人工智能在中小学及学前教育管理中的应用

2018-02-22李鹏华

现代交际 2018年2期

李鹏华

摘要：以人工智能为核心的物联网、大数据、云计算的综合系统，在各行各业已经开始大规模使用。在中小学及学前教育的管理中，物联网、大数据、云计算和人工智能的综合系统，正在发挥着传统学校的管理系统无法达到的领先作用。物联网、大数据、云计算和人工智能的综合系统，在智慧学校的舞台上正在发挥着科技优势，积极推进中小学及学前教育的管理工作的智能化和高效化。

关键词：人工智能中小学及学前教育管理

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2018）02-0171-02

物联网、大数据、云计算和人工智能是当今的科技前沿最新方向，得到各级政府部门的重视和支持，并成为各级政府重点扶持和发展的项目。几项技术已经在很多行业得到广泛的应用，并取得很好的成绩。在中小学和幼儿教育领域，物联网、大数据、云计算和人工智能的应用，能够帮助中小学和学前教育在学生安全、校舍维护、教学设备的管理方面，解决很多以前难以解决的问题。而如何在长春市的中小学及学前教育管理领域，更好地运用物联网、大数据、云计算和人工智能为长春市的中小学管理服务，是摆在我们教育主管部门的管理人员面前的一个新课题。

中小学及学前管理一直是一个被各级教育主管部门和学校及幼儿园所重视的问题。中小学及学前教育在管理工作中，多数面对的为未成年人。未成年人的特点是，自制能力差，自我管理能力差，自我保护能力弱，这给中小学及学前教育的管理，带来很多具体实施方面的困难。另外，由于社会对教育的重视，中小学及学前教育受到了广泛的关注，使中小学及幼儿园时刻面临来自政府、社会和家长的多方压力。而传统的幼儿和中小学的管理方法，在这种越来越大的压力下，很难做到完善和高效地实施学校的管理。而物联网、大数据、云计算和人工智能卻可以帮助幼儿和中小学校的管理者，在节省管理成本和提高效率的同时，更加全面地对学校进行管理。

一、物联网、大数据、云计算和人工智能体系架构

物联网作为系统的感知机构和信息传输机构，担负着采集数据、收集数据、预处理数据、传输数据的重要功能。物联网的重要性，在于它能够收集以前人类收集不到，或者很少能收集到的，来自“物”产生的数据，同时提供这些“物”的数据的传输基本功能保障。物联网的基本要求是：采集数据的精度高，传输数据错误率低。

大数据负责收集、整理、存储物联网传输过来的学生及幼儿在学校的活动轨迹的数据，形成数据仓库。大数据部分的基本要求是：存储结构清晰，简单，存取速度快，错误率低。云计算负责提供多机并行计算的底层算法支持。由于现今，前端设备的运算和存储能力的大幅度提高，现在很多云计算的功能前移，向端设备下发，直接在端设备完成最终算法。这样可以使很多网络的算力得以释放，同时解决云计算中网络瓶颈的问题。

人工智能在物联网、大数据、云计算的支持下，通过算法运算对已有中小学学生及幼儿的数据，进行分析，判断，作出决策。

二、幼儿园和中小学校物联网的层级结构

幼儿园和中小学的物联网包括：感知层，通讯层，应用层。数据会在三层之间按协议传输。

感知层主要由传感器组成，包括：学生图像采集系统，学生声音采集系统，学生身份信息采集系统，安全信息采集系统等多种信息采集系统。网络层主要包括：Zigbee，Wifi，LPWAN等数据传输系统。目前比较流行使用的是LPWAN的一些低功耗的通讯系统，比如工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术，和工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

应用层主要是提供给各种传感器数据的直接处理和基于大数据、云计算、人工智能的传感器数据深度处理平台。

三、幼儿园和中小学校大数据和云计算平台的系统

大数据、云计算平台包括：学生及幼儿数据整合模块，数据存储模块，数据计算模块和数据分析等主要模块。数据整合模块主要负责中小学生及幼儿数据采集和抽取，数据存储模块主要负责数据库管理和数据存储，主要有关系型数据库、非关系型数据库和分布式文件存储几种方式，数据计算模块负责数据分析前的计算工作，主要有流计算、内存计算、查询计算等多种算法。

数据分析主要通过数据挖掘和数据建模，计算数据之间的相关性和无关性，进而获得数据分析的结果，为人工智能提供数据支持。另外，大数据和云计算平台还包括比如数据管理、平台服务、平台管理、安全管理等非业务的支撑模块。

四、幼儿园和中小学校的人工智能系统

物联网为大数据和云计算提供足够的中小学学生及幼儿在学校及幼儿园活动的数据，大数据和云计算系统经过计算后，为人工智能提供足够多的学生及幼儿的数据分析结果。人工智能在足够多的数据分析的结果下，进行系统决策。

人工智能在整个系统里相当于人类的大脑，它通过各个方面传来中小学及幼儿的数据，进行思考和决策。人工智能包括：机器视觉、机器听觉、自然语言理解、符号学习、博弈学、专家系统、智能决策、神经计算、模糊计算、群体智能等多学科的融合。是一个非常复杂的系统。

五、幼儿和中小学校物联网、大数据、云计算和人工智能应用实例

由于中小学校的学生基本是未成年人，不具备完全的民事行为能力，因此对这部分人员的安全保护就成为学校管理工作的重点。特别是近几年来，各地频发的虐童事件，使各地的中小学校及幼儿园对学生的保护工作越发重视。但现有的很多保护措施，多是事后处理，很难做到时时处理，当场纠正。很多时候发现处理的时候，悲剧已经发生，更多的是在调查事情真相，分清责任，赔偿受害人。

而我们借助物联网、大数据、云计算和人工智能就能够做到时时处理，甚至可以事先预防，做到把恶性事件消灭在初期，预防恶性事件发生。

图5 幼儿和中小学校物联网、大数据、云计算和人工智能应用实例事件处理过程，分为系统前端视频采集和声音采集，即将采集到的数据进行前期的图像识别和声音识别处理，然后将处理过的数据提交中央处理模块。

中央处理模块分别调用图像样本库和声音样本库里面的样本进行比较，样本按事件严重程度分级，中央处理模块按照相似度比较，契合度达到80%以上的图片和声音，时时提交报警，然后由管理人员及时处理。

中央处理模块在报警的同时，将报警图片和声音提交给深度学习模块，深度学习模块会根据样本库比较样本情况、实际报警图片和声音情况以及人员处理反馈情况，进行深度学习，自主生成新的样本扩充样本库。

同时，可以对深度学习模块进行模式识别训练。第一，可以由训练员提供恶行事件样本，采用被动学习模式训练。第二，可以由深度学习模块，自主在互联网上根据关键字识别，自动提取相关的恶性事件，进行自主学习，训练员可以进行人工指导干预。学习材料，可以是视频、图片和声音。

六、结语

物联网、大数据、云计算和人工智能能够越来越多地帮助幼儿园和中小学校提高管理水平和管理效率。将事后调查，提前到事前干预，把很多管理的功能前置。更好地预防恶行事件发生，给在校的学生提供及时保护。同时能够减轻学校管理人员的管理压力，提高管理效率。

未来的学校，在物联网、大数据、云计算和人工智能的帮助下，会越来越智能，越来人性化。在不久的将来，会有越来越多的智能学校，为家长和孩子提供越来越优质的智能服务。

参考文献：

[1]吴岸城.神经网络与深度学习[M].北京：电子工业出版社，2016.

[2]吴军.智能时代大数据与智能革命重新定义未来[M].北京：中信出版集团，2016.

[3]顾炯炯.云计算架构技术与实践[M].北京：清华大学出版社，2016.