數(shù)智賦能下的智慧校園建設(shè)研究與實(shí)施

李新良 祖國(guó)建

（長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 417004）

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)智賦能下的“智慧校園”即將為高質(zhì)量的現(xiàn)代化教育教學(xué)添磚加瓦，政府已重視、學(xué)者們已逐漸關(guān)注此熱點(diǎn)。教育部印發(fā)的《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》指出，要結(jié)合國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能等重大戰(zhàn)略的任務(wù)安排，以教育大數(shù)據(jù)為抓手，形成完善的教育管理服務(wù)體系，提高教育治理能力，以智慧校園建設(shè)為基礎(chǔ)，推進(jìn)教育信息化融合[1]?！皵?shù)智賦能的智慧校園”將是未來(lái)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 數(shù)據(jù)賦能下的“智慧校園”辨析

智慧校園在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智慧校園總體框架》中的定義是：物理空間和信息空間的有機(jī)銜接，使任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能便捷地獲取資源和服務(wù)[2]。數(shù)據(jù)賦能下的“智慧校園”是基于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、物聯(lián)感知、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的校園管理模式，是以改變教育教學(xué)理念和學(xué)校管理效率為目標(biāo)，在校園建設(shè)過(guò)程中利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析，提高數(shù)據(jù)的有效性，通過(guò)人工智能的算法實(shí)現(xiàn)智能化的決策，從而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2 當(dāng)前智慧校園建設(shè)過(guò)程中的問(wèn)題分析

由于科技水平和傳統(tǒng)的教育管理觀念的影響，現(xiàn)階段我國(guó)智慧校園建設(shè)還存在諸多問(wèn)題，歸納其痛點(diǎn)有以下四個(gè)方面。

2.1 個(gè)性化教學(xué)活力不足

當(dāng)前智慧校園雖在局部層面實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化教學(xué)，但其“個(gè)性化”程度并未有效覆蓋教學(xué)全過(guò)程，如：教學(xué)資源個(gè)性化、教學(xué)實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題的針對(duì)性、教學(xué)設(shè)計(jì)的互動(dòng)性、教學(xué)情景的智能化等，以學(xué)生為中心的教學(xué)組織模式未真正啟用。

2.2 智能決策程度低

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析，但未能完全利用人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)為師生提供有意義的決策。

2.3 數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘不夠深入

現(xiàn)階段的智慧校園已基本實(shí)現(xiàn)了一卡通服務(wù)，一張卡或一張臉能在學(xué)校的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行活動(dòng)，但很少有學(xué)校能從師生的日常生活大數(shù)據(jù)中提供身體健康監(jiān)測(cè)、學(xué)習(xí)智能提醒、消費(fèi)智能服務(wù)、學(xué)生動(dòng)態(tài)管理等方面的科學(xué)分析與數(shù)據(jù)挖掘[3]。

2.4 智慧校園的社會(huì)認(rèn)知度不高

受傳統(tǒng)教育觀念的影響，學(xué)習(xí)是自己的事，教師是教學(xué)的主體，“智慧校園”建設(shè)將會(huì)涉及師生參與、日常數(shù)據(jù)采集，由于“智慧校園”在建設(shè)過(guò)程中師生員工對(duì)人工智能技術(shù)的決策能力和大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析持懷疑態(tài)度[4]。在數(shù)據(jù)賦能的智慧校園建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)隱私保護(hù)，及時(shí)更新技術(shù)，逐步解決存在的問(wèn)題，提高人們對(duì)智慧校園的社會(huì)認(rèn)可度，得到社會(huì)各界的理解與支持，實(shí)現(xiàn)“智慧校園”的可持續(xù)發(fā)展。

3 數(shù)智賦能下智慧校園建設(shè)的意義

本文將針對(duì)當(dāng)前智慧校園存在的問(wèn)題，研究“數(shù)智賦能下的智慧校園”，它是以人工智能技術(shù)為支撐的人本化、個(gè)性化的高階智慧校園形態(tài)[5]，它是基于師生用戶的個(gè)性化需求且具有自適應(yīng)決策服務(wù)能力，其理論和現(xiàn)實(shí)意義如下。

3.1 理論意義

本文研究的“基于人工智能的智慧校園”的算法和結(jié)構(gòu)將為人工智能技術(shù)與智慧校園的深度融合提供技術(shù)參考；研究數(shù)智賦能下的智慧校園建設(shè)與實(shí)施，為培養(yǎng)新時(shí)代具有創(chuàng)新精神的社會(huì)主義接班人提供示范。

3.2 現(xiàn)實(shí)意義

本文研究的智慧校園框架的現(xiàn)實(shí)意義體現(xiàn)在以下三種需求人群中：

（1）對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，數(shù)智賦能下的智慧學(xué)生管理系統(tǒng)利用學(xué)生的個(gè)性化需求推薦學(xué)習(xí)資源和數(shù)智賦能的指導(dǎo)教師；利用人工智能技術(shù)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、及時(shí)改變學(xué)習(xí)方式、動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)情緒、提高學(xué)習(xí)效率；利用自適應(yīng)的智能評(píng)估機(jī)制，調(diào)整學(xué)習(xí)方式。

（2）對(duì)教師來(lái)說(shuō)，在數(shù)智賦能下的智慧教學(xué)管理系統(tǒng)中，教師可以利用大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析為學(xué)生設(shè)計(jì)個(gè)性化的教學(xué)資源，準(zhǔn)確診斷教學(xué)難點(diǎn)，通過(guò)AI 算法得到智能化的解決方案。

（3）對(duì)于學(xué)校管理者來(lái)說(shuō)，數(shù)智賦能下的智慧管理系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，借助人工智能技術(shù)為師生員工提供個(gè)性化的定制服務(wù)，有利于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教育決策。

4 數(shù)智賦能下的“智慧校園”設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)智賦能下的智慧校園總體架構(gòu)

在數(shù)智賦能時(shí)代，智慧校園將面臨新的變革機(jī)遇，本文將從安全保障層、應(yīng)用服務(wù)核心層、大數(shù)據(jù)平臺(tái)分析層、硬件基礎(chǔ)層研究智慧校園的總體架構(gòu)。在安全保障層，主要研究算法優(yōu)化、技術(shù)規(guī)范、技術(shù)服務(wù)等，為校園網(wǎng)提供信息安全、隱私保護(hù)、技術(shù)保障；在應(yīng)用服務(wù)核心層，主要是研究智能決策下的應(yīng)用服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)智能感知、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、人臉識(shí)別；在大數(shù)據(jù)的平臺(tái)分析層，主要是利用大數(shù)據(jù)提供智能化的決策；在硬件基礎(chǔ)層，主要是構(gòu)建智能感知的校園服務(wù)系統(tǒng)。其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)智賦能下的智慧校園總體架構(gòu)

4.2 數(shù)智賦能下的智慧校園建設(shè)思路

數(shù)智賦能下的“智慧校園”總的建設(shè)思路是：制訂規(guī)劃、調(diào)研論證、預(yù)算資金、計(jì)劃實(shí)施、嚴(yán)格管理、安全保障。具體有以下七個(gè)方面：

①根據(jù)學(xué)校發(fā)展方向，明確智慧校園建設(shè)的具體目標(biāo)。②根據(jù)學(xué)校自身需求，制定數(shù)智賦能下的“智慧校園”建設(shè)方案。方案中需要包括校園信息數(shù)字化、教學(xué)管理智能化、管理決策科學(xué)化等。③基礎(chǔ)層的硬件設(shè)施建設(shè)，為了實(shí)現(xiàn)“智慧校園”智能化管理，硬件設(shè)施需要有智能教學(xué)設(shè)施、智能傳感系統(tǒng)、智能通信系統(tǒng)、云端資料庫(kù)與服務(wù)器等硬件設(shè)備。④根據(jù)規(guī)劃方案，建設(shè)符合學(xué)校需求的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心是“智慧校園”的信息核心，是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理的基礎(chǔ)。⑤提高校園信息化程度。校園信息化是“智慧校園”的基礎(chǔ)，要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)將校園內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)服務(wù)器上。⑥實(shí)現(xiàn)智慧決策。利用智慧校園的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為校園師生提供科學(xué)的決策。⑦強(qiáng)化安全保障。安全保障是“智慧校園”的重要保障，要過(guò)濾敏感數(shù)據(jù)，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)。

4.3 數(shù)據(jù)賦能下的智慧校園服務(wù)框架

數(shù)據(jù)賦能下的智慧校園系統(tǒng)由硬件終端產(chǎn)品和大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成。硬件終端產(chǎn)品由RFID 人臉識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成，它用來(lái)收集師生日常行為數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)源。RFID 硬件終端產(chǎn)品安裝在校門口、圖書(shū)館、教學(xué)樓、宿舍等師生出入的地方，通過(guò)人臉識(shí)別終端和TCP/IP 協(xié)議后，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并上傳到數(shù)據(jù)中心，完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集。

智慧校園大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)：大數(shù)據(jù)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)有二種：一種是通過(guò)RFID 人臉識(shí)別系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)；另一種是第三方系統(tǒng)（校園其他軟件平臺(tái)）上的平臺(tái)數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)分析、處理校園大數(shù)據(jù)，生成可視化的數(shù)據(jù)圖表，或形成有意義的決策分析結(jié)論，或?yàn)閹熒峁┫鄳?yīng)的推薦資料，其服務(wù)框架如圖2所示。

圖2 數(shù)智賦能下的智慧校園服務(wù)框架

5 數(shù)據(jù)賦能下的智慧校園的實(shí)施

數(shù)據(jù)賦能下的智慧校園建設(shè)是以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，以大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)為手段，通過(guò)智能化的決策管理，提升現(xiàn)代化的教學(xué)管理水平，為社會(huì)培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。下面將從智慧校園的基礎(chǔ)層的感知通訊系統(tǒng)建設(shè)、智慧校園大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)、智慧校園技術(shù)規(guī)范及決策服務(wù)系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行研究。

5.1 智慧校園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

硬件基礎(chǔ)層的設(shè)備主要包括教學(xué)設(shè)備、智能通信系統(tǒng)、智能感知系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)、云端服務(wù)器五個(gè)部分。智慧教學(xué)設(shè)施包括教學(xué)區(qū)攝像頭、智能終端交互設(shè)備、智能感應(yīng)設(shè)施、圖像識(shí)別設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等。基礎(chǔ)設(shè)備要按學(xué)校需求，成本核算后設(shè)計(jì)出能為智慧校園提供大數(shù)據(jù)分析和智能決策的硬件平臺(tái)。

5.1.1 利用5G+Wi-Fi實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋

當(dāng)前大部分校園網(wǎng)經(jīng)常掉線或卡頓，而數(shù)據(jù)賦能下的智慧校園利用5G 技術(shù)的大連接、高速率、低時(shí)延等特性，在硬件基礎(chǔ)層安裝5G 通訊設(shè)施和智能感知設(shè)備，構(gòu)建一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的通信系統(tǒng)。5G 技術(shù)可以為大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供海量的終端和移動(dòng)端的服務(wù)，為智慧校園用戶提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[6]。5G+Wi-Fi技術(shù)建設(shè)校園泛在網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校的全覆蓋，提供給智慧校園用戶優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

5.1.2 數(shù)智賦能下的數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)

面對(duì)當(dāng)前校園建設(shè)中的信息孤島、數(shù)據(jù)冗雜、數(shù)據(jù)不統(tǒng)一等問(wèn)題，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)下的數(shù)據(jù)處理中心能有效地解決這些問(wèn)題。數(shù)智賦能下的數(shù)據(jù)處理中心以國(guó)家信息資源管理制度為綱要，以學(xué)校建設(shè)現(xiàn)狀和師生員工需求為導(dǎo)向，研究數(shù)智賦能下的智慧校園的整體數(shù)據(jù)管理架構(gòu)，優(yōu)化校園大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一和數(shù)據(jù)共享，為智慧校園的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)保證。

5.2 數(shù)智賦能下的智慧校園支撐平臺(tái)建設(shè)

數(shù)智賦能下的系統(tǒng)支撐平臺(tái)主要是為智慧校園服務(wù)體系提供統(tǒng)一的身份認(rèn)證和用戶管理，提高服務(wù)系統(tǒng)的效率?；谥腔鄹兄幕A(chǔ)層的通信系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)的全覆蓋和校園數(shù)據(jù)的智能化，在統(tǒng)一的平臺(tái)下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和業(yè)務(wù)建設(shè)。

5.3 數(shù)智賦能下的智慧校園服務(wù)體系研發(fā)

數(shù)智賦能下的智慧校園服務(wù)是在基礎(chǔ)層采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)智慧感知通訊系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，上傳到云端的服務(wù)器上，智慧校園中的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)用戶需求，提供智能管理及智能決策。本文先研究以下五種應(yīng)用服務(wù)，不同的學(xué)?？梢愿鶕?jù)學(xué)校自身的需要進(jìn)行增減。

5.3.1 數(shù)智賦能下的智慧管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由新辦公系統(tǒng)（包括出差管理、會(huì)議管理、校內(nèi)簽報(bào)、公文發(fā)放、通訊錄管理等）、財(cái)務(wù)系統(tǒng)（工資管理、科研經(jīng)費(fèi)管理、報(bào)賬管理）、人事系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析決策等子系統(tǒng)構(gòu)成。該智慧管理系統(tǒng)在統(tǒng)一的管理平臺(tái)下，根據(jù)用戶需求，能簡(jiǎn)化行政管理流程、提高工作效率、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、方便信息發(fā)布，發(fā)揮智慧校園的作用。

5.3.2 智慧教學(xué)系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及專業(yè)管理、課程管理、選課管理、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)管理、畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、成績(jī)管理、資源推送管理等多個(gè)方面。在數(shù)智賦能下的智慧教學(xué)能更好地開(kāi)展線上線下教學(xué)，能根據(jù)用戶的瀏覽情況進(jìn)行教學(xué)資源的推送，根據(jù)學(xué)生喜好提供智能化選課；教師可以根據(jù)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)及線下作業(yè)完成情況，更好地指導(dǎo)與客觀公正地評(píng)價(jià)學(xué)生；同時(shí)教師可以利用云端平臺(tái)更方便地建設(shè)教學(xué)資料、利用網(wǎng)上資源優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)。

5.3.3 智慧學(xué)生服務(wù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是通過(guò)學(xué)生個(gè)性化的信息輸入及個(gè)性化的需求，定制包括心理、交友、購(gòu)物等方面的推薦建議，在保證學(xué)生隱私的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)、生活、有效溝通。

5.3.4 智慧科研系統(tǒng)

智慧科研管理系統(tǒng)是數(shù)智賦能下的智慧校園建設(shè)的重要組成內(nèi)容，是衡量學(xué)校科研水平的重要依據(jù)。該系統(tǒng)不僅可以簡(jiǎn)化線下科研管理（如課題信息發(fā)布、課題申報(bào)、課題審核、中期檢查、課題驗(yàn)收、課題評(píng)估等）一系列煩瑣工作流程，還可以為師生提供智能化科研方向的提示，為學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)提供智能化的科研量化考核、評(píng)價(jià)。

5.3.5 智慧圖書(shū)管理系統(tǒng)

數(shù)智賦能下的智慧圖書(shū)管理系統(tǒng)是通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、智慧互聯(lián)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提供智能化的圖書(shū)管理；為師生員工提供個(gè)性化數(shù)字圖書(shū)服務(wù)。數(shù)智賦能下的智慧圖書(shū)館具有科研學(xué)習(xí)、論文檢索、智庫(kù)服務(wù)、云端數(shù)據(jù)管理、學(xué)科資源建設(shè)等功能。

為更好地滿足圖書(shū)館用戶的內(nèi)在需求，數(shù)智賦能下的智慧圖書(shū)館可以進(jìn)行如下優(yōu)化：①數(shù)據(jù)賦能下的智慧圖書(shū)館利用RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采集到入館人員的基本信息和進(jìn)館內(nèi)的動(dòng)作行為，圖書(shū)館的決策部門可以利用這些數(shù)據(jù)對(duì)圖書(shū)館的空間位置進(jìn)行更合理的分配，為師生員工提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。②在圖書(shū)館的空間規(guī)劃上，可以設(shè)置共享體驗(yàn)區(qū)，該區(qū)域應(yīng)配有LED 燈、電源、插座、Wi-Fi 等基礎(chǔ)設(shè)施，滿足學(xué)習(xí)者的線上線下學(xué)習(xí)；在經(jīng)典的閱讀區(qū)域應(yīng)提供觸摸閱讀、數(shù)字閱讀等閱讀器設(shè)施，并提供線下會(huì)議討論的設(shè)施；在學(xué)科體驗(yàn)區(qū)，要能讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，在沉浸式體驗(yàn)中掌握專業(yè)知識(shí)。③采用網(wǎng)絡(luò)直播推廣與宣傳學(xué)習(xí)資源，同時(shí)提升學(xué)生的參與度；可以通過(guò)微信號(hào)訂閱圖書(shū)館的直播信息，打破時(shí)空限制。④為提升學(xué)生專業(yè)能力和學(xué)校學(xué)科建設(shè)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析師生員工閱讀和借閱習(xí)慣，整合、挖掘用戶偏好，為學(xué)習(xí)者提供精準(zhǔn)的線下學(xué)習(xí)資源推介。⑤利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)收集到的數(shù)據(jù)，匹配師生員工的信息素養(yǎng)，優(yōu)化圖書(shū)館發(fā)展規(guī)劃。

6 總結(jié)

本文針對(duì)現(xiàn)階段智慧校園發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出數(shù)智賦能下的智慧校園建設(shè)總體架構(gòu)、建設(shè)思路、服務(wù)框架等方面的設(shè)計(jì)建議，從智慧校園的基礎(chǔ)設(shè)施、支撐平臺(tái)建設(shè)、服務(wù)體系三個(gè)方面研究了數(shù)智賦能下的智慧校園的實(shí)施方案，重點(diǎn)對(duì)智慧校園服務(wù)體系的五個(gè)方面提出了自己的建議，以期為人工智能技術(shù)與智慧校園有機(jī)融合提供示范。