基于大數據平臺的智慧校園建設與應用

張蘭英

（青島中學 山東省青島市 266111）

依據《中小學數字校園建設規范（試行）》，充分應用大數據云平臺、移動互聯、人工智能、物聯網等新一系列信息化新技術[1]，構建智能感知環境和新型的教育教學空間，發掘教師與學生群體在不同教學場景中的個體差異表現特征，系統重構再造教育教學管理與校園服務流程，將信息技術與教學活動和校園建設進行深度融合，建設智慧校園新生態。

1 系統總體框架

智慧校園的建設以“大數據[2]、云計算、物聯網”等技術手段，支撐“數據、服務、感知”等核心目標的實現，重點工程具體如圖1所示。

圖1：圖智慧校園發展層次結構圖

1.1 基于“統一化”數據中臺的數據中心

通過建設數據中臺，提升數據資產價值。數據中臺是實現校園數據沉淀的重要組成部分，擁有校園自己的獨特數據模型、算法服務和數據管理規則，與校園業務形成強關聯，成為校園獨有且能復用的核心資源。統一的模型維護不僅可以降低煙囪似的協作成本，減少重復建設，更可以在相關業務領域形成數據匯聚，解決數據互通的訴求，實現數據1+1＞2。最終目標為構建OneData、OneID 和OneService 的數據管理體系，以“承技術啟業務”的模式促進智慧校園的融合發展。通過校內信息標準的建設，指導校內的信息化建設，為學校信息化長期發展奠定基礎；大數據中心的建設也會加強不同管理系統之間的數據交換和共享的力度，避免數據的重復維護，提高學校整體工作效率。

建立基于數據治理的數據池基礎，研究校園大數據與智能服務的敏感模型；以此為基礎實現用戶信息的標簽化，建模面向校園主體的用戶畫像；結合用戶在“教、學、管”等情境的定制需求，基于數據科學的視角，重構校園智慧服務諸要素的關聯性，構建個性化服務動態交互機制。同時數據中臺的建設也會加強不同管理系統之間的數據交換和共享的力度，避免數據的重復維護，提高學校整體工作效率。通過數據中臺的建設，提升學校數據整體的質量，為更準確的決策提供數據支撐。

1.2 基于“智慧型”物聯管理的校園環境

搭建“智慧型”校園的環境，為信息化建設提供安全穩定高效的運行環境。通過采用先進的計算機控制技術、管理軟件和節能系統程序，使校園建筑物機電及校園園區內空氣、水環境、熱島、噪聲等環境因素通過3D 仿真可視化進行維護和管理，從而達到有效地保證建筑物內有舒適的工作環境、實現節能、減小維護管理工作量和降低管理成本的目的。

以基礎網絡、云計算、物聯網為核心，構建學校高可用性、高安全性、創新型、感知型、綠色環保型的智慧型校園環境。實現在統一物聯管理平臺及掌握校園物理環境的全面狀況，并將校園園區、樓宇、資產、弱電、IT 設備等物理映像全部可視化。

1.3 基于“個性化”智慧學習的學習中心

構建資源豐富、技術先進的互聯網網絡學習平臺，創造人人可學、時時可學、處處可學的個性化自主學習環境，從知識傳授轉向能力建設為核心，創新人才培養。基于教學管理平臺，匯聚日常教學過程中的點滴數據，通過云計算，云存儲和云分析，綜合形成教學的大數據，反饋、指導、評價教學。支持原生教學資源的觸控交互多媒體教學工具，使課堂教學更加生動高效，靈活實用的課堂互動、分享、協作工具，幫助改變滿堂灌的教學方式。為教師提供包括題庫在內的課程資源管理、備課、在線課程與練習編輯發布、教學管理、教學數據于一體，適應智慧教學發展的新型教學平臺。

基于“網、云、鏈、腦、數”總體架構，加快“校園一體化基礎設施、統一教育大數據平臺、精準教學和精準學習平臺、教育大數據分析平臺”體系化建設。“智慧校園”按照用戶層、應用層、基礎平臺層和基礎數據層、基礎設備層規劃系統架構，如圖2所示。

圖2：智慧校園總體框架

1.3.1 用戶接入層

管理單位、學校管理員、老師、學生、家長、校友、退休老師、其他用戶均可以通過微信、小程序、企業微信、網頁的任意登錄，使用智慧校園。

1.3.2 應用層

覆蓋教學、家校、管理、辦公、宣傳、生活6 大場景，主要包括：上級單位管理、智慧教學、智慧家校、智慧宣傳、智慧安防、智慧辦公、智慧數據等多個方面，服務教育管理部門、學校、教師、學生、家長等各類人群，并依據各類人群不同角色定義設置不同權限。

1.3.3 平臺層

在基礎設施及數據層基礎之上，構建智慧校園平臺，包括以下3 個組成部分。

（1）構建公用的基礎服務平臺，通過統一用戶管理實現用戶及權限的統一管控， 通過單點登錄服務實現一次登錄處處可達，通過消息服務為所有用戶提供統一的消息發布通道[3]，并提供日志服務等系統級的應用服務。

（2）同時為學校和學校各學科量身打造數據服務平臺，支持數據導入及同其他系統的雙向同步，提供數據分析服務于數據需求方。

（3）構建運營支撐服務平臺，提供應用市場、自選服務、管理運營、收費繳費以及第三方接入等功能，依托于支撐平臺，甄選優秀應用以及產品方案，充實并促進平臺健康發展。

1.3.4 數據層

智慧校園業務數據中心負責處理、存儲智慧校園基礎應用中的數據并進行大數據分析，生成可視化數據報告給用戶；同時接入成熟的云數據中心產品，進行接入數據中心的數據標準統一，基于各類數據進行大數據分析，生成可視化分析報告。

1.3.5 設備層

硬件支撐和網絡支撐，包括網絡資源、硬件服務器、存儲等內容[4]。基于教育公有云或者私有云的服務資源搭智慧校園云平臺，充分利用本地數據中心的強大計算能力實現各類計算資源的虛擬化，以及利用公有云的無限擴容及CDN 技術提供暢通無阻的互聯網訪問能力。

2 智慧校園大數據服務平臺

2.1 大數據平臺總體要求

梳理現有內外部數據資源及未來將產生的數據資源，制定數據標準，建立學校大數據庫，包含不限于多媒體高清數據庫、海量信息資源庫、業務數據庫等。針對校園所產生的多源、異構、時變的數據，采用數據挖掘、機器算法、深度學習等技術[5]，不斷發現蘊含在數據中的數據規則，通過驗證后，為學校用戶提供更好的個性化服務，令數據發揮應用的價值。

建設內容應包含數據標準規范建設、數據庫建設、大數據平臺建設。大數據平臺包含大數據集成平臺、大數據算法平臺、預測分析平臺、大數據展示平臺建設[6]。在以上支撐平臺的基礎上，實現校園大數據分析應用。

2.2 智慧校園數據中心

智慧校園數據中心是學校教育大數據采集、存儲、分析平臺。智慧校園數據中心為各級部門提供數據連接樞紐，促進教育數據開放共享。匯集用戶數據、資源數據、應用數據、教育政務數據等各類型教育數據。推動數據標準統一，實現各平臺及應用間的數據互通共享。海量數據積累及分析，為深化應用及創新服務提供支持。

2.3 大數據集成平臺

結合實際需求，在成熟產品的基礎上，定制學校自己的大數據集成平臺，大數據集成平臺包含數據采集平臺、數據交換平臺、數據處理平臺、數據質量管理平臺、元數據管理平臺等子系統。

2.4 數據算法庫

搭建學校自有的數據挖掘算法庫，能夠提供可擴展的統計分析，發現蘊含在大數據中的潛在規則，讓數據發揮出應用的價值。數據挖掘算法庫至少包括聚類、分類、推薦過濾、時序挖掘等實現。此外基礎算法庫中的算法要能夠有效地擴展到集群中，提高整體分析挖掘的數據吞吐量。

2.5 可視化模型構建平臺

平臺采用最新的形式幫助使用者進行全流程可視化的模型構建引導。通過可視化的形式平臺方便使用者在模型構建過程對結果的反復校驗以及修改的需求。可視化模型構建平臺應具備腳本管理、命令管理、數據管理、模型管理、預測評估、應用部署、全流程可視化模型構建引導。

2.6 可視化展示平臺

數據可視化平臺軟件，將可視化展示與業務需求相結合，有效的傳達數據集的思想概念，從不同維度深入觀察并提煉數據集關鍵特征。從而從數據中挖掘出通過傳統方式無法發現的信息，讓數據產生更大價值。通過數據可視化平臺，以可視化的形式將依托大數據技術分析出的結果直觀、靈活的展示出來。

數據可視化平臺應包含常用可視化圖形組件，而且在使用過程中將不斷開發、沉淀出新穎的高級可視化圖表。根據不同的功能需求，組件可獨立或組合應用于多種業務場景，使數據分析更直觀、更全面、更準確。

3 結論

結合學校信息化教學應用工具及教師日常教學需求，打造可支撐課前課中課后全教學流程的教學資源中心，整合教學基礎資源、特色資源，沉淀個性化校本資源，涵蓋習題、PPT 課件、教學案、套卷文檔、朗讀音頻、交互式課件、全科知識點微課、同步微課、理化生仿真實驗、AI 習題、校本教輔、解析題庫、校本標簽資源，為學校教學提供資源保障。