摘要：智慧教育是我国智慧城市、互联网+建设的重要领域，各级教育部门、学校和企业均投入大量资金建设和研发了形式多样的智慧教育系统。但从实际使用效果上来看，现有智慧教育系统在减轻学生学习负担、提升学习质量和培养学习习惯等方面并不能达到预期的效果。该文结合最新的人工智能AI、区块链BC、云计算CC、大数据BD技术发展，提出了利用ABCD技术对现有智慧教育系统升级改造策略，从而能够在今后实现帮助学生快乐学习、高效学习和个性学习。
关键词：人工智能；区块链；云计算；大数据；智慧教育
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0193-02
中小学教育是传授基础知识，形成良好习惯，培养创新思维的关键阶段。中小学教育能否成功对学生今后的高等教育和工作生活将产生深远的影响，将在很大程度上决定我国劳动力的素质和技术水平。
近年来，随着互联网和移动互联网发展，移动智能终端以及各类互联网平台广泛普及和应用，信息化已经渗入了生活的各个方面。在教育领域信息化将不可避免地对中小学教育产生重大影响。事实上，国家和教育主管部门均认识到信息化可以有效解决中小学教育中的长期存在问题，先后出台了一系列文件，指导教育信息化的建设工作。2016年，国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见”》中提出：鼓励互联网企业与社会教育机构根据市场需求开发数字教育资源，提供网络化教育服务。鼓励学校利用数字教育资源及教育服务平台，逐步探索网络化教育新模式，扩大优质教育资源覆盖面，促进教育公平。2018年2月，国家教育部在2018年主要工作安排中提出：实施宽带卫星联校试点行动、大教育资源共享计划，百区千校万课信息化示范工程，网络扶智工程，推进智慧教育创新示范，普及推广网络学习空间应用等。
1 现有智慧教育系统的主要功能分析
现有智慧教育系统主要围绕“三通两平台”需求进行建设，典型功能架构如图1所示。系统的基础是整合教育系统信息化资源，构建教育云服务中心，为教育管理部门、学校管理者、老师、学生和家长提供教育管理、资源共享、辅助教学、家校沟通、互动交流、自助学习的统一平台。系统通过对业务服务和应用的整合，支撑应用整合与开发，实现桌面门户、移动客户端、多媒体显示屏等多种方式的综合服务和交互能力。
现有智慧教育系统在实现技术上主要采用了云计算、SOA软件技术框架、数据库/数据仓库等技术。这类智慧教育系统主要解决了教育信息系统和资源的统一规范、数据共享、可管理可维护等技术问题，主要面向教育管理者和信息化建设部门。经过近几年的建设，不少城市（区县）基于上述架构的智慧教育系统已经初步形成，已经具备了进一步研发满足前期由于基础不具备而无法满足的用户使用需求，特别是针对广大学生的需求。
2 中小学生的学习痛点分析
本文作者通过广泛访谈中小学生，发现学生在学习中的痛点主要包括如下几个方面：1）学习遇到困难时，并不能有针对性地获得及时帮助。这些困难包括书本不能看懂、作业不会做、自己扩展学习时的困惑等。需要指出的是，这些困难有些学生能够说清楚，有些困难学生很难描述清晰，甚至有的困难学生本人都没有意识到；2）不能进行高效的学习时间规划。优秀的学生往往在时间规划方面有很好的表现。很多情况下学生学习到深夜并不总是因为作业太多，如果学生不能合理地安排学习时间，将导致学习效率不高。对于广大中小学生而言，往往不具備独立进行高效时间规划的能力，需要外部协助；3）宝贵的时间被浪费在一些非关键性的任务上。调研中发现，学习中有不少工作是事务性的，对学生学习能力的培养和提升没有多大帮助，但学生需要花不少时间也完成。如错题集整理往往需要学生大量的整理、查找和摘抄，消耗了大量的时间和精力。
从知识掌握的过程来看，学习一般包括三个阶段：1）阶段1从无知到知晓，典型过程就是老师授课，学生能够根据授课内容，完成单一知识点习题；2）阶段2从知晓到掌握，典型过程是学生课后复习，单元/期中/期末考试等，学生能够完成多个知识点的复杂习题；3）阶段3从掌握到创新思维，典型过程是学生自发的思考，参加各类竞赛等，学生能够从全新的角度来利用所学知识解决问题。
一般而言，阶段1是老师和学生产生交流和互动最多的阶段，学生的问题一般能够及时解决；阶段2和阶段3主要是学生自我学习的阶段，又因为知识点较多，学生最容易产生困惑，但却最少获得帮助。阶段2和阶段3是智慧教育最能发挥作用的阶段。
3 ABCD技术分析和建设策略
目前，人工智能技术、区块链、云计算和大数据技术发展迅猛，把这些技术有技术有机融合到现有的智慧教育系统中，可以有效满足学生的学习需求并解决学习中的痛点。
3.1 人工智能（AI）-虚拟家庭教师
人工智能是计算机科学的一个分支，通过了解人类智能的实质，模拟人类智能，做出相应反应的智能系统，主要研究领域包括：语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
智慧教育中面向学生的人工智能系统可以认为是一个虚拟的家庭教师。技术上可以采用Agent+后台分析系统方式实现。Agent安装在学生使用的PAD、智能手机等设备上，主要负责以下工作：1）接收学生的问题（包括语音方式、图片方式和文字方式），并能够对学生提出的不确定问题进行规范化；2）多种方式反馈问题的解决方法，如提供类似题目进行强化练习，提醒任课老师进行辅导，关键知识点讲解等。
后台分析系统是一个基于大数据分析和教育学规律的个性化、可干预、自反馈的智能系统。主要负责以下工作：1）根据采集到的各类学生相关信息，自动进行学生的学习能力、思维能力和动手能力的画像；2）对各类信息进行动态归类整理，提取关键信息；3）建立基于模糊计算的知识/规律体系，并完成前端Agent的问题反馈。
3.2 区块链Block Chain–教育信息交易所
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。由于智慧教育系统中存储了大量学生个人信息和学习过程信息，这些信息一方面涉及隐私，同时也具有很高的商业价值，因此需要在合理保护的前提下，满足各参与方的使用需求，确保这些信息没有泄露或滥用。
基于区块链可以构建分层级的教育信息交易所，各参与方按照规则进行信息交易，参与方获得人工智能分析所需要的信息，管理者可以对交易行为进行监控和管理，形成一个健康、生态的信息供应链，最终可以让学生得到满意的智能服务。
3.3 云计算cloud computing–高性能计算中心
云计算通过网络给用户提供可配置的计算资源共享池（包括网络，服务器，存储，应用软件，服务等资源）。这些资源能够被快速、按需提供给用户，使用和管理成本较低。当前云计算是一个比较成熟的技术，已经在很多领域（包括智慧教育）得到了广泛应用。但目前教育云计算平台主要承载一些传统教育信息管理系统，解决信息系统的集中部署、统一管理问题，服务器配置选择上也基本采用标准配置。在今后的云计算平台建设中，需要充分考虑人工智能、区块链的高性能、准实时计算需求，服务器和存储选型配置上需要在标准配置的基础上进行优化。
3.4 大数据Big Data–中小学教育的虚拟平行世界
大数据在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围，采用了分布式的技术架构，大数据具有4V的特征，即海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低。
中小学教育大数据以学生为本体，以时间为轴线，包括德智体美劳等多个维度，全面体现学生在中小学教育阶段的各类信息（包括结构化、半结构化和非机构化信息），是学生在信息虚拟世界的镜像和平行映射。这些信息将成为人工智能分析计算的基础。这些信息一方面来源于学校和教育主管部门，包括：作业完成情况、考试成绩、老师评语、教育政策、考试政策等，同时还来源于智慧教育系统运行维护企业或部门，包括：学生在使用智慧教育系统时产生的各种痕迹信息，家长的使用痕迹信息等。
4 基于ABCD中小学智慧教育系统的建设原则
1） 使用方便性，不带来额外的系统使用学习负担。2） 学习引导性，不能单纯地提供題目答案，而是要帮助学生形成知识体系和学习方法。3） 练习高效性，尽量通过最少量的练习来让学生掌握知识点。4） 运用自觉性，学习内容和日常生活相结合，提升学习兴趣，巩固学习内容。
同时ABCD技术也是在不断完善和发展中的，为了避免ABCD技术的升级更新对智慧教育系统产生颠覆性的影响，特别要避免对历史数据稳定存储的影响，ABCD要采用模块化嵌入到现有系统中，通过服务接口和数据接口实现系统间的相互调用。
5 结论
利用信息化手段来提升中小学教育效果和减轻学生负担已经成为一个趋势，但由于中小学教育是一个复杂过程，涉及教学论、教育哲学、教育法学、教育管理学、教育心理学、教育社会学、比较教育学、教育统计学、教育传播学、教育效益学等多门学科。现有智慧教育系统功能上是难以满足的，需要通过人工智能技术、大数据技术、区块链技术和云计算技术，对系统进行功能升级，其中云计算是基础设施保障，区块链是信息使用规则保障，大数据是信息保障，人工智能是智能化保障。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育部2018年工作要点》的通知[EB/OL].（2018-2-1）.http：///srcsite/A02/s7049/201802/t20180206_326950.html.
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