基于大數據的組態化智慧校園建設探討

趙海波

摘 要 分析了高等學校信息化發展狀況及智慧校園建設的需求和目標，以及當前流行的技術體系。以高等學校業務系統為基礎，設計了高等學校智慧校園的組態化體系架構，該架構綜合運用了當前流行的云計算、物聯網、云計算等技術，提出的不同高等學校在建設智慧校園進程中依據不同階段需求進行組態化選擇的建設模式，具有很好的借鑒意義。

關鍵詞 智慧校園；組態化；大數據；物聯網

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）208-0072-03

1 高等學校信息化發展狀況

1.1 我國高等學校信息化建設情況

我國高等學校信息化開始于20世紀80年代，經過了30多年的發展，從20世紀80年代的電子化、20世紀90年代校園網建設，到21世紀初的信息化系統建設和數字化校園集成，目前普遍都實現了數字化校園[ 1 ]。在數字校園中，各個系統各自為陣，數據分散，形成“信息孤島”，沒有形成一個整體，發揮大數據的潛力和數據應用智慧能力。隨著新技術的不斷出現，為了打破數字化校園形成的“信息孤島”，形成數據的智慧力量，智慧校園建設是我國高等學校的信息化建設的一個重要方向。

1.2 智慧校園建設需求

高等學校智慧校園是逐步從數字化校園發展來的，數字化校園是為了實現學校教學、管理和服務的信息化，實現學校教學資源的合理有效分配使用，提高辦學質量、提高信息化管控服務能力、提高學校綜合管理水平。我國推廣教育信息化已有很多年，現在高等學校基本上都已經建設完成了非常完善的校園網絡、校園門戶網站、教務管理系統、科研管理系統、人事財務管理系統、教學資源庫、學生信息管理系統等涵蓋教學、科研、管理的各種應用系統，這些信息化系統在高等學校實際應用中效果良好，為高等學校智慧校園的建設創造了很好的基礎。高等學校這些應用系統的使用中積累了大量的數據。隨著大數據等IT技術的發展成熟，將各系統積累的海量數據應用起來，建設具有智慧的校園信息化環境的條件也已經成熟[ 2 ]。

2 智慧校園的建設目標

2.1 智慧校園的內涵

隨著IT技術的不斷進步，高等學校的信息化從數字化校園正進一步向智慧型校園方向前進。智慧校園需要突破數字化校園的時間與空間限制，利用大數據、云計算、物聯網等先進的IT技術手段，以現有的信息化系統和網絡為基礎，建立起集教學、科研、管理決策、各種服務為整體的綜合信息化環境。智慧校園建設的內涵是利用科技技術如云計算、大數據、物聯網、面向服務等IT技術，融合現有各種應用信息系統形成整體，具有智慧的綜合平臺[3]。為廣大師生提供人性化的教學及生活服務，并且輔助行政管理人員做好科學決策，形成IT技術與物理校園融合的虛擬化校園環境。

2.2 多維度的智慧校園建設分析

目前分析的智慧校園的發展策略是以現有系統及物聯網技術采集的各種數據組成的大數據為基礎，以大數據技術、云計算、傳感器、社交網絡等技術手段，對現有數字化的校園升級拓展，充分利用數據，讓數據發揮智慧效力，形成一個極具智慧，讓人體驗人性化服務的信息化環境[4]。因此智慧校園的建設一般包含以下需求。

2.2.1 數據共享

智慧校園利用物聯網等技術實現全校園人、物、設備的全數據接入和監控。現有的各種信息化系統，積累的各種數據包含教學、管理、服務等種類繁多、數量巨大，但由于存在“信息孤島”，導致數據無法共享，在智慧校園的規劃設計中，應該制定相應的標準，以先進的云存儲策略形成合理的共享機制，讓數據得到充分應用，避免系統重復建設和數據的不一致性。

2.2.2 智慧型教學服務

高等學校的本質任務就是人才培養，因此智慧型的教學服務是高等學校智慧校園建設需要考慮的最重要目標。在IT技術的高速發展情況下，課堂教學與移動化教學相融合的智慧型教學方式也必定是一個大趨勢。在校園社交網絡、在線教育、精品課程等IT技術平臺的支撐下，智慧校園中教師可以不受時空和個人知識能力的限制，根據各種教學資源、以及其他老師教學反饋的數據進行教學安排；基于大數據對學生的全面分析，對學生因材施教，進行個性化培養也是人才培養方案建設的目標，也能給予學生在心理健康，就業指導方面更加合理和個性化的指導；教學評價活動不再是片面的打分評價，而是根據師生的互動以及學生日常學習產生的大數據開展多維度、全面、客觀的評價；學校在教學管理上可以根據數據分析提高管理能力。

2.2.3 智慧型生活服務

智慧型的校園的生活服務方面將師生在校園生活作為服務對象，整合全校的各種生活資源，并且拓展校外的社會服務資源，構造一個完整的生活環境，利用移動網絡構造一站式智慧型的生活服務體系，讓師生在日常工作學習中無時無刻都能享受方便的信息化服務。構建智慧的后勤服務管理信息化平臺，為校園環境綜合監控治理、校園的環保節能、安全監控，教室實訓室監測、后勤車輛管理、校園一卡通服務等提供信息化支持，提高后勤管理服務水平。

2.2.4 智慧型管理

智慧校園負責整個校園的資源管理和調度，為整個學校各個部門的協同辦公及信息化提供支持。基于大數據的智慧校園在大數據整合分析、數據挖掘的支持下提高洞察力，為學校行政管理人員提供全方位、多維度的最新校園情況，及時為相應部門提供預警和科學化指導，為校領導在學校發展規劃、制度制定、科學管理、科學決策方面提供精確數據的支持，提高領導和決策管理水平。

2.2.5 統一管理維護與數據安全

智慧校園的規劃應該站在全校整體的高度做頂層設計，對所有信息化系統做整體規劃和管理維護。在信息化運營中會涉及到大量的數據，數據安全穩定極其重要，智慧校園的數據安全防護設計應保護數據安全，保障智慧校園各項業務應用系統安全高效穩定運行。

3 智慧校園建設方案

3.1 關鍵技術

智慧校園建設過程中，從如下4個維度進行關鍵技術的研究，分別是：

1）大數據。“大數據”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力來適應海量、高增長率和多樣化的信息資產[5]。最重要的功能是對海量的數據進行整理和數據挖掘。智慧校園的特點就是通過各種應用系統、物聯網等手段獲取了大量活動過程數據與狀態數據，并對這些數據進行分析而發現規律，提高洞察力，提供智慧服務[5]。

2）云計算。云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡、熱備份冗余等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物[6]。智慧校園是個龐雜的大型系統，采用云計算模式，能夠得到更好的性能支持。

3）物聯網、移動互聯。物聯網通過智能感知、射頻識別等通信技術，把各種物、設備和人員等的數據采集起來，形成人與物、物與物全接入，實現智能化的識別監測、控制和預警，實現校園由物理校園向虛擬化轉化。

4）社交網絡。社交網絡是一個能夠相互溝通交流、相互參與互動平臺。目前社交網絡基本涵蓋了人類社交的所有服務形式，這對于高等學校師生的交流合作與知識分享提供了最為便捷的手段，是廣大師生獲取智慧服務的關鍵途徑，也是實現智慧校園的關鍵技術。

3.2 組態化智慧校園的體系架構

與數字化校園不同，智慧校園更注重校園的線下與線上的深度融合。綜合分析相關的IT技術和現有的校園信息化管理系統后，引入大數據技術、云計算、物聯網技術，以信息互通、數據共享為目標，為師生提供實時高效和個性化的信息化服務，全方位提升高等學校教學管理和綜合治理水平，提出了智慧校園的體系架構方案。智慧校園體系架構由智能感知層、網絡通信層、云計算層、大數據業務支撐層、智慧校園業務應用層和終端層等六個邏輯層組成[7-8]，加上信息化支撐平臺本身所需要的支撐保障體系如數據標準與規范體系和系統安全與運維體系，以及智慧校園的用戶群體，形成如圖1所示的多維度的高等學校智慧校園體系架構。

1）智能感知層。一般采用無線傳感器網絡WSN、射頻RFID、ZigBee通信技術、網絡攝像機等智能感知和近場通信的相關物聯網技術，采集校園各類環境、資源與活動的實時數據，實現對校園各類設施的運行狀態、師生的活動軌跡、師生與校園環境的互動情況等進行全面感知，為全面數據采集與實時反饋控制提供基礎數據支持。

2）網絡通信層。綜合采用校園有線網絡、WiFi無線網絡、3G/4G移動網絡等通信技術，為智能感知層采集的各類環境和活動數據提供高覆蓋的傳輸服務，為師生隨時隨地使用互聯網提供高速訪問服務、為校園各類智慧應用提供高可靠的網絡接入服務，從而為智慧校園提供數據通信支持。

3）云計算層。綜合采用虛擬化、分布式計算、分布式存儲等技術，實現高效、可靠的云計算服務，為智慧校園的大數據處理和智慧應用提供高性能計算和存儲支持。

4）大數據業務支撐層。大數據業務支撐層是實現智慧校園的關鍵所在，包括數據的整合存儲與計算的物理平臺、信息收集與數據管理平臺、以及數據分析處理和數據挖掘的應用平臺，是聚合校園各種信息的中心，是各種智慧應用的“智庫”。

5）智慧校園業務應用層。智慧校園業務應用層是高等學校智慧校園體現智慧的重要場景，基于大數據層對數據的整合分析和挖掘后，各類應用系統都應該具有智慧的“頭腦”，在校園的各種教學管理、生活服務、科學管理決策方面提供洞察力、預警和科學指導。

6）終端層。終端層利用傳統PC計算機、智能手機、等在內的多種終端，根據不同的使用環境和應用場景為用戶提供個性化的人機交互模式，全方位提升用戶體驗，切身感受智慧服務。

7）支撐保障體系。支撐保障體系主要包含數據標準規范體系及系統安全運維服務體系，為智慧校園安全、穩定、高效的運行提供有力的技術保障。

該智慧校園體系架構是在數字信息化校園的基礎上，引入了云計算、大數據、物聯網等先進IT技術。在整個架構中，大數據分析平臺的數據分析挖掘及云計算技術的應用，是智慧校園實現智慧功能的關鍵，社交網絡技術是展現智慧型服務的關鍵。

3.3 組態化智慧校園建設方式說明

基于關鍵技術的“大數據、云計算、移動互聯與智能感知、社交網絡”4個關鍵技術維度和本篇設計的6個層面“智能感知層、網絡通信層、云計算層、大數據業務支撐層、智慧校園業務應用層、終端層”加一個“支撐保障體系”的智慧校園整體體系架構，形成了在高等學校常規智慧校園建設中的多組態形式。

各高等學校可根據自身校園信息化建設水平和應用層面，在逐步深入進行數字化校園應用，加快智慧校園建設過程中，依據不同階段的信息化建設需求，采取適中的技術手段，進行不同層面的智慧校園建設，滿足高等學校在不同時期的建設要求。

4 結論

智慧校園建設是一個復雜的綜合工程，要在全校整體戰略高度統籌規劃做頂層設計，要打通各部門的信息通道，明確各階段的建設需求，以面向服務對象的思路來進行系統劃分，在明確智慧校園建設的關鍵技術和體系架構基礎上按需建設，通過統籌規劃逐步達到智慧校園的各項建設目標。

參考文獻

[1]蘇忠.數學媒體技術在高等學校數字化校園建設中的應用[J].金陵科技學院學報，2016，32（4）：50-53.

[2]黃榮懷.智慧校園：數字校園發展的必然趨勢[J].開放教育研究，2012，18（4）：12-17.

[3]梁桂才.云計算模式下數字校園海量數據的安全性研究[J].佳木斯教育學院學報，2013（10）：486-487.

[4]蔣東興，付小龍，袁芳，等.大數據背景下的高等學校智慧校園建設探討[J].華東師范大學學報（自然科學版），2015（s1）：119-125.

[5]大數據.https：//baike.baidu.com/item/大數據/1356941.

[6]云計算.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%91%E8%AE% A1%E7%AE%97.

[7]王燕.智慧校園建設總體架構模型及典型應用分析[J].中國電化教育，2014（9）：88-92.

[8]羅丹，徐鴻雁，張詩雨.大數據環境下智慧校園的設計與實現[J].計算機與現代化，2016（9）：109-114.