基于ABCD的中小學(xué)智慧教育建設(shè)策略研究

徐嘯峰 徐語涵

摘要：智慧教育是我國智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)+建設(shè)的重要領(lǐng)域，各級教育部門、學(xué)校和企業(yè)均投入大量資金建設(shè)和研發(fā)了形式多樣的智慧教育系統(tǒng)。但從實際使用效果上來看，現(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)在減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負擔(dān)、提升學(xué)習(xí)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)習(xí)習(xí)慣等方面并不能達到預(yù)期的效果。該文結(jié)合最新的人工智能AI、區(qū)塊鏈BC、云計算CC、大數(shù)據(jù)BD技術(shù)發(fā)展，提出了利用ABCD技術(shù)對現(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)升級改造策略，從而能夠在今后實現(xiàn)幫助學(xué)生快樂學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)和個性學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：人工智能；區(qū)塊鏈；云計算；大數(shù)據(jù)；智慧教育

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）23-0193-02

中小學(xué)教育是傳授基礎(chǔ)知識，形成良好習(xí)慣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維的關(guān)鍵階段。中小學(xué)教育能否成功對學(xué)生今后的高等教育和工作生活將產(chǎn)生深遠的影響，將在很大程度上決定我國勞動力的素質(zhì)和技術(shù)水平。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，移動智能終端以及各類互聯(lián)網(wǎng)平臺廣泛普及和應(yīng)用，信息化已經(jīng)滲入了生活的各個方面。在教育領(lǐng)域信息化將不可避免地對中小學(xué)教育產(chǎn)生重大影響。事實上，國家和教育主管部門均認識到信息化可以有效解決中小學(xué)教育中的長期存在問題，先后出臺了一系列文件，指導(dǎo)教育信息化的建設(shè)工作。2016年，國務(wù)院《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見”》中提出：鼓勵互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與社會教育機構(gòu)根據(jù)市場需求開發(fā)數(shù)字教育資源，提供網(wǎng)絡(luò)化教育服務(wù)。鼓勵學(xué)校利用數(shù)字教育資源及教育服務(wù)平臺，逐步探索網(wǎng)絡(luò)化教育新模式，擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面，促進教育公平。2018年2月，國家教育部在2018年主要工作安排中提出：實施寬帶衛(wèi)星聯(lián)校試點行動、大教育資源共享計劃，百區(qū)千校萬課信息化示范工程，網(wǎng)絡(luò)扶智工程，推進智慧教育創(chuàng)新示范，普及推廣網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間應(yīng)用等。

1 現(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)的主要功能分析

現(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)主要圍繞“三通兩平臺”需求進行建設(shè)，典型功能架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的基礎(chǔ)是整合教育系統(tǒng)信息化資源，構(gòu)建教育云服務(wù)中心，為教育管理部門、學(xué)校管理者、老師、學(xué)生和家長提供教育管理、資源共享、輔助教學(xué)、家校溝通、互動交流、自助學(xué)習(xí)的統(tǒng)一平臺。系統(tǒng)通過對業(yè)務(wù)服務(wù)和應(yīng)用的整合，支撐應(yīng)用整合與開發(fā)，實現(xiàn)桌面門戶、移動客戶端、多媒體顯示屏等多種方式的綜合服務(wù)和交互能力。

現(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)在實現(xiàn)技術(shù)上主要采用了云計算、SOA軟件技術(shù)框架、數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)倉庫等技術(shù)。這類智慧教育系統(tǒng)主要解決了教育信息系統(tǒng)和資源的統(tǒng)一規(guī)范、數(shù)據(jù)共享、可管理可維護等技術(shù)問題，主要面向教育管理者和信息化建設(shè)部門。經(jīng)過近幾年的建設(shè)，不少城市（區(qū)縣）基于上述架構(gòu)的智慧教育系統(tǒng)已經(jīng)初步形成，已經(jīng)具備了進一步研發(fā)滿足前期由于基礎(chǔ)不具備而無法滿足的用戶使用需求，特別是針對廣大學(xué)生的需求。

2 中小學(xué)生的學(xué)習(xí)痛點分析

本文作者通過廣泛訪談中小學(xué)生，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的痛點主要包括如下幾個方面：1）學(xué)習(xí)遇到困難時，并不能有針對性地獲得及時幫助。這些困難包括書本不能看懂、作業(yè)不會做、自己擴展學(xué)習(xí)時的困惑等。需要指出的是，這些困難有些學(xué)生能夠說清楚，有些困難學(xué)生很難描述清晰，甚至有的困難學(xué)生本人都沒有意識到；2）不能進行高效的學(xué)習(xí)時間規(guī)劃。優(yōu)秀的學(xué)生往往在時間規(guī)劃方面有很好的表現(xiàn)。很多情況下學(xué)生學(xué)習(xí)到深夜并不總是因為作業(yè)太多，如果學(xué)生不能合理地安排學(xué)習(xí)時間，將導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率不高。對于廣大中小學(xué)生而言，往往不具備獨立進行高效時間規(guī)劃的能力，需要外部協(xié)助；3）寶貴的時間被浪費在一些非關(guān)鍵性的任務(wù)上。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)中有不少工作是事務(wù)性的，對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和提升沒有多大幫助，但學(xué)生需要花不少時間也完成。如錯題集整理往往需要學(xué)生大量的整理、查找和摘抄，消耗了大量的時間和精力。

從知識掌握的過程來看，學(xué)習(xí)一般包括三個階段：1）階段1從無知到知曉，典型過程就是老師授課，學(xué)生能夠根據(jù)授課內(nèi)容，完成單一知識點習(xí)題；2）階段2從知曉到掌握，典型過程是學(xué)生課后復(fù)習(xí)，單元/期中/期末考試等，學(xué)生能夠完成多個知識點的復(fù)雜習(xí)題；3）階段3從掌握到創(chuàng)新思維，典型過程是學(xué)生自發(fā)的思考，參加各類競賽等，學(xué)生能夠從全新的角度來利用所學(xué)知識解決問題。

一般而言，階段1是老師和學(xué)生產(chǎn)生交流和互動最多的階段，學(xué)生的問題一般能夠及時解決；階段2和階段3主要是學(xué)生自我學(xué)習(xí)的階段，又因為知識點較多，學(xué)生最容易產(chǎn)生困惑，但卻最少獲得幫助。階段2和階段3是智慧教育最能發(fā)揮作用的階段。

3 ABCD技術(shù)分析和建設(shè)策略

目前，人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展迅猛，把這些技術(shù)有技術(shù)有機融合到現(xiàn)有的智慧教育系統(tǒng)中，可以有效滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求并解決學(xué)習(xí)中的痛點。

3.1 人工智能（AI）-虛擬家庭教師

人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，通過了解人類智能的實質(zhì)，模擬人類智能，做出相應(yīng)反應(yīng)的智能系統(tǒng)，主要研究領(lǐng)域包括：語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

智慧教育中面向?qū)W生的人工智能系統(tǒng)可以認為是一個虛擬的家庭教師。技術(shù)上可以采用Agent+后臺分析系統(tǒng)方式實現(xiàn)。Agent安裝在學(xué)生使用的PAD、智能手機等設(shè)備上，主要負責(zé)以下工作：1）接收學(xué)生的問題（包括語音方式、圖片方式和文字方式），并能夠?qū)W(xué)生提出的不確定問題進行規(guī)范化；2）多種方式反饋問題的解決方法，如提供類似題目進行強化練習(xí)，提醒任課老師進行輔導(dǎo)，關(guān)鍵知識點講解等。

后臺分析系統(tǒng)是一個基于大數(shù)據(jù)分析和教育學(xué)規(guī)律的個性化、可干預(yù)、自反饋的智能系統(tǒng)。主要負責(zé)以下工作：1）根據(jù)采集到的各類學(xué)生相關(guān)信息，自動進行學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和動手能力的畫像；2）對各類信息進行動態(tài)歸類整理，提取關(guān)鍵信息；3）建立基于模糊計算的知識/規(guī)律體系，并完成前端Agent的問題反饋。

3.2 區(qū)塊鏈Block Chain–教育信息交易所

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式。由于智慧教育系統(tǒng)中存儲了大量學(xué)生個人信息和學(xué)習(xí)過程信息，這些信息一方面涉及隱私，同時也具有很高的商業(yè)價值，因此需要在合理保護的前提下，滿足各參與方的使用需求，確保這些信息沒有泄露或濫用。

基于區(qū)塊鏈可以構(gòu)建分層級的教育信息交易所，各參與方按照規(guī)則進行信息交易，參與方獲得人工智能分析所需要的信息，管理者可以對交易行為進行監(jiān)控和管理，形成一個健康、生態(tài)的信息供應(yīng)鏈，最終可以讓學(xué)生得到滿意的智能服務(wù)。

3.3 云計算cloud computing–高性能計算中心

云計算通過網(wǎng)絡(luò)給用戶提供可配置的計算資源共享池（包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù)等資源）。這些資源能夠被快速、按需提供給用戶，使用和管理成本較低。當(dāng)前云計算是一個比較成熟的技術(shù)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域（包括智慧教育）得到了廣泛應(yīng)用。但目前教育云計算平臺主要承載一些傳統(tǒng)教育信息管理系統(tǒng)，解決信息系統(tǒng)的集中部署、統(tǒng)一管理問題，服務(wù)器配置選擇上也基本采用標(biāo)準(zhǔn)配置。在今后的云計算平臺建設(shè)中，需要充分考慮人工智能、區(qū)塊鏈的高性能、準(zhǔn)實時計算需求，服務(wù)器和存儲選型配置上需要在標(biāo)準(zhǔn)配置的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。

3.4 大數(shù)據(jù)Big Data–中小學(xué)教育的虛擬平行世界

大數(shù)據(jù)在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍，采用了分布式的技術(shù)架構(gòu)，大數(shù)據(jù)具有4V的特征，即海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低。

中小學(xué)教育大數(shù)據(jù)以學(xué)生為本體，以時間為軸線，包括德智體美勞等多個維度，全面體現(xiàn)學(xué)生在中小學(xué)教育階段的各類信息（包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非機構(gòu)化信息），是學(xué)生在信息虛擬世界的鏡像和平行映射。這些信息將成為人工智能分析計算的基礎(chǔ)。這些信息一方面來源于學(xué)校和教育主管部門，包括：作業(yè)完成情況、考試成績、老師評語、教育政策、考試政策等，同時還來源于智慧教育系統(tǒng)運行維護企業(yè)或部門，包括：學(xué)生在使用智慧教育系統(tǒng)時產(chǎn)生的各種痕跡信息，家長的使用痕跡信息等。

4 基于ABCD中小學(xué)智慧教育系統(tǒng)的建設(shè)原則

1） 使用方便性，不帶來額外的系統(tǒng)使用學(xué)習(xí)負擔(dān)。2） 學(xué)習(xí)引導(dǎo)性，不能單純地提供題目答案，而是要幫助學(xué)生形成知識體系和學(xué)習(xí)方法。3） 練習(xí)高效性，盡量通過最少量的練習(xí)來讓學(xué)生掌握知識點。4） 運用自覺性，學(xué)習(xí)內(nèi)容和日常生活相結(jié)合，提升學(xué)習(xí)興趣，鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

同時ABCD技術(shù)也是在不斷完善和發(fā)展中的，為了避免ABCD技術(shù)的升級更新對智慧教育系統(tǒng)產(chǎn)生顛覆性的影響，特別要避免對歷史數(shù)據(jù)穩(wěn)定存儲的影響，ABCD要采用模塊化嵌入到現(xiàn)有系統(tǒng)中，通過服務(wù)接口和數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)系統(tǒng)間的相互調(diào)用。

5 結(jié)論

利用信息化手段來提升中小學(xué)教育效果和減輕學(xué)生負擔(dān)已經(jīng)成為一個趨勢，但由于中小學(xué)教育是一個復(fù)雜過程，涉及教學(xué)論、教育哲學(xué)、教育法學(xué)、教育管理學(xué)、教育心理學(xué)、教育社會學(xué)、比較教育學(xué)、教育統(tǒng)計學(xué)、教育傳播學(xué)、教育效益學(xué)等多門學(xué)科?，F(xiàn)有智慧教育系統(tǒng)功能上是難以滿足的，需要通過人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和云計算技術(shù)，對系統(tǒng)進行功能升級，其中云計算是基礎(chǔ)設(shè)施保障，區(qū)塊鏈?zhǔn)切畔⑹褂靡?guī)則保障，大數(shù)據(jù)是信息保障，人工智能是智能化保障。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育部2018年工作要點》的通知[EB/OL].（2018-2-1）.http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A02/s7049/201802/t20180206_326950.html.

【通聯(lián)編輯：唐一東】