大數(shù)據(jù)背景下人工智能技術(shù)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用分析與展望

郭超睿，胡志剛

（景德鎮(zhèn)學(xué)院，景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

在2017年，由北京師范大學(xué)與美國(guó)新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMC）聯(lián)合承辦的“第二屆中美智慧教育大會(huì)”上[1]，與會(huì)的中美教育專家針對(duì)中國(guó)教育信息化建設(shè)特別是“人工智能驅(qū)動(dòng)下的未來(lái)教育”、“大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)和高校管理現(xiàn)代化”等議題展開充分的研討。會(huì)上發(fā)布了第一個(gè)地平線報(bào)告--《2017新媒體聯(lián)盟中國(guó)高等教育技術(shù)展望：地平線項(xiàng)目區(qū)域報(bào)告》。該報(bào)告將對(duì)中國(guó)教育信息化建設(shè)以及推動(dòng)“雙一流”建設(shè)、實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化有著積極的指導(dǎo)意義。

該報(bào)告中指出[2]，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)與教育逐漸融合，對(duì)教育的“革命性影響”正日益凸顯。新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)教育的挑戰(zhàn)尤其體現(xiàn)在以下方面：

（1）個(gè)性化學(xué)習(xí)。

（2）教育大數(shù)據(jù)的管理問題。

（3）教學(xué)創(chuàng)新的推廣。

該報(bào)告還預(yù)測(cè)未來(lái)4-5年，在中國(guó)高等教育中將普遍采用涵蓋情感計(jì)算、機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等屬于人工智能范疇的新技術(shù)以用于教學(xué)實(shí)踐。由此可見，在可預(yù)見的將來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的不斷成熟并應(yīng)用與高等教育實(shí)踐，勢(shì)必將對(duì)傳統(tǒng)教育方法、模式以及高校管理模式帶來(lái)巨大的沖擊與變革，同時(shí)也為我國(guó)高等教育大國(guó)邁向高等教育強(qiáng)國(guó)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。如何面對(duì)這一挑戰(zhàn)與機(jī)遇，并結(jié)合當(dāng)前“智慧校園”建設(shè)，這就需要我們充分理解大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的內(nèi)涵，并且有針對(duì)性地結(jié)合當(dāng)前高校教學(xué)、管理實(shí)踐開展充分的研究與探索，因應(yīng)得當(dāng)，少走彎路。

1 大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)概述

對(duì)于大數(shù)據(jù)，目前尚未有一個(gè)統(tǒng)一的定義。所謂大數(shù)據(jù)是相對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)而言，傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)一般是指經(jīng)過結(jié)構(gòu)化以后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)特別是數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的數(shù)據(jù)。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是自媒體、社交平臺(tái)、智能手機(jī)APP的不斷應(yīng)用，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的概念與內(nèi)涵已經(jīng)無(wú)法涵蓋新技術(shù)日新月異的當(dāng)前，為此就提出了“大數(shù)據(jù)”的概念。對(duì)于“大數(shù)據(jù)”定義，相對(duì)權(quán)威的觀點(diǎn)認(rèn)為：大數(shù)據(jù)是一種規(guī)模大到在獲取、存儲(chǔ)、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價(jià)值密度低四大特征。同時(shí)以非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主要的數(shù)據(jù)形式，數(shù)據(jù)類型包含文本、圖片、音頻、視頻乃至社交媒體記錄等等，而且數(shù)據(jù)量普遍以幾何形式增長(zhǎng)。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)規(guī)模大、數(shù)據(jù)多樣化、數(shù)據(jù)真實(shí)、數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)、速度快、價(jià)值高[3]等特點(diǎn)。其核心技術(shù)具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及應(yīng)用。

人工智能（Artificial Intelligence）最早出現(xiàn)在1956年Dartmouth學(xué)會(huì)上，其終極目的是借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力與存儲(chǔ)能力來(lái)模擬人類大腦的思維方式，從而使得計(jì)算機(jī)獲得原本只有人類大腦才具有的諸如思維、判斷和學(xué)習(xí)等能力，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域。但是該概念自提出以來(lái)，研究領(lǐng)域包括，機(jī)器人技術(shù)、語(yǔ)言識(shí)別、圖像處理等等相關(guān)外延。人工智能涉及到的領(lǐng)域也十分廣泛，比如語(yǔ)言學(xué)、行為科學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、美學(xué)等等，其學(xué)科范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出計(jì)算機(jī)學(xué)科本身，因此其進(jìn)展較為緩慢，從而成為計(jì)算機(jī)學(xué)科中最為復(fù)雜、難度最大，但是應(yīng)用前景卻最為廣闊的一門學(xué)科。而直到2016年3月，一個(gè)以深度學(xué)習(xí)為技術(shù)基礎(chǔ)的人工智能機(jī)器AlphaGo與世界圍棋冠軍李世石的“人機(jī)大戰(zhàn)”，才又把“人工智能”的概念拉回到大眾的焦點(diǎn)。而究其原因就是近年來(lái)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)的不斷成熟，為“人工智能”算法的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。從那時(shí)起，人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，真正使得信息技術(shù)步入“智能”時(shí)代。

2 大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用前景分析

當(dāng)前，各大高校均充分認(rèn)識(shí)到信息化建設(shè)對(duì)高校日常教學(xué)管理以及推進(jìn)“雙一流”建設(shè)中的巨大作用，紛紛提出“智慧校園”的建設(shè)計(jì)劃。但是，我國(guó)大部分的高校的信息化建設(shè)目前還停留在“網(wǎng)絡(luò)化”的初級(jí)階段，僅僅是建設(shè)了校園網(wǎng)系統(tǒng)，運(yùn)行了部分OA（辦公自動(dòng)化）、實(shí)現(xiàn)了教務(wù)管理、學(xué)生管理、財(cái)務(wù)管理的信息化，初步實(shí)現(xiàn)了人、財(cái)、物數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，取得了初步的成效。但是，在當(dāng)前高?！爸腔坌@”建設(shè)中面臨著[4]支撐功能喪失、缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、技術(shù)隊(duì)伍信息化知識(shí)掌握能力不強(qiáng)、監(jiān)控系統(tǒng)需要完善、資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重等問題。特別是在大數(shù)據(jù)背景下，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息化技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)高?！爸腔坌@”建設(shè)，充分利用好前期“智慧校園”建設(shè)中所取得的軟件、硬件、數(shù)據(jù)成果，建設(shè)成真正的“智能化“校園，是當(dāng)前高校信息化建設(shè)中需要集中研究的課題。

以大數(shù)據(jù)為背景的人工智能技術(shù)在校園信息化建設(shè)中的左右將集中在以下幾個(gè)方面：

2.1 以“智能化”、“個(gè)性化”為代表的學(xué)習(xí)方式革命

在當(dāng)前各“智慧校園“建設(shè)方案中，教育資源的信息化是重點(diǎn)。各個(gè)學(xué)校都通過各種方式或自建或采購(gòu)了一批網(wǎng)課、慕課、虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室等多種教學(xué)資源，利用校園網(wǎng)途徑進(jìn)行共享。學(xué)生可以通過多種終端媒介諸如電腦、手機(jī)、平板，多種方式諸如社交媒體平臺(tái)、網(wǎng)頁(yè)等，利用課余、碎片化等時(shí)間來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。應(yīng)該說(shuō)，這種教學(xué)資源的應(yīng)用豐富了和充實(shí)了”智慧校園“的內(nèi)容，也取得了比較好的教學(xué)效果，對(duì)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是一種有益的補(bǔ)充。

但是，這種方式也有其先天的不足，具體表現(xiàn)在：

（1）網(wǎng)課、慕課等仍然沒有脫離傳統(tǒng)單向式的教學(xué)手段。雖然這些教學(xué)手段采用了視頻、動(dòng)畫等新穎的多媒體手段，相比較課堂刻板的教學(xué)而言，對(duì)學(xué)生有更大的吸引力。但其在教學(xué)腳本設(shè)計(jì)、課程制作上仍然是以“教“為主的單向式教學(xué)方法，而沒有轉(zhuǎn)變成以”學(xué)“為主的個(gè)性化、自主性學(xué)習(xí)方法。

（2）教學(xué)資源建設(shè)質(zhì)量參差不齊。目前各學(xué)校在教學(xué)資源建設(shè)中，大部分仍然以采購(gòu)為主、自制為輔的方式。很多公司也瞄準(zhǔn)這一市場(chǎng)，開發(fā)出很多網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。但是目前尚沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)課程資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在各個(gè)公司開發(fā)出的教學(xué)資源中不乏優(yōu)秀產(chǎn)品，但也不乏粗制濫造產(chǎn)品。例如筆者在與一家公司接觸過程中，該公司針對(duì)當(dāng)前比較熱門的“大數(shù)據(jù)”、“人工智能”等課程，在沒有一位專業(yè)師資、沒有吃透技術(shù)內(nèi)涵的情況下，就匆忙推出該系列課程資源以求搶先占領(lǐng)市場(chǎng)，其課程中各種概念錯(cuò)誤漏洞擺出，教學(xué)內(nèi)容上避重就輕，采用該課程的教學(xué)效果可想而知。

（3）教師、學(xué)生參與積極性不高。教師們認(rèn)為采購(gòu)課程與自身對(duì)課程理解不符、教學(xué)內(nèi)容不一致等原因僅僅是將其作為日常教學(xué)的一個(gè)補(bǔ)充，而自身又缺乏自制網(wǎng)絡(luò)課程的積極性。學(xué)生則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容單一、陳舊，缺乏互動(dòng)等只將其視作修學(xué)分的一種途徑。

（4）學(xué)習(xí)過程缺乏引導(dǎo)與監(jiān)督。由于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源大部分仍以教學(xué)視頻方式呈現(xiàn)，缺乏互動(dòng)手段，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的疑問無(wú)從解答，導(dǎo)致部分學(xué)生只看了初始幾節(jié)課程之后就無(wú)法再繼續(xù)后續(xù)課程。同時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)的效果與進(jìn)度也無(wú)從監(jiān)督，導(dǎo)致有部分學(xué)生幾天突擊學(xué)完一門網(wǎng)絡(luò)課程的現(xiàn)象。

要解決上述問題，就必須在將來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中，要真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，充分考慮到不同學(xué)生的興趣愛好、能力背景、學(xué)習(xí)需求來(lái)制定個(gè)性化的教學(xué)方案。要做到這一點(diǎn)，傳統(tǒng)的信息化技術(shù)已經(jīng)不能勝任。這就要求在“智慧校園”建設(shè)中，首要的是把建設(shè)“學(xué)生大數(shù)據(jù)”和“教學(xué)大數(shù)據(jù)”這兩個(gè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)當(dāng)成最基礎(chǔ)的校園大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能手段對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化分析，再結(jié)合“教學(xué)大數(shù)據(jù)”系統(tǒng)進(jìn)行智能匹配，為每個(gè)學(xué)生制定有個(gè)性化學(xué)習(xí)方案、學(xué)習(xí)計(jì)劃。在教學(xué)手段上，利用人工智能技術(shù)，為每名學(xué)生生成一個(gè)隨時(shí)、隨地都能訪問的人工智能教師，采用引導(dǎo)式、交互式的方式開展教學(xué)活動(dòng)。

2.2 以智能技術(shù)推進(jìn)高校管理與決策科學(xué)化、智能化

“智慧校園”建設(shè)的一個(gè)主要目的就是通過網(wǎng)絡(luò)化及信息化建設(shè)，提高辦公效率，提升高校管理水平，從而與“雙一流”建設(shè)相匹配。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，高校管理信息化建設(shè)又有新的內(nèi)涵，具體表現(xiàn)在：

（1）大數(shù)據(jù)環(huán)境下的學(xué)生管理信息化

高校管理，學(xué)生是主體。作為高校工作的重要內(nèi)容，學(xué)生管理在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下將朝著精準(zhǔn)化、規(guī)范化的方向發(fā)展[5]。在大數(shù)據(jù)背景下，學(xué)生數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)將為高校教學(xué)和管理兩個(gè)領(lǐng)域提供服務(wù)。數(shù)據(jù)的樣式從傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化向半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)變；數(shù)據(jù)采集的方法從傳統(tǒng)的表格填寫、在線注冊(cè)、問卷調(diào)查等手段轉(zhuǎn)向社交媒體、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)爬蟲、視頻數(shù)據(jù)采集等非傳統(tǒng)手段。在對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用上，從傳統(tǒng)的“管理”為主向以數(shù)據(jù)為依托以人工智能技術(shù)進(jìn)行個(gè)性化分析，更好地服務(wù)學(xué)生轉(zhuǎn)變。例如，可以學(xué)生學(xué)業(yè)數(shù)據(jù)為依托，結(jié)合學(xué)生日常行為數(shù)據(jù)分析，判斷學(xué)生的興趣愛好、性格取向，制定更合理的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)方式，也可以利用學(xué)生網(wǎng)絡(luò)行為數(shù)據(jù)分析學(xué)生心理健康問題，通過學(xué)生各類競(jìng)賽數(shù)據(jù)、成績(jī)數(shù)據(jù)、社團(tuán)等數(shù)據(jù)構(gòu)建學(xué)生的能力模型，給學(xué)生提供個(gè)性化的就業(yè)數(shù)據(jù)[6]

（2）大數(shù)據(jù)、人工智能推動(dòng)高校財(cái)務(wù)管理轉(zhuǎn)型升級(jí)

在當(dāng)前各高校的“智慧校園”建設(shè)中，財(cái)務(wù)管理的網(wǎng)絡(luò)化、信息化是其中的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。各大高校都建設(shè)有“校園一卡通”、“校園ERP”系統(tǒng)為代表的財(cái)務(wù)信息化系統(tǒng)。但是在實(shí)施的過程中仍然存在數(shù)據(jù)割裂、信息化程度差異大、缺乏綜合性人才保障、高校預(yù)決算缺乏有效銜接等問題[7]。大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的應(yīng)用為解決此類問題提供了技術(shù)上的保障。例如可以利用人工智能技術(shù)開發(fā)財(cái)務(wù)預(yù)警系統(tǒng)，即把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)收集、歸納、量化并構(gòu)建一個(gè)大數(shù)據(jù)中心，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)并結(jié)合財(cái)務(wù)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)化為精簡(jiǎn)有用過的信息，從而為高校財(cái)務(wù)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警方案[8]；利用人工智能專家系統(tǒng)推進(jìn)高校業(yè)財(cái)融合；利用智能模擬推進(jìn)高校內(nèi)部控制；利用人工智能激勵(lì)高校財(cái)會(huì)隊(duì)伍建設(shè)；利用智能監(jiān)管推進(jìn)高校（財(cái)務(wù)）網(wǎng)絡(luò)安全等等[9]

（3）大數(shù)據(jù)、人工智能環(huán)境下的高校后勤信息化建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)“人”、“財(cái)”、“物”數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接與信息共享提供了可能，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，高校后勤信息化建設(shè)也有新的更高的要求。首先是要建立健全后勤大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在現(xiàn)有的后勤信息化系統(tǒng)當(dāng)中，增設(shè)多種智能數(shù)據(jù)信息監(jiān)控與采集裝置，對(duì)師生校內(nèi)消費(fèi)購(gòu)物、上課出勤等各方面產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并進(jìn)行分類整理；其次是隨著后勤信息化建設(shè)的推進(jìn)，必將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這就需要借助于人工智能技術(shù)對(duì)各項(xiàng)后勤管理服務(wù)以及后勤信息數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，從中準(zhǔn)確分析出師生的個(gè)人喜好、消費(fèi)習(xí)慣、生活特征等。[10]

3 對(duì)于以大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的“智慧校園”新模式建設(shè)的幾點(diǎn)建議

3.1 新的形勢(shì)下，“智慧校園”建設(shè)要有新理念

現(xiàn)在各個(gè)高校都普遍認(rèn)識(shí)到“智慧校園”建設(shè)在提升高校管理效率和水平以及學(xué)科、專業(yè)建設(shè)等領(lǐng)域的巨大的作用，都投入相當(dāng)大的資金用于該項(xiàng)目建設(shè)。但是比較普遍的現(xiàn)象是“重硬件、輕軟件”，比較重視網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件建設(shè)，而對(duì)于軟件、數(shù)據(jù)等資源建設(shè)認(rèn)識(shí)和投入不足，以致造成比較大的硬件資源閑置、浪費(fèi)的現(xiàn)象。在大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)高速發(fā)展的當(dāng)下，要充分認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)資源是價(jià)值極高的資源，要把基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析和利用上升到與硬件建設(shè)同等重要的地位。同時(shí)要致力于消除“數(shù)據(jù)孤島”，消除不同單位、不同部門間的數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容不一致的痼疾，在加強(qiáng)信息交互的通暢的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)的惟一性、準(zhǔn)確性。

3.2 新技術(shù)背景下的“智慧校園”建設(shè)要加強(qiáng)校企合作

大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用是一個(gè)全新課題，對(duì)于各高校而言，專業(yè)人才、技術(shù)的不足是比較大短板，并且以各個(gè)高校自身為主建設(shè)，勢(shì)必又將形成新的“信息壁壘”，大數(shù)據(jù)就無(wú)從談起。因此，有實(shí)力的企業(yè)應(yīng)當(dāng)瞄準(zhǔn)這一未來(lái)“風(fēng)口”，投入一定的人力及資金開展有針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān)及制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)加強(qiáng)與校方的業(yè)務(wù)合作，真正理解校方需求，借助于云計(jì)算、云存儲(chǔ)等技術(shù)的應(yīng)用，采取以SaaS（Software as Service，軟件即服務(wù)）的方式提供給校方使用。這種方式一方面減少了校方的資金投入，降低了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又能夠使得“智慧校園”系統(tǒng)覆蓋面盡可能大，數(shù)據(jù)樣本數(shù)高，從而使得人工智能系統(tǒng)有更高的智能性和準(zhǔn)確性。

3.3 大數(shù)據(jù)時(shí)代要有數(shù)據(jù)安全意識(shí)

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)在“智慧校園”中的應(yīng)用，數(shù)據(jù)的來(lái)源與形式更加趨于廣泛，這其中就不乏比較敏感的隱私數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一旦泄露，將會(huì)給當(dāng)事人、涉事單位帶來(lái)比較大的困擾。因此，在加強(qiáng)數(shù)據(jù)互聯(lián)、共享的同時(shí)，要樹立數(shù)據(jù)安全意識(shí)。一方面，數(shù)據(jù)的獲取必須是合法的、正規(guī)的，數(shù)據(jù)分析的結(jié)果也要出于保護(hù)當(dāng)事人的目的，嚴(yán)格規(guī)定其用途，數(shù)據(jù)的持有者和擁有者必須明確法律責(zé)任，不得將相關(guān)原始數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等轉(zhuǎn)交給第三方。惟有如此，才能保證數(shù)據(jù)真正用于合法的目的。