性和便利性。

二、基于数字孪生的高等教育教学模式转型面临的挑战

（一）技术与设施支持

传统的高等教育机构存在设备陈旧、技术落后等挑战，需要进行设施更新和技术升级以适应数字孪生教学的需求。对于一些学校而言，投入大量资金用于建设虚拟仿真系统、在线教学平台、购置大数据分析工具等也是一个挑战。这些技术设施的引入和维护不仅需要资金投入，还需要专业人才的支持和维护，增加了教育机构面临的挑战。

（二）师资队伍培养

一些教师缺乏数字化教育技能和大数据分析方法的知识，需要不断学习和提升。教师队伍的年龄和经验差异较大，对于年轻教师来说，更容易接受新技术和新理念，但对于资深教师，则需要更多的培训和支持。教师培训需要连续性和系统性，以确保教师能够持续适应不断变化的教育技术发展。

（三）教学设计与内容更新

在数字孪生教学模式中，教师需要花费大量时间和精力重新设计课程内容，将传统的教学案例转化为数字化、虚拟或实践环境下的教学模式，这对于一些教师而言是一个新的学习和适应过程。教学内容的不断更新和优化也需要及时调整，以保持教学内容的实用性。

三、大数据驱动下基于数字孪生的高等教育教学模式转型路径

（一）技术基础建设

在当今数字化时代，建立完善的技术基础设施对于学校实现教育现代化、推动数字孪生教学模式的发展至关重要。投入资金建设数字化教室可以提供教师和学生创新的教学环境。这些数字化教室应当配备数字交互屏幕、视频会议设备、网络连接等先进设施，使得教学内容更加生动直观、教学过程更具互动性和体验性，同时支持远程教学和在线教育，为教师和学生之间的交流和互动提供便利。虚拟仿真实验室作为重要设施，通过虚拟仿真技术，为学生提供在实验室中难以获得的实践机会。学生可以在虚拟环境中进行模拟实验和操作，体验真实实验的过程和效果，从而增强他们的实践能力、想象力和创造力。这种虚拟实验不仅可以节约成本和时间，还能提高实验安全性和可控性。通过数字化仿真、实时数据反馈等功能，可以为教师提供丰富的教学资源和工具，支持个性化教学和定制化教学方案。学校可以借助数字孪生技术平台，设计出符合学生学习需求和兴趣的教学内容，实现精准匹配和提供个性化学习体验。通过收集、整理和分析海量数据，学校可以更好地了解学生的学习状态和需求，即时反馈学生表现，为教学决策提供科学依据和支持。大数据分析系统也可以帮助学校优化教学流程，提高教学质量，从而实现教育的智能化和个性化发展。

（二）师资培训与能力建设

对于一些教师来说，数字孪生技术和教学设计是崭新的领域，需要进行系统的培训和能力建设。这包括帮助教师掌握数字化教育工具、理解大数据分析方法以及设计数字孪生教学案例等方面的能力。通过举办培训课程、研讨会、专业讲座等形式，学校可以为教师提供相关知识和技能的补充。教师在数字孪生教学中需要具备创新意识和教学热情。他们需要不断思考如何有效地整合数字孪生技术到教学中，创造出具有吸引力和实用性的教学内容。因此，鼓励教师参与教学设计的创新活动、开展教学实践研究、积极参与教学团队等活动，可以激发教师的创新意识并增强其教学热情。教师的数字孪生技术应用能力和教学设计能力的提升，是推动数字孪生教学模式转型的重要环节，也是保证数字孪生教学质量和效果的关键因素。

（三）教学内容转化

在数字孪生教学模式中，教师需要重新设计和转化传统的课堂教学内容，将其置于数字孪生场景中，创造出更具实用性和互动性的教学案例和实践任务，从而达到促进理论知识与实践操作有机结合、提升学生实际应用能力的目的。教师需要审视课程设置和内容，对现有的教学材料进行重新梳理和优化。通过数字孪生技术，教师可将抽象的理论知识转化为直观生动的虚拟仿真场景，让学生能够在虚拟环境中进行实践操作和互动体验，加深对知识的理解和记忆。例如，利用虚拟实验室模拟化学实验过程，让学生在教学平台上进行化学实验操作，从而巩固实验原理和操作技能。教师需要注重案例教学和问题导向的教学方式，让学生在数字孪生环境中面对真实场景和复杂问题，培养他们的分析和解决问题的能力。通过设计丰富多样的案例和实践任务，教师可以引导学生思考和探索，激发他们的学习兴趣和动力。例如，以工程实例为背景，让学生在虚拟工程场景中设计和构建项目，从中获取实践经验和团队合作技能。教师还应关注个性化学习的需求，根据学生的学习能力和兴趣特点，定制化教学内容和任务，实现因材施教。数字孪生教学模式为个性化教育提供了更多可能性，教师可以根据学生的反馈和表现，调整教学内容和难度，帮助每位学生发挥潜力，做到因人而异、因时而异。

结束语

随着大数据技术的广泛应用和数字孪生理念的深入发展，基于数字孪生的高等教育教学模式转型已成为时代发展的必然趋势。这一教学模式的转型不仅提供了丰富多样的教学手段和工具，还促进了教育的个性化、智能化和开放化发展。在大数据驱动下，数字孪生为教育教学带来了前所未有的可能性，让教师能够更加精准地理解学生需求，设计符合个性化需求的教学方案，提升教学效果与学习体验。

参考文献

[1]晏福.大数据驱动下基于数字孪生的高等教育教学模式转型[J].西部素质教育,2024,10(03):19-22.

[2]董紫君,孙飞云,苏栋等.基于数字孪生技术的智慧教学模式创新研究[J].高教学刊,2024,10(06):73-76.

[3]刘哲,赵晓宇,李艳丽等.数字孪生技术在智慧校园中的研究与应用[J].微型电脑应用,2023,39(12):45-48.

[4]孟刚,李昭昶,郭慧等.大数据与数字孪生驱动的教学模式转型研究[J].包装工程,2023,44(18):458-466.

[5]王婷婷,胡卫星.数字孪生技术的教学特性与应用场景分析[J].中国信息技术教育,2023,(16):86-89.