基于AI技術(shù)的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系的構(gòu)建與應(yīng)用*——以浙江大學(xué)為例

沈麗燕 李 萌 張紫徽 楊玉輝 張宇燕

基于AI技術(shù)的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系的構(gòu)建與應(yīng)用*——以浙江大學(xué)為例

沈麗燕 李 萌 張紫徽 楊玉輝 張宇燕

（浙江大學(xué) 信息技術(shù)中心，浙江杭州 310027）

當(dāng)前高校教育信息化建設(shè)已整體提升到新的高度，AI技術(shù)快速滲入教育教學(xué)各環(huán)節(jié)。然而總體而言，AI的應(yīng)用仍處于局部功能或場景應(yīng)用階段，亟需從生態(tài)學(xué)角度考慮其整體性、精準(zhǔn)性和聯(lián)動性，以謀求教學(xué)質(zhì)量的綜合提升、精準(zhǔn)教學(xué)的實施及智慧教育治理的有效變革?；诖耍恼陆Y(jié)合浙江大學(xué)實踐，從生態(tài)建設(shè)角度，聚焦基于AI技術(shù)的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系架構(gòu)的構(gòu)建，總結(jié)其人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法、教育治理等方面的實踐成效，以期在智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)上，為國內(nèi)高校全面進入基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系建設(shè)提供建設(shè)思路與實踐經(jīng)驗，同時為信息化教育教學(xué)理論研究上提供新的實踐成果，推動相關(guān)研究理論向前發(fā)展。

人工智能；智慧教學(xué)生態(tài)體系；知識圖譜；智能機器人助教

高等教育生態(tài)學(xué)研究起步于20世紀(jì)60年代。1966年，英國學(xué)者Ashby提出了“高等教育生態(tài)學(xué)”（Ecology of Higher Education）概念，開啟了用生態(tài)學(xué)的原理和方法研究高等教育之先河[1]。進入21世紀(jì)以來，我國對高等教育生態(tài)的關(guān)注也越來越重視，主要圍繞高等教育生態(tài)觀、高等教育生態(tài)環(huán)境、高等教育生態(tài)可持續(xù)發(fā)展等方面展開[2]。隨著信息技術(shù)在高校教學(xué)應(yīng)用中的不斷深入，信息技術(shù)成為高校教育生態(tài)中不可或缺的組成部分[3]。近年來，隨著我國教育新基建的整體推進[4]、以學(xué)生為中心的教育生態(tài)的提出[5]及高校智能教育的實踐[6]，基于AI的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系建設(shè)呼之欲出。然而現(xiàn)階段高校教育信息化實踐處于功能性建設(shè)階段，其整體性和智能性尚處于發(fā)展初期，各高校對于AI的探索仍停留在某一功能或場景的淺層應(yīng)用，從生態(tài)建設(shè)視角，構(gòu)建全鏈路一體化的教學(xué)生態(tài)體系尚處于探索階段。基于此，文章以AI技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞教學(xué)空間、平臺、資源、人員等因子，在探究部分高校相關(guān)方面建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體實踐，闡述了浙江大學(xué)智慧教學(xué)生態(tài)體系的發(fā)展沿革、建設(shè)、應(yīng)用實踐及成效，旨在探索加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法、教育治理改革，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)新路徑。

一 研究背景

高等教育生態(tài)學(xué)研究距今已有50余年歷史，強調(diào)所研究生態(tài)內(nèi)一切生態(tài)因子的存在狀態(tài)，以及它們之間和其與外部之間動態(tài)平衡的關(guān)系[7]。隨著信息技術(shù)對教育變革持續(xù)深入的影響，教育信息化領(lǐng)域的專家學(xué)者開始陸續(xù)將生態(tài)理論應(yīng)用于其中，如余勝泉[8]、祝智庭[9]等提出“教育信息生態(tài)”概念，強調(diào)教育信息生態(tài)的系統(tǒng)性、多樣性、協(xié)同性，凸顯人、技術(shù)、教學(xué)實踐之間的和諧互動。朱永海[10]和任友群等[11]進一步討論了教育信息化生態(tài)體系的組成要素、相互關(guān)系及信息技術(shù)與教育教學(xué)融合的困境。由此，隨著研究的不斷深入，教育信息化生態(tài)體系初步形成，而以AI為核心的教育信息化2.0時代的到來，使這一體系進一步得到完善，結(jié)合體系框架的構(gòu)建、實踐路徑、應(yīng)用場景等研究[12]，逐步形成了基于AI技術(shù)的新型智慧教育生態(tài)。文章立足高等教育教學(xué)過程中涉及的各類因子，結(jié)合上述教育信息化生態(tài)理論研究，祝智庭[13]、蔡寶來[14]的智慧教學(xué)相關(guān)理論研究及張海潮[15]等智慧教學(xué)生態(tài)研究成果，從具體教學(xué)實踐出發(fā)，總結(jié)出基于AI技術(shù)的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系是指：以AI技術(shù)為核心，依托智慧教學(xué)空間、智慧教學(xué)平臺、智能教學(xué)媒體、AI驅(qū)動引擎，連接教師、學(xué)生、教學(xué)管理者，形成智慧教學(xué)的全鏈路閉環(huán)生態(tài)體系，在體系內(nèi)建立起以云計算為基礎(chǔ)，以AI為引擎的教師、學(xué)生、資源、環(huán)境等各要素之間的數(shù)據(jù)交互流，形成以數(shù)智驅(qū)動的動態(tài)教學(xué)生態(tài)體系。

二 基于AI技術(shù)的高校智慧教學(xué)生態(tài)體系的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著以AI為核心的教育信息化2.0時代的到來，AI技術(shù)融入高校教學(xué)生態(tài)體系成為必然趨勢，高校智慧教學(xué)生態(tài)體系的構(gòu)建能夠有效推動高校教育現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)型變革，形成全流程、可視化、智能化的現(xiàn)代教育教學(xué)體系，因此越來越多的高校開始探索實施途徑并顯現(xiàn)出成效。清華大學(xué)結(jié)合“雨課堂”開展多模態(tài)融合式教學(xué)，其“未央計劃”“克隆班”、融合式課堂和全球公開課在國內(nèi)外取得巨大反響，有效促進了優(yōu)質(zhì)教育資源共享和教育公平。北京大學(xué)利用其教育資源中臺系統(tǒng)，為在校學(xué)生提供個性化資助學(xué)習(xí)途徑，自主設(shè)計學(xué)習(xí)計劃、安排學(xué)習(xí)進度、自主獲取課程資源和講座信息，構(gòu)建起個性化知識體系，改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。西安電子科技大學(xué)的智課平臺教學(xué)支撐體系，對線下課堂教學(xué)、線上同步課堂、學(xué)生自主學(xué)習(xí)等實現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效的大數(shù)據(jù)管理與分析，其利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)在學(xué)情分析、虛擬教師、論文檢測、在線遠(yuǎn)程實驗等方面發(fā)揮出重要的作用。以上高校分別從教學(xué)對象、教學(xué)資源、教學(xué)模式等多方面展開了系統(tǒng)探索，有力推動了各校智慧教學(xué)生態(tài)體系的形成。

浙江大學(xué)在以上各高校探索的基礎(chǔ)上，以“浙大云”為底座，集合教學(xué)對象、環(huán)境、資源、數(shù)據(jù)等多項因子，利用AI技術(shù)數(shù)智驅(qū)動，形成一套全流程動態(tài)閉環(huán)生態(tài)體系，通過實時動態(tài)數(shù)據(jù)流連通“智云課堂”“學(xué)在浙大”和智慧教室，結(jié)合AI技術(shù)、知識圖譜、學(xué)習(xí)分析技術(shù)形成教育大腦，以教師、學(xué)生、管理者為對象，構(gòu)建完成數(shù)字化教學(xué)組織、實施、分析、評價和管理體系，實現(xiàn)了數(shù)智驅(qū)動的全鏈路一體化智慧教學(xué)生態(tài)體系，在有效變革浙江大學(xué)教育教學(xué)及治理體系的同時，也為國內(nèi)高校基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)建設(shè)提供新的思路。接下來。本研究將系統(tǒng)介紹該體系的發(fā)展沿革、建設(shè)、應(yīng)用實踐和成效，以期為高校下一代全鏈路數(shù)智教學(xué)信息化建設(shè)提供思路。

三 浙江大學(xué)基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系

1 發(fā)展沿革

為滿足學(xué)校教學(xué)的階段性發(fā)展需求，浙江大學(xué)基于教學(xué)信息化的建設(shè)工作先后經(jīng)歷了多媒體播放系統(tǒng)、多媒體錄播系統(tǒng)、多媒體直錄播系統(tǒng)的演進過程。到2015年前后，AI技術(shù)滲入教育領(lǐng)域，原有系統(tǒng)無法滿足學(xué)校智能化教學(xué)需求，浙江大學(xué)提出了“網(wǎng)上浙大”的建設(shè)愿景，由此開始探索AI技術(shù)在直錄播系統(tǒng)、教學(xué)平臺、知識圖譜等方面的試點應(yīng)用并已產(chǎn)生初步成效。然而，2020年新冠疫情加速了學(xué)校整體在線教學(xué)、管理需求，為響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”號召，保障正常的教學(xué)秩序，學(xué)校開始全力推動構(gòu)建面向全體師生的以云計算為支撐體系、AI技術(shù)為核心，聯(lián)通智慧教室物理空間的智慧教學(xué)生態(tài)體系[16]。該體系與“學(xué)在浙大”[17]、教務(wù)系統(tǒng)、“浙大釘”等融合，囊括教學(xué)組織、實施、分析、評價、管理功能，形成無處不在的網(wǎng)上直播課堂，讓身處全球的學(xué)生都可以完成課堂同步學(xué)習(xí)；完成課程資源沉淀，實現(xiàn)即時回放，支撐學(xué)生的異步學(xué)習(xí)；結(jié)合AI分析技術(shù)，利用知識圖譜引擎，智能規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，使學(xué)生獲得個性化學(xué)習(xí)內(nèi)容推薦，實現(xiàn)千人千面教育形態(tài)；沉淀開課、選課、點名、簽到、閱讀、視頻觀看、課堂互動、作業(yè)、成績、課后討論等大量師生教學(xué)過程行為數(shù)據(jù)，通過AI分析技術(shù)，形成教師畫像、學(xué)生畫像、教學(xué)預(yù)警等分析結(jié)果，保障教學(xué)管理人員精準(zhǔn)的教務(wù)治理。目前，浙江大學(xué)基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系在整體上有效支撐了浙江大學(xué)智能教學(xué)需求，其影響輻射到區(qū)域和全球，獲得多項榮譽，取得教育部、省、市、校多級認(rèn)可，形成示范效應(yīng)。

2 體系建設(shè)

浙江大學(xué)在智慧教學(xué)生態(tài)體系的建設(shè)實踐中，以“為師生提供世界一流的智慧教育場景”為使命愿景，逐漸形成以知識圖譜（Knowledge Graph）為基礎(chǔ)，貫通智慧教室（Smart Classroom）、數(shù)智平臺（Platform）以及云服務(wù)（Cloud Service）為核心內(nèi)容的“K-CPS”智慧教學(xué)理論框架，以引領(lǐng)推進數(shù)智驅(qū)動人才培養(yǎng)全流程、實時記錄學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)全流域、韌性支撐融合教學(xué)全場景、智能分析教學(xué)評價全動態(tài)場景的實現(xiàn)。從架構(gòu)耦合的密切程度，智慧教學(xué)生態(tài)體系可以分為內(nèi)生態(tài)功能圈、交互生態(tài)鏈、外生態(tài)圈、智慧教學(xué)生態(tài)體系融合層四大層級，如圖1所示。

圖1 智慧教學(xué)生態(tài)體系

（1）內(nèi)生態(tài)功能圈

基于AI的智云課堂內(nèi)生態(tài)功能圈提供實時課堂的核心分析功能，通過智云課堂平臺接入教師講課音頻、錄播視頻、電子白板視頻等各類視、音頻流，利用AI技術(shù)，自動完成視、音頻流的音頻轉(zhuǎn)文字（電子筆記）、中文轉(zhuǎn)英文（同聲傳譯）、PPT概要識別（內(nèi)容縮略）、視頻中的人/物識別（自動標(biāo)簽）、課件標(biāo)簽生成（自動編目）等處理。內(nèi)生態(tài)功能圈涉及的功能包括：①基于AI的PPT識別功能。該功能將教師播放的PPT實時同步到課程直播頁面，解決PPT筆記問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的專注度。②基于AI的語音識別功能。該功能將教師講課的音頻信息進行AI識別并轉(zhuǎn)文字，形成多通道學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)效率。③基于AI的熱詞標(biāo)簽功能。通過自然語義理解技術(shù)，提取教師授課內(nèi)容的核心詞匯形成熱詞標(biāo)簽，快速理解課堂內(nèi)容。④基于AI的智能筆記功能。觀看直播課程的同時，在筆記區(qū)域輸入需要記錄的文字內(nèi)容，或直接在PPT顯示框中進行涂鴉筆記的勾畫，形成數(shù)據(jù)自動保存到個人中心，有利于拓展學(xué)生高階思維。

（2）交互生態(tài)鏈

交互生態(tài)鏈以智能視頻流矩陣為橋梁，連接裝有常態(tài)化錄播體系的智慧教室（含教學(xué)駕駛艙）學(xué)習(xí)環(huán)境，通過以智云課堂為核心的內(nèi)生態(tài)圈對課堂內(nèi)容進行實時AI分析處理，同步展現(xiàn)在智云課堂平臺、“學(xué)在浙大”課程平臺或相關(guān)直播媒體，同時實時形成的各類教、學(xué)數(shù)據(jù)回歸到教學(xué)駕駛艙和課程平臺，形成隱形的教學(xué)數(shù)據(jù)流，完成全流程教學(xué)生態(tài)數(shù)據(jù)交互。智云課堂通過連接智慧教室或其他直播視頻流，如博物館、實驗室、會場等現(xiàn)場直播，將教學(xué)現(xiàn)場的圖像、聲音和PPT通過智能視頻流矩陣推送到“智云課堂”平臺，形成無處不在的直播課堂；通過視頻錄播功能，形成視頻課程資源，利用AI技術(shù)自動將相關(guān)課程資源數(shù)據(jù)同步到智云課堂和“學(xué)在浙大”課程平臺的相應(yīng)課程、相應(yīng)章節(jié)，學(xué)生既可以在智云課程平臺上隨時觀看課程回放，也可以在課程平臺上復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)，留下學(xué)習(xí)痕跡，其在內(nèi)核層形成的所有數(shù)據(jù)同步映射到課程平臺相應(yīng)環(huán)節(jié)和教學(xué)駕駛艙，完成全流程教學(xué)數(shù)據(jù)沉淀與展示，為教學(xué)資源建設(shè)、學(xué)習(xí)分析、教學(xué)管理等環(huán)節(jié)提供保障。

（3）外生態(tài)圈

次外層作為外生態(tài)圈，連接“浙大云”、知識圖譜、AI引擎底座，“浙大云”作為強大的云計算平臺，以阿里飛天云為底座，保障每日海量的錄播視頻文件的存儲、高速流轉(zhuǎn)及海外鏈路的順暢；知識圖譜作為另一大引擎，結(jié)合智云課堂課程數(shù)據(jù)與“學(xué)在浙大”課程平臺學(xué)習(xí)軌跡，通過學(xué)習(xí)分析完成學(xué)生畫像，利用AI技術(shù)智能規(guī)劃學(xué)生學(xué)習(xí)路徑，完成個性化學(xué)習(xí)需求；AI引擎底座保障整個生態(tài)的智能邏輯計算能力。這一層級具體涉及基于AI的知識圖譜構(gòu)建與學(xué)習(xí)評測功能，具體為：結(jié)合語音識別、關(guān)鍵詞識別、熱詞標(biāo)簽的能力，形成課程語料庫及知識邏輯體系，利用人工智能算法，完成知識體系的邏輯匹配，逐步生成課程知識圖譜，通過學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，形成個人學(xué)習(xí)圖譜，對接課程知識圖譜，完成知識圖譜的反哺與學(xué)生畫像的形成，結(jié)合精準(zhǔn)推送算法，完成學(xué)生個性化、精準(zhǔn)化的知識構(gòu)建和推送[18]。

（4）智慧教學(xué)生態(tài)體系融合層

最外層是智慧教學(xué)生態(tài)體系融合層，其以教師、學(xué)生、管理者三大主體為具體對象，通過其不同的教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理行為所形成的實時動態(tài)數(shù)據(jù)流，完成與內(nèi)三層生態(tài)因子的實時交互，從而實現(xiàn)體系整體的動態(tài)融合和平衡。

四 浙江大學(xué)基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系的應(yīng)用

基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系是“網(wǎng)上浙大2.0”的重要組成，其致力于通過探索教育教學(xué)的多模態(tài)韌性關(guān)聯(lián)化、大規(guī)模精準(zhǔn)個性化、無邊界觸達(dá)全面化、多學(xué)科資源跨域化，搭建全場景教育教學(xué)生態(tài)體系。經(jīng)過近4年的實踐，該體系從多方面創(chuàng)新教學(xué)應(yīng)用改革，成效顯著。

1 應(yīng)用實踐

在浙江大學(xué)的教學(xué)實踐中，該體系作為一個有效整體從多個層面創(chuàng)新信息化教學(xué)形態(tài)、模式，推動學(xué)校教學(xué)模式、教育治理改革。

（1）云計算+AI語音、視頻分析技術(shù)，形成“見屏如面”教學(xué)新形態(tài)

基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系的全面應(yīng)用，使教師只需在教室或其他場域進行常規(guī)授課，就能同步實現(xiàn)全球?qū)W生的實時線上課堂。該體系利用AI語音、視頻分析技術(shù)和云計算服務(wù)，通過提供實時PPT、同聲傳譯、實時互動等一系列工具，形成“無感知異地授課”“無邊界課堂”“全真互聯(lián)課堂”等多種教學(xué)授課服務(wù)模式；同時，結(jié)合AR/VR技術(shù)，開展“AR實驗教學(xué)”“VR遠(yuǎn)程教學(xué)”，讓遠(yuǎn)端的學(xué)習(xí)體驗具有充分的沉浸感。浙江大學(xué)利用該體系中的教學(xué)直播功能、“浙大釘”APP開展實時線上課堂互動；利用教學(xué)錄播、點播、AI智能筆記支持異步在線學(xué)習(xí)；利用云計算并強化國際鏈路，有效保障遠(yuǎn)程課程的高清畫面、實時字幕及教學(xué)互動的即時性，成功地實現(xiàn)了全球化在線課堂的有效開展，保障了留學(xué)生群體的正常教學(xué)進程。疫情初期，浙江大學(xué)依托該體系，支撐分布在五大洲149個國家和地區(qū)的1300多名海外留學(xué)生開展了“見屏如面”的遠(yuǎn)程沉浸式在線教學(xué)。

（2）混合彈性課程+AI學(xué)習(xí)評測，形成校內(nèi)課堂同步等效的教學(xué)新模式

基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系的構(gòu)建實現(xiàn)了混合彈性課程模式，即線上線下、同步異步結(jié)合進行，支持多種學(xué)習(xí)模式同時存在。依托該體系，教師可以根據(jù)實際情況，選擇線上或線下組織課程；學(xué)生可以選擇同步學(xué)習(xí)，也可以課后參與學(xué)習(xí)活動。同時，教師的教學(xué)設(shè)計為線上和線下的學(xué)生提供同樣的教學(xué)活動，使用統(tǒng)一的教學(xué)評價，可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加靈活。此外，結(jié)合“AI學(xué)習(xí)評測”系統(tǒng)，構(gòu)建面向?qū)W生與教師的大數(shù)據(jù)綜合可視分析系統(tǒng)，可以支持學(xué)校師生的量化評估。根據(jù)學(xué)校教務(wù)成績分析，利用該體系支持課堂教學(xué)與評測，有效促進了學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高。對比浙江大學(xué)2018～2020兩學(xué)年線上活躍課程平均分，發(fā)現(xiàn)其整體呈上升趨勢，其中2019～2020學(xué)年整體增長1.06分，特別是管理學(xué)院（3.5分）、公共衛(wèi)生系（3.3分）、公共體育與藝術(shù)部（3.0分）增長明顯。2019～2020第二學(xué)期線上活躍課程（基于教學(xué)生態(tài)體系）同比2018～2019第二學(xué)期（傳統(tǒng)授課）的成績增量如圖2所示。

圖2 2019～2020第二學(xué)期線上活躍課程（基于生態(tài)體系）同比2018～2019第二學(xué)期（傳統(tǒng)授課）的成績增量

（3）知識圖譜+AI數(shù)據(jù)分析，形成課程內(nèi)容立體呈現(xiàn)新形態(tài)

隨著基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系支撐下的教育模式變化，浙江大學(xué)的課程形態(tài)也發(fā)生變革。從傳統(tǒng)課堂的線上“搬家”到強化課堂互動，再到智能教學(xué)，浙江大學(xué)通過采集學(xué)生全過程行為數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，形成了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分析報告，并利用AI數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以智能化分類的方法對學(xué)生進行合理的標(biāo)簽化。標(biāo)簽化指的是根據(jù)學(xué)生的基本屬性、課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)水平、考試水平等對用戶進行分組，精準(zhǔn)識別某一學(xué)生對知識點的掌握程度，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的精準(zhǔn)畫像。然后，智慧教學(xué)生態(tài)體系結(jié)合知識圖譜的知識推理功能，向?qū)W生提供智能化知識點的推送、布置個性化作業(yè)等，并提供智能助教，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。目前，浙江大學(xué)已完成“微積分”“現(xiàn)代教育技術(shù)”等學(xué)科知識圖譜的構(gòu)建，同時推出智能機器人助教，結(jié)合學(xué)生畫像，形成個性化、立體式課程內(nèi)容呈現(xiàn)形態(tài)。“微積分”智能機器人助教如圖3所示。

圖3 “微積分”智能機器人助教

（4）教學(xué)駕駛艙+校園大腦，匯通教學(xué)生態(tài)數(shù)據(jù)，推動教育治理新變革

基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系自動匯聚了全校師生的身份數(shù)據(jù)、全校的課程開設(shè)數(shù)據(jù)、學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、教師教學(xué)數(shù)據(jù)、學(xué)生評價數(shù)據(jù)等課前課后數(shù)據(jù)，教學(xué)駕駛艙的應(yīng)用將課中的即時數(shù)據(jù)予以收集，并應(yīng)用AI數(shù)據(jù)分析能力即時分析、推送、展示相應(yīng)結(jié)果，完成教學(xué)生態(tài)的全鏈路數(shù)據(jù)整合，使教師、輔導(dǎo)員、教學(xué)管理者整體了解學(xué)校的教與學(xué)情況。教學(xué)實踐中，教師在上課期間結(jié)合教學(xué)駕駛艙數(shù)據(jù)及時了解學(xué)生上課狀態(tài)，高效獲取學(xué)生的掌握水平和學(xué)習(xí)情緒，有針對性地調(diào)整教學(xué)方案，從而打破傳統(tǒng)以“教師為中心”的教學(xué)模式，發(fā)揮課堂的最大價值。浙江大學(xué)啟動“網(wǎng)上浙大”建設(shè)的同時建立全校統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，利用中樞協(xié)議和AI技術(shù)，構(gòu)建校園大腦，推進學(xué)校教育治理的整體變革；接入教學(xué)駕駛艙實時數(shù)據(jù)，匯通教學(xué)生態(tài)數(shù)據(jù)，彌補教學(xué)過程中課中數(shù)據(jù)的空缺，推進學(xué)校更加科學(xué)、精準(zhǔn)、智能的教育治理。浙江大學(xué)在2022年新落成的段永平教學(xué)樓160余間智慧教室中已普遍啟動“教學(xué)駕駛艙”功能，教師在上課過程中即能實時了解學(xué)生相關(guān)學(xué)習(xí)動態(tài)，同時數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)中心，根據(jù)不同需求發(fā)揮不同作用。

2 使用成效

當(dāng)前，浙江大學(xué)依托該體系，有效支撐學(xué)校疫情期間校內(nèi)、校外乃至國內(nèi)、國際整體教學(xué)秩序，并將浙江大學(xué)的教學(xué)信息化軟件、硬件、資源建設(shè)整體提升到一個新的高度。從數(shù)據(jù)上來看，截至2022年11月，該體系總計開設(shè)課程3.2萬余門次，囊括全校所有本科生、研究生課程，全部對校內(nèi)師生開放，浙江大學(xué)由此成為國內(nèi)首所全校課程全線上、全開放的高校。該體系基于AI技術(shù)分析智能熱詞145余萬條、PPT識別2250余萬頁、語音識別78余萬小時，連接教室800余間，日均直播課程2000余學(xué)時，用戶覆蓋149個國家地區(qū)，實現(xiàn)了資源的智能分析與無邊界共享。

浙江大學(xué)智慧教學(xué)生態(tài)體系的創(chuàng)新教學(xué)實踐，促進了學(xué)校教學(xué)形態(tài)的整體變化，滿足了疫情期間學(xué)校師、生分離所造成的授課特殊需求，探索出“空對空、空對地、地對空”等多個線上線下混合教學(xué)模式，通過視頻實時互動、同聲傳譯等功能為學(xué)生提供身臨其境的授課氛圍。新型的視頻課堂互動方式激發(fā)了線上線下課堂的活躍性和趣味性，大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析功能幫助確認(rèn)師生教學(xué)的痛點和難點，從而實現(xiàn)了線上線下混合教學(xué)向精準(zhǔn)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。同時，該生態(tài)體系推動教學(xué)評價和教育治理發(fā)生變革，基于學(xué)習(xí)經(jīng)歷的過程性評價數(shù)據(jù)被眾多教師納入綜合考評，并積極探索非認(rèn)知能力評價研究，開始形成更加全面、客觀的教育評價方式，實現(xiàn)全流程、可視化、智能化的現(xiàn)代教育治理體系。在此期間，浙江大學(xué)基于AI技術(shù)的智慧教學(xué)生態(tài)體系受到教育部、省、市、校等各級部門的廣泛關(guān)注，獲得多個獎項。在2022年召開的世界慕課大會上，教育部高教司吳巖司長首次將浙江大學(xué)教學(xué)實踐概括為“智慧教學(xué)生態(tài)”建設(shè)案例并介紹給參會的各國高校，給予了浙江大學(xué)極大的鼓舞。結(jié)合以上多方面應(yīng)用成效可見，該體系的建設(shè)將有助于推進高校教育信息化建設(shè)的整體性、智能性、交互性、實時性，形成自適應(yīng)動態(tài)平衡生態(tài)體系，有效提升教學(xué)、管理效率，完成教育現(xiàn)代化改革。

浙江大學(xué)基于AI的智慧教學(xué)生態(tài)體系建設(shè)和應(yīng)用實踐是教育信息化發(fā)展進程中的階段性產(chǎn)物，是在總結(jié)高校不同智慧教學(xué)實踐探索的基礎(chǔ)上對智慧教學(xué)模式的進一步優(yōu)化、提升和突破，并在實踐上取得了師生的認(rèn)可，具有很強的借鑒價值。隨著教育新基建的持續(xù)投入、信息技術(shù)的快速發(fā)展，特別是AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)的深入挖掘、5G通信技術(shù)的全面應(yīng)用、數(shù)字孿生校園的加快推進和元宇宙概念的普及，相信未來教學(xué)生態(tài)體系將呈現(xiàn)出不斷迭代的態(tài)勢，進一步朝著大規(guī)模、精準(zhǔn)化、多場景、融媒體的方向發(fā)展，為高等教育的開環(huán)、終身學(xué)習(xí)，以及智能化教學(xué)改革提供強大動力，并逐步發(fā)展成為新一代數(shù)字孿生校園的核心組成部分，為下一代基于元宇宙的新形態(tài)教育教學(xué)體系打下堅實的基礎(chǔ)。

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[5]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[OL].

[6]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[OL].

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The Construction and Application in Practice of Intelligent Teaching Ecosystem in Colleges and Universities Based on AI Technology——Taking Zhejiang University as an Example

SHEN Li-yan LI Meng ZHANG Zi-hui YANG Yu-hui ZHANG Yu-yan

At present, the informatization construction of university education has been promoted to a new height, and AI technology has been rapidly infiltrated into all aspects of education and teaching. However, in general, the application of AI is still in the stage of partial function or scene application, and its integrity, accuracy and linkage need to be considered from the perspective of ecology so as to seek the comprehensive improvement of teaching quality, the implementation of precision teaching, and the effective reform of intelligent education governance. Based on the practice of Zhejiang University, this paper focuses on the construction of AI based smart teaching ecosystem architecture in colleges and universities from the perspective of ecological construction, summarizes its practical achievements in talent training mode, teaching methods, education governance, etc., with a view to providing construction ideas and practical experience for domestic colleges and universities to comprehensively enter the construction of AI based smart teaching ecosystem on the basis of smart campus construction. At the same time, it provides new practical results for the theoretical research of information education and teaching, and promotes the development of relevant research theories.

artificial intelligence; smart teaching ecosystem; mapping knowledge domain; intelligent robot assistant

G40-057

A

1009—8097（2022）12—0085—08

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.12.010

本文為浙江省高等教育學(xué)會高等教育研究課題“基于知識圖譜，以O(shè)BE為導(dǎo)向的本科專業(yè)培養(yǎng)課程體系重構(gòu)模型研究”（項目編號：KT2021392）的階段性研究成果。

沈麗燕，工程師，碩士，研究方向為教育技術(shù)學(xué)、數(shù)字化學(xué)習(xí)，郵箱為shenliyan@zju.edu.cn。

2022年7月25日

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