基于人工智能的智慧校园建设框架及关键路径

摘要：解读智慧校园建设的必要性，探讨了以人工智能为基础智慧校园建设各个主体之间的关系及各自的需求，以“第一是用户服务，关键是数据，基础为设施，规范为墙”作为准则，探讨基于人工智能的智慧校园建设框架四个层面的内容，提出基于人工智能下建设智慧校园的关键路径，为后续类似设计提供参考。

关键词：人工智能;智慧校园;建设框架

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）17-0083-03

1概述

快速发展的智能技术使人工智能成为各国竞争焦点。当前，我国已制定较多关于教育层面的人工智能实施措施。如在《新一代人工智能发展规划》中，充分肯定了教育发展中人工智能的价值[1]。随着不断发展的人工智能，普高教学方案已经将编程等学科纳入其中[2]，校园场域将不断纳入人工智能。《教育信息化2.0行动计划》对学校建设智慧教学环境做出了明确的要求，使校园建设和教学等方面的人工智能应用得到进一步推动[3]。对于智慧校园的建设而言，人工智能的发展使其可能性和实现路径更加多样化，对智慧校园建设中如何应用人工智能技术开展研究非常有必要。

2基于人工智能的智慧校园建设的框架设计

2.1 设计依据

2.1.1 设计需求

在智慧校园中无论是采用何种形式的人工智能，其核心关注点均是任何与其有关的教育教学活动。因此，基于人工智能基础上的智慧校园建设框架应以人的需求作为重要依据。在校园活动中，教育教学是其核心所在，校园核心主体则是学校师生，而管理有序是教育教学的重要前提，因此，校园的另一核心主体为教育管理者。并且，为确保教育具有连贯性必须确保孩子的教育有家长参与。而技术供应和支持是智慧校园基于人工智能的前提，即在建设智慧校园时技术供应商和工作人员也必须有所参与。上述分析中有关主体的关系如下图1所示。

2.1.2设计思路

从现有文献上看，分层设计是智慧校园建设框架的主要构建方式。但分层设计往往会过于看重技术和管理，而忽略用户需求和教育本质的考虑。因此，笔者认为，在通过分层设计时应基于“以用户为中心”的理念，除了要在整体上协调好应用服务和数据处理等，还需考虑技术规范性发展情况，设计时以“第一是用户服务，关键是数据，基础为设施，规范为墙”作为准则。思路如下图2。

2.2 系统架构

基于设计的需求以及思路设计人工智能建构的智慧校园建设框架：以用户为中心的服务理念的基础上，彰显分层设计思想，以上述准则为遵守，设计基础设施层、数据平台层、应用服务层、技术规范层。如下图3所示。

2.2.1基础设施层

在智慧校园平台中，基础设施层是基础保障，要想实现智能服务必须要有高速网络的支持。基础设施层包括软硬件、资料库与服务器四个部分的内容。设置硬件主要是为了运行软件系统并给予相应的物质载体，具体包括定位和感知等设备，配置有关设备可以为精准定位、互联互通等功能的实现提供基础保障。软件系统是核心所在，其可以实时捕获和存储校园相关数据，奠定数据分析等功能基础。资料库以及服务器的设置目的在于用于有关信息存储和汇集的载体，各有关配置需统一进行架构和协调，并做好存储数据的工作。

2.2.2数据平台层

数据平台层是实现智慧校园云端运算和服务的支撑中心，其功能主要包括运算处理有关数据，为改善应用服务提供必要支持。与传统的数据处理方法有所不同，以人工智能技术处理数据时具有个性化和预测性等特点。第一是在处理个性化数据时，可通过特定算法进行实现，如采用聚类算法等区分数据库中学生的不同行为类别，并概括各模式，以提供给用户行为的识别和优化一定的基础。第二是筛选性数据在处理时，可采用智能分类技术抽取和融合有关信息，筛选出价值较高的信息，并基于其来源和类别分别组织和管理有关信息，以满足不同群体的个性化需要。

2.2.3应用服务层

应用服务层主要包括智能教育和管理等方面内容。其通过开放协同的服务架构，建造满足群体认知风格和技术需要的终端体验服务。第一是其核心在于智能化课堂教学和在线学习，可以进行教学行为和定制服务等功能的有效构建。第二是以教学、后勤等作为智能管理指向，使各管理层级的信息不仅可以实现独立流动，还可在联动过程中共享信息，确保精准决策和高效服务。第三是以提供校园资讯、娱乐和服务等作为智能生活重要内容，打造校园生活智能和便捷一体化空间，可实时监测用户需求与有关状况，提供个性化服务给用户生活管理。

2.2.4技術规范层

技术规范层是信息技术服务等的规范。物理规范包括检测设备和安全等，网络规范包括防范入侵和防护恶意代码等，数据规范包括规范的存储和运输等，应用规范包括设定各应用系统的技术标准和防护。建设技术规范层的目的在于有效回应技术的合理应用，是整个系统运行的重要防护墙。其重点是防范和预警技术风险，强化技术使用及其伦理的监管，以避免技术所带来的负面影响。

3 关键路径

仅有宏观层面上的建设人工智能场域下的智慧校园框架的顶层设计是远远不够的，其能否顺利实施还需对各项关键路径进行探讨。具体包括如下几点：

3.1打造泛在互联型的智能教育环境

智能技术教育是学校新机遇，具体应该在智能教育环境中进行教育应用的落地建构。一是可以通过5G等技术系统创设智能学习环境，实现教学云平台的构建，突破各类限制，实现在线学习，创设学校内和学校间虚拟的学习社区[4]，并对学生在线学习状态进行动态监测，使智能导师和同伴系统的支持学习功能得到充分发挥，使学生在线学习时可从教育大数据平台获取更多的学习机会和资源。二是应重视集成和整合物联网与教育专网等多类网络，以在创设智能教学环境时形成智能互联等校园环境，教师可根据具体的教学需要灵活进行终端的切换，打破相关技术壁垒，在网络教研社区中教师可以跨校开展教研，便于提升教育质量并使传统课堂文化氛围得到改善。

3.2搭建师生本位的智能教育资源及决策服务平台

人工智能智慧校园的建设质量受到智能资源和决策服务的影响[5]，其应该使“以用户服务为中心”的核心理念得到充分体现。因此，在人工智能智慧校园搭建时必须要重视师生本位的智能教育决策和服务平台的建设。一是在学校可以通过整合各类网络资源，通过智能技术手段联整教育资源，构建智能化和个性化的资源管理系统。也可针对校内教学资源需求和使用行为等进行智能监测和评量，对师生教育资源需求进行动态把握[6]，以使资源得到更好地传递和供给。二是可结合人工智能技术优势，诊断和定位教师和学生的教育状态，并根据教师和学生的教育状态对教育人工智能算法进行优化，以对学生能力和心理等方面开展智能评价，为因材施教的教学提供指导，提升人工智能在教育层面的决策科学性。

3.3统筹构建智能教育大数据治理体系

在人工智能发展过程中，数据治理是关键影响因素[7]。对于智能教育数据服务方向而言，智能教育大数据治理体系的统筹构建有重要的现实价值。一是要重视管理智能教育数据的质量。学校应和第三方技术公司等联合建构数据质量管理组，主要面向治理数据的采集、管理与整合，并对违规数据进行拦截，加密防护隐私数据等。二是应强化对采集和分析数据的动态监管。建构有一定可操作性的指标评价体系，对数据处理所出现的异常情况进行动态监测，并制定相应的监管制度[8]，确保科学采集、精准分析相关教育数据。三是强化学校治理数据的能力，并提升管理者、教师和学生对数据问题和规律的把控能力，引导有关人员思考信息保密等问题。

3.4优化智能技术监管机制及伦理规范体系

为规范人工智能智慧校园体系，应重视对监管机制和伦理规范体系的优化，对相关工作空间和流程进行优化。一是应对相关算法和数据监管制度进行完善。在一定程度上，算法和数据决定了教育人工智能成效质量[9]，有关用户难以发现相关算法的设计原则及风险漏洞等，在进行有关数据的采集和分析时难免会出现偏差，因此应提高对人工智能伦理以及隐私等的重视程度。二是需要建立有约束性的伦理规范。在开发和应用教育人工智能时，各方参与者的利益诉求都会有所涉及，具体可以建立相关职业标准，也可由各方核心参与者联合建立伦理审查办公室，避免因利益不同而导致的伦理风险，引导其发展方向，保障教育公共利益。

4 结语

在智慧校园建设时，通过人工智能进行赋能可以使校园迈向智能形态。在建设智慧校园时，人工智能有多大的應用潜力和空间还有待探究，且需要深入反思教育人工智能的伦理及安全[10]。在构建人工智能基础上的智慧校园时，应基于教育公共利益、教师与学生发展的基础上设计总体框架。人工智能下的智慧校园建设除了需要考虑智能技术之外，更重要的核心还是“人”，应重视智慧校园建设中的人文关怀、人员发展和教育公共利益。智慧校园在通过人工智能进行赋能助力还有较大发展空间，无论是技术层面的整合、校园基础设施的建设，还是监管制度的完善等都有一定的挑战。智慧校园在通过人工智能进行赋能的未来发展中，如何在确保技术效能的情况下，兼具人文关怀还需做出进一步研究。

参考文献：

[1] 国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm？gs_ws=tsina_636394431999454091，2017-07-20.

[2] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_324647.html，2018-01-05.

[3] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html，2018-04-18.

[4] 陈琳，王蔚，李佩佩，等.智慧校园的智慧本质探讨——兼论智慧校园“智慧缺失”及建设策略[J].远程教育杂志，2016，34（4）：17-24.

[5] 杨萍，姚宇翔，史贝贝，等.智慧校园建设研究综述[J].现代教育技术，2019，29（1）：18-24.

[6] LinX.The Internet of Things technology application and the intelligent library[J].Applied Mechanics and Materials，2014，571/572：1180-1183.

[7] 刘凯，胡静.人工智能教育应用理论框架：学习者与教育资源对称性假设——访智能导学系统专家胡祥恩教授[J].开放教育研究，2018，24（6）：4-11.

[8] NissanE.Digital technologies and artificial intelligence's present and foreseeable impact on lawyering，judging，policing and law enforcement[J].Ai& Society，2017，32（3）：441-464.

[9] 罗海风，刘坚，罗杨.人工智能时代的必备心智素养：计算思维[J].现代教育技术，2019，29（6）：26-33.

[10] 袁玉芝，杜育红.人工智能对技能需求的影响及其对教育供给的启示——基于程序性假设的实证研究[J].教育研究，2019，40（2）：113-123.

收稿日期：2021-05-25

作者简介：郑超（1992—），男，天津人，硕士，助理工程师，主要研究方向为教育信息化建设、运行及维护管理。