智慧校園建設(shè)總體架構(gòu)模型及典型應(yīng)用分析

曹彩鳳

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能終端、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，教育觀念和教育方式也隨之不斷革新。研究新時(shí)代背景下智慧校園建設(shè)的有關(guān)問題，對推動(dòng)學(xué)校信息化建設(shè)具有十分重要的意義。本文從智慧校園的特點(diǎn)、技術(shù)特征、功能需求入手，對如何構(gòu)建智慧校園總體架構(gòu)模型展開論述，并對其構(gòu)建原則、典型應(yīng)用進(jìn)行分析，以期對智慧校園的建設(shè)與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧校園;建設(shè)總體架構(gòu)模型;典型應(yīng)用

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）16-0216-02

2018年教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，對教育信息化工作提出了新的發(fā)展目標(biāo)和要求。大力推進(jìn)智能教育，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心，信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融合，滿足時(shí)時(shí)可學(xué)、處處可學(xué)、人人可學(xué)的智能學(xué)習(xí)新要求的智慧化教育教學(xué)新環(huán)境，發(fā)展面向5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校智能學(xué)習(xí)體系，是新的時(shí)代背景下對高校智慧校園建設(shè)提出的新的要求。

1智慧校園的概念及特點(diǎn)

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(jī)銜接，是任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能便捷的獲取資源和服務(wù)。智慧校園是數(shù)字校園的進(jìn)一步發(fā)展和提升，是教育信息化的更高級形態(tài)。[1]

1.2 智慧校園的特點(diǎn)

1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境一體化。實(shí)現(xiàn)了有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及多個(gè)信息系統(tǒng)的融合?？梢栽谌魏蔚攸c(diǎn)、任何時(shí)間，對其提供高速并廣泛的網(wǎng)絡(luò)環(huán)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(shù)，現(xiàn)如今這些智能感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，形成了全方位的智能環(huán)境，通過這些技術(shù)可以使獲得的監(jiān)測信息具有時(shí)效性與準(zhǔn)確性。

3）依托平臺處理綜合業(yè)務(wù)。通過整合、協(xié)同，使其能夠充分發(fā)揮整體效能，利用智能技術(shù)對大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、分析以及計(jì)算，為廣大師生提供全面的綜合業(yè)務(wù)處理和服務(wù)平臺。[2]

4）提供管理決策依據(jù)。依托智慧校園平臺收集各類數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行深度挖掘和合理分析，從而為學(xué)校工作決策提供真實(shí)可靠的依據(jù)。

5）服務(wù)個(gè)性化。依托大數(shù)據(jù)，提供基于個(gè)人的個(gè)性化信息定制服務(wù)。

6）智慧課堂?？蓾M足學(xué)校教師及學(xué)生的個(gè)性化教學(xué)需求，擺脫傳統(tǒng)教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式改革，借助全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，依托移動(dòng)終端及云服務(wù)，使教師和學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)和任何人進(jìn)行探究學(xué)習(xí)、互動(dòng)教學(xué)、協(xié)同合作。

7）利用云服務(wù)構(gòu)建資源云平臺及學(xué)習(xí)社區(qū)。在云平臺上提供海量優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，與教學(xué)無縫銜接，滿足教學(xué)需要，通過學(xué)習(xí)社區(qū)使學(xué)校管理層、教師、學(xué)生、家長、能夠及時(shí)互動(dòng)，分享經(jīng)驗(yàn)和智慧，整合各種資源，促進(jìn)學(xué)生成長。

2 智慧校園的特征

2.1 智慧校園的技術(shù)特征

智慧校園的技術(shù)主要包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析及人工智能。物聯(lián)網(wǎng)通過各種信息傳感器、定位器、識別器、感應(yīng)器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析及人工智能為學(xué)校管理者提供學(xué)校管理策略分析，為教師、學(xué)生的科研、教學(xué)、生活提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，不同的使用者根據(jù)自身權(quán)限可以通過移動(dòng)互聯(lián)和云平臺隨時(shí)隨地的獲取到相應(yīng)數(shù)據(jù)信息及服務(wù)。通過這種模式，智慧校園能深入到學(xué)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(jù)，為使用者提供更好的服務(wù)。

2.2 智慧校園的資源特征

在創(chuàng)建智慧校園的過程中資源建設(shè)具有以下特征：

1）依托物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算實(shí)現(xiàn)各類資源應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)橘Y源獲取、存儲、共享、應(yīng)用與創(chuàng)新于一體的知識管理平臺。

2）資源從傳統(tǒng)靜態(tài)、封閉文件、圖像等素材資源轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)、開放共享的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源、微課、慕課及電子教材的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

2.3 智慧校園的教學(xué)特征

智慧校園的教學(xué)特征主要體現(xiàn)在：學(xué)生獲取知識的途徑，從單一轉(zhuǎn)向多元，從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)，從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)。在傳統(tǒng)教育過程中，學(xué)生獲得知識的途徑很單一，一般只有在課堂上被動(dòng)學(xué)習(xí)，雖然可以通過自主學(xué)習(xí)獲取知識，但是學(xué)習(xí)效率不盡人意。在智慧校園中學(xué)生獲得知識的途徑得到極大的拓展，學(xué)生可以依托智慧校園平臺在各自的起點(diǎn)水平上獲取知識與能力，以學(xué)生為主體，通過自主探究、互動(dòng)教學(xué)、協(xié)同合作等方式方法進(jìn)行高效互動(dòng)，促進(jìn)知識建構(gòu)，獲得能力發(fā)展，根據(jù)自身需求靈活主動(dòng)的進(jìn)行學(xué)習(xí)，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。教師也可以在平臺上便利的獲取各類教學(xué)資源，并可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤分析，輔助教學(xué)決策。

3 智慧校園的總體構(gòu)架建設(shè)模型

3.1 智能校園功能需求分析

3.1.1 綜合的統(tǒng)一管理平臺

智慧校園建設(shè)是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，目前智慧校園比較注重管理方面，但是在服務(wù)方面有所缺陷，存在信息孤島，學(xué)校雖然建立多個(gè)系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)及數(shù)據(jù)相對獨(dú)立，不能有效及時(shí)交互，無法全面的為教師和學(xué)生提供相應(yīng)的信息服務(wù)。隨著教育信息化的不斷發(fā)展，智慧校園需要建成一個(gè)統(tǒng)一管理平臺，利用平臺進(jìn)行信息獲取、資源共享、應(yīng)用整合和綜合服務(wù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域或校園數(shù)據(jù)資源的共享，有效提升學(xué)校決策管理、教師科學(xué)研究、師生學(xué)習(xí)生活服務(wù)，從而在整體上提升教育信息化建設(shè)的水平。

3.1.2 智慧型決策管理

依托大數(shù)據(jù)分析及人工智能，智慧校園即能夠?qū)θＹY源進(jìn)行管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)各院系、各部門協(xié)同合作;又能為師生個(gè)人信息關(guān)聯(lián)學(xué)校各級管理部門業(yè)務(wù)協(xié)作提供有力的信息支持，還能為學(xué)校管理提供科學(xué)的決策支持。

3.1.3 智慧型學(xué)校管理

隨著教育信息化的不斷發(fā)展，智慧校園管理也得到了長足的進(jìn)步，依托云平臺利用信息共享學(xué)校管理深入學(xué)校的后勤管理、人事管理、學(xué)生管理、教學(xué)管理、科研管理、安全管理等各個(gè)方面。

3.1.4 智慧型人才培養(yǎng)

教師依托平臺管理得到學(xué)生學(xué)習(xí)反饋的大數(shù)據(jù)可以有針對性的備課、上課，學(xué)生能夠得到基于大數(shù)據(jù)分析的適時(shí)、貼切的個(gè)性化指導(dǎo)，利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)師生學(xué)習(xí)、交流都可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行，教學(xué)評價(jià)能夠在大數(shù)據(jù)的支持下進(jìn)行多維、動(dòng)態(tài)、全面、智能的評價(jià)，因材施教和個(gè)性化培養(yǎng)成為主流。

3.1.5 智慧型科學(xué)研究

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)科之間聯(lián)系越來越多，很多科研成果都是多專業(yè)多學(xué)科合作完成的，所以開展跨專業(yè)、跨學(xué)科“集群”式科學(xué)研究勢在必行，在智慧校園中多個(gè)學(xué)科可以在科學(xué)研究大數(shù)據(jù)及統(tǒng)一管理平臺的支持下進(jìn)行高效的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、多專業(yè)協(xié)作科研，幫助科研人員對科研過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、到位的統(tǒng)計(jì)分析，對研究成果進(jìn)行智能、自動(dòng)的匯總，提高科研的效率與質(zhì)量。

3.1.6 智慧型校園生活服務(wù)

從服務(wù)師生的角度出發(fā)，以師生校內(nèi)生活為核心，通過一體化信息服務(wù)平臺，提供在線選課、預(yù)約自習(xí)室、借閱圖書、參加講座等服務(wù)，積極拓展校外生活服務(wù)資源，例如求學(xué)、就業(yè)、醫(yī)院預(yù)約等業(yè)務(wù)，為師生提供便捷的信息化生活服務(wù)。

3.2 智慧校園建設(shè)應(yīng)該遵循的原則

3.2.1 先進(jìn)性與成熟性

在智慧校園建設(shè)中不僅要應(yīng)用成熟的技術(shù)和架構(gòu)，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，還要具備先進(jìn)性，使系統(tǒng)運(yùn)行若干年后具備一定的領(lǐng)先地位，這需要在設(shè)計(jì)初期就要考慮以后智慧校園的發(fā)展，把先進(jìn)性放在首要位置。

3.2.2 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)和教育部標(biāo)準(zhǔn)，考慮到以后軟硬件的發(fā)展、功能及應(yīng)用的開發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)保證其具備開放性，用于適應(yīng)用戶需求不斷地發(fā)展，在此過程中要符合教育部數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，能夠與符合上述標(biāo)準(zhǔn)的其他系統(tǒng)交換信息，實(shí)現(xiàn)信息資源一致與共享。

3.2.3 安全性和保密性

在系統(tǒng)開發(fā)過程中需要注意系統(tǒng)的安全性和保密性，智慧校園系統(tǒng)因?yàn)榫哂薪y(tǒng)一服務(wù)平臺，平臺用戶數(shù)據(jù)安全非同小可，所以在開發(fā)系統(tǒng)過程中要對用戶進(jìn)行分級設(shè)定，不同的用戶在數(shù)據(jù)庫訪問、操作權(quán)限、數(shù)據(jù)讀取權(quán)限等進(jìn)行分級，不同用戶具備不同等級，尤其是在科研中要根據(jù)該用戶在此項(xiàng)科研中的身份進(jìn)行授權(quán)，科研課題結(jié)束后收回科研權(quán)限，等下次課題研究開始時(shí)，重新賦予用戶相應(yīng)權(quán)限。智慧校園平臺自身也要注意自身軟硬件維護(hù)，從訪問控制、數(shù)據(jù)加密、通信安全、系統(tǒng)安全等多方面進(jìn)行安全防護(hù)。

3.2.4 可擴(kuò)展性及易維護(hù)性

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在系統(tǒng)開發(fā)過程中要充分考慮到軟硬件系統(tǒng)的升級及各種功能的增減，所以要注重系統(tǒng)模塊化、分層化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠在保證前期效果的同時(shí)，便于維護(hù)并能夠及時(shí)擴(kuò)展升級軟硬件。

3.3 智慧校園總體構(gòu)架

3.3.1 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

包括網(wǎng)絡(luò)、攝像頭、傳感器、服務(wù)器、存儲等硬件設(shè)備。其中數(shù)據(jù)中心支撐著智慧校園的上層應(yīng)用，提供先進(jìn)管理工具的同時(shí)，幫助學(xué)校建立數(shù)據(jù)生態(tài)圈，確保學(xué)校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)健康有序的發(fā)展與提升。

3.3.2 應(yīng)用支撐平臺

在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成后，構(gòu)建基礎(chǔ)架構(gòu)平臺，提供基于統(tǒng)一管理平臺的智慧校園所需的應(yīng)用系統(tǒng)及服務(wù)的運(yùn)行監(jiān)控、管理、維護(hù)等服務(wù)，包括平臺管理控制、平臺應(yīng)用工具包、數(shù)據(jù)交換引擎等，它為上層應(yīng)用提供服務(wù)，是上層應(yīng)用系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。

3.3.3 應(yīng)用服務(wù)

平臺所提供的所有的業(yè)務(wù)以服務(wù)在該層統(tǒng)一聚合，形成基于云平臺的服務(wù)組合，在這里整合了學(xué)校管理、教育教學(xué)管理、人事后勤管理、安全管理、生活服務(wù)等應(yīng)用，通過身份認(rèn)證形獲得不同權(quán)限，接受與自己相關(guān)的服務(wù)，依托這些服務(wù)更好地為學(xué)校、師生提供更好的環(huán)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(tǒng)一管理平臺管理全校所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)意外后果不堪設(shè)想，所以在硬件上要保證核心設(shè)備的高可靠性，關(guān)鍵設(shè)備的雙機(jī)冗余備份，在系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備安全等關(guān)鍵工作上做精做細(xì)，還要注重設(shè)備的容災(zāi)能力及不間斷電源保障能力;在軟件上要注重操作系統(tǒng)安全、用戶身份驗(yàn)證、用戶權(quán)限設(shè)置等，確保系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。

4 智慧校園的典型應(yīng)用

4.1 個(gè)性化智能教學(xué)系統(tǒng)

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)教學(xué)模式受到前所未有的沖擊，如果繼續(xù)抱殘守缺，那么在以后的教學(xué)過程中學(xué)校將不具備核心競爭力，個(gè)性化的智能教學(xué)系統(tǒng)將解決這個(gè)問題，利用人工智能在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的支持下，針對不同學(xué)生制訂不同的教學(xué)策略，學(xué)生根據(jù)個(gè)性化的教學(xué)策略去進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師根據(jù)教學(xué)策略因材施教。此外，個(gè)性化智能教學(xué)系統(tǒng)還為教師、學(xué)生提供大量學(xué)習(xí)資源，包括微課、慕課、云教學(xué)視頻支持教師、學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

4.2 安全管理系統(tǒng)

在學(xué)校管理過程中，時(shí)有發(fā)生危及師生安全的事故，如學(xué)生宿舍容易出現(xiàn)因使用劣質(zhì)電器、強(qiáng)弱電亂接等現(xiàn)象發(fā)生火災(zāi)事故，宿管人員也不能實(shí)時(shí)觀察到宿舍情況，在這種情況下，可以采用煙霧報(bào)警器、室溫感應(yīng)器、火焰?zhèn)鞲衅鞯葋磉M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦發(fā)生火情，宿管人員及安保人員能夠通過智慧校園統(tǒng)一管理平臺及時(shí)得到信息，從而達(dá)到減少火災(zāi)事故的效果。[3]外來人員進(jìn)入校園，通過攝像頭，可以在智慧校園統(tǒng)一管理平臺上實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)防犯罪行為的發(fā)生。

4.3 衛(wèi)生與健康檢測系統(tǒng)

通過智慧校園統(tǒng)一服務(wù)平臺，我們利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對自身健康數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，一旦有身體不適，可通過平臺預(yù)約醫(yī)院及時(shí)就醫(yī)，遇到突發(fā)疾病或突發(fā)事件也可通過平臺進(jìn)行一鍵呼救，附近安保人員及學(xué)校工作人員可及時(shí)進(jìn)行救援。

5 總結(jié)

目前，智慧校園建設(shè)軟、硬件技術(shù)與設(shè)備已較為成熟，所具備的服務(wù)也基本可以滿足需求，在成本節(jié)約、資源共享、數(shù)據(jù)聯(lián)通方面具有較大優(yōu)勢，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步未來智慧校園建設(shè)將會(huì)越來越先進(jìn)，為用戶提供更多、更好的服務(wù)。本文所述的智慧校園總體框架結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用對智慧校園建設(shè)提供了一些參考，但是如何進(jìn)一步完善功能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更深層次、更具人性化的支持服務(wù)還需要結(jié)合實(shí)際不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣東興，付小龍，袁芳，等.大數(shù)據(jù)背景下的高校智慧校園建設(shè)探討[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（S1）：119-125，131.

[2] 周正貴.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園研究[J].科技風(fēng)，2020（9）：115.

【通聯(lián)編輯：光文玲】