人工智能時代教育系統(tǒng)疫情防控技術的智慧實踐

顧軍 鈕新顏

摘? ?要：新冠病毒肺炎疫情的嚴峻性、復雜性和長期性，讓教育系統(tǒng)疫情防控成為新常態(tài)。立足現(xiàn)實需求，發(fā)揮人工智能技術的融合變革力量，規(guī)劃教育系統(tǒng)疫情防控技術解決方案，開發(fā)疫情防控信息化平臺和人臉識別測溫系統(tǒng)，已經(jīng)成為教育信息化新的發(fā)展需求。人工智能時代，面對疫情大考，通過智慧實踐，高效率做好教育系統(tǒng)學生及教職員工的疫情防控信息采集和日常體溫信息監(jiān)測，高質(zhì)量實現(xiàn)省市區(qū)校四級主體聯(lián)防聯(lián)控數(shù)據(jù)共享，積極推進教育治理能力和水平現(xiàn)代化。

關鍵詞：人工智能;疫情防控;智慧校園;智慧治理;創(chuàng)新實踐

中圖分類號：G40-058 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）21-0043-05

2020年初，新冠病毒肺炎疫情席卷中國。疫情傳播速度之快、感染范圍之廣、防控難度之大、持續(xù)時間之長，嚴重影響了經(jīng)濟社會運行和人民群眾生產(chǎn)生活。防止疫情向?qū)W校擴散、守護師生安康、維護校園穩(wěn)定，成為教育系統(tǒng)當下最重要的工作。貫徹落實國家、省、市疫情防控工作要求，高效率做好教育系統(tǒng)學生及教職員工的疫情防控信息采集和日常體溫信息監(jiān)測，高質(zhì)量實現(xiàn)省市區(qū)校四級主體的聯(lián)防聯(lián)控數(shù)據(jù)共享，成為擺在我們面前的重大命題和棘手任務。立足現(xiàn)實需求，利用現(xiàn)有教育信息化的最新創(chuàng)新結(jié)果，積極推動人工智能創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為疫情防控教育技術新產(chǎn)品，開發(fā)疫情防控信息化平臺和人臉識別測溫系統(tǒng)，是我們擁抱時代、應對挑戰(zhàn)、解決問題的路徑選擇和責任擔當。

一、人工智能賦能新時代，驅(qū)動教育變革

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI，是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。[1]人工智能是以數(shù)學、統(tǒng)計學、系統(tǒng)學、工程學、計算機科學等學科為基礎的多學科交叉產(chǎn)物，內(nèi)涵豐富，領域廣泛。目前一般劃分為模式識別、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘和智能算法等。[2]其研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。[3]

1.人工智能驅(qū)動教育變革

人工智能時代已經(jīng)到來，發(fā)展人工智能已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略層面的發(fā)展需要。從政策層面上看，近年來國家出臺了一系列的政策法規(guī)驅(qū)動人工智能對教育的變革，如：2017年國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，2018年教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，2019年至2020年，教育部辦公廳先后印發(fā)了《2019年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》和《2020年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》。

從教育實踐應用中，人工智能影響到教育中的方方面面，由物及人最終升華整個教育治理體系，人工智能已不僅是一種新工具、新方法，更是一種新思維，驅(qū)動教育創(chuàng)新變革。

人工智能賦能學校，校園物理場所和網(wǎng)絡學習空間相融合，線下教育與線上教育相融合，推動形成以學習者為中心的全場景、個性化、高品質(zhì)的智慧育人環(huán)境。

人工智能賦能教師，替代教師呆板低效的日常工作，增強教師處理復雜事務的能力，促進教師身份的轉(zhuǎn)變——從知識的傳授者變成知識的建構(gòu)者，同時更為合理地配置教育資源，緩解師資短缺、不均等問題。

人工智能賦能學生，學習過程得到個性化、精準化的智能支持，成長過程中的知識能力、身心健康得到智能檢測和綜合評價，深度學習、跨學科學習、無邊界學習得以嘗試發(fā)生。

人工智能賦能教育治理，管理者與人工智能協(xié)同，能夠透過現(xiàn)象、追根溯源，洞悉教育體系管理中的問題本質(zhì)，實現(xiàn)更科學的教育決策和更高效的資源配置，提升教育治理體系智慧化、治理能力現(xiàn)代化。

智能化的基礎設施、學習過程的智能化支持、智能化的評價手段、智能化的教師輔助手段和智能化的教育管理服務等一系列創(chuàng)新應用，標志著人工智能開啟了“智慧教育”的新模式。[4]

2.信息化成果奠定人工智能應用基礎

自2001年開始，無錫市積極推進教育信息化建設，建成了無錫教育城域網(wǎng)、無錫教育云計算中心和無錫智慧教育云平臺。豐富的教育信息化建設成果及應用經(jīng)驗為人工智能在教育領域的應用奠定了良好的基礎。

（1）無錫教育城域網(wǎng)建設

無錫教育城域網(wǎng)自2001年建成運行至今，連接了無錫450多所學校、教育管理和服務單位。目前與全部運營商完成互聯(lián)互通，外網(wǎng)總出口帶寬達到39Gbps（電信17Gbps、移動20Gbps、聯(lián)通1Gbps、省教科網(wǎng)1Gbps、無錫電子政務外網(wǎng)100Mbps），城域網(wǎng)中心到用戶端帶寬達到34Gbps（電信14Gbps、移動20Gbps），是江蘇省內(nèi)首個直接通過萬兆連接到運營商核心鏈路的非運營商單位，并于2016年建成全國首創(chuàng)的無線教育城域網(wǎng)。

（2）無錫教育云計算中心建設

無錫教育云計算中心自2010年建成運行至今，擁有22臺云計算資源池主機、3套San存儲系統(tǒng)和1套分布式存儲系統(tǒng)，包含1088顆CPU計算內(nèi)核、7488GB計算內(nèi)存容量、300TB隨機存儲空間和1000TB分布式存儲空間。承載了招生、考試、報名、學籍、人事、師資、招聘、學校管理、行政辦公、應急通訊等10余個類型的教育管理系統(tǒng);還承載了教育門戶、教育新聞、學校門戶、培訓系統(tǒng)、競賽系統(tǒng)以及各類應用系統(tǒng)的WEB、微網(wǎng)入口等幾十個教育應用系統(tǒng)。

（3）無錫智慧教育云平臺建設

無錫智慧教育云平臺自2016年建成運行至今，集成面向全市的智慧教育各項應用，為全市教育管理者、學校、教師、家長、學生提供云端、桌面、平板、手機多終端應用，形成統(tǒng)一的智慧教育云平臺，構(gòu)建了普惠全市的智慧化全景式學習環(huán)境。建設并集成了“無錫市中小學陽光食堂智慧監(jiān)控平臺”、“錫惠在線學習中心”、“無錫市感知生長云平臺”、“無錫市中小學社會實踐平臺”等一系列應用。其中有629所學校接入了“無錫市中小學陽光食堂智慧監(jiān)控平臺”;200多所學校、1500多名教師在“錫惠在線學習中心”參與拍攝了直播名師課堂復習課程超3000節(jié)，疫情期間保障了“停課不停學”。

多年來，在無錫市教育信息化建設工作的持續(xù)推進中，實現(xiàn)了全市義務教育學校校園網(wǎng)千兆以上寬帶接入、100%中小學校接入寬帶，基本實現(xiàn)各級各類學校互聯(lián)網(wǎng)全覆蓋，擁有網(wǎng)絡教學和學習環(huán)境。建成341所無線校園、209所智慧校園、112所智慧課堂示范校園、102所創(chuàng)客教育示范校園。學校網(wǎng)絡教學環(huán)境大幅改善，基本實現(xiàn)“人人皆學、處處可學、時時能學”的教育信息化體系。隨著這些智慧教育應用的實踐，提高了師生信息技術的使用能力，提升了教育教學資源共建共享能力，促進了信息技術與教育教學的融合創(chuàng)新，提升了教育治理和服務現(xiàn)代化水平，為人工智能教育的開展實施提供了良好的支撐能力。

二、疫情防控成為新常態(tài)，呼喚技術創(chuàng)新

新冠病毒肺炎疫情的嚴峻性、復雜性和長期性，讓疫情防控成為中小學安全管理工作的重中之重，教育系統(tǒng)進入疫情防控新常態(tài)。

國務院、教育部、江蘇省教育廳、無錫市委市政府發(fā)布疫情防控通知，召開視頻工作會議，提出校園管控、體溫檢測、信息報送等工作要求。

1.疫情防控信息采集

要求每日實名采集全市教育系統(tǒng)學生及教職員工疫情防控信息，并根據(jù)防控要求的調(diào)整，及時對信息類型進行增加、刪減和調(diào)整。疫情防控信息采集包括醫(yī)學狀態(tài)、假期動態(tài)、接觸類型、15日內(nèi)沒去過重點疫情防控地區(qū)但有過接觸史的人員、到訪過重點疫情防控地區(qū)（或下車）的人員、滯留重點地區(qū)人員、其它原因需列入重點防控人員、當日外地返錫人員、境外返錫人員、共同居住親屬外地返錫信息等。

2.日常體溫信息采集

根據(jù)防控要求日報告、零報告制度，對全市教育系統(tǒng)人員進行日常體溫信息的采集和上報。寒假及停課期間，由家長通過個人終端直接填報或班主任表單匯總填報。復學期間，由家長通過個人終端填報或班主任進行體溫檢測與上報或智能設備采集上傳。

3.聯(lián)防聯(lián)控數(shù)據(jù)共享

實現(xiàn)全市的市級、區(qū)縣級、校級統(tǒng)一部署，聯(lián)防聯(lián)控，數(shù)據(jù)共享;實現(xiàn)與江蘇省教育廳的聯(lián)防聯(lián)控、數(shù)據(jù)上報與共享;實現(xiàn)與市公安局大數(shù)據(jù)指揮中心、市疾控中心的聯(lián)防聯(lián)控、數(shù)據(jù)共享。

中小學寒假和延遲開學期間，全市學校按上級要求開展疫情防控相關信息的統(tǒng)計匯報工作。班主任通過QQ群，利用電子表格、在線共享文檔等工具，對武漢來錫人員情況、學生和家人離錫情況、學生日常體溫記錄等信息進行采集、統(tǒng)計和上報。隨著疫情態(tài)勢的發(fā)展和聯(lián)防聯(lián)控機制的提出，信息采集指標不斷更新，信息上報要求不斷升級，學校層面存在操作難度，效率堪憂。

面對不斷升級的疫情防控要求和學校開學復課后的長效防控任務，顯然人工測溫、手動登記等初級方式已經(jīng)難以應對。要讓學校從單一、重復、低效的工作中解脫出來，要做到防控措施高效專業(yè)，防控信息及時透明，聯(lián)防聯(lián)控有力有效，必須依靠人工智能等技術創(chuàng)新。

三、非常時期求索新路徑，實現(xiàn)智慧治理

面對疫情大考，為了高效率、高質(zhì)量做好疫情防控工作，按照“實用、安全、先進、開放”的設計原則，我們規(guī)劃了“無錫市教育系統(tǒng)疫情防控技術解決方案”，利用現(xiàn)有教育信息化的最新創(chuàng)新結(jié)果，積極推動人工智能創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為疫情防控教育技術新產(chǎn)品，提升教育治理能力水平的智慧化、現(xiàn)代化。

1.目標定位和方案架構(gòu)

針對教育系統(tǒng)特征和校園實際場景，利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術，結(jié)合紅外熱成像測溫技術、視頻智能分析技術、篩查及通訊技術，圍繞“高精度、嚴防控、全分析”，來實現(xiàn)教育主管部門及校園的“有效預防、及時控制、實時通知和消除突發(fā)危害”的建設目標。[5]

無錫市教育系統(tǒng)疫情防控技術解決方案由疫情防控信息化平臺和人臉識別測溫系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。通過硬件終端對信息的采集和軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理及流轉(zhuǎn)，形成了由學生校門口體溫檢測到家長體溫考勤數(shù)據(jù)推送、學校學生檢測數(shù)據(jù)匯總、市區(qū)教育主管部門上報和分析的完整閉環(huán)及整體解決方案。有利于全市教育系統(tǒng)進行疫情防控信息采集、日常體溫信息檢測，完成聯(lián)防聯(lián)控任務。

疫情防控信息化平臺解決家長體溫數(shù)據(jù)填報、校園體溫設備檢測、校區(qū)市數(shù)據(jù)上報及分析監(jiān)控，完成學校對市、區(qū)縣教育主管部門的數(shù)據(jù)上報，并形成針對學校和區(qū)域的延續(xù)性數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控。

人臉識別測溫系統(tǒng)實現(xiàn)校園進出口紅外熱成像體溫篩查，實現(xiàn)實名記錄數(shù)據(jù)及時上傳疫情防控信息化平臺，支持戴口罩識別。通過保安室室內(nèi)通道或搭建防雨棚、帳篷、方艙等測溫通道，安裝人臉識別測溫一體機設備，及時發(fā)現(xiàn)溫度異常人員，杜絕隱患。

2.疫情防控信息化平臺

（1）平臺技術

疫情防控信息化平臺采用主流的云服務架構(gòu)，提供簡便的海量連接、云端存儲、消息分發(fā)和大數(shù)據(jù)分析等優(yōu)質(zhì)服務，支持應用系統(tǒng)的敏捷研發(fā)、快速迭代，降低各子系統(tǒng)的運營和運維成本。[6]

數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)多級表單提交、個人終端填報（無錫教育人人通和H5）、智能設備采集等方式，方便全市教育系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)采集。對平臺用戶的身份證進行數(shù)據(jù)加密，按照市教育局和公安局的指定規(guī)則進行數(shù)據(jù)交換，保障信息安全。

（2）平臺功能

按照開學后“控源頭、嚴規(guī)范、管過程、壓責任、保質(zhì)量”5個方面的要求，平臺構(gòu)建市、縣（區(qū)）教育局、學校、班級、學生家長多級責任人防疫信息直報系統(tǒng)和聯(lián)動網(wǎng)絡;通過多級防疫信息網(wǎng)幫助解決開學前師生重點人群排查，提供學生與教職工健康信息疫情日報、學校與教育廳局管理者端實時健康數(shù)據(jù)統(tǒng)計互通、重點關注人群或高風險人員實時動態(tài)預警視頻督辦聯(lián)動，實現(xiàn)開學前教育廳局對學校開學條件專項檢查信息化標準化實施;解決開學時14天師生健康檔案自動生成留存和下載存檔、錫康碼輔助科學分批返校計劃、返校日晨午體溫檢測、返校后晨午體溫檢測學生管控等關鍵問題。通過開學前、開學時、開學后全過程可管控、可追溯，最終實現(xiàn)校園安全無風險目標。

對于學校，平臺既能實現(xiàn)對全校學生體溫數(shù)據(jù)的單次記錄，又能支撐延續(xù)性的跟蹤與分析，從而精準掌握正常與異常學生的周期性變化狀態(tài)。對于市、區(qū)縣，平臺支持校園自動采集以及家長、學生自主填報，教育主管部門可以實時監(jiān)督掌握轄區(qū)各校學生的體溫狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并對異常情況進行及時干預。

（3）平臺應用

師生應用：可通過疫情防控系統(tǒng)或無錫教育人人通微信定期填報學生和家人健康狀況數(shù)據(jù)和要求的各項防控信息。（見圖1）

學校應用：通過疫情防控平臺可實時掌握本校體溫異常教師人數(shù)和異常學生人數(shù)，可按班級呈現(xiàn)不在本市人數(shù)、接觸高危和新冠人數(shù)，可查看近期本校異常人數(shù)折線變化圖，并提供異常人員名單供學校采取預防措施，可同步完成江蘇省校園疫情聯(lián)防聯(lián)控數(shù)據(jù)的上報。（見圖2）

教育局應用：實時掌握所轄區(qū)域安全動態(tài)，通過個人填報、表單填報和自動采集前端設備實時上傳現(xiàn)場告警數(shù)據(jù)，異常情況即時登記、即時更新，匯總數(shù)據(jù)隨時刷新，最新情況隨時掌握。（見圖3）

市級教育主管部門通過疫情防控平臺查看本市疫情實時動態(tài)地圖，監(jiān)控本市各區(qū)各校體溫異常教師數(shù)和學生數(shù);支持查看當日本市體溫檢測匯總分析數(shù)據(jù)并支持按時間查詢;可設定學段或區(qū)域呈現(xiàn)未返本市學生情況。（見圖4）

市、區(qū)教育局可通過疫情防控平臺進行轄區(qū)學校、班級以及師生健康采集數(shù)據(jù)的管理和維護。可設置轄區(qū)各校上報表格項目要求，實時查看各區(qū)各校上報進度。（見圖5）

區(qū)縣通過疫情防控平臺可監(jiān)控轄區(qū)各校體溫異常教師數(shù)和學生數(shù)，可呈現(xiàn)各校接觸高危和新冠人數(shù)，可查看近期轄區(qū)異常人數(shù)折線變化圖，并提供各校異常人員名單和風險評估高危學校供區(qū)教育局預警參考。

3.人臉識別測溫系統(tǒng)（見圖6）

（1）非接觸式快速高精度體溫檢測方式

鑒于校園人員的流動性和持續(xù)性，采用高精度的非接觸式體溫檢測手段，在識別區(qū)域快速精準地測量人員體溫，區(qū)分正常人員和低溫疑似感染人員。針對篩查確定的異常目標，執(zhí)行復測干預手段，以防病毒疫情大范圍擴散的危險，同時最大程度保護在公共場所進行疫情保障的管理人員。

（2）身份核驗與體溫檢測記錄關聯(lián)機制

師生通過一體機設備進行人臉識別，系統(tǒng)與人臉庫進行快速比對確定人員身份信息，同時測溫攝像模塊通過紅外測溫精確檢測體溫數(shù)據(jù)，身份認證與額溫檢測同步關聯(lián)，記錄數(shù)據(jù)實時上傳疫情防控信息化平臺。有效減少學校人力檢測記錄成本，并實現(xiàn)師生考勤、訪客認證核驗、家校互通等附加功能。

（3）多形式安裝多場景應用

人臉識別測溫一體機支持桌面、壁掛、支架、立式等多種安裝形式，適應學校門口、食堂、宿舍多場景應用，便于晨午體溫的檢測。

看到即測到，測到就傳到，傳到則判到并記到。在人工智能等技術創(chuàng)新的加持下，教育系統(tǒng)疫情防控走上智慧實踐之路。

四、人工智能賦能教育大有可為

無錫教育信息化的建設與發(fā)展已經(jīng)取得了一些成效，不斷推動人工智能技術在教育領域方方面面的運用。突然爆發(fā)的疫情，成為了無錫教育信息化建設和應用能力的試金石。無錫市教育疫情防控技術的智慧實踐考驗了無錫市教育云平臺的支撐能力、各種智慧教育智能終端APP的融合應用能力和教育大數(shù)據(jù)的分析匯總能力。本次疫情防控工作不但為人工智能的落地應用探索了豐富的經(jīng)驗，而且也為無錫市教育信息化的建設與發(fā)展指明了方向。

1.加速業(yè)務上云，拓展互聯(lián)網(wǎng)教育服務

疫情推動了整個教育體系更主動地利用互聯(lián)網(wǎng)來展開教育教學、教育管理和教育服務。疫情期間，無錫市教育局及各級學校通過互聯(lián)網(wǎng)展開了“停課不停學”工作、疫情防控工作、云調(diào)研和云教研等一系列工作。在這一過程中，教育行政管理部門及師生對信息化的認識和其信息化素養(yǎng)得到了很大的提高。

基于這一變化，無錫市教育局將加速推動各類教育管理和教育服務業(yè)務的數(shù)字化和云化。研發(fā)更多的服務于學校發(fā)展、教師發(fā)展和學生發(fā)展的相關業(yè)務應用上云。深化互聯(lián)網(wǎng)在教育領域的應用，加速推動“數(shù)據(jù)多跑路，群眾少跑腿”愿景的早日實現(xiàn)。

2.構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺，推動跨部門數(shù)據(jù)共享

在此次教育系統(tǒng)疫情防控平臺的研發(fā)和應用過程中，與公安部門及疾控部門的數(shù)據(jù)對接和共享是本次工作的一個要點和亮點。實踐過程中既暴露出了數(shù)據(jù)化治理頂層設計的不足，也反映出跨部門數(shù)據(jù)共建共享的勢在必行。

目前，從教育系統(tǒng)內(nèi)部來看，無錫市各教育部門、學校仍存在部分資源分散、相互封閉的狀態(tài)，各個教育信息系統(tǒng)平臺獨立存在，數(shù)據(jù)不能共享。從全市的大局來看，各部委辦局與教育系統(tǒng)之間都迫切需要進行數(shù)據(jù)之間的共建共享。比如，教育系統(tǒng)的疫情防控如果要更加智能，則需要與運營商、公安部門、交通部門、醫(yī)療部門等共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更高效的聯(lián)防聯(lián)控。再比如，學生入學報名系統(tǒng)需要與房產(chǎn)監(jiān)管部門、人社部門、公安戶籍部門等進行數(shù)據(jù)共享。這樣，不但可以極大減輕家長負擔，還能使教育管理和服務越來越智能和高效。

所以，構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺，制定統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，同時建立基本的數(shù)據(jù)存儲中心、數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對全市的教師、學生、學校的相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的收集和管理，從而避免重復建設和信息荒漠、信息孤島情況的出現(xiàn)。推動教育系統(tǒng)內(nèi)部的互聯(lián)互通、推動系統(tǒng)外跨部門的數(shù)據(jù)共享是未來無錫市教育信息化建設的一個重要舉措。

3.建設教育大腦，探索智能化教育創(chuàng)新

未來，無錫市教育局在加速推動教育業(yè)務上云的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略下，能夠?qū)崿F(xiàn)實時采集和沉淀教育管理大數(shù)據(jù)、校園教學大數(shù)據(jù)和學生學習大數(shù)據(jù)。屆時，將引入先進的人工智能技術，建設教育大腦，對海量教育類數(shù)據(jù)進行探索分析，建立各種應用模型，賦能教育治理、教師教學和學生學習。

通過不斷探索人工智能技術在教育系統(tǒng)的創(chuàng)新應用，將事后分析變?yōu)槭虑暗念A測和干預，將事實的描述變?yōu)榘l(fā)展的指導。未來，我們要探索通過教育大腦對學生進行畫像，為每個學生提供個性化的成長指導;對教師進行畫像，服務教師的職業(yè)生涯發(fā)展和教師隊伍建設;對學校進行畫像，幫助學校選擇更好的發(fā)展路徑。

我們相信，在人工智能等技術創(chuàng)新的加持下，教育創(chuàng)新會走上智慧實踐之路。我們已走過萬水千山，但仍需向著智能時代不斷跋山涉水。

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（編輯：王天鵬）