智能时代中小学智慧校园建设的意义、内容与路径

徐 洁,李 畅,郑舒以,李 梦

(杭州师范大学 经亨颐教育学院,浙江 杭州 311121)

为了加快建设教育强国的步伐,党和国家近些年相继出台了《智慧校园总体框架》《中国教育现代化2035》等文件,要求加快建设面向各级各类学校的开放平台。在此背景下,推进智慧校园建设已成为教育信息化的必然态势。然而,由于多方面主客观原因,导致智慧校园建设质量参差不齐,加之建设过程中涉及的数据体量巨大、资金投入较高,且多数学校普遍缺少专业维护人员,致使学校智能设施维修时间长、运行效率低,难以达到开放协作、互通共享的教育效果。鉴于此,建设一个完善的服务与运维平台,对于加快推进智慧校园建设具有重要价值。

一、智能时代中小学智慧校园建设的价值意蕴

智慧校园是以提升学校教学效率为目的,融合智能感知技术与现代信息技术,旨在为学生推送个性化教育资源、提供便捷生活服务的一种全面、开放、协同的新型教育环境。而智慧校园服务与运维是智慧校园得以顺利建设的重要支撑,即以信息化专职人员为主体,对学校的教学、决策、科研等多个方面开展管理与维护,以保证学校硬件设施、软件系统全方位运行[1]。智能时代下,建设智慧校园服务与运维平台是打造泛在学习环境、推进深度交互、优化教育资源配置的关键力量。

(一)打造泛在互通环境,丰富智慧校园的应用服务 当前,智慧校园建设尚处于初期发展阶段,未建立起统一的资源配置标准与数据规范体系,导致数据零星、散碎地分布于学校不同部门,无法实现数据信息的交互协同。而智慧服务与运维平台的建设,有助于打造一种泛在互通、高效协同的教育环境。首先,通过引入全面覆盖、无缝连接的高速化网络,打破了教室、办公室、图书馆等部门之间的空间壁垒,实现了物理教学空间与虚拟网络空间的交互联通。其次,智能手机、平板电脑等智能终端的应用,极大拓展了教育资源与学习场域,使得师生能够根据教学内容灵活穿梭于真实世界与虚拟世界之间。“在任何时间、任何地点,享受无处不在的学习资源、学习服务和学习伙伴”[2],真正实现泛在学习。再次,基于智能感知技术与物联网的互动式课堂,在师生之间、个人与集体之间、虚拟与现实之间构建了一种共享联通的教育环境。在此之下,它催生了微课、慕课、“翻转课堂”等新型教学方式,实现教学与现代信息技术的紧密交融。最后,智慧生活服务平台有效整合了校内、校外的生活服务,利用一卡通平台实现了生活消费、安全管理、出入考勤的一体化服务,极大丰富了校园管理的方式,拓展了校园服务的领域。

(二)满足师生用户体验,促进智慧教学的深度交互 智慧服务与运维平台始终坚持“以用户为中心”的服务理念,将满足用户体验作为开展一切服务工作的出发点。作为智慧服务与运维平台建设重要内容之一的教学,本身是一个教与学双方互动的过程。但在传统的教学实践中,教师和学生被视为单一的交互主体,教师教授与学生练习的单向度运作被视作主要的教学方式,这在很大程度上制约了教学的多元交互。为此,我们需要从用户的价值诉求出发,打造多层次、一体化的服务与运维平台。依托平台下的智慧数据中心和云端数据库,主动搜索反映学习者学习表现的数据信息,继而对某一阶段内学习者的积极程度、知识掌握情况等进行评估,提出针对性的教学建议,并依照学习者的需求推送个性化教学资源,拓展课堂内容。这种平台与学生之间的深度交互,能够为督促提升教学质量提供有效反馈。与此同时,教师可以依照教学内容和教学手段灵活变换教学环境,将教、学、研相结合,让学生立足于网络空间开展协作学习,发展自主学习能力[3]。此外,平台能够依托大数据分析,广泛征集各方反馈的数据信息,挖掘其背后隐含问题,实现教学、科研、家校合作等方面的智能升级,推动智能教学技术变革,进一步实现多方的协同交互,有助于塑造民主和谐的师生关系、家校关系。

(三)提供数据处理分析,推动智慧平台的监测呈现 建设智慧校园的过程涉及数据体量大、内容多,因此,需要建立一个统一的数据标准并不断补充更新。在构建智慧校园服务和运营平台的同时,充分运用大数据分析技术,加强对学校各个部门数据的实时监测,并以此为基础,构建一个以数据为中心的智能预警和反馈平台。譬如,在教学方面,如果某一阶段内学生的活动参与情况、课堂考勤或是考试成绩的数据出现明显波动,平台系统能够及时共享与学生学习表现密切相关的数据信息,让班主任、任课教师和学生本人及时掌握学生的学习表现,加强针对性指导工作。在管理方面,智慧校园服务与运维平台,可以有效管控学校资源,增强对监控数据的动态追踪,精准定位事故发生区域,并采取相应的对策,从而增强学校的安全管控能力。在科研方面,可以通过对智慧平台下数据的动态监测,聚焦当下研究热点,科学评估研究的价值,并通过研究课题的申报与追踪,促进团队协同交流,提升研究的效率与质量。总之,通过智慧服务与运维平台,加强对教学、科研、管理数据的动态监测,有助于学校领导者把控智慧校园建设的整体布局,真正体现智慧校园服务与运维平台的“智慧性”。

二、智能时代中小学智慧校园建设的主要内容

概括地说,智慧校园建设主要包括两大方面：一是通过优化校园环境、提供关键技术为智慧校园提供基础服务;二是依托故障处理、资源调配对信息化环境与资产的运行与维护。具体而言,其内容包括建设智能感知的教育环境、建构智慧教学与科研系统、打造高效协同的办公系统以及科学决策系统。

(一)基于智能感知技术的智慧教育环境 智慧校园环境是物理空间与虚拟网络空间的有机结合,旨在依托智能感知技术和数据实时分析打造一个便捷、开放、协作的新型校园环境。依循黄荣怀对智慧校园基本特征的阐释(全面感知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境、师生个性服务[4]),可以大致将智慧校园服务与运维平台下的校园环境分为以下五类：一是全方位智能感知的环境,如基于人像识别、无线网频射技术(RFID)的校园考勤、自助门禁与车辆管控、安全监控等,是学校工作得以顺利开展的重要基础;二是全覆盖的网络应用环境,即在整合物联网、校内网、监控网的基础上依托智能设备而建构的一体化服务应用,是保障学校工作高效运转的关键;三是泛在互通的学习环境,即基于无缝网络,借助智能终端和云服务平台,随时随地进行学习与互动交流,实现泛在学习;四是动态追踪的课堂交互环境,即依靠智能感知设备自动绘制反映学生的课堂参与情况、考试成绩的数据统计表,并以此分析学生的学习表现,进而按需推送个性化教学资源;五是开放式的智慧学习社区环境,该环境通过有效整合各类资源,搭建一座可供家长、教师、学生及时沟通的桥梁,以便了解学生的学习情况,避免不良行径的产生,促进其健康成长。

(二)基于大数据分析的智慧教学与科研系统 智慧校园建设不是孤立无援的,而是建立在以高速化为特征的大数据分析之上。从教学层面来看,基于大数据分析构建智慧系统,能够不断优化教学进程,改善教学内容、手段与评价方式,促进教学走向全面开放、深度交互。从教学模式来看,学生摆脱了一味地“填鸭式”、被动式的学习模式,开始借助虚拟现实和全息投影技术,在沉浸式学习环境中提升自主学习能力。从教学内容来看,其内容不再拘泥于课本知识,而是依托大数据分析提供贴切的个性化教学资源,便于及时查漏补缺。从整个教学进程来看,教学的各个环节衔接更加流畅。例如,依托大数据辅助教师高效地完成备课,利用在线课堂及时征集和解答学生问题,借助智能批阅系统实现了对学生的作业反馈与数据的自动生成。从教学评价来看,智慧教学系统改变了以往单纯的主观评价方式,开始依托大数据开展多维、动态、全面的智能评价[5]。

从科研层面来看,在大数据的支持下,智慧科研系统能够对科研平台管理、科研队伍建设、论文专利及项目申报等方面发挥巨大作用。首先,智慧科研系统能够在大数据分析的基础上聚焦当下研究热点,掌握当前的研究动向,分析课题项目的研究价值,从而提升项目申报的成功率[6]。其次,借助智能感知设备,能够实现实验数据及时统计、自动汇总,继而作为科学研究的数据支撑。最后,基于大数据分析的智慧科研系统,为不同领域的科研人员搭建了一个高效交流与互动的平台,使得科研合作与成果共享更加便捷。总之,基于大数据分析的智慧教学与科研系统革新了教学与科学研究的模式,能够为学校教学与科研工作提质增效。

(三)基于信息化资源使用培训的协同办公系统 智慧校园建设过程所涉数据繁琐、工作流程复杂,要求教师和学校管理者优化工作方式、提升服务水平。鉴于此,需要加强信息化资源的使用培训,真正将现代教育技术与学校办公服务相结合,实现数据信息跨区域、跨组织流动,提升学校的服务质量与管理水平。

作为智慧校园服务与运维平台建设的重要内容,协同办公系统具有以下特征：一是办公方式的无纸化与智能化。基于信息化资源使用培训的协同办公系统,变革了传统办公模式,用户凭借规范填写的电子申报单,代替需要多次填写、盖章的纸质文件,在线上平台就可以直接获取审批与回复。这不仅可以减少公文流转的繁冗步骤,提高办公服务的效率,还可以在某种程度上有效节省办公能耗。二是办公流程的可视化与程序化。在协同办公系统下,学校管理制度中的每一项规定和要求都体现为服务流程图中一个“点”,只有将每一个“点”都点亮,才能实现整个工作流程的畅通无阻。这种程序化的方式可以督促学校管理者明确职责与权限,提升工作的效率与质量。三是办公模式的高效化与规范化。在协同办公系统下,利用云计算服务实现工作业务的自动归档,将加快信息周转速率,进而有效防止办公业务的遗漏与拖沓,真正以便捷的智能终端惠及所有师生和管理人员。

(四)基于大数据分析的智慧管理决策系统 当前我国学校管理普遍缺乏完善的信息标准,而且大部分学校对信息数据的处理都是机械式的,并未挖掘出潜藏在数据背后的深层信息,智能化程度也相对较低。这就要求我们在合理的资源配置下,提升学校管理的科学化与智能化水平。诚如赫伯特·西蒙所言：“管理就是决策。”在此意义上,教育管理与教育决策有密不可分的内在关联性。于教育而言,教育决策必须建立在科学管理的基础上,依靠管理过程中搜集的大量可靠的信息以及管理者的经验,做出正确的诊断,采取合理的对策,以推动学校健康、持续地发展。智慧管理与决策系统主要依托大数据分析技术,对学校的教学、科研、资源配置、运行监控等方面进行数据采集,继而通过科学的统计与分析,挖掘数据背后潜藏的规律,并以此指导教学实践,从而帮助提升学校管理和决策水平。首先,智慧管理决策系统通过整合海量的数据信息,帮助管理者对于教学过程中的各种异常状况及时做出诊断与应急预案。譬如,当校园中有意外状况出现时,借助图像识别、遥感技术和定位系统迅速锁定危险区域,有效采取解决措施。其次,智慧管理与决策系统下,以自动化的管理方式代替了传统的人工操作,不仅简化了管理流程,也保证了学校管理的质量与效率。再次,通过对学校长期积累的数据信息,打造云数据库,对数据多维度对比与趋势预测,从而帮助管理者防范风险,降低先验主义错误,最终做出正确决策。

三、智能时代中小学智慧校园建设的路径探寻

为了加快推动智慧校园建设,中小学需要秉持“以用户为中心”的理念,建立数据标准规范,统筹建构数据治理体系,打造泛在交互的校园环境,不断探索智慧校园服务与运维的新路径。

(一)坚持用户本位,营造泛在交互智慧教育环境 智慧校园服务与运维平台始终秉持着“以用户为中心”的服务理念,一方面,“以提升学校教学与管理水平为基点,将学校发展规划与信息化建设的‘顶层设计’衔接合一,使信息化观念深入每一个管理者心中,促进信息与学校决策管理深度融合”[7]。另一方面,要贯彻以人为本的原则,强调学校建设的一切工作和资源配置均要以满足用户需求为出发点[8]。在此服务理念下,要将用户的多层次需求作为营造智慧教育环境的重要依据。具体而言,我们要坚持用户本位,满足不同群体的价值诉求。于教师而言,要根据教学需要灵活调整教学场域,突破时空壁垒,通过开展混合教学彰显泛在学习的优势,以便在课堂互动过程中精准把握学生的表现状况;于学生而言,要利用虚拟现实技术、全息投影技术为其营造沉浸式的学习环境,利用在线平台丰富学习资源,激发其学习兴趣,继而强化对于学生在校表现的动态追踪,并且要定期向学生传输能够反映其学习趋势的电子图式,督促其优化学习行径;于家长而言,要通过掌上校园服务平台,及时了解孩子的出勤、考试情况,并借助作业批阅系统反馈学生的作业情况,利用在线平台及时与教师交流,开展家校合作;于学校管理者而言,要优化数据算法、加强动态监测,借助大数据分析诊断异常状况,推动智慧校园可持续发展;于专业技术人员而言,要密切关注智能设备的运维状况,做好问题预设,防范设备使用过程中出现的突发事故。唯有尊重不同用户主体的价值诉求,才能打造便捷开放、全员参与的校园环境,进而有效推动智慧校园服务与运维平台的建设。

(二)构建标准规范,优化智慧校园评估监管机制 由于智慧感知设备的建设和配备方式各不相同,存在着信息冗余、互不兼容的问题,因此需要建立一个标准化的数据规范体系,实现数据跨区域、跨组织的交互协同,从而有效提升教育资源管理效率。智慧校园服务与运维平台的评估机制正是建立在规范一致的数据标准之上,是对智慧校园服务和运维质量的反馈,引领着智慧校园建设的正确导向。因此,我们要发挥智慧评估机制导向、激励的作用,建立科学的数据评估标准。首先,要建立完整的信息编码与数据规范体系、软件开发的国际标准和智慧校园硬件设施的配置标准[9],从而统一信息传输机制,形成数据共享交换的规范流程,从而减少信息数据互不兼容的情况。其次,我们需要优化数据算法,建立评估师生行为表现、学校管控效果评价的明确指标,实现对于学生学习表现、心理健康状况、安全状况、教师教学与管理方面的诊断检测。参照已有经验,建议设计三类评估方式,即对于服务运维平台的达标评估、先进评估和示范评估[10],不仅要关注平台整体服务项目的系统性,更要鼓励学校创新,让学校智慧服务彰显学校自身办学特色。再次,要严格设立评估周期,加强对于数据的监测,定期对现有问题进行反馈,督促学校提升智慧服务水平,推动智慧服务与运维平台的持续进步。

(三)扶植师资队伍,统筹建构智能数据治理体系 教师与学生是使用智能教学设备的主体,也是智慧校园平台服务的主要对象。尽管当前部分师生已经树立了信息化教学与学习的意识,但是教师和学生对智能教育设备的使用频率和智慧服务的应用效果仍有待提高。鉴于此,我们必须培养一支具有信息化教育理念与素养的师资队伍,大力开展智慧校园服务运维平台的宣传、培训工作,加强对智能化、信息化教育理念的理解,提高师生应用智慧教学设备与平台的能力。当前的数据管理系统存在数据孤立分散、忽视数据流转周期、缺乏管理经验、缺乏数据安全管理等问题,需要借助大数据分析技术,对数据资源进行有效组织和管理,从而形成一个以学生为中心的完善的数据管理体系。而要塑造一个以师生为中心的数据治理体系,必须着眼于数据流转、数据安全和数据治理体系三个方面[11],具体而言要做到以下三点：第一,亟须加强对数据流转进程的监控。在搜集、筛选数据的基础上,统一数据交换指标,并在校园环境维护、设备运行、故障处理等方面建立清晰的服务时限和故障等级标准,以及时处理和解决问题。第二,必须建立高质量的数据管理体系。要以核心技术为支撑,建立智慧数据中心和云端数据库,自动调转并校验数据的真实性,确保数据权威,这也是开展一切服务运维工作的必备前提。通过数据共享,深挖数据背后潜藏价值,探索教学基本规律,继而指导教学实践。第三,必须加强对数据隐私的安全管控,对学校智慧系统中的数据进行严格保密管理。不仅要强化师生的信息安全意识,严格管控数据来源,更要及时拦截恶意信息,实现数据库加密,防止个人隐私泄露。