推進中小學智慧校園建設助力基礎教育數字化轉型升級

□萬海鵬 陳 磊 王琦

一、引言

2021 年7 月8 日，教育部等六部門發布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》，提出要以信息化為主導，面向教育高質量發展需要，聚焦信息網絡、平臺體系、數字資源、智慧校園、創新應用、可信安全等方面進行新型基礎設施體系建設。2022 年全國教育工作會議提出實施國家教育數字化戰略行動，推動實現教育數字化轉型升級。學校作為教育信息化的主陣地，有效推進智慧校園建設，成為國家教育信息化戰略落地、教育數字化成功轉型的關鍵。

建設智慧校園不僅是軟硬件的裝配，更要結合師生、管理者的教育服務需求和理念。然而當前部分中小學在建設智慧校園的過程中，存在缺少優質頂層設計[1]、各利益相關群體需求模糊不清晰、重視信息化設施建設而輕視應用現象普遍[2]、系統平臺之間數據信息閉塞難以流轉等問題，使信息化優勢得不到充分發揮。因此，明晰智慧校園的內涵與核心特征、加強智慧校園建設框架的頂層設計成為破解上述難題、推動基礎教育數字化轉型升級的有效舉措。

二、智慧校園的內涵與核心特征

智慧校園是數字校園的高級發展階段，是依托物聯網、云計算、大數據、無線通信等新一代信息技術打造的智能化教育信息生態系統，旨在實現信息技術與教育主流業務的深度融合（如智慧教學、智慧學習、智慧管理、智慧評價、智慧科研和智慧服務等），為教育利益相關者提供智能化、個性化、適應性、定制式的支持服務[3]。

關于智慧校園的核心特征，不同領域內的專家學者給出了不同的觀點。黃榮懷[4]等提出了“智慧學習環境”的概念，認為智慧校園具有環境全面感知、網絡無縫互通、海量數據支撐、開放學習環境、師生個性服務五個方面的特征。蔣東興[5]認為智慧校園具有互聯網絡高速泛在、智能終端廣泛應用、團隊協作便利充分、集體知識共生共榮、業務應用智能融合、外部智慧融會貫通六個方面的特征。紀佩宇[6]等認為智慧校園具有無處不在的互聯網絡、全面感知的校園環境、廣闊開放的學習環境、智能化的數據處理和個性化的應用服務五個方面的特性。王燕[7]認為智慧校園具有寬帶網絡互聯高速泛在、智能環境感知實時全面、業務應用智能全面融合、海量數據智能挖掘分析、智能服務友好個性便利五個方面的特征。賈國榮[8]認為數字化和網絡化是智慧校園的基礎，集成化和智能化是其核心，智慧化的云計算是其靈魂。

綜合以上學者的觀點，并結合中小學校園的實際應用情況，可以將智慧校園的核心特征概括為以下三點：一是數字化、網絡化和互聯化是環境基礎。智慧校園建立在數字化和網絡化的基礎上，通過在校園建筑、教學儀器設備、教室、桌椅板凳、圖書等設施設備與校園網絡之間建立無縫互通的連接，賦予物以智能，實現人與物的互聯。二是集成化、智能化和個性化是服務支撐。“互聯網+”時代的智慧校園集成了校園內外的各種信息服務平臺，采用標準化的接入和服務模式，實現不同設備之間的智能化連通，并向各相關利益群體提供個性化的支持服務。三是泛在化的情境感知、分布式的云計算和定制式的分析服務是應用保障。為了實現智慧校園的目標，需要通過強大的物聯網感知技術進行泛在化的情境感知，獲取教學、學習、管理等過程中的全部數據信息，利用分布式的云計算技術和存儲功能，完成對數據信息的綜合分析，同時允許各相關利益群體定制個性化的分析服務需求。

智慧校園三個核心特征之間的關系（見圖1）：數字化、網絡化和互聯化，為集成化、智能化、個性化及泛在化的情境感知、分布式的云計算、定制式的分析服務奠定基礎，沒有數字化、網絡化和互聯化，其他兩方面也很難實現；集成化、智能化和個性化是智慧校園各類服務實現的關鍵支撐，從用戶角度對其需求進行匯聚和推送，能提升其他兩方面的建設水平；泛在化的情境感知、分布式的云計算和定制式的分析服務是智慧校園各類服務得以應用的保障，為智慧校園提供大數據支撐，涵蓋數據的獲取、存儲和應用等多個方面，是智慧校園智慧的根基所在，能提升數字化、網絡化和互聯化的水平，為集成化、智能化和個性化提供支撐和服務。

三、中小學智慧校園建設框架

智慧校園建設作為推動基礎教育數字化轉型升級的重要手段，在落實過程中需要明確其核心需求，進而有針對性地進行頂層體系結構設計。

（一）需求分析

智慧校園建設是一個系統化工程，涉及學生、教師、家長、教育管理者、技術人員等相關利益群體。因此，需要通過分析學校日常運轉下的常規化業務并結合學校的個性化特征來確定智慧校園建設的整體需求，為后續實施優質高效的服務奠定基礎。具體來說，智能校園建設的整體需求主要包括日常校園業務管理和服務需求、學校教育大數據共享需求、基礎軟件支撐平臺功能需求和移動智能化需求。

圖1 智慧校園的核心特征

1.日常校園業務管理和服務需求

通過搭建教育業務管理系統，實現學生、教師、家長、教育管理者和技術人員的管理和服務需求。面向學生的個性成長服務，為學生提供個性化學習體驗、適應性課程、精準化作業、數字化教材等服務，促進學生綜合素質的發展；面向教師的專業發展服務，提供課前協同備課、課中精準教學、課后作業輔導、無紙化辦公等管理與服務；面向家長的家校服務，提供孩子安全監管、家長社區、家校溝通、親子活動等服務；面向教育管理者，提供門戶展示、德育信息錄入、檔案管理、辦公管理、設備報修管理、校園安全監控等管理與服務；面向技術開發人員，提供校園系統運行狀況報表、各相關利益群體的使用體驗報告、平臺運維問題反饋及技術支持等管理與服務。

2.學校教育大數據共享需求

由于以往智慧校園各系統之間缺乏統一的數據標準，導致建成后的各個系統之間無法提供相互數據交換的功能，這就使某些數據在需要跨部門使用時，必須依賴手工或半手工的方式傳輸。同時，當有新的業務應用系統納入時，由于各業務應用系統之間的數據交換不明晰，導致新的業務應用系統遲遲不能融入已有的智慧校園體系，這就極大降低了新業務應用系統的上線效率。為此，需要建立統一的數據共享規范及機制，構建數據中臺，提供校園層面統一的數據API 服務，打通智慧校園系統之間的各類數據壁壘，實現智慧校園數據的共建共享、協同發展。

3.基礎軟件支撐平臺功能需求

隨著學校的發展，教學與管理的服務需求將得到不斷拓展，為避免緊耦合的“交換孤島、數據孤島”現象發生，需要在智慧校園建設的平臺層構建統一的基礎軟件支撐平臺，以促進不同系統間接口的互通。比如，提供統一門戶管理、統一通信服務、統一數據管理、統一檢索服務、統一工作流程、統一媒體服務、統一文件服務、統一應用開發與接入、統一標準規范等公共的信息服務功能，并為這些服務搭建一個調用關系松耦合的架構，從而支撐開展跨部門、跨層級的業務協作，實現學校業務應用的互通、互操作。

4.移動智能化需求

隨著移動互聯網的發展，傳統的管理信息系統趨于移動化。然而，目前智慧校園涉及的眾多應用系統在應對移動互聯挑戰時，往往只是從用戶的訪問頁面進行了重構，而并未深入到具體的功能和業務流程層面。因此，為了更有效地支持學生進行隨時隨地學習、提升教學管理和家校溝通等工作的效率，需要在數據充分共享的前提下構建同時兼容PC 端和移動端的業務應用系統，實現跨終端的一貫化學習體驗，打破空間與時間的局限。

（二）結構體系

教育數字化轉型的核心是促進全要素、全業務、全領域和全流程的數字化轉型，涉及教與學過程中的方方面面，如人才培養目標、教育教學內容、教學模式、教學評價方式、教師專業能力、學習環境等。因此，采用以需求定義服務的思路開展智慧校園建設，可通過系統化的需求分析獲得來自各利益相關群體的真實需求，并從基礎設施層、數據支撐層、平臺能力層、業務應用層和用戶層五個方面對智慧校園結構體系進行頂層設計（見圖2）。通過一套多種技術制式的泛在基礎網絡、基于物聯網絡和感知終端設備的基礎設施層，匯聚校園基礎數據和校園大數據的數據支撐層，搭建具備五大服務能力的平臺能力層，覆蓋校園安全、校園管理、校園服務、校園生態的業務應用層的系統，從而為學生、教師、家長、教育管理人員和技術人員提供智能化的支持服務和解決方案。

1.面向學生、教師、家長、教育管理人員和技術人員的“五位一體式”服務體系

根據學生、教師、家長、教育管理人員和技術人員的管理和服務需求，形成及時響應式的個性化服務體系。對于學生，從學習者行為角度了解學習過程的發生機制，以優化學習過程設計，提供個性化學習方案；對于教師，及時獲得有關學生的學習成績、學習過程、學習環境的信息，及時獲得有關個人職業發展、進修、晉升所需的學習材料；對于家長，實時了解孩子在學校的安全情況、學業表現、興趣愛好等信息；對于教育管理人員，獲取校園各個層面的實時信息，包括校園安全、教學質量、校園文化、校園建筑等；對于技術人員，基于用戶的實際使用數據，通過分析獲得優化學習管理系統導航設計、用戶界面設計、指導反饋系統設計的科學數據。

圖2 智慧校園體系結構

2.聚焦“安全、管理、服務、生態”的業務應用層

打造面向校園安全、校園管理、校園服務、校園生態四個層面的業務應用層，構建具有高度感知能力、控制能力、協同能力和服務能力的智慧應用系統。通過以上四個層面的應用，將學校的物理空間、數字空間和社會空間有機結合起來，通過在網絡空間的計算發現校園運行規律并反饋優化，開展以人為本的個性化創新服務，實現學校智慧運行，支撐學校開展智慧教育。

3.構建以“云”為核心支撐的平臺能力層

以“云”為核心支撐的平臺能力層主要包括統一的用戶認證和開放接口接入能力、統一的安全認證能力、云計算與確權存儲的服務能力、大數據分析與決策支持能力、情境智能感知能力。首先，借助云服務平臺進行數據的統一采集和傳輸共享，基于安全協議和規范，打造強有力的安全認證能力；其次，通過大數據技術對數據信息進行智能分析，提供決策支撐及預警預判；最后，形成強有力的信息支撐系統，實現對基于物聯網的全感知智慧校園的有力支撐。

4.打造基于教育大數據中臺兼容各類數據來源的數據支撐層

從校園基礎數據和校園大數據兩個層面，規劃數據支撐層，能夠兼容來自各種教育實踐活動、各類教育群體的數據。同時，制定校園基礎數據和校園大數據的采集范圍及標準，采用xAPI（experience API）規范以信息對四元組（操作者、動作、對象、時間）的形式對涉及的各類教育數據進行集中式統一化匯聚、存儲與管理，支持跨平臺、跨場景的多元數據兼容，避免數據冗余，最終以教育大數據中臺為依托，為業務應用層中的各項業務提供數據查詢、合并、匯總、分析和決策服務。

5.鋪設以泛在基礎網絡為特色的基礎設施層

鋪設以3G/4G/5G、光纖寬帶、WiFi、NB-IoT、eMTC 等網絡技術為基礎的泛在基礎網絡接入層，建設教育專網，實現對智能感知數據和信息的無縫、高效、實時傳輸。通過電腦、手機、iPad、傳感器、攝像頭、可穿戴設備等進行全體系的物聯網終端布局，實現對校園“人員—物體—環境”的全方位感知和動態智能識別。

基于智慧校園體系結構（見圖2），可以基本實現中小學網絡的泛在聯通、服務的分類管理、應用的按需供給，為智慧校園的建設打下良好基礎。除此之外，精通教育信息化的管理者對于推動基礎教育的轉型升級也至關重要，因此還需要加快數字化創新人才的培養，使其能夠服務于新的信息化建設體系。

四、結語

智慧校園不是單純地“建”，而是要將“建”“用”“評”三者有機結合，建設的總體思路是“建設中應用，應用中評價，評價中變革”。通過教育主管部門與學校的有機協同，分步實施、穩步推進校園信息化建設，實現校園智慧水平的迭代升級。

學校將成為未來教育大數據生態系統的基石，智慧校園建設中所包括的多媒體教室、實驗室、體育場、創客空間等各類場景空間，都將是重要的數據生成和利用來源。在智慧校園建設的過程中，一方面，需要連接好各種“孤島式”的平臺系統，以核心教育業務為依托，促進數據在業務處理流程中進行無縫流轉，做到既高效地使用數據又原創性地生成數據，破除“數據孤島”“數據煙囪”障礙；另一方面，智慧校園運轉過程中所產生的海量數據將成為學校未來的重要資產，這項資產中攜帶著利益相關群體的重要隱私信息。因此，只有做好數據權責的清晰界定，才能最大限度地保障數據安全，最大限度地發揮數據資產的價值。