人工智能技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐

劉 哲

（貴州食品工程職業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)快速創(chuàng)新的背景下，新型高職智慧校園建設(shè)已成為職業(yè)教育信息化發(fā)展的重要內(nèi)容。人工智能作為戰(zhàn)略性新興信息技術(shù)，因具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析、知識(shí)獲取、智能決策等能力，成為推動(dòng)高職教育智能化轉(zhuǎn)型，打造全新高職智慧校園的關(guān)鍵助力。構(gòu)建基于人工智能的高職智慧校園體系，將人工智能技術(shù)深度融合應(yīng)用于高職智慧校園信息系統(tǒng)，為學(xué)生、教師、管理人員等不同用戶群體提供智慧化服務(wù)，已成為高職智慧校園可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向。

1 人工智能技術(shù)概述

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者由數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和擴(kuò)展人類的智能，感知環(huán)境、獲取知識(shí)并使用知識(shí)獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)[1]。人工智能技術(shù)的主要研究方向包括機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理和計(jì)算機(jī)視覺等。機(jī)器學(xué)習(xí)模仿人類學(xué)習(xí)的過程，通過海量的數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行訓(xùn)練，以達(dá)到自我提高的目的。自然語(yǔ)言處理技術(shù)專注于使計(jì)算機(jī)能夠理解和生成人類語(yǔ)言，被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器翻譯等場(chǎng)景。

2 高職智慧校園發(fā)展歷程

高職智慧校園是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)等，對(duì)傳統(tǒng)高職校園的教學(xué)、科研、管理、生活等各個(gè)方面進(jìn)行深度的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化和協(xié)作一體化改造，為全校師生提供信息化、個(gè)性化、智慧化的服務(wù)體系和管理模式的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

我國(guó)高職智慧校園的發(fā)展歷程可劃分為3 個(gè)主要階段。

第一階段始于20 世紀(jì)80 年代，主要特征是利用初期的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立基礎(chǔ)的校園信息化架構(gòu)，重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)教育資源的電子化和數(shù)字化，數(shù)字校園的概念隨之誕生。數(shù)字校園作為高職智慧校園的萌芽階段，提出了如校園一卡通、電子圖書館、電子教案等典型應(yīng)用，極大地拓展了傳統(tǒng)校園教學(xué)和管理的維度[2]。然而在數(shù)字校園階段，盡管網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備得到建設(shè)，數(shù)字化資源得到開發(fā)，但是這些技術(shù)并未給教與學(xué)帶來根本性的變革，對(duì)教育的支持能力非常有限。

第二階段在2008 年美國(guó)IBM 公司提出 “智慧地球” 的概念后開始，國(guó)內(nèi)各高校紛紛著力籌劃和建設(shè)智慧校園1.0 版本。借助物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信等技術(shù)，提升了校園信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通和資源共享能力，實(shí)現(xiàn)了校園管理和教育教學(xué)方式的初步智能化，為師生提供了更加方便快捷的一站式服務(wù)。這一發(fā)展趨勢(shì)標(biāo)志著高職智慧校園建設(shè)開始從數(shù)字校園向以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐的智慧校園1.0 版本過渡，但是因其只能處理和解決單一、特定的工作任務(wù)，所以智慧校園的建設(shè)還停留在低層次智慧階段。

第三階段指的是近年來智慧校園2.0 版本的建設(shè)階段，人工智能已經(jīng)成為核心支撐技術(shù)。2018 年4 月，教育部頒布的《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》標(biāo)志著智慧校園2.0 版本建設(shè)階段正式開始。該計(jì)劃強(qiáng)調(diào)各級(jí)學(xué)校應(yīng)積極推動(dòng)智能教學(xué)環(huán)境的建設(shè)，促進(jìn)人工智能在校園建設(shè)和教育教學(xué)中廣泛應(yīng)用[3]。這一階段的智慧校園不僅在基礎(chǔ)信息化建設(shè)上有所提升，而且在智能化教學(xué)輔助、精準(zhǔn)的學(xué)生行為分析以及高效的校園管理等方面取得了顯著進(jìn)步，展現(xiàn)出更高層次的智能化和自動(dòng)化特征。

3 構(gòu)建基于人工智能的高職智慧校園體系

高智能的高職智慧校園體系通過集成人工智能技術(shù)優(yōu)化了校園的管理和運(yùn)營(yíng)效率，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)。體系包含5 個(gè)關(guān)鍵層次，各層之間高度協(xié)同，構(gòu)成一個(gè)高效、智能、互聯(lián)互通的智慧校園環(huán)境。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是高職智慧校園體系的基石，為體系提供必要的硬件和網(wǎng)絡(luò)支持。人工智能技術(shù)對(duì)路由器和交換機(jī)的算法優(yōu)化不僅能夠保證數(shù)據(jù)高效傳輸，還能為數(shù)據(jù)采集層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流?；A(chǔ)設(shè)施層的設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)直接影響著上層系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

3.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)從基礎(chǔ)設(shè)施層收集的數(shù)據(jù)中提取有效信息，數(shù)據(jù)包括視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)和用戶行為數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)是管理控制層智能決策的基礎(chǔ)，為應(yīng)用服務(wù)層的個(gè)性化服務(wù)提供必要的信息輸入。

3.3 管理控制層

管理控制層是數(shù)據(jù)采集層和應(yīng)用服務(wù)層之間的橋梁，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)技術(shù)，處理和分析收集的數(shù)據(jù)，生成有價(jià)值的管理決策。例如，智慧校園中對(duì)能源管理的優(yōu)化決策依賴于數(shù)據(jù)采集層提供的能耗數(shù)據(jù)，同時(shí)這些決策為提高應(yīng)用服務(wù)層中設(shè)施的使用效率提供指導(dǎo)意見。

3.4 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層直接面向高職智慧校園最終服務(wù)的教師和學(xué)生，為師生提供各種智能服務(wù)，如智能助手和個(gè)性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)。這些服務(wù)的有效性依賴于管理控制層提供的智能決策和指導(dǎo)。應(yīng)用服務(wù)層還收集用戶反饋和行為數(shù)據(jù)，并傳遞給數(shù)據(jù)采集層和管理控制層，以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。

3.5 用戶體驗(yàn)層

用戶體驗(yàn)層是高職智慧校園體系的最終輸出，關(guān)注的是用戶與智慧校園交互的直接體驗(yàn)，從智慧實(shí)訓(xùn)到健康監(jiān)測(cè)的體驗(yàn)質(zhì)量直接受到上層服務(wù)的影響。用戶的反饋和行為數(shù)據(jù)又成為基礎(chǔ)設(shè)施層和數(shù)據(jù)采集層持續(xù)優(yōu)化的推動(dòng)力。

4 人工智能技術(shù)在高職智慧校園中的創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 人工智能技術(shù)推進(jìn)個(gè)性化教學(xué)

4.1.1 自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)是高職智慧校園中融合機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力及進(jìn)度等個(gè)性化特征，分析和處理學(xué)生的學(xué)習(xí)和行為模式相關(guān)數(shù)據(jù)，有效識(shí)別學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，推薦合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容并定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，為每個(gè)學(xué)生提供針對(duì)性支持。例如，在計(jì)算機(jī)編程課程中，平臺(tái)可以通過分析在校學(xué)生的課后作業(yè)完成情況和考試測(cè)驗(yàn)成績(jī)，識(shí)別他們的知識(shí)掌握程度和問題解決能力，自動(dòng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的難易度并針對(duì)性布置練習(xí)任務(wù)。

4.1.2 智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)集成了虛擬現(xiàn)實(shí)與模擬技術(shù)，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，旨在模擬真實(shí)的工作環(huán)境和場(chǎng)景，在校園內(nèi)為高職學(xué)生提供實(shí)際操作和技能訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。例如，在汽修課程中，學(xué)生可以在智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)創(chuàng)建的模擬環(huán)境中練習(xí)汽車零部件的拆裝，系統(tǒng)將輔導(dǎo)學(xué)生完成操作。智慧實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用為高職教育提供了一個(gè)安全且高效的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，教師在平臺(tái)上的示范操作也有助于消除師生之間的溝通障礙[4]。

4.2 人工智能技術(shù)助力智慧化生活

4.2.1 智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過傳感器、智能穿戴設(shè)備和機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，在校園中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析學(xué)生的健康狀況。系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)心率、體溫、睡眠質(zhì)量等生理指標(biāo)獲取健康數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和分析，為在校生提供個(gè)性化的健康建議。例如，系統(tǒng)在識(shí)別到學(xué)生的睡眠時(shí)間和質(zhì)量下降后，將在第一時(shí)間建議其通過調(diào)整作息時(shí)間或加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)等方式來改善失眠的情況。

4.2.2 智能安防監(jiān)控系統(tǒng)

高職智慧校園中的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，集成了人工智能的關(guān)鍵技術(shù)如人臉識(shí)別和行為分析，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警校園內(nèi)的安全狀況，極大地提升了校園安全管理的效率和精確性。例如，在校園入口安裝的人臉識(shí)別攝像頭能夠快速識(shí)別學(xué)生和教職工并篩查陌生人，避免不法分子進(jìn)入校園。行為分析技術(shù)能夠在校園內(nèi)監(jiān)控非常規(guī)集聚等異常行為，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)會(huì)立即通知安保人員進(jìn)行處理[5]。

4.3 人工智能技術(shù)賦能自動(dòng)化管理

4.3.1 智能行政管理系統(tǒng)

智能行政管理系統(tǒng)在高職智慧校園中扮演著核心角色，集成先進(jìn)的人工智能技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，為校園行政管理注入智能化和自動(dòng)化的新動(dòng)力。該系統(tǒng)通過融合校園各部門的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程，構(gòu)筑一個(gè)高效的一體化管理平臺(tái)。系統(tǒng)的應(yīng)用范圍廣泛，覆蓋人事管理、財(cái)務(wù)處理等關(guān)鍵領(lǐng)域。在人事管理方面，系統(tǒng)能夠自動(dòng)處理教職工的招聘、考核與培訓(xùn)等一系列工作流程，大幅提升管理效率。在財(cái)務(wù)管理環(huán)節(jié)，自動(dòng)化的預(yù)算編制和報(bào)銷審核流程確保了財(cái)務(wù)操作的準(zhǔn)確性和透明度。

4.3.2 校園設(shè)施智能維護(hù)系統(tǒng)

高職智慧校園中的校園設(shè)施智能維護(hù)系統(tǒng)深度集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，能夠全面監(jiān)測(cè)與維護(hù)校園設(shè)施和設(shè)備。該系統(tǒng)通過各類傳感器和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)收集關(guān)于設(shè)施運(yùn)行狀況、能源消耗和維修需求等方面的數(shù)據(jù)，借助人工智能算法進(jìn)行深入分析和預(yù)測(cè)。系統(tǒng)還具備自動(dòng)規(guī)劃維護(hù)計(jì)劃和巡檢路線的能力，極大提高了維護(hù)工作的效率和響應(yīng)速度。智能維護(hù)系統(tǒng)主要應(yīng)用于校園維修中心、后勤管理部門等關(guān)鍵場(chǎng)景，不僅提升了設(shè)施維護(hù)的效率和可靠性，還有效降低了維護(hù)成本和能源消耗，使校內(nèi)設(shè)施能夠以更高效、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的方式運(yùn)營(yíng)。

5 結(jié)語(yǔ)

人工智能技術(shù)為高職教育的教學(xué)和管理提供了新的發(fā)展思路，使得高職教育更加貼合時(shí)代發(fā)展的需求。智慧校園的建設(shè)不僅依賴于先進(jìn)的人工智能等技術(shù)支撐，還需要深入理解教育過程中的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教育的深度融合。