习近平总书记多次强调指出，党和国家事业发展对高等教育的需要、对科学知识和优秀人才的需要比以往任何时候都更为迫切。［1］经过改革开放40年的发展，我国高等教育在规模、质量、结构、效益上均取得了长足发展。但应看到，目前高等教育供求关系、外部需求、国际环境、教育对象和资源条件等均已发生深刻变化［2］，2017年11月教育部高等教育教学评估中心《中国高校本科教育质量报告》指出，“我国高校课堂教学总体状况存在不少令人担忧之处”“随着大数据时代到来，科学化、系统化教学质量保障体系建设亟待深度融合先进技术手段。”西安交通大学在全面推进“双一流”建设过程中，坚持“扎根西部，服务国家，世界一流”的办学定位，以学生成长发展为中心，在全国高校首创互联网、大数据、人工智能、物联网、云计算等现代技术和教育教学管理评价服务深度融合的教学质量实时监测大数据平台，探索了一条特色鲜明、成效显著的提升人才培养质量和保障能力的新路径。
一、新时代本科教育存在的问题及发展方向
高等教育发展主动适应并引领经济社会技术发展，是高等教育的重要职责之一。恩格斯在全面总结第一次工业革命对英国经济社会带来的“无穷无尽的”结果后，深刻指出“英国工业的这一次革命化是现代英国各种关系的基础，是整个社会运动的动力。”［3］这一论断，指明了高等教育与经济社会技术之间的辩证关系。美、英、德等高等教育强国发展的经验表明，每次科技革命都会对高等教育发展带来革命性、深刻的变革。因此，约翰霍普金斯大学、麻省理工学院等世界一流大学始终保持着对经济社会技术发展的高度敏感，不断对人才培养模式进行批判和反思，在人才培养的理念、目标、内容、手段和评价标准等方面，主动进行调整，以保持人才培养的适应性和前瞻性、对经济社会发展的支持力和世界高等教育中的引领地位。如约翰霍普金斯大学早在1994年就发布了《Reportof the Committee for the 21st Century》，提出学校应采取怎样的核心活动（Core Activities）以应对21世纪高等教育可能发生的变革。麻省理工学院在其《Institute wide Task Force on The Future of MIT Education》（Final Report）中，提出了诸如模块化学习、基于游戏的学习、混合学习、全球化讨论、多样化学习等新的教学策略，美国五十多所高校利用Kick up进行教师评测并反馈，以提高人才培养的质量。2017年《中国高校本科教育质量报告》指出，“传统凭借经验思维，依靠个人意志，质量保障方式粗放，质量保障手段原始，质量保障方法单一，质量保障决策缺乏数据支撑”。
改革开放40年来，随着经济快速发展，我国高等教育为经济社会发展培养了大批合格建设者；高校也是科技创新的主力军，每年国家科技三大奖获得者主要来自高校；作为国家重大战略的参与者、行业与区域经济发展核心竞争力的重要组成部分，高校人才培养日益得到各级政府的高度重视，优质资源聚集能力日益增强。但不容忽视的现象是：高等教育课堂作为高等教育主阵地，课堂教学总体状况仍存在不少令人担忧之处。第一，课堂数据精准采集难题。问卷调查、督导抽查的采集方式存在时效差、偏主观、难覆盖、难持续等问题，很难实时准确采集到课率、抬头率、师生互动、师生表情、教室场景等数据，考勤等教学管理有制度、难落实；第二，课堂精准评价难题。传统问卷评教方式存在数据源单一、评教指标维度少、粒度粗、重宏观、轻细节等问题，难以适应不同课堂类型的需要；期中、期末终结性学生评教结果具有时空局限性和滞后性；学生/同行/督导等多源评价数据难融合，导致评教结果滞后、片面、模糊，信度低，无法精准发现具体课堂问题（如照本宣科、互动少）和问题课堂（如“单声道”课堂、“到课率低、抬头率低、评分低”的“三低”课堂）。第三，教师精准督导难题。以往随机抽查、片段式听课的督导方式因精力和人力所限，往往偏重课堂纪律与外在表现，难以实现课堂质量横、纵向比较分析，导致教学问题内涵抓不准，重督轻导，难以精准查出问题并指导教师改进教学。第四，学生精准帮扶、个性发展的难题。因精力受限，辅导员、班主任、教师等难以对所有学生的学业进展、经济状况、身心健康、师生关系等逐一分析和帮扶，导致学生学业困难、翘课打工、沉溺网络、性格怪异等频现，休学、退学多发，严重影响学生发展。以上问题长期存在且多具隐蔽性，严重影响学风、教风、校风。“如何发现，怎样解决？”成为有效提升课堂教学质量的难题。这一问题也引起教育部高度重视。2017年《中国高校本科教育质量报告》指出，“教师的课堂教学质量是本科教学质量的重要影响因素，提高本科教育的人才培养质量的关键在于提高教师的课堂教学质量”。同年的《中共教育部党组关于加强高校课堂教学建设提高教学质量的指导意见》（教党［2017］51号），对提高高校教学质量做出了重要部署安排。
二、人工智能促进智慧教育的实现途径
从教育技术的角度来说，智慧教育指将互联网、人工智能、大数据、物联网、云计算等现代信息技术融入教育教学全过程，促进人才培养内容、方法、路径、平台、质量监控、管理决策等的信息化、智能化的一系列理念和技术，具有智能导学、精准推荐、情景感知、智慧管理、个性服务的特点，是教育技术的未来发展趋势。
自17世纪帕斯卡发明机械计算机以来，计算机科学持续发展，衍生出了人工智能、知识工程、软件工程、大数据、物联网、网络安全空间等学科，直至进入智能化最新阶段（信息技术促进教育发展的演化进程见图1）。人工智能与诸多产业领域深度结合，出现了智慧工业、智慧交通、智慧医疗、智慧城市等，无一不对经济社会发展和人民生活产生深刻影响。智慧教育是人类智能和教育融合发展的产物，引领教育教学从数字化、网络化朝着管理服务个性化、学习导航智能化、质量评价系统化方向发展。智慧教育建立在综合采集和分析教育教学过程、内容、行为数据等基础上，采用人工智能方法对教师教学方法、学生学习行为、管理服务成效等进行系统深入分析，为教师教学质量、学生学习成效提供精准评价，形成从“教”到“学”的闭环式联动反馈，使因材施教的教育成为可能。
图 1 信息技术促进教育发展的历程
习近平总书记指出：大学是立德树人、培养人才的地方，是青年人学习知识、增长才干、放飞梦想的地方。［4］人才培养是大学的最基本职能，面对第四次工业革命和人工智能2.0为代表的新一代信息技术对经济社会发展带来的深刻影响，以及新技术、新业态、新模式和新产业对提升高等教育人才培养质量提出的迫切要求，回归常识、回归本分、回归初心、回归梦想，提升高等教育本科人才培养能力，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，是我国高等教育履行新时代使命的必然要求。2018年10月教育部印发《教育部关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》（ “新时代高教40条” ）提出，到2035年，要形成中国特色、世界一流的高水平本科教育，实现从教育大国向教育强国的转变，实现教育现代化。贯彻落实“新时代高教40条”，着力提升人才培养能力，是当前和今后相当一段时期高校的重要任务。
西安交通大学始终秉承“兴学强国”的办学宗旨，坚持“立德树人”中心任务，矢志不渝致力于培养德智体美劳全面发展的时代新人。2017年5月18日，西安交通大学本科教学工作审核评估教育部专家组组长瞿振元教授认为，“西安交大是一个能在浮躁世界中放下一张平静书桌的地方”，对学校人才培养工作给予了充分肯定。《西安交通大学创建中国特色世界一流本科教育行动方案》，按照德智体美劳全面发展的教育方针，提出“品行养成、思维创新、知识传授、能力培养”四位一体的人才培养体系，并落实到思想政治教育、学科专业规划、教师教学能力提升、教材建设与内容更新、一站式管理服务平台等任务之中，规划实施了生源质量提升、名师名课名教材建设、创意创新创业平台建设、学科专业经典文献库建设、学生国际交流推进、研究生“三助一辅”体系建设、教学条件改善、大学生文化素质教育八项工程，形成了提升人才培养能力的“四梁八柱”体系架构。
为实施好“四梁八柱”人才培养体系，需要一套贯穿本科人才培养全过程、打通各环节的现代化管理服务平台，这是一个基于互联网，运用人工智能、物联网、云计算等现代信息技术手段的教育教学质量实时监测大数据分析与服务平台，是学校面向2035教育现代化、提升人才培养能力的特色路径。
三、人工智能驱动智慧教育关键技术的研究和应用实践
在全面梳理教育信息化发展历程和应用成效的基础上，我们认为，教育信息化必须围绕高校人才培养的改革需求，主动服务并深度融入教育教学全过程，提升高校人才培养能力和质量。［5］为此，首先对学校内部原来分割独立的教学、学工、后勤、科研、资助、人事等信息系统进行整合，消除信息孤岛，形成统一的数据共享平台，然后围绕学生成长和发展主线，对教育教学流程进行诊断、优化和再造，按照“质量驱动、问题导向、实证研究、成效评价、模式推广”的思路，整体规划，分步实施，重点突破，最后形成西安交通大学教育教学质量大数据平台框架，为智慧教育管理服务提供指南（见图2）。
图 2 西安交通大学教学质量实时监测大数据平台框架
平台研制破解了以下四项关键技术。
1．“物联网+云计算”数据精准采集技术。
旨在破解“数据精准采集难题”。通过自主开发“物联网+云计算”数据精准采集技术，平台年均自动采集6000余门课程、17000余名本科生2800余万条第一课堂数据和第二课堂数据，年均处理数据规模高达6PB，有效解决了学校的数据来源广泛、实时动态、共享困难等精准采集难题，平台能实时反映和跟踪每节课的学生到课情况和未到课学生去向，实时给出每位教师的课堂到课率、每门课程到课率，以及各学院学生到课率等，实现了准确回答“学生去哪儿了、学生喜欢上什么课”等问题，为课程教学供给侧改革提供重要参考。同时，采取数据脱敏隐私保护技术确保师生隐私，运行以来，从未出现师生隐私泄露等信息安全问题。
2．“分类评价—多维排序—结果融合”教学质量评价方法。
旨在破解“精准评价难题”。学校提出“分类评价—多维排序—结果融合”教学质量评价方法。通过多年深入调研与科学分析，将课堂分为理论课、体育课、艺术课、医学见习课、实验课5种类型，运用自然语言处理与深度学习等技术，解决了从多模态教学大数据中挖掘课堂教学质量的72个细粒度特征的难题，按照教学态度、内容、方法、效果、秩序5个影响课堂教学质量的核心指标实现融合与排序（图3）。系统运行以来，基于2011年以来采集的学生、同行、督导教学评价4.1亿条数据和大量课堂视频，已发现5大类1626个问题课堂和12万余条课堂具体问题，识别准确率达88%，为问题课堂和优秀课堂的识别提供了强大技术支持。
图 3 西安交通大学课堂教学质量评价模型
3．问题驱动的精准督导机制。
旨在破解“精准督导难题”。针对大数据平台发现的问题课堂和课堂问题，学校建立了专职督导队伍和教师教学发展中心，构建了校、院、系三级立体交叉的督导队伍，形成了“评价、反馈、引导、发展、提高”的个性化教学督导和发展机制。同时，依托覆盖全部教室的课堂监控系统，实现全面覆盖和全程记录，及时发现问题课堂和课堂问题。对课堂秩序差、教学态度不端正、教学方法不适配、教学内容不严谨、教学效果差的问题课堂，采取现场点评、约谈警示、递进式培训、专家会诊等个性化督导帮扶策略，指导纠正各类问题5397次；开展精彩课堂评选和名师培育，形成“评价、引导、反馈、提高”的督导闭环，提升教师教学能力(见图4)。
图 4 西安交通大学的精准督导机制
4．学生画像生成与个性化精准帮扶。
旨在破解“精准帮扶、个性发展的难题”。本着因材施教、全面发展的原则，基于大数据分析生成涵盖学业、社团、社交、消费、上网、作息六维特征的学生精准画像，引导学生规划大学生涯。研制出学生成绩非参数检验特征线性预测、生活行为异常模式发现、随机森林贫困生识别等算法，可精准预测学生学业走势、定位网络沉溺与经济困难等。2011年以来，在学业辅导、心理疏导、贫困资助等方面精准帮扶学生1.3万余人次。
上述4个方法环环相扣，在平台与机制保障下，解决了精准采集、评价、督导、帮扶4个难题，实现了课堂教学“经常抓、抓经常”，为提升教学质量、促进师生发展起到了人工方式难以企及的作用。
四、初步成效
西安交通大学教学质量大数据平台实现了精准采集(听诊器)、精准评价(超声仪)、精准督导(理疗仪)、精准帮扶(导航仪)，打造了新型课堂教学生态系统。系统自运行以来：
首先，严肃了教学秩序，有效引导师生共同敬畏课堂。学生到课率从2011年的74.18%增长到2017年的96.37%，认定的教师教学事故的迟到比例从2014年的75%下降到2016年的20%，2017年为零。
其次，提升了教学评价、管理、督导和帮扶水平，人才培养质量不断提高。通过课堂教学精准评价，排名后1%的教师申诉率大幅度下降，由2012年的16.67%下降到2017年的3.33%，且结果符合正态分布，评价信度明显提升。平台的评价与发现的问题，为学校正向激励优秀课堂、优秀教师，负面惩戒效果差的课堂和教师提供了重要依据。6年38期共培训3122名教师，满意度达99.6%；面对面帮扶1299名教师；个性化培优612名，帮扶37名教师通过资格认定；2014年以来，评价后1%的129名教师经帮扶后，重返课堂教学效果评价优良达97%，成效明显。对学生精准帮扶方面，2012年以来，平台学业预警近8000人次，结合班主任、辅导员、教师等的不懈帮扶，不及格人数从2012年的18.51%下降到2017年的17.48%；对通过平台发现的沉溺网络等异常学生实施心理帮扶2393人次，此类事件比例逐年降低；学校学生成绩优良比例、四级通过率、课程及格率、考取研究生比例、获得国家级奖项的学生比例等均有显著上升，学生的综合素质、核心竞争力不断提高。
整体而言，通过现代信息技术与教育教学深度融合，西安交通大学以教学质量实时监测大数据平台建设为突破口，以AI驱动智慧教育管理评价服务，有效促进了学校人才培养能力的提升。正如中国高等教育学会原会长瞿振元教授评价的，西安交通大学“在信息化应用方面很有成效，在应用大数据辅助教学管理方面走在了全国高校的前列”。提升高校人才培养能力是一项长期的系统性工程，学校将牢记习近平总书记的重要指示，弘扬“西迁精神”，履行时代使命，努力培养社会主义的建设者和接班人。
参考文献 [1][4]习近平．在北京大学师生座谈会上的讲话［EB/OL］.［2018-05-03］.http:∥www.xinhuanet.com/ 2018-05/03/c_1122774230.htm. [2]对话教育部长陈宝生：培养什么样的人，办什么样的大学[EB/OL].[2016-12-29].http:∥edu.people.com.cn/n1/2016/1229/c1053-28985766.html. [3]马克思恩格斯选集（第一卷）［M］．北京：人民出版社，2008. [5]郑庆华：推动教育信息化需上下合力［EB/OL］．［2017-07-04］.http:∥news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2017/7/325129.shtm?id=325129. 作者简介：郑庆华，西安交通大学副校长、教授。 转载自：《高等工程教育研究》 排版、插图来自公众号：MOOC（微信号：openonline）
