當(dāng)前，人工智能（AI）在自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音處理、機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，強(qiáng)化學(xué)習(xí)和元學(xué)習(xí)等領(lǐng)域也成為研究的熱點(diǎn)。在教育領(lǐng)域，不管是普教還是高教、學(xué)歷教育還是非學(xué)歷教育，人工智能的應(yīng)用都呈現(xiàn)出更多潛力和機(jī)會(huì)。
AI在教育領(lǐng)域的應(yīng)用
目前來(lái)看，AI在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要從教育教學(xué)和教育管理這兩大模塊入手。
教育教學(xué)
對(duì)于教育教學(xué)，AI可以為學(xué)生和教師提供更多個(gè)性化、交互式和創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)方式，能夠有效提升教育質(zhì)量。具體內(nèi)容如下：
在個(gè)性化學(xué)習(xí)方面，AI可以根據(jù)學(xué)生的興趣、學(xué)習(xí)風(fēng)格和進(jìn)度，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法。通過(guò)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和行為模式，AI可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)調(diào)整教學(xué)策略，提供定制化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)。
在智能輔導(dǎo)方面，AI可以作為智能輔導(dǎo)工具，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)和反饋。通過(guò)自然語(yǔ)言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，AI可以與學(xué)生進(jìn)行對(duì)話，并解答他們的問(wèn)題，提供學(xué)習(xí)資料和練習(xí)題目，幫助他們理解和掌握知識(shí)。
在學(xué)習(xí)分析方面，AI可以分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，提供對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面評(píng)估，以及個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議和輔導(dǎo)。通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的挖掘和分析，AI可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)和潛在問(wèn)題，為教師和學(xué)生提供學(xué)習(xí)策略上的有效反饋和建議。
在教學(xué)和研究支持方面，AI可以應(yīng)用于教學(xué)和研究領(lǐng)域，提供智能化的教學(xué)和研究支持工具。例如，AI可以自動(dòng)評(píng)閱作業(yè)和論文，解答和編程作業(yè)，提供快速、準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果等AI還可以分析學(xué)術(shù)文獻(xiàn)并研究數(shù)據(jù)，輔助教師和研究人員進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和數(shù)據(jù)分析。
在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)方面，AI與VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）相結(jié)合，可以提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，親身參與到各種模擬環(huán)境中，進(jìn)行實(shí)踐和探索，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。
教育管理
對(duì)于教育管理，AI能夠提供便捷式、智能化管理服務(wù)，重塑或優(yōu)化校園管理模式，有效解放師生雙手。具體內(nèi)容如下：
在學(xué)生服務(wù)和支持方面，AI可以提供學(xué)生服務(wù)和支持的智能化解決方案。例如，智能助手可以回答學(xué)生的問(wèn)題，提供校園導(dǎo)航和校園活動(dòng)信息，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)和生活中的各種問(wèn)題。AI可以對(duì)學(xué)生的出勤、學(xué)習(xí)狀態(tài)、成績(jī)等進(jìn)行智能化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問(wèn)題，提供更加個(gè)性化的輔導(dǎo)和教育。
在校園管理智能化方面，AI可以對(duì)校園設(shè)施及設(shè)備進(jìn)行智能化監(jiān)控和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障或者異常情況，提供更加智能化的保障和服務(wù)。例如，AI可以應(yīng)用于視頻監(jiān)控和安全管理系統(tǒng)，通過(guò)智能分析和識(shí)別算法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)校園內(nèi)的安全情況，快速發(fā)現(xiàn)異常事件并進(jìn)行預(yù)警。此外，AI還可以應(yīng)用于人臉識(shí)別技術(shù)，提供高效的門禁管理和校園安全控制。
在教師助理智能化方面，AI可以作為教師的助理，幫助教師處理一些日常的事務(wù)，如閱卷、生成試卷等，讓教師更加專注于教學(xué)工作。
在數(shù)據(jù)分析和決策支持方面，AI可以處理和分析大規(guī)模的校園數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持。例如，AI通過(guò)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)、教職員工數(shù)據(jù)和校園運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和趨勢(shì)，為管理者提供決策參考和預(yù)測(cè)分析。
AI對(duì)智慧校園建設(shè)的影響
AI作為新一代的信息技術(shù)，將與教育教學(xué)和管理進(jìn)一步融合。AI 2.0將對(duì)高校智慧校園建設(shè)產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。不久的將來(lái)，智慧校園將誕生新平臺(tái)，并將重構(gòu)所有應(yīng)用與微服務(wù)。
智能應(yīng)用
在AI 1.0時(shí)代，高校建設(shè)智慧校園的過(guò)程當(dāng)中，AI主要作為工具和能力廣泛存在于各服務(wù)場(chǎng)景。例如，NLP在智能客服問(wèn)答系統(tǒng)的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)視覺(jué)在智能安防的應(yīng)用，教學(xué)過(guò)程中OCR、NLP等AI工具的賦能，基于AI、大數(shù)據(jù)進(jìn)行建模輔助決策，等等。
進(jìn)入AI 2.0時(shí)代，大語(yǔ)言模型（LLM）、多模態(tài)人工智能（MAI）、通用人工智能（AGI）、生成式人工智能（Generative AI或AIGC）在智慧校園場(chǎng)景中如何應(yīng)用，很多高校與廠商正在探索。
業(yè)務(wù)系統(tǒng)與微服務(wù)：Al in All
所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)與微服務(wù)都應(yīng)該用AI的思維進(jìn)行重新賦能與再造，從而提供更高效、優(yōu)良的服務(wù)。
傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)與微服務(wù)，一般基于小數(shù)據(jù)環(huán)境，以業(yè)務(wù)流程驅(qū)動(dòng)的思路進(jìn)行構(gòu)建，已經(jīng)不能滿足師生對(duì)于智慧校園使用體驗(yàn)的要求，都有極大的空間被AI重新賦能再造。
以課堂點(diǎn)名服務(wù)為例，一門課程，幾百人上課，系統(tǒng)根據(jù)教學(xué)計(jì)劃、班級(jí)信息生成點(diǎn)名名單，教師按照過(guò)程化管理的要求，適時(shí)進(jìn)行課堂點(diǎn)名。完全人工的方式效率很低，目前一般以藍(lán)牙、掃碼、圖像識(shí)別等技術(shù)手段加以輔助，提升效率與體驗(yàn)。
以AI思維重構(gòu)上述服務(wù)：系統(tǒng)根據(jù)班級(jí)、位置、門禁、歷史點(diǎn)名結(jié)果、監(jiān)控、成績(jī)等師生的多模態(tài)信息，由AIGC生成動(dòng)態(tài)點(diǎn)名名單，把最有可能沒(méi)到的學(xué)生排在前面進(jìn)行核驗(yàn)，如此將極大提升效率與體驗(yàn)。
隨著AI的進(jìn)步和發(fā)展，越來(lái)越多的系統(tǒng)和服務(wù)都能夠應(yīng)用人工智能技術(shù)。AIinAll，在所有領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能，這種普及性將促進(jìn)人工智能的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動(dòng)高校的改革創(chuàng)新發(fā)展。
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：多模態(tài)人工智能助力全量數(shù)據(jù)中心建設(shè)
多模態(tài)人工智能可以助力全量數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和應(yīng)用，提供更全面、準(zhǔn)確和智能的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和分析能力。
在多模態(tài)數(shù)據(jù)處理上，全量數(shù)據(jù)中心通常包含各種類型和格式的數(shù)據(jù)，如文本、圖像、音頻、視頻等。多模態(tài)人工智能可以同時(shí)處理和分析這些多種類型的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跨模態(tài)的信息提取、關(guān)聯(lián)和分析，使得數(shù)據(jù)中心的處理更加全面和多樣化。
在多模態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)上，多模態(tài)人工智能可以通過(guò)學(xué)習(xí)和理解不同模態(tài)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)跨模態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和融合。例如，可以將圖像、文本和音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，從中提取更豐富和全面的信息，幫助數(shù)據(jù)中心發(fā)現(xiàn)隱藏的模式。
在多模態(tài)數(shù)據(jù)搜索和檢索上，全量數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù)，多模態(tài)人工智能可以提供高效的多模態(tài)數(shù)據(jù)搜索和檢索功能。通過(guò)學(xué)習(xí)多種數(shù)據(jù)模態(tài)的特征和相互關(guān)系，可以根據(jù)用戶的需求和查詢條件，快速準(zhǔn)確地定位和提取相關(guān)的數(shù)據(jù)。
在多模態(tài)數(shù)據(jù)挖掘和分析上，多模態(tài)人工智能可以應(yīng)用于全量數(shù)據(jù)中心的挖掘和分析任務(wù)。通過(guò)深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，可以從多模態(tài)數(shù)據(jù)中挖掘隱藏的模式、關(guān)聯(lián)規(guī)則和異常情況，為數(shù)據(jù)中心提供更深入和全面的分析結(jié)果。
多模態(tài)人工智能在全量數(shù)據(jù)中心建設(shè)中具有重要的作用。它能夠處理和分析多種類型的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和融合，提供全面、準(zhǔn)確和智能的數(shù)據(jù)處理和分析能力，為數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用和決策提供更好的支持。
交互界面：大語(yǔ)言模型重構(gòu)人機(jī)交互界面服務(wù)模式
教育部發(fā)布的《高等學(xué)校數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范（試行）》（簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）中提到：“高等學(xué)校的數(shù)字校園應(yīng)用建設(shè)應(yīng)注重用戶體驗(yàn)，重視人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)與建設(shè)。人機(jī)交互設(shè)計(jì)將業(yè)務(wù)應(yīng)用及業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的信息和服務(wù)進(jìn)行集成、組織和融合，為各類用戶提供簡(jiǎn)潔友好的服務(wù)……可綜合使用智能門戶、辦事大廳、移動(dòng)入口、智能終端設(shè)備等方式為用戶使用數(shù)字校園建設(shè)成果提供用戶界面。”
當(dāng)前以大語(yǔ)言模型為代表的AI2.0時(shí)代，已經(jīng)重新定義了搜索引擎的服務(wù)模式，Google搜索、Bing都已引入相關(guān)技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)，總體方向是極簡(jiǎn)、更智能、可交互。數(shù)字校園的重要基礎(chǔ)設(shè)施，如門戶、辦事大廳也必然向這個(gè)方向演化。
人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的核心訴求，就是讓用戶如何能夠最快速、最高效找到校內(nèi)所能提供的應(yīng)用、服務(wù)、數(shù)據(jù)、資訊等。不遠(yuǎn)的將來(lái)，大語(yǔ)言模型、多模態(tài)人工智能等技術(shù)將重構(gòu)門戶、辦事大廳等產(chǎn)品，改變目前傳統(tǒng)產(chǎn)品的服務(wù)模式。
圖1 東北財(cái)經(jīng)大學(xué)校園門戶首頁(yè)
如圖1所示，門戶呈現(xiàn)極簡(jiǎn)的狀態(tài)，以更智能、更互動(dòng)形式與用戶進(jìn)行交流，極大提升用戶體驗(yàn)。
資源建設(shè)：大語(yǔ)言、多模態(tài)模型助力教學(xué)資源知識(shí)圖譜建設(shè)
大語(yǔ)言模型的強(qiáng)大語(yǔ)義理解和生成能力，為教學(xué)資源知識(shí)圖譜建設(shè)帶來(lái)了巨大的潛力，可以提升教學(xué)資源的組織、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用效率，從而提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)。具體應(yīng)用內(nèi)容主要包括以下四個(gè)方面。
第一，自動(dòng)知識(shí)抽取。大語(yǔ)言模型可以通過(guò)閱讀和理解大量的教學(xué)資源文本，自動(dòng)抽取其中的知識(shí)，結(jié)合圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將其結(jié)構(gòu)化表示。這有助于構(gòu)建知識(shí)圖譜的初始框架和內(nèi)容。
第二，關(guān)系挖掘與鏈接。基于大語(yǔ)言模型的理解和推理能力，可以分析教學(xué)資源中的語(yǔ)義關(guān)系，發(fā)現(xiàn)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行關(guān)系挖掘和鏈接。這有助于構(gòu)建知識(shí)圖譜中的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，展現(xiàn)知識(shí)之間的連接。
第三，問(wèn)答與推薦系統(tǒng)。大語(yǔ)言模型可以用于構(gòu)建教學(xué)資源的問(wèn)答系統(tǒng)和個(gè)性化推薦系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)學(xué)生提問(wèn)進(jìn)行自動(dòng)回答，并基于學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行資源推薦，可以提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)。
第四，知識(shí)補(bǔ)全補(bǔ)缺。在知識(shí)圖譜構(gòu)建過(guò)程中，可能存在一些信息缺失或不完整的情況。大語(yǔ)言模型可以通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)全和補(bǔ)缺的方式，填充知識(shí)圖譜中的空白部分，提高知識(shí)的完整性和準(zhǔn)確性。
資源建設(shè)：生成式人工智能助力教學(xué)內(nèi)容生成
生成式人工智能在教學(xué)內(nèi)容生成方面的應(yīng)用可以提高教學(xué)效率和質(zhì)量，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)和教學(xué)創(chuàng)新，為學(xué)生和教師帶來(lái)更好的教育體驗(yàn)和成果。具體應(yīng)用包括以下三個(gè)方面：
第一，自動(dòng)化教案和教學(xué)材料生成。人工智能可以通過(guò)學(xué)習(xí)大量的教學(xué)資源和文檔，自動(dòng)生成教案和教學(xué)材料；可以分析學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)生特點(diǎn)和教學(xué)要求，并基于此生成適應(yīng)性強(qiáng)、個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容。
第二，試題和測(cè)評(píng)生成。人工智能可以自動(dòng)生成各種類型的試題和測(cè)評(píng)題目。它可以根據(jù)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)體系、題目類型和難度水平，生成符合教學(xué)要求的試題，并根據(jù)學(xué)生的回答情況進(jìn)行智能化評(píng)估和反饋。
第三，多媒體內(nèi)容生成。人工智能可以生成各種形式的多媒體教學(xué)內(nèi)容，如圖像、動(dòng)畫、視頻等；可以通過(guò)圖像和視頻處理技術(shù)，將文字、聲音和圖像等元素進(jìn)行合成和編輯，生成豐富多樣的教學(xué)資源和教學(xué)展示材料。
基礎(chǔ)平臺(tái)
隨著各種垂直領(lǐng)域的業(yè)務(wù)與微服務(wù)被AI賦能與重構(gòu)，迫切需要一個(gè)平臺(tái)化的AI基礎(chǔ)設(shè)施提供一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境，用于整合和管理各類資源，如數(shù)據(jù)、算法、模型和計(jì)算資源等。
這有助于實(shí)現(xiàn)資源的共享和協(xié)同使用，避免重復(fù)投入和資源浪費(fèi)，提高效率和成果的可復(fù)用性。同時(shí)，從安全和隱私保護(hù)的角度，AI平臺(tái)設(shè)施可以提供安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理環(huán)境，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)和安全控制；可以采用數(shù)據(jù)加密、身份驗(yàn)證、訪問(wèn)控制等技術(shù)，確保敏感數(shù)據(jù)的安全，并遵守相關(guān)的數(shù)據(jù)隱私法規(guī)和合規(guī)要求。
因此，未來(lái)數(shù)字校園整體結(jié)構(gòu)將持續(xù)演化，在數(shù)據(jù)層之上、業(yè)務(wù)層之下，需要提供平臺(tái)化的AI支撐能力，通過(guò)與業(yè)務(wù)持續(xù)深度迭代，促進(jìn)整體數(shù)字校園的進(jìn)化，賦能高校數(shù)字化轉(zhuǎn)型（如圖2所示）。
圖2 未來(lái)高等學(xué)校數(shù)字校園的整體結(jié)構(gòu)
AI平臺(tái)提供了一個(gè)便于開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署人工智能應(yīng)用的環(huán)境，可以提供集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）、模型訓(xùn)練框架、調(diào)試工具和自動(dòng)化部署管道等工具和功能，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)者的工作流程，提高開(kāi)發(fā)效率。AI平臺(tái)的建設(shè)是為了提供一個(gè)集成、高效、安全和可管理的環(huán)境，以支持人工智能應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、部署和運(yùn)行；同時(shí)能夠提供必要的資源、工具和功能，促進(jìn)人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為用戶提供更好的體驗(yàn)和支撐。
另外，平臺(tái)還提供可供部署的、成熟的算法和模型，以中臺(tái)化的形式，直接服務(wù)于上層。這些成熟的算法、模型，一方面來(lái)源于各專業(yè)服務(wù)廠商直接部署，支持各高校共性類業(yè)務(wù)的AI模型，如人臉識(shí)別、知識(shí)圖譜發(fā)現(xiàn)等等；另一方面，來(lái)源于高校自己基于本地化數(shù)據(jù)環(huán)境的訓(xùn)練和微調(diào)的算法與模型。本地化數(shù)據(jù)環(huán)境的訓(xùn)練和微調(diào)可以更好地適應(yīng)本地業(yè)務(wù)和環(huán)境的特點(diǎn)，更接近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，提供更準(zhǔn)確、更貼近實(shí)際情況的結(jié)果，有助于提高模型的性能和預(yù)測(cè)能力。同時(shí)，在本地環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練和微調(diào)，高校可以更好地控制數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)使用符合法規(guī)和內(nèi)部政策的要求，增加組織對(duì)數(shù)據(jù)的管理和監(jiān)控能力。
算力建設(shè)
大語(yǔ)言模型的預(yù)訓(xùn)練與微調(diào)模型，都需要一定的算力來(lái)處理大量數(shù)據(jù)和模型參數(shù)。大語(yǔ)言模型在生產(chǎn)環(huán)境的運(yùn)行對(duì)算力的要求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)模型，尤其是推理與生成類任務(wù)，對(duì)于生成較長(zhǎng)的文本序列或處理大規(guī)模的輸入數(shù)據(jù)，需要更多的算力來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的推理過(guò)程。
在《規(guī)范》中，人工智能平臺(tái)及工具作為可選項(xiàng)，是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一部分，“人工智能平臺(tái)及工具提供機(jī)器學(xué)習(xí)、算法服務(wù)、模型管理等核心能力，提供人工智能算法的開(kāi)發(fā)、訓(xùn)練、部署、運(yùn)行和管理能力。高等學(xué)校可根據(jù)實(shí)際情況按需建設(shè)”。
高校AI算力建設(shè)將成為下一階段數(shù)字校園建設(shè)的重點(diǎn)，包括高性能計(jì)算設(shè)備，如圖形處理器（GPU）、專用AI芯片（如TPU）等，以支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜模型的訓(xùn)練和推理。這些設(shè)備可以提供并行計(jì)算能力，加速人工智能任務(wù)的執(zhí)行。同時(shí)，高校需要具備高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)和通信基礎(chǔ)設(shè)施，以支持大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和分布式計(jì)算。
目前，高校HPC（高性能計(jì)算）較為普遍，尤其是理工類院校，但AI計(jì)算平臺(tái)，尤其是GPU算力還處于起步階段。通過(guò)高校AI算力建設(shè)，依托海量數(shù)據(jù)支持，賦能未來(lái)數(shù)字校園整體結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)層，為智慧校園建設(shè)創(chuàng)造無(wú)限可能。
來(lái)源：《中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)》2023年6月刊
作者：邵美科、陳偉（作者單位為東北財(cái)經(jīng)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息管理中心）
責(zé)編：陳永杰
