人工智能时代教育系统疫情防控技术的智慧实践

顾军 钮新颜

摘   要：新冠病毒肺炎疫情的严峻性、复杂性和长期性，让教育系统疫情防控成为新常态。立足现实需求，发挥人工智能技术的融合变革力量，规划教育系统疫情防控技术解决方案，开发疫情防控信息化平台和人脸识别测温系统，已经成为教育信息化新的发展需求。人工智能时代，面对疫情大考，通过智慧实践，高效率做好教育系统学生及教职员工的疫情防控信息采集和日常体温信息监测，高质量实现省市区校四级主体联防联控数据共享，积极推进教育治理能力和水平现代化。

关键词：人工智能;疫情防控;智慧校园;智慧治理;创新实践

中图分类号：G40-058 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）21-0043-05

2020年初，新冠病毒肺炎疫情席卷中国。疫情传播速度之快、感染范围之广、防控难度之大、持续时间之长，严重影响了经济社会运行和人民群众生产生活。防止疫情向学校扩散、守护师生安康、维护校园稳定，成为教育系统当下最重要的工作。贯彻落实国家、省、市疫情防控工作要求，高效率做好教育系统学生及教职员工的疫情防控信息采集和日常体温信息监测，高质量实现省市区校四级主体的联防联控数据共享，成为摆在我们面前的重大命题和棘手任务。立足现实需求，利用现有教育信息化的最新创新结果，积极推动人工智能创新成果转化为疫情防控教育技术新产品，开发疫情防控信息化平台和人脸识别测温系统，是我们拥抱时代、应对挑战、解决问题的路径选择和责任担当。

一、人工智能赋能新时代，驱动教育变革

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI，是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。[1]人工智能是以数学、统计学、系统学、工程学、计算机科学等学科为基础的多学科交叉产物，内涵丰富，领域广泛。目前一般划分为模式识别、机器学习、数据挖掘和智能算法等。[2]其研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。[3]

1.人工智能驱动教育变革

人工智能时代已经到来，发展人工智能已经成为国家战略层面的发展需要。从政策层面上看，近年来国家出台了一系列的政策法规驱动人工智能对教育的变革，如：2017年国务院发布《新一代人工智能发展规划》，2018年教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，2019年至2020年，教育部办公厅先后印发了《2019年教育信息化和网络安全工作要点》和《2020年教育信息化和网络安全工作要点》。

从教育实践应用中，人工智能影响到教育中的方方面面，由物及人最终升华整个教育治理体系，人工智能已不仅是一种新工具、新方法，更是一种新思维，驱动教育创新变革。

人工智能赋能学校，校园物理场所和网络學习空间相融合，线下教育与线上教育相融合，推动形成以学习者为中心的全场景、个性化、高品质的智慧育人环境。

人工智能赋能教师，替代教师呆板低效的日常工作，增强教师处理复杂事务的能力，促进教师身份的转变——从知识的传授者变成知识的建构者，同时更为合理地配置教育资源，缓解师资短缺、不均等问题。

人工智能赋能学生，学习过程得到个性化、精准化的智能支持，成长过程中的知识能力、身心健康得到智能检测和综合评价，深度学习、跨学科学习、无边界学习得以尝试发生。

人工智能赋能教育治理，管理者与人工智能协同，能够透过现象、追根溯源，洞悉教育体系管理中的问题本质，实现更科学的教育决策和更高效的资源配置，提升教育治理体系智慧化、治理能力现代化。

智能化的基础设施、学习过程的智能化支持、智能化的评价手段、智能化的教师辅助手段和智能化的教育管理服务等一系列创新应用，标志着人工智能开启了“智慧教育”的新模式。[4]

2.信息化成果奠定人工智能应用基础

自2001年开始，无锡市积极推进教育信息化建设，建成了无锡教育城域网、无锡教育云计算中心和无锡智慧教育云平台。丰富的教育信息化建设成果及应用经验为人工智能在教育领域的应用奠定了良好的基础。

（1）无锡教育城域网建设

无锡教育城域网自2001年建成运行至今，连接了无锡450多所学校、教育管理和服务单位。目前与全部运营商完成互联互通，外网总出口带宽达到39Gbps（电信17Gbps、移动20Gbps、联通1Gbps、省教科网1Gbps、无锡电子政务外网100Mbps），城域网中心到用户端带宽达到34Gbps（电信14Gbps、移动20Gbps），是江苏省内首个直接通过万兆连接到运营商核心链路的非运营商单位，并于2016年建成全国首创的无线教育城域网。

（2）无锡教育云计算中心建设

无锡教育云计算中心自2010年建成运行至今，拥有22台云计算资源池主机、3套San存储系统和1套分布式存储系统，包含1088颗CPU计算内核、7488GB计算内存容量、300TB随机存储空间和1000TB分布式存储空间。承载了招生、考试、报名、学籍、人事、师资、招聘、学校管理、行政办公、应急通讯等10余个类型的教育管理系统;还承载了教育门户、教育新闻、学校门户、培训系统、竞赛系统以及各类应用系统的WEB、微网入口等几十个教育应用系统。

（3）无锡智慧教育云平台建设

无锡智慧教育云平台自2016年建成运行至今，集成面向全市的智慧教育各项应用，为全市教育管理者、学校、教师、家长、学生提供云端、桌面、平板、手机多终端应用，形成统一的智慧教育云平台，构建了普惠全市的智慧化全景式学习环境。建设并集成了“无锡市中小学阳光食堂智慧监控平台”、“锡惠在线学习中心”、“无锡市感知生长云平台”、“无锡市中小学社会实践平台”等一系列应用。其中有629所学校接入了“无锡市中小学阳光食堂智慧监控平台”;200多所学校、1500多名教师在“锡惠在线学习中心”参与拍摄了直播名师课堂复习课程超3000节，疫情期间保障了“停课不停学”。

多年来，在无锡市教育信息化建设工作的持续推进中，实现了全市义务教育学校校园网千兆以上宽带接入、100%中小学校接入宽带，基本实现各级各类学校互联网全覆盖，拥有网络教学和学习环境。建成341所无线校园、209所智慧校园、112所智慧课堂示范校园、102所创客教育示范校园。学校网络教学环境大幅改善，基本实现“人人皆学、处处可学、时时能学”的教育信息化体系。随着这些智慧教育应用的实践，提高了师生信息技术的使用能力，提升了教育教学资源共建共享能力，促进了信息技术与教育教学的融合创新，提升了教育治理和服务现代化水平，为人工智能教育的开展实施提供了良好的支撑能力。

二、疫情防控成为新常态，呼唤技术创新

新冠病毒肺炎疫情的严峻性、复杂性和长期性，让疫情防控成为中小学安全管理工作的重中之重，教育系统进入疫情防控新常态。

国务院、教育部、江苏省教育厅、无锡市委市政府发布疫情防控通知，召开视频工作会议，提出校园管控、体温检测、信息报送等工作要求。

1.疫情防控信息采集

要求每日实名采集全市教育系统学生及教职员工疫情防控信息，并根据防控要求的调整，及时对信息类型进行增加、删减和调整。疫情防控信息采集包括医学状态、假期动态、接触类型、15日内没去过重点疫情防控地区但有过接触史的人员、到访过重点疫情防控地区（或下车）的人员、滞留重点地区人员、其它原因需列入重点防控人员、当日外地返锡人员、境外返锡人员、共同居住亲属外地返锡信息等。

2.日常体温信息采集

根据防控要求日报告、零报告制度，对全市教育系统人员进行日常体温信息的采集和上报。寒假及停课期间，由家长通过个人终端直接填报或班主任表单汇总填报。复学期间，由家长通过个人终端填報或班主任进行体温检测与上报或智能设备采集上传。

3.联防联控数据共享

实现全市的市级、区县级、校级统一部署，联防联控，数据共享;实现与江苏省教育厅的联防联控、数据上报与共享;实现与市公安局大数据指挥中心、市疾控中心的联防联控、数据共享。

中小学寒假和延迟开学期间，全市学校按上级要求开展疫情防控相关信息的统计汇报工作。班主任通过QQ群，利用电子表格、在线共享文档等工具，对武汉来锡人员情况、学生和家人离锡情况、学生日常体温记录等信息进行采集、统计和上报。随着疫情态势的发展和联防联控机制的提出，信息采集指标不断更新，信息上报要求不断升级，学校层面存在操作难度，效率堪忧。

面对不断升级的疫情防控要求和学校开学复课后的长效防控任务，显然人工测温、手动登记等初级方式已经难以应对。要让学校从单一、重复、低效的工作中解脱出来，要做到防控措施高效专业，防控信息及时透明，联防联控有力有效，必须依靠人工智能等技术创新。

三、非常时期求索新路径，实现智慧治理

面对疫情大考，为了高效率、高质量做好疫情防控工作，按照“实用、安全、先进、开放”的设计原则，我们规划了“无锡市教育系统疫情防控技术解决方案”，利用现有教育信息化的最新创新结果，积极推动人工智能创新成果转化为疫情防控教育技术新产品，提升教育治理能力水平的智慧化、现代化。

1.目标定位和方案架构

针对教育系统特征和校园实际场景，利用互联网、云计算、大数据和人工智能技术，结合红外热成像测温技术、视频智能分析技术、筛查及通讯技术，围绕“高精度、严防控、全分析”，来实现教育主管部门及校园的“有效预防、及时控制、实时通知和消除突发危害”的建设目标。[5]

无锡市教育系统疫情防控技术解决方案由疫情防控信息化平台和人脸识别测温系统两部分构成。通过硬件终端对信息的采集和软件系统对数据的处理及流转，形成了由学生校门口体温检测到家长体温考勤数据推送、学校学生检测数据汇总、市区教育主管部门上报和分析的完整闭环及整体解决方案。有利于全市教育系统进行疫情防控信息采集、日常体温信息检测，完成联防联控任务。

疫情防控信息化平台解决家长体温数据填报、校园体温设备检测、校区市数据上报及分析监控，完成学校对市、区县教育主管部门的数据上报，并形成针对学校和区域的延续性数据分析和监控。

人脸识别测温系统实现校园进出口红外热成像体温筛查，实现实名记录数据及时上传疫情防控信息化平台，支持戴口罩识别。通过保安室室内通道或搭建防雨棚、帐篷、方舱等测温通道，安装人脸识别测温一体机设备，及时发现温度异常人员，杜绝隐患。

2.疫情防控信息化平台

（1）平台技术

疫情防控信息化平台采用主流的云服务架构，提供简便的海量连接、云端存储、消息分发和大数据分析等优质服务，支持应用系统的敏捷研发、快速迭代，降低各子系统的运营和运维成本。[6]

数据采集实现多级表单提交、个人终端填报（无锡教育人人通和H5）、智能设备采集等方式，方便全市教育系统的海量数据采集。对平台用户的身份证进行数据加密，按照市教育局和公安局的指定规则进行数据交换，保障信息安全。

（2）平台功能

按照开学后“控源头、严规范、管过程、压责任、保质量”5个方面的要求，平台构建市、县（区）教育局、学校、班级、学生家长多级责任人防疫信息直报系统和联动网络;通过多级防疫信息网帮助解决开学前师生重点人群排查，提供学生与教职工健康信息疫情日报、学校与教育厅局管理者端实时健康数据统计互通、重点关注人群或高风险人员实时动态预警视频督办联动，实现开学前教育厅局对学校开学条件专项检查信息化标准化实施;解决开学时14天师生健康档案自动生成留存和下载存档、锡康码辅助科学分批返校计划、返校日晨午体温检测、返校后晨午体温检测学生管控等关键问题。通过开学前、开学时、开学后全过程可管控、可追溯，最终实现校园安全无风险目标。

对于学校，平台既能实现对全校学生体温数据的单次记录，又能支撑延续性的跟踪与分析，从而精准掌握正常与异常学生的周期性变化状态。对于市、区县，平台支持校园自动采集以及家长、学生自主填报，教育主管部门可以实时监督掌握辖区各校学生的体温状态和数据，并对异常情况进行及时干预。

（3）平台应用

师生应用：可通过疫情防控系统或无锡教育人人通微信定期填报学生和家人健康状况数据和要求的各项防控信息。（见图1）

学校应用：通过疫情防控平台可实时掌握本校体温异常教师人数和异常学生人数，可按班级呈现不在本市人数、接触高危和新冠人数，可查看近期本校异常人数折线变化图，并提供异常人员名单供学校采取预防措施，可同步完成江苏省校园疫情联防联控数据的上报。（见图2）

教育局应用：实时掌握所辖区域安全动态，通过个人填报、表单填报和自动采集前端设备实时上传现场告警数据，异常情况即时登记、即时更新，汇总数据随时刷新，最新情况随时掌握。（见图3）

市级教育主管部门通过疫情防控平台查看本市疫情实时动态地图，监控本市各区各校体温异常教师数和学生数;支持查看当日本市体温检测汇总分析数据并支持按时间查询;可设定学段或区域呈现未返本市学生情况。（见图4）

市、区教育局可通过疫情防控平台进行辖区学校、班级以及师生健康采集数据的管理和维护。可设置辖区各校上报表格项目要求，实时查看各区各校上报进度。（见图5）

区县通过疫情防控平台可监控辖区各校体温异常教师数和学生数，可呈现各校接触高危和新冠人数，可查看近期辖区异常人数折线变化图，并提供各校异常人员名单和风险评估高危学校供区教育局预警参考。

3.人脸识别测温系统（见图6）

（1）非接触式快速高精度体温检测方式

鉴于校园人员的流动性和持续性，采用高精度的非接触式体温检测手段，在识别区域快速精准地测量人员体温，区分正常人员和低温疑似感染人员。针对筛查确定的异常目标，执行复测干预手段，以防病毒疫情大范围扩散的危险，同时最大程度保护在公共场所进行疫情保障的管理人员。

（2）身份核驗与体温检测记录关联机制

师生通过一体机设备进行人脸识别，系统与人脸库进行快速比对确定人员身份信息，同时测温摄像模块通过红外测温精确检测体温数据，身份认证与额温检测同步关联，记录数据实时上传疫情防控信息化平台。有效减少学校人力检测记录成本，并实现师生考勤、访客认证核验、家校互通等附加功能。

（3）多形式安装多场景应用

人脸识别测温一体机支持桌面、壁挂、支架、立式等多种安装形式，适应学校门口、食堂、宿舍多场景应用，便于晨午体温的检测。

看到即测到，测到就传到，传到则判到并记到。在人工智能等技术创新的加持下，教育系统疫情防控走上智慧实践之路。

四、人工智能赋能教育大有可为

无锡教育信息化的建设与发展已经取得了一些成效，不断推动人工智能技术在教育领域方方面面的运用。突然爆发的疫情，成为了无锡教育信息化建设和应用能力的试金石。无锡市教育疫情防控技术的智慧实践考验了无锡市教育云平台的支撑能力、各种智慧教育智能终端APP的融合应用能力和教育大数据的分析汇总能力。本次疫情防控工作不但为人工智能的落地应用探索了丰富的经验，而且也为无锡市教育信息化的建设与发展指明了方向。

1.加速业务上云，拓展互联网教育服务

疫情推动了整个教育体系更主动地利用互联网来展开教育教学、教育管理和教育服务。疫情期间，无锡市教育局及各级学校通过互联网展开了“停课不停学”工作、疫情防控工作、云调研和云教研等一系列工作。在这一过程中，教育行政管理部门及师生对信息化的认识和其信息化素养得到了很大的提高。

基于这一变化，无锡市教育局将加速推动各类教育管理和教育服务业务的数字化和云化。研发更多的服务于学校发展、教师发展和学生发展的相关业务应用上云。深化互联网在教育领域的应用，加速推动“数据多跑路，群众少跑腿”愿景的早日实现。

2.构建数据中台，推动跨部门数据共享

在此次教育系统疫情防控平台的研发和应用过程中，与公安部门及疾控部门的数据对接和共享是本次工作的一个要点和亮点。实践过程中既暴露出了数据化治理顶层设计的不足，也反映出跨部门数据共建共享的势在必行。

目前，从教育系统内部来看，无锡市各教育部门、学校仍存在部分资源分散、相互封闭的状态，各个教育信息系统平台独立存在，数据不能共享。从全市的大局来看，各部委办局与教育系统之间都迫切需要进行数据之间的共建共享。比如，教育系统的疫情防控如果要更加智能，则需要与运营商、公安部门、交通部门、医疗部门等共享数据，实现更高效的联防联控。再比如，学生入学报名系统需要与房产监管部门、人社部门、公安户籍部门等进行数据共享。这样，不但可以极大减轻家长负担，还能使教育管理和服务越来越智能和高效。

所以，构建数据中台，制定统一数据标准，同时建立基本的数据存储中心、数据采集平台、数据管理系统，对全市的教师、学生、学校的相关数据进行统一的收集和管理，从而避免重复建设和信息荒漠、信息孤岛情况的出现。推动教育系统内部的互联互通、推动系统外跨部门的数据共享是未来无锡市教育信息化建设的一个重要举措。

3.建设教育大脑，探索智能化教育创新

未来，无锡市教育局在加速推动教育业务上云的数字化转型战略下，能够实现实时采集和沉淀教育管理大数据、校园教学大数据和学生学习大数据。届时，将引入先进的人工智能技术，建设教育大脑，对海量教育类数据进行探索分析，建立各种应用模型，赋能教育治理、教师教学和学生学习。

通过不断探索人工智能技术在教育系统的创新应用，将事后分析变为事前的预测和干预，将事实的描述变为发展的指导。未来，我们要探索通过教育大脑对学生进行画像，为每个学生提供个性化的成长指导;对教师进行画像，服务教师的职业生涯发展和教师队伍建设;对学校进行画像，帮助学校选择更好的发展路径。

我们相信，在人工智能等技术创新的加持下，教育创新会走上智慧实践之路。我们已走过万水千山，但仍需向着智能时代不断跋山涉水。

参考文献：

[1]杜文.动态环境下的实时路径规划算法的研究及实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[2]柯强.人工智能技术对经济学发展的影响[J].合作经济与科技，2019（5）：30-31.

[3]李勇.透视国内农机产业的坚守与创新[J].农机市场，2019（5）：29-30.

[4]佚名.《人工智能+教育》蓝皮书正式发布[J].中小学信息技术教育，2018（12）：6.

[5]陈炳宇.面向IT教育的在线学习系统设计[D].北京：中国科技院大学，2015.

[6]陈红良.猪舍环境监控系统设计与开发[D].杭州：浙江工业大学，2019.

（编辑：王天鹏）