基于人工智能的智慧校園建設框架及關鍵路徑

摘要：解讀智慧校園建設的必要性，探討了以人工智能為基礎智慧校園建設各個主體之間的關系及各自的需求，以“第一是用戶服務，關鍵是數據，基礎為設施，規范為墻”作為準則，探討基于人工智能的智慧校園建設框架四個層面的內容，提出基于人工智能下建設智慧校園的關鍵路徑，為后續類似設計提供參考。

關鍵詞：人工智能;智慧校園;建設框架

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）17-0083-03

1概述

快速發展的智能技術使人工智能成為各國競爭焦點。當前，我國已制定較多關于教育層面的人工智能實施措施。如在《新一代人工智能發展規劃》中，充分肯定了教育發展中人工智能的價值[1]。隨著不斷發展的人工智能，普高教學方案已經將編程等學科納入其中[2]，校園場域將不斷納入人工智能。《教育信息化2.0行動計劃》對學校建設智慧教學環境做出了明確的要求，使校園建設和教學等方面的人工智能應用得到進一步推動[3]。對于智慧校園的建設而言，人工智能的發展使其可能性和實現路徑更加多樣化，對智慧校園建設中如何應用人工智能技術開展研究非常有必要。

2基于人工智能的智慧校園建設的框架設計

2.1 設計依據

2.1.1 設計需求

在智慧校園中無論是采用何種形式的人工智能，其核心關注點均是任何與其有關的教育教學活動。因此，基于人工智能基礎上的智慧校園建設框架應以人的需求作為重要依據。在校園活動中，教育教學是其核心所在，校園核心主體則是學校師生，而管理有序是教育教學的重要前提，因此，校園的另一核心主體為教育管理者。并且，為確保教育具有連貫性必須確保孩子的教育有家長參與。而技術供應和支持是智慧校園基于人工智能的前提，即在建設智慧校園時技術供應商和工作人員也必須有所參與。上述分析中有關主體的關系如下圖1所示。

2.1.2設計思路

從現有文獻上看，分層設計是智慧校園建設框架的主要構建方式。但分層設計往往會過于看重技術和管理，而忽略用戶需求和教育本質的考慮。因此，筆者認為，在通過分層設計時應基于“以用戶為中心”的理念，除了要在整體上協調好應用服務和數據處理等，還需考慮技術規范性發展情況，設計時以“第一是用戶服務，關鍵是數據，基礎為設施，規范為墻”作為準則。思路如下圖2。

2.2 系統架構

基于設計的需求以及思路設計人工智能建構的智慧校園建設框架：以用戶為中心的服務理念的基礎上，彰顯分層設計思想，以上述準則為遵守，設計基礎設施層、數據平臺層、應用服務層、技術規范層。如下圖3所示。

2.2.1基礎設施層

在智慧校園平臺中，基礎設施層是基礎保障，要想實現智能服務必須要有高速網絡的支持。基礎設施層包括軟硬件、資料庫與服務器四個部分的內容。設置硬件主要是為了運行軟件系統并給予相應的物質載體，具體包括定位和感知等設備，配置有關設備可以為精準定位、互聯互通等功能的實現提供基礎保障。軟件系統是核心所在，其可以實時捕獲和存儲校園相關數據，奠定數據分析等功能基礎。資料庫以及服務器的設置目的在于用于有關信息存儲和匯集的載體，各有關配置需統一進行架構和協調，并做好存儲數據的工作。

2.2.2數據平臺層

數據平臺層是實現智慧校園云端運算和服務的支撐中心，其功能主要包括運算處理有關數據，為改善應用服務提供必要支持。與傳統的數據處理方法有所不同，以人工智能技術處理數據時具有個性化和預測性等特點。第一是在處理個性化數據時，可通過特定算法進行實現，如采用聚類算法等區分數據庫中學生的不同行為類別，并概括各模式，以提供給用戶行為的識別和優化一定的基礎。第二是篩選性數據在處理時，可采用智能分類技術抽取和融合有關信息，篩選出價值較高的信息，并基于其來源和類別分別組織和管理有關信息，以滿足不同群體的個性化需要。

2.2.3應用服務層

應用服務層主要包括智能教育和管理等方面內容。其通過開放協同的服務架構，建造滿足群體認知風格和技術需要的終端體驗服務。第一是其核心在于智能化課堂教學和在線學習，可以進行教學行為和定制服務等功能的有效構建。第二是以教學、后勤等作為智能管理指向，使各管理層級的信息不僅可以實現獨立流動，還可在聯動過程中共享信息，確保精準決策和高效服務。第三是以提供校園資訊、娛樂和服務等作為智能生活重要內容，打造校園生活智能和便捷一體化空間，可實時監測用戶需求與有關狀況，提供個性化服務給用戶生活管理。

2.2.4技術規范層

技術規范層是信息技術服務等的規范。物理規范包括檢測設備和安全等，網絡規范包括防范入侵和防護惡意代碼等，數據規范包括規范的存儲和運輸等，應用規范包括設定各應用系統的技術標準和防護。建設技術規范層的目的在于有效回應技術的合理應用，是整個系統運行的重要防護墻。其重點是防范和預警技術風險，強化技術使用及其倫理的監管，以避免技術所帶來的負面影響。

3 關鍵路徑

僅有宏觀層面上的建設人工智能場域下的智慧校園框架的頂層設計是遠遠不夠的，其能否順利實施還需對各項關鍵路徑進行探討。具體包括如下幾點：

3.1打造泛在互聯型的智能教育環境

智能技術教育是學校新機遇，具體應該在智能教育環境中進行教育應用的落地建構。一是可以通過5G等技術系統創設智能學習環境，實現教學云平臺的構建，突破各類限制，實現在線學習，創設學校內和學校間虛擬的學習社區[4]，并對學生在線學習狀態進行動態監測，使智能導師和同伴系統的支持學習功能得到充分發揮，使學生在線學習時可從教育大數據平臺獲取更多的學習機會和資源。二是應重視集成和整合物聯網與教育專網等多類網絡，以在創設智能教學環境時形成智能互聯等校園環境，教師可根據具體的教學需要靈活進行終端的切換，打破相關技術壁壘，在網絡教研社區中教師可以跨校開展教研，便于提升教育質量并使傳統課堂文化氛圍得到改善。

3.2搭建師生本位的智能教育資源及決策服務平臺

人工智能智慧校園的建設質量受到智能資源和決策服務的影響[5]，其應該使“以用戶服務為中心”的核心理念得到充分體現。因此，在人工智能智慧校園搭建時必須要重視師生本位的智能教育決策和服務平臺的建設。一是在學校可以通過整合各類網絡資源，通過智能技術手段聯整教育資源，構建智能化和個性化的資源管理系統。也可針對校內教學資源需求和使用行為等進行智能監測和評量，對師生教育資源需求進行動態把握[6]，以使資源得到更好地傳遞和供給。二是可結合人工智能技術優勢，診斷和定位教師和學生的教育狀態，并根據教師和學生的教育狀態對教育人工智能算法進行優化，以對學生能力和心理等方面開展智能評價，為因材施教的教學提供指導，提升人工智能在教育層面的決策科學性。

3.3統籌構建智能教育大數據治理體系

在人工智能發展過程中，數據治理是關鍵影響因素[7]。對于智能教育數據服務方向而言，智能教育大數據治理體系的統籌構建有重要的現實價值。一是要重視管理智能教育數據的質量。學校應和第三方技術公司等聯合建構數據質量管理組，主要面向治理數據的采集、管理與整合，并對違規數據進行攔截，加密防護隱私數據等。二是應強化對采集和分析數據的動態監管。建構有一定可操作性的指標評價體系，對數據處理所出現的異常情況進行動態監測，并制定相應的監管制度[8]，確保科學采集、精準分析相關教育數據。三是強化學校治理數據的能力，并提升管理者、教師和學生對數據問題和規律的把控能力，引導有關人員思考信息保密等問題。

3.4優化智能技術監管機制及倫理規范體系

為規范人工智能智慧校園體系，應重視對監管機制和倫理規范體系的優化，對相關工作空間和流程進行優化。一是應對相關算法和數據監管制度進行完善。在一定程度上，算法和數據決定了教育人工智能成效質量[9]，有關用戶難以發現相關算法的設計原則及風險漏洞等，在進行有關數據的采集和分析時難免會出現偏差，因此應提高對人工智能倫理以及隱私等的重視程度。二是需要建立有約束性的倫理規范。在開發和應用教育人工智能時，各方參與者的利益訴求都會有所涉及，具體可以建立相關職業標準，也可由各方核心參與者聯合建立倫理審查辦公室，避免因利益不同而導致的倫理風險，引導其發展方向，保障教育公共利益。

4 結語

在智慧校園建設時，通過人工智能進行賦能可以使校園邁向智能形態。在建設智慧校園時，人工智能有多大的應用潛力和空間還有待探究，且需要深入反思教育人工智能的倫理及安全[10]。在構建人工智能基礎上的智慧校園時，應基于教育公共利益、教師與學生發展的基礎上設計總體框架。人工智能下的智慧校園建設除了需要考慮智能技術之外，更重要的核心還是“人”，應重視智慧校園建設中的人文關懷、人員發展和教育公共利益。智慧校園在通過人工智能進行賦能助力還有較大發展空間，無論是技術層面的整合、校園基礎設施的建設，還是監管制度的完善等都有一定的挑戰。智慧校園在通過人工智能進行賦能的未來發展中，如何在確保技術效能的情況下，兼具人文關懷還需做出進一步研究。

參考文獻：

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[3] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html，2018-04-18.

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[10] 袁玉芝，杜育紅.人工智能對技能需求的影響及其對教育供給的啟示——基于程序性假設的實證研究[J].教育研究，2019，40（2）：113-123.

收稿日期：2021-05-25

作者簡介：鄭超（1992—），男，天津人，碩士，助理工程師，主要研究方向為教育信息化建設、運行及維護管理。