数智赋能：校园智慧大脑的构建与运行实践

王荣

摘 要：校园智慧大脑是“以人为本、深度融合”的智慧校园生态系统，是智慧校园建设发展的新形态。它以为师生提供个性化服务和促进技术与教育深度融合为建设理念，融合智慧教育、智慧管理和智慧生活的应用集群。为应对技术手段赋能教育过程中隐含的伦理问题，提出“需求为先、以人为本、规范为墙”作为校园智慧大脑的设计原则。校园智慧大脑的系统架构分为四个层级，即数据采集层、数据分析层、数据应用层和技术规范层。

关键词：校园智慧大脑;智慧校园;智慧管理

2018年4月，教育部出台的《教育信息化2.0行动计划》明确指出在推进教育现代化建设的新征程中，要推动教育信息化建设转段升级，发展智能教育。新兴技术与教育场域的深度融合，教育发展进入了“数智化”阶段。数智化是指信息技術由数字化向智能化转型升级的过程，强调利用大数据以及人工智能技术等实现数据收集和分析，并促进科学决策。因此，数智赋能教育就意味着利用人工智能技术收集教育中的数据并挖掘其背后价值，达成科学的教育管理和教育决策。教育信息化的升级动向促进数字校园逐渐向智慧校园转型升级。智慧校园能打破学校的时空局限，促进资源整合，实现智慧的教学关系，发展学生的信息素养。

一、校园智慧大脑：智慧校园发展新形态

“智慧”是第四次教育革命的重要价值指向。智慧校园发展的新形态以智慧教育、智慧资源、智慧管理、智慧服务等模块组成的智慧教育生态系统为支撑[1]。智慧教育生态系统建设需要融合大数据以及人工智能技术，其发展的底层技术支持是高性能的校园网。然而诸多校园网是以核心层、汇聚层及接入层为代表的三层或多层架构，这种架构方式存在网络层次多、设备故障定位难度大以及运维困难等弊端，与智慧校园的精细化管理要求相去甚远，甚至成为制约智慧校园发展的技术瓶颈。智慧教育生态系统的发展要求指向结构简单、安全稳定、速度高效、维护方便的网络系统。全光网络通过光纤连接全网络节点的技术，能使信息以光的形式传播，具有高传输能力、高处理能力和强抗干扰能力。全光网络的技术优势能够与智慧校园的需求相耦合，并化解技术带来的发展瓶颈。依托全光网络覆盖的硬件技术支持，能够构建覆盖全时段、全校园的“校园智慧大脑”。校园智慧大脑是“以人为本、深度融合”的智慧校园生态系统，它以为师生提供个性化服务和促进技术和教育深度融合为建设理念，融合智慧教育、智慧管理和智慧生活的应用集群，具有环境智能感知、网络高效互通、海量数据资源、智慧决策、个性学习空间、开放学习环境等特征。

二、校园智慧大脑的设计原则

技术手段赋能教育的过程中，带来了一系列伦理问题，例如，技术负荷过重束缚正常的教学秩序，高强度全方位的数据监控让教育活动参与者成为数据透明的客体对象，过于强调感性经验的教学方式而轻视了学生抽象思维的启迪和生长。因此，应从如何阻挡教育异化的风险出发，以“需求为先、以人为本、规范为墙”作为校园智慧大脑的设计原则，实现保障校园智慧大脑发挥其正向作用的目标。

（一）需求为先

技术赋能教育的根本是为了更好服务教育实践，因此教育活动中的人的需求应是校园智慧大脑建设的关注重点和核心依据。校园智慧大脑系统构建中的主体主要有学生、教师、学校管理者、家长和技术人员。校园智慧大脑要在适应不同主体需求的基础上，最大限度并且最有效地辅助学校教学和管理工作。校园智慧大脑要为学生提供更高效的学习策略和沉浸式的互动形式，帮助改进学生的学习行为并且激发学生的学习兴趣。教师的需求表现为在智慧系统的辅助之下能够更加精准地掌握学生的知识储备状态和学生的日常表现情况。智慧教育的线上线下融合优势能够提供丰富的教学资源，为教师备课、课堂教学和教研工作提供详实并且实时更新的素材。同时智慧管理系统还指向更加高效的行政工作，让教师将工作重心更好安排在教书育人上。校园智慧大脑能够为校长以及其他学校管理者提供全面的师生教育数据和学校工作数据，并对校园环境进行实时监控、排查安全隐患。针对家长对学生的关注需求，校园智慧大脑能够提供学生学习进展追踪和日常表现追踪，让家长及时掌握学生在校动态。校园智慧大脑也能够及时发布家校合作信息，对学生在校期间的敏感事务进行监督管理。构建校园智慧大脑的技术人员的需求表现为关注硬软件设备运行及使用情况，及时更新师生的需求，并对可能问题进行预警[2]。

（二）以人为本

以人为本的原则是指要将人作为教育之本和管理之本，强调技术手段要辅助于最大限度地实现人的合理需求。以人为本的原则要求校园智慧大脑的目的是帮助创造更加自由、开放、和谐、安全的学校环境。在良好的教育氛围和安全高效的学校生活中调动师生的积极性和创造性，促进人的发展。因此，以人为本的设计原则要渗透至智慧教育、智慧管理和智慧生活三个方面。一是个性化的智慧教育。学生是具体的、活生生的个体。以人为本在智慧教育的表现特性是指向学生中心和学生的个性化发展[3]。教育在面向全体学生、促进人的全面发展的同时也要关注学生的个性化需求，尊重学生的独特性，承认每个学生都有自己的发展潜能。智慧教育要关注教师的个性化教学，以大数据支持教师实现精准指导、因材施教。二是人本化的智慧管理。建立民主管理、赋权多主体的管理系统，使每一位教职员工都拥有能够互动参与的机会，能够积极参加到学校管理中。尊重各参与者的主体性，在民主氛围中激活人的内在价值。三是人文化的智慧生活。智慧生活建设要以文化人，以涵养人、教育人、规范人、促进人的进步为宗旨，营造良好的校园人文氛围。

（三）规范为墙

数智技术在教育中全面应用让教育行为具有人机操作的特性。在智慧校园的建设中，高效、渗透、便捷等本来技术在提供服务时的优势特质却会一步步地挤占师生的思维空间。这在一定程度上占据了教育工具地位，教学秩序必须要纳入“机器”这一维度而拓展为“人——机——人”的多维关系[4]。如何平衡教育活动中人与机器的关系成为新的挑战。数智赋能教育系统难免会带来隐私泄露、技术理性主导、算法排斥、信息成瘾等伦理隐忧。因此校园智慧大脑构建要以技术规范路径隔绝风险。3C62E464-AC03-4502-9583-6C684D7FF4E3

三、校园智慧大脑的系统架构

校园智慧大脑的系统架构分为四个层级，即数据采集层、数据分析层、数据应用层和技术规范层。

（一）数据采集层

数据采集层是校园智慧大脑的基础技术保障层次，通过硬件设计、软件系统以及资料库等形成覆盖学校全域的数据采集系统。在数据采集系统中发挥巨大技术优势的是软件系统，软件系统主要通过学校中安装的一系列智能感知设备，例如，语音识别系统、生物识别系统等硬件设施实现对校园的监控和互联互通。数据采集系统同时也能够对师生的学校生活状态、学生的课堂学习状态、日常在校行为表现等进行数据收集，汇总上传到大数据平台的资料库系统。

（二）数据分析层

数据分析层是对收集到的数据进行数据处理、统计分析以及预警决策的系统，目的是为校园智慧大脑的应用服务提供可参考的信息模型以及方案支持。针对校园智慧大脑的智慧教育、智慧管理和智慧生活的三個应用集群，数据分析层要对信息进行筛选和甄别，为不同的应用提供适宜性的数据资源支持。例如，通过聚类算法分析学生的群体行为模式，对学生的课堂学习风格以及学习行为习惯等进行分析，辅助教师教学。基于知识图谱等实现信息抽取以及融合，直接筛选出有价值的信息，降低教师的工作量，应用在作业批改系统中，方便教师了解学生对知识的掌握度和课堂教学的侧重点。

（三）数据应用层

数据应用层是校园智慧大脑建设的实际落地方式。数据应用层是指在数据收集和分析的基础之上，通过智能服务架构打造适用于各用户、易于操作的应用终端，囊括智慧教育、智慧管理和智慧生活三大领域，要针对不同的用户需求进行定制化供给。在智慧教育上，通过数据收集分析，对学生的教育综合素质、学业发展、身心发展、核心素养发展等进行追踪和记录，实现对师生的精准画像和行为监测。在智慧管理上，为管理人员提供教育详情概览、师生统计信息等，为学校管理者提高信息领导能力提供技术支持。校园智慧大脑在智能生活中的建设目的是打造更加安全、便捷、绿色、智慧的校园生活空间。

（四）技术规范层

技术规范层的目的保证技术在合理范围内运行，实现对技术风险和伦理风险的防范和预警。技术规范包括数据规范、物理规范以及网络规范等。数据规范是指技术人员在进行信息存储以及信息传输时要遵守一定规则，防止信息泄露导致的信息安全问题和伦理问题。师生的行为数据和课堂学习数据等具有较强的隐私性，在数据规范之外还应当辅之以网络规范，即设置安全防火墙、恶意程序防护等，防止学校的数据库遭到攻击和破坏。物理规范则是指要对校园智慧大脑的硬件设备进行日常检测和设备维护。

四、校园智慧大脑的应用分析

校园智慧大脑的应用可分为智慧教育、智慧管理和智慧生活三个应用集群，每个应用群集合各类子应用。

（一）智慧教育

智慧教育系统的子应用包括个性化学习空间、在线教育空间、智慧课堂、学生成长系统以及作业大数据系统等。智慧教育系统能够根据学生的精准画像打造个性化教育空间，针对学生在课程侧重点以及学习诉求上的差异，为学生提供不同的学习资料以及题目练习等。个性化教育空间能够捕捉师生的个性化需求，找到学生学习的薄弱点和兴趣点。利用智慧黑板、智能教学助手、智能录播室等搭建在线教育平台，实现线上线下融合教学，并整合校内校外的优质知识资源，为学生提供更丰富的知识选择，开拓学生的视野。智慧课堂系统通过电子班牌、智慧黑板、无线投屏技术、在线测试等为师生带来更为便捷以及可视化的教学体验，同时能够实现贯穿课前课中课后的教学数据收集。学生成长系统以“成长动态、全面发展”为指引，涵盖学生的学业成绩管理系统、素质评价系统等。一方面能够依据学生的学业成绩进行智能分析，生成学生专属的成绩单和学习档案。另一方面能够依托核心素养发展维度，制定可操作性指标，进行过程性评价。在促进学生全面发展的理念下，将学生在体育、人文、艺术及科技等不同模块的进步都纳入到电子档案中，并生成学生成长图，且在学校展厅展示。作业大数据系统能够实现作业数据反馈、错题本数据收集分析，并针对学生的学习特质进行精准化个性推送，助力精准教学。

（二）智慧管理

当前许多学校已经开始进行学校管理信息化改革，然而囿于学校管理部门之间的系统不兼容、数据共享程度不高以及数据冗杂等原因导致学校管理存在信息利用不充分、智慧管理系统复杂等问题。基于用户需求为中心打造的智慧管理系统更加强调服务的个性化和便捷性。智慧管理意在打造便捷、高效、安全、人性化的管理平台，并服务于学校内外的每一个受众。校园智慧大脑中的智慧管理应用集群是融合业务管理、动态监测、教育监管与决策分析、资源配置预测等功能的智慧化教育管理集合[5]。智慧管理应用平台能够实现移动终端上的数据协调，因此可以进行随时随地的智能化服务和动态管理，有助于校长以及学校管理团队及时掌握学校状态，提高应急处置相关事务的效率。学校管理的应用主要包括对于人事信息、教职工以及学生档案、综合财务信息等的管理。在教学管理方面则包括智能教务管理系统和智能教学服务系统，具体包括考试安排、实验室管理、课程安排和教室管理等。

（三）智慧生活

校园智慧大脑中智慧生活应用集群的目的是提高校园生活服务质量以及促进生活空间的智能化发展。智慧生活应用分为平安校园、绿色校园、智慧图书馆、健康校园等多个模块。平安校园系统通过校园视频围墙能够实现对学校平面、立面的全方位、立体式的高清数字点位全覆盖，并在学校的核心关注地点，例如校门口、校内道路以及教学楼等地点部署人脸识别设备，对校内有安全隐患的地区安装人员轨迹摄像头，对来校的人员、车辆等进行识别和登记。平安校园系统能够快速识别校园的安全风险，实现安全监控和自动报警。绿色校园系统集合智能照明控制、温度调整以及植被灌溉系统等。教室中安装的光线传感器能够实时监控光线强度，根据光线变化和学生的座位分布智能调整室内的光照度。教室中安装的智能控制器可以与窗帘、智慧黑板等设备连接，根据智慧黑板的工作状态自动调整窗帘以及灯光照明方式，教室无人时自动关灯。智慧图书馆服务能够对师生的阅读偏好进行统计分析，提供个性化资源导航以及书籍推荐。心理健康服务系统关注校园师生的心理健康状态，对学生的不良学习行为习惯提供指导服务，对存在较大心理问题风险的学生提供预警干预措施。

参考文献：

[1]钟晓流，宋述强，胡敏，等.第四次教育革命视域中的智慧教育生态构建[J].远程教育杂志，2015，33（4）.

[2]赵磊磊，代蕊华，赵可云.人工智能场域下智慧校园建设框架及路径[J].中国电化教育，2020（8）.

[3]姚姿如，杨兆山.“以人为本”教育理念的意蕴[J].教育研究，2011，32（3）.

[4]张永波.智慧教育伦理观的建构机理研究[J].中国电化教育，2020（3）.

[5]王曦.“互联网+智慧校园”的立体架构及应用研究[J].中国电化教育，2016（10）.

课题项目：杭州市萧山区2022年教育科研课题“数智伴飞：‘五新背景下竞潮大脑精准教学链研究”（XS2022G064）的阶段性研究成果

编辑/李    莉3C62E464-AC03-4502-9583-6C684D7FF4E3