云數據環境下智慧校園建設方案

張皓健，楊 琳，黎 明

（1河北工業大學 河北 廊坊 065000）

（2中國石油天然氣管道局中學 河北 廊坊 065000）

（3河北工業大學廊坊分校 河北 廊坊 065000）

0 引言

智慧校園是互聯網時代的產物，借助于網絡化、云計算等技術手段，滲透于校園工作的各個環節，推動校園發展進入到新生態模式中[1]。網絡大數據技術手段的應用使校園在智慧發展中獲得更為廣闊的發展空間，形式也變得更為多樣化，資源更豐富。將科學技術手段運用于校園建設中，形成智慧校園建設新模式，這是新時代下的一種探索與嘗試，許多高校已經取得了初步成效。智慧校園是我國高等院校未來校園建設發展的主要方向[2]。

1 智能化校園的建設

智慧化校園的建設發展是以學生為核心，所有工作內容都應圍繞學生展開。智慧學校的建設是為了滿足以學生為主體的數字化校園建設發展需求，加強各個部門配合，通過運用云計算以及數字網絡媒介等現代化手段，構建出適合智慧校園建設的框架結構。具體從以下5個方面來進行。

1.1 基礎設施層

基礎設施層是智慧校園建設的基本保障。我國許多高校在近10年的探索與發展中充分意識到這一點，從建設主干交換網到網絡系統的不斷完善，整個建設過程使信息技術傳遞變得更加完善，利用信息點服務器硬件設施實現了運轉的基礎。通過網絡主干服務器這一服務化系統平臺建設，學校網絡化大環境逐步成型，從而保障了智慧校園運行狀態的穩定與暢通。不僅如此，學校還配備了辦公計算機以及巡考監控設備等，這些數字化設施都是為了打造智慧校園而服務。

1.2 支撐平臺層

數字化校園的基礎是支撐平臺層，由智慧校園的引擎工具作為支撐來進行。有了技術手段的支撐，各軟硬件便可以順暢地連接，它的延展性也會變得更強。支撐平臺層將實現數據資源的整合一體化。與此同時，學校也可以利用現行門戶技術對未來發展做出前瞻性的判斷。此外，它還能提供單點登錄及個性化服務等，操作人員在進行使用的過程中也更具有便利性。

1.3 應用平臺層

應用平臺層的價值在于精準服務性功能。通過平臺層能使智慧校園的服務得到充分發揮，進而為師生提供更多便利。

1.3.1 以三維空間觀融通智慧化校園

數字化校園的建設總體特征就是統一性標準的形成，而統一性標準是通過數字化體系及網絡化基層建設所提供[3]。它涵蓋了工作環節中的各個部分，包括組織結構體系、制度評判標準、公共服務等多方面內容。在校園環境的建設與發展中，這種智能化的軌跡被充分加以運用。作為技術手段的實踐性運用，它將形成的數據信息資源統一整理歸納，為廣大在校師生提供更適合于個性化發展的信息資源。

在智慧時代校園建設中，傳統的資源空間被打破，使求知者更具自主性、獨立性，資源空間變得更加廣闊。除此之外，智慧校園是以數據化資源作為整體發展驅動力，在這種驅動力的作用下，能更好地識別求知者的特征，使學校能根據該特征展開個性化的教學服務。而在教學的具體實施場景中，這種形式也被列入更具立體性的三維空間范疇，既包括了物質空間、社會空間，還包括了精神空間。物質空間主要指實施過程，目的就是為了使學生獲得更多的知識。社會空間則更加強調師生之間形成的教學關系，主要體現于學生對教學內容的問題反饋，以及作為施教者疑難解答的過程。精神空間主要指作為求知的個體，在求知過程中的一種自我反思性的對話空間認知。認知的行程是云數據環境下智慧校園的計算結果。它的作用性體現在知識構建、數據聯通、知識應用等各個層面。為高校教育的發展提供了更多可能性，激發出學生更多發展潛質，使教育的形式更具立體性、多樣性與人性化特點。

學校為了能更好地促進學生發展，通過對課程的改革以及技術結構的調整來促使學生獲得更多知識內容。為了完善個性化成長，學校借鑒了更多的經驗。而這些經驗性的指引將轉化為一種內在核心力去促使教師更好輔導學生完成知識體系構建。為此，學校提倡用探究的方法來促使高校朝更專業化方向發展邁進，教學過程更為情境化。學校通過平衡創新與考評體系，使學生找到適合自身發展的方式。而智慧化校園建設也終將成為一種必然趨勢[4]。

現代化的水資源信息平臺是實行最嚴格水資源管理制度和“三條紅線”管理的技術手段和支撐工具，該平臺建設也是實現水利現代化的必由之路。泉州通過持續不斷努力，投入2 600萬元，于2012年建成了擁有自主知識產權的水資源動態管理系統，實現了水資源的實時監測、實時評價、實時預警、實時調度和實時管理。

在智慧校園模式下，學生的綜合素養得到提升。而學校為了迎合學生的發展需求，將學生學習過程中的各個數據統計匯總，進行分析整合，這些數據最終被搜集到一個大的數據平臺下，這也是智慧校園建設中的數字化智慧管理體現。

以學生發展為核心的智慧校園建設，就是通過數據資源整合以及各種移動設備的應用使學校教育管理成為一個統一性整體。在這一流程中，學校的各個層次都將得到充分重視，治理水平也明顯得到提高。有了這種數字化的校園模式，校園生活變得更加高效化，作為施教者也能通過這種模式將學生的信息資源掌握得更加透徹，追蹤每一個個體的相關數據信息，便于后期開展個性化教學及管理。

1.3.2 以開放空間架構賦能智慧化校園服務

有了智慧化校園建設這一形式，學校無論在學習還是生活中都有了一體化標準，而這種標準貫穿于學校的各個部門，幫助學校在實施教學的過程中變得更為人性化與個性化[5]。與此同時，學校在其他教學環節中也能利用網絡及云計算等各種技術手段，使交互學習成為一種常態化方式。例如某高校構建了智慧化校園的空間情境模型，如圖1所示。通過該模型可以看到，它通過劃分出不同的功能模塊來構建出適應性的智慧校園發展情境，從而使學校在管理過程中更具主動性。

圖1 智慧化校園的空間情境模型

為了能使校園發展滿足社會發展需求，學校融合了網絡技術手段而設計了智慧化校園開放空間架構，如圖2所示。在這一空間架構模式下，依據數據資源整合等技術，將學校的教學、管理與決策，以及記錄與評價等各個部分整合為一體進行規劃，最終形成素養護照以及學生畫像。

圖2 智慧化校園的開放空間架構

1.4 應用終端層

應用終端方便更多的訪問者對學校服務器進行訪問，它是為了更好地服務于學校中的各層操作人員而進行的不同權限平臺服務共享方式。

1.5 信息系統安全體系

信息系統安全體系建設是一個系統化工程，它包含了多項內容。首先，防火墻的實時監控，是為了防止重要信息的泄露而設置的關口端入侵防御系統。其次推行合規體系定期審查制，將其納入常態化檢查規定當中，用于保證網絡安全運行。最后統一身份認證授權，加強密碼保護以及數據化資源安全，使防護機制變得更加高效。

2 大數據背景下智慧校園網絡平臺的實現途徑

2.1 創建良好的網絡環境

為了學生更加便利地使用各類信息資源，學校通過建設智慧校園網絡平臺，利用無線網絡優勢，打破傳統學習方式，使學生在智慧校園平臺上獲取到更多資源。智慧校園的建設使學校的各個辦公區域都被無線網絡所覆蓋，學生在任何一個區域都能通過無線網絡尋找到自身所需要的學習內容。并且在訪問方式上也并非單一的途徑，它可選取任何一種方式來進行權限訪問。為了進一步提升網絡平臺的運用率，針對學生不同的需求層次劃分不同的權限內容，圖3為網絡拓撲圖。

圖3 網絡拓撲圖

2.2 智慧校園網絡平臺集群部署的實現

在智慧校園網絡平臺集群部署方面，為了能滿足更多用戶需求，智慧校園網絡平臺通常采用Hadoop集群找方式，它以高效頻率來處理日益增多的海量數據，即便如此，后臺穩定性也絲毫不受影響。但值得注意的是，在進行網絡平臺集群部署之前，必須要做好節點之間的配置工作。因為這一環節直接關系到后臺運行的穩定性和安全性。對于節點之間配置工作主要是結合與分散的關系性處理問題。也就是說在將所有IP地址進行整合完畢后，選擇主節點與分散節點，然后安裝Ubuntu Linux系統，之后便可建立賬戶，將Hadoop集群安裝在主節點上。除此環節外，還涉及hosts文件的修改問題，它主要關系到后臺運作的安全性，在訪問的過程中必須通過身份驗證，尤其是各個節點之間的認證更是必不可少。為了能夠節省時間，可以通過增加無遠程訪問功能來避免該問題的產生。具體措施可通過在結點上設置公鑰這種方式提升運作效率，這樣就可免去重復認證操作。

2.3 增加信息數據存儲功能

在智慧校園網絡平臺的建設中，可通過HDFS集群創建方式來避免學生用戶在訪問端進行讀取文件時的延時問題，通過訪問權限的設置將所有文件集中于代理用戶地址上，這樣就可以自由安全地進行信息資源的使用操作。

2.4 信息數據計算服務

為了使用戶在進行信息數據處理與應用中更加便利，建設智慧校園網絡平臺可通過運用代碼和編程的設置來實現數據的獲取和提交，然后再通過runjob這一功能實現，這樣操作還可以有效避免來自其他軟件的干擾。

2.5 實現統一身份驗證

在智慧校園網絡平臺建設中，可通過Spring Web Flow來辨別用戶訪問時的身份。在這一環節中，服務器與路由器發揮出了重要的功能，當服務器接到身份驗證請求時，路由器便根據相應的處理順序進行身份驗證，并且在整個操作流程中它可以根據不同的需求做出調整。對于首次登錄的用戶需要進行信息的填寫，一旦身份驗證成功，便可以進行登錄。但如果想要獲取到相應的信息資源，還需要后臺進行身份驗證，只有身份驗證通過后，才可以進入下一步操作。用戶在驗證身份的過程中，會產生ST和TGT兩種票證，這兩種票證的形成就是對用戶訪問時身份的證明。在以后的登錄中只需要驗證這些票證便可以進行登錄。但這些票證只能應用一次，因為它要確保用戶信息的安全性，一旦這些票證運用完畢便直接被銷毀。

3 智慧化校園的實踐效果

通過多年的探索，智慧化校園取得了以下成效：

3.1 形成“管理駕駛艙”，實現精準化校園管理

某高校注重通過大數據進行課程管理與評價，無論是作為一名教師還是學生，可根據數據資源來調整自身狀態，并能清楚查詢到自身的不足之處，進而開展有針對性的學習。這也是教師對教學工作的一種自我評價與反思，它有利于教師在進行教學過程中及時地調整教學策略，將智慧化校園建設貫穿于整個體系當中，形成整體性的數據采集和處理。有了數據資源庫，也可稱為“管理駕駛艙”，所有的工作程序變得一目了然，從而保證了學校信息化工作的順利進行。包括公寓每日常規檢查公示數據可視化及教職工數據可視化。

3.2 描繪“學生畫像、教師畫像”，開展智慧化評價

數字化校園作為一種校園發展優化性解決方案，它利用了信息化的技術使教學工作變得更加豐富多彩。從整體發展而言，教學變得更為高效化、統一化和目標化，而學校發展也通過此種形式更具延展性。

有了智慧校園的技術模式，學生通過信息化整合來獲取資源，伴隨教學活動的整體過程；而教學的活動也變得更具有規劃性與標準性，沒有了傳統壓制性的框架限定。也就是說，在智慧校園模式下，學校所進行的教學活動中任何一項內容，都會被納入活動標準當中，都具有明確的教學計劃和培養目標，適合于學生的成長，使其作為促進學生成長的必要手段來進行。

3.3 創建自適應平臺，實現個性化泛在學習

智慧校園環境下的教學將更加注重學生個性化訴求，它的主體目的已經不簡單是為了學生課堂上學習，而是為了拓展學生的學習空間，打破固有教育模式與教育資源，讓他們在發揮自我潛能的同時更加高效地去利用云數據，使學生的個性化需求充分展現，這也是智慧校園建設中的核心內容。通過創建自適應平臺，學生自主地進行選擇性學習，在豐富課程資源下，學習也更具有個性化。

例如某高校通過智慧校園的建設來進行教學工作的開展，利用信息化的技術手段進行線上的教學，使學生去自主地選擇課程，然后自主地完成學習任務。通過所形成的數據統計發現，學生在線學習高達36 110次，取得了良好教學效果。

4 結語

綜上所述，通過深入探究高校智慧校園的建設與實踐性發展，提出建設智慧化校園的構想，這種形式的產生符合當下社會發展的總體趨勢，是技術手段的實踐性運用。它打破了傳統的教學空間，使學生可以自主地進行選擇，不再依賴于單純的課堂教學。在這種信息化模式下，網絡空間被最大化利用。由此可見，基于云數據環境下的智慧校園建設是未來高校發展中的必然性選擇，它使學校充分地意識到自身的導向性及價值性。高校智慧數字化建設順應時代發展潮流，值得應用推廣。