西安電子科技大學構建AI+教育新生態

文/王泉 苗啟廣 趙大虎

黨的二十大報告提出：“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國。”習近平總書記指出，教育數字化是數字中國戰略的重要組成部分。今年的數字中國大會專門設有一個“數字教育發展與治理論壇”。在教育數字化轉型的浪潮中，經過長期的探索和實踐，西安電子科技大學（以下簡稱“西電”）成功構建了“AI+教育”新生態。

教育數字化轉型“怎么轉”？

高校數字化轉型是指通過數字技術和業務需求的結合，重塑文化、優化流程、提升效率、創新業務，是在信息技術驅動下的業務轉型，涉及學校各個職能部門，是一個系統性的工程，也是優化產出的必經之路！針對“怎么轉”的問題，首先要做的就是分析影響高校數字化轉型的要素，執果索因，各個擊破。

目前來看，高校數字化轉型仍需從以下五個要素入手，夯實“硬件”基礎。

一是高質量的數據。當前各個高校數字化建設正如火如荼，但是校務數據、基礎數據、科研數據等是否夠用、是否好用的問題依然有待解決，包括西電在內的大部分高校都面臨數據短缺或數據質量不高等難題。2023 年，西電針對數據治理，設立了專門的工作小組，著力提升數據質量。

二是數字化人才。人才是高校數字化建設持續發展的核心動能。數字化時代，高校數字化規劃人才和數字化架構人才等極度匱乏。包括西電在內的很多高校，都正在或已經設置了數字化技術總工程師崗位，培育了專門的技術開發團隊。通過引進高精尖人才，實現核心動能的有效補充。

三是面向師生的應用。懷進鵬部長提出“應用為王，服務至上”，應用的產生是一個動態的過程。需求決定供給，只要業務部門有需求、有想法，在不重復建設的前提下，應用越多越好，這樣能夠極大提升部門整體服務效能。在高校基本業務系統均已建設好的情況下，開發面向提升師生獲得感、幸福感的小應用、小程序，成為日益增長的新需求。

四是數字化管理的經驗。經驗是影響數字化轉型的關鍵因素。對于數字化轉型，各個高校基本都處于摸著石頭過河的初探階段，缺乏經驗，如數字化“助管”的經驗、數字化“助教”的經驗、數字化“助學”的經驗、數字化“助研”的經驗等。所以針對“怎么轉”的問題，其實一直都在研究和探索。

五是數字化轉型必須的工具。目前而言，高校全方位伴隨性數據采集工具、業務全流程數據治理工具、全要素數據模型工具等依然是“短板”。從2022 年底至今席卷全球的ChatGPT，引起了全球教育界的廣泛關注。但是大語言模型（LLM）是否能夠用于高等教育領域，如何應用？這些問題值得我們深思。同時，大語言模型工具引起了社會對學生能力和專業需求的變化，這都需要高校通過數字化轉型來迎接這一挑戰。

然而，高校要想“轉”好數字化，僅憑“硬件”基礎依然不足，還需要“軟件”加持，從體制機制上進行變革，做好頂層規劃與設計。

總之，發展學生閱讀能力和水平可以引入數學史、數學學習方法、趣味數學知識等材料，讓孩子學會在分享中成長與收獲，讓孩子學會獨立閱讀，自主學習，達到從“要我讀”到“我想讀”和“我要讀”的轉變，培養學生好的閱讀習慣，最終實現提高學生學習數學的興趣，促進學生核心素養的發展。數學教育在開闊學生數學視野、塑造學生數學思維以及提升學生數學素養方面有著不可替代的作用，其重要性不可忽視。

數字化時代，面向人才培養目標，高校要以學生為中心，注重能力為重、德育為先、知識為基，構建數字化支撐的德智體美勞全面發展的人才培養體系。同時，高校亟需創新數字化教與學的方式，發展面向每個人、適合每個人的教學體系。此外，在萬物互聯的智能時代，數字化已不僅僅是網絡這點事，更多的是文化重塑、結構調整、業務重組和流程再造。數字化的核心在于“化”，把這些“化”的工作做好了，數字化轉型才能“轉”好。

如圖1 所示，“十四五”期間，西電從流程優化、數據中心建設、網絡安全等方面規劃了九大行動，加速推進學校數字化轉型。到2025 年，學校預計將建成以師生為中心的開放、敏捷、智能的數字化發展體系，全面支撐學校人才培養、科學研究、社會服務、文化傳承和國際交流工作，打造“AI+教育”的標桿大學。

圖1 西電“十四五”規劃九大行動

AI 賦能教育 數據洞見未來

西電自2003 年起，開始培養人工智能方面的人才。整個學校以信息學科為主，師生均具有較強的數字化素養。在探索過程中，西電通過環境、資源、教學、培訓、評價、治理等教育六要素的全新構建，建設了具有西電特色的“AI+教育”新生態，為全校師生提供數據支撐、協同運營、預警決策、能力培訓、資源制作等教育服務，探索智能時代高等教育新機制與新模式。

建設處處能學、時時可學的育人“新環境”

如圖2 所示，西電建設了包括學校水電暖監控、安防和消防、實驗室安全以及學校車輛管理、數據中臺、物聯中臺、高算中心等的數字孿生校園，實現了全方位的物聯管控。學校將大部分的業務內容裝進了數字校園這樣一個新環境當中，統一進行管控。同時，西電打造了雙空間一體化的教學環境。實現了課程實時錄播督導教學、課堂實時簽到情況及課堂活躍度和活躍用戶監測等。對于智慧實驗室的建設，實驗室門禁管理系統提供24 小時可自主預約的創新實驗環境，并開放大型儀器設備，同時通過熱成像監控預警實驗室安全隱患。

圖2 西電數字孿生校園覆蓋的內容

開放共享的個性化育人環境也不可或缺，西電建設了具有西電特色的智慧體育館和大學生活動中心，為學生的個性化成長提供了良好條件。智慧體育館提供線上預約，對于入館的學生進行實時數據采集，并通過分析獲取學生的運動偏好，有效滿足更多學生的個性化需求。大學生活動中心也是通過智能場景的物聯管控等各種方式來記錄學生課外的學習情況。總之，西電通過智能物聯管控實現了自主管理、自助服務等。

為進一步打造良好的校園生態，使師生的生活更加便捷，西電建設了智慧后勤和智慧書院。智慧后勤方面，比如學校水電暖的能耗監測、校園班車實時位置監控、食品安全報警監控、實驗室的開放狀態監測等，都已經上線使用。智慧書院也實現了書院實時簽到情況監測。目前，學校對師生飲食安全實施全流程管理、全方位追溯，對校園公車進行智能管控，同時實現了所有公共樓宇用電計量到戶，用水計量到樓。值得一提的是，學校通過多維數據融合對學生安全進行預警。據統計，準確率能夠達到97%以上。

打造類型重構和供給方式重構的“新資源”

圖3 西電資源建設模式

通過人工智能技術，成功重構了學校教學資源的供給方式，具體表現在四個方面：一是通過全程的教室錄像，實時自動生成視頻資源，積累和沉淀大量的課程資源；二是西電自主研發的搜索引擎集成平臺，優化生成了更多搜索引擎的結果，以這一引擎平臺為橋梁，教師如果在去教室上課路上想到了某個知識點或者案例資源，進入教室后即可通過搜索引擎找到想要的課程資源，并將其快速插入課件中，實現所想即所得的課件生成方式；三是西電智課平臺支持客戶端12 種語言的實時切換和翻譯，對于來華留學生上課而言，能夠有效解決語言障礙問題，同時“MOOC 出海”實現了“將中文課程中教師的語音識別成漢字→將漢字翻譯成其他語言→通過TTS 語音合成系統生成不同語言的音頻并合成視頻”，為海外各國提供相關的課程資源；四是西電基于人工智能與3D 數字人等技術，為教學視頻增加數字人虛擬教師，受到師生歡迎。

截至目前，西電已經實現課前、課中、課后的全流程覆蓋，竭力打造線上、線下協同的“雙空間”育人環境。據統計，當前西電全校資源總量累計約663 萬，教學題庫量超35.6 萬，覆蓋3500 余位教師，服務3.9萬余名學生。課程資源正以每天約1 萬的量持續增長。

基于人工智能技術的“新教學”

如圖4 所示，西電搭建了“三端四側”的智課平臺，以智課平臺建設引領教學模式改革。其中，“三端”包括移動端、實驗端和教室端，“四側”是指教師側、學生側、管理側和家長側。家長側為每位家長構建了一個個人賬號，通過學校數據共享，家長可以靜默地觀察孩子在學校的相關表現，如有沒有按時吃飯、參加了什么課外活動等等。

圖4 西電“三端四側”智課平臺架構

在課堂教學方面，西電構建了“雙師型”課堂，采用“線上AI 助教+線下教師”共同教學的模式（如圖5 所示）。從培養方案到教學大綱均進行了改革，將1/3的知識性講授課時交給線上AI 助教，有效減輕了教師的工作量。2019 年，全校約5000 名學生學習的“計算機導論與C 語言程序設計”課程，其中523 名學生參加了“雙師型課堂”試點班。最終，試點班學生比普通班學生的平均成績高出了8.92 分，而且高分段的學生特別多。而后，該平臺推廣應用于后續年級的學生。

圖5 西電“雙師型”課堂模式

西電智課平臺能夠對學生畢業論文的格式進行規范性智能檢測，并通過郵件方式將附帶批注的論文格式檢測報告自動發給指導教師。這將教師從煩瑣的格式修改工作中解放出來，集中精力于論文內容，解決了本科生、研究生、繼續教育學生畢業論文長久以來的痛點，顯著提升了畢業論文的質量。

三年疫情期間，西電建設了“遠程模電在線實驗”，身處家中或者宿舍的學生只要有一臺終端，即可依托“西電智課平臺”時時、處處通過云服務遠程訪問實驗室真實硬件設備開展實驗，而且物理設備的結果也會傳輸給學生，如同在實驗室中做實驗一樣，有效解決了學生不能到校但是需要做模電實驗的難題。

大數據支撐下的教育教學“新評價”

西電構建了本科生“十二大核心能力素養”綜合評價體系，實現了從“單一評價”向“綜合評價”的躍升。如圖6 所示，基于“飛環模型”理論，以體現學生能力素養的41 個能力點為飛環內層，以162 個能力因子為飛環外層，搭建學生核心能力素養及五育評價模型，通過“飛環”實現各“核心類”與“核心素養”及“五育”科學“握手”，打造實現基于“十二大核心能力素養”及“五育”雙維度學生能力證書評價體系。具體而言，學生發展中心基于“能力證書”評價與“職業性格測試”結果雙維度對比分析學生興趣點與期望能力點，從而形成本科生趣味性成長報告，并面向學生發布。

圖6 西電本科生“十二大核心能力素養”綜合評價體系

對于研究生，西電也從理想信念與道德倫理、學術-專業能力和可遷移能力3 個層面、10+1 項核心能力構建起基于客觀數據的研究生綜合能力評價模型，涵蓋619 項考察點，涉及超過1475 個具體評價點，構建了多元化的研究生綜合發展能力評價體系（如圖7所示）。2022 年起，學校為研究生頒發基于“西電教鏈”不可篡改的能力證書。證書所涉及的數據均利用區塊鏈技術不可篡改、可存證、可追溯的特點，從而為學生提供具有西電特色、官方認證、包含畢業祝愿以及能力評價的能力證書。

圖7 研究生能力評價體系

基于海量的伴隨性數據和學生能力評價數據，學校通過以下幾件事進一步提高數字化服務效能。

第一，以大數據支撐精準就業推薦。西電以就業大數據為支撐，采用自然語言處理技術和大數據分析算法，對招聘崗位需求進行層次化分類和可視化建模，并對歷史上去該單位工作學生的能力特征進行分析，與應屆生中具有該類能力特征的學生進行智能化匹配，實現雙向精準就業推薦。

第二，基于校園大數據實現學生心理健康監測及智能預警。西電針對學生心理健康問題，面向一個年級進行了嘗試，針對伴隨性數據的特征分析，通過構建的深度學習模型進行預測分析和智能預警，準確率高達92%以上。從而為提前干預學生心理健康贏得了時間，收效良好。

第三，構建面向教學課堂全過程的評價和預測。西電基于課堂過程中的多維度、立體化感知數據匯聚，對課堂班級學習情況進行了整體分析，實時預警，實現了從“結果性評價”向“伴隨式評價”的突破。同時，通過多種設備對學生上課的所有行為進行采集分析，在考試開始前預測出學生的最終考試成績，準確率達到90%。基于此，教師可以有的放矢地提前對一些學生進行干預或輔導，做到“一個都不能少”。

建立基于數據驅動的高校智治體系“新治理”

為解決業務辦理中線下表格繁多、重復填報、數據平臺類目不全、數據質量不高等問題，西電搭建了師生一張表，打通了個人、部門、非系統數據的采集、分配、審批以及輸出，優化了辦事流程，同時推進部門職能轉變、促進業務重構，建設了“一網受理、零次跑路、一次辦成”的場景式服務大廳。

為實現“數據多跑路，師生少跑路”，西電數據中臺和物聯中臺應需而生。其中，數據中臺推動數據交換共享，統一溯源，構建從匯聚、治理、共享到使用的業務數據全生命周期管理，包括統一數據集成管道、數據治理工具、統一數據開放平臺、數據智能門戶系統等；物聯中臺管理全校物聯設備的接入、治理和共享，完成物聯標準建立，覆蓋視頻、門禁、報警、消防、能源表計、終端屏顯、智能家居、環境控制、中心存儲等類型。據統計，目前數據中臺每天的數據交換量超過8 億條。此外，西電校長駕駛艙也為師生個人發展提供引導路徑，為學校決策、規劃、監管、評估提供科學支持（如圖8 所示）。

圖8 西電校長駕駛艙示意

2023 年4 月20 日，在教育廳的領導下，西電牽頭成立了西北高等教育數字化轉型聯盟，旨在推動重點學科協同創新、深化創新人才合作培養、促進數字化成果產學研轉換、共建數字化轉型服務平臺等方面的深入合作，推動更廣泛的資源對接、更適用的技術普適、更有效的經驗交流，加快建設“高等教育數字化戰略發展的實驗田”！