基于云計算技術的智慧校園框架*

毛 睿

（云南交通職業(yè)技術學院）

一、研究背景

隨著信息技術日新月異，職業(yè)教育迅猛發(fā)展，大數據、云計算等技術普及發(fā)展，使得注重開放、共享且更具有高效信息服務能力的智慧校園成為各高校提升自身教學、科研、管理服務水平的趨勢，而云計算作為一種先進、科學的計算模式，在智慧校園建設的過程中必定改變傳統(tǒng)的建設模式，發(fā)揮出至關重要的作用。根據國務院《中國教育現代化2035》、教育部《教育信息化 2.0行動計劃》等文件的精神，高職院校正在經歷由數字校園向智慧校園轉型的階段，利用大數據、云計算等信息技術助力高職院校信息化發(fā)展已經勢在必行。

智慧校園是一個綜合性的信息處理平臺，它包含了海量的大數據，并且能夠統(tǒng)一收集、分析、處理大數據，同時整合學校教學、工作、生活方方面面的事務應用，在各個不同的業(yè)務系統(tǒng)間共享、傳輸信息。智慧校園搭建統(tǒng)一的基礎設施、網絡體系、應用服務平臺，提供開放、創(chuàng)新、共享的寬帶網絡校園環(huán)境。目前，國內的智慧校園平臺大多承載著教務、學工、科研、辦公、一卡通、圖書館、后勤服務等等業(yè)務。

近年來，云計算技術憑借其優(yōu)秀的分布計算處理、靈活可擴展的特點，成為越來越多的高校用于整合連接海量的數據信息，部署擴展性強的云計算系統(tǒng)，搭建經濟的云資源平臺的強有力幫手。云計算服務主要提供三種模式：基礎設施即服務（IaaS）提供服務器、存儲等共享資源；平臺即服務（PaaS）提供應用、數據平臺等資源；軟件即服務（SaaS）提供軟件服務等資源。

將云計算技術應用于智慧校園建設中能夠實現高職院校硬件資源重構整合和共享，借助云計算跨平臺的信息傳輸手段確保智慧校園內外的信息得以高速傳達、資源得以廣泛的利用、設備得到有效鏈接。并且在云計算技術靈活可擴展特性的助力下，使得重新梳理業(yè)務，構建出更加有效、智能、易管理的智慧校園架構成為可能，不僅讓師生可以感受到一種統(tǒng)一的信息化教學平臺以及一站式綜合性服務環(huán)境，也提高了教學、生活、辦公、服務、管理決策的智能化水平。

本文針對在各高職院校如火如荼的信息化建設中出現的問題，如軟硬件資源利用率不高、規(guī)劃不合理、重復建設等，提出結合云計算技術，以師生實際需求為導向的智慧校園架構方案，有效組合計算資源，在共享基礎上形成計算資源池，使得資源得到有效共享和充分利用，解決設備資源緊張問題，同時滿足大數據挖掘和分析，提供決策支持。

二、現狀分析

（一）信息化基礎設施初現規(guī)模

近年來，隨著各高職院校信息化投入，基礎設施已經初步搭建完畢，校園網絡已經改造完畢，幾乎都實現了有線+無線網絡全覆蓋的安全網絡體系；信息化教學平臺的上線能夠將教學過程從課堂延伸至課前、課后，初步實現學生在線交流反饋；加上一些信息化的管理平臺，師生的工作、學習、生活等業(yè)務都已逐漸在由“線下”向“線上+線下”的模式過渡。

（二）缺乏統(tǒng)一的頂層規(guī)劃

在建設智慧校園前期因為缺乏從頂層的統(tǒng)一規(guī)劃，雖投入大量資金打造網絡環(huán)境、添置硬件設備、上線信息業(yè)務平臺，但軟硬件利用效率不理想：

（1）缺乏明確的目標和整體規(guī)劃。針對業(yè)務去建系統(tǒng)，先建的業(yè)務資源分配冗余，后來建的資源緊張。使用時，各部門都盡可能多的要求分配資源，學校的業(yè)務存在時間高低峰的規(guī)律，有的業(yè)務只在特定時間需求資源，平時需求不大，但因為缺乏專門的管理人員，對建成的資源監(jiān)管不力，造成資源分配不合理，導致有的資源閑置，有的資源緊張。

（2）數據產生了卻沒有統(tǒng)一的數據標準，各部門業(yè)務系統(tǒng)缺乏共享和統(tǒng)一管理。在數字校園建設階段，各業(yè)務部門往往已經建設了信息化的業(yè)務系統(tǒng)，但各部門之間缺乏總體考慮，未進行協同開發(fā)，導致系統(tǒng)之間缺乏共享和交互，數據不對等不同步。比如新建的教學診斷與改進系統(tǒng)想要打通教務系統(tǒng)中的數據通道實現教學評估和診改信息化，可是教務系統(tǒng)卻建成使用已久數據標準不一或接口打不通。

（3）在建設智慧校園前期僅僅是對業(yè)務做了規(guī)劃，沒有針對云計算技術的建設目標和具體方案，導致在建設時云計算技術和應用脫節(jié)，或者已經建成使用的業(yè)務系統(tǒng)無法利用云計算技術擴展和升級。例如在建設課程資源云平臺時，僅僅只能導入課程資源進行單向授課，卻無法與學生學情分析的應用打通，搭建成教學雙向的教學系統(tǒng)。

在已經投入了大量資金建設軟硬件的現狀下，要重新進行頂層設計來梳理和重構業(yè)務難度很高，只能在現有的軟硬件設施的基礎上進行重構和再次建設。

（三）建設投入不平衡

智慧校園的有效運行，需要網絡環(huán)境、硬件設施、虛擬化平臺、數據處理算法等各部件的有效融合，同時還要保證數據安全。然而實際情況是，高校在建設時雖然投入大量的資金，但往往只重視看得見成效的部分例如網絡改造、硬件設施等，智慧校園需要大量的數字化應用系統(tǒng)支撐，還有看不見的底層服務平臺例如網絡安全平臺、虛擬化平臺、統(tǒng)一身份認證、云平臺等也需要大量的資金投入，這些應用和平臺的建設沒跟上，智慧校園的應用就會大打折扣。

（四）建設管理力量薄弱

大量的系統(tǒng)管理給技術人員帶來了前所未有的管理壓力，從相關調研的情況來看，各高校往往缺乏完善的專業(yè)建設技術人才。原因其一是缺乏完善的人才培養(yǎng)體系，學校還沒有意識到技術人才在智慧校園建設中的重要地位，缺乏能夠使用云計算技術的人才，也沒有相應的培訓機制，業(yè)務系統(tǒng)上線之后僅僅只有力量保證正常運轉，并沒有多余人力來建設和維護云計算平臺，有了新的需求也很難再響應和擴展；其二是教師隊伍信息技術水平需提高，再先進的業(yè)務系統(tǒng)也需要師生改變傳統(tǒng)的教學工作模式，配合使用和推廣，不斷改進才能構造出良性的智慧校園生態(tài)，但高職院校的師生往往非常重視技能培養(yǎng)卻會忽略信息技術的提高，在推廣使用線上業(yè)務系統(tǒng)時障礙重重。

（五）應用的深度和廣度不夠

目前在高職院校中，智慧校園建設和使用似乎是信息中心的事，其他學院和部門在智慧校園系統(tǒng)的應用深度和廣度上都遠遠不夠，信息共享也不充分。業(yè)務部門僅僅停留在表面使用，如瀏覽通知、信息查詢、資料上報等，建了種類繁多的系統(tǒng)和APP，但與實際需求不符，在運用時也只停留在一些表面，并沒有深入，這也是數據源不全、數據中心數據不準確體量不夠等問題的原因。而在使用系統(tǒng)中也會產生大量的數據，目前這些數據都沒有有效利用，實現為教學、管理服務，未對數據進一步的挖掘和分析，提供決策支持等。

圖1 以用戶需求為中心的智慧校園框架

三、解決方案

（一）改革以構建適合高職院校的以用戶需求為中心的智慧校園框架

充分調研高職院校的師生需求，有效組合現有計算資源，在云端統(tǒng)一部署，使得信息、數據得到有效收集共享和充分分析利用，同時從教學維度、管理維度、服務維度三個用戶需求維度，助力智慧校園得到更多元化的應用，創(chuàng)造出更加高效、便捷的智慧校園環(huán)境。

以云計算為基礎構建智慧校園框架，橫向上分為基礎設施、平臺支撐、軟件應用三層，梳理師生需求，在面向用戶的軟件服務層又分為教學、管理、服務三大維度。

1.基礎設施層

基礎設施層利用虛擬化技術搭建跨平臺的物理資源池。虛擬化技術能夠在物理硬件系統(tǒng)上運行一個虛擬化的系統(tǒng)，實現多個物理硬件資源映射成為一個資源池，另外，利用虛擬化技術可以實現系統(tǒng)的備份和遷移，這就減少了硬件層重構的成本，使得重新規(guī)劃建設成為可能且易于實現的事。

因此，基礎設施層應重新梳理已經建成的硬件資源，形成虛擬化的服務器集群、存儲，為上層的業(yè)務系統(tǒng)提供環(huán)境，業(yè)務系統(tǒng)共享物理資源，提高資源利用率，避免重復投資，延長設備使用時限，并且統(tǒng)一監(jiān)控管理、動態(tài)分配資源，做到資源平衡優(yōu)化、減輕管理人員的工作負擔，有效解決學校資源利用不均問題，滿足學校資源使用高低峰的需求。

2.平臺支撐層

云計算技術可以將多個計算機資源協調按需部署，并且不受空間限制，靈活性高擴展性強。因此平臺支撐層負責利用云計算技術整合基礎設施層資源，搭建提供業(yè)務支撐的系統(tǒng)平臺和云平臺，搭建用于統(tǒng)一數據處理的數據中心，收集所有業(yè)務系統(tǒng)的數據源統(tǒng)一標準、統(tǒng)一存儲，并用統(tǒng)一的格式推送至各業(yè)務，徹底打通數據通道，為綜合分析、領導決策搭建平臺。

平臺支撐層又分為安全平臺、數據中心和管理平臺，承擔著安全管理、數據管理、設備管理的任務。數據中心就部署在這里，來源于基礎設施的海量數據，為了保證其可用性和可靠性，收集至數據中心后用統(tǒng)一的數據標準進行轉換和存儲，再推送至需求數據的業(yè)務，以保證數據的完整、準確、唯一且可共享，供業(yè)務采用和決策分析。為了保障數據安全，采用統(tǒng)一身份認證、單點登陸、負載均衡、VPN、安全審計、態(tài)勢感知、網頁防篡改等安全措施保證整個數據中心的信息安全。

3.軟件服務層

軟件服務層面向用戶，根據教學、管理、服務三大類型的需求梳理各業(yè)務，整合重復建設的系統(tǒng)，建立統(tǒng)一入口的門戶及移動門戶，規(guī)范業(yè)務流程和數據走向，形成一個數據共生產、共建設、共享用的良性生態(tài)。主要從教學、管理、服務三個維度通過各應用系統(tǒng)為用戶提供服務支持：

（1）教學維度：學習平臺共享學習資料，通過數據分析形成學習情況報告，并共享數據，為學生管理、校園安全管理提供數據源；網絡教學平臺作為課堂教學的輔助，結合虛擬實訓室提供課余學習環(huán)境，創(chuàng)造更富余更開放更安全穩(wěn)定的學習條件。

（2）管理維度：通過人臉識別進行校園安防管理，共享數據用于自動考勤，大數據分析結果用于決策支持，辦公自動化利用在線流程減少重復的行政工作等。

（3）服務維度：數據都來源于數據中心，一站式的服務可以貫通全校，而用戶的生活行動軌跡也可用于定制個性化的校園生活方案以及學生管理。云平臺提供校內軟件使用資源池，云殺毒、云辦公、云繪圖等等，統(tǒng)一正版化的服務不但十分便捷，也統(tǒng)一管理，滿足國家對軟件正版化的要求。

圖2 云平臺部署

（二）重新梳理整合業(yè)務，搭建以用戶需求為主的業(yè)務平臺

（1）智能教學平臺：基于云計算的教學平臺，除了提供課前+課中+課后的豐富學習資源外，還記錄學情，進行大數據分析學生學習狀態(tài)，支持學習評價收集學習反饋用于教學監(jiān)督診改，將信息化教學從課堂延伸到整個教學周期。

（2）虛擬實訓平臺：借助云計算資源，可以將復雜、龐大的實驗室放到線上，既能滿足學生不受時空限制的實訓需求，也能智能化控制，收集實訓數據還能為學生學情提供大數據分析。

（3）公共服務平臺：將事務流程放到線上，例如智能宿舍管理、報修、申請等，實現“師生少跑路、數據多跑路”，不但大大提升了辦事效率，更提升了學校整體的智慧化水平。

（4）資源云平臺：云平臺采用公有云+私有云的方式混合部署，教學、管理、生活類的數據具有保密性，部署在本地的私有云平臺，提供給各應用系統(tǒng)共享使用，例如圖書館、一卡通、課程資源平臺等，并提供正版化軟件的平臺以供軟件服務層使用。這樣不僅為全校師生提供便捷的資源服務，還給統(tǒng)一管理節(jié)約了人力、物力、財力。

需要通過互聯網資源獲得足夠計算資源的業(yè)務部署在公有云，例如云防火墻、態(tài)勢感知等安全業(yè)務，云計算服務器等本地部署太過昂貴的資源等等。

（5）管理平臺：智能安防、決策支持、科研管理、資產管理等智能管理平臺可以提升學校管理水平，結合物聯網技術還能全面感知校園，收集數據進行分析挖掘，還能及時預警，提供決策支持等。

（三）建立統(tǒng)一完善的管理體制

1.自頂向下的統(tǒng)籌規(guī)劃

智慧校園建設涉及多部門、多系統(tǒng)，需要進行頂層設計，這就需要建立自頂向下的組織機構負責統(tǒng)籌規(guī)劃和協調，并由各業(yè)務部門配合推進各業(yè)務系統(tǒng)的建設，對現有業(yè)務系統(tǒng)改造統(tǒng)一數據標準，形成制度，新建或擴建時也遵循統(tǒng)一的原則。

2.制度保障資金優(yōu)化投入

形成健全的制度，優(yōu)化資金投入，科學地分配建設資金，同時也規(guī)范資金使用，形成制度化的可持續(xù)經費投入機制。

3.專業(yè)的信息化隊伍保障

建立和完善一支專業(yè)的信息化隊伍來保障和管理，加強對專業(yè)人才的培養(yǎng)，構建人才培養(yǎng)體系，同時深化校企合作，引進企業(yè)技術人才提供信息化的技術支持。

4.增強師生信息化水平

要積極宣傳，通過線上+線下的培訓增強師生的信息素養(yǎng)，充分發(fā)揮智慧校園的優(yōu)勢對師生的工作、學習、生活產生影響，采取多元化的方法讓全校師生理解接納并主動使用智慧校園。

四、結語

云計算靈活的服務能力是助力智慧校園體系的有效手段，在建設時更加要考慮如何有效利用，將已經建成的基礎設施和云平臺發(fā)揮出最大效力。但也要結合自身學校的特點，在建設時更加要考慮如何有效利用，將已經建成的基礎設施和云平臺發(fā)揮出最大效力。難點在于結合實際智慧校園建設情況，梳理硬件資源，利用虛擬化技術整合形成資源池；在平臺支撐層建立數據中心，統(tǒng)一數據標準，收集并整理業(yè)務系統(tǒng)數據，推送至各個應用；并從學校管理層面以用戶需求出發(fā)，從教學、管理、服務三個維度規(guī)劃調整現有以及未來建設的業(yè)務系統(tǒng)。另外還要加強應用研究，不斷改革不斷創(chuàng)新，構建出一個最適合學校的云計算架構模型，這樣才能避免投入卻不能深度使用，技術雜糅不好整合，標準過多不能統(tǒng)一等問題。

智慧校園的建設是長期的，這個過程中會不斷出現新的需求，還有些信息技術相對薄弱的教師無法適應，新的架構對網絡環(huán)境的要求很高，如何保障基礎設施的穩(wěn)定也是不容忽視的問題。在建設時，不僅要參考先進的國內外經驗，也要協調各部門和師生，創(chuàng)新改革、緊跟新技術的發(fā)展，積極學習并結合實際學以致用。