基于安卓系統和人工智能的數智化高職教育系統的設計與實現

陳陽 高秀東 文雅

收稿日期：2022-09-16

基金項目：四川省教育廳2022—2024年職業教育人才培養和教育教學改革研究項目（GZJG2022-415）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.012

摘? 要：針對當前數智化教學模式在高職教育中普及不足、應用不充分的問題，設計一款基于安卓系統和人工智能的數智化高職教育系統。該系統構建了完備的人工智能輔助教育體系，利用知識圖譜、人工智能和大數據技術，有效整合學科知識體系，并精準刻畫學生畫像，以便為學生提供個性化實訓功能，使學生能夠隨時隨地獲得數智化實訓，從而實現高職教育過程的隨身化和智能化。這一創新舉措將有力推動高職教育數智化教學模式的進一步普及和有效應用。

關鍵詞：安卓系統；數智化教學；人工智能；知識圖譜

中圖分類號：TP311.5? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）07-0051-05

Design and Implementation of a Digital and Intelligent Higher Vocational Education System Based on Android System and Artificial Intelligence

CHEN Yang， GAO Xiudong， WEN Ya

（School of Computer Science， Sichuan Aerospace Vocational College， Chengdu? 610100， China）

Abstract： It designs a digital and intelligent higher vocational education system based on Android system and Artificial Intelligence to address the problem of insufficient popularization and application of the current digital and intelligent teaching mode in higher vocational education. This system builds a complete artificial intelligence assisted education system， it utilizes Knowledge Graph， artificial intelligence， and big data technology to effectively integrate subject knowledge systems and accurately depict student portraits， in order to provide personalized training functions for students， enabling them to obtain digital and intelligent training anytime and anywhere， thereby achieving portability and intelligence in the process of higher vocational education. This innovative measure will effectively promote the further popularization and effective application of the digital and intelligent teaching mode in higher vocational education.

Keywords： Android system; digital and intelligent teaching; Artificial Intelligence; Knowledge Graph

0? 引? 言

未來教育將以個性化為核心驅動力，借助大數據、人工智能等前沿技術，實現教學模式的革新與提質增效。數字校園將向智能校園升級，數智化將深度融入“三教”改革，推動教育向前發展。信息技術的全面滲透已深刻改變著教育制度、理念和結構，為學校教學帶來無限可能，為學生學習提供個性化路徑。隨著人工智能等新技術的迅猛發展，包括教育領域在內的各領域必將進一步迎來翻天覆地的變革。人工智能與大數據技術的融合，正在以驚人的速度重塑我們的生活方式和學習模式。在這一時代背景下，靈活開放、高度個性化的數智教育應運而生，成為最能適應時代需求的教育模式，以滿足社會對未來人才需求。

教育領域作為國家發展的核心支柱，始終受到高度重視。習近平總書記在二十大報告中提出：“堅持教育優先發展、科技自立自強、人才引領驅動，加快建設教育強國、科技強國、人才強國，堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養質量，著力造就拔尖創新人才，聚天下英才而用之。”因此，在科技飛速發展的今天，教育也應與時俱進，深度融合科技創新，以提升教育質量和學習效果。“智慧校園”概念起源于《2016年教育信息化工作要點》[1]，2018年，王黎明[2]指出將人工智能的深度學習構建問答系統模型，助于初中教學有效提高學習效率。《關于加強網絡學習空間建設與應用的指導意見》提出學校以網絡學習為紐帶，實現教學、評價和管理等關鍵教育部分的連通。2019年《中國教育現代化2035》[3]中強調改革創新，統籌規劃教育現代化的制度框架，形成教育現代化的智慧教學。饒睿鑫[4]指出將高中思想政治課進行教學設計可視化后，學生的學習興趣大幅度提高。與知識圖譜相似，推薦算法在商品推薦、新聞推薦、短視頻推薦等方向發展迅速，在個性化學習方向，推薦算法能夠針對學習者本身偏好，合理推薦給學習者所需知識。郭琴芳[5]利用知識圖譜，設計初中數學的在線學習系統，提高學生的學習效率和積極性。2021年方瑜[6]將知識圖譜應用在小學科學課程知識，增強展現科學知識之間的邏輯性，達到良好的教學效果。2021年，宮長瑞[7]提出以人工智能為切入點實現思想政治教育創新，打造數智化思想政治教育發展體系。常晟[8]提出基于云數據實現智慧化學生評價和個性化泛在學習，顧建芳[9]分析了借助虛擬現實技術實現高職實訓教學數智化轉型的優點。2022年，歹杰等[10]研究了以圖學習為基礎的個性化課程推薦系統在智慧教育中的應用。2023年，杜蘭曉等[11]分析了從普適性體系和創新方向，以閉環管理和數據治理驅動的高職院校全面數智化轉型路徑。2024年，李靖等[12]針對現場工程師培養的問題，以數智化轉型為基礎，提出了四階人才培養模式，期望通過綜合改革提升培養質量。

1? 人工智能數智化教育相關研究

現有人工智能技術的教育文獻的研究針對高職學生的較少，發表的論文中僅有一門學科結合人工智能，缺乏相關技術對整體職業教育的應用研究。此外，目前教育技術的相關研究中，知識圖譜的建立都是以教師為主導，這與學生學習的思維角度存在不小差異。缺失了學生為主體的智慧教育方案設計。另外，知識圖譜和推薦系統被獨立的應用于高職教學改革，最主要的是缺少了職業教育與普通教育差別最大的實訓數字化環節。實訓是高等職業教育的重中之重，是讓學生將理論應用于實踐的重要教育環節。但目前數智化教育研究中實訓教學部分沒有涉及，因此高職教育的實訓部分迫切需要利用數智化的方式進行改造。

知識圖譜在教育領域的應用是目前智慧教育改革研究的熱點方向之一，其為教育領域帶來了新的機遇，有希望將教育智能化提到了新的高度。教育是國家發展的根本，國家需要教育來培養各類職業性人才，以促進國家的持續發展。因此，從職業教育需求出發，建立與學生相符的個性化職業教學智能推薦系統，并最終搭建起一套智能化職業教學平臺，實現學生知識體系的快速構建、缺漏知識的精準補全以及對知識的快速應用能力就變得非常關鍵。通過推進教育行業的數智化發展，運用智能化的教學模式和教學資源，逐步取代傳統的書本，建立教學資源得到充分優化利用的全覆蓋教育環境，拓展學生的學習時間和空間維度，提升學習效率，最終實現教育過程的全面信息化、個性化和智能化。

2? 數智化高職實訓教育安卓系統設計

數智化高職實訓教育系統主要功能分為：學科知識圖譜構建、線上實訓室搭建、學生學情精準分析和學生定制教學四大核心部分。

2.1? 學科知識圖譜構建研究

基于知識圖譜的智慧實訓教學的實現關鍵是對學科知識本體的構建，為了構建包含課前、課中、課后，囊括理論和實踐的全方位知識本體。本系統將研究學科各階段、各方面相關知識所包含的數據內容以及這些數據的收集和篩選方法；研究如何對收集到的數據進行分析、整合、提取并進而建立起知識本體；研究如何對建立的知識本體進行優化及驗證，最終構建出知識圖譜。

2.2? 線上實訓室搭建研究

高職教育最大的優勢是重視培養學生的實踐能力，因此實訓實踐學習至關重要。高職教育的眾多專業，可以根據專業群設計實訓學習，結合VR技術，幫助學生不用在實訓現場也能完成實訓學習，隨時隨地上手操作，助力學生愛上實訓操作，不斷提高高職學生的專業實踐能力。

2.3? 學生學情分析研究

利用大數據分析，構建學生的數字畫像，實現學生學情分析，以提升教育教學精準度，輔助教師設計課堂教學。學生畫像的刻畫是學情的分析重要基礎，包括：1）收集學生的APP瀏覽足跡，依據學生收藏的知識點的分組設定情況，比如：重點、難點和模糊點，判斷學生對該科目的學習信心；2）依據學生練習基本題的準確率，判斷學生對該科目的掌握情況；

3）統計學生瀏覽教材知識點的用時、學習相關內容教材時間等，判斷學生對該科目的學習興趣，最終刻畫出學生對科目的學習情況，判斷學生學情。

2.4? 學生定制學習研究

依靠整體的學科知識圖譜以及學生學情的分析結果，系統自適應推薦教學相關內容、量身定制練習題，補充學習材料背后知識點的組織順序，助力學生自主學習，掌握相關知識點。實現該功能的框圖如圖1所示。

基于安卓系統的知識圖譜的推薦系統擬采用基于路徑的推薦方法，針對不同知識掌握程度的學生，根據其所掌握知識圖譜進行知識項目推薦。設計安卓程序的功能如圖2所示，根據課程、專業、學科等領域知識構建出知識庫，為數智化教育提供語義搜索、精準推薦、智能問答等應用服務，形成數智化教育。以數智化教育為基礎，再將具體應用擴展到學習評價、教學輔助、自動答疑等不同的教學場景中，智能輔助教學，最終實現“三教”問題智能化，保障教育公平公正，提升教學質量與效率的目標。

圖2? 數智化高職實訓教育安卓系統主要功能圖

在具體教學實施中，將學習分為課前、課中、課后三部分，以學生為中心，以“知識圖譜”構建為任務進行，具體流程如下：

課前預習階段，教師在安卓教學系統中發布學習任務，學生收到任務后，根據教師發布的基礎本體描述進行預習，思考如何完善本體，對過程中碰到的問題進行質疑。

課中學習階段，教師授課的過程即是對主體進行完善的過程。學生在上課過程中思考教師所講述的本體的概念、結構和關系，通過討論、應用、翻轉課題等多種方式發現自身所構造的本體與其他同學構造的本體的不同；同時接受教師上課講述的本體知識，并對自己所構造的本體進行增加與刪減。

課后補缺階段，教師發布完整的知識圖譜，學生在系統中構造完成自己的知識圖譜后，并與完整知識圖譜對比，然后完善自己所構造的知識圖譜。

完成上述學習過程后，以知識應用的方式對學生的掌握情況進行考核，并根據考核結果進行不同的實踐項目推薦，實現有針對性的學習。對知識掌握程度低的學生，推薦結果以所缺的知識點實踐項目為主，知識網實踐項目為輔；對知識掌握程度中等的學生，推薦結果以知識網項目為主，整體架構項目為輔；對知識掌握程度高的學生，推薦結果以大、中型綜合實踐項目為主，最終實現不同學習階段學生成績的躍升。同時，在課前、課中以及課后，學生可隨時進入線上實訓系統學習、練習、鞏固知識點。

根據上述學習方案，項目在充分研究職業教育特點的情況下，以真實職業教育需求為出發點，基于知識圖譜構建、大數據學情分析、個性化教學智能推薦以及線上實訓室四大模塊，搭建起一套智慧化職業教學平臺，實現學生知識體系的快速構建，缺漏知識的精準補全以及對知識的快速應用能力。

3? 數智化高職實訓教育安卓系統實現

本文使用Andriod Studio工具實現安卓系統的開發和調試。系統設計總體架構設計如圖3所示。

人工智能的數智化高職實訓教育安卓系統通過知識圖譜構建研究、分析研究、學習研究和實訓室設計研究學習內容和學生學習情況，不斷激發學生學習興趣，輔助學生建立有效的整體學習鏈，促進學生高效學習。通過課前、課中和課后三步曲的數據收集整理，提取整理并分析學習內容的知識本體，構建出知識圖譜，優化和強化學生的專業學習。結合分析中的學生學情，通過統計學生瀏覽和收藏的教材知識點、習題的精準度，刻畫出學生的學習畫像。最后根據畫像對學生進行學習路徑推薦并開展相適應的實訓室學習和練習，全方面提升學生學習效率，促進高職教育數智化建設。

3.1? 界面設計

學科線上資源構建界面如圖4所示，通過搜索框，學生可以搜索電子版教材。點擊教材圖譜可以閱讀教材。最上面的滑動窗口都是公共基礎教材，下面展示的教材圖片會根據學生的專業，推薦展示專業所需的專業教材。

線上實訓的界面如圖5所示，通過將不同學院分成五大類，再在學院中設計不同專業的實訓室，適應學生各種專業實訓學習的需求。

學情分析的界面如圖6所示，包含學生學過的基礎課程學習記錄、專業課學習記錄、實訓學習記錄和練習題練習情況，還有學生喜歡的教材、實訓收藏，以及學生的學習足跡，結合數據分析技術分析學習效果，為未來學習路線規劃和定制化學習奠定基礎。

定制教學界面如圖7所示，學生登錄后，點擊下方的定制教學界面，將呈現出為學生個性化推薦的學習路徑和線上實訓室，為不同學生量身定制專業教學內容。

3.2? 安卓系統核心代碼實現

圖8給出了保存學生學習瀏覽痕跡和搜索記錄到數據庫的安卓代碼，以便進行下一步的數據分析。

圖9為實現學生注冊，并鏈接數據庫加入賬號和密碼的安卓代碼。

4? 結? 論

基于安卓系統和人工智能的數智高職教育系統，將前沿技術與高職教育的特色深度融合，為高職學生帶來了革命性的學習體驗。該系統能迅速構建個性化的學習知識圖譜，精準識別并填補知識缺漏，實現知識的快速轉化與應用。通過精準刻畫學生的學習情況，系統為每位學生量身打造個性化教育方案，有力推動了職業教育的數智化轉型。在高職教育中占據核心地位的實訓環節，也因此煥發出新的生機。信息化實訓學習模式的引入，結合智能化教學資源的充分運用，為培養具備創新意識和創新能力的新世紀人才提供了強大的智能支持。

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作者簡介：陳陽（1985—），男，漢族，湖北襄陽人，講師，碩士研究生，研究方向：數據分析；高秀東（1986—），男，漢族，云南昭通人，副教授，碩士，研究方向：教育教學管理；文雅（1997—），女，漢族，重慶綦江人，助教，碩士，研究方向：計算機應用技術。