智慧校园建设架构及教育场景初探

刘小龙张治

上海市电化教育馆

摘要信息化是教育现代化的本质特征，也是教育现代化的动力引擎。在“互联网+”的时代，学校教育的改革和发展离不开信息化，而新时代的教育必然是基于网络环境的、开放式的、智能化的教育。在智能教育理念下的智慧校园必然是在教育信息化基础上，通过构建智慧校园，深化信息技术与学校教育的融合创新，突破固有的办学体系、教学结构和组织形态，打造形成面向未来的智能化校园。

关键词智能校园互联网+教育教育形态重构

随着“互联网+”时代到来和教育信息化 2.0的启动发展，教育变革将迎来爆发期。新时代的教育必然是基于网络环境的、开放式的教育，而新的教育理念下“教什么、怎么教、怎么评、怎么管、谁来教、为谁教”等问题将成为未来办学必须要应对的新时代挑战。为了深人推进教育变革，建设时时能学、处处可学的智能化校园，以适应步人新时代的教育需求，需要以非常规的思维推进面向未来的学校创新实验。

一、研究背景和意义

智慧校园主要是通过形成智能化、协作化的数字校园环境，构建开放、共享、创新、协作的学习空间。这不仅是智能教育的学校实践过程，也是以人工智能领衔的信息技术（智能技术，主要包括物联网、云计算、大数据、虚拟现实与增强现实、人工智能等基于计算机和网络技术的前沿ICT技术）与教育教学融合创新的教育信息化2.0学校实践过程。它对学校的变革主要有以下四方面：

(一）变革学校教育形态

智能校园网络是数字校园的进一步发展，也是构建智慧校园的物质基础。智能校园网络是以数字校园网为平台，建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动兼备，集系统、结构、服务管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的校园网络环境。智能校园网络以资源数字化、信息流转网络化为基础，以电子校务应用、应用集成化为依托，以数据仓库、数据挖掘技术、智能代理技术等智能技术为手段，实现学生学习、教师教学、管理者日常管理和决策的智能化、科学化。

(二）升级学校培养目标

智能技术的应用，是面向全社会领域的。可以预见的是，在不远的智能时代，智能技术在社会各产业领域的应用，在使个人生产效率得到巨大提升的同时，将进一步取代机械性的、可重复的脑力及体力劳动。这无疑会导致很多人工岗位的消失，也对未来人才提出了新的能力挑战。同时，技术的快速进步也带来了知识的迅猛增长、知识更新速度的巨幅提升以及知识传播方式的极大改变。学习的迁移能力

和不断学习的能力成为学校更为核心的培养目标。因此，智能教育时代学校应培养学生基本知识和素养基础上的包括迅速应对技术

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变化的学习迁移能力、分析与批判能力、协作与创新能力等在内的能够适应不同1：作需求及环境变迁的可转移技能体系。

(三）创新学校课程模式

传统的课程设计和设置也是以学科为依据进行的，而学科作为人类建立在知识分类基础上的人为建构，其存在无疑承载和反映着人类对现有知识的认识和规范。不过，永不停止的对未知世界的探究以及在此基础上的知识创造是人类与生俱来的能力，也是那些不易被机器取代的能力中的核心3智能技术对知识的传播与创造将发挥巨大的影响。知识产生于共享的经历，智能技术不仅通过加速知识的传播和共享提升知识创造的效率，并且作为“常在”交流对象促进人的表达共享，将所有人纳人知识创造的进程中。智慧校园需要创新课程模式为学生提供探究未知和知识创造的机会。

(四）重构学校教学过程

在教的方面，智慧校园通过利用智能技术建立智能化的学习平台，突破传统的由学校和教师提供的统一的、预设的教学计划，为学生提供定制化、个性化、全过程的教育服务。在提供丰富教育资源、记录学生学习过程数据的同时，形成了智能导师、智能学伴等智能教学支持服务，把教师从繁杂琐碎的重复性劳动中解放出来，减轻教师的工作量负担。

在学的方面，智慧校园利用智能技术量化物理世界、打破时空局限、虚拟连接现实，实现教育资源的富集、教育时空的泛在以及教育场景的具现，从而为学生提供了无限的想象和发展空间

智慧校园将是一个以学生为中心、虚拟与现实相结合的智能教育空间。它在构建智能化学习环境的基础上，以数字化资源为主体，为学习者提供泛在的、丰富的、个性化的学习资源，并依托智能化的学习环境和资源，开展教学、评价和管理（服务）活动，不仅形成时时能学、处处可学、人人皆学的泛在学习时空，也为学生、教师、管理者乃至其他利益相关者提供智能化的服务支持。

三、智慧校园建设架构设计

智慧校园的建设目标是构建涵盖校园智慧环境、智慧学习、智慧教学、智慧管理的一体化校园，促进信息技术与教师教学、学生学习和学校管理与服务的融合。智慧校园顶层架构设计如图1所示。

智慧校园将实现智能技术与教育教学的四个融合：

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图1

智慧校园顶层架构设计

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(—)与校园环境的融合

在基础的数字校园装备基础上，校园通过装配多类型、多层级的环境感知和信息收集装备，采集丰富立体的环境数据（对象包括自然环境、物理空间和人），构建互联网与物联网结合的智能校园网络，实现对静态校园（校园环境）和动态校园（教学、管理、生活等校园场景过程）的全面数据化。

(二）与学生学习的融合

在构建智能校园网络的基础上，学生的学习方式将发生重大变化。学生手持一部移动学习终端，便可在终端上接入丰富多样的学习资源，享受时时能学、处处可学的学习体验。而基于大数据和人工智能的自适应学习支持服务，将真正实现因材施教教育理念，促成学生的个性化学习。

(三）与教师教学的融合

在构建智能化校园环境的基础上，教师的教学方法和过程也将发生重大变化。教师享受着全教学过程技术支持，通过对全体学生的综合测评和对教学过程的智能诊断，教师可实现精准化的教学；通过智能备课、自动作业布置与批改、无人监考等技术支持，教师可减少大量重复性的劳动。

(四）与学校管理的融合

在构建智能化校园环境的基础上，学校通过对教育实践过程数据的收集和分析，形成师生评价的智能综合化和校务管理的决策科学化。在师生评价方面，通过对教师、学生多维度的数

据挖掘和分析，对师生形成客观量化、过程性、综合性的评价；在校务管理层面，基于学校大数据和智能分析，形成量化支持的决策机制。

四、智慧校园未来教育场景设计

通过探索物联网、云计算、大数据、人工智能(A I )、虚拟现实(V R )和增强现实(A R )等前沿信息技术在中小学校校园环境、教育管理、课

堂教学、课程发展、学习评价、学习支持等多方

面的创新应用，设计可预期、可实现的未来教育场景和流程，呈现未来学校图景，并借以规划智能校园整体图景和建设方案。智慧校园未来教育场景设计主要包括智能学习场景与虚拟学习资源、自适应学习和教学支持系统、个性化学习模式与定制化学习环境三类应用3

(一）智能学习场景与虚拟学习资源

1. 虚拟实验室和图书馆

智能化虚拟实验室、智能化博物馆等虚拟学习资源环境基于多种信息技术的融合，尤其依赖V R 技术与A R 技术的成熟。A R 技术与网络技术、移动通信技术等的融合，将能够构建起融合文字教材、真实情境、虚拟情境、多媒体资源为一体，能够支持体系化、系统化学习的增强现实学习资源环境，如多维图书馆, 通过增强现实图书能够使学习者利用智能终端设备，获得多媒体的、虚拟信息与真实信息叠加的体验。而V R 技术、交互多媒体技术、网络技术等的全面整合，正在为使用者提供高沉浸感的体验环境，能够构建虚拟手术台、虚拟博物馆、虚拟实验室等各类虚拟学习资源环境，它将为学习者提供集知识学习、能力训练、实践操作为一体的交互式体验学习环境。

游戏化学习

游戏化学习，即在学习情境中使用游戏设计元素，以提高学习的过程性、社会性、互动性和趣味性，促进学习者的主动参与和自主学习，从而将教室和课堂搬到通信终端和游戏之中，将领域知识蕴藏在游戏设计之中，实现学习过程与游戏过程的有机统一。

(二）自适应学习和教学支持系统

1.智能导师和智能助手

智能导师能够根据学生的兴趣、习惯和学习需求为其制定专门的学习计划，有利于学生的个性化学习。主要是由计算机模拟教师教学的经验和方法，对学生实施一对一的教学，并向具有不同需求和特征的学习者传递知识。智能导师通过自然语言处理和语音识别技术，

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〇2〇年第6期

区校信息化

来实现计算机扮演导师角的功能，它能够代替现有教师为学生提供辅助性的学习材料。而智能助手的主要作用就是为了减轻教师的负担，提高教师的工作效率。

智能健康管理系统

智能健康管理系统是通过物联网、大数据和A I 技术的有机结合而构建的一款集体质监测、运动指导和健康管理为一体的智能系统，旨在通过智能穿戴设备对学生的身体状态进行实时的监测，适时提醒学生养成良好行为习惯和运动习惯，注意身体的不良反应，及时地做出相应的调整，以保证身体健康发展。

3. 智能备课系统（图2 )

智能备课系统主要通过利用大数据技术，在明确课程知识结构（即知识点间的前置、并列、后置等关系结构）的基础上，以课程知识点的维度存储和分析历届学生对课程学习内容的掌握程度，以及班级学生对前置知识点的掌握情况，通过清晰地呈现课程知识脉络（以 “课时”为单位）、内容重难点、学生预计接受程度以及课堂时间规划等备课要素，为教师提供较为个性化的备课支持。

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图2智能备课系统功能架构图

4.智能作业系统（图3 )

智能作业系统是通过利用大数据、A I 技术构建的个性化、自适应的集作业发布、作业管理和作业评价为一体的智能系统，旨在通过建立智能化的作业平台实施个性化的作业布

置、持续性的作业改进、统一的作业管理以及基于作业的学生过程性评价，并以此减轻学生作业负担，提升学生的作业兴趣，激发学生自信心，满足学生发展需求。

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上海市教育信息网图3智能作业系统应用结构图

基于知识点掌握的精准测评

伴随着教育大数据的不断发展，学习测评技术与方法不断走向体系化与科学化。智能校园对于学生学习的测评，将逐步实现基于知识点掌握的精准测评，通过捕获学习日常的练习、测试数据，结合学科知识点图谱，精准判定学生的知识点掌握情况，洞悉学生薄弱知识点，并且能够基于已有资源库为学生推荐契合学生知识水平的针对性习题与拓展资源，帮助学生实现对重难点的掌握与突破。

师生画像

师生画像，即基于师生的教学数据、学习数

据、生活数据，从教学风格、学习习惯、生活态度等不同角度，描绘师生特有的教与学模式，进而帮助师生实现自我监控，辅助教师的针对性教

学，并帮助管理者优化决策。整个系统立足于深度挖掘教育大数据基础，对师生进行指标刻画，虚拟展现师生的整体面貌，动态呈现师生的教学与学习过程，反映教师的教学风格与行为习惯，

反映学生的学习状态、学习过程和学习结果。

7. 智能化课堂活动组建

伴随着其在教学中的不断深人，智能技术

对于教育教学的影响将逐渐延伸至整个教学线程之中，其中对于课堂活动的开展也将产生质的影响。智能校园之中，课堂教学将更多地伴随着课堂活动的开展来让学生不断深化对知识的理解。而课堂活动的组织如何开展，则令教师较为困惑，活动方案的设计、活动策略的制定、活动开展的支持、活动质量的评估需要耗费教师大量的精力。

未来的课堂活动将依托于学生对知识的掌握情况，根据教学内容本身自动形成课堂活动的完整方案。比如，在探索“人类未来进化形态”过程之中，由于学生的观点不一，且话题本身具备开放性，在整个课堂教学之中，教师可以直接利用学习平台，即刻生成关于人类进化形态研究的活动方案。在这份方案之中，自动为学生提供探究的思路、寻相关材料的途径与工具，并且自动为学生分组，切分任务，为小组提供协作平台，帮助他们随时交流观点，分享材料。同时能够为学生提供最终研究报告的协同编辑工具，提升学生探究成果的产出效率。

8.智能学习预警系统

学习预警可以通过挖掘、分析学生学习过程中产生的大量数据，了解学习者的学习情况，并及时发现学习中存在的问题，以此对学习者发出提示和警告，从而督促、引导学习者顺利完成学业。在数据中心的数据支持下，面向学生建立学习预警系统，帮助教师和家长实现对学生学习情况的智能化监督。总的来说，

学习预警系统根据需要预警的目的和内容，选择合适的预警方式，借助先进的技术与算法，向相关人员发出预警信号，为教师和家长对孩子学习的关注提供辅助。

(三）个性化学习模式与定制化学习环境

1.无缝混合学习

最能体现未来互联网思维特征的知识创造和传播模式逐渐开始在课堂实践层面涌现。

分散式合作课堂就是其中的一种呈现形式，以充分挖掘学习参与者个体智慧与资源的互联方式，汇聚学习者的经历与思想。目前，能够作为分散式合作课堂实例的，是2010年上海世博会的“走走•停停”项目。这是由同济大学和上海建桥学院的信息、电影、机械、数字媒体等专业方向的师生合作完成的项目，其组织形式体现了互联网思维的分散式合作。该项目能够实现来自不同文化背景的人在虚拟世界里实时加人同一个主题项目，通过人与人之间的互动产生的想法，启发参与项目的学生从竞争性比赛转变成享受互相合作、充满关爱的学习体验，开阔视野，尝试跨界思考，培养多维思考的能力。

2.定制化学校

互联网所具有的精细化、定制化特性在学校办学范式上也已经有所体现。作为一个定制化的学校，它面向的人可以分为两类。类是那些由于经济、机会所限或其他原因错失高等教育机会的人，学校为其定制学习机会。设立定制化学校旨在迎接世界高等教育事业发展过程中成本、机会和完成率的挑战，其主要途径是通过运用新技术来运营一所高质量的、学习者支付得起的私立大学，目标在于确保高质量的高中后教育为任何地方的任何人所拥有。另一类用户人则是那些有兴趣体验优质教育生活的学习者。凭借严苛的学术标准、科学的教学方法和优秀的师资，利用尖端技术的先进的互动式学习平台，加上真实的用户体验，致力于向最具智慧、最积极进取的学生提供一种全新的学习体验。在学习期间，学生能够获得浸人式的学习体验，每个学期都会到其他优质学校学习与生活；课程学习的体验是现代化的，课堂中没有传统的教条式授课，每一个课堂都控制在20个学生以内; 学生将获得终身的成就支持。

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育传播

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