王榮

摘 要：校園智慧大腦是“以人為本、深度融合”的智慧校園生態(tài)系統(tǒng)，是智慧校園建設(shè)發(fā)展的新形態(tài)。它以為師生提供個性化服務(wù)和促進技術(shù)與教育深度融合為建設(shè)理念，融合智慧教育、智慧管理和智慧生活的應(yīng)用集群。為應(yīng)對技術(shù)手段賦能教育過程中隱含的倫理問題，提出“需求為先、以人為本、規(guī)范為墻”作為校園智慧大腦的設(shè)計原則。校園智慧大腦的系統(tǒng)架構(gòu)分為四個層級，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層和技術(shù)規(guī)范層。

關(guān)鍵詞：校園智慧大腦;智慧校園;智慧管理

2018年4月，教育部出臺的《教育信息化2.0行動計劃》明確指出在推進教育現(xiàn)代化建設(shè)的新征程中，要推動教育信息化建設(shè)轉(zhuǎn)段升級，發(fā)展智能教育。新興技術(shù)與教育場域的深度融合，教育發(fā)展進入了“數(shù)智化”階段。數(shù)智化是指信息技術(shù)由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)型升級的過程，強調(diào)利用大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)等實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和分析，并促進科學(xué)決策。因此，數(shù)智賦能教育就意味著利用人工智能技術(shù)收集教育中的數(shù)據(jù)并挖掘其背后價值，達成科學(xué)的教育管理和教育決策。教育信息化的升級動向促進數(shù)字校園逐漸向智慧校園轉(zhuǎn)型升級。智慧校園能打破學(xué)校的時空局限，促進資源整合，實現(xiàn)智慧的教學(xué)關(guān)系，發(fā)展學(xué)生的信息素養(yǎng)。

一、校園智慧大腦：智慧校園發(fā)展新形態(tài)

“智慧”是第四次教育革命的重要價值指向。智慧校園發(fā)展的新形態(tài)以智慧教育、智慧資源、智慧管理、智慧服務(wù)等模塊組成的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)為支撐[1]。智慧教育生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)需要融合大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)，其發(fā)展的底層技術(shù)支持是高性能的校園網(wǎng)。然而諸多校園網(wǎng)是以核心層、匯聚層及接入層為代表的三層或多層架構(gòu)，這種架構(gòu)方式存在網(wǎng)絡(luò)層次多、設(shè)備故障定位難度大以及運維困難等弊端，與智慧校園的精細化管理要求相去甚遠，甚至成為制約智慧校園發(fā)展的技術(shù)瓶頸。智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展要求指向結(jié)構(gòu)簡單、安全穩(wěn)定、速度高效、維護方便的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。全光網(wǎng)絡(luò)通過光纖連接全網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的技術(shù)，能使信息以光的形式傳播，具有高傳輸能力、高處理能力和強抗干擾能力。全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢能夠與智慧校園的需求相耦合，并化解技術(shù)帶來的發(fā)展瓶頸。依托全光網(wǎng)絡(luò)覆蓋的硬件技術(shù)支持，能夠構(gòu)建覆蓋全時段、全校園的“校園智慧大腦”。校園智慧大腦是“以人為本、深度融合”的智慧校園生態(tài)系統(tǒng)，它以為師生提供個性化服務(wù)和促進技術(shù)和教育深度融合為建設(shè)理念，融合智慧教育、智慧管理和智慧生活的應(yīng)用集群，具有環(huán)境智能感知、網(wǎng)絡(luò)高效互通、海量數(shù)據(jù)資源、智慧決策、個性學(xué)習(xí)空間、開放學(xué)習(xí)環(huán)境等特征。

二、校園智慧大腦的設(shè)計原則

技術(shù)手段賦能教育的過程中，帶來了一系列倫理問題，例如，技術(shù)負荷過重束縛正常的教學(xué)秩序，高強度全方位的數(shù)據(jù)監(jiān)控讓教育活動參與者成為數(shù)據(jù)透明的客體對象，過于強調(diào)感性經(jīng)驗的教學(xué)方式而輕視了學(xué)生抽象思維的啟迪和生長。因此，應(yīng)從如何阻擋教育異化的風(fēng)險出發(fā)，以“需求為先、以人為本、規(guī)范為墻”作為校園智慧大腦的設(shè)計原則，實現(xiàn)保障校園智慧大腦發(fā)揮其正向作用的目標(biāo)。

（一）需求為先

技術(shù)賦能教育的根本是為了更好服務(wù)教育實踐，因此教育活動中的人的需求應(yīng)是校園智慧大腦建設(shè)的關(guān)注重點和核心依據(jù)。校園智慧大腦系統(tǒng)構(gòu)建中的主體主要有學(xué)生、教師、學(xué)校管理者、家長和技術(shù)人員。校園智慧大腦要在適應(yīng)不同主體需求的基礎(chǔ)上，最大限度并且最有效地輔助學(xué)校教學(xué)和管理工作。校園智慧大腦要為學(xué)生提供更高效的學(xué)習(xí)策略和沉浸式的互動形式，幫助改進學(xué)生的學(xué)習(xí)行為并且激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師的需求表現(xiàn)為在智慧系統(tǒng)的輔助之下能夠更加精準(zhǔn)地掌握學(xué)生的知識儲備狀態(tài)和學(xué)生的日常表現(xiàn)情況。智慧教育的線上線下融合優(yōu)勢能夠提供豐富的教學(xué)資源，為教師備課、課堂教學(xué)和教研工作提供詳實并且實時更新的素材。同時智慧管理系統(tǒng)還指向更加高效的行政工作，讓教師將工作重心更好安排在教書育人上。校園智慧大腦能夠為校長以及其他學(xué)校管理者提供全面的師生教育數(shù)據(jù)和學(xué)校工作數(shù)據(jù)，并對校園環(huán)境進行實時監(jiān)控、排查安全隱患。針對家長對學(xué)生的關(guān)注需求，校園智慧大腦能夠提供學(xué)生學(xué)習(xí)進展追蹤和日常表現(xiàn)追蹤，讓家長及時掌握學(xué)生在校動態(tài)。校園智慧大腦也能夠及時發(fā)布家校合作信息，對學(xué)生在校期間的敏感事務(wù)進行監(jiān)督管理。構(gòu)建校園智慧大腦的技術(shù)人員的需求表現(xiàn)為關(guān)注硬軟件設(shè)備運行及使用情況，及時更新師生的需求，并對可能問題進行預(yù)警[2]。

（二）以人為本

以人為本的原則是指要將人作為教育之本和管理之本，強調(diào)技術(shù)手段要輔助于最大限度地實現(xiàn)人的合理需求。以人為本的原則要求校園智慧大腦的目的是幫助創(chuàng)造更加自由、開放、和諧、安全的學(xué)校環(huán)境。在良好的教育氛圍和安全高效的學(xué)校生活中調(diào)動師生的積極性和創(chuàng)造性，促進人的發(fā)展。因此，以人為本的設(shè)計原則要滲透至智慧教育、智慧管理和智慧生活三個方面。一是個性化的智慧教育。學(xué)生是具體的、活生生的個體。以人為本在智慧教育的表現(xiàn)特性是指向?qū)W生中心和學(xué)生的個性化發(fā)展[3]。教育在面向全體學(xué)生、促進人的全面發(fā)展的同時也要關(guān)注學(xué)生的個性化需求，尊重學(xué)生的獨特性，承認每個學(xué)生都有自己的發(fā)展?jié)撃?。智慧教育要關(guān)注教師的個性化教學(xué)，以大數(shù)據(jù)支持教師實現(xiàn)精準(zhǔn)指導(dǎo)、因材施教。二是人本化的智慧管理。建立民主管理、賦權(quán)多主體的管理系統(tǒng)，使每一位教職員工都擁有能夠互動參與的機會，能夠積極參加到學(xué)校管理中。尊重各參與者的主體性，在民主氛圍中激活人的內(nèi)在價值。三是人文化的智慧生活。智慧生活建設(shè)要以文化人，以涵養(yǎng)人、教育人、規(guī)范人、促進人的進步為宗旨，營造良好的校園人文氛圍。

（三）規(guī)范為墻

數(shù)智技術(shù)在教育中全面應(yīng)用讓教育行為具有人機操作的特性。在智慧校園的建設(shè)中，高效、滲透、便捷等本來技術(shù)在提供服務(wù)時的優(yōu)勢特質(zhì)卻會一步步地擠占師生的思維空間。這在一定程度上占據(jù)了教育工具地位，教學(xué)秩序必須要納入“機器”這一維度而拓展為“人——機——人”的多維關(guān)系[4]。如何平衡教育活動中人與機器的關(guān)系成為新的挑戰(zhàn)。數(shù)智賦能教育系統(tǒng)難免會帶來隱私泄露、技術(shù)理性主導(dǎo)、算法排斥、信息成癮等倫理隱憂。因此校園智慧大腦構(gòu)建要以技術(shù)規(guī)范路徑隔絕風(fēng)險。3C62E464-AC03-4502-9583-6C684D7FF4E3

三、校園智慧大腦的系統(tǒng)架構(gòu)

校園智慧大腦的系統(tǒng)架構(gòu)分為四個層級，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層和技術(shù)規(guī)范層。

（一）數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層是校園智慧大腦的基礎(chǔ)技術(shù)保障層次，通過硬件設(shè)計、軟件系統(tǒng)以及資料庫等形成覆蓋學(xué)校全域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中發(fā)揮巨大技術(shù)優(yōu)勢的是軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)主要通過學(xué)校中安裝的一系列智能感知設(shè)備，例如，語音識別系統(tǒng)、生物識別系統(tǒng)等硬件設(shè)施實現(xiàn)對校園的監(jiān)控和互聯(lián)互通。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同時也能夠?qū)熒膶W(xué)校生活狀態(tài)、學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)、日常在校行為表現(xiàn)等進行數(shù)據(jù)收集，匯總上傳到大數(shù)據(jù)平臺的資料庫系統(tǒng)。

（二）數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層是對收集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析以及預(yù)警決策的系統(tǒng)，目的是為校園智慧大腦的應(yīng)用服務(wù)提供可參考的信息模型以及方案支持。針對校園智慧大腦的智慧教育、智慧管理和智慧生活的三個應(yīng)用集群，數(shù)據(jù)分析層要對信息進行篩選和甄別，為不同的應(yīng)用提供適宜性的數(shù)據(jù)資源支持。例如，通過聚類算法分析學(xué)生的群體行為模式，對學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)風(fēng)格以及學(xué)習(xí)行為習(xí)慣等進行分析，輔助教師教學(xué)?；谥R圖譜等實現(xiàn)信息抽取以及融合，直接篩選出有價值的信息，降低教師的工作量，應(yīng)用在作業(yè)批改系統(tǒng)中，方便教師了解學(xué)生對知識的掌握度和課堂教學(xué)的側(cè)重點。

（三）數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層是校園智慧大腦建設(shè)的實際落地方式。數(shù)據(jù)應(yīng)用層是指在數(shù)據(jù)收集和分析的基礎(chǔ)之上，通過智能服務(wù)架構(gòu)打造適用于各用戶、易于操作的應(yīng)用終端，囊括智慧教育、智慧管理和智慧生活三大領(lǐng)域，要針對不同的用戶需求進行定制化供給。在智慧教育上，通過數(shù)據(jù)收集分析，對學(xué)生的教育綜合素質(zhì)、學(xué)業(yè)發(fā)展、身心發(fā)展、核心素養(yǎng)發(fā)展等進行追蹤和記錄，實現(xiàn)對師生的精準(zhǔn)畫像和行為監(jiān)測。在智慧管理上，為管理人員提供教育詳情概覽、師生統(tǒng)計信息等，為學(xué)校管理者提高信息領(lǐng)導(dǎo)能力提供技術(shù)支持。校園智慧大腦在智能生活中的建設(shè)目的是打造更加安全、便捷、綠色、智慧的校園生活空間。

（四）技術(shù)規(guī)范層

技術(shù)規(guī)范層的目的保證技術(shù)在合理范圍內(nèi)運行，實現(xiàn)對技術(shù)風(fēng)險和倫理風(fēng)險的防范和預(yù)警。技術(shù)規(guī)范包括數(shù)據(jù)規(guī)范、物理規(guī)范以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)范等。數(shù)據(jù)規(guī)范是指技術(shù)人員在進行信息存儲以及信息傳輸時要遵守一定規(guī)則，防止信息泄露導(dǎo)致的信息安全問題和倫理問題。師生的行為數(shù)據(jù)和課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等具有較強的隱私性，在數(shù)據(jù)規(guī)范之外還應(yīng)當(dāng)輔之以網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，即設(shè)置安全防火墻、惡意程序防護等，防止學(xué)校的數(shù)據(jù)庫遭到攻擊和破壞。物理規(guī)范則是指要對校園智慧大腦的硬件設(shè)備進行日常檢測和設(shè)備維護。

四、校園智慧大腦的應(yīng)用分析

校園智慧大腦的應(yīng)用可分為智慧教育、智慧管理和智慧生活三個應(yīng)用集群，每個應(yīng)用群集合各類子應(yīng)用。

（一）智慧教育

智慧教育系統(tǒng)的子應(yīng)用包括個性化學(xué)習(xí)空間、在線教育空間、智慧課堂、學(xué)生成長系統(tǒng)以及作業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。智慧教育系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的精準(zhǔn)畫像打造個性化教育空間，針對學(xué)生在課程側(cè)重點以及學(xué)習(xí)訴求上的差異，為學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)資料以及題目練習(xí)等。個性化教育空間能夠捕捉師生的個性化需求，找到學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱點和興趣點。利用智慧黑板、智能教學(xué)助手、智能錄播室等搭建在線教育平臺，實現(xiàn)線上線下融合教學(xué)，并整合校內(nèi)校外的優(yōu)質(zhì)知識資源，為學(xué)生提供更豐富的知識選擇，開拓學(xué)生的視野。智慧課堂系統(tǒng)通過電子班牌、智慧黑板、無線投屏技術(shù)、在線測試等為師生帶來更為便捷以及可視化的教學(xué)體驗，同時能夠?qū)崿F(xiàn)貫穿課前課中課后的教學(xué)數(shù)據(jù)收集。學(xué)生成長系統(tǒng)以“成長動態(tài)、全面發(fā)展”為指引，涵蓋學(xué)生的學(xué)業(yè)成績管理系統(tǒng)、素質(zhì)評價系統(tǒng)等。一方面能夠依據(jù)學(xué)生的學(xué)業(yè)成績進行智能分析，生成學(xué)生專屬的成績單和學(xué)習(xí)檔案。另一方面能夠依托核心素養(yǎng)發(fā)展維度，制定可操作性指標(biāo)，進行過程性評價。在促進學(xué)生全面發(fā)展的理念下，將學(xué)生在體育、人文、藝術(shù)及科技等不同模塊的進步都納入到電子檔案中，并生成學(xué)生成長圖，且在學(xué)校展廳展示。作業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)反饋、錯題本數(shù)據(jù)收集分析，并針對學(xué)生的學(xué)習(xí)特質(zhì)進行精準(zhǔn)化個性推送，助力精準(zhǔn)教學(xué)。

（二）智慧管理

當(dāng)前許多學(xué)校已經(jīng)開始進行學(xué)校管理信息化改革，然而囿于學(xué)校管理部門之間的系統(tǒng)不兼容、數(shù)據(jù)共享程度不高以及數(shù)據(jù)冗雜等原因?qū)е聦W(xué)校管理存在信息利用不充分、智慧管理系統(tǒng)復(fù)雜等問題。基于用戶需求為中心打造的智慧管理系統(tǒng)更加強調(diào)服務(wù)的個性化和便捷性。智慧管理意在打造便捷、高效、安全、人性化的管理平臺，并服務(wù)于學(xué)校內(nèi)外的每一個受眾。校園智慧大腦中的智慧管理應(yīng)用集群是融合業(yè)務(wù)管理、動態(tài)監(jiān)測、教育監(jiān)管與決策分析、資源配置預(yù)測等功能的智慧化教育管理集合[5]。智慧管理應(yīng)用平臺能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端上的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，因此可以進行隨時隨地的智能化服務(wù)和動態(tài)管理，有助于校長以及學(xué)校管理團隊及時掌握學(xué)校狀態(tài)，提高應(yīng)急處置相關(guān)事務(wù)的效率。學(xué)校管理的應(yīng)用主要包括對于人事信息、教職工以及學(xué)生檔案、綜合財務(wù)信息等的管理。在教學(xué)管理方面則包括智能教務(wù)管理系統(tǒng)和智能教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)，具體包括考試安排、實驗室管理、課程安排和教室管理等。

（三）智慧生活

校園智慧大腦中智慧生活應(yīng)用集群的目的是提高校園生活服務(wù)質(zhì)量以及促進生活空間的智能化發(fā)展。智慧生活應(yīng)用分為平安校園、綠色校園、智慧圖書館、健康校園等多個模塊。平安校園系統(tǒng)通過校園視頻圍墻能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)校平面、立面的全方位、立體式的高清數(shù)字點位全覆蓋，并在學(xué)校的核心關(guān)注地點，例如校門口、校內(nèi)道路以及教學(xué)樓等地點部署人臉識別設(shè)備，對校內(nèi)有安全隱患的地區(qū)安裝人員軌跡攝像頭，對來校的人員、車輛等進行識別和登記。平安校園系統(tǒng)能夠快速識別校園的安全風(fēng)險，實現(xiàn)安全監(jiān)控和自動報警。綠色校園系統(tǒng)集合智能照明控制、溫度調(diào)整以及植被灌溉系統(tǒng)等。教室中安裝的光線傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)控光線強度，根據(jù)光線變化和學(xué)生的座位分布智能調(diào)整室內(nèi)的光照度。教室中安裝的智能控制器可以與窗簾、智慧黑板等設(shè)備連接，根據(jù)智慧黑板的工作狀態(tài)自動調(diào)整窗簾以及燈光照明方式，教室無人時自動關(guān)燈。智慧圖書館服務(wù)能夠?qū)熒拈喿x偏好進行統(tǒng)計分析，提供個性化資源導(dǎo)航以及書籍推薦。心理健康服務(wù)系統(tǒng)關(guān)注校園師生的心理健康狀態(tài)，對學(xué)生的不良學(xué)習(xí)行為習(xí)慣提供指導(dǎo)服務(wù)，對存在較大心理問題風(fēng)險的學(xué)生提供預(yù)警干預(yù)措施。

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課題項目：杭州市蕭山區(qū)2022年教育科研課題“數(shù)智伴飛：‘五新背景下競潮大腦精準(zhǔn)教學(xué)鏈研究”（XS2022G064）的階段性研究成果

編輯/李? ? 莉3C62E464-AC03-4502-9583-6C684D7FF4E3