人工智能支持下的智慧教室平台设计思路研究

摘要：智慧教室平台能够更有效服务教育工作，考虑到高等教育的具体需要，以人工智能技术提供建设支持更显必要。基于此，以人工智能支持下的智慧教室平台功能定位为切入点，在此基础上分析相关设计的具体方法，包括平台作业架构、自助系统、认证系、关联检索机制、记忆服务系统设计等内容，最后简述其实现要求，为后续具体工作提供少许参考。

关键词：人工智能智慧教室平台设计自助系统

中图分类号：TP18

ResearchontheDesignIdeaofSmartClassroomPlatformsSupportedbyArtificialIntelligence

SUNYanxiaWANGJinkeSUNXuncheng

RongchengCampus，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Rongcheng，ShandongProvince，264300China

Abstract：Asmartclassroomplatformcanmoreeffectivelyserveeducationalwork.Consideringthespecificneedsofhighereducation，itismorenecessarytoprovideconstructionsupportwithartificialintelligencetechnology.Basedonthis，thisarticletakesthefunctionalpositioningofthesmartclassroomplatformsupportedbyartificialintelligenceasthestartingpoint，analyzesthespecificmethodsofrelateddesign，includingthedesignoftheoperationalarchitecture，self-servicesystem，authenticationsystem，associativeretrievalmechanismandmemoryservicesystemoftheplatform，andfinallybrieflydescribesitsimplementationrequirements，whichprovidessomereferenceforsubsequentspecificwork.

KeyWords：Artificialintelligence;Smartclassroom;Platformdesign;Self-servicesystem

人工智能（ArtificialIntelligence），英文缩写为AI，尝试研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统，在现代社会得到广泛关注，商业建设、工业生产以及教育活动均拥有人工智能应用痕迹。从特点上看，人工智能以统计学、智能技术为中心，一方面能够简化一般性工作流程，另一方面也带来了控制和应用方面的高要求。就智慧教室平台设计而言，人工智能的应用应更多关注信息技术以及设施的联用，以发挥教育和程序控制方面的综合价值[1]。在此背景下，分析人工智能支持下的智慧教室平台功能定位、设计方式以及实现要求，具有一定的现实意义。

1人工智能支持下的智慧教室平台功能定位

1.1互动性

人工智能支持下的智慧教室平台应具有互动性功能，包括师生互动、教师与平台的互动、学生与平台的互动、平台与网络的互动这4个方面。师生互动以平台为载体，如学生见习期与指导教师的交流、学生线上学习过程中与教师的交流等。教师与平台的互动包括资源上传、课堂指导等。学生与平台的互动包括自助学习、小组成员借助平台的互动等。平台与网络的互动关注对网络资源共享池资源的调取、运用，是发挥智慧教室平台功能的基础要求[2]。

1.2扩展性

扩展性是指人工智能支持下的智慧教室平台能够满足一般性的教育需要，在教育需求扩大、要求出现变化时，平台依然能够在人工智能以及其他技术的支持下实现能力优化，持续完成功能的提升。例如：大学授课期间，可能需要面向多名学生提供线上学习资源，尤其是信道资源，应在组织平台设计时，借助人工智能技术做好分析，确定合理的网络容量以及信道接入方式，并保证其能够在平台的应用阶段发挥预期作用，妥善服务教育工作[3]。

1.3便捷性

人工智能支持下，组织智慧教室平台建设、设计的过程中，需要保证其具有便捷性方面的优势。便捷性是指各类使用者均可在接受少量指导的情况下掌握平台的使用方法，包括启闭、信息调取、内容更新、故障上报等。主张采用人工智能技术进行故障的一般分析，并设计一键上报、一键生成故障报告等功能。考虑到大学教育工作的特殊性，还应保证所有学生均可以熟练使用平台，包括信息基础较差的大学生在内[4]。

1.4兼容性

兼容性是指人工智能支持下的智慧教室平台对作业系统的要求不能过于特殊，原则上应满足各类智能终端的一般工作需要，包括移动终端、电子计算机以及多媒体一体化设施等。例如：移动终端一般以移动智能电话为主，当前大部分大学生使用的移动电话包括iOS、Android两类操作系统，应保证智9ht5pWrR7LtEYpU5vGS9qbslLdRjBYbJUkim95dcXy4=慧教室平台能够在上述两类系统中稳定运行，以满足学生远程学习、下载资源等需求。此外，智慧教室平台应用于各类设施中，不能与原有的其他软件出现功能冲突问题，如学校教务软件、多媒体设备的PPT制作软件等[5]。

2人工智能支持下的智慧教室平台设计方式

2.1平台作业架构

人工智能支持下，智慧教室平台应强调结构功能明确，以稳定简练、逻辑明确的工作架构为基础，人工智能在此工作中主要发挥统计方面的优势。以上文互动性、便捷性、扩展性要求为例，必须保证平台的信道资源充足，人工智能技术的应用流程如图1所示。

该模式下，通过互联网与学校积累的一般信息，建立原始信息群，并利用人工高智能技术进行信息挖掘，根据挖掘结果确定平台通信规模，并完成平台通信系统设计，设计完成的资源继续滚入原始信息群中，为人工智能进行一步分析挖掘平台通信系统功能、优化功能设计提供参考[6]。该过程的核心环节为人工智能挖掘，可采用关键词挖掘法，设定关键词“学生数目”“下载速度”“信息库上传入口容量”等关键信息，做庞大原始信息群内关键数据采集。如某一条数据中含有如下关键词：

[学生数目；学校地址；高校办公；英语教育……]

该数据中的关键词较多，通过人工智能技术分析后，发现存在关键词“学生数目”，表明本数据具有价值，符合挖掘要求，可将其筛出备用，其他无价值信息集中淘汰，根据筛出的信息，可确定不同数目的学生同步学习时平台通信压力水平，作为建设智慧教室平台通信系统的参考。其他关键参数也以类似方式发挥作用，服务智慧教室平台建设。

2.2平台自助系统

人工智能支持下，智慧教室平台自助系统设计主要关注对师生提供各类服务，包括认证服务、资源上传、信息检索等，该系统的设计需要来自超短距射频识别技术、可视化技术、智能技术的支持。主要强调对师生信息进行采集和记录，并存储到默认系统中，当师生尝试利用平台完成教学、学习、下载资源时，重复现场采集和对比分析，以确定人员的合法性，决定是否开放对应权限[7]。以学生为例，可采集学生的面部特征信息纳入数据库中完成记忆，所有学生均建设与其信息唯一匹配的数据条。默认其数据条包括如下4个重点参数：

[嘴唇厚度；眉弓位置；颧骨高度；鼻翼大小]

当学生尝试访问平台时，利用可视化技术或超短距射频识别技术，对其面部信息进行实时采集，再由人工智能技术进行信息实时处理和对照。默认学生甲的数据条参数如下：

[3.52；r12.1；h3.27；q1.26]（面部特征参数1）

实时采集所获的参数，理论上应与此完全相同。如果学生甲当日因面部表情、疾病因素影响，出现了面部特征的少许变化，其面部特征参数可能如下：

[3.53；r12.1；h3.27；q1.25]（面部特征参数2）

学生甲的嘴唇厚度、鼻翼大小可能小有变化。该信息被收集后，通过人工智能技术进行对照，借助随机森林法进行评估。如果随机森林内的大部分决策树认为嘴唇厚度、鼻翼大小的少许波动不影响学生甲面部特征，认定访问者确实为本校学生甲，系统做放行处理，甲可以进入智慧教室平台进行操作。如果随机森林内的大部分决策树认为嘴唇厚度、鼻翼大小的少许波动影响学生甲面部特征，认定访问者不是本校学生甲（或其他学生），系统做阻拦处理，甲不能进入智慧教室平台进行操作，或需要重复认证，直到通过。借助人工智能技术进行平台自助系统设计，可以显著提升平台智能化水平，降低日常工作压力，也减少可能存在的非法闯入等安全隐患[8]。

2.3记忆服务系统

记忆服务系统，是指根据智慧教室平台工作的一般特点，启动人工智能技术完成工作进度的保存，这一功能主要着眼各主体的高质量互动，以及平台工作的便捷性需要。该系统采用定时记忆法，可根据平台具体使用情况，设定定时间隔与提醒服务。其基本功能架构如图2所示。

按照图2所示模式，如学生利用平台进行信息检索、下载学习资源并做在线学习，期间该学生需要就餐或就寝，学习中断，为保证次日学习具有延续性，可设定定时间隔为5min，在其进入平台后，平台以5min为间隔，不断设定书签，并以新的书签替代旧书签，当学生关闭平台时，系统只保留一个书签，即学生最后浏览页面的定时书签。次日或学生就餐后重新进入智慧教室平台，平台根据学生信息提供提示，学生点击提示区即可进入此前学习的书签位置，以实现人工智能支持下的学习延续。

2.4关联检索机制

人工智能支持下的智慧教室平台设计，可结合大学教育、学生学习的一般特点，设置关联检索机制，该机制主要根据学习进度等实时信息，向学生或教师提供与当前学习内容有关的其他知识。其关键技术在于关键词的记忆和主动检索。

默认学生学习内容为“市场营销”，当前浏览内容为“4P营销理论”。平台根据当前页面的核心信息，进行关键词评估，其中关键词可包括以下方面。

[市场营销；价格策略；4P理论；美国市场；全球化……]

由人工智能模块对上述信息进行出现频率评估，在学习内容默认为“市场营销”、浏览内容默认为“4P营销理论”的情况下，其他关键词的出现频率往往偏低，市场营销、价格策略、4P理论的出现频率则相对较高，可根据词汇出现频率完成重要性评估。考虑到文献资料以及浏览页面中，任何词汇的出现频率均有所波动，可不设定“关键词”的据此出现频次标准，对页面内主要词汇进行出现频次的排序，以人工智能技术支持排序过程、呈现排序结果，根据排序信息确定学生的学习重点。据此以市场营销、价格策略、4P理论为核心词汇，向学生自动提供6P理论、促销策略等有关内容。利用人工智能技术，优化智慧教室平台设计的覆盖效应，提升平台互动性、扩展性、便捷性。

3人工智能支持下的智慧教室平台设计实现要求

3.1基础硬件要求

人工智能支持下，智慧教室平台设计的实现对硬件要求较高，主要是各类计算机硬件，以及对应的通信网络。考虑到大学校园一般采用多分机、一台主机的工作模式，以计算机群完成教学管理，从而削减作业成本。可差异化确定主机和分机的性能指标，参考标准如表1所示。

计算机群中的主机，性能应比较优越，以完成人工智能服务，也支持智慧教室平台的各类教学、学习活动，分机的性能也不宜过低，保证师生能够有效参与教学、完成课堂交互。通信系统应以5G为中心，必要时引入4G通信模式提供辅助，尤其是用网高峰期，以提升智慧教室平台作业的流畅性。

3.2承载网要求

人工智能支持下的智慧教室平台设计，对承载网的要求较高，主张以5G承载网为中心，建设校园自有的以太网网络。该网络直接为智慧教室平台提供通信方面的服务，其接入层的速率可控制在155Mbit/s～1Gbit/s之间，满足师生个体学习、上传资源的一般需求。汇聚层的通信能力应适当提升，要求达到622Mbit/s～10Gbit/之间，以满足小范围内教学工作需要，如课堂。核心层的通行能力需要进一步提升，达到1Gbit/s～10Gbit/s左右，用于教学楼、图书馆的通信系统管理，骨干层通信要求最高，其信息传输速率在10Gbit/s到Tbit/s数量级之间，主要服务全校范围内的通信要求。实际工作中，如果学校的规模较小，也可以适当降低不同层次的通信能力要求，以减少智慧教室平台建设开支。

3.3更新优化要求

人工智能支持下的智慧教室平台设计、建设，存在更新优化的需要，可建立技术跟踪制度，对本校智慧教室平台功能运行情况进行记录，尤其是一些关键信息，如通信延迟情况、大规模线上教育时的通信流畅性等，借助人工智能技术持续改善平台能力。

具体工作中，可以采用神经元感知模式，建立基于智慧教室平台工作能力分析的作业网络，以该网络为中心，实现对平台信息的收集和汇总。网络主要面向四个群体进行神经元感知系统建设，即学生群体、教师群体、通信系统软件以及故障反馈中心。学生群体方面，于智慧教室平台处开放信息反馈平台，鼓励学生根据当日或近期的学习情况，将对平台的看法、诉求等，整理为在线意见书，直接反馈给本校智慧教室平台的运营人员、部门，教师的反馈模式与此相似，但应独立建设反馈渠道以及数据池，以便单独从教师视角进行分析。通信系统软件方面的信息采集强调参数的直接读取，如日间教学期间不同信道的传输速度、卡顿延迟发生率等等。故障反馈中心的信息则以结构化数据的形式存在，主要反映智慧教室平台工作过程中暴露的直接问题。

上述信息采集完成后，以人工智能技术为中心进行分析处理，采用关键词检索、关键数据对照等方式，系统了解本校智慧教室平台设计上的不足。如设定关键词为“通信延迟”，通过信息挖掘发现，本校教学楼区域出现“通信延迟”的频率更高，进一步分析发现教学楼通信资源比较紧张，进入早间教学高峰期时用网频繁，可根据人工智能分析结果，进一步评估本校教学楼各智慧教室平台的通信需要，加以优化。

4结论

综上所述，人工智能支持下的智慧教室平台设计应关注服务性，能够为教育工作提供稳定、全面的基础服务。其功能定位集中于互动性、扩展性、便捷性以及兼容性四个方面。思路方面，需要首先确定平台架构，保证其逻辑明确、结构功能稳定，在此基础上结合教育工作特点，设计自助系统、认证系统，并保持平台的可扩展性。最后还应从基础硬件、承载网等角度出发，从基础条件层面为智慧教室平台设计提供支持，充分发挥人工智能技术优势。

参考文献

[1] 庄佳，薛冰，崔源.人工智能智慧教室中的教学设计与课程开发探索[J].信息系统工程，2024（1）：153-156.

[2] 钱晓洁.智慧教室环境下幼儿游戏化学习活动的实践探索[J].中国现代教育装备，2023（24）：48-50.

[3] 牛国锋，龚声蓉，钱振江，等.基于现代产业学院的智慧教室建设探索：以常熟理工学院人工智能技术学院为例[J].常熟理工学院学报，2023，37（5）：119-124.

[4] 赵建国.北京市大兴区：以人工智能助推区域教师队伍建设[J].中国基础教育，2023（7）：46-50.

[5] 洪东忍，肖志官.基于AppInventor+人工智能技术助力中学生创客教育[J].福建教育学院学报，2023，24（6）：46-48.

[6] 徐刚.智慧课堂下基于深度学习的学习行为检测与分析方法研究[D].南昌：南昌大学，2023.

[7] 侯志燕.智慧教室功能模型构建与应用效果研究[D].南京：南京邮电大学，2022.

[8] 陈凯.基于智适应学习系统的初中个性化教学模式应用研究[D].海南：海南师范大学，2022.