智慧教育信息化建设的新框架.docx

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智慧教育信息化建设的新框架

智慧教育信息化的新框架

从“数字校园”到“智慧校园”

摘要：

智慧校园是实施智慧教育的基础，是开展有效教学的保证。

在分析数字校园建设现状的基础上，提出了智慧校园建设的基本思路，即“完善基础、统一门户、提升智慧、用活数据”，并据此给出了层次化智慧校园的基本架构，设计了包括基础平台层、基础数据层、应用支撑层、综合应用层和综合服务层的系统模型，该模型架构清晰、设计合理，能解决信息化校园建设中的关键问题，提高校园资源的利用率。

关键词：

智慧校园；统一门户；数字校园；系统模型

1.引言

我国的高校信息化建设经历了校园网建设、数字校园建设、智慧校园建设过程。

应用模式也从系统集成到应用与信息集成，再到业务集成的发展过程[1]。

随着物联网、移动互联、虚拟化、大数据、云计算、人工智能等新信息技术广泛应用，信息技术与教育教学的融合越来越深入，高校信息化发展为教育教学全面信息化。

同时，高校信息化的业务形态、技术形态、管理形态都逐步发生了巨大变化，原有解决方案和方法已不能满足当前高校信息化的实际需要。

“智慧校园”成为当前高校信息化发展的必然趋势。

“智慧”一词是指灵活、迅速、正确理解和解决问题的能力。

智慧系统具有全面的互通性、深入的智能化和清晰的感知度三个基本特征[2]。

自2008年，美国IBM总裁兼首席执行官彭明盛首次提出了“智慧地球”的概念之后[3]，“智慧”一词在各个领域得到广泛应用，诸如“智慧社区”、“智慧城市”、“智慧商场”。

作为人才培养前沿阵地的高校，“智慧校园”逐渐引起政府和学校的高度关注。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出：

“把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。

到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系。

”信息化是智慧校园基础，智慧校园取代数字校园是信息技术发展的必然诉求[4]。

2010年，浙江大学提出“智慧校园”建设规划[5]。

南京邮电大学也构建了一个相对完整的智慧校园系统[6]。

何为“智慧校园”黄荣怀教授给出了解释，他认为智慧校园是一种向师生提供个性化服务、提供互连互通的网络通信，有效支持教学过程分析、评价和智能决策的开放教育教学环境[2]。

他认为智慧校园有五个特征：

①网络无缝互通；②环境全面感知；③海量数据支撑；④师生个性服务；⑤开放学习环境。

综上，智慧校园是以现有的数字化校园为基础，综合运用物联网、云服务、虚拟化、智能控制、社交网络、近场通信、移动互联和大数据等先进技术，全面感知校园物理环境，智能识别师生的学习、工作情境和个性特征，以资源融合为中心，以个性化智能服务为目标，将教学、科研、管理和生活等物理空间与数据空间有机衔接，并为管理者提供决策支持的系统。

2.数字校园建设存在的主要问题

数字校园是智慧校园建设的基础和保障，在数字校园建设和使用过程中，有一些不容忽视的问题。

2.1.资源投资/效率比低，资源浪费严重

由于利益、认识和管理的关系，各个部门独立进行软硬件建设，拥有自己的网络设备和存储设备以及相应的资源平台。

但资源共享度低，软硬件资源浪费严重，原创及创新型优质资源匮乏。

特别是有些部门由于缺乏明确的应用目标和相关的管理人员，致使大型设备长期闲置。

2.2.应用系统孤立“，信息孤岛”有增无减

由于信息化建设缺少可遵循的标准，各个信息系统开发时间跨度大，加之技术标准、通信协议、开发环境的差异，在学校形成一个个信息孤岛。

各系统之间技术标准、数据规范不一致，不能实现数据的有效交换和信息的实时共享，只能通过数据的导入/导出功能实现数据交换，影响了数据的安全性、完整性和一致性。

学校层面缺少统一的数据交换平台，缺少基本信息数据库。

2.3.新技术使用乏力，智慧能力不足

由于受传统思维方式和技术的限制，“数字校园”并没有体现智慧性，没有能够将移动互联技术、物联网技术、虚拟技术、智能控制技术、云技术和大数据技术有机整合，没有能够实现人与人、人与物、物与物的良性互动，更谈不上智慧学习、智慧管理和智慧服务。

2.4.数据应用不深入，决策支持不够

在数字校园运行的过程中，有大量的数据产生，然而这些历史数据并没有引起管理者足够的重视。

如果对这些数据进行深入的分析和挖掘，就能够揭示数据间隐藏的因果关系，为学校的管理提供辅助决策。

如复旦大学通过对一卡通数据的分析，发现按时吃早餐和不按时吃早餐的学生成绩绩点有明显的差异[7]。

从校园卡系统获得学生的就餐费用、上网费用、生活用品费用、医疗费用、图书借阅费用等情况，分析生活习惯、健康情况等，并据此对学生进行消费引导[8]。

2.5.非结构化数据处理能力欠缺，影响系统使用效率

非结构化数据包括各种文档、教学视频、课程资料、科研数据、创作素材、网络日志等。

这些数据在智慧校园建设和使用中有着不可低估的作用。

然而现有的系统缺乏对非结构化数据的处理能力，只是一般存储和直接引用，缺少对非结构化数据的分析、挖掘和呈现能力，这必然影响智慧校园的数据利用价值。

2.6.信息队伍人才匮乏，影响数字化校园使用效率

部分高校只重视信息管理中心的人才队伍建设，而忽视了各部门、各单位的信息化人才的培养。

数字校园是一个复杂的多功能系统，需要各部门通力协作，需要一批高素质的信息化人才队伍。

3.智慧校园建设的基本思路

相比与数字化校园，智慧校园具有以下特点：

信息服务无盲区；智能化设备监测与管理；灵活的数据统计与辅助决策；信息推送与主动服务；个性化定制服务；丰富的访问渠道与手段。

笔者认为，智慧校园建设应本着“完善基础、统一门户、提升智慧、用活数据”的基本思路开展工作。

3.1.完善基础设施

网络和存储是智慧校园实施的基础和保障。

目前的校园网络已不能满足教学和管理的需求。

要作以下改进。

一是构建有线无线融合、校园网和运营商网络相补充的网络格局。

使学生任何时间、任何地点都可进行自主学习，形成良好的自主学习环境。

二是优化现有网络配置。

网络配置的优劣直接影响网络的性能，影响校园网的使用效率。

可使用虚拟化技术对现有的网络设备进行改造升级，提高网络的性能。

三是构建冗余备份系统。

为保证网络有效、不间断地运行以及数据的完整性，需构建网络冗余和存储冗余。

通过增加核心网络设备，形成有效的网络冗余，以保证网络不间断地运行。

通过私有云和公有云，实现数据的异地备份。

3.2.统一应用门户

当前诸多学校特别关注“一卡通”建设。

然而，“一卡通”只是一种访问资源的手段，能否真正实现“一卡通”，取决于能否对现有的系统进行整合，提供有效的数据接口。

智慧校园的特点是数据量大，结构化、半结构化和非结构化数据并存，数据是智慧校园发挥智慧的基础，是整个系统的“血液”。

可以通过“废”、“改”、“建”三种措施实现系统的整合。

首先要对智慧校园做好顶层设计，统一好数据标准和接口，统一好技术标准和协议。

在此基础上，对过于老旧的系统进行废除，同时导出有用的历史数据并按标准进行改造。

对于能够开放数据接口的系统，要适当的修改，包括数据标准的修改，使之能够融入到整个智慧校园系统中。

对于需要新增加的系统，使用智慧校园的统一标准进行建设。

通过这三种措施，能有效解决“信息孤岛”问题，使数据真正循环起来，保证整个智慧校园系统的健康运行。

真正实现一站式服务。

教育部发布的7个与教育信息化相关的行业标准为智慧校园数据标准的建立提供了参考[9]。

但是随着信息技术的急速发展，各种非结构数据的加入，智慧校园数据具有大数据的特点，其大小超出了传统数据库软件工具的抓取、存储、管理和分析的能力[10]。

因此，原有的标准已不能完全满足智慧校园的建设要求。

因此，各个学校应根据自身情况，制定适合本单位的数据标准和接口。

3.3.提升校园智慧

智慧校园应该能够实现对校园内的人、财、物和信息进行有效识别、传输、存储、处理和控制，为师生提供智能化的管理和个性化的信息服务。

其中人员包括学生、教师、家长、管理者、合作企业等；物包括图书馆、教学大楼、实验室、教室和教学设备等；财则包括个人消费、学校经费等；信息包括教学资源、学校公共管理信息、教学管理信息、活动安排等。

随着物联网、移动互联、云计算、智能控制、大数据、虚拟化等技术的成熟，可将这些技术应用于智慧校园建设，构建人与人、人与物、物与物良性互动的智能系统。

如利用学校内部安装的能感知人体运动、声音、光线、温度的传感器，对教学环境进行可视化监测。

利用校园内的监控系统，使用视频分析技术，对进入校园的车辆和人员进行认别，判断他们在校园内的活动时间和频率，对于非人流集中区域突然出现人员密集情况和个人出入异常情况等情形进行及时报警，防止突发事件的发生。

利用地图资源，对校园房产监控、能源监控和视频监控提供有效的管理[11]。

3.4.用活校园数据

建设智慧校园的目的是更好地服务学生、服务教学、服务科研和服务管理。

要对智慧校园运行过程中产生的数据进行信息抽取、格式编码和数据清洗，然后进行深入的分析和挖掘，发现数据之间的内在联系，为辅助决策服务。

例如通过对学生的上网数据、教学资源使用数据、消费数据、运动数据、出行数据、课堂教学数据等的收集、分析和挖掘，能够对学生的学习习惯、精神状态、健康状态等进行判断，为学生管理部门提供服务，也可将相关的分析结果推送给家长，让家长了解孩子在学校的状况。

此外，还可以为学生的自我导向学习、学习危机预警和自我评估提供有效数据支持。

4.智慧校园的基本框架

使用层次架构进行智慧校园建设，能保证各层间有一定的独立性，有利于校园网改造升级。

图1所示是具有五层架构的智慧校园布局。

图1智慧校园五层体系架构

4.1.基础平台层

基础平台层是智慧校园赖以运行的基础。

主要包括网络基础设施、存储计算设施、校园安防设施以及教学设施。

在网络建设方面形成一个无线、有线相融合，校内网络与运营商网络相互补充的良好格局。

在数据存储方面，将本地存储和远程备份相结合，确保数据的安全性和一致性。

发挥学校所添置的大量智能化教学设备的作用，将课堂教学内容及时上传信息处理平台进行处理，择优进入学习中心平台。

4.2.基础数据平台

⑴基础数据库。

基础数据库是各业务应用系统运行的基础，主要包括老师基本信息、学生基本信息和资产基本信息等。

要对这些数据进行统一存储和管理，防止数据的不一致，影响智慧校园运行的有效性。

⑵资源与业务数据库。

主要包括教务管理、协同办公、科研管理、一卡通等应用系统运行时所产生的业务数据，也包括学校开发的SPOC视频课程、教学案例、研究成果等。

⑶数据仓库。

对智慧校园运行过程中产生的大量数据，要使用ELT技术对数据进行信息抽取、格式编码和数据清洗，最终放入到数据仓库中。

然后运用大数据技术对历史数据进行分析，寻找这些数据中蕴含的规律性信息，为辅助决策和智能服务提供支持。

4.3.应用支撑平台

这是智慧校园得以运行的软件保障。

该平台要实现以下功能：

用户统一认证功能，为一站式综合服务提供支持，实现多个应用系统的单点登录；数据格式转换，将传统关系数据库、Web等半结构化数据和非结构化数据使用规格化消息数据进行处理，保证数据的安全、可用和一致；智能数据采集与监测，将传感器嵌入到供配电、给排水、空调、消防、照明和电梯等楼宇设备中，实时采集相应数据，并上传到管理中心统一管理、协调控制；“一卡通”服务，集消费、学习、娱乐和运动于一体，方便师生对智慧校园资源的应用；商业智能服务，联机分析处理、将数据仓库、数据挖掘等技术挖掘数据间的关系，应用于领导决策过程中；内容管理服务，通过对Web内容进行抽象和格式化，实现数据存储和页面表现的独立，可实现不同子系统有效组合、丰富表现形式。

4.4.综合应用平台

一个学校会有各种各样的信息需求，会形成形式各异的信息管理系统，这给智慧校园的系统集成带来了极大的挑战。

笔者建议，首先根据管理需要，规范若干个应用平台，根据功能将之前或即开发的系统归入到相应平台，再将平台集成到智慧校园系统中。

智慧校园系统至少包括以下平台。

①学生管理平台。

包括综合素质、学业管理、创新创业、心理健康等。

②学习中心平台。

包括视频课程、移动学习、虚拟实训、远程开放、网络互动等。

③资源中心平台。

包括数字图书馆、学术数据库、特色资源库、学生优秀作品等。

④教务管理平台。

包括教务管理、实践教学、教学研究、教学效果评价、教师教育、考试管理、质量工程和量化考核等。

⑤后勤保障平台。

包括水电监控、后勤报修、能耗监管、安防管理、单车管理等。

⑥综合办公平台。

包括OA系统、工作安排、短信系统、财务管理、物资管理、档案管理、校友管理等。

⑦各个部门的门户平台。

这些平台的风格要基本一致。

⑧辅助决策平台。

通过对数据仓库中历史数据的分析，提供教学、科研和管理方面的辅助决策数据。

4.5.综合服务平台

通过智慧校园综合服务平台让用户体验一站式信息服务。

用户涵盖学生、教师、家长、企业、社会等不同角色，享受全周期、一站式、个性化的信息服务。

通过系统主动推送服务，用户可以方便及时的获取信息。

用户可以通过PC、手机、智能终端，利用云桌面和终端设备，实现移动办公、移动教学的目标。

5.结束语

本文对数字化校园建设中存在的问题和不足进行了分析，并对智慧校园建设的关键问题进行了探讨，包括基础设施的完善、统一门户的构建、综合技术的运用以及数据标准的确立等。

在此基础上构建了层次化的智慧校园模型。

该模型架构合理，策应了智慧校园建设的基本要求，对信息化校园建设有一定的借鉴作用。

然而，智慧校园建设是一项庞大、复杂的系统工程，涉及到许多前沿的技术和方法，也涉及到管理人员的信息素养。

每一层的设计都涉及到许多技术问题，层与层之间的衔接与交互都会面临许多挑战，这些都是未来值得我们研究的课题。