西安电子科技大学构建AI+教育新生态

文/王泉 苗启广 赵大虎

党的二十大报告提出：“推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国。”习近平总书记指出，教育数字化是数字中国战略的重要组成部分。今年的数字中国大会专门设有一个“数字教育发展与治理论坛”。在教育数字化转型的浪潮中，经过长期的探索和实践，西安电子科技大学（以下简称“西电”）成功构建了“AI+教育”新生态。

教育数字化转型“怎么转”？

高校数字化转型是指通过数字技术和业务需求的结合，重塑文化、优化流程、提升效率、创新业务，是在信息技术驱动下的业务转型，涉及学校各个职能部门，是一个系统性的工程，也是优化产出的必经之路！针对“怎么转”的问题，首先要做的就是分析影响高校数字化转型的要素，执果索因，各个击破。

目前来看，高校数字化转型仍需从以下五个要素入手，夯实“硬件”基础。

一是高质量的数据。当前各个高校数字化建设正如火如荼，但是校务数据、基础数据、科研数据等是否够用、是否好用的问题依然有待解决，包括西电在内的大部分高校都面临数据短缺或数据质量不高等难题。2023 年，西电针对数据治理，设立了专门的工作小组，着力提升数据质量。

二是数字化人才。人才是高校数字化建设持续发展的核心动能。数字化时代，高校数字化规划人才和数字化架构人才等极度匮乏。包括西电在内的很多高校，都正在或已经设置了数字化技术总工程师岗位，培育了专门的技术开发团队。通过引进高精尖人才，实现核心动能的有效补充。

三是面向师生的应用。怀进鹏部长提出“应用为王，服务至上”，应用的产生是一个动态的过程。需求决定供给，只要业务部门有需求、有想法，在不重复建设的前提下，应用越多越好，这样能够极大提升部门整体服务效能。在高校基本业务系统均已建设好的情况下，开发面向提升师生获得感、幸福感的小应用、小程序，成为日益增长的新需求。

四是数字化管理的经验。经验是影响数字化转型的关键因素。对于数字化转型，各个高校基本都处于摸着石头过河的初探阶段，缺乏经验，如数字化“助管”的经验、数字化“助教”的经验、数字化“助学”的经验、数字化“助研”的经验等。所以针对“怎么转”的问题，其实一直都在研究和探索。

五是数字化转型必须的工具。目前而言，高校全方位伴随性数据采集工具、业务全流程数据治理工具、全要素数据模型工具等依然是“短板”。从2022 年底至今席卷全球的ChatGPT，引起了全球教育界的广泛关注。但是大语言模型（LLM）是否能够用于高等教育领域，如何应用？这些问题值得我们深思。同时，大语言模型工具引起了社会对学生能力和专业需求的变化，这都需要高校通过数字化转型来迎接这一挑战。

然而，高校要想“转”好数字化，仅凭“硬件”基础依然不足，还需要“软件”加持，从体制机制上进行变革，做好顶层规划与设计。

总之，发展学生阅读能力和水平可以引入数学史、数学学习方法、趣味数学知识等材料，让孩子学会在分享中成长与收获，让孩子学会独立阅读，自主学习，达到从“要我读”到“我想读”和“我要读”的转变，培养学生好的阅读习惯，最终实现提高学生学习数学的兴趣，促进学生核心素养的发展。数学教育在开阔学生数学视野、塑造学生数学思维以及提升学生数学素养方面有着不可替代的作用，其重要性不可忽视。

数字化时代，面向人才培养目标，高校要以学生为中心，注重能力为重、德育为先、知识为基，构建数字化支撑的德智体美劳全面发展的人才培养体系。同时，高校亟需创新数字化教与学的方式，发展面向每个人、适合每个人的教学体系。此外，在万物互联的智能时代，数字化已不仅仅是网络这点事，更多的是文化重塑、结构调整、业务重组和流程再造。数字化的核心在于“化”，把这些“化”的工作做好了，数字化转型才能“转”好。

如图1 所示，“十四五”期间，西电从流程优化、数据中心建设、网络安全等方面规划了九大行动，加速推进学校数字化转型。到2025 年，学校预计将建成以师生为中心的开放、敏捷、智能的数字化发展体系，全面支撑学校人才培养、科学研究、社会服务、文化传承和国际交流工作，打造“AI+教育”的标杆大学。

图1 西电“十四五”规划九大行动

AI 赋能教育 数据洞见未来

西电自2003 年起，开始培养人工智能方面的人才。整个学校以信息学科为主，师生均具有较强的数字化素养。在探索过程中，西电通过环境、资源、教学、培训、评价、治理等教育六要素的全新构建，建设了具有西电特色的“AI+教育”新生态，为全校师生提供数据支撑、协同运营、预警决策、能力培训、资源制作等教育服务，探索智能时代高等教育新机制与新模式。

建设处处能学、时时可学的育人“新环境”

如图2 所示，西电建设了包括学校水电暖监控、安防和消防、实验室安全以及学校车辆管理、数据中台、物联中台、高算中心等的数字孪生校园，实现了全方位的物联管控。学校将大部分的业务内容装进了数字校园这样一个新环境当中，统一进行管控。同时，西电打造了双空间一体化的教学环境。实现了课程实时录播督导教学、课堂实时签到情况及课堂活跃度和活跃用户监测等。对于智慧实验室的建设，实验室门禁管理系统提供24 小时可自主预约的创新实验环境，并开放大型仪器设备，同时通过热成像监控预警实验室安全隐患。

图2 西电数字孪生校园覆盖的内容

开放共享的个性化育人环境也不可或缺，西电建设了具有西电特色的智慧体育馆和大学生活动中心，为学生的个性化成长提供了良好条件。智慧体育馆提供线上预约，对于入馆的学生进行实时数据采集，并通过分析获取学生的运动偏好，有效满足更多学生的个性化需求。大学生活动中心也是通过智能场景的物联管控等各种方式来记录学生课外的学习情况。总之，西电通过智能物联管控实现了自主管理、自助服务等。

为进一步打造良好的校园生态，使师生的生活更加便捷，西电建设了智慧后勤和智慧书院。智慧后勤方面，比如学校水电暖的能耗监测、校园班车实时位置监控、食品安全报警监控、实验室的开放状态监测等，都已经上线使用。智慧书院也实现了书院实时签到情况监测。目前，学校对师生饮食安全实施全流程管理、全方位追溯，对校园公车进行智能管控，同时实现了所有公共楼宇用电计量到户，用水计量到楼。值得一提的是，学校通过多维数据融合对学生安全进行预警。据统计，准确率能够达到97%以上。

打造类型重构和供给方式重构的“新资源”

图3 西电资源建设模式

通过人工智能技术，成功重构了学校教学资源的供给方式，具体表现在四个方面：一是通过全程的教室录像，实时自动生成视频资源，积累和沉淀大量的课程资源；二是西电自主研发的搜索引擎集成平台，优化生成了更多搜索引擎的结果，以这一引擎平台为桥梁，教师如果在去教室上课路上想到了某个知识点或者案例资源，进入教室后即可通过搜索引擎找到想要的课程资源，并将其快速插入课件中，实现所想即所得的课件生成方式；三是西电智课平台支持客户端12 种语言的实时切换和翻译，对于来华留学生上课而言，能够有效解决语言障碍问题，同时“MOOC 出海”实现了“将中文课程中教师的语音识别成汉字→将汉字翻译成其他语言→通过TTS 语音合成系统生成不同语言的音频并合成视频”，为海外各国提供相关的课程资源；四是西电基于人工智能与3D 数字人等技术，为教学视频增加数字人虚拟教师，受到师生欢迎。

截至目前，西电已经实现课前、课中、课后的全流程覆盖，竭力打造线上、线下协同的“双空间”育人环境。据统计，当前西电全校资源总量累计约663 万，教学题库量超35.6 万，覆盖3500 余位教师，服务3.9万余名学生。课程资源正以每天约1 万的量持续增长。

基于人工智能技术的“新教学”

如图4 所示，西电搭建了“三端四侧”的智课平台，以智课平台建设引领教学模式改革。其中，“三端”包括移动端、实验端和教室端，“四侧”是指教师侧、学生侧、管理侧和家长侧。家长侧为每位家长构建了一个个人账号，通过学校数据共享，家长可以静默地观察孩子在学校的相关表现，如有没有按时吃饭、参加了什么课外活动等等。

图4 西电“三端四侧”智课平台架构

在课堂教学方面，西电构建了“双师型”课堂，采用“线上AI 助教+线下教师”共同教学的模式（如图5 所示）。从培养方案到教学大纲均进行了改革，将1/3的知识性讲授课时交给线上AI 助教，有效减轻了教师的工作量。2019 年，全校约5000 名学生学习的“计算机导论与C 语言程序设计”课程，其中523 名学生参加了“双师型课堂”试点班。最终，试点班学生比普通班学生的平均成绩高出了8.92 分，而且高分段的学生特别多。而后，该平台推广应用于后续年级的学生。

图5 西电“双师型”课堂模式

西电智课平台能够对学生毕业论文的格式进行规范性智能检测，并通过邮件方式将附带批注的论文格式检测报告自动发给指导教师。这将教师从烦琐的格式修改工作中解放出来，集中精力于论文内容，解决了本科生、研究生、继续教育学生毕业论文长久以来的痛点，显著提升了毕业论文的质量。

三年疫情期间，西电建设了“远程模电在线实验”，身处家中或者宿舍的学生只要有一台终端，即可依托“西电智课平台”时时、处处通过云服务远程访问实验室真实硬件设备开展实验，而且物理设备的结果也会传输给学生，如同在实验室中做实验一样，有效解决了学生不能到校但是需要做模电实验的难题。

大数据支撑下的教育教学“新评价”

西电构建了本科生“十二大核心能力素养”综合评价体系，实现了从“单一评价”向“综合评价”的跃升。如图6 所示，基于“飞环模型”理论，以体现学生能力素养的41 个能力点为飞环内层，以162 个能力因子为飞环外层，搭建学生核心能力素养及五育评价模型，通过“飞环”实现各“核心类”与“核心素养”及“五育”科学“握手”，打造实现基于“十二大核心能力素养”及“五育”双维度学生能力证书评价体系。具体而言，学生发展中心基于“能力证书”评价与“职业性格测试”结果双维度对比分析学生兴趣点与期望能力点，从而形成本科生趣味性成长报告，并面向学生发布。

图6 西电本科生“十二大核心能力素养”综合评价体系

对于研究生，西电也从理想信念与道德伦理、学术-专业能力和可迁移能力3 个层面、10+1 项核心能力构建起基于客观数据的研究生综合能力评价模型，涵盖619 项考察点，涉及超过1475 个具体评价点，构建了多元化的研究生综合发展能力评价体系（如图7所示）。2022 年起，学校为研究生颁发基于“西电教链”不可篡改的能力证书。证书所涉及的数据均利用区块链技术不可篡改、可存证、可追溯的特点，从而为学生提供具有西电特色、官方认证、包含毕业祝愿以及能力评价的能力证书。

图7 研究生能力评价体系

基于海量的伴随性数据和学生能力评价数据，学校通过以下几件事进一步提高数字化服务效能。

第一，以大数据支撑精准就业推荐。西电以就业大数据为支撑，采用自然语言处理技术和大数据分析算法，对招聘岗位需求进行层次化分类和可视化建模，并对历史上去该单位工作学生的能力特征进行分析，与应届生中具有该类能力特征的学生进行智能化匹配，实现双向精准就业推荐。

第二，基于校园大数据实现学生心理健康监测及智能预警。西电针对学生心理健康问题，面向一个年级进行了尝试，针对伴随性数据的特征分析，通过构建的深度学习模型进行预测分析和智能预警，准确率高达92%以上。从而为提前干预学生心理健康赢得了时间，收效良好。

第三，构建面向教学课堂全过程的评价和预测。西电基于课堂过程中的多维度、立体化感知数据汇聚，对课堂班级学习情况进行了整体分析，实时预警，实现了从“结果性评价”向“伴随式评价”的突破。同时，通过多种设备对学生上课的所有行为进行采集分析，在考试开始前预测出学生的最终考试成绩，准确率达到90%。基于此，教师可以有的放矢地提前对一些学生进行干预或辅导，做到“一个都不能少”。

建立基于数据驱动的高校智治体系“新治理”

为解决业务办理中线下表格繁多、重复填报、数据平台类目不全、数据质量不高等问题，西电搭建了师生一张表，打通了个人、部门、非系统数据的采集、分配、审批以及输出，优化了办事流程，同时推进部门职能转变、促进业务重构，建设了“一网受理、零次跑路、一次办成”的场景式服务大厅。

为实现“数据多跑路，师生少跑路”，西电数据中台和物联中台应需而生。其中，数据中台推动数据交换共享，统一溯源，构建从汇聚、治理、共享到使用的业务数据全生命周期管理，包括统一数据集成管道、数据治理工具、统一数据开放平台、数据智能门户系统等；物联中台管理全校物联设备的接入、治理和共享，完成物联标准建立，覆盖视频、门禁、报警、消防、能源表计、终端屏显、智能家居、环境控制、中心存储等类型。据统计，目前数据中台每天的数据交换量超过8 亿条。此外，西电校长驾驶舱也为师生个人发展提供引导路径，为学校决策、规划、监管、评估提供科学支持（如图8 所示）。

图8 西电校长驾驶舱示意

2023 年4 月20 日，在教育厅的领导下，西电牵头成立了西北高等教育数字化转型联盟，旨在推动重点学科协同创新、深化创新人才合作培养、促进数字化成果产学研转换、共建数字化转型服务平台等方面的深入合作，推动更广泛的资源对接、更适用的技术普适、更有效的经验交流，加快建设“高等教育数字化战略发展的实验田”！