基于智慧校園支撐的師生教學需求保障應用平臺設計研究

張 亮，段世良

（1.空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安 710043；2.空軍工程大學 航空工程學院，陜西 西安 710043）

0 引 言

軍隊院校條例指出：軍隊院校教育保障，應當突出為教學服務，堅持需求牽引、信息主導、集約共享、注重效益、完善保障標準，創新保障模式，優化資源配置，改善辦學條件，保障院校教育順利實施。因此，深入分析當前軍隊院校教育訓練保障中存在的問題，突出教師和學生主體，運用云計算、神經網絡、大數據、物聯網等先進技術手段，通過保障資源重構、保障信息共享，科學構建信息化條件下院校教學保障新體系，實現傳統教學訓練保障工作從“被動式碎片化服務”向“主動型體系化服務”轉變，為院校培養軍事人才、發展軍事科學、服務備戰打仗提供智能化信息化服務保障，具有十分重要的現實意義。

1 院校教學保障現狀及現實矛盾問題

1.1 體系化設計理念存在差距

由于受傳統保障理念、固有保障模式、原有保障隊伍和院校現實條件等因素限制，當前軍隊院校對教學保障體系建設發展的脈絡還不夠明晰，思想不夠解放，理念不夠創新，視野不夠寬闊，導致教學保障的體系化、信息化設計沒有前瞻性和預見性，內容不夠科學合理，技術標準缺乏統一規范，功能應用不能適應當前信息化教學環境下師生教育訓練的實際需求。

1.2 軟硬件建設發展均不平衡

軍隊院校開展信息化建設起步較晚，智慧校園建設推進過程中往往由于缺乏足夠的經費支持，軟硬件建設一般都零敲碎打，軟硬件配套建設不夠科學合理，要么硬件跟不上軟件，“小馬拉大車”導致網絡擁堵、存儲空間不夠、服務器超負荷運行等問題；要么軟件跟不上硬件，“大馬拉小車”導致網絡閑置、存儲空間冗余、服務器使用率不高等問題。雖然已搭建了超融合硬件平臺，但沒有設計和建成理念先進、性能優越、運算能力強大的教學保障應用平臺，仿佛“高速路上跑小車”，造成資源閑置浪費。

1.3 信息資源整合管理不系統

通過走訪部隊和兄弟院校，了解到目前軍隊院校機關業務部門、教學保障單位、教研室、學員隊，甚至課題組均從自身需要出發，建有自己的應用平臺和特色資源，由于技術標準不統一，無法兼并集成，有的甚至沒有預留數據接口，無法分享共用，導致系統平臺各異、資源分散，造成內容交叉和內容不足問題同時存在；有的建成后缺乏有效運維管理，導致系統修復不夠，信息內容更新不及時，使用功能無法持續改進，難以滿足現實需要。前期在教員座談交流中，有多家教研室提出了資源分享需求和相關建設意見。在師生問卷調查中，師生的信息資源使用需求占比60%，同時也反映出信息資源過舊、更新不夠及時和缺少外文資料等問題。

1.4 教學保障信息智能水平低

院校教學保障模式仍處于傳統碎片式被動服務，缺乏有效管用的信息平臺支撐，業務保障部門往往領受任務才啟動保障程序，被動應付多，積極主動不夠。師生執行教學任務時，經常需要協調機關和業務保障部門，程序繁瑣復雜，信息化水平不夠，人為干預多，保障智能精準度低，效率和質量不高，官兵體驗較差。在座談會中，多家教研室提出加大教學保障和宣傳推廣的建議，問卷調查中反映教員對網絡和場地報修流程、對接人和聯系方式不夠熟悉。部隊調研中反映院校教學和部隊訓練銜接還不夠緊密、耦合不夠深入。

1.5 跟蹤問效反饋效果不明顯

傳統保障模式雖然配有簡單的滿意度調查、服務質量反饋等環節，但存在反饋內容不夠齊全、體系不夠完整、機制不夠成熟、信息化程度不高等問題，導致保障部門不熟悉管理的資源條件和質量、用戶需求響應速度、保障期間用戶體驗效果以及反饋問題整改落實情況等，上級領導也無法通過數據宏觀掌握服務保障質量效果等。

2 教學保障應用平臺設計理念

以大數據、物聯網、云計算為基礎的智慧校園建設是高校實現創新建設和發展的重要方向[1]，有利于強化高校的集中式管理。基于智慧校園支撐設計和建立全新的教學保障體系，尊重服務對象需求體驗，符合智慧校園設計理念和院校管理保障發展方向，是推動校園信息化智能化建設的一次重要探索與實踐。充分運用信息化手段，引入神經網絡運算，重構符合新時代信息化要求的整體框架，形成思路清晰、保障高效、體驗良好、機制健全的教學保障體系，建成連接服務對象和服務保障機構的橋梁樞紐，按照“盯兩頭、打基礎、修高速”的設計思路逐項構建、逐步實施。

“盯兩頭”：一頭是服務保障對象，包括廣大教員、學員、機關干部；另一頭是保障部門，包括訓練部門以及教保中心所屬的圖書館、信息技術室、教學保障室、文印室等保障職能單位。在新的框架體系設計中，重點圍繞兩頭開展工作，針對服務對象，深入研究服務對象的各類共性保障內容和個性化保障需求；針對保障部門，按照文獻[2]提到的模塊化設計思路，即在智慧校園建設過程中，理清業務需求，明確建設方向，從頂層角度，以最新的軟件設計模式—“功能模塊化”對傳統智慧校園進行重構升級。保障部門重點負責模塊化設計整合保障工作、優化服務工作單元、實施相關條件建設、拓展保障模塊的覆蓋面和提高保障體系服務質量。

“打基礎”：著力解決實際建設中軟硬件發展不平衡、信息資源使用管理不規范、保障人員能力水平參差不齊和規章制度建設不健全等問題，以智慧校園為支撐，全方位實施涵蓋保障條件、信息資源、規章制度等方面的建設，打牢“橋墩”基礎。通過應用平臺的應用管理，摸清真實需求，緊盯需求搞建設，采取集中管理現有信息資源、改善新建場所環境、引進先進設施設備，不斷提升資源條件建設水平。加強人員素質培養，提升服務意識，增強業務能力，打造專業化保障團隊。完善規章制度制定，健全各類制度，嚴格落實制度，規范一線標準，用一流的管理、一流的標準支撐體系運行落實見效。

“修高速”：推進智慧校園建設步伐，以智慧校園為支撐，不斷升級原有零散、孤島式信息平臺，升級帶寬，統一標準，實施平臺信息推送，減少人為干預因素，建立運行順暢的信息“高速路”，著力解決現有教學保障模式信息化智能化水平低的實際問題。針對服務對象共性和個性需求，引入強大的神經網絡，智能調取并優化組合形成符合師生實際需求的“一站式”配套服務，同時記錄服務數據和用戶體驗情況，系統對提供的服務實現自我改良和自我優化，持續改進服務。讓信息化“高速公路”有效聯通服務對象和保障單位兩頭；在服務對象輸入需求后，通過神經網絡邏輯算法最終向服務對象輸出精準服務。

體系雛形構建完成后，可通過服務對象檢驗服務質量效果，優化程序算法，暢通保障鏈路。運行成熟后，可拓寬資源類型，拓展服務功能，延伸除教學保障以外的其他業務領域，形成泛在化服務保障體系。

3 應用平臺體系設計與構建

3.1 根據“盯兩頭、打基礎、修高速”思路，打造信息化平臺框架

按照“盯兩頭、打基礎、修高速”的建設思路，充分考慮服務對象使用體驗、智能運算效率和需求服務效果等因素指標，同時兼顧保障部門職能分工，以提升服務能力水平為出發點，聚焦打牢“橋墩”基礎，在服務對象（需求側）和服務保障機構（供給側）之間搭建橋梁樞紐，打造快速高效的教學保障應用平臺。具體如圖1 所示。

圖1 教學保障應用平臺設計思路示意圖

3.2 根據師生需求部門職能，構建“三層級雙流程”運行模式

三層級：包括基礎層（服務因子）、中間層（功能模塊）、應用層（服務項目）。基礎層（服務因子）是指服務保障部門能提供的、不可拆分的具體單項服務內容，比如：PPT 課件制作、某型飛機技術資料服務、智慧教室預約、障礙場預約、隨堂錄制視頻等，這些服務因子可以根據不同部門和內容性質進行一定的歸類。中間層（功能模塊）是指由多個服務因子組合而成的，滿足或部分滿足服務對象需要的有機整體，比如：某型號系統資源查詢功能模塊，該模塊包含了該型號的紙質資源、數字資源、視頻資源、外軍最新研究等相關資源查詢的服務因子，既可以作為單一的資料查詢，同時也是“教員備課”“畢業論文撰寫”等具體服務需求中的一部分。應用層（服務項目）是指服務對象需要完成某項工作時的宏觀服務要求，一般是一項綜合性工作，比如：召開視頻會議服務需求，包括會議場所預約、視頻平臺保障、攝像保障、文印服務，甚至歷年類似的會議材料查詢等服務。

流程一：以服務保障對象視角，從提出的具體服務需求開始，第一步是將用戶服務需求轉化為標準的服務項目。通過信息系統輸入有關服務需求內容，采取系統歸納算法，將不同的服務需求表述統一為標準的服務項目，比如教員輸入“教員備課授課”“授課準備”“課程教學準備”等需求關鍵字，系統自動分析將需求歸納轉化為教員備課服務項目；學員輸入“如何做畢業設計”或“畢業論文撰寫”，分析歸納轉化為畢業設計服務項目。第二步是服務項目匹配相關功能模塊。服務項目確定后，系統自動識別，通過神經網絡運算，智能匹配系統內部已建成的各類功能模塊，根據項目內容通過系統進行優化組合及調整，對應保障服務對象在各階段、各時期、各場所的各類用戶需求，比如針對教員的教員備課服務項目，可智能匹配到“資料查詢”“多媒體課件制作”“場所預約”“課程錄播”等功能模塊；針對學員的畢業設計服務項目，可智能匹配到“資料查詢”“多媒體課件制作”“教員輔導”“專業書籍推送”“文印室膠裝”等功能模塊。第三步是功能模塊提取調用服務因子。根據實現功能模塊所需的相關服務內容，通過神經網絡算法推薦或者手動查詢檢索的方法，調用已有的各類服務因子，由其組合成為功能模塊，由服務部門根據服務因子，完成服務任務。

流程二：以保障部門視角，服務質量的優劣很大程度取決于服務因子的建設水平，服務因子的建設也是保障部門“打基礎”的關鍵。第一步，日常任務接收分配。在平臺系統運行過程中產出不同的服務因子，服務因子按照派工單的方式，由系統平臺分發給職能單位，由職能單位負責落實任務；同時，職能部門可以根據系統平臺所調用具體服務因子的覆蓋范圍、頻次數據，分析優化服務，提升服務保障質量和水平。第二步，服務質量反饋。保障任務完成后，提出需求的用戶可根據服務的響應時間、質量效果等，提出意見建議，填報系統反饋，系統將實時反饋至服務單位的上級部門，輔助單位做好服務質量跟蹤反饋。第三步，定期推送需補充增加服務的信息。系統將定期推送服務項目中多個用戶需要，長期無法滿足的服務內容，作為后續規劃新增服務因子的重要依據。具體如圖2 所示。

圖2 “三層級雙流程”運行模式示意圖

3.3 引入神經網絡算法機制，創新設計信息平臺服務功能

在教學保障應用平臺中布設神經網絡，重點圍繞服務對象，在服務對象的信息輸入、服務項目調用服務模塊、服務模塊調用服務因子，以及持續改進服務等方面，均采取預設內容和手動選取的方式，實時記錄服務對象的調用行為，通過神經網絡算法創新設計輸出內容。文獻[3]指出，人工神經網絡是一種旨在模仿人腦結構及其功能的信息處理系統。參照文獻[4]中描述的BP 神經網絡模型，即針對用戶不同的需求輸入，經過隱藏層邏輯運算，向用戶輸出不同的服務結果。具體模型如圖3 所示。

圖3 BP 神經網絡模型示意圖

3.3.1 分析歸納規范輸入功能

文獻[5]指出，人工神經網絡可以通過訓練掌握數據歸納和處理的能力。當用戶輸入需求時，具備讀取分析需求內容，將服務需求歸納轉化為統一規范標準的服務項目，便于標準化用戶輸入數據信息。

3.3.2 記憶識別和智能匹配功能

根據特定服務項目，智能匹配任務所需的各階段、各時期功能模塊，依次解析各類功能模塊，按照文獻[6]提出的大數據關聯分析方法，即從各種不同的數據對象當中查找和搜尋相同或者是有著相似特點的對象，使得它們之間進行關聯，增強它們之間的關聯性。利用大數據分析用戶習慣數據，對于相似的用戶需求，只須關聯并調用曾經使用過的功能模塊并進行固化，形成記憶，節省運算時間。

3.3.3 自動分類抽取功能

將海量服務因子按內容劃分到數字資源、軟件系統、教學訓練場所、線下服務和硬件設備等5 個服務種類下，區域快速搜索和有效提取調用各類功能模塊所需的服務因子。

3.3.4 異常容錯自動組合功能

當出現需求輸入解析辨識模糊，或者調用資源匹配不到時，應具備應急處置和自我修復能力。按文獻[7]提出的，神經網絡只要求部分條件，甚至有節點斷裂也不影響信息輸出的完整性，具備魯棒性和容錯性；將調出的服務因子進行優化組合，按照工作流程排序，生成各類功能模塊。

3.3.5 學習和自適應功能

文獻[8]提出的，神經網絡具有較強的信息學習分析能力，能夠主動組織和學習知識，能夠主動適應不同網絡信息處理方法的要求。將神經網絡加入自我博弈功能中，支持輸出多種服務方案，自我比對方案優劣，從優選擇確定最終服務，在大量數據訓練樣本中增強算法和自我升級。

以教員教學備課服務項目為例，平臺智能匹配到資料查詢、多媒體課件制作、場所預約、攝像保障等功能模塊后，各自模塊精準定位到服務種類中提取調用所需的服務因子，如“多媒體課件制作”功能模塊可提取調用“數字資源”服務種類下“多媒體課件模板下載”服務因子和“線下服務”服務種類下“多媒體制作技術支持”服務因子，經神經網絡整合后形成符合用戶需求的各種功能模塊，打包成功后向用戶輸出一整套優質服務。具體如圖4 所示。

圖4 功能模塊示意圖

3.4 加強保障服務因子建設，打牢應用平臺基礎支撐

服務因子是保障部門“打基礎”的關鍵，將服務因子比作人體基礎細胞，功能模塊比作人體各種功能器官，神經網絡猶如人體神經脈絡一樣，在各種功能器官間發揮聯通樞紐作用。深入細化服務因子，按照保障條件建設、信息資源建設、規章制度建設3 個大類，數字資源、軟件系統、教學訓練場所、線下服務、硬件設備等5 種類型，細化分為16 個子目錄（后續還將調整擴充），進行因子規劃。充分利用平臺使用數據，將服務因子根據內容性質劃分到相應的職能部門，由職能部門根據服務因子在應用平臺中的調用情況加強建設和管理。對現有可以滿足實際需求的服務因子予以保留；對現有可以滿足部分需求的進行補充完善；對之前沒有但師生實際迫切需要的進行全新研發；對應用平臺使用頻率低或長期不調用的進行暫停甚至淘汰。具體如圖5 所示。

圖5 服務因子分類規劃示意圖

3.4.1 保障條件建設方面

構建場所環境，建設實驗室、智慧教室和部隊遠程授課指揮中心（打通院校教學和部隊訓練鏈路），整修輕武器射擊場和室外訓練場地，改造圖書館，實現所有教學訓練活動均有相關場所支撐；引進先進設施設備，保證信息化教學設備的先進性和實用性。

3.4.2 信息資源建設方面

信息資源建設包括建設新裝備資料室、特色資源服務網站、外場保障搜索引擎、融媒體信息資源平臺等；集成軟件系統，充分利用現有優越的硬件環境，將所有軟件系統集成到軟件系統服務種類下，根據用戶需求通過教學保障應用平臺進行有效調用。

3.4.3 規章制度建設方面

以提升人員素質為核心，圍繞技術提升、能力培養、作風整肅，健全各類制度，比如人員（場所）管理制度、定期培訓制度、激勵獎懲制度、服務反饋機制等，可以采取外出培訓、調研學習、引進人才等方式進一步提升人員業務能力，用一流的管理、一流的標準，提高業務能力，提升服務水平，打造專業保障化團隊。

4 全程引入質量評估機制

教學保障應用平臺向服務對象輸出服務，分線上和線下保障并行。線上保障是指自動搜索匹配資源提供給服務對象使用；線下保障是指系統向保障部門分配任務，保障部門主動對接服務對象，完成需求保障。實現服務對象有需求時，能夠第一時間找到線上資源、第一時間找到保障部門、第一時間聯系上具體負責人，確保服務保障高效、服務質量卓越、用戶體驗一流。

4.1 服務保障評估

通過平臺建立滿意度評價反饋機制，將服務劃定質量等級，平臺支持線上用戶滿意度測評；建立獎懲機制，將服務質效與保障人員業績考評掛鉤，確保服務質量；建立持續改進機制，積極征求修改意見，暢通熱線服務，了解師生體驗情況，根據意見建議做好優化完善。

4.2 指標數據預警

利用平臺，將響應時間、任務完成率、用戶參與度等各類客觀的服務相關指標數據進行專門管理，對數據進行分析研判，設定各類數據的預警閾值，由平臺主動向保障部門管理者推送相關信息，作為各類服務資源條件建設、人力資源匹配、個別人員能力提升等方面的決策依據，確保平臺服務水平持續改進、自我優化，實現螺旋式上升。

4.3 專業運維團隊

徐圣林[9]指出，由于信息化系統應用過程中問題的突發性、多樣性和復雜性，所以需要一支知識深厚、經驗豐富、實踐能力卓越、有責任感和服務意識的運維隊伍。在保障部門組建專業運維團隊，負責平臺推廣使用和業務培訓，保證平臺軟件順暢運行、硬件設備配套完好、網絡環境安全可靠；負責加強具體配套服務的有效輸出，提供服務因子調整和增加的需求提報，確保保障體系運行科學高效。

5 體系設計優勢

方海光等[10]認為，人工智能在存儲容量、計算速度等方面已經超過人類，在特定場景、預設規則的情況下比人類的工作效率高很多且不存在認知偏見。較之傳統保障模式，新型教學保障體系具備以下優勢。

5.1 采用神經網絡系統，增強服務體驗效果

用戶輸入需求，神經網絡利用記憶識別和邏輯運算，智能分析用戶日常使用習慣、個人喜好以及輸入的實際需求，態勢感知用戶真正需要的資源及服務，輸出充分符合用戶需求的系列服務，服務體驗效果更加顯著。

5.2 系統自動匹配服務，排除人為協調掣肘

在執行各類教學任務時，全程均可匹配到自己想要的內容，既不需要另外提出需求，也不需要個人聯系保障部門，系統自動提供服務支持，自動向保障部門分派任務，并全程跟蹤監督服務保障質量，實現“一體化”服務保障模式。

5.3 科學設計任務模塊，提升保障質量效益

各類服務保障實現模塊化，可以直接通過系統確定工作標準和完成時限，流程步驟是一致的，保障人員可以按照以往熟悉的標準和節奏進行，更加省時省力，工作更加高效。

5.4 建立質量評估機制，實現體系自我完善

建立體系評估機制，對體系軟件運行情況、服務因子建設情況和保障部門保障質量能力等進行評估，不斷自我完善、自我進化、自我成長，力求軟件具有旺盛的生命力。

6 結 語

基于智慧校園支撐，引入神經網絡，研究設計全新的教學保障體系，理念更先進、分工更明確、技術更創新、服務更快速精準。目前各類院校均在積極推進智慧校園建設，設計和構建自主型、智能化教學保障平臺，符合師生現實教學需求，理論研究意義重大，應用前景非常廣闊，平臺構建運行成熟后，推廣價值高。