智慧校園建設總體架構模型及典型應用分析*

王 燕

(1.南陽師范學院 新聞與傳播學院，河南 南陽 473061)

智慧校園建設總體架構模型及典型應用分析*

王 燕

(1.南陽師范學院 新聞與傳播學院，河南 南陽 473061)

智慧校園是信息化發展的新階段。在從數字校園到智慧校園的建設過程中，加強智慧校園的頂層設計，構建智慧校園建設的通用架構模型具有十分重要的意義。在智慧校園中開展典型應用對于推動智慧校園的建設和應用進程具有良好的示范帶動作用。為了探索智慧校園的建設模式，該文在分析智慧校園的內涵特征和關鍵技術的基礎上，設計了智慧校園建設總體架構模型。該模型從下到上依次分為感知層、網絡層、數據層、應用層和服務層，通過構建信息標準與規范體系、運行維護與安全體系來保障智慧校園的規范建設與運行維護；然后從智慧教育、智慧科研和智慧管理方面分析了智慧校園的典型應用，為智慧校園的示范推廣應用提供參考。

智慧校園；智慧教育；智慧科研；智慧管理；大數據

隨著云計算、物聯網、移動互聯等新一代信息技術的應用，教育信息化迎來了新的發展機遇。傳統校園經由電子校園、數字化校園階段，逐步邁向智慧校園階段，智慧校園主要是通過綜合信息服務平臺，依托物聯網、云計算、移動互聯、社交網絡、大數據等關鍵技術支持，集成了校園的分布式信息系統資源，為廣大師生提供了全面、協同的智能化感知環境，為教學、科研、管理和生活提供智能化、個性化、便捷化的信息服務。

一、智慧校園的內涵特征

就智慧校園的內涵特征而言，物聯網、教育技術學等不同領域的專家給出了不同側重點的定義。黃榮懷提出了“智慧學習環境”的概念，認為智慧校園具有環境全面感知、網絡無縫互通、海量數據支撐、開放學習環境、師生個性服務等五個方面的特征[1]。蔣東興認為智慧校園具有互聯網絡高速泛在、智能終端廣泛應用、團隊協作便利充分、集體知識共生共榮、業務應用智能融合、外部智慧融會貫通等六個方面的特征[2]。紀佩宇認為智慧校園具有無處不在的互聯網絡、全面感知的校園環境、廣闊開放的學習環境、智能化的數據處理和個性化的應用服務等五個方面的特性[3]。結合學校的實際應用和上述專家的觀點，智慧校園具有如下特征：

1.寬帶網絡互聯高速泛在

智慧校園在建設過程中更加注重移動互聯網和物聯網，為校園中的人與人、物與物、人與物之間實現全面的互聯、互通，為各種隨時、隨地、隨需的應用提供寬帶、高速、泛在的基礎網絡環境。

2.智能環境感知實時全面

各種智能感應技術，包括光線、方位、影像、溫度、濕度、位置、紅外、壓力、輻射、觸摸、重力等技術得到了廣泛應用，從而能夠實時獲取各種監測信息。

3.業務應用智能全面融合

智慧校園實行開放、協同、整合的信息化架構，充分發揮整體效能。運用智能融合技術實現對海量數據信息的存儲、計算和分析，特別是通過人的“智慧”參與，進一步提高決策支持能力。

4.海量數據智能挖掘分析

依托智慧校園采集的海量數據，通過構建數據挖掘模型，設計合理的分析及預測方法，融合全面的數據信息，進行智能推理和挖掘分析。

5.智能服務友好、個性便利

智慧校園強調個性化的服務理念，針對不同類別的用戶提供個性化的功能應用組合，向用戶呈現友好的服務界面，提供便捷化、個性化的服務。

二、智慧校園的關鍵技術

智慧校園建設廣泛運用云計算、物聯網、移動互聯、社交網絡、數據挖掘、知識管理、大數據、虛擬化等技術，強調以人為本、互動參與的先進理念，從而構建支持智慧教育發展的信息化環境。

1.云計算

云計算為智慧校園提供了新的服務模式，它是對分布式、虛擬化的存儲和計算資源進行動態分配、部署，根據用戶需求向用戶提供相應的存儲、計算和平臺服務。云計算具有虛擬化、高可靠性、超大規模、高可擴展性、按需服務等特點，提供基礎設施即服務(LaaS)、平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS)等服務方式。

2.物聯網

作為互聯網的延伸，物聯網上實質上是物物相連的互聯網。它通過傳感器技術、RFID、嵌入式等關鍵技術實現對服務對象的智能標簽和智能控制。在智慧校園中，借助物聯網技術能夠實現對校園的儀器設備、圖書資料、樓宇出入人員等的實時動態管理。

3.大數據

隨著云計算機時代的到來，數據出現了爆炸式的增長，大數據受到了越來越多的關注。大數據通常指生成的大量半結構化和非結構化的數據。在智慧校園中，隨著云教育平臺的建設和應用，校園的各種數據呈現了快速增長，通過從沉淀的海量數據中深入挖掘和建模分析，為學校的政策制定和決策提供科學依據，更好地服務智慧管理決策[4]。

4.移動互聯

移動互聯是移動通信技術和互聯網的結合統一。在智慧校園中，它提供了泛在、高速的基礎網絡環境，為師生在校園中隨時、隨地獲取和處理網絡信息，為開展靈活自主的網絡學習和交流互動提供了開放的基礎網絡條件。

5.社交網絡

作為一種社會化的網絡服務方式，社交網絡提供了新型的交流溝通和信息服務模式。社交網絡以其傳播速度快、成本低、互動性強等特點成為大學生們維系實體社會關系、展示自我和互動交流的首選方式。在智慧校園中，社交網絡為師生的個性化協作學習提供了幫助[5]。

三、智慧校園建設總體架構模型

(一)智慧校園功能應用需求

1.綜合的統一管理平臺

智慧校園建設項目涉及的子系統繁多，周期長，規模大，根據目前校園信息化建設的發展趨勢，智慧校園的終極目標是建成一個集信息匯集、資源共享、應用整合和綜合運營為一體的統一管理平臺，能夠提供集成服務，諸如數據集成、流程集成、用戶界面集成等，有效改變教育系統各部門、院校對信息資源的壟斷和封閉的局面，從而實現區域或校園數據資源的共享，避免重復投資，從整體上提升教育信息化建設水平。

2.一站式服務需求

現有的數字化校園應用重管理輕服務現象嚴重，為師生提供的信息服務不夠全面，數字化校園多采用“技術導向”的思維模式，在實施過程中表現出明顯的“重建設、輕應用”偏向，一方面影響了教育信息化投資效率的發揮，更為重要的是對促進教育改革、推動學習方式變革、提高教育質量的影響甚微。

智慧校園的建設是實現業務的整合貫通，通過信息門戶，提供面向師生的一站式服務。

(1)面向校園管理的服務

借助于現代信息技術，實現對校園的基礎設施和日常管理應用進行統一規劃、設計、建設和運營，從校園的通信網絡、信息安全、日常辦公、安全防范等方面實現對校園管理的服務支撐。

(2)面向教學過程的服務

智慧校園的建設要能為多層次學歷教育和專項技能培訓的教學過程提供各種應用服務。

(3)面向校園生活的服務

教職員工和學生作為校園活動的主體，除了工作、學習在校園，還要生活在校園。所以，完善的校園生活服務是必須具備的，諸如日常生活中的用水、用電，食宿消費，信息查詢，圖書借閱、醫療健康等應用服務應力求人性化。

(二)智慧校園建設應遵循的原則

1.統一標準，資源共享原則

智慧校園的建設需要充分考慮相關信息系統與學校所在市、省教育信息資源的共享，建立信息資源共享機制，充分利用網絡基礎、業務系統和信息資源，加強整合，促進互聯互通、信息共享，使有限的資源發揮最大的效益。

2.開放性原則

智慧校園的建設要對各應用系統的開發平臺、數據庫和運行環境進行統一考慮。智慧校園在后期的應用過程中，校園網上的應用和資源會越來越多，如果對各項應用缺乏有效的組織和管理，技術升級存在風險，那么，業務系統維護的成本將會不斷增加。因此前期的建設必須考慮學校未來需求的變化和擴展，通過開放性的平臺進行持續改進，并能夠實現更加方便的系統維護。

3.以平臺為框架，無縫集成學校已建和今后新建的業務應用系統原則

在符合國家教育部和行業標準的體系指導下，建設智慧校園數據標準，以智慧校園平臺為框架，無縫集成學校已建和新建的業務應用系統，促進數據利用的最大化。最大程度融合數據交換集成、用戶管理、統一身份認證、業務數據整合、信息資源展示等，以標準、數據、應用、用戶作為重點要素為主線進行規劃和建設。

4.先進性原則

系統設計采用先進的智慧校園理念、先進技術和先進的系統工程方法。建設一個可持續發展的、具有先進性、開放性的智慧校園。

5.系統安全性原則

在系統軟設計與建設中，應該充分考慮數據安全、網絡安全，傳輸安全，管理安全等系統的安全。

(三)智慧校園建設總體架構模型

從數字校園到智慧校園，需要融合全新的服務理念、全面的管理業務和信息共享機制，優化流程，提升管理水平。基于智慧校園功能應用需求和設計原則，智慧校園的總體建設思路如圖1所示。

圖1 智慧校園總體建設思路

在借鑒國內多所高校智慧校園規劃建設模式的基礎上，我們設計了智慧校園建設的總體架構模型，如圖2所示。該模型從下到上依次分為感知層、網絡層、數據層、應用層和服務層共五個層次，輔以信息標準與規范體系、運行維護與安全體系兩個保障體系保障智慧校園的規范建設與運行維護。

圖2 智慧校園建設總體架構模型

1.感知層

在智慧校園中，通過無處不在的傳感器、攝像頭及各類應用系統，感知層對校園的人員、設備、資源等環境的全面感知，具體包括物與物的感知、人與物的感知以及系統間信息的實時感知、捕獲和傳遞等。這就要求傳感器不僅要實時感知人員、設備、資源的相關信息，還要感知學習者的個體特征和學習情境[6]。

2.網絡層

網絡層的主要功能是實現移動網、物聯網、校園網、視頻會議網等各類網絡的互聯互通，實現校園中人與人、物與物、人與物之間的全面互聯、互通與互動，為隨時、隨地、隨需的各類應用提供高速、泛在的網絡條件，從而增強信息獲取和實時服務的能力。

3.數據層

數據層負責對收集到信息的全面集成、數據挖掘和智能分析。依賴智慧校園中沉淀的多源、海量的非結構化和結構化數據，所有這些數據通過Hive-Hadoop集群進行挖掘，數據分析和處理的結果存儲在專用數據庫中供系統和用戶使用。智慧校園以實現個性化服務為目標，客觀上要求對校園用戶的實際需求進行挖掘。校園網、無線網、一卡通、MOOC、e-Learning系統、社交平臺等系統的海量日志蘊含了用戶日常學習、生活等網絡行為習慣和愛好，這為通過數據挖掘提升用戶的使用體驗，改進服務流程和提高服務質量提供了條件。

4.應用層

應用層主要提供個性化服務、智能決策服務等。通過教務管理系統、科研管理系統、人事管理系統、財務管理系統、資產管理系統等典型業務系統，以及傳感系統、視頻監控系統、社交網絡系統等新型業務系統，各種應用系統高度融合，構建開放的學習環境，最終實現為師生提供個性化、智能化的應用服務。

5.服務層

智慧校園通過對各種服務的融合，展現在用戶面前的不再是一個個孤立的應用系統，而是統一、友好的使用入口界面—綜合信息服務平臺(統一信息門戶)。統一信息門戶提供統一的接入門戶和入口界面，針對不同授權角色的用戶，提供個性化的信息服務。用戶只需訪問個性化的校園門戶，就可以進行各種信息資源的查詢、交互與協同。同時，通過信息化的服務方式提高了管理效率和管理水平，有助于監控服務質量，提高服務能力。

6.信息標準與規范體系

信息標準與規范體系確定了信息采集、信息處理、信息交換等過程的標準和規范，規范了應用系統的數據結構，滿足了信息化建設的要求，為數據融合和服務融合奠定了基礎。

7.運行維護與安全體系

運行維護與安全體系是智慧校園正常運行的重要保障。智慧校園中的安全涉及物理安全、網絡安全、數據安全和內容安全四個方面[7]。物理安全包括設備安全、環境安全、容災備份、介質安全等。網絡安全包括風險評估、安全檢測、數據備份、追蹤審計、安全防護等。數據安全主要涉及數據庫安全、數字簽名、認證技術等。而內容安全主要包括數據挖掘、隱私保護、信息過濾等內容。

四、智慧校園典型應用分析

1.智慧教育

智慧教育是教育信息化的新境界，是數字教育的高級發展階段。智慧教育依托物聯網、云計算、大數據等技術，建設智能化、物聯化、感知化、泛在化的教育生態系統，構建支持協作學習和個性化學習的智慧學習環境，實現信息技術與教育業務的深度融合，通過運用智慧教學法，促進學習者開展智慧學習，培養智慧人才[8-9]。另外，智慧教育以學習者為中心，提供微課、電子教材、移動課件、MOOCs等開放學習資源，支持云學習、泛在學習、無縫學習等學習方式。作為智慧教育的一種典型應用，智慧教學模式如圖3所示[10-12]。

圖3 智慧教學模式

2.智慧科研

在智慧校園中構建智慧科研服務平臺，對科研的方向、成果、動態等進行跟蹤，對科研工作進行智能管理，科學研究活動的開展將變得更為快捷、高效和便利[13]。在科研項目申報過程中，教師申報的過程將會更為便捷，科研項目申請表中個人的基礎信息將可以實現自動填報，還能主動推薦合作成員，校內團隊成員的基礎信息也能實現自動添加。在科學研究活動過程中，智慧校園將提供更加智能的知識管理服務、高效的協同支持服務、便利的科研項目事務管理服務等，使得研究工作更加高效、協同。另外，智慧校園還能實現科研成果的智能匯集和跟蹤。例如，發表論文被引用、檢索的自動跟蹤，科研成果的自動匯集和統計等。

智慧科研典型應用的功能結構如圖4所示。

圖4 智慧科研典型應用的功能結構

3.智慧管理

隨著物聯網、大數據等先進信息技術的應用，教育管理將逐漸向智慧管理方向發展。智慧管理通過智慧管理云服務平臺，為教育管理提供數據集成、數據挖掘、運行狀況實時監控等業務支持，實現教育管理智慧決策，教育管理可視化、實時監控安全預警和遠程督導功能，從而提高教育管理的智慧化水平[14]。

在智慧校園環境下，充分利用大數據創新服務管理的方式，優化管理決策。利用數據挖掘，為學校、各業務部門和院系提供分級、分類授權的統計信息報表，從而為各種科學決策提供基礎的數據支持[15]。根據各業務部門的實際需求，對全校不同類型的多源數據進行綜合統計和分析，通過橫向和縱向的比較，發現存在的問題，采取相應的措施，輔助管理決策，從而提高學校的管理水平。例如，可以開展教學評估效果與人才培養模式的決策支持、科研和學科發展狀況與激勵政策的決策支持、師資隊伍建設狀況與人才激勵政策的決策支持、學校財務狀況與相關政策的決策支持等。

五、結束語

基于統一管理平臺的智慧校園建設方案，結合了當前熱門的物聯網、云計算等技術，它的主要優勢可以體現在兩個方面：首先在于實現比數字化校園更高程度上的智能化，能夠滿足當前學校師生用戶的個性化要求；其次是有利于資源的融合、人力物力等成本的節約，能夠推動學校信息化建設早日實現高效化和低碳化。但該設計方案的事實會面臨一系列的挑戰，比如，各類各級系統的兼容性不強，優質的原創和創新性資源匱乏，網絡教學創新、優化調整的難度較高等，也就是說學校原有的架構是智慧校園建設和發展的瓶頸。當然，隨著社會的發展，科技的進步，智慧校園的建設也在不斷發展和進步，后續的研究將更多地關注對智慧校園建設的典型模式分析與優化，對智慧校園的典型應用模式進行跟蹤分析，以及對智慧校園建設應用的效益評估與優化等。

[1][6]黃榮懷,張進寶,胡永斌等.智慧校園:數字校園發展的必然趨勢[J].開放教育研究,2012,(4):12-17.

[2]蔣東興.“云端一體化”高校智慧校園暢想[J].中國教育網絡,2014,(1):49-52.

[3]紀佩宇,聶明輝.江蘇警官學院:打造智能化智慧校園[J].中國教育網絡,2014,(2):65-67.

[4][15]宓詠,趙澤宇.大數據創新智慧校園服務[J].中國教育信息化,2013,(24):3-7.

[5]胡欽太,鄭凱,林南暉.教育信息化的發展轉型:從“數字校園”到“智慧校園”[J].中國電化教育,2014,(1):35-39.

[7]張新剛,田燕.數字化校園信息安全立體防御體系的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2012,(10):114-119.

[8]楊現民.信息時代智慧教育的內涵與特征[J].中國電化教育,2014,(1):29-34.

[9]賀斌.智慧學習:內涵、演進與趨向—學習者的視角[J].電化教育研究,2013,(11):24-33.

[10]祝智庭,管玨琪.教育變革中的技術力量[J].中國電化教育,2014,(1):1-9.

[11]祝智庭,賀斌.智慧教育：教育信息化的新境界[J].電化教育研究,2012,(12):5-13.

[12]劉俊.智慧教育環境及其實現方式設計[J].中國電化教育,2013,(12):20-26.

[14]榮榮,楊現民,陳耀華等.教育管理信息化新發展:走向智慧管理[J].中國電化教育,2014,(3):30-37.

王燕：副教授，碩士，研究方向為網絡教育教學與研究(wylggg@126.com)。

2014年6月13日

責任編輯：李馨 趙云建

Smart Campus Construction Overall Architecture Model and Typical Applications Prospects

Wang Yan

(College of Journalism and Communication, Nanyang Normal University, Nanyang Henan 473061)

Smart campus is a new stage of development of information technology. From the digital campus to the smart campus, it has very important signi fi cance that strengthens the top-level design of smart campus and builds the overall architecture model of smart campus. Typical applications carried out in the smart campus has a good role model to promote the construction and application process for the smart campus. In order to explore the construction mode of smart campus, the overall architecture model is designed based on the analysis of connotation characteristics and key technologies of smart campus, which includes the perception layer, network layer, data layer, application layer and service layer from bottom to top.Construction standard and operation maintenance of smart campus is ensured through information Standards, Standard system, Operation maintenance and Security system. Finally this paper prospects typical applications of smart campus through smart teachings, smart experiment ,smart research and smart management.

Smart Campus;Smart Education;Smart Research;Smart Management;Big Data;

G434

A

1006—9860(2014)09—0088—05

* 本文得到河南省科技廳軟科學研究計劃項目“生態文明語境下的高校影視教育研究”(項目編號：132400411359)、河南省教育廳自然科學研究項目“基于云服務的數字化校園建設與應用研究”(項目編號：13A520815)、河南省信息技術教育研究項目“基于云計算的數字化校園建設與應用研究”(項目編號：ITE2011)的資助。