人工智能技术在智慧校园中的应用研究

［张武平 贾妙妮］

1 引言

智慧校园是通过物联网和互联网实现对校园的全面感知和信息传输，借助云计算、大数据、人工智能等技术对信息进行智能分析和处理，为学校师生提供便捷的信息化服务，为管理人员提供高效的信息化手段和科学的决策依据，建成网络化、智慧化的教育环境，从而实现有效减轻教师备课、作业批改与数据统计负担，提升教学质量与效率；精确掌握学生学习薄弱点，提升学习效率；对过程性的教学数据进行实时监测，辅助管理者进行科学决策。

随着人工智能技术在各行各业的广泛应用以及智慧校园建设的大力推进，人工智能技术与校园安防、办公、教学、门禁、消费等系统相结合，将有效提升校园管理、教学、生活等方面的便捷性，给智慧校园建设带来积极的推动作用。因而，人工智能技术与智慧校园应用系统的融合将会成为校园发展的必然趋势。

2 建设需求

虽然传统校园建设实现了一定程度的智能化，但还普遍存在一些问题有待改善，主要体现在以下方面。

（1）管理方面

校园业务应用系统广泛且相互独立，缺乏统一规划和集成，协同办公效率低；针对防疫管理，体温检测效率低、速度慢、易出现交叉感染，存在安全隐患；日常校园安全管理存在漏洞；教室、办公室等场所存在忘关空调、电灯、饮水机等能源浪费现象。

（2）教学方面

教学资源来源单一，缺乏信息共享；课堂乏味，活跃性低；教室考勤，占据教师工作时间，统计结果不及时，数据容易遗漏且查询不便；考试组卷、阅卷工作量大，教师负担重。

（3）生活方面

宿舍门禁卡携带不便，易忘带遗失，人员变更后需新办和回收；餐厅、超市消费等支付方式不够便捷，饮食安全无法保障；图书馆管理方式传统，知识获取效率低，缺乏便捷的借阅使用方式。

人工智能技术的日趋成熟，为进一步提升校园智慧化提供了技术保障。其中，人脸识别和智能分析等技术的应用能够有效解决智慧校园建设存在问题。因此，将人工智能技术与校园应用系统相融合，进而改进校园管理、教学和生活水平成为建设智慧校园的迫切需求。

3 建设方案

基于智慧校园存在问题和需求分析，将探讨人工智能技术在智慧校园中管理、教学和生活场景的应用方案。通过人工智能技术与校园信息化系统的不断融合，实现校园环境的全面感知、管理的高效协同、教学的全向交互、生活的个性便捷，最终建成覆盖全面、应用深入、高效稳定、安全可靠的智慧校园。智慧校园整体架构如图1 所示，主要由感知层、网络层、平台层和应用层组成。

图1 智慧校园整体架构

感知层：主要包括传感器、AI 摄像机、读卡器、门禁闸机等前端感知设备。

网络层：主要包括光纤网络、物联网和5G网络的建设，最终构建结构合理、使用方便、高速稳定、安全保密的基础网络。

平台层：主要包括云计算平台、大数据中心、人工智能平台、物联网平台等支撑平台。

应用层：主要包括智慧管理、智能教学、智慧生活等应用系统，通过对基础服务的调用和组合，结合实际需求构建可完成指定工作内容的智慧业务平台。

通过前端感知设备和基础网络的搭建，为智慧校园的建设奠定坚实的基础，实现互联互通，支撑平台的建设为应用系统提供数据调用和共享支撑，进而实现智慧化应用系统的建设和管理，应用系统的建设主要包括以下方面。

3.1 智慧管理

通过管理信息的同步与共享，畅通学校的信息流，构建覆盖全校工作流程的、协同的管理信息体系，实现管理的科学化、自动化、精细化，提高管理效率，降低管理成本。

智慧管理主要包括办公管理、人事管理、学生管理、教务管理、防疫管理、安全管理和能耗管理，各系统功能如下所示。

（1）办公管理

结合校园内部各类办公业务，通过对各级部门办公要素的整合，实现对工作流、信息流和知识流的整合管理。

（2）人事管理

实现教师的信息管理、教师绩效考核和职称晋升等内容。

（3）学生管理

实现学生德育、综合素质、成长档案等方面的管理。经过人工智能分析，对学生各学年的成绩、餐厅消费、购物、进出图书馆次数、借阅图书以及吃早餐次数等数据进行分析研究，了解学生的学习状况，智能评估学生的经济实力，实现对学生的精准扶持，依此引导学生更好地规划学业和就业方向。

（4）教务管理

实现学生智能分班、智能排课、选修课管理、课堂表现智能管理、考务管理和学业分析。

（5）防疫管理

通过人工智能摄像机进行体温检测，实现多点人脸识别和大面积快速成像测温，快速筛查高温人群，降低交叉感染风险，有效提升测温效率。

（6）安全管理

对校园教学楼、教室、宿舍等重要部位进行智能监控，引入深度学习神经网络，使用人工智能识别技术，自动识别监控画面中人员的行为，实时告警和抓拍取证，尽早发现安全风险，及时干预危险行为，实现监控报警、远程巡视和远程对讲功能，有效降低安全隐患。

（7）能耗管理

智慧能耗系统以基于深度学习方式的目标识别技术为核心，精准识别教室内人员数量，以此作为断电条件，人走自动断电，实现智能控电功能，达到节省能耗的目的。

3.2 智慧教学

通过构建先进实用的网络教学平台，整合、丰富智慧教学资源，创造主动式、协同式、研究式的智慧学习环境，建立师生互动的新型教学模式。

（1）校本资源库

提供校本资源管理功能，实现学校内的教学资源的共建共享，促进教师之间的交流学习，提升学校的整体教学水平。

（2）互动课堂

在课堂上，教师能够借助人工智能技术，增强课堂互动效果，提升学生学习体验，让课堂更加生动有趣，提升课堂效益。教师在使用电子白板和授课工具过程中的截屏、录屏内容保存和记录到互动课堂，同步发送到学生空间，学生可以在课后重新观看课堂视频进行学习。

（3）人脸点名

人脸识别考勤系统可以通过摄像机抓拍到人脸信息，把有效照片上传至服务器进行人脸比对，最终在大屏上展示考勤结果，实现打卡签到，多个学生可同时完成准确识别，实现批量打卡，有效杜绝顶替出勤情况的发生。

（4）智能阅卷

智能阅卷系统依托人工智能、OMR 识别、OCR 识别、评价统分分析引擎、大数据等先进技术，从教师的选题组卷、阅卷批改、试题讲评等方面构建以学习者为中心的学业评价体系，实现教与学全场景动态数据的采集和分析，深度挖掘数据价值，帮助教师针对性教学，大大减轻教师负担，提升教学效率。

3.3 智慧生活

通过整合与校园生活息息相关的一卡通、门禁闸机、视频监控等感知设备，形成智慧校园生活系统，提供门禁、考勤、监控、消费等智慧化综合服务，构建便捷、高效、健康的智慧生活环境。

（1）智慧宿舍

智慧宿舍管理系统可通过录入学生人脸信息办理入住，分配宿舍；人脸识别系统不仅可以实现门禁功能，还可自动记录进出记录，实时统计数据，对晚归或夜不归宿学生，自动生成统计名单，实现身份识别精准化、宿舍管理科学化。

（2）智慧餐厅

智慧餐厅系统通过人脸识别功能在消费终端上进行刷脸结算。提供选择菜品、智能计算、刷脸结算全流程便捷化的用餐模式。此外，利用智能检测技术对餐厅后厨全流程可视可管，确保食品安全，最终实现智能的出品管理，高效的结算模式和健康的人文关怀。

（3）智慧图书馆

智慧图书馆系统可实现刷脸快速入馆、自助预约、刷脸借书，服务模式智能升级，有效提升图书管理效率，体验更加方便、快捷。

4 结束语

随着人工智能技术的日益成熟，将人工智能技术与智慧校园建设紧密结合，不断探索人工智能技术在校园信息化建设中更广泛、深入的应用将成为发展趋势，人工智能技术与智慧校园的深度融合将会不断提升校园管理、教学和生活等多方面质量，助力智慧校园的建设更加智慧化和便捷化。