面向智慧幼兒園的應用設計與實現

劉景容 劉淼

摘要：“互聯網+”時代的全面來臨，使智慧幼兒園建設成為必需，但現實是幼兒園信息化建設相對滯后，存在幼教工作者信息化素養不高而缺乏接受信息技術的主動性、已有應用系統缺乏互聯互通而導致使用困難等問題。智慧幼兒園體系結構適宜采用分層架構，分層架構從下到上依次為智慧感知層、網絡通信層、數據存儲和訪問層、智慧應用層和用戶交互層，各層都可以在未來進行擴充建設。面向智慧幼兒園的應用可以分為教學類、內部管理類、家園合作類和社會宣傳類。智慧幼兒園應用部署架構采用公有云和私有云混合架構，并與第三方平臺互聯互通。智慧幼兒園的建設是一個長期的過程，應分階段實施。

關鍵詞：智慧幼兒園;應用設計;應用融合;軟件體系結構

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）S1-0060-06

引言

當前，中小學智慧校園建設正如火如荼，信息技術和教育教學深度融合，各種應用融合創新。[1-2]智慧幼兒園建設與中小學智慧校園建設相比，在建設路徑和建設內容方面存在較大差異。[3]這主要是因為幼兒園與大中小學校園相比，存在三個方面的區別：一是規模小。 無論是師生人數，還是建筑面積，和大中小學相比幼兒園都不在一個數量級上，規模要小得多。 二是幼兒學習方式有別于大中小學學生。幼兒學習是以直接經驗為基礎，在游戲和日常生活中學習，強調直接感知、直接操作和親身體驗。大中小學學生要進行系統的學科知識學習，主要是間接經驗知識的學習。三是幼兒園區域劃分細致、房間種類多。區域有大門區、前廳接待區、家長等待區、辦公區、休息飲水區、自由閱讀區、活動演出區、通道區、室外公共活動區及各種游戲活動區等;房間有課程教室、多功能活動教室、幼兒休息室、閱讀教室、音樂教室、舞蹈教室、美術教室、動手創作教室、庫房、教具室、廚房、消毒室和食品儲藏室等。

目前，很多幼兒園都在積極進行信息化建設，投入了大量資金，建立了各種應用軟件系統，這些系統覆蓋了幼兒園大部分日常工作。有了這些系統，幼兒園信息化建設似乎已經達到很高水平了。但對信息化產品互聯互通的價值認識不到位所帶來的多個不兼容的系統在運行中相互影響、牽制的問題也時常出現。因此，智慧幼兒園的建設絕不是各種應用系統的簡單疊加，應該全面分析，統籌規劃。智慧幼兒園要把幼兒園各個方面的工作與各種現代信息技術進行融合，融合的廣度和深度決定了智慧幼兒園的智慧程度。智慧幼兒園的核心特征主要表現在四個方面：一是各種應用融合，管理高效率;二是打通在園教育和家庭教育，家園聯系深度化;三是幼兒園物理環境智能感知可調，使幼兒倍感舒適;四是技術融合創新，能識別幼兒個體特征和學習情境，提供優質學習資源，記錄和評價學習效果，使幼兒身心愉悅。

智慧幼兒園體系結構

從常用軟件體系結構模式來看，按照《智慧校園總體框架》標準，智慧幼兒園適宜采用分層的層次架構。[4]在層次架構中，每層為其直接上層提供服務，各層之間的服務調用都通過公開的接口進行。這樣一來，只要接口不變，各層本身的內容可以進行增減變化，不會引起上層的變化。智慧幼兒園體系結構如圖1所示。

智慧感知層是智慧幼兒園的數據采集層，通過運用網絡攝像機、無線射頻技術、移動終端及各種傳感器等技術手段，采集幼兒園環境、人員、設備及物品等多種要素的實時數據，如活動室的溫濕度、幼兒位置和體溫等數據。智慧感知層是分析調節環境參數、人員或重要物品定位尋找、監測管理各種設備及幼兒健康檢測服務的基礎數據源，采集的數據通過網絡通信層進入數據存儲和訪問層。

網絡通信層承擔了智慧幼兒園的無縫通信任務，通過有線和無線通信設備，確保幼兒園網絡全覆蓋，無通信盲區。網絡通信層是智慧幼兒園物理環境、設備、人員和各種智慧應用之間互聯的基礎，主要通過搭建覆蓋全園的網絡來實現。一般說來，幼兒園園區范圍小，建筑物不多，可以通過在幼兒園建設高速有線主干網絡，聯通主要建筑物，并有高帶寬的通信鏈路與互聯網相通。在其他區域搭建無線WIFI，接入園內主干網絡，這樣既可省去布線成本，又實現了網絡全園覆蓋。

智慧感知層實時采集大量數據，各種智慧應用在使用過程中也會生成大量數據，同時也需要訪問各種已有數據。數據存儲和訪問層是整個架構的核心，擔負數據存儲和提供訪問服務的功能。幼兒園數據分為結構化數據和非結構化數據兩大類。結構化數據包括員工、幼兒基本信息，教玩具和設備等信息，這些數據屬于基礎數據，應存儲在核心數據庫中，方便各種智慧應用共享。智慧感知層采集的各種數據和單個應用生成的部分結構化數據，具有更新快、使用范圍小等特點，應存儲在擴展數據庫中。非結構化數據主要包括生成的各種文檔、圖片、音視頻等教學資源，這類數據存儲在資源庫或檔案庫中，方便查找和訪問。

智慧應用層涵蓋了各類幼兒園應用，包括教學類、內部管理類、家園合作類和社會宣傳類應用。智慧應用層是智慧幼兒園建設的主要內容，幼兒園的智慧程度主要由各種智慧應用來體現。用戶交互層包括移動APP、微信和門戶網站。移動APP和微信支持隨時隨地使用各種智慧應用。門戶網站支持單點登錄，一站式使用各種智慧應用。

圖1的左邊是通用標準和協議，右邊是網絡安全技術，這兩部分內容是貫穿上述五層的，也就是各層建設都需要遵循通用標準和協議，都要采用各種網絡安全技術。在建設智慧幼兒園過程中，要注意采用遵循這些通用標準、實現各種通信協議和網絡安全技術的軟件和硬件設備。在開發各種智慧應用時，需要采用安全編程技術，進行安全測試，確保各種應用的使用安全;要遵循各種行業標準，方便應用之間互聯互通。

應用分類及部署架構

1.應用分類

根據智慧幼兒園應用所處的問題領域，可以將幼兒園應用軟件系統劃分為四大類：教學類、內部管理類、家園合作類和社會宣傳類。[5]

教學類主要指在幼兒園教學活動中，應用多媒體和網絡技術的各種教學類應用系統。網絡技術在幼兒教學中主要用來實現交互式軟件的訪問、教學資源庫的共享。多媒體技術集聲音、圖像于一體，生動形象，具有豐富的表現力和交互性，是幼兒喜歡的一種教學方式。多媒體技術既可以體現在傳統視頻錄像中，也可以體現在交互性更強的學習類軟件中，如AR/VR類應用。這類應用能使幼兒沉浸式學習，提升幼兒體驗效果。

內部管理類主要指視頻監控系統、辦公系統、考勤與接送管理系統、資產管理系統、財務管理系統、幼兒膳食營養與衛生保健管理系統等。這類系統主要在幼兒園內部使用，方便各種資料的收集、統計、歸檔，降低管理的勞動量，提高工作的準確度和效率，促進幼兒園現代化管理。

家園合作類主要指校訊通、幼兒成長檔案等系統。這類系統主要是加強家園溝通，使家長/教師全天候了解幼兒在家或在園的表現，家園協同，有針對性地開展合作性教育。

社會宣傳類主要指幼兒園站點、微信公眾號和論壇等系統。這類系統為幼兒園提供了展示園所風采、普及推廣科學育兒知識及密切家園聯系的途徑，起到社會宣傳的作用，擴大幼兒園的知名度，提升美譽度。

2.應用部署架構

智慧幼兒園的應用繁多，最好能部署在云計算平臺上，這樣就能隨著部署應用的增加，靈活調配云計算資源。智慧幼兒園可以在園內建設私有云，在互聯網上租用公有云。有些應用只能部署在幼兒園內，如智慧感知層的各種智能設備和應用、視頻監控系統、簽到簽退系統、訪客登記系統和配餐系統等;有些因為保密性要求高，或因為要求很高的訪問帶寬，工作時間訪問量大，最好能部署在幼兒園內，如財務管理系統、檔案管理系統和智慧課程資源庫等，這些應用適合部署在幼兒園私有云上;有些應用因為需要保證隨時隨地都能訪問，部署在公有云端，如協同辦公系統、門戶網站和幼兒成長檔案系統等。隨著微信應用的普及，有些還需要部署在微信平臺上，如以微信小程序形式存在的應用和微信移動辦公平臺等。智慧幼兒園應用部署架構如圖2所示。

圖2中的公有云平臺和私有云平臺及微信平臺之間通過互聯網連接起來。同一平臺上的應用之間互聯互通，微信平臺和私有云平臺上的應用通過公有云上的應用互聯互通，真正做到應用融合、技術融合創新。

主要應用的設計與實現

1.在線幼兒成長檔案袋

筆者根據新西蘭國家課程評價形式中“學習故事”的基本理念“愛與信任”設計和實現了一套在線幼兒成長檔案袋系統。[6]該檔案袋建設的最終目標是以網絡為平臺，家長和教師共同記錄、評價幼兒的成長過程，并藉此增進家園互動、平等對話，進而實現深度合作，為幼兒健康成長營造良好環境。檔案袋由封面、目錄、內頁、封底四部分構成。內頁按照托班、小班、中班和大班的年齡特點分別設計了16～20個欄目，同一欄目在不同年齡段的檔案中擁有不同的命名，內容與操作要求也相應地有所調整。這種設計使整套檔案既具有系統性、完整性，又突出了不同年齡段的不同要求和特點。

檔案袋內容設計可以歸納為基本信息、在園活動、家庭活動、幼兒作品、幼兒言語、紀念欄、成長報告和評語等8大模塊，以圖文結合，穿插音頻、視頻的形式呈現。“基本信息”有個人、家庭、幼兒園和班級的常規信息;“在園活動”包括一日活動的典型環節、功能室與區域活動、大型活動和主題活動等;“家庭活動”包括家庭中的日常活動、非常規活動和外出活動等不同類型的值得記錄的活動;“幼兒作品”包括幼兒在園、在家庭與社區中進行創作的各類具有代表性的作品照片、錄像和錄音，包括畫作、手工制品、建構作品、自編歌曲、舞蹈、故事、兒歌和游戲等;“幼兒言語”是反映幼兒思維與認知特點的有趣的具有紀念性的言行，可以是成人的文字記錄或幼兒的錄音、錄像片段;“紀念欄”包括生日活動、畢業活動和好友記錄等;“成長報告”是根據教育部頒布的《3～6歲兒童學習與發展指南》設計的11頁模糊等級評價表，結合“指南”的教育建議，配備了約69000字的測評指導意見，針對每一條具體目標分別面向教師和家長提出了不同的觀測建議，使教師和家長在園、在家的日常觀察與評價更具操作性;“評語”包括父母、教師、親朋好友在幼兒生日或學年末撰寫或錄音的總體評價性語言和寄語，還包括教師和家長以學習故事、教育故事為形式的軼事記錄文本。

該系統促進了家庭與幼兒園的深度合作，實現了“合伙人”式的家園共育。[7]教師定期逐份閱讀檔案，深入了解每名幼兒及其家庭對他的理解、期望、評價等信息，對比幼兒在園的表現，對每名幼兒進行專業分析，并以此為基礎對本班的教育實效進行全面的自我評價，以便有針對性地擬定班級下一階段的保教工作計劃和開展個案教育。家長隨時查閱教師上傳的信息，及時了解幼兒在園活動和班級工作情況，客觀評價幼兒發展現狀，主動配合教師完成保教工作計劃。

2.協同辦公系統

協同辦公功能極大地提高園所內部的辦公實效，并為留存電子版資料、檔案提供便利條件。應用系統功能全面，包括消息中心、在線申請與審批、人員管理、教學管理、網上教研、資產管理、招生招聘、在線調查、規章制度、留言墻等，總計有15個功能模塊，60多項功能。

幼兒園可向員工、家長發布通知，教師可在消息中心互發消息，也可向所在班的家長發通知。教師和家長可通過手機端閱讀和回復，園長和管理員可查看員工和家長的閱讀、回復等情況。帶班教師可制訂和發布教學周計劃，園醫可發布每周食譜，倉庫管理員可在線管理教玩具、物品等，員工可共享同事的文檔資源，管理人員根據權限可進行各種審批。由于每個幼兒園內部管理不盡相同，各種審批流程也各不相同。同一家幼兒園同一事項的審批流程，也會不斷演化。協同辦公系統內置人員管理權限子系統和工作流引擎，方便配置使用。當人員工作崗位變動，只需修改相應角色即可。當工作流程發生變化，只需修改原工作流定義，無需編程。

協同辦公系統與檔案管理系統和門戶網站互通，最大限度減少重復勞動。辦公過程中產生的各種文檔資料，可以在審核通過后，直接發布到幼兒園的門戶網站、電子班牌，也可以直接通過微信推送給家長。管理員在協同辦公系統中指定要歸檔的文檔資料，檔案管理系統就會及時同步到檔案資料庫中。協同辦公系統與微信平臺互通，支持隨時隨地的移動辦公，方便快捷，提升了園所的辦公效率。

3.幼兒接送系統

幼兒接送系統使用條碼或刷臉識別，方便快捷。當接送幼兒時，只需出示條碼或刷臉，系統將進行接送人信息查詢，并將接送人信息發至接送一體機上，供接送時進行信息核對。放學時間，家長直接在接送系統上掃碼，然后對應班上的電子班牌會提示教師。班任教師根據提示信息，把小朋友送到門衛處，跟家長交接。當幼兒接送人發生變化時，家長只需登錄系統，刪掉不再接送幼兒的接送人信息，增加新的接送人信息，系統自動產生對應接送人的條碼。系統流程圖如圖3所示。

條碼不包含幼兒的任何信息，相比傳統卡片，不存在信息泄露問題。幼兒接送系統產生的條碼相對于每個幼兒的每個接送人來說，都是唯一的。傳統卡片做不到這點，同一個幼兒的多張卡片信息往往是相同的，上面還有幼兒的個人信息，一旦丟失，容易被壞人利用。

在接送的同時，接送系統對接送人進行拍照，并將所拍照片發送到幼兒父母微信上。所有幼兒的出勤數據包括體溫數據等，都同步到協同辦公系統上，可以直接在協同辦公系統上進行統計與導出。即使在無網絡的情況下，系統也可以進行接送考勤，等網絡恢復后，數據會同步到云端的協同辦公系統。家長在送幼兒到園時，也可在系統或微信上登記各種在園注意事項。這些信息會自動發送到配餐間的APP上，精確顯示各班在園人數和注意事項，實現精準配餐，避免浪費。

4.幼兒園門戶網站

幼兒園門戶網站適合采用內容管理系統來實現，要求能為每所幼兒園單獨設置域名，避免了園所獨立申請網站要面臨的煩瑣申報手續。內容管理系統方便配置門戶網站樣式，設有豐富的板塊和各種欄目，具有留言、在線調查、在線招生與招聘等功能。

幼兒園管理員登錄內容管理系統后，可設置或修改幼兒園站點欄目和板塊的數量、名稱和排列樣式，發布各種信息。設置或發布的信息都會在幼兒園門戶網站上實時展示。每所幼兒園可根據本園實際情況，設置不同欄目和板塊，選擇不同的設計風格，避免各幼兒園門戶網站千篇一律、千園一面的問題，實現站點個性化的需求。幼兒園門戶網站實現了單點登錄功能，用戶一旦登錄門戶網站，可直接訪問智慧幼兒園的各種應用系統。

5.幼兒園檔案管理系統

幼兒園檔案數量巨大，歸檔整理工作量大，人工查詢分類費時費力，工作效率低下，而且實物的檔案原件受制于保存環境，并且利用者的重復使用也很有可能造成原件檔案的損壞，這給檔案的管理帶來極大的困難。檔案管理系統是一個直接部署在幼兒園內，為整個幼兒園的檔案資料提供電子化、信息化管理的一套系統，員工在內部網可以直接快速地上傳和管理文件，對文件進行授權、瀏覽、歸檔等。檔案管理系統使得幼兒園的檔案管理更加規范，不僅提高了文檔的安全性，而且大大提高了檔案資料的重用性，減少了幼兒園在檔案管理方面的風險與工作量。

檔案管理系統盡管部署在幼兒園內部網中，但也與協同辦公系統互聯互通，可以直接把協同辦公系統中日常辦公文件、資料、視頻、圖像歸檔到檔案管理系統中，簡單、快捷，實現了在日常辦公的同時，歸檔留存資料，無需二次勞動。

幼兒園開發的各種園本課程教學資源，也可存放在檔案管理系統中。檔案管理系統可以為這些園本教學資源生成訪問二維碼，教師在對應實物上貼上訪問二維碼。幼兒使用平板電腦掃描后，就能展現生動的音像資料，支持幼兒自主地進行探究式學習。

結論

實踐證明，建設智慧幼兒園是可行的，也是有價值的。政府應加大對幼兒園信息化建設的經費投入，提高學前教育工作者的信息化素養，打造一批具有示范性的智慧幼兒園，引領行業發展，加快學前教育現代化進程。

智慧幼兒園建設范圍廣，采用技術多樣，這決定了智慧幼兒園的建設是一個長期的過程，不可能一蹴而就。員工和家長也需要時間逐步適應，在使用過程中提高信息化素養。智慧幼兒園建設可以分為三個階段進行：第一階段側重智慧管理和智慧家園合作建設，各種智慧應用融合，深化家園合作，提高工作效率;第二階段側重智慧環境建設，全面建設智慧感知層，創造舒適安全的園內環境;第三階段側重智慧課程建設，融合新技術，創新課程建設。

參考文獻：

[1] 謝幼如，黎佳，邱藝，等.教育信息化2.0時代智慧校園建設與研究新發展[J].中國電化教育，2019（05）：63-69.

[2] 楊萍，姚宇翔，史貝貝，等.智慧校園建設研究綜述[J].現代教育技術，2019，29（01）：18-24.

[3] 劉景容，劉淼.“互聯網+”時代的智慧幼兒園建設探索[J].中國教育信息化，2020（03）：64-67.

[4] 黃建林.從智慧校園到“智慧育人”——以宜興市湖濱實驗學校智慧校園建設應用為例[J].中國信息技術教育，2021（13）：5-7.

[5] 劉景容.互聯互通的幼兒園信息化建設實踐探索[J].幼兒教育，2016（33）：22-26.

[6] 劉景容.基于網絡平臺的幼兒成長檔案袋構建的實踐探索[J].教育導刊（下半月），2016（10）：13-16.

[7] 陳琦.智慧校園下的“合伙人”式家校共育[J].中國信息技術教育，2021（13）：13-15.

作者簡介：劉景容，廣東省教育研究院研究員，研究方向為學前教育評估與評價、幼兒園課程建設及教育信息化;劉淼，廣州大學計算機科學與網絡工程學院副教授，研究方向為語義Web、網絡安全及教育信息化。