前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的談教育數字化關鍵技術及集成應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：為了推動教育數字化轉型，將大數據、區塊鏈、人工智能等新一代信息技術應用于教育是很有必要的。本文在簡述教育的發展歷程、對比分析教育信息化現狀的基礎上，對教育數字化進行定義，歸納數字化技術在教育方面的應用，并提出一種教育數字化的集成應用——校園計算。
關鍵詞：教育信息化；校園計算；數字化轉型
1引言
隨著人才培養模式、教學方式改革的推行，教育體系隨之發生變化。終身學習體系的出現產生了繼續教育學院、終身學習教育、開放大學，使得“活到老學到老”成為一個永恒的話題。在新一代信息技術高速發展、科技進步、教育意識強化的今天，教育數字化擁有優質的發展環境和發展潛質，教育生態正從“互聯網+教育”向“智能+教育”轉變[1]。信息技術改變了傳統的教學方式，打破了時空的限制。師生交互不僅可以在物理空間，也可以遷移到虛擬空間，實現師生線上線下交互虛實融合的分布式學習[2]。運用人工智能技術，使用目前先進算法模型結合全過程大數據進行分析、預測和判斷，能夠為學習者創造新型學習條件[3]。在疫情常態化背景下，教育行業迎來了一場前所未有的數字化革命，教育行業正駛入數字化轉型的快車道。本文主要闡述5G、人工智能、大數據、區塊鏈等新一代信息技術，充分發揮各技術優勢，推動教育數字化轉型，即大數據促進個性化學習、實現差異化教學、優化管理決策、推進教育智能化，開啟教育新時代；區塊鏈技術構建學信大數據、學位證書系統、去中心化教育系統，助力教育體系改革。基于此，本文提出一種教育數字化的集成應用——校園計算（CampusComputing，又稱校園大腦）。
2教育數字化定義
在農耕時代的原始社會，教育是一種自然教育，基于生產活動、社會生活的需要而產生。教育內容簡單，圍繞生產需求開展，教學手段也比較單一，無明確教學概念，以模仿學習為主。這種以傳統技術、工匠精神為代表的教育仍在以“師徒制”方式傳承。到奴隸社會私學的出現，官學與私學并重，形成中國古代教育的雙軌制。到了工業化時代，工業化生產模式需要大量有一定文化知識的生產工人，從而催生了規?；囵B人才的學校。學校的教育模式類似工業化的量產模式，為工業時代的標準化輸送了大量可用人才。信息時代推動信息技術在教育中的應用，促進教育的內容、形式、方法等發生根本性的變革。隨著信息技術快速發展，互聯網在我國日益普及，信息技術應用于教育實踐成為現實，開放性、協作型、交互性、共享性、實時性、個別化的網絡教學模式應運而生。當前，5G、人工智能、大數據、區塊鏈等新一代信息技術正在重塑我們的世界，數字化正在潛移默化地推動整個社會轉型，人類社會將迎來人機協同、跨界融合、共創共享的智能時代[4]。數字化被定義為信息表示與處理方式，而本質上強調信息應用的計算機化與自動化[5]。為此，本文將教育數字化定義為新一代信息技術與教育的融合發展，促進教育思維轉變，推動物理和虛擬教學環境相融合，使個性化、情景化、數據驅動的教學模式成為常態，建立人機融合的智慧教育新生態。
3教育數字化技術
3.1大數據大數據技術
在獲取、存儲、管理和分析數據等方面大大超過傳統數據庫技術，具有數據規模大、數據流轉快、數據類型多樣和價值密度低等四大特征?，F代教育行業的數據滿足這些特征，是教育大數據，改變了傳統教育數據應用的范式。大數據技術對于教育的重要價值在于實現對大量教育數據的采集、處理和分析，并根據分析結果對教育方式、教育決策等進行合理調整。“數據驅動學校，分析改革教育”已經成為教育改革和發展的共識。
3.1.1大數據促進個性化學習
傳統教育體系缺乏獲取和分析信息的手段和方法，數據的獲取智能通過周期性和階段性的評估，只能體現宏觀層面的教育情況，凸顯群體水平而缺乏對個體特點和差異性的了解。在大數據時代，在教育過程中產生的數據都可以轉換為教育大數據。與傳統體系不同的是，這樣的數據側重于過程性。過程性數據可以體現個性化表現特征，通過對學習者學習背景和過程相關的各種數據進行采集和分析，從這些大量的過程性數據中歸納分析出各個學生個體的學習行為——精準掌握學生學習特點、感知學生需求、進行學習過程的引導、對學生學習成果進行分析，進而為學生提供個性化學習支持，真正實現從集體教育到個體教育的轉變。
3.1.2大數據實現層次化教學
通過對教育大數據的采集、處理和分析，構建學習者學習行為相關模型，分析學習者學習行為，科學預測其未來學習趨勢，教師可以全面跟蹤和掌握這些學生特點、學習行為、學習過程、學習趨勢，進而根據不同層次學生的學習需求、學習風格、學習態度、學習模式來提供相應的學習內容和指導，促進其個性化發展。在大數據支撐下，學校教育不再是傳統的統一標準和程序，教師也逐漸從教學者轉變為助學者。以教師為中心、知識灌輸的教學模式逐漸轉變為以學生為中心的層次化教學模式[6]。
3.1.3大數據優化管理決策
目前，學生培養計劃的確定、教師教學安排的確定、教學質量的評價、人員管理等教學決策，都是建立在大量數據基礎上。因此，數據處理和挖掘在學校管理中發揮著關鍵作用。傳統的教育數據一般是靜態、局限、滯后或是過濾加工后的數據。在教育大數據技術的驅動下，突破了小樣本和個案研究，能夠在過程中動態、全面、實時地收集最真實的數據。同時，對于重要管理對象的數據，可以由多個源頭從不同方向對同一個對象進行數據記錄，數據之間可以相互印證?？傊?，新的數據技術更快更準確地發現影響因素和干預策略，進一步發現受數據缺陷而被隱蔽的教育新規律。
3.1.4大數據推進教育智能化
人工智能深刻影響教育領域。數據智能采集分析各教育主體的行為數據，以幫助學校全面提升服務質量，更好地為學生、老師和家長提供服務。教育大數據的采集范圍之廣、分析之精確，成為教育智能的基礎，為學校用數據決策、用數據管理、用數據實施精準服務提供了數字化基本環境[7]。
3.2區塊鏈
區塊鏈系統具有透明化、去中心化、數據不可篡改等特征，完全適用于教育軟件系統的功能模塊。“互聯網+教育”是全球教育發展改革的大趨勢，區塊鏈技術有望在“互聯網+教育”生態建設中發揮重要作用。
3.2.1區塊鏈構建學信大數據平臺
區塊鏈技術具有分布式學習記錄和存儲功能，可跨系統、跨平臺記錄學習行為和成果，并永久存儲在云服務器上，形成個體學信大數據。這有助于解決當前教育領域信用體系缺失、教育就業中校企分離等問題。升學院校和用人單位可以通過正規途徑有效獲取所需的學生相關證明數據，用于評估學生各項升學條件指標或與工作崗位的匹配程度[8]。
3.2.2區塊鏈用于學位證書系統
基于“權威”中心的傳統學歷認證、學位認證流程繁瑣、時間長、成本高，且存在一定的信用風險。而區塊鏈是一種不需要第三方機構授信就能夠保證數據庫安全的解決方案，是分布式存儲、共識機制、點對點傳輸、加密算法等計算機技術融合應用的模式。研究基于區塊鏈的學歷、學位認證模式，有助于推動學歷、學位認證實現流程簡化、成本降低，并規避信用風險。
3.2.3區塊鏈實現去中心化教育系統
現階段的教育體系，教育服務與認證必須由政府機構或學校提供，個人專業能力仍需通過紙質文憑或證書來證明，屬于中心化教育體制。利用區塊鏈技術開發去中心化教育系統[9]，有助于改進原有教育體制高度中心化和集權化的問題，使教育更加開放，能夠實現多方參與、協同育人，形成家校社一體化教育體系。
4教育數字化集成應用
4.1校園計算演化進程
從計算機時代的信息化建設，到互聯網時代的數字校園建設階段，智慧校園已經從分散業務點的信息化建設發展成以管理為中心的應用集成。智慧校園建設階段以移動互聯、物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等技術為基礎，以人為本，連接所有服務智能化管理決策[10]。智慧校園的建設是教育數字化的重要組成部分，也是衡量教育現代化程度的重要標志。進入“智能+”時代，如何推動數字化教育持續深入發展，已經成為整個教育系統乃至整個社會高度關切的問題。這為智慧校園的成長提供了優質的發展土壤，校園計算應運而生。
4.2校園計算定義
校園計算是計算機科學與校園規劃、教育學、環境科學、心理學、社會學、經濟學、管理學等以校園為背景的新興交叉學科及融合應用。具體而言，校園計算是校園的人工智能樞紐，以物聯網、云計算、大數據分析等新技術為核心技術，通過感知、采集、整合、分析和展示，用校園中多種異構大數據，形成校園工作、學習和生活的一體化環境，充分融合教學、科研、管理和校園生活；再通過大數據和人工智能技術，為校園管理和決策提供數據支持和智能支撐，來解決校園在人才培養、科技研究與轉化、學生成長、校園環境、心理、生活和工作環境等方面面臨的問題和挑戰。
4.3校園計算框架
隨著校園計算的演化，結合實際應用場景，本文提出校園計算的一般架構（圖1），并逐一說明。
4.3.1校園數據感知模塊
為了實現校園內各種業務系統的“互聯互通”，將校園數據感知模塊分為三部分。第一部分是通過傳感器網絡采集實時數據，即通過分布在校園內的各種傳感器互聯，形成校園傳感器網絡進行數據感知。第二部分是校園物聯網，教師手機、校園PC、家長手機等通訊設備，以及校門口、操場、教學樓、辦公樓等場所的設備通過校園網連接。例如：校門口人員檢測設備、手環、校園卡、校徽、手表等實物的互聯互通，實現全連接、全感知的物聯網絡。第三部分是使用ETL工具將各種校園業務系統的數據、傳感器數據、物聯網數據采集到數據庫中。
4.3.2校園數據管理模塊
校園業務系統數量較多，各個系統的數據往往存放在不同的數據庫中，而且不同類型的數據也存放在不同類型的數據庫中，如關系型數據庫（Mysql、Oracle）、非關系型數據庫（MongoDB、HBase）、圖數據庫（Neo4J）、時間序列型數據庫（MatrixDB）、分析型數據庫（MatrixDB、Hive）等。為了消除由多個不同系統造成的“信息孤島”現象，校園計算設計了如圖2所示的數據倉庫來突破系統間的“信息壁壘”，實現校園系統的全連接。因此，數據倉庫向下承接校園內的各種系統，向上支撐各種應用的實現。
4.3.3校園數據分析模塊
校園數據分析模塊主要分為三個子系統：校園監測預警系統、智能報表系統、數據挖掘引擎。一是監測預警子系統實現校園重點指標、重點項目等趨勢監測預警，同時兼顧重點校園風險隱患監測預警。通過對特定指標數據的實時監控、建模分析，實現聯動預警、決策建議、定位及可視化。二是智能報表系統由兩部分組成：校園數據智能可視化分析、校園智能報表生成。三是數據挖掘引擎包括校園數據算法庫、校園數據挖掘平臺，對校園基礎數據進行數據挖掘分析，提供決策依據。
4.3.4校園服務提供模塊
校園數據在感知模塊、管理模塊、分析模塊按序流轉，最終發掘校園大數據的價值，形成校園服務提供模塊。基于前三個模塊的支持，校園服務提供模塊可以準確描繪校園畫像，開展校園智慧化服務，包括校園教學、校園自適應學習、校園科研、校園環境、校園管理、校園生活。
5總結
本文對教育數字化作出了定義。研究數字化技術在教育方面的應用，從表面上看是新一代信息技術取代傳統技術、將先進技術用于教學，但更深層次的是新一代信息技術重塑了一個全新的教育生態系統?；谏鲜鲅芯?，本文提出了一種教育數字化的集成應用——校園計算，即互聯網、大數據、云計算、區塊鏈和人工智能打造的智慧教育新生態，能夠更加便捷地獲取優質數字教育資源、開展科學的教學評價、提供多元化的教學形式，從而實現新一代信息技術與教育的融合應用。
作者：歐陽玲 張禾佳 洪文興 朱達欣 單位：福建省廈門雙十中學 廈門大學航空航天學院 泉州師范學院數學與計算機科學學院
