基于大數據的智慧校園建設框架研究

李華勇 滿冬

摘? 要 隨著信息技術的快速發展，大數據已經成為推動教育變革的重要力量，大數據與教育結合成為發展智慧校園的必然要求。通過分析智慧校園建設的現狀和問題，提出基于大數據的高校智慧校園架構設計，探討基于大數據的智慧校園建設優勢、問題與需求分析。

關鍵詞 大數據;智慧校園;教育信息化;數字校園

中圖分類號：G717? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）10-0008-03

Abstract With the rapid development of information technology， big data has become an important force to promote the reform of edu-cation. The combination of big data and education has become an inevitable requirement for the development of smart campus. Based on the analysis of the current situation and problems of smart campusconstruction， this paper puts forward the architecture design of smart campus based on big data， and discusses the advantages， problems and demand analysis of smart campus construction based on big data.

Key words big data; intelligent campus; educational information; digital campus

1 前言

智能時代背景下，大數據、人工智能、物聯網等新興技術飛速發展，已經深刻影響教育的形態，高等教育發展到了轉型升級的關鍵時期。《教育信息化2.0行動計劃》中指出，依托各類智能設備及網絡，開展智慧教育創新研究和示范，推動先進技術支持下教學模式變革和教育生態構建。新時代賦予高等教育新的使命，構建基于大數據的智慧校園，推進大數據支持下的教育教學創新，成為高校教育信息化發展的必然選擇。

2 智慧校園建設中存在的問題

高校在信息化建設進程中，構建了數字校園服務平臺和各類業務管理系統，積累了大量教學、科研等方面數據，但也暴露出以下幾方面的問題。

頂層設計不足，存在盲目建設? 智慧校園缺乏統一發展規劃、統一數據標準、統一數據運行機制[1]。各管理系統建設局限于本部門的業務需求，應用單一且分散獨立，造成數據流程斷裂，不具備業務協同能力。具有業務關聯的管理系統建設存在模塊功能重疊現象，造成多頭數據，系統數據混亂。功能不銜接與重復建設造成人力、物力、財力等資源浪費，信息系統使用效率低下。

數據管理不足，信息孤島嚴重? 教學、科研、學生管理等管理系統建設基本完成，但由于缺乏統一的數據標準和數據中心，業務系統數據不統一，無法進行有效信息交換，數據孤島問題突出。業務系統間無法實現數據共享和業務協作，數據在多個系統中重復錄入，形成大量冗余數據和錯誤數據，造成學院基礎數據和應用數據不準確。

數據處理能力不足，設施亟待更新換代? 業務承載能力不足，部分院校的核心機房服務器老化，數據計算和存儲能力遠不能滿足業務應用需求。受設備和經費的限制，校園網絡帶寬低，主干網絡帶寬多為千兆、單核心交換，網絡環境已經不能滿足實際的教學應用需求，網絡擁堵現象嚴重。隨著智慧校園建設的開展，大數據流量將成倍增長，設施亟待更新換代，形成高效、安全、穩定的基礎網絡。

師生獲得感不足，智能化程度不夠? 學校各類應用信息系統服務覆蓋的業務部門和群體對象較為單一，缺乏有效的大數據挖掘和數據分析，數據資源的利用率不高。智能化程度不高，廣大師生能夠直接從中受益的應用較少，特別是智能化移動應用服務平臺，不能滿足實際需要，以數據驅動教育智能尚未能完全實現。

3 基于大數據的智慧校園內涵與特點

基于大數據的智慧校園是指綜合運用大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術，實現對校園物理環境的全面感知，將學校教學、科研、管理及校園生活等各項核心業務的數據有機融合，智能采集師生群體的學習、工作情景和個體特征的大數據，集智能控制、智能管理、智能互動、智能分析等于一體的教育生態系統。基于大數據的智慧校園具有以下特點。

1）教學環境智能化：通過大數據采集、數據模型構建，建成集智能化感知、控制、管理、互動、數據分析等功能于一體的教學環境。

2）教學資源個性化：運用大數據分析技術，針對每個學生的學習情況和能力，推送個性化學習資源，實現因材施教。

3）教育管理可量化：運用大數據可視化技術，實現直觀、準確、高效的教育資源與業務管理，使基于教與學的行為數據的決策更加可靠。

4）校園服務人性化：通過運用大數據挖掘、智能推送等技術改變數字校園的交互方式，提高信息應用的預見性和準確性，實現高效的智慧化服務。

4 基于大數據的智慧校園建設

智慧校園建設框架采用基于大數據的體系架構設計，系統內部各功能模塊采用松耦合設計。智慧校園建設框架總體橫向分為三個平臺，分別為基礎平臺、數據平臺和應用平臺;縱向包含三個保障體系，即數據標準體系、信息安全體系、運維服務體系[2]。基于大數據的智慧校園整體框架如圖1所示。

基礎平臺

1）智能感知層。通過物聯網傳感器、網絡感知設備、各類管理系統等，跨平臺實時采集各種基礎數據與狀態數據，實現對師生的教與學狀態、校園生活狀態、校園基礎設施狀態、實驗實訓設備狀態等全面感知，是大數據采集的終端數據源。

2）網絡通信層。綜合采用有線網絡、無線網絡、物聯網、設備網、5G通信及時傳輸各種數據，實現泛在的接入、高速的互聯、先進的應用，是大數據智慧校園的網絡基礎[3]。

3）計算層。建設“云平臺+云安全+超融合”架構的超融合數據中心，實現資源、業務、數據集中承載和統一調度，擴充中心存儲容量，充分保障冗余和備份，滿足課程資源、管理服務的需要。建立數據容災中心，保護極端條件下的數據安全。

數據平臺? 利用大數據技術構建數據平臺，作為唯一數據源，向各應用系統和數據分析系統提供完備、有效、可信的基礎數據，包括數據接口管理平臺、大數據管理平臺、大數據分析服務平臺[4]。

數據接口管理平臺提供統一的數據接口管理，實現系統之間數據的實時交互與共享。平臺主要提供核心數據接口調用，解決系統之間數據交互的壁壘問題，實現庫與庫之間的聯動。通過平臺設置接口權限，完成系統之間的數據接口服務，實現各業務系統的流程貫通、跨部門跨業務實時數據的交互與共享。

大數據管理平臺構建主數據庫，根據全量標準建設全量數據庫，覆蓋整個學校業務域，建設歷史數據庫模型。從業務系統中提取核心數據，進行數據清理，形成統一的、完整的、準確的權威主數據。建設基于全量數據庫的各類型可臨時圖形化配置的輸入輸出接口，實現數據的共享服務。通過管理平臺，實施數據倉庫目錄管理、整合管理、質量管理、安全管理，保證數據準確性、可用性、可靠性。

大數據分析服務平臺面向各個角色，實現全校跨業務的信息數據統計與分析的應用服務。利用專業的報表工具、數據展現工具、圖表秀工具等多種工具，全方位、多角度進行數據展現。數據分析平臺分別從校情分析和專題分析兩個維度對學校的數據加以展現和分析。

應用平臺? 將分散在各領域的流程有效地整合起來，以先進的“微服務”理念，構建一站式服務中心，實現教學、學工、人事、科研、財務、一卡通、辦公審批等業務在網上一站式辦理，為師生提供基于移動的高效信息服務。通過工作流程開發平臺，職能部門可以根據自身業務需求，編制審批流程，自定義業務表單。

數據標準體系? 建立符合智慧校園建設實際，涵蓋數據定義、數據應用、數據操作等多層次的數據標準體系，形成系統信息的統一參照系統，包括數據分類、數據編碼、數據字典、數字地圖。建立數據標準管理系統，為數據中心提供標準規范，保證信息的高效匯集和交換，包括元數據標準、交換規范、傳輸協議、質量標準等。數據標準管理平臺實施標準全生命周期管理，對組織結構實施維護收集、整理、創建、發布、物理化、升級全鏈管理。

信息安全體系? 信息安全體系包括智慧校園安全管理系統、安全防護系統、安全運維系統，對應配備新一代網絡出口防火墻、新一代服務器防火墻、上網行為管理設備、日志審計設備等安全設備，實現對校園網的入侵檢測與防御、病毒防護、內容過濾及上網行為管理，保障智慧校園數據的安全、可靠、穩定運行。

運維服務體系? 運維管理體系主要包括機房環境及設備管理、網絡運維管理、虛擬化平臺和應用服務管理。在運維系統可視化基礎上，實現運維智能化，主要由故障預測、故障定位和故障自我修復系統組成[5]。故障預測系統是利用大數據和人工智能技術，對運維數據進行縱向挖掘分析的系統。故障定位系統通過整合、統計、分析以往故障信息和運維人員的經驗，建立分析模型，自動識別故障特征，自主發現和有效定位，自動提供最優解決方案，實現故障自我修復。

5 結語

基于大數據的智慧校園建立了“三平臺，三體系”智慧校園框架體系，實現了多終端跨平臺的全量數據采集，建設大數據中心并基于大數據的挖掘及分析，為師生提供更加高效、便捷、智能化的服務，為高校破解人才培養瓶頸、創新服務管理模式提供有力支撐。在全國高校“雙一流”建設大背景下，各高校應立足自身現實情況和優勢特色做好智慧頂層設計，推動基于大數據的智慧校園建設，創新推進體制機制，開展教育模式變革和生態重構，賦予教育教學新的形態。

參考文獻

[1]楊現民，唐斯斯，李冀紅.發展教育大數據：內涵、價值和挑戰[J].現代遠程教育研究，2016（1）：50-61.

[2]中國國家標準化管理委員會.GB/T 36342-2018智慧校園總體框架[S].北京：中國質檢出版社，2018.

[3]劉邦奇，袁婷婷.智能教育系統的總體架構及區域實踐模式研究[J].遠程教育雜志，2019（3）：103-112.

[4]余鵬，李艷.基于教育大數據生態體系的高校智慧校園建設研究[J].中國電化教育，2018（6）：8-16.

[5]郭慶利.基于大數據的高校智慧校園數據中心運維研究[J].信息與電腦：理論版，2019（2）：9-10.