王賢燦

【摘 要】本文探索建立基于人工智能的智慧校園的幾個重點(diǎn)模塊，這些模塊分別是智慧環(huán)境、智慧教育、智慧學(xué)習(xí)、智慧管理、智慧服務(wù)和智慧家校。利用人工智能技術(shù)，能在智慧校園中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證、師生優(yōu)化發(fā)展、分級授權(quán)管理、科學(xué)管理決策，使每個智慧校園的受益者成為智慧校園的建設(shè)者，最終促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展、教師的發(fā)展、學(xué)校的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】人工智能;數(shù)字化校園;智慧校園;教育信息化

【中圖分類號】TP319? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2019）010-077-04

國務(wù)院于 2017 年 7 月發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要發(fā)展“智能教育”。利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系。開展智能校園建設(shè)，推動人工智能在教學(xué)、管理、資源建設(shè)等方面全流程應(yīng)用。開發(fā)立體綜合教學(xué)場，基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺。開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速且全面的教育分析系統(tǒng)。建立以學(xué)習(xí)者為中心的教育環(huán)境，提供精準(zhǔn)推送的教育服務(wù)，實(shí)現(xiàn)日常教育和終身教育定制化。這對新時代的教育信息化提出了新任務(wù)[1]。

智慧校園的建設(shè)可以細(xì)化為智慧環(huán)境、智慧教育、智慧學(xué)習(xí)、智慧管理、智慧服務(wù)、智慧家校等領(lǐng)域。從以人為本的建設(shè)理念出發(fā)，基于人工智能的智慧校園各領(lǐng)域建設(shè)方式如下。

基于人臉識別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份識別的智慧環(huán)境

目前，數(shù)字化校園的身份識別介質(zhì)有IC卡、指紋、用戶碼等，各信息系統(tǒng)之間很難做到一卡通、一碼通。人臉識別系統(tǒng)可以通過唯一的人臉庫來實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)認(rèn)證，通過對來往校園的人員進(jìn)行分類管理，包括學(xué)生、家長、訪客、教職員工、教師、領(lǐng)導(dǎo)、住校生、走讀生等，對不同的人員分配不同的權(quán)限。對不同人員進(jìn)出時間、地點(diǎn)等信息精確統(tǒng)計查詢，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后便于管理的改進(jìn)。

智慧環(huán)境能感知學(xué)習(xí)情境、識別學(xué)生行為變化、記錄學(xué)習(xí)過程。通過基于深度學(xué)習(xí)的視頻分析技術(shù)，以人臉識別系統(tǒng)為唯一標(biāo)識，記錄學(xué)生、教師、管理者所有的行為數(shù)據(jù)。如學(xué)生進(jìn)出圖書館的時間、頻次，在圖書館閱讀時間、每本書的閱讀時間等。這些收集到的數(shù)據(jù)成為智慧環(huán)境用來深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，以便更好地服務(wù)教育。

教師在智慧環(huán)境下可以體會到備課、教學(xué)、考試、評價、輔導(dǎo)等各個教育環(huán)節(jié)的便利

除了可以使用備課資源（教案、學(xué)案、課件等），可以使用備課模板（教育流程、教學(xué)環(huán)節(jié)等），可以使用題庫外，可以根據(jù)系統(tǒng)對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的分析，布置課前預(yù)習(xí)作業(yè)。教師通過學(xué)生預(yù)習(xí)的情況，掌握學(xué)生自學(xué)情況，進(jìn)行有針對性的備課。

在教學(xué)中，可以利用課室內(nèi)的智能化設(shè)備，通過智能感知、智能存儲、智能分析提高教學(xué)效率。在課堂上，通過感知設(shè)備知曉學(xué)生的出勤狀態(tài);通過人工智能的行為識別技術(shù)，捕捉學(xué)生在課堂上的參與情況;通過語音識別技術(shù)，對教學(xué)過程進(jìn)行識別，以獲取教學(xué)重難點(diǎn)、知識點(diǎn)、師生互動情況;通過表情識別技術(shù)，識別學(xué)生的情緒變化;通過智慧黑板等技術(shù)，對教師的板書進(jìn)行識別和保存。課堂相關(guān)數(shù)據(jù)無感式采集，通過人工智能技術(shù)實(shí)時分析，為教師的教提供了實(shí)時數(shù)據(jù)，也為教師課后反思提供了完整的數(shù)據(jù)鏈。

人工智能技術(shù)，使練習(xí)、考試從組織到評卷更便利。智慧教學(xué)系統(tǒng)可以通過人工智能系統(tǒng)，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行個性化的、精準(zhǔn)化的分析，實(shí)現(xiàn)自動組卷。通過聲音識別對聽說等練習(xí)、考試進(jìn)行自動評測，通過圖像識別技術(shù)自動改卷。

教師通過人工智能系統(tǒng)，對學(xué)生的學(xué)科均衡情況、成績趨勢、學(xué)習(xí)特性等進(jìn)行自動分析。

教師、學(xué)生、家長可以接收到智慧教育系統(tǒng)自動推送的成績、改進(jìn)建議等信息，全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生個性化的教學(xué)輔導(dǎo)提供數(shù)據(jù)支撐。

基于人工智能技術(shù)的情景感知實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)，為學(xué)生構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)環(huán)境

通過人工智能技術(shù)感知學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析情況為學(xué)生提供個性化、推送式服務(wù)，給學(xué)生成長提供有效的參考。

（1）充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)狀態(tài)。基于人工智能技術(shù)的情景感知可以記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的位置信息、學(xué)習(xí)開始和結(jié)束的時間、知識點(diǎn)、學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)生的知識理解難點(diǎn)、學(xué)生學(xué)習(xí)活動等信息，通過對這些數(shù)據(jù)的分析、關(guān)聯(lián)、挖掘、聚類等操作，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，并實(shí)時的調(diào)整教學(xué)策略，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供個性化智能服務(wù)。

（2）在學(xué)生的知識學(xué)習(xí)中，人工智能技術(shù)為學(xué)生安排個性化練習(xí)與考試，提供個性化學(xué)習(xí)建議。智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)課堂學(xué)習(xí)、學(xué)生練習(xí)、考試中反饋出來的知識情況，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)建立的知識圖譜提供精準(zhǔn)知識分析和鞏固練習(xí)報告，報告涵蓋知識點(diǎn)分析、學(xué)習(xí)策略和個性化試題推薦等模塊。學(xué)生掌握自己學(xué)習(xí)情況的同時，可以根據(jù)系統(tǒng)建議來改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)。

（3）學(xué)生根據(jù)智慧學(xué)習(xí)平臺的分析，確定發(fā)展方向。智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過對學(xué)生成長數(shù)據(jù)的采集和分析，為學(xué)生提供實(shí)時的素質(zhì)成長數(shù)據(jù)。學(xué)生成長數(shù)據(jù)包括學(xué)生的學(xué)業(yè)成績、品德發(fā)展的記錄，也有教師對學(xué)生的評價、家長對學(xué)生的評價、學(xué)生之間的相互評價、學(xué)生在平臺上表達(dá)的觀點(diǎn)、校園監(jiān)控信息等各類行為數(shù)據(jù)。學(xué)生可以根據(jù)智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析的結(jié)果，確定選課走班和未來生涯發(fā)展方向，找到更適合自己的、有針對性的成長方式。

以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，基于人工智能實(shí)現(xiàn)智慧管理，讓學(xué)校管理更高效

在不斷積累學(xué)校各類數(shù)據(jù)后，通過實(shí)時了解各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，智慧管理系統(tǒng)按人員、場所、活動等多個維度進(jìn)行整理和分析，為科學(xué)的管理決策提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

（1）安全管理。借助人工智能技術(shù)，維護(hù)校園安全。通過對校園環(huán)境、師生行為以及校園周邊環(huán)境的有效監(jiān)控，及時地預(yù)防和處理問題，建設(shè)和諧、高效、安全的校園環(huán)境。如在門禁系統(tǒng)中，基于人臉識別技術(shù)建立黑名單制度，當(dāng)有些不能進(jìn)入校園的危險分子準(zhǔn)備進(jìn)入校園時，觸發(fā)報警，保證校園進(jìn)出安全。

（2）掌握各系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對系統(tǒng)隱患進(jìn)行分析和預(yù)警。智慧管理利用電量、燃?xì)?、壓力、液位、溫度等傳感器，在線監(jiān)測學(xué)校供氣、供暖、供水、機(jī)房、監(jiān)控等重點(diǎn)部位系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時將異常預(yù)警信息推送到系統(tǒng)管理平臺的顯示終端上，提醒管理人員及時確認(rèn)處理，確保學(xué)校消防、安防系統(tǒng)有效運(yùn)行。

（3）智慧管理系統(tǒng)對學(xué)校各系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表式的統(tǒng)計，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，結(jié)合人員信息、教育經(jīng)費(fèi)、師生使用情況、管理反饋情況，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、趨勢分析等將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，并在智慧管理平臺中進(jìn)行可視化的顯示，為學(xué)校管理人員提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，避免全靠經(jīng)驗(yàn)來運(yùn)維。我們可以利用基于人工智能的圖像分析技術(shù)，對重點(diǎn)樓道進(jìn)行布控，當(dāng)人員密集程度突破閾值時，系統(tǒng)將在管理平臺中預(yù)警，方便管理人員對人員進(jìn)行疏導(dǎo)。

（4）智慧管理系統(tǒng)為管理者提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)、分級授權(quán)、完整分類的統(tǒng)計報表，為學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量提高、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教育科研等管理決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

教育科研管理是學(xué)校持續(xù)不斷發(fā)展的關(guān)鍵所在。智慧管理系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)教師間互動交流的平臺。在教師的教學(xué)實(shí)踐中，可以借助人臉識別、語音識別和自然語言處理技術(shù)，通過監(jiān)測課堂教師和學(xué)生面部表情以及行為，將這些行為數(shù)據(jù)格式化后，自動分析師生的課堂表現(xiàn)并生成課堂行為分析報告，從而為教師的成長提供科學(xué)的支持。同時，基于深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，根據(jù)教師的基本情況、所教學(xué)科、各類成績來分析教師的成長歷程，為教師的成長提供良好的參考。

通過數(shù)據(jù)挖掘與分析，提供智慧服務(wù)，提升校園生活質(zhì)量

基于人工智能的智慧校園通過數(shù)據(jù)挖掘與分析，管理和調(diào)度學(xué)?，F(xiàn)有資源，為學(xué)校師生開展教育、教學(xué)、科研提供人財物支持，提供高效的、科學(xué)的、全方位的服務(wù)。

在宿舍管理中，我們可以利用基于人臉識別的攝像機(jī)，抓拍進(jìn)出學(xué)校宿舍的各類人員，對人員信息進(jìn)行比對后，配合人員信息發(fā)布屏用于宿舍管理。食堂后廚管理的好壞直接決定了食堂為師生提供服務(wù)的好壞，我們可以通過視頻分析技術(shù)，對食品倉儲環(huán)境溫濕度智能監(jiān)測，對后廚人員持證情況、后廚佩戴口罩等防護(hù)用具情況、后廚消毒過程、后廚鼠患防治等進(jìn)行識別與監(jiān)管。這樣，基于人工智能的智慧服務(wù)系統(tǒng)不只是能做到事后回查以追究責(zé)任，而是主動防護(hù)確保食堂良好的服務(wù)。

數(shù)字化校園時代，在提供學(xué)校教室、場地服務(wù)方面，管理部門通過主動的數(shù)據(jù)采集，來了解師生對教室、場地的時間、設(shè)備等要求，然后整理、匯集數(shù)據(jù)后提供服務(wù)。在智慧校園中，通過對現(xiàn)有教室、場地中各因素的數(shù)據(jù)挖掘，對各時間段師生的使用人數(shù)、使用反饋的情況進(jìn)行考量，通過數(shù)據(jù)模型，結(jié)合場地的實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)測，可以提高場地的利用率和使用效果。

校友對學(xué)校發(fā)展的促進(jìn)作用是不言而喻的。基于人工智能的智慧校友系統(tǒng)可以采集校友的聲音、圖片、新聞報道等信息，通過與系統(tǒng)已有數(shù)據(jù)整合，形成校友的信息網(wǎng)絡(luò)圖譜。智慧校友平臺可以便利地完成學(xué)校與校友之間的信息溝通，校友訪問校友系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、校友對母校建言的數(shù)據(jù)等都被記錄在校友系統(tǒng)中，通過與其他相關(guān)數(shù)據(jù)的比對，形成新的校友信息數(shù)據(jù)。通過不斷的信息采集、信息挖掘，利用人工智能技術(shù)完成對數(shù)據(jù)的更新、整理、分類，再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、結(jié)構(gòu)化處理等工作，通過人工智能數(shù)據(jù)模型形成校友較完整的、及時更新的數(shù)據(jù)，在這些信息的基礎(chǔ)上，可以建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，完成學(xué)校發(fā)展的評測。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，來改進(jìn)學(xué)校的教育教學(xué)管理。

基于人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧家校，拓寬家校合作的渠道

智慧教育帶來了家校溝通變革，家長不再只是數(shù)據(jù)的接收方。智慧家校通過雙向溝通的方法來共同解決學(xué)生成長中的問題，以促進(jìn)學(xué)生的成功。

（1）了解學(xué)生成長情況?；谌斯ぶ悄軘?shù)據(jù)分析技術(shù)，為家長提供多維度評價分析服務(wù)，讓家長更了解學(xué)生成長情況。家長通過智慧教育平臺及時把系統(tǒng)反饋的情況與老師和學(xué)生溝通，很好的形成教育合力。

（2）與學(xué)校、家長加強(qiáng)溝通。家長可以通過智慧教育平臺與學(xué)校、教師溝通，參與學(xué)校管理。同時，家長間也可以通過智慧教育平臺交流教育孩子的經(jīng)驗(yàn)，可以避免在現(xiàn)有平臺上講閑話、聊與孩子成長無關(guān)話題的問題。

（3）提供課程服務(wù)。有能力的家長可以提供線上課程，供家長們、學(xué)生們、老師們學(xué)習(xí)。在課程教授和學(xué)習(xí)的過程中，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可用于后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘。

（4）提供學(xué)生成長數(shù)據(jù)。家長將學(xué)生在家庭里的表現(xiàn)，如參與家庭活動的信息、參與社區(qū)服務(wù)的信息等錄入到信息平臺，這些數(shù)據(jù)成為后續(xù)成長分析的“原材料”，除了供教師、學(xué)校改進(jìn)教育方法外，還能為智慧校園系統(tǒng)提供新的數(shù)據(jù)。

未來的教育將進(jìn)入教師與人工智能協(xié)作共存的時代，教師與人工智能將發(fā)揮各自的優(yōu)勢，協(xié)同實(shí)現(xiàn)個性化教育、包容的教育、公平的教育與終身的教育，促進(jìn)人的全面發(fā)展。[2]技術(shù)的發(fā)展是無止境的，基于人工智能的智慧校園也只會是人類發(fā)展過程中的一個小節(jié)點(diǎn)，智慧校園的建設(shè)永遠(yuǎn)在路上。

參考文獻(xiàn)

【1】杜占元 . 人工智能與未來教育變革 [J].? 中國國情國力，2018（1）.

【2】余勝泉. 人工智能教師的未來角色[J]. 開放教育研究，2018（2）.