基于安卓系统和人工智能的数智化高职教育系统的设计与实现

陈阳 高秀东 文雅

收稿日期：2022-09-16

基金项目：四川省教育厅2022—2024年职业教育人才培养和教育教学改革研究项目（GZJG2022-415）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.07.012

摘  要：针对当前数智化教学模式在高职教育中普及不足、应用不充分的问题，设计一款基于安卓系统和人工智能的数智化高职教育系统。该系统构建了完备的人工智能辅助教育体系，利用知识图谱、人工智能和大数据技术，有效整合学科知识体系，并精准刻画学生画像，以便为学生提供个性化实训功能，使学生能够随时随地获得数智化实训，从而实现高职教育过程的随身化和智能化。这一创新举措将有力推动高职教育数智化教学模式的进一步普及和有效应用。

关键词：安卓系统；数智化教学；人工智能；知识图谱

中图分类号：TP311.5  文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）07-0051-05

Design and Implementation of a Digital and Intelligent Higher Vocational Education System Based on Android System and Artificial Intelligence

CHEN Yang， GAO Xiudong， WEN Ya

（School of Computer Science， Sichuan Aerospace Vocational College， Chengdu  610100， China）

Abstract： It designs a digital and intelligent higher vocational education system based on Android system and Artificial Intelligence to address the problem of insufficient popularization and application of the current digital and intelligent teaching mode in higher vocational education. This system builds a complete artificial intelligence assisted education system， it utilizes Knowledge Graph， artificial intelligence， and big data technology to effectively integrate subject knowledge systems and accurately depict student portraits， in order to provide personalized training functions for students， enabling them to obtain digital and intelligent training anytime and anywhere， thereby achieving portability and intelligence in the process of higher vocational education. This innovative measure will effectively promote the further popularization and effective application of the digital and intelligent teaching mode in higher vocational education.

Keywords： Android system; digital and intelligent teaching; Artificial Intelligence; Knowledge Graph

0  引  言

未来教育将以个性化为核心驱动力，借助大数据、人工智能等前沿技术，实现教学模式的革新与提质增效。数字校园将向智能校园升级，数智化将深度融入“三教”改革，推动教育向前发展。信息技术的全面渗透已深刻改变着教育制度、理念和结构，为学校教学带来无限可能，为学生学习提供个性化路径。随着人工智能等新技术的迅猛发展，包括教育领域在内的各领域必将进一步迎来翻天覆地的变革。人工智能与大数据技术的融合，正在以惊人的速度重塑我们的生活方式和学习模式。在这一时代背景下，灵活开放、高度个性化的数智教育应运而生，成为最能适应时代需求的教育模式，以满足社会对未来人才需求。

教育领域作为国家发展的核心支柱，始终受到高度重视。习近平总书记在二十大报告中提出：“坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。”因此，在科技飞速发展的今天，教育也应与时俱进，深度融合科技创新，以提升教育质量和学习效果。“智慧校园”概念起源于《2016年教育信息化工作要点》[1]，2018年，王黎明[2]指出将人工智能的深度学习构建问答系统模型，助于初中教学有效提高学习效率。《关于加强网络学习空间建设与应用的指导意见》提出学校以网络学习为纽带，实现教学、评价和管理等关键教育部分的连通。2019年《中国教育现代化2035》[3]中强调改革创新，统筹规划教育现代化的制度框架，形成教育现代化的智慧教学。饶睿鑫[4]指出将高中思想政治课进行教学设计可视化后，学生的学习兴趣大幅度提高。与知识图谱相似，推荐算法在商品推荐、新闻推荐、短视频推荐等方向发展迅速，在个性化学习方向，推荐算法能够针对学习者本身偏好，合理推荐给学习者所需知识。郭琴芳[5]利用知识图谱，设计初中数学的在线学习系统，提高学生的学习效率和积极性。2021年方瑜[6]将知识图谱应用在小学科学课程知识，增强展现科学知识之间的逻辑性，达到良好的教学效果。2021年，宫长瑞[7]提出以人工智能为切入点实现思想政治教育创新，打造数智化思想政治教育发展体系。常晟[8]提出基于云数据实现智慧化学生评价和个性化泛在学习，顾建芳[9]分析了借助虚拟现实技术实现高职实训教学数智化转型的优点。2022年，歹杰等[10]研究了以图学习为基础的个性化课程推荐系统在智慧教育中的应用。2023年，杜兰晓等[11]分析了从普适性体系和创新方向，以闭环管理和数据治理驱动的高职院校全面数智化转型路径。2024年，李靖等[12]针对现场工程师培养的问题，以数智化转型为基础，提出了四阶人才培养模式，期望通过综合改革提升培养质量。

1  人工智能数智化教育相关研究

现有人工智能技术的教育文献的研究针对高职学生的较少，发表的论文中仅有一门学科结合人工智能，缺乏相关技术对整体职业教育的应用研究。此外，目前教育技术的相关研究中，知识图谱的建立都是以教师为主导，这与学生学习的思维角度存在不小差异。缺失了学生为主体的智慧教育方案设计。另外，知识图谱和推荐系统被独立的应用于高职教学改革，最主要的是缺少了职业教育与普通教育差别最大的实训数字化环节。实训是高等职业教育的重中之重，是让学生将理论应用于实践的重要教育环节。但目前数智化教育研究中实训教学部分没有涉及，因此高职教育的实训部分迫切需要利用数智化的方式进行改造。

知识图谱在教育领域的应用是目前智慧教育改革研究的热点方向之一，其为教育领域带来了新的机遇，有希望将教育智能化提到了新的高度。教育是国家发展的根本，国家需要教育来培养各类职业性人才，以促进国家的持续发展。因此，从职业教育需求出发，建立与学生相符的个性化职业教学智能推荐系统，并最终搭建起一套智能化职业教学平台，实现学生知识体系的快速构建、缺漏知识的精准补全以及对知识的快速应用能力就变得非常关键。通过推进教育行业的数智化发展，运用智能化的教学模式和教学资源，逐步取代传统的书本，建立教学资源得到充分优化利用的全覆盖教育环境，拓展学生的学习时间和空间维度，提升学习效率，最终实现教育过程的全面信息化、个性化和智能化。

2  数智化高职实训教育安卓系统设计

数智化高职实训教育系统主要功能分为：学科知识图谱构建、线上实训室搭建、学生学情精准分析和学生定制教学四大核心部分。

2.1  学科知识图谱构建研究

基于知识图谱的智慧实训教学的实现关键是对学科知识本体的构建，为了构建包含课前、课中、课后，囊括理论和实践的全方位知识本体。本系统将研究学科各阶段、各方面相关知识所包含的数据内容以及这些数据的收集和筛选方法；研究如何对收集到的数据进行分析、整合、提取并进而建立起知识本体；研究如何对建立的知识本体进行优化及验证，最终构建出知识图谱。

2.2  线上实训室搭建研究

高职教育最大的优势是重视培养学生的实践能力，因此实训实践学习至关重要。高职教育的众多专业，可以根据专业群设计实训学习，结合VR技术，帮助学生不用在实训现场也能完成实训学习，随时随地上手操作，助力学生爱上实训操作，不断提高高职学生的专业实践能力。

2.3  学生学情分析研究

利用大数据分析，构建学生的数字画像，实现学生学情分析，以提升教育教学精准度，辅助教师设计课堂教学。学生画像的刻画是学情的分析重要基础，包括：1）收集学生的APP浏览足迹，依据学生收藏的知识点的分组设定情况，比如：重点、难点和模糊点，判断学生对该科目的学习信心；2）依据学生练习基本题的准确率，判断学生对该科目的掌握情况；

3）统计学生浏览教材知识点的用时、学习相关内容教材时间等，判断学生对该科目的学习兴趣，最终刻画出学生对科目的学习情况，判断学生学情。

2.4  学生定制学习研究

依靠整体的学科知识图谱以及学生学情的分析结果，系统自适应推荐教学相关内容、量身定制练习题，补充学习材料背后知识点的组织顺序，助力学生自主学习，掌握相关知识点。实现该功能的框图如图1所示。

基于安卓系统的知识图谱的推荐系统拟采用基于路径的推荐方法，针对不同知识掌握程度的学生，根据其所掌握知识图谱进行知识项目推荐。设计安卓程序的功能如图2所示，根据课程、专业、学科等领域知识构建出知识库，为数智化教育提供语义搜索、精准推荐、智能问答等应用服务，形成数智化教育。以数智化教育为基础，再将具体应用扩展到学习评价、教学辅助、自动答疑等不同的教学场景中，智能辅助教学，最终实现“三教”问题智能化，保障教育公平公正，提升教学质量与效率的目标。

图2  数智化高职实训教育安卓系统主要功能图

在具体教学实施中，将学习分为课前、课中、课后三部分，以学生为中心，以“知识图谱”构建为任务进行，具体流程如下：

课前预习阶段，教师在安卓教学系统中发布学习任务，学生收到任务后，根据教师发布的基础本体描述进行预习，思考如何完善本体，对过程中碰到的问题进行质疑。

课中学习阶段，教师授课的过程即是对主体进行完善的过程。学生在上课过程中思考教师所讲述的本体的概念、结构和关系，通过讨论、应用、翻转课题等多种方式发现自身所构造的本体与其他同学构造的本体的不同；同时接受教师上课讲述的本体知识，并对自己所构造的本体进行增加与删减。

课后补缺阶段，教师发布完整的知识图谱，学生在系统中构造完成自己的知识图谱后，并与完整知识图谱对比，然后完善自己所构造的知识图谱。

完成上述学习过程后，以知识应用的方式对学生的掌握情况进行考核，并根据考核结果进行不同的实践项目推荐，实现有针对性的学习。对知识掌握程度低的学生，推荐结果以所缺的知识点实践项目为主，知识网实践项目为辅；对知识掌握程度中等的学生，推荐结果以知识网项目为主，整体架构项目为辅；对知识掌握程度高的学生，推荐结果以大、中型综合实践项目为主，最终实现不同学习阶段学生成绩的跃升。同时，在课前、课中以及课后，学生可随时进入线上实训系统学习、练习、巩固知识点。

根据上述学习方案，项目在充分研究职业教育特点的情况下，以真实职业教育需求为出发点，基于知识图谱构建、大数据学情分析、个性化教学智能推荐以及线上实训室四大模块，搭建起一套智慧化职业教学平台，实现学生知识体系的快速构建，缺漏知识的精准补全以及对知识的快速应用能力。

3  数智化高职实训教育安卓系统实现

本文使用Andriod Studio工具实现安卓系统的开发和调试。系统设计总体架构设计如图3所示。

人工智能的数智化高职实训教育安卓系统通过知识图谱构建研究、分析研究、学习研究和实训室设计研究学习内容和学生学习情况，不断激发学生学习兴趣，辅助学生建立有效的整体学习链，促进学生高效学习。通过课前、课中和课后三步曲的数据收集整理，提取整理并分析学习内容的知识本体，构建出知识图谱，优化和强化学生的专业学习。结合分析中的学生学情，通过统计学生浏览和收藏的教材知识点、习题的精准度，刻画出学生的学习画像。最后根据画像对学生进行学习路径推荐并开展相适应的实训室学习和练习，全方面提升学生学习效率，促进高职教育数智化建设。

3.1  界面设计

学科线上资源构建界面如图4所示，通过搜索框，学生可以搜索电子版教材。点击教材图谱可以阅读教材。最上面的滑动窗口都是公共基础教材，下面展示的教材图片会根据学生的专业，推荐展示专业所需的专业教材。

线上实训的界面如图5所示，通过将不同学院分成五大类，再在学院中设计不同专业的实训室，适应学生各种专业实训学习的需求。

学情分析的界面如图6所示，包含学生学过的基础课程学习记录、专业课学习记录、实训学习记录和练习题练习情况，还有学生喜欢的教材、实训收藏，以及学生的学习足迹，结合数据分析技术分析学习效果，为未来学习路线规划和定制化学习奠定基础。

定制教学界面如图7所示，学生登录后，点击下方的定制教学界面，将呈现出为学生个性化推荐的学习路径和线上实训室，为不同学生量身定制专业教学内容。

3.2  安卓系统核心代码实现

图8给出了保存学生学习浏览痕迹和搜索记录到数据库的安卓代码，以便进行下一步的数据分析。

图9为实现学生注册，并链接数据库加入账号和密码的安卓代码。

4  结  论

基于安卓系统和人工智能的数智高职教育系统，将前沿技术与高职教育的特色深度融合，为高职学生带来了革命性的学习体验。该系统能迅速构建个性化的学习知识图谱，精准识别并填补知识缺漏，实现知识的快速转化与应用。通过精准刻画学生的学习情况，系统为每位学生量身打造个性化教育方案，有力推动了职业教育的数智化转型。在高职教育中占据核心地位的实训环节，也因此焕发出新的生机。信息化实训学习模式的引入，结合智能化教学资源的充分运用，为培养具备创新意识和创新能力的新世纪人才提供了强大的智能支持。

参考文献：

[1] 《2016年教育信息化工作要点》节选 [J].教育科学论坛，2016（10）：79.

[2] 王黎明.基于深度学习的初中教学问答系统研究与设计 [D].长春：东北师范大学，2018.

[3] 中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》 [N].人民日报，2019-02-24（1）.

[4] 饶睿鑫.高中思想政治课知识可视化教学研究 [D]. 哈尔滨：哈尔滨师范大学，2019

[5] 郭琴芳.基于知识图谱的初中数学在线学习系统及应用 [D].西安：西安理工大学，2019.

[6] 方瑜.小学科学知识图谱构建及应用 [D].北京：中央民族大学，2021.

[7] 宫长瑞，轩宣.数智化思想政治教育的图景展现及其实践策略 [J].思想教育研究，2021（11）：21-26.

[8] 常晟，王佳雨，张洋，等.基于云数据环境的智慧校园建设与实践 [J].现代教育技术，2021，31（11）：55-62.

[9] 顾建芳.虚拟现实技术在高职实训教学中的应用思考 [J].农村经济与科技，2021，32（24）：331-333.

[10] 歹杰，李青山，褚华，等.突破智慧教育：基于图学习的课程推荐系统 [J].软件学报，2022，33（10）：3656-3672.

[11] 杜兰晓，张永波.高职院校数字化转型：内涵特征，体系建构与实现路径 [J].职业技术教育，2023，44（5）：6-11.

[12] 李靖，高文嫱，战淑红.数智化转型背景下模具专业现场工程师培养模式研究 [J].教育与职业，2024（4）：105-111.

作者简介：陈阳（1985—），男，汉族，湖北襄阳人，讲师，硕士研究生，研究方向：数据分析；高秀东（1986—），男，汉族，云南昭通人，副教授，硕士，研究方向：教育教学管理；文雅（1997—），女，汉族，重庆綦江人，助教，硕士，研究方向：计算机应用技术。