智慧校園建設總體架構模型及典型應用分析

曹彩鳳

摘要：隨著物聯網、云計算、移動互聯網、智能終端、大數據分析、人工智能等新一代信息技術在教育領域的廣泛應用，教育觀念和教育方式也隨之不斷革新。研究新時代背景下智慧校園建設的有關問題，對推動學校信息化建設具有十分重要的意義。本文從智慧校園的特點、技術特征、功能需求入手，對如何構建智慧校園總體架構模型展開論述，并對其構建原則、典型應用進行分析，以期對智慧校園的建設與應用提供參考。

關鍵詞：智慧校園;建設總體架構模型;典型應用

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）16-0216-02

2018年教育部印發了《教育信息化2.0行動計劃》，對教育信息化工作提出了新的發展目標和要求。大力推進智能教育，構建以學習者為中心，信息技術和智能技術深度融合，滿足時時可學、處處可學、人人可學的智能學習新要求的智慧化教育教學新環境，發展面向5G網絡技術的高校智能學習體系，是新的時代背景下對高校智慧校園建設提出的新的要求。

1智慧校園的概念及特點

1.1 智慧校園的概念

智慧校園是指物理空間和信息空間有機銜接，是任何人、任何時間、任何地點都能便捷的獲取資源和服務。智慧校園是數字校園的進一步發展和提升，是教育信息化的更高級形態。[1]

1.2 智慧校園的特點

1）網絡環境和應用環境一體化。實現了有線網、無線網、監控網等多種網絡系統及多個信息系統的融合。可以在任何地點、任何時間，對其提供高速并廣泛的網絡環境。

2）廣泛感知的信息終端。包括輻射、位置、影像、溫度以及光線等技術，現如今這些智能感應技術已經被廣泛應用，形成了全方位的智能環境，通過這些技術可以使獲得的監測信息具有時效性與準確性。

3）依托平臺處理綜合業務。通過整合、協同，使其能夠充分發揮整體效能，利用智能技術對大量數據信息進行存儲、分析以及計算，為廣大師生提供全面的綜合業務處理和服務平臺。[2]

4）提供管理決策依據。依托智慧校園平臺收集各類數據，利用大數據技術進行深度挖掘和合理分析，從而為學校工作決策提供真實可靠的依據。

5）服務個性化。依托大數據，提供基于個人的個性化信息定制服務。

6）智慧課堂。可滿足學校教師及學生的個性化教學需求，擺脫傳統教學方式，實現教學模式改革，借助全覆蓋的網絡環境，依托移動終端及云服務，使教師和學生可以在任何時間、任何地點和任何人進行探究學習、互動教學、協同合作。

7）利用云服務構建資源云平臺及學習社區。在云平臺上提供海量優質教學資源，與教學無縫銜接，滿足教學需要，通過學習社區使學校管理層、教師、學生、家長、能夠及時互動，分享經驗和智慧，整合各種資源，促進學生成長。

2 智慧校園的特征

2.1 智慧校園的技術特征

智慧校園的技術主要包括物聯網、云計算、移動互聯、大數據分析及人工智能。物聯網通過各種信息傳感器、定位器、識別器、感應器將采集到的數據傳輸到云平臺，通過云計算、大數據分析及人工智能為學校管理者提供學校管理策略分析，為教師、學生的科研、教學、生活提供更為優質的服務，不同的使用者根據自身權限可以通過移動互聯和云平臺隨時隨地的獲取到相應數據信息及服務。通過這種模式，智慧校園能深入到學校的方方面面，有效增加管理效率，減少管理成本，為決策者提供管理策略依據，為使用者提供更好的服務。

2.2 智慧校園的資源特征

在創建智慧校園的過程中資源建設具有以下特征：

1）依托物聯網和云計算實現各類資源應用的新模式。資源平臺的職能從提供簡單資源存儲和管理轉變為資源獲取、存儲、共享、應用與創新于一體的知識管理平臺。

2）資源從傳統靜態、封閉文件、圖像等素材資源轉向動態、開放共享的移動學習資源、微課、慕課及電子教材的設計與開發。

2.3 智慧校園的教學特征

智慧校園的教學特征主要體現在：學生獲取知識的途徑，從單一轉向多元，從靜態轉向動態，從被動轉向主動。在傳統教育過程中，學生獲得知識的途徑很單一，一般只有在課堂上被動學習，雖然可以通過自主學習獲取知識，但是學習效率不盡人意。在智慧校園中學生獲得知識的途徑得到極大的拓展，學生可以依托智慧校園平臺在各自的起點水平上獲取知識與能力，以學生為主體，通過自主探究、互動教學、協同合作等方式方法進行高效互動，促進知識建構，獲得能力發展，根據自身需求靈活主動的進行學習，從被動學習變為主動學習。教師也可以在平臺上便利的獲取各類教學資源，并可以根據學生學習狀態進行動態跟蹤分析，輔助教學決策。

3 智慧校園的總體構架建設模型

3.1 智能校園功能需求分析

3.1.1 綜合的統一管理平臺

智慧校園建設是一個較為復雜的過程，目前智慧校園比較注重管理方面，但是在服務方面有所缺陷，存在信息孤島，學校雖然建立多個系統，但這些系統及數據相對獨立，不能有效及時交互，無法全面的為教師和學生提供相應的信息服務。隨著教育信息化的不斷發展，智慧校園需要建成一個統一管理平臺，利用平臺進行信息獲取、資源共享、應用整合和綜合服務，實現區域或校園數據資源的共享，有效提升學校決策管理、教師科學研究、師生學習生活服務，從而在整體上提升教育信息化建設的水平。

3.1.2 智慧型決策管理

依托大數據分析及人工智能，智慧校園即能夠對全校資源進行管理和調度，實現各院系、各部門協同合作;又能為師生個人信息關聯學校各級管理部門業務協作提供有力的信息支持，還能為學校管理提供科學的決策支持。

3.1.3 智慧型學校管理

隨著教育信息化的不斷發展，智慧校園管理也得到了長足的進步，依托云平臺利用信息共享學校管理深入學校的后勤管理、人事管理、學生管理、教學管理、科研管理、安全管理等各個方面。

3.1.4 智慧型人才培養

教師依托平臺管理得到學生學習反饋的大數據可以有針對性的備課、上課，學生能夠得到基于大數據分析的適時、貼切的個性化指導，利用移動互聯技術師生學習、交流都可以隨時隨地的進行，教學評價能夠在大數據的支持下進行多維、動態、全面、智能的評價，因材施教和個性化培養成為主流。

3.1.5 智慧型科學研究

隨著科學技術的不斷發展，學科之間聯系越來越多，很多科研成果都是多專業多學科合作完成的，所以開展跨專業、跨學科“集群”式科學研究勢在必行，在智慧校園中多個學科可以在科學研究大數據及統一管理平臺的支持下進行高效的協同工作，實現跨學科、多專業協作科研，幫助科研人員對科研過程中的數據進行及時、到位的統計分析，對研究成果進行智能、自動的匯總，提高科研的效率與質量。

3.1.6 智慧型校園生活服務

從服務師生的角度出發，以師生校內生活為核心，通過一體化信息服務平臺，提供在線選課、預約自習室、借閱圖書、參加講座等服務，積極拓展校外生活服務資源，例如求學、就業、醫院預約等業務，為師生提供便捷的信息化生活服務。

3.2 智慧校園建設應該遵循的原則

3.2.1 先進性與成熟性

在智慧校園建設中不僅要應用成熟的技術和架構，確保系統設計運行可靠穩定，還要具備先進性，使系統運行若干年后具備一定的領先地位，這需要在設計初期就要考慮以后智慧校園的發展，把先進性放在首要位置。

3.2.2 開放性和標準化

系統設計應當遵循中華人民共和國國家標準和教育部標準，考慮到以后軟硬件的發展、功能及應用的開發，整個系統的開發應保證其具備開放性，用于適應用戶需求不斷地發展，在此過程中要符合教育部數據交換標準，能夠與符合上述標準的其他系統交換信息，實現信息資源一致與共享。

3.2.3 安全性和保密性

在系統開發過程中需要注意系統的安全性和保密性，智慧校園系統因為具有統一服務平臺，平臺用戶數據安全非同小可，所以在開發系統過程中要對用戶進行分級設定，不同的用戶在數據庫訪問、操作權限、數據讀取權限等進行分級，不同用戶具備不同等級，尤其是在科研中要根據該用戶在此項科研中的身份進行授權，科研課題結束后收回科研權限，等下次課題研究開始時，重新賦予用戶相應權限。智慧校園平臺自身也要注意自身軟硬件維護，從訪問控制、數據加密、通信安全、系統安全等多方面進行安全防護。

3.2.4 可擴展性及易維護性

隨著信息技術的快速發展，在系統開發過程中要充分考慮到軟硬件系統的升級及各種功能的增減，所以要注重系統模塊化、分層化設計，使系統能夠在保證前期效果的同時，便于維護并能夠及時擴展升級軟硬件。

3.3 智慧校園總體構架

3.3.1 網絡基礎設施

包括網絡、攝像頭、傳感器、服務器、存儲等硬件設備。其中數據中心支撐著智慧校園的上層應用，提供先進管理工具的同時，幫助學校建立數據生態圈，確保學校網絡基礎設施建設健康有序的發展與提升。

3.3.2 應用支撐平臺

在網絡基礎設施建設完成后，構建基礎架構平臺，提供基于統一管理平臺的智慧校園所需的應用系統及服務的運行監控、管理、維護等服務，包括平臺管理控制、平臺應用工具包、數據交換引擎等，它為上層應用提供服務，是上層應用系統集成的基礎。

3.3.3 應用服務

平臺所提供的所有的業務以服務在該層統一聚合，形成基于云平臺的服務組合，在這里整合了學校管理、教育教學管理、人事后勤管理、安全管理、生活服務等應用，通過身份認證形獲得不同權限，接受與自己相關的服務，依托這些服務更好地為學校、師生提供更好的環境。

3.3.4 安全保障體系

安全保障體系是智慧校園的重中之重，統一管理平臺管理全校所有數據，數據出現意外后果不堪設想，所以在硬件上要保證核心設備的高可靠性，關鍵設備的雙機冗余備份，在系統架構、網絡安全、設備安全等關鍵工作上做精做細，還要注重設備的容災能力及不間斷電源保障能力;在軟件上要注重操作系統安全、用戶身份驗證、用戶權限設置等，確保系統安全、高效運行。

4 智慧校園的典型應用

4.1 個性化智能教學系統

在信息技術高速發展的今天，傳統教學模式受到前所未有的沖擊，如果繼續抱殘守缺，那么在以后的教學過程中學校將不具備核心競爭力，個性化的智能教學系統將解決這個問題，利用人工智能在大數據和云計算的支持下，針對不同學生制訂不同的教學策略，學生根據個性化的教學策略去進行學習，教師根據教學策略因材施教。此外，個性化智能教學系統還為教師、學生提供大量學習資源，包括微課、慕課、云教學視頻支持教師、學生隨時隨地學習。

4.2 安全管理系統

在學校管理過程中，時有發生危及師生安全的事故，如學生宿舍容易出現因使用劣質電器、強弱電亂接等現象發生火災事故，宿管人員也不能實時觀察到宿舍情況，在這種情況下，可以采用煙霧報警器、室溫感應器、火焰傳感器等來進行實時監測，一旦發生火情，宿管人員及安保人員能夠通過智慧校園統一管理平臺及時得到信息，從而達到減少火災事故的效果。[3]外來人員進入校園，通過攝像頭，可以在智慧校園統一管理平臺上實時監控，預防犯罪行為的發生。

4.3 衛生與健康檢測系統

通過智慧校園統一服務平臺，我們利用物聯網和大數據技術可以對自身健康數據進行挖掘與分析，一旦有身體不適，可通過平臺預約醫院及時就醫，遇到突發疾病或突發事件也可通過平臺進行一鍵呼救，附近安保人員及學校工作人員可及時進行救援。

5 總結

目前，智慧校園建設軟、硬件技術與設備已較為成熟，所具備的服務也基本可以滿足需求，在成本節約、資源共享、數據聯通方面具有較大優勢，隨著信息技術的進步未來智慧校園建設將會越來越先進，為用戶提供更多、更好的服務。本文所述的智慧校園總體框架結構及典型應用對智慧校園建設提供了一些參考，但是如何進一步完善功能服務，實現更深層次、更具人性化的支持服務還需要結合實際不斷探索。

參考文獻：

[1] 蔣東興，付小龍，袁芳，等.大數據背景下的高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）：119-125，131.

[2] 周正貴.基于物聯網技術的智慧校園研究[J].科技風，2020（9）：115.

【通聯編輯：光文玲】