摘要：智慧教室平臺能夠更有效服務教育工作，考慮到高等教育的具體需要，以人工智能技術(shù)提供建設支持更顯必要?；诖?，以人工智能支持下的智慧教室平臺功能定位為切入點，在此基礎(chǔ)上分析相關(guān)設計的具體方法，包括平臺作業(yè)架構(gòu)、自助系統(tǒng)、認證系、關(guān)聯(lián)檢索機制、記憶服務系統(tǒng)設計等內(nèi)容，最后簡述其實現(xiàn)要求，為后續(xù)具體工作提供少許參考。

關(guān)鍵詞：人工智能智慧教室平臺設計自助系統(tǒng)

中圖分類號：TP18

ResearchontheDesignIdeaofSmartClassroomPlatformsSupportedbyArtificialIntelligence

SUNYanxiaWANGJinkeSUNXuncheng

RongchengCampus，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Rongcheng，ShandongProvince，264300China

Abstract：Asmartclassroomplatformcanmoreeffectivelyserveeducationalwork.Consideringthespecificneedsofhighereducation，itismorenecessarytoprovideconstructionsupportwithartificialintelligencetechnology.Basedonthis，thisarticletakesthefunctionalpositioningofthesmartclassroomplatformsupportedbyartificialintelligenceasthestartingpoint，analyzesthespecificmethodsofrelateddesign，includingthedesignoftheoperationalarchitecture，self-servicesystem，authenticationsystem，associativeretrievalmechanismandmemoryservicesystemoftheplatform，andfinallybrieflydescribesitsimplementationrequirements，whichprovidessomereferenceforsubsequentspecificwork.

KeyWords：Artificialintelligence;Smartclassroom;Platformdesign;Self-servicesystem

人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫為AI，嘗試研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)，在現(xiàn)代社會得到廣泛關(guān)注，商業(yè)建設、工業(yè)生產(chǎn)以及教育活動均擁有人工智能應用痕跡。從特點上看，人工智能以統(tǒng)計學、智能技術(shù)為中心，一方面能夠簡化一般性工作流程，另一方面也帶來了控制和應用方面的高要求。就智慧教室平臺設計而言，人工智能的應用應更多關(guān)注信息技術(shù)以及設施的聯(lián)用，以發(fā)揮教育和程序控制方面的綜合價值[1]。在此背景下，分析人工智能支持下的智慧教室平臺功能定位、設計方式以及實現(xiàn)要求，具有一定的現(xiàn)實意義。

1人工智能支持下的智慧教室平臺功能定位

1.1互動性

人工智能支持下的智慧教室平臺應具有互動性功能，包括師生互動、教師與平臺的互動、學生與平臺的互動、平臺與網(wǎng)絡的互動這4個方面。師生互動以平臺為載體，如學生見習期與指導教師的交流、學生線上學習過程中與教師的交流等。教師與平臺的互動包括資源上傳、課堂指導等。學生與平臺的互動包括自助學習、小組成員借助平臺的互動等。平臺與網(wǎng)絡的互動關(guān)注對網(wǎng)絡資源共享池資源的調(diào)取、運用，是發(fā)揮智慧教室平臺功能的基礎(chǔ)要求[2]。

1.2擴展性

擴展性是指人工智能支持下的智慧教室平臺能夠滿足一般性的教育需要，在教育需求擴大、要求出現(xiàn)變化時，平臺依然能夠在人工智能以及其他技術(shù)的支持下實現(xiàn)能力優(yōu)化，持續(xù)完成功能的提升。例如：大學授課期間，可能需要面向多名學生提供線上學習資源，尤其是信道資源，應在組織平臺設計時，借助人工智能技術(shù)做好分析，確定合理的網(wǎng)絡容量以及信道接入方式，并保證其能夠在平臺的應用階段發(fā)揮預期作用，妥善服務教育工作[3]。

1.3便捷性

人工智能支持下，組織智慧教室平臺建設、設計的過程中，需要保證其具有便捷性方面的優(yōu)勢。便捷性是指各類使用者均可在接受少量指導的情況下掌握平臺的使用方法，包括啟閉、信息調(diào)取、內(nèi)容更新、故障上報等。主張采用人工智能技術(shù)進行故障的一般分析，并設計一鍵上報、一鍵生成故障報告等功能?？紤]到大學教育工作的特殊性，還應保證所有學生均可以熟練使用平臺，包括信息基礎(chǔ)較差的大學生在內(nèi)[4]。

1.4兼容性

兼容性是指人工智能支持下的智慧教室平臺對作業(yè)系統(tǒng)的要求不能過于特殊，原則上應滿足各類智能終端的一般工作需要，包括移動終端、電子計算機以及多媒體一體化設施等。例如：移動終端一般以移動智能電話為主，當前大部分大學生使用的移動電話包括iOS、Android兩類操作系統(tǒng)，應保證智9ht5pWrR7LtEYpU5vGS9qbslLdRjBYbJUkim95dcXy4=慧教室平臺能夠在上述兩類系統(tǒng)中穩(wěn)定運行，以滿足學生遠程學習、下載資源等需求。此外，智慧教室平臺應用于各類設施中，不能與原有的其他軟件出現(xiàn)功能沖突問題，如學校教務軟件、多媒體設備的PPT制作軟件等[5]。

2人工智能支持下的智慧教室平臺設計方式

2.1平臺作業(yè)架構(gòu)

人工智能支持下，智慧教室平臺應強調(diào)結(jié)構(gòu)功能明確，以穩(wěn)定簡練、邏輯明確的工作架構(gòu)為基礎(chǔ)，人工智能在此工作中主要發(fā)揮統(tǒng)計方面的優(yōu)勢。以上文互動性、便捷性、擴展性要求為例，必須保證平臺的信道資源充足，人工智能技術(shù)的應用流程如圖1所示。

該模式下，通過互聯(lián)網(wǎng)與學校積累的一般信息，建立原始信息群，并利用人工高智能技術(shù)進行信息挖掘，根據(jù)挖掘結(jié)果確定平臺通信規(guī)模，并完成平臺通信系統(tǒng)設計，設計完成的資源繼續(xù)滾入原始信息群中，為人工智能進行一步分析挖掘平臺通信系統(tǒng)功能、優(yōu)化功能設計提供參考[6]。該過程的核心環(huán)節(jié)為人工智能挖掘，可采用關(guān)鍵詞挖掘法，設定關(guān)鍵詞“學生數(shù)目”“下載速度”“信息庫上傳入口容量”等關(guān)鍵信息，做龐大原始信息群內(nèi)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集。如某一條數(shù)據(jù)中含有如下關(guān)鍵詞：

[學生數(shù)目；學校地址；高校辦公；英語教育……]

該數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞較多，通過人工智能技術(shù)分析后，發(fā)現(xiàn)存在關(guān)鍵詞“學生數(shù)目”，表明本數(shù)據(jù)具有價值，符合挖掘要求，可將其篩出備用，其他無價值信息集中淘汰，根據(jù)篩出的信息，可確定不同數(shù)目的學生同步學習時平臺通信壓力水平，作為建設智慧教室平臺通信系統(tǒng)的參考。其他關(guān)鍵參數(shù)也以類似方式發(fā)揮作用，服務智慧教室平臺建設。

2.2平臺自助系統(tǒng)

人工智能支持下，智慧教室平臺自助系統(tǒng)設計主要關(guān)注對師生提供各類服務，包括認證服務、資源上傳、信息檢索等，該系統(tǒng)的設計需要來自超短距射頻識別技術(shù)、可視化技術(shù)、智能技術(shù)的支持。主要強調(diào)對師生信息進行采集和記錄，并存儲到默認系統(tǒng)中，當師生嘗試利用平臺完成教學、學習、下載資源時，重復現(xiàn)場采集和對比分析，以確定人員的合法性，決定是否開放對應權(quán)限[7]。以學生為例，可采集學生的面部特征信息納入數(shù)據(jù)庫中完成記憶，所有學生均建設與其信息唯一匹配的數(shù)據(jù)條。默認其數(shù)據(jù)條包括如下4個重點參數(shù)：

[嘴唇厚度；眉弓位置；顴骨高度；鼻翼大小]

當學生嘗試訪問平臺時，利用可視化技術(shù)或超短距射頻識別技術(shù)，對其面部信息進行實時采集，再由人工智能技術(shù)進行信息實時處理和對照。默認學生甲的數(shù)據(jù)條參數(shù)如下：

[3.52；r12.1；h3.27；q1.26]（面部特征參數(shù)1）

實時采集所獲的參數(shù)，理論上應與此完全相同。如果學生甲當日因面部表情、疾病因素影響，出現(xiàn)了面部特征的少許變化，其面部特征參數(shù)可能如下：

[3.53；r12.1；h3.27；q1.25]（面部特征參數(shù)2）

學生甲的嘴唇厚度、鼻翼大小可能小有變化。該信息被收集后，通過人工智能技術(shù)進行對照，借助隨機森林法進行評估。如果隨機森林內(nèi)的大部分決策樹認為嘴唇厚度、鼻翼大小的少許波動不影響學生甲面部特征，認定訪問者確實為本校學生甲，系統(tǒng)做放行處理，甲可以進入智慧教室平臺進行操作。如果隨機森林內(nèi)的大部分決策樹認為嘴唇厚度、鼻翼大小的少許波動影響學生甲面部特征，認定訪問者不是本校學生甲（或其他學生），系統(tǒng)做阻攔處理，甲不能進入智慧教室平臺進行操作，或需要重復認證，直到通過。借助人工智能技術(shù)進行平臺自助系統(tǒng)設計，可以顯著提升平臺智能化水平，降低日常工作壓力，也減少可能存在的非法闖入等安全隱患[8]。

2.3記憶服務系統(tǒng)

記憶服務系統(tǒng)，是指根據(jù)智慧教室平臺工作的一般特點，啟動人工智能技術(shù)完成工作進度的保存，這一功能主要著眼各主體的高質(zhì)量互動，以及平臺工作的便捷性需要。該系統(tǒng)采用定時記憶法，可根據(jù)平臺具體使用情況，設定定時間隔與提醒服務。其基本功能架構(gòu)如圖2所示。

按照圖2所示模式，如學生利用平臺進行信息檢索、下載學習資源并做在線學習，期間該學生需要就餐或就寢，學習中斷，為保證次日學習具有延續(xù)性，可設定定時間隔為5min，在其進入平臺后，平臺以5min為間隔，不斷設定書簽，并以新的書簽替代舊書簽，當學生關(guān)閉平臺時，系統(tǒng)只保留一個書簽，即學生最后瀏覽頁面的定時書簽。次日或?qū)W生就餐后重新進入智慧教室平臺，平臺根據(jù)學生信息提供提示，學生點擊提示區(qū)即可進入此前學習的書簽位置，以實現(xiàn)人工智能支持下的學習延續(xù)。

2.4關(guān)聯(lián)檢索機制

人工智能支持下的智慧教室平臺設計，可結(jié)合大學教育、學生學習的一般特點，設置關(guān)聯(lián)檢索機制，該機制主要根據(jù)學習進度等實時信息，向?qū)W生或教師提供與當前學習內(nèi)容有關(guān)的其他知識。其關(guān)鍵技術(shù)在于關(guān)鍵詞的記憶和主動檢索。

默認學生學習內(nèi)容為“市場營銷”，當前瀏覽內(nèi)容為“4P營銷理論”。平臺根據(jù)當前頁面的核心信息，進行關(guān)鍵詞評估，其中關(guān)鍵詞可包括以下方面。

[市場營銷；價格策略；4P理論；美國市場；全球化……]

由人工智能模塊對上述信息進行出現(xiàn)頻率評估，在學習內(nèi)容默認為“市場營銷”、瀏覽內(nèi)容默認為“4P營銷理論”的情況下，其他關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率往往偏低，市場營銷、價格策略、4P理論的出現(xiàn)頻率則相對較高，可根據(jù)詞匯出現(xiàn)頻率完成重要性評估。考慮到文獻資料以及瀏覽頁面中，任何詞匯的出現(xiàn)頻率均有所波動，可不設定“關(guān)鍵詞”的據(jù)此出現(xiàn)頻次標準，對頁面內(nèi)主要詞匯進行出現(xiàn)頻次的排序，以人工智能技術(shù)支持排序過程、呈現(xiàn)排序結(jié)果，根據(jù)排序信息確定學生的學習重點。據(jù)此以市場營銷、價格策略、4P理論為核心詞匯，向?qū)W生自動提供6P理論、促銷策略等有關(guān)內(nèi)容。利用人工智能技術(shù)，優(yōu)化智慧教室平臺設計的覆蓋效應，提升平臺互動性、擴展性、便捷性。

3人工智能支持下的智慧教室平臺設計實現(xiàn)要求

3.1基礎(chǔ)硬件要求

人工智能支持下，智慧教室平臺設計的實現(xiàn)對硬件要求較高，主要是各類計算機硬件，以及對應的通信網(wǎng)絡?？紤]到大學校園一般采用多分機、一臺主機的工作模式，以計算機群完成教學管理，從而削減作業(yè)成本?？刹町惢_定主機和分機的性能指標，參考標準如表1所示。

計算機群中的主機，性能應比較優(yōu)越，以完成人工智能服務，也支持智慧教室平臺的各類教學、學習活動，分機的性能也不宜過低，保證師生能夠有效參與教學、完成課堂交互。通信系統(tǒng)應以5G為中心，必要時引入4G通信模式提供輔助，尤其是用網(wǎng)高峰期，以提升智慧教室平臺作業(yè)的流暢性。

3.2承載網(wǎng)要求

人工智能支持下的智慧教室平臺設計，對承載網(wǎng)的要求較高，主張以5G承載網(wǎng)為中心，建設校園自有的以太網(wǎng)網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡直接為智慧教室平臺提供通信方面的服務，其接入層的速率可控制在155Mbit/s～1Gbit/s之間，滿足師生個體學習、上傳資源的一般需求。匯聚層的通信能力應適當提升，要求達到622Mbit/s～10Gbit/之間，以滿足小范圍內(nèi)教學工作需要，如課堂。核心層的通行能力需要進一步提升，達到1Gbit/s～10Gbit/s左右，用于教學樓、圖書館的通信系統(tǒng)管理，骨干層通信要求最高，其信息傳輸速率在10Gbit/s到Tbit/s數(shù)量級之間，主要服務全校范圍內(nèi)的通信要求。實際工作中，如果學校的規(guī)模較小，也可以適當降低不同層次的通信能力要求，以減少智慧教室平臺建設開支。

3.3更新優(yōu)化要求

人工智能支持下的智慧教室平臺設計、建設，存在更新優(yōu)化的需要，可建立技術(shù)跟蹤制度，對本校智慧教室平臺功能運行情況進行記錄，尤其是一些關(guān)鍵信息，如通信延遲情況、大規(guī)模線上教育時的通信流暢性等，借助人工智能技術(shù)持續(xù)改善平臺能力。

具體工作中，可以采用神經(jīng)元感知模式，建立基于智慧教室平臺工作能力分析的作業(yè)網(wǎng)絡，以該網(wǎng)絡為中心，實現(xiàn)對平臺信息的收集和匯總。網(wǎng)絡主要面向四個群體進行神經(jīng)元感知系統(tǒng)建設，即學生群體、教師群體、通信系統(tǒng)軟件以及故障反饋中心。學生群體方面，于智慧教室平臺處開放信息反饋平臺，鼓勵學生根據(jù)當日或近期的學習情況，將對平臺的看法、訴求等，整理為在線意見書，直接反饋給本校智慧教室平臺的運營人員、部門，教師的反饋模式與此相似，但應獨立建設反饋渠道以及數(shù)據(jù)池，以便單獨從教師視角進行分析。通信系統(tǒng)軟件方面的信息采集強調(diào)參數(shù)的直接讀取，如日間教學期間不同信道的傳輸速度、卡頓延遲發(fā)生率等等。故障反饋中心的信息則以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的形式存在，主要反映智慧教室平臺工作過程中暴露的直接問題。

上述信息采集完成后，以人工智能技術(shù)為中心進行分析處理，采用關(guān)鍵詞檢索、關(guān)鍵數(shù)據(jù)對照等方式，系統(tǒng)了解本校智慧教室平臺設計上的不足。如設定關(guān)鍵詞為“通信延遲”，通過信息挖掘發(fā)現(xiàn)，本校教學樓區(qū)域出現(xiàn)“通信延遲”的頻率更高，進一步分析發(fā)現(xiàn)教學樓通信資源比較緊張，進入早間教學高峰期時用網(wǎng)頻繁，可根據(jù)人工智能分析結(jié)果，進一步評估本校教學樓各智慧教室平臺的通信需要，加以優(yōu)化。

4結(jié)論

綜上所述，人工智能支持下的智慧教室平臺設計應關(guān)注服務性，能夠為教育工作提供穩(wěn)定、全面的基礎(chǔ)服務。其功能定位集中于互動性、擴展性、便捷性以及兼容性四個方面。思路方面，需要首先確定平臺架構(gòu)，保證其邏輯明確、結(jié)構(gòu)功能穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上結(jié)合教育工作特點，設計自助系統(tǒng)、認證系統(tǒng)，并保持平臺的可擴展性。最后還應從基礎(chǔ)硬件、承載網(wǎng)等角度出發(fā)，從基礎(chǔ)條件層面為智慧教室平臺設計提供支持，充分發(fā)揮人工智能技術(shù)優(yōu)勢。

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