基于人工智能的“數(shù)字彩虹”管理模式探索

□文/潘曉燕 張?jiān)谰?馮冬怡 杭州第十四中學(xué)

杭州第十四中學(xué)是浙江省歷史悠久的百年名校，是浙江省一級(jí)重點(diǎn)中學(xué)，是全國(guó)和浙江省首批數(shù)字校園示范學(xué)校。

近年來(lái)，人工智能的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)校信息化管理的提升。為適應(yīng)浙江省教育教學(xué)的深度改革，結(jié)合實(shí)際，學(xué)校設(shè)立了“信息技術(shù)促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展模式探索”研究課題，并于2012年開(kāi)始著手規(guī)劃基于學(xué)校“容短促長(zhǎng)·追求卓越”差異化發(fā)展模式的數(shù)字彩虹工程（Digital RainbowProject，簡(jiǎn)稱(chēng)DRP），其內(nèi)容包括“數(shù)字彩虹”課程、“數(shù)字彩虹”課堂、“數(shù)字彩虹”管理等三大方面。

目前，學(xué)?！皵?shù)字彩虹”管理基于新課程走班教學(xué)管理模式，全面整合優(yōu)化學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，提高了學(xué)校管理的效率，為高中新課改的順利實(shí)施提供了全面保障。

探索“數(shù)字彩虹”管理 推動(dòng)教育深度改革

建設(shè)目標(biāo)：統(tǒng)一平臺(tái)，深度融合

為更好地落實(shí)深化課程改革，學(xué)校希望通過(guò)“彩虹管理”實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)字應(yīng)用與教育教學(xué)管理良好銜接，解決課程改革所需要的教師、學(xué)生、課程的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)問(wèn)題?！皵?shù)字彩虹”建設(shè)目標(biāo)是通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)的支持，統(tǒng)一建站、統(tǒng)一管理，分級(jí)授權(quán)，細(xì)化單位和個(gè)人的職責(zé)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建設(shè)與教學(xué)管理改革的深度融合，以實(shí)現(xiàn)教育改革的全方位現(xiàn)代化。

平臺(tái)架構(gòu)：一個(gè)中心、多種功能

學(xué)校數(shù)字“彩虹管理”以智能化管理為特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化地打造集新型教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究為一體的校園平臺(tái)系統(tǒng)，形成“兩校區(qū)一中心、三縱四橫多功能”格局，基于統(tǒng)一構(gòu)架的高度集成的數(shù)字化平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)校園的智慧化管理（如圖1）。

圖1 杭十四中“彩虹管理”整體框架

管理模式：兩種途徑，六大系統(tǒng)

學(xué)校圍繞“一個(gè)目標(biāo)，兩種途徑，三個(gè)原則，四個(gè)保障”開(kāi)展數(shù)字彩虹管理建設(shè)，即以學(xué)生個(gè)性化成長(zhǎng)和教師專(zhuān)業(yè)化發(fā)展為目標(biāo)，以“彩虹學(xué)堂”和“彩虹管理”為兩個(gè)主要實(shí)現(xiàn)的途徑，以團(tuán)隊(duì)合作、科研引領(lǐng)、全員培訓(xùn)和制度建設(shè)為保障，在建設(shè)與需求相匹配、理念與技術(shù)相融合、課堂和課外相交叉為原則的基礎(chǔ)上，從學(xué)校實(shí)際出發(fā)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。學(xué)校先后完成了硬件基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)字校園基礎(chǔ)平臺(tái)、教育教學(xué)管理系統(tǒng)、信息化管理移動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)、學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)這六大工程，顯著改善了杭州第十四中學(xué)的信息化環(huán)境，學(xué)校教育管理信息化建設(shè)有了飛躍提升。

實(shí)施“數(shù)字彩虹”管理 實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破

在杭州第十四中學(xué)，人工智能的應(yīng)用打破了原有的教學(xué)和管理方式，為教育教學(xué)活動(dòng)提供了更多的解決方案。

人工智能輔助學(xué)生健康監(jiān)測(cè)

走讀生每天早晨入校都需要進(jìn)行健康碼和體溫的檢測(cè)，耗費(fèi)人力和時(shí)間。學(xué)校結(jié)合智慧校園軟件系統(tǒng)，引進(jìn)以“熱成像技術(shù)”和“人工智能”技術(shù)結(jié)合的一體化學(xué)生健康保障系統(tǒng)，即“5G健康一碼通”人臉識(shí)別系統(tǒng)（如圖2）。通過(guò)5G信號(hào)實(shí)時(shí)上傳學(xué)生的刷臉信息至杭州城市大腦中樞平臺(tái)并進(jìn)行比對(duì)，獲取健康碼狀態(tài)后反饋下載，同時(shí)進(jìn)行體溫核查，前端設(shè)備顯示健康碼狀態(tài)及體溫情況。當(dāng)健康碼和體溫正常的情況下，設(shè)備提示通行并語(yǔ)音播報(bào)，整個(gè)過(guò)程不超過(guò)2秒，無(wú)需刷身份證、市民卡。全校師生無(wú)需摘下口罩就能在攝像頭前刷臉，不但大大提高師生入校通行效率，而且大大提高了防疫安全。

圖2 杭十四中“5G健康一碼通”人臉識(shí)別系統(tǒng)

人工智能輔助精細(xì)德育評(píng)價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)人人參與、時(shí)時(shí)管理的全員全程德育管理，學(xué)校開(kāi)發(fā)使用了德育信息化移動(dòng)管理系統(tǒng)，運(yùn)用智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息及時(shí)有效發(fā)布和反饋，管理人員隨時(shí)隨地查看學(xué)生一日常規(guī)情況，最大程度地做到信息無(wú)縫對(duì)接，落實(shí)全員德育。該系統(tǒng)由學(xué)生常規(guī)德育、個(gè)性發(fā)展自我評(píng)價(jià)、特長(zhǎng)及成果、課業(yè)考試成績(jī)登記表等內(nèi)容構(gòu)成。教師通過(guò)日常的考核、登記、評(píng)價(jià)等，完成對(duì)學(xué)生常規(guī)德育管理的過(guò)程性評(píng)價(jià)，并通過(guò)后臺(tái)增強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、整理、甄別、分析，逐步啟動(dòng)學(xué)生的自助評(píng)估、動(dòng)態(tài)評(píng)估和個(gè)體發(fā)展評(píng)估等，形成學(xué)生學(xué)業(yè)水平和常規(guī)管理的發(fā)展性評(píng)估系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)字化來(lái)強(qiáng)化學(xué)生的自我管理意識(shí)，激勵(lì)學(xué)生健康發(fā)展。

學(xué)生綜合素質(zhì)考評(píng)系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生的成長(zhǎng)記錄、考試成績(jī)、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、綜合實(shí)踐活動(dòng)成果和個(gè)性特長(zhǎng)成果等內(nèi)容記錄在個(gè)人綜合素質(zhì)檔案內(nèi)，以學(xué)生電子信息包的形式最后呈現(xiàn)。

人工智能輔助精準(zhǔn)教學(xué)管理

學(xué)校結(jié)合分層教學(xué)特點(diǎn)和精準(zhǔn)教學(xué)發(fā)展目標(biāo)，運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、知識(shí)圖譜構(gòu)建等技術(shù)，開(kāi)展學(xué)情分析、學(xué)習(xí)診斷和分層教學(xué)，助力教師精準(zhǔn)教學(xué)。

學(xué)情追蹤系統(tǒng)支撐個(gè)性化教學(xué)。杭州第十四中學(xué)通過(guò)采集日常教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，供學(xué)校教學(xué)管理部門(mén)、學(xué)科教師、學(xué)生及家長(zhǎng)共享，促進(jìn)教學(xué)的過(guò)程性管理，提升教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)系統(tǒng)的“知識(shí)得分率”模塊，教師能夠?qū)崟r(shí)了解到所授班級(jí)具體學(xué)科，具體知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，與年級(jí)掌握情況作對(duì)比。學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)整理自己的錯(cuò)題集，下載打印題干、原作答、知識(shí)點(diǎn)、難度等信息，提升學(xué)科知識(shí)能力。

人工智能輔助落實(shí)新高考

學(xué)校開(kāi)發(fā)了教務(wù)系統(tǒng)，包括智能選課、學(xué)分認(rèn)定、走班管理等多個(gè)子系統(tǒng)。該教務(wù)管理系統(tǒng)包含了制定教學(xué)計(jì)劃、排課管理、學(xué)籍管理、考試管理、成績(jī)管理、教材管理、畢業(yè)管理、教學(xué)工作量統(tǒng)計(jì)等功能，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的信息管理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代技術(shù)，學(xué)校實(shí)現(xiàn)了教務(wù)常規(guī)管理科學(xué)化的運(yùn)作，保障了走班教學(xué)管理的有序性。

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室

數(shù)字化化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)室

通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

學(xué)校建立了教學(xué)質(zhì)量管理信息化體系，實(shí)行全方位、全過(guò)程的教學(xué)質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)效果的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。學(xué)校打造的基于智慧班牌的走班教學(xué)管理系統(tǒng)正是基于以上理念開(kāi)發(fā)的（如圖3）。該系統(tǒng)以教務(wù)系統(tǒng)為中心，以智慧班牌為展示平臺(tái)，及時(shí)將教務(wù)數(shù)據(jù)推送到前端，學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)走班考勤、互動(dòng)查詢(xún)，加強(qiáng)學(xué)生自我評(píng)價(jià)，完善教學(xué)質(zhì)量?jī)?nèi)控機(jī)制。高考制度的改革對(duì)學(xué)生的職業(yè)生涯規(guī)劃的管理提出了新的需求。為了適應(yīng)這一需求，學(xué)校建設(shè)了學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃管理系統(tǒng)。學(xué)生可在平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)職業(yè)傾向的測(cè)試，完成職業(yè)生涯規(guī)劃報(bào)告書(shū)，為走班教學(xué)的過(guò)程化管理打下基礎(chǔ)。學(xué)?；跉v年高考數(shù)據(jù)的模擬分析，將學(xué)生的?？汲煽?jī)模擬換算成全省排名，推薦出符合其“七選三”選課最優(yōu)組合及最大概率高考院校，幫助學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)方向，幫助學(xué)校調(diào)整教學(xué)模式。

圖3 杭十四中走班教學(xué)管理系統(tǒng)

“數(shù)字彩虹”管理建設(shè)成效

“數(shù)字彩虹”管理顯著改善了杭州第十四中學(xué)師生教學(xué)及學(xué)習(xí)的信息化環(huán)境，并建立了一套與信息化相適應(yīng)的教學(xué)管理體制，出臺(tái)了相應(yīng)的《杭十四中綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)方案》，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程管理和多元評(píng)價(jià)。學(xué)校信息化管理的突破性建設(shè)對(duì)當(dāng)下高中旨在促進(jìn)學(xué)生差異發(fā)展的課程改革起到了關(guān)鍵性的作用。

2017年，杭州第十四中學(xué)課題《數(shù)字彩虹工程（DRP）促進(jìn)學(xué)生差異化個(gè)性化發(fā)展模式的實(shí)踐研究》獲杭州市教育科研優(yōu)秀成果二等獎(jiǎng)，學(xué)校被評(píng)為浙江省教師信息技術(shù)提升工程培訓(xùn)示范學(xué)校，信息化案例《建設(shè)數(shù)字“彩虹學(xué)堂”促進(jìn)學(xué)生差異發(fā)展》被評(píng)為全國(guó)100個(gè)基礎(chǔ)教育信息化典型應(yīng)用案例。2019年，學(xué)校成為浙江省區(qū)域和學(xué)校整體推進(jìn)智慧教育綜合試點(diǎn)學(xué)校。2020年，杭州第十四中學(xué)“人工智能輔助落實(shí)新高考”項(xiàng)目成功入選杭州市首批30項(xiàng)人工智能項(xiàng)目方案。2021年，學(xué)校獲評(píng)“杭州市數(shù)字校園標(biāo)桿?！?。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，各行各業(yè)都將迎來(lái)一場(chǎng)智能化的革命，教育也一樣。在人工智能技術(shù)的輔助下，教師角色定位的改變、學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)的提升，能夠推動(dòng)教育事業(yè)的改革與創(chuàng)新。杭州第十四中學(xué)將進(jìn)一步深入探索人工智能教育和人工智能管理的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和多樣化發(fā)展?！?/p>

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