基于人工智能的“數(shù)字彩虹”管理模式探索

□文/潘曉燕 張岳君 馮冬怡 杭州第十四中學

杭州第十四中學是浙江省歷史悠久的百年名校，是浙江省一級重點中學，是全國和浙江省首批數(shù)字校園示范學校。

近年來，人工智能的發(fā)展進一步促進了學校信息化管理的提升。為適應浙江省教育教學的深度改革，結(jié)合實際，學校設(shè)立了“信息技術(shù)促進學生個性化發(fā)展模式探索”研究課題，并于2012年開始著手規(guī)劃基于學校“容短促長·追求卓越”差異化發(fā)展模式的數(shù)字彩虹工程（Digital RainbowProject，簡稱DRP），其內(nèi)容包括“數(shù)字彩虹”課程、“數(shù)字彩虹”課堂、“數(shù)字彩虹”管理等三大方面。

目前，學?！皵?shù)字彩虹”管理基于新課程走班教學管理模式，全面整合優(yōu)化學生個性化學習資源，提高了學校管理的效率，為高中新課改的順利實施提供了全面保障。

探索“數(shù)字彩虹”管理 推動教育深度改革

建設(shè)目標：統(tǒng)一平臺，深度融合

為更好地落實深化課程改革，學校希望通過“彩虹管理”實現(xiàn)各類數(shù)字應用與教育教學管理良好銜接，解決課程改革所需要的教師、學生、課程的動態(tài)評價問題?！皵?shù)字彩虹”建設(shè)目標是通過統(tǒng)一平臺的支持，統(tǒng)一建站、統(tǒng)一管理，分級授權(quán)，細化單位和個人的職責，實現(xiàn)平臺建設(shè)與教學管理改革的深度融合，以實現(xiàn)教育改革的全方位現(xiàn)代化。

平臺架構(gòu)：一個中心、多種功能

學校數(shù)字“彩虹管理”以智能化管理為特點，網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化地打造集新型教學、學習和研究為一體的校園平臺系統(tǒng)，形成“兩校區(qū)一中心、三縱四橫多功能”格局，基于統(tǒng)一構(gòu)架的高度集成的數(shù)字化平臺，最終實現(xiàn)校園的智慧化管理（如圖1）。

圖1 杭十四中“彩虹管理”整體框架

管理模式：兩種途徑，六大系統(tǒng)

學校圍繞“一個目標，兩種途徑，三個原則，四個保障”開展數(shù)字彩虹管理建設(shè)，即以學生個性化成長和教師專業(yè)化發(fā)展為目標，以“彩虹學堂”和“彩虹管理”為兩個主要實現(xiàn)的途徑，以團隊合作、科研引領(lǐng)、全員培訓和制度建設(shè)為保障，在建設(shè)與需求相匹配、理念與技術(shù)相融合、課堂和課外相交叉為原則的基礎(chǔ)上，從學校實際出發(fā)進行了探索和實踐。學校先后完成了硬件基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)字校園基礎(chǔ)平臺、教育教學管理系統(tǒng)、信息化管理移動系統(tǒng)、數(shù)字化學習系統(tǒng)、學生綜合素質(zhì)評價系統(tǒng)這六大工程，顯著改善了杭州第十四中學的信息化環(huán)境，學校教育管理信息化建設(shè)有了飛躍提升。

實施“數(shù)字彩虹”管理 實現(xiàn)創(chuàng)新突破

在杭州第十四中學，人工智能的應用打破了原有的教學和管理方式，為教育教學活動提供了更多的解決方案。

人工智能輔助學生健康監(jiān)測

走讀生每天早晨入校都需要進行健康碼和體溫的檢測，耗費人力和時間。學校結(jié)合智慧校園軟件系統(tǒng)，引進以“熱成像技術(shù)”和“人工智能”技術(shù)結(jié)合的一體化學生健康保障系統(tǒng)，即“5G健康一碼通”人臉識別系統(tǒng)（如圖2）。通過5G信號實時上傳學生的刷臉信息至杭州城市大腦中樞平臺并進行比對，獲取健康碼狀態(tài)后反饋下載，同時進行體溫核查，前端設(shè)備顯示健康碼狀態(tài)及體溫情況。當健康碼和體溫正常的情況下，設(shè)備提示通行并語音播報，整個過程不超過2秒，無需刷身份證、市民卡。全校師生無需摘下口罩就能在攝像頭前刷臉，不但大大提高師生入校通行效率，而且大大提高了防疫安全。

圖2 杭十四中“5G健康一碼通”人臉識別系統(tǒng)

人工智能輔助精細德育評價

為了實現(xiàn)人人參與、時時管理的全員全程德育管理，學校開發(fā)使用了德育信息化移動管理系統(tǒng)，運用智能設(shè)備實現(xiàn)信息及時有效發(fā)布和反饋，管理人員隨時隨地查看學生一日常規(guī)情況，最大程度地做到信息無縫對接，落實全員德育。該系統(tǒng)由學生常規(guī)德育、個性發(fā)展自我評價、特長及成果、課業(yè)考試成績登記表等內(nèi)容構(gòu)成。教師通過日常的考核、登記、評價等，完成對學生常規(guī)德育管理的過程性評價，并通過后臺增強對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、整理、甄別、分析，逐步啟動學生的自助評估、動態(tài)評估和個體發(fā)展評估等，形成學生學業(yè)水平和常規(guī)管理的發(fā)展性評估系統(tǒng)，運用數(shù)字化來強化學生的自我管理意識，激勵學生健康發(fā)展。

學生綜合素質(zhì)考評系統(tǒng)能夠?qū)W生的成長記錄、考試成績、學習表現(xiàn)、綜合實踐活動成果和個性特長成果等內(nèi)容記錄在個人綜合素質(zhì)檔案內(nèi)，以學生電子信息包的形式最后呈現(xiàn)。

人工智能輔助精準教學管理

學校結(jié)合分層教學特點和精準教學發(fā)展目標，運用人工智能、大數(shù)據(jù)、知識圖譜構(gòu)建等技術(shù)，開展學情分析、學習診斷和分層教學，助力教師精準教學。

學情追蹤系統(tǒng)支撐個性化教學。杭州第十四中學通過采集日常教學過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，供學校教學管理部門、學科教師、學生及家長共享，促進教學的過程性管理，提升教學質(zhì)量。通過系統(tǒng)的“知識得分率”模塊，教師能夠?qū)崟r了解到所授班級具體學科，具體知識點的掌握情況，與年級掌握情況作對比。學生可以通過系統(tǒng)整理自己的錯題集，下載打印題干、原作答、知識點、難度等信息，提升學科知識能力。

人工智能輔助落實新高考

學校開發(fā)了教務系統(tǒng)，包括智能選課、學分認定、走班管理等多個子系統(tǒng)。該教務管理系統(tǒng)包含了制定教學計劃、排課管理、學籍管理、考試管理、成績管理、教材管理、畢業(yè)管理、教學工作量統(tǒng)計等功能，是一個動態(tài)的信息管理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代技術(shù)，學校實現(xiàn)了教務常規(guī)管理科學化的運作，保障了走班教學管理的有序性。

機器人實驗室

數(shù)字化化學創(chuàng)新實驗室

數(shù)字化物理實驗室

通用技術(shù)實驗室

學校建立了教學質(zhì)量管理信息化體系，實行全方位、全過程的教學質(zhì)量管理，實現(xiàn)對教學效果的檢驗和評價。學校打造的基于智慧班牌的走班教學管理系統(tǒng)正是基于以上理念開發(fā)的（如圖3）。該系統(tǒng)以教務系統(tǒng)為中心，以智慧班牌為展示平臺，及時將教務數(shù)據(jù)推送到前端，學生可以通過系統(tǒng)實現(xiàn)走班考勤、互動查詢，加強學生自我評價，完善教學質(zhì)量內(nèi)控機制。高考制度的改革對學生的職業(yè)生涯規(guī)劃的管理提出了新的需求。為了適應這一需求，學校建設(shè)了學生職業(yè)生涯規(guī)劃管理系統(tǒng)。學生可在平臺上進行相關(guān)職業(yè)傾向的測試，完成職業(yè)生涯規(guī)劃報告書，為走班教學的過程化管理打下基礎(chǔ)。學?；跉v年高考數(shù)據(jù)的模擬分析，將學生的?？汲煽兡M換算成全省排名，推薦出符合其“七選三”選課最優(yōu)組合及最大概率高考院校，幫助學生調(diào)整學習方向，幫助學校調(diào)整教學模式。

圖3 杭十四中走班教學管理系統(tǒng)

“數(shù)字彩虹”管理建設(shè)成效

“數(shù)字彩虹”管理顯著改善了杭州第十四中學師生教學及學習的信息化環(huán)境，并建立了一套與信息化相適應的教學管理體制，出臺了相應的《杭十四中綜合素質(zhì)評價方案》，實現(xiàn)了過程管理和多元評價。學校信息化管理的突破性建設(shè)對當下高中旨在促進學生差異發(fā)展的課程改革起到了關(guān)鍵性的作用。

2017年，杭州第十四中學課題《數(shù)字彩虹工程（DRP）促進學生差異化個性化發(fā)展模式的實踐研究》獲杭州市教育科研優(yōu)秀成果二等獎，學校被評為浙江省教師信息技術(shù)提升工程培訓示范學校，信息化案例《建設(shè)數(shù)字“彩虹學堂”促進學生差異發(fā)展》被評為全國100個基礎(chǔ)教育信息化典型應用案例。2019年，學校成為浙江省區(qū)域和學校整體推進智慧教育綜合試點學校。2020年，杭州第十四中學“人工智能輔助落實新高考”項目成功入選杭州市首批30項人工智能項目方案。2021年，學校獲評“杭州市數(shù)字校園標桿?！薄?/p>

隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，各行各業(yè)都將迎來一場智能化的革命，教育也一樣。在人工智能技術(shù)的輔助下，教師角色定位的改變、學生個性化學習服務的提升，能夠推動教育事業(yè)的改革與創(chuàng)新。杭州第十四中學將進一步深入探索人工智能教育和人工智能管理的應用，促進學生個性化學習和多樣化發(fā)展?！?/p>

數(shù)字化人體生命科學館全景