智慧校園環境下教學管理核心業務重構與數據治理研究

郭德強，張 健，王 培，劉 源

（國防科技大學，湖南 長沙 410073）

智慧校園作為物聯網、互聯網、大數據及人工智能技術的有機集成，通過智能化的感知、控制、管理、互動反饋、數據分析和多維全景展現等手段，將教學、科研、管理和校園生活充分融合，為校園工作、學習和生活提供一體化環境。智慧校園環境下高校教育數據產生量大、信息交織匯集、數據來源多樣、要素關系分散；在高校實際運行過程中，教學管理數據不準、更新滯后的問題普遍存在，教師學生信息不準、教室使用混亂、課表課程信息偏差等現象時有發生。精準可靠的教學管理數據，是建設智慧校園、保證正常教學秩序、開展教學監測、制定科學決策等工作的前提，數據一致性、準確性、及時性和完整性很大程度地影響到后續數據服務的可靠性。

當前，教育領域的數字化轉型進程日漸加速，我國教育行業已進入數據應用新時期。教學數據治理是教育數字化轉型的基礎工程，做好數據治理，使教學管理數據在教學過程中始終保持動態精準，讓數據價值得到充分發揮與應用，成為“互聯網+教育”數字轉型新時期賦予高校信息化工作的重要發展使命。

1 解決思路

教學管理信息系統是學校的核心應用之一，涵蓋了高校教學管理的基本環節，是教學管理數據輸入、應用、存儲、輸出的重要載體。按業務功能劃分，教學管理信息系統可分為基礎資源設置、培養方案管理、教學計劃管理、人員信息管理、教學場地管理、課程管理、教材管理、智能排課管理、實踐教學管理、學生選課服務、調停課管理、考試考務管理、成績管理、學籍管理、教學評價等多個業務子模塊。教學信息服務系統基于校園網、互聯網環境，各模塊協同工作，共同完成教學管理工作[3]，為高校教學運行全過程提供先進、實用的信息化管理手段；為學生、教師以及教學管理人員提供便捷、友好、準確的網絡化信息服務。

其中，培養方案管理、人員信息管理、場地信息管理、教材計劃管理、課表編排管理、學生選課管理、調停課管理模塊是系統的核心業務模塊，每個模塊負責一個維度的教學數據。保證教學管理數據動態精準的基本思路是“精準的基礎數據+精準的動態課表”：“精準的基礎數據”指每名學生、每位教師、每間教室、每門課程的基本信息要做到精準；“精準的動態課表”指可以精準定位“學生—時間—地點—課程—教員”之間的關聯關系，若有調整，通過規范的調整流程自動刷新相關數據。此模式下，要求教學管理系統中的核心業務模塊要在精準的基礎數據上做到規范的動態調整。基于以上思路，以數據治理為主要目的，對教學管理的核心業務模塊進行重構研究。

2 核心業務重構與數據治理研究

2.1 培養方案管理模塊

培養方案是進行教學活動的根本遵循，其準確性決定后續課程安排、課程考試、畢業審核等一系列教學活動的準確性。

為確保培養方案基礎數據準確，需提升錄入的易操作性，增加必要的糾錯機制：如將電子版培養方案直接導入系統，自動生成課程體系，減少冗余重復的手動操作；增加學時學分對照，判別培養方案是否錄入完整。為保證培養方案動態精準，增加“執行計劃”作為每個年級每個專業的個性培養方案。將培養方案作為“樹根”，每個專業每新招一屆，就生成其執行計劃，作為新的“樹枝”。當在實際運行過程中需要調整時，僅調整執行計劃即可。這樣既能保證培養方案的權威性，也可使執行計劃動態精準。另外需嚴格培養方案與執行計劃維護流程，調整需通過申請，逐級審批，審批通過后自動更新，形成閉環反饋。

2.2 人員信息管理模塊

教學活動的主體是人，人員信息的準確性是教學管理數據準確性的基礎。人員信息管理模塊主要分為教職工信息管理和學生信息管理。

人員信息數據管理的權威部門屬于高校人事部門，教學管理信息系統增加數據對接接口，直接導入基本人員信息并實時交互，可有效減少重復填報信息的煩瑣性。同時，加強對人員的狀態信息管理，如教職工信息中增加“角色”字段，對教職工進行角色授予，不同角色擁有不同審批權限，可使教學數據流通更加清晰、順暢，當人員變動時，只需更改其角色即可；完善并規范學籍異動功能，學生有出現降、留級，或轉專業、轉學、退學等異動情況，需通過學籍異動申請，逐級審核，審核通過后，自動更新系統中所有涉及該學生的狀態信息，包括班級、專業、課程、考試等[4]，保證教學管理數據中學生的信息動態準確。

2.3 場地信息管理模塊

教學場地是開展教學活動的地點，合理調度場地不產生沖突是教學運行平穩有序的保障。但教學活動類型多樣，不同時段不同人員不同活動的需求，對場地管理提出了更高的要求。

教學場地基本信息管理的權威部門屬于高校教學保障部門，教學管理信息系統增加數據對接接口，直接導入教學場地基本信息并實時交互。為合理調度，增加各類標識用于標明狀態，如“上課”“考試”“借用”“鎖定”“臨時調課”等，各種狀態互斥，保證場地使用不沖突。教學場地的借用需通過申請審核流程，審核通過后自動更新場地標識，同時場館保障部門也能實時查看場地狀態信息，用于實時保障?？砂粗付l件對場地信息進行綜合統計及報表輸出，數據直接對接智慧教室，用于智慧班牌等服務場景。

2.4 教材計劃管理模塊

在教學運行實際過程中，教材計劃制定與發放往往耗費大量精力卻仍不能保證準確，因此教材計劃管理模塊在支持教材信息的增加、刪除與修改基礎上，需進一步完善。

教材基本信息管理的權威部門屬于高校教學保障部門，教學管理系統增加數據對接接口，直接導入教材庫的基本信息，保證基礎信息準確。為實現自動生成教材使用計劃，最重要的是建立課程與教材之間的關聯關系，每門課程在教材庫中對應一種或多種教材。在每學期教學任務確定之后，自動組合課程、教師、專業、班級、學生等信息，生成教材計劃表與發放表。各單位可通過系統進行核對與調整，教材計劃自動更新，并同步更新課程教材對應關系。避免了人工手動填報與匯總的煩瑣，使教材計劃管理更加高效，保證教材數據精確。

2.5 課表編排管理模塊

排課工作是教學管理的核心工作，課表編排模塊相應是教學管理系統的核心模塊。課表編排實質上是多條件下求最優解的過程，將各類基礎數據根據一定的規則，形成最優的對應關系，即課表數據。因此，在保證各類數據準確不沖突的前提下，提升課表編排的效率與結果合理性，是該模塊優化的方向。

首先，在保證執行計劃與人員信息數據準確的前提下，自動生成精準教學任務。其次，通過自動排課與人工交互式模式進行排課，設置排課所需參數，如時間參數、地點參數、排課意見、分級教學等，模塊按照相應排課規則，如課時安排均衡、提高場地資源利用率等，進行自動排課；對系統已經自動排好的課程和系統不能自動編排的課程進行人工干預排課和調整；在課程安排過程中，模塊實時進行沖突校驗，自動校驗教員、學員、時間、地點等條件沖突。最后，生成精準初始課表，經審核后進行發布。

2.6 學生選課管理模塊

選課是通過學生自主選擇課程，來建立學生、教師、課程、教室一一對應關系的一種方式。解決選課高并發問題確保系統平穩運行，實時校驗規避已排課程的沖突，是學生選課管理模塊的關鍵。

為解決選課高并發問題，可采用積分意愿、抽簽選課、多輪選課等規則，使學生在同一輪次內選課是否成功與選課先后順序無關，避免擁擠搶課，減小峰值壓力，確保選課系統平穩運行。學生在選課過程中，實時進行沖突校驗，自動規避與學生已排或已選課程、考試等其他教學活動沖突。通過對學生選課進行更加有效地控制，使得選課數據流轉更加規范準確[5]。

2.7 調停課管理模塊

完備的調停課管理是實現課表動態精準的重要保障，是保證教學數據形成有效閉環的重要環節。

完善審批流，調停課由任課教員發起申請，需填寫調停課類型、時間、地點、教員、原因等要素；進行逐級審批，審批過程可視，責任清晰；審批通過后，課表自動更新，調停課記錄歸檔可查。完善沖突校驗，調停課申請時自動校驗沖突，申請者只能選擇可用的時間、可用的地點進行調整，在審批過程中，待調課時間、地點進行鎖定，避免發生二次沖突[6]。

綜上，對教學管理系統的核心業務模塊進行重構，使得各模塊都能夠在精準的基礎數據基礎上做到規范的動態調整，整個系統可以獲得實時、精準的數據。重構之后，培養方案、人員信息、場地信息、教材計劃關系著精準的基礎數據；課表編排、學生選課作為整個系統的“發動機”，將基礎數據組合轉換為教學活動數據，即課表數據；調停課作為系統反饋機制，使得整個數據流通形成閉環，是實現動態調整的核心數據。另外，各模塊內部也有嚴格的調整審批流程，并能夠自動更新數據，形成閉環。

3 典型應用

通過對教學管理核心業務模塊的重構與數據治理，可以獲得實時精準的教學管理數據。在此基礎上，能夠支持智慧校園中多種數據服務場景，以下簡要介紹幾種典型應用。

3.1 教學數據統計分析

基于精準的教學數據，利用相關業務系統，可以進行高效準確的統計分析。例如教學工作量統計，系統可根據學期內的教學數據計算得到準確的課內教學工作量，可有效減少人工統計的煩瑣性與錯誤概率，并且數據具備權威性；對授課老師的年齡、職稱等數據統計，可服務于教學隊伍建設、人才引進等決策；對學生課程、考試等數據分析，可服務于人才培養方案制定、課程建設等決策。

3.2 教學數據實時監測

基于常態化的、實時的教育數據監測，持續收集和分析有關信息，直觀呈現院校教育狀態，為多元主體價值判斷和科學決策提供客觀依據[7]。教學數據實時監測包括教學資源監測、教學狀態監測、教學質量監測。通過治理獲得精準動態的教學數據，可實現全過程的、實時的監測，能夠全面深刻掌握學校教育活動狀態，對監測結果進行分析、深度挖掘并直觀展示，構建智慧校園數據大屏[8]。

3.3 管理人員駕駛艙

基于精準的教學管理數據，利用知識圖譜可視化分析與展現、知識發現等能力，為教學管理人員提供教學進度、教學檢查、教學態勢、教學資源利用情況等分析結果，學校管理者可隨時隨地調用學校智慧教育核心數據，通過AI駕駛艙進行實時分析、決策和預警，實現校園智慧管理。

3.4 學生畫像

基于精準的基礎信息和動態教學信息，可以掌握一名學生從入學到畢業的全面教學信息檔案，展示學生入學基礎、知識結構、學術專長、個人經歷、興趣愛好等方面的詳細情況，為每一名學生構建準確、客觀、全面的“名片”。通過學生畫像，可以分析挖掘學生不同維度存在的問題，有針對性的提供幫助，還可以進行預警，如掛科預警、學籍預警等[10]。

3.5 教育數據交換共享

高校信息化發展至現階段，數據共享的需求愈發強烈[1]。各高校為實現數據共享，打破數據壁壘，連通數據孤島，都建立了數據中心。通過數據治理后獲得的精準教育數據，服務于高校的數據中心，與校內其他業務系統數據進行實時交互，為真正實現“一張表”工程奠定堅實的基礎[9]。

4 結語

“精準的基礎數據+精準的動態課表”可有效保證教學管理數據的準確性，進而影響其后續衍生數據的準確性與數據服務的可靠性。以數據治理為主要目的，對教學管理核心業務模塊進行重構研究，一是使數據流向更加清晰，從輸入培養方案、人員信息、教學場地等數據，到分別流向各自需要的模塊，再到組合產生課表數據，最后輸出傳遞到其他系統共同服務教學場景，整個過程清晰規范；二是使權責分工更加明確，每個模塊負責各自業務功能，模塊間交叉業務邊界職責明確，確?！耙粩狄辉础?，保證數據的權威性、正確性和有效性，并能夠溯源問責；三是使數據共享度顯著提高，教學管理數據不再是游離于各模塊之間各自為戰，而是做到互聯互通，信息共享，可支持多種數據服務場景，為智慧校園的建設提供數據保障。