基于人工智能的智慧校園建設(shè)框架及關(guān)鍵路徑

摘要：解讀智慧校園建設(shè)的必要性，探討了以人工智能為基礎(chǔ)智慧校園建設(shè)各個(gè)主體之間的關(guān)系及各自的需求，以“第一是用戶服務(wù)，關(guān)鍵是數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)為設(shè)施，規(guī)范為墻”作為準(zhǔn)則，探討基于人工智能的智慧校園建設(shè)框架四個(gè)層面的內(nèi)容，提出基于人工智能下建設(shè)智慧校園的關(guān)鍵路徑，為后續(xù)類似設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;智慧校園;建設(shè)框架

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）17-0083-03

1概述

快速發(fā)展的智能技術(shù)使人工智能成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。當(dāng)前，我國(guó)已制定較多關(guān)于教育層面的人工智能實(shí)施措施。如在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中，充分肯定了教育發(fā)展中人工智能的價(jià)值[1]。隨著不斷發(fā)展的人工智能，普高教學(xué)方案已經(jīng)將編程等學(xué)科納入其中[2]，校園場(chǎng)域?qū)⒉粩嗉{入人工智能?！督逃畔⒒?.0行動(dòng)計(jì)劃》對(duì)學(xué)校建設(shè)智慧教學(xué)環(huán)境做出了明確的要求，使校園建設(shè)和教學(xué)等方面的人工智能應(yīng)用得到進(jìn)一步推動(dòng)[3]。對(duì)于智慧校園的建設(shè)而言，人工智能的發(fā)展使其可能性和實(shí)現(xiàn)路徑更加多樣化，對(duì)智慧校園建設(shè)中如何應(yīng)用人工智能技術(shù)開展研究非常有必要。

2基于人工智能的智慧校園建設(shè)的框架設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1.1 設(shè)計(jì)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(guān)注點(diǎn)均是任何與其有關(guān)的教育教學(xué)活動(dòng)。因此，基于人工智能基礎(chǔ)上的智慧校園建設(shè)框架應(yīng)以人的需求作為重要依據(jù)。在校園活動(dòng)中，教育教學(xué)是其核心所在，校園核心主體則是學(xué)校師生，而管理有序是教育教學(xué)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(zhǎng)參與。而技術(shù)供應(yīng)和支持是智慧校園基于人工智能的前提，即在建設(shè)智慧校園時(shí)技術(shù)供應(yīng)商和工作人員也必須有所參與。上述分析中有關(guān)主體的關(guān)系如下圖1所示。

2.1.2設(shè)計(jì)思路

從現(xiàn)有文獻(xiàn)上看，分層設(shè)計(jì)是智慧校園建設(shè)框架的主要構(gòu)建方式。但分層設(shè)計(jì)往往會(huì)過于看重技術(shù)和管理，而忽略用戶需求和教育本質(zhì)的考慮。因此，筆者認(rèn)為，在通過分層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)基于“以用戶為中心”的理念，除了要在整體上協(xié)調(diào)好應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)處理等，還需考慮技術(shù)規(guī)范性發(fā)展情況，設(shè)計(jì)時(shí)以“第一是用戶服務(wù)，關(guān)鍵是數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)為設(shè)施，規(guī)范為墻”作為準(zhǔn)則。思路如下圖2。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于設(shè)計(jì)的需求以及思路設(shè)計(jì)人工智能建構(gòu)的智慧校園建設(shè)框架：以用戶為中心的服務(wù)理念的基礎(chǔ)上，彰顯分層設(shè)計(jì)思想，以上述準(zhǔn)則為遵守，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)層、技術(shù)規(guī)范層。如下圖3所示。

2.2.1基礎(chǔ)設(shè)施層

在智慧校園平臺(tái)中，基礎(chǔ)設(shè)施層是基礎(chǔ)保障，要想實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)必須要有高速網(wǎng)絡(luò)的支持。基礎(chǔ)設(shè)施層包括軟硬件、資料庫(kù)與服務(wù)器四個(gè)部分的內(nèi)容。設(shè)置硬件主要是為了運(yùn)行軟件系統(tǒng)并給予相應(yīng)的物質(zhì)載體，具體包括定位和感知等設(shè)備，配置有關(guān)設(shè)備可以為精準(zhǔn)定位、互聯(lián)互通等功能的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)保障。軟件系統(tǒng)是核心所在，其可以實(shí)時(shí)捕獲和存儲(chǔ)校園相關(guān)數(shù)據(jù)，奠定數(shù)據(jù)分析等功能基礎(chǔ)。資料庫(kù)以及服務(wù)器的設(shè)置目的在于用于有關(guān)信息存儲(chǔ)和匯集的載體，各有關(guān)配置需統(tǒng)一進(jìn)行架構(gòu)和協(xié)調(diào)，并做好存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的工作。

2.2.2數(shù)據(jù)平臺(tái)層

數(shù)據(jù)平臺(tái)層是實(shí)現(xiàn)智慧校園云端運(yùn)算和服務(wù)的支撐中心，其功能主要包括運(yùn)算處理有關(guān)數(shù)據(jù)，為改善應(yīng)用服務(wù)提供必要支持。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法有所不同，以人工智能技術(shù)處理數(shù)據(jù)時(shí)具有個(gè)性化和預(yù)測(cè)性等特點(diǎn)。第一是在處理個(gè)性化數(shù)據(jù)時(shí)，可通過特定算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如采用聚類算法等區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中學(xué)生的不同行為類別，并概括各模式，以提供給用戶行為的識(shí)別和優(yōu)化一定的基礎(chǔ)。第二是篩選性數(shù)據(jù)在處理時(shí)，可采用智能分類技術(shù)抽取和融合有關(guān)信息，篩選出價(jià)值較高的信息，并基于其來源和類別分別組織和管理有關(guān)信息，以滿足不同群體的個(gè)性化需要。

2.2.3應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層主要包括智能教育和管理等方面內(nèi)容。其通過開放協(xié)同的服務(wù)架構(gòu)，建造滿足群體認(rèn)知風(fēng)格和技術(shù)需要的終端體驗(yàn)服務(wù)。第一是其核心在于智能化課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)，可以進(jìn)行教學(xué)行為和定制服務(wù)等功能的有效構(gòu)建。第二是以教學(xué)、后勤等作為智能管理指向，使各管理層級(jí)的信息不僅可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立流動(dòng)，還可在聯(lián)動(dòng)過程中共享信息，確保精準(zhǔn)決策和高效服務(wù)。第三是以提供校園資訊、娛樂和服務(wù)等作為智能生活重要內(nèi)容，打造校園生活智能和便捷一體化空間，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶需求與有關(guān)狀況，提供個(gè)性化服務(wù)給用戶生活管理。

2.2.4技術(shù)規(guī)范層

技術(shù)規(guī)范層是信息技術(shù)服務(wù)等的規(guī)范。物理規(guī)范包括檢測(cè)設(shè)備和安全等，網(wǎng)絡(luò)規(guī)范包括防范入侵和防護(hù)惡意代碼等，數(shù)據(jù)規(guī)范包括規(guī)范的存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)?，?yīng)用規(guī)范包括設(shè)定各應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)。建設(shè)技術(shù)規(guī)范層的目的在于有效回應(yīng)技術(shù)的合理應(yīng)用，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要防護(hù)墻。其重點(diǎn)是防范和預(yù)警技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)化技術(shù)使用及其倫理的監(jiān)管，以避免技術(shù)所帶來的負(fù)面影響。

3 關(guān)鍵路徑

僅有宏觀層面上的建設(shè)人工智能場(chǎng)域下的智慧校園框架的頂層設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其能否順利實(shí)施還需對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵路徑進(jìn)行探討。具體包括如下幾點(diǎn)：

3.1打造泛在互聯(lián)型的智能教育環(huán)境

智能技術(shù)教育是學(xué)校新機(jī)遇，具體應(yīng)該在智能教育環(huán)境中進(jìn)行教育應(yīng)用的落地建構(gòu)。一是可以通過5G等技術(shù)系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)智能學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)云平臺(tái)的構(gòu)建，突破各類限制，實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)學(xué)校內(nèi)和學(xué)校間虛擬的學(xué)習(xí)社區(qū)[4]，并對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使智能導(dǎo)師和同伴系統(tǒng)的支持學(xué)習(xí)功能得到充分發(fā)揮，使學(xué)生在線學(xué)習(xí)時(shí)可從教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和資源。二是應(yīng)重視集成和整合物聯(lián)網(wǎng)與教育專網(wǎng)等多類網(wǎng)絡(luò)，以在創(chuàng)設(shè)智能教學(xué)環(huán)境時(shí)形成智能互聯(lián)等校園環(huán)境，教師可根據(jù)具體的教學(xué)需要靈活進(jìn)行終端的切換，打破相關(guān)技術(shù)壁壘，在網(wǎng)絡(luò)教研社區(qū)中教師可以跨校開展教研，便于提升教育質(zhì)量并使傳統(tǒng)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(wù)平臺(tái)

人工智能智慧校園的建設(shè)質(zhì)量受到智能資源和決策服務(wù)的影響[5]，其應(yīng)該使“以用戶服務(wù)為中心”的核心理念得到充分體現(xiàn)。因此，在人工智能智慧校園搭建時(shí)必須要重視師生本位的智能教育決策和服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。一是在學(xué)?？梢酝ㄟ^整合各類網(wǎng)絡(luò)資源，通過智能技術(shù)手段聯(lián)整教育資源，構(gòu)建智能化和個(gè)性化的資源管理系統(tǒng)。也可針對(duì)校內(nèi)教學(xué)資源需求和使用行為等進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)和評(píng)量，對(duì)師生教育資源需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)把握[6]，以使資源得到更好地傳遞和供給。二是可結(jié)合人工智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)，診斷和定位教師和學(xué)生的教育狀態(tài)，并根據(jù)教師和學(xué)生的教育狀態(tài)對(duì)教育人工智能算法進(jìn)行優(yōu)化，以對(duì)學(xué)生能力和心理等方面開展智能評(píng)價(jià)，為因材施教的教學(xué)提供指導(dǎo)，提升人工智能在教育層面的決策科學(xué)性。

3.3統(tǒng)籌構(gòu)建智能教育大數(shù)據(jù)治理體系

在人工智能發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)治理是關(guān)鍵影響因素[7]。對(duì)于智能教育數(shù)據(jù)服務(wù)方向而言，智能教育大數(shù)據(jù)治理體系的統(tǒng)籌構(gòu)建有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。一是要重視管理智能教育數(shù)據(jù)的質(zhì)量。學(xué)校應(yīng)和第三方技術(shù)公司等聯(lián)合建構(gòu)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理組，主要面向治理數(shù)據(jù)的采集、管理與整合，并對(duì)違規(guī)數(shù)據(jù)進(jìn)行攔截，加密防護(hù)隱私數(shù)據(jù)等。二是應(yīng)強(qiáng)化對(duì)采集和分析數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管。建構(gòu)有一定可操作性的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)數(shù)據(jù)處理所出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并制定相應(yīng)的監(jiān)管制度[8]，確保科學(xué)采集、精準(zhǔn)分析相關(guān)教育數(shù)據(jù)。三是強(qiáng)化學(xué)校治理數(shù)據(jù)的能力，并提升管理者、教師和學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)問題和規(guī)律的把控能力，引導(dǎo)有關(guān)人員思考信息保密等問題。

3.4優(yōu)化智能技術(shù)監(jiān)管機(jī)制及倫理規(guī)范體系

為規(guī)范人工智能智慧校園體系，應(yīng)重視對(duì)監(jiān)管機(jī)制和倫理規(guī)范體系的優(yōu)化，對(duì)相關(guān)工作空間和流程進(jìn)行優(yōu)化。一是應(yīng)對(duì)相關(guān)算法和數(shù)據(jù)監(jiān)管制度進(jìn)行完善。在一定程度上，算法和數(shù)據(jù)決定了教育人工智能成效質(zhì)量[9]，有關(guān)用戶難以發(fā)現(xiàn)相關(guān)算法的設(shè)計(jì)原則及風(fēng)險(xiǎn)漏洞等，在進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)偏差，因此應(yīng)提高對(duì)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(guī)范。在開發(fā)和應(yīng)用教育人工智能時(shí)，各方參與者的利益訴求都會(huì)有所涉及，具體可以建立相關(guān)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可由各方核心參與者聯(lián)合建立倫理審查辦公室，避免因利益不同而導(dǎo)致的倫理風(fēng)險(xiǎn)，引導(dǎo)其發(fā)展方向，保障教育公共利益。

4 結(jié)語(yǔ)

在智慧校園建設(shè)時(shí)，通過人工智能進(jìn)行賦能可以使校園邁向智能形態(tài)。在建設(shè)智慧校園時(shí)，人工智能有多大的應(yīng)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(gòu)建人工智能基礎(chǔ)上的智慧校園時(shí)，應(yīng)基于教育公共利益、教師與學(xué)生發(fā)展的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)總體框架。人工智能下的智慧校園建設(shè)除了需要考慮智能技術(shù)之外，更重要的核心還是“人”，應(yīng)重視智慧校園建設(shè)中的人文關(guān)懷、人員發(fā)展和教育公共利益。智慧校園在通過人工智能進(jìn)行賦能助力還有較大發(fā)展空間，無論是技術(shù)層面的整合、校園基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，還是監(jiān)管制度的完善等都有一定的挑戰(zhàn)。智慧校園在通過人工智能進(jìn)行賦能的未來發(fā)展中，如何在確保技術(shù)效能的情況下，兼具人文關(guān)懷還需做出進(jìn)一步研究。

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收稿日期：2021-05-25

作者簡(jiǎn)介：鄭超（1992—），男，天津人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)榻逃畔⒒ㄔO(shè)、運(yùn)行及維護(hù)管理。