摘要：智慧校园已成为校园信息化建设的热点和趋势，但由于缺乏精准科学的指导建设标准，加上人工智能技术门槛较高，智慧校园建设规划仍存在一定的问题。智慧校园人工智能建设首先应该依据质量功能展开原理和需求对智慧校园人工智能的质量功能进行分析，针对智慧校园可能存在的问题设计智慧校园人工智能各项性能指标。注重提前积累相关数据，利用人工智能技术特征提取，积累相关数据分析和验证经验，为智慧校园以后配套硬件建设做好充分的准备，达到为系统筹备智慧校园人工智能建设服务的目的。
关键词：智慧校园 人工智能 质量功能展开 SWOT
引用格式：刘卫明.中小学智慧校园人工智能应用研究[J].教学与管理，2022（18）：32-35.
为了全面促进中小学发展信息化教育，教育部、国家标准化管理委员会相继发布了《教育信息化2.0行动计划》和《智慧校园总体框架》等文件，倡导加快建设“智慧平安校园”。基于此，更多中小学将“全面感知校园环境”作为智慧校园建设的重要工作，将人工智能技术带入校园。
一、中小学智慧校园的研究现状
1.智慧校园建设应用研究
智慧校园能够展现新一代信息技术如何重新定义人类的知识和能力价值、促进建立个性发展的教育体系[1]。因此，智慧校园建设逐渐成为中小学建设的热点，但仍存在“建而不用”“重管理轻教学”等误区。事实上智慧校园并不是建设了环境和配备了软硬件就可以，而是要让环境与课程、教学、管理有机融为一体，成为一个全新的教育信息化新生态[2]。如何准确把握现代信息技术的发展动向，以问题为导向改变现有教育“顽疾”，变革学校的育人模式与教学模式[3]。
新技术时代背景下，未来教育改革需要多元路径融合发展，通过对智慧校园的升級改造、新课程体系的建立、教育管理体系的完善和师资培训体系的改革予以实现[4]。
2.人工智能应用于智慧校园方案
随着智慧校园建设的逐步成熟，人工智能、大数据、物联网等新兴技术的广泛应用，促进了家校互动，成为一个具备教、学、考、评、管五大功能的智能家校共育生态圈，真正实现智能技术与教育教学的深度融合[5]。基于人工智能技术的人脸识别应用，结合活体检测在智慧教学环境、管理、服务以及信息化安全保障中发挥了重要作用[6]。
人工智能信息链的信息产生、信息表示、智能推理、智能决策和输出执行五个环节与智慧校园总体架构的层次对应关系[7]。
设置具备自然语言交互功能的学校教学管理智能问答机器人，以移动式即时问答、多轮问答式的服务引导、会话式的业务办理[8]。
人工智能技术能够将网络教学平台、动画等各种各样的信息化教学手段进行优化整合，有利于提高教师的教学效率和学生的学习效率[9]。需要教师及时更新教育理念，促进现代技术与教育教学的深度融合，推动教育现代化的发展[10]。
二、中小学人工智能智慧校园环境分析
随着物联网和人工智能技术普遍使用，中小学智慧校园已成为管理校园不可或缺的手段，因此，建设智慧校园需要结合环境分析，合理规划。
1.智慧校园环境分析
利用SWOT工具探索使用人工智能系统（见表1），智慧校园建设离不开特定的外部社会环境和中小学校园内部环境。
规划设计人工智能智慧校园感知层、网络层、平台层和应用层硬件环境。智慧校园建设感知层匹配相应功能传感器;比如通过中小学生表情分析教学质量，就必备图像传感器。网络层必须满足数据传输;平台层必须预留一定接口，以便数据提取和软件开发，应用根据学校需求设计相应模块。假如设计环境检测应用模块，就有教室、图书馆、实验室等学习场所的温度、湿度自动感知、自动调整，灯光亮度自动调节，空气污染、噪音自动检测，自动通风、自动降低噪音，恶劣气候环境的智慧提醒，细菌超标自动提醒等细节功能设计。
2.用户需求调查
提高人工智能智慧校园建设的质量，调查收集使用方需求，并将其整理，确保设计服务与使用方要求相一致。收集中小学需求的原始数据（见表2）。
3.用户需求分析，关注超出期望的需求
不同中小学需求不同，一般小学安全需求比重较大，中学升学率需求比重较大。按需求的优先顺序，注重心理需求。假设提升学生新知识和兴趣为优先，需求学校应决策引入将复杂原理简单化、编程模块化的人工智能课程。
不同需求对数据量要求不同，对计算机硬件的要求不同，特征处理方式不同。目前普遍应用于教育领域的辅助学习系统嵌入式硬件不多，更多的是单项功能的探索，如虚拟现实智能建模技术;自动问答机器人等。针对目前依靠门卫人为筛选和保安人员定时、定点交替巡逻的方式，存在非本校人员混入或人员离岗安全漏洞等问题。假设将校园安全作为主要需求，设计校园安全自动智慧监控，智慧门禁，自动人脸识别等功能，就可有效提升校园的安全管理。
三、中小学人工智能智慧校园的构建
1.智慧校园规划阶段质量屋
QFD可以系统地将需求转化为产品设计的详细说明和资源的优先顺序，评价人工智能智慧校园建设合理性。将主观的想法和要求，转化为客观的详细说明，使设计人员能够利用它来进行产品的设计。为实现需求，确定智慧校园质量设计合理目标值，合理目标突出表现在具有量化功能，可以通过收集连续三年的学生注意力，并利用AI数据，达到精准分析和评课的目的。综合考虑质量特性重要度，技术实施难度和成本，设定具体的质量特性目标值，是最复杂也是最关键的决策过程。其中设定技术目标还需结合学校办学特色，确保智慧校园某项质量技术设计目标值优于其他同类学校的同类技术指标，设计量化目标并能持续提高。按照质量需求与质量特性的关系矩阵设计质量屋示例（见表3）。从表中得出，深度学习技术与顾客需求关联度最高，建设规划人工智能智慧校园，学校应做好深度学习人才的储备。
2.围绕教学流程设计人工智能智慧校园
人工智能智慧校园产品，需要重点关注教学质量形成过程。过程包括输入内容、教学活动、输出等重要环节（如图1）。科学规划数据收集节点，运用深度学习模型，训练方式、方法，检验各环节结果。验证人工智能的需求是否得到满足。
围绕输入设计人工智能功能智慧共享推介优秀教学内容。依据历史教学内容和效果做标签，人工智能深度学习训练得出最佳教学效果的内容并共享。同样智能推介教师教学方法、知识点教学时长等参考教学信息。依据作业等信息结果，智能判断学生掌握以往知识的程度，真正做到因材施教，灵活调整讲课进度和备课内容。使中小学智能课堂人工智能系统成为老师的“最强参谋”，进而筛选一批优质教学资源，供同行教师相互学习。
围绕输出设计人工智能，记录学生以往学习训练的过程，关注学生做错的习题，通过人工智能分析确定哪些知识点需要加强训练，智能推介学生课后练习，复习的题量和题型应与学生水平相适应。根据以往历史数据训练不同类型的学生，智能推介各类学生的管理方法和措施。积累优秀学生特征数据，为以后招生工作做好预測做好准备。
3.人工智能智慧校园持续提高教学活动
通过人工智能智慧校园技术形成实时闭环控制，持续改进教学质量。智能课堂行为识别系统实时反馈课堂教学效果，通过人工智能训练好的模型，实时根据图像识别计算师生行为，并将提取好的特征模型通过数据关联性分析，间接考察课堂教学效果。通过人工智能智慧校园识别影响教学质量的关联关键行为，甚至将某些教师行为定性为不合格，监督教师自觉规范课堂教学行为。智能行为识别与效果对应示例（见表4），智慧校园实时记录课堂的每个教学状态的数据，自动形成课堂听课记载。将多期检测的行为大数据和期末考试进行关联度分析，间接推断鼓励课堂某些教学行为，使教学改革和创新有量化数据做支撑。
人工智能根据输出结果及时给教师上课提出建议和对策，使教学意见更加有针对性。并提供该优秀教学数据作为范本参考，有利于直接模仿，对教学活动循序改进，有利于教学质量。也可将不同学校之间同类数据对比，提高发现学校之间教学质量差距。
4.设置人工智能智慧校园产品综合成本、可靠性等指标
对比中小学人工智能智慧校园产品的技术实力和特长、产品可靠性和成本。学校应结合实际情况，综合考虑人工智能智慧校园产品质量特性重要度、技术适宜性、技术实施难度和成本、质量需求与与技术需求的关系矩阵和使用产品的优势和弱点。
在校园信息化建设过程中，积累一定量的数据并做好标签，尝试建立人工智能模型，将模拟结果和实际比较，为以后人工智能应用打好基础。硬件建设一定要有长期规划，预留数据传输的容量，预留硬件接口。
5.提供人工智能智慧校园简化工作任务示例
以人工智能智慧校园解决产品中小学招生为例。招生目标都是获得的优等生，判断标准很复杂，它关系到学校战略目标的。一般按考试分数排序，但是候选生源是否愿意就读，是否有发展空间，家庭实力等指标都会影响结果。需要收集考察候选生源多维度的信息，对候选学生进行多方面评估，可见，人工智能工具让筛选过程变得更快速、更廉价、更准确，极大提升了招生工作的效率，没有任何经验人员也能做好该项工作。
四、中小学人工智能智慧校园问题及解决方法
1.应对人工智能智慧校园隐私
缺乏安全保护数据意识。处于教育的需要，中小学收集相对某些比较隐私的原始数据，如家庭成员数据的准确数据，学生身体、违规行为和心理问题等数据。该部分数据一旦泄露，容易侵害当事人的权益。
因此，人工智能特征数据隐私应该按照法律规定严格保护。随着人工智能技术的应用，需要重视人工智能特征提取的个人特征数据比如人脸数据，声音特征数据，都属于个人隐私。智慧校园需要关注这种新类型的安全，确保人工智能技术模型分析的特征数据不被非法使用。
2.科学管理人工智能智慧校园
充分发挥人在人工智能的判断作用。基于人工智能的智慧校园系统管理有优势，减少人为主观干扰，提高效率，自动实现记录和保存电子数据，智能提高复杂数据处理效率，减轻工作负担。但是，人工智能如何融入已有的教育质量管理，如何充分利用数据结果等许多环节的细节问题还需要探索和研究。因此，增加管理环节越多，相应地教育培训和管理成本就会增加。如果人工智能智慧校园与实际教学管理工作融合度欠佳，那么设计智慧校园时候就需提前筹划。
认识人工智能服务存在的约束条件。如何分析结论价值就得认真考虑。人工智能的智慧校园系统具有分析、推理和思考的功能，具有一定抽象思维，能够从经验中学习，确保输出结果的准确率，不能忽视人的最后判断作用。是否存在输入数据虚假，比如实时行为检测过程中，学生做出虚假行为，干扰结果正确性。教育工作性质与其他工作不一样，存在价值观改造等深层次的不可测量参数，定量和定性结合是科学利用数据的态度。
3.科学对待人工智能智慧校园伦理
人工智能智慧校园结果冲击常见伦理。校园秩序建立在对不同人的长幼、身份、社会地位等标签的认知基础上的，任何判断都是建立在一定伦理基础上，很难有对错之分。比如，因材施教是否歧视成绩差同学，人工智能结果应用是否群体歧视，人工智能结果是否挑战个人教育权威。为了避免争论，人工智能智慧校园建设前可以确定几个基本原则，比如以学生成长为主导，基于事实的决策，尊重科学的教育规律等。
总之，中小学利用人工智能的智慧校园系统，可以提高教学和管理效率;创新教学方法，提高学生学习兴趣;创新学生沟通手段，人工智能的智慧校园系统科学监督教学过程，增加教师工作压力，给教师一定的约束，促使教师增强自我修养，规范自身行为，形成提高教学质量良性的互动机制。但是智慧校园建设是一个系统工程，需要中小学依据实际全面规划学校信息管理系统，积累相关的经验和人才，让人工智能技术真正服务学校。
参考文献
[1] 黄荣怀，王运武，焦艳丽.面向智能时代的教育变革——关于科技与教育双向赋能的命题[J].中国电化教育，2021（07）：22-29.
[2] 刘向永. 从建环境到创生态：智慧校园建设新样态[J]. 中国信息技术教育，2021（13）：4.
[3] 祖松梅.智慧校园建设的实践探索——以深圳市教育科学研究院实验小学（光明）为例[J].中小学数字化教学，2021（07）：78-83.
[4] 罗洁.新技术赋能未来教育[J].中小学信息技术教育，2021（06）：26-29.
[5] 刘宝龙，刘爱华.人工智能背景下家校互动平台现状及应用研究[J].教育实践与研究（C），2021（06）：36-37.
[6] 杨宏伟，杜彬，刘淑梅，等.智慧校园背景下人脸识别平台建设及应用[J].中国教育信息化，2021（11）：80-81+85.
[7] 沈振兴.人工智能信息链视域下智慧校园建设探究[J].中国教育信息化，2021（13）：42-45.
[8] 张宝.智慧校园中教学管理信息化的探索与实践——以智能问答机器人为例[J].教育信息化论坛，2021（05）：37-38.
[9] 李建明.人工智能在智慧课堂中的应用研究[J].数字通信世界，2021（06）：194-195.
[10] 李红霞.5G时代教师信息素养的提升途径[J].教育实践与研究（C），2021（05）：25-27.
[作者：刘卫明（1970-），男，湖北大冶人，黄冈师范学院，讲师，硕士。]
该文为2021年度黄冈师范学院教学质量与教学改革工程项目“创新学分课程”（2021CK23）的研究成果
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