中小學智慧校園的整體架構研究

摘要：智慧校園是充分利用各類信息技術，依托“互聯網+教育”大平臺，開展智慧教育創新研究和示范，推動新技術支持下教育的模式變革和生態重構的基礎保障，智慧校園是直接服務于教師、學生和家長的智慧教育環境，面對教育改革深化和對公平而高質量教育的需求，思考和探索如何推進智慧校園建設愈發重要。本文在新型教育基礎設施建設背景下，從簡單明了、便于實施操作的角度出發，提出了中小學智慧校園建設的三層架構模型。

關鍵詞：智慧校園；智慧教育；整體架構

中圖分類號：F272.92? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）10-0093-03

引言

當前，我國教育改革發展步入深水區，高質量教育體系建設的需求日益加大，以云計算、5G、IPV6等新型信息網絡、VR/AR、人工智能、區塊鏈為代表的新技術更新迭代速度迅猛，在此背景下，針對中小學校的特點，如何高質量建設中小學智慧校園值得深入研究和探索。

智慧校園的整體架構

智慧校園是綜合運用云計算、物聯網、大數據、虛擬現實等新興的信息技術打造的智慧化教育教學環境，以實現教育主流業務的智慧化（智慧教與學、智慧管理），實現以人為本的創新服務。

智慧校園的架構是對智慧校園技術體系的總體規劃，即從技術視角全面規劃智慧校園的技術元素構成、技術元素之間的層級結構，以及技術元素間的邏輯關系。筆者從清晰簡單、便于操作實施的角度出發，提出了中小學智慧校園建設的三層架構模型，三層架構分別為基礎設施層、支撐服務層、應用服務層。

1.基礎設施層

基礎設施層是智慧校園的基礎物理環境，是智慧校園實施的基礎和保障，其主要包括泛在校園網絡、智慧型功能教室、智慧型設備以及用于數據存儲和計算的數據中心。

（1）泛在校園網絡是指借助WI-FI、5G等無線技術和有線技術實現的校園網絡全覆蓋。

（2）智慧型功能教室包括融合視頻直播錄播、感知交互、仿真實驗等技術的智慧教室、智慧實驗室、智慧錄播室等。

（3）智慧型設備主要是建設基于通過射頻識別（RFID）、各類感應器、全球定位系統等物聯網技術的智慧型教育裝備，使其能夠實現各類設備與智慧校園業務系統的互聯互通，以及智能化的數據傳遞服務。例如，可將RFID應用于學生行蹤、門禁系統、圖書管理等。

（4）數據中心是為智慧校園提供計算和存儲的基礎設施。根據服務性質的不同，將云計算分為公有云、私有云和混合云。①公有云是指第三方提供商為用戶提供的能夠使用的數據存儲、計算、網絡等服務；②私有云是指為一個客戶單獨使用而構建的數據中心；③混合云是指混合使用私有云和公有云為用戶提供服務。

2.支撐服務層

支撐服務層是一類基礎性軟件的集合，是面向智慧校園各類應用的公共服務支撐平臺，是具備互聯互通、應用齊備、協同服務特征的“互聯網+教育”大平臺，面向應用服務層提供共性服務支撐，主要包括數據庫系統、統一認證系統、一卡通系統、開放API、應用管理系統、數據分析系統等。

（1）數據庫系統是為實際可運行的存儲、維護和應用系統提供數據的軟件系統，我們使用的任何應用系統都包括前臺的用戶界面和后臺的數據支撐，后臺數據的存儲、維護和為應用系統提供數據使用接口就是依靠數據庫系統。

（2）統一認證系統實現基礎數據的管理和各業務系統的單點登錄，實現統一的身份管理、權限管理和統一的分級授權機制。

（3）一卡通系統是基于物理介質的身份識別系統。對終端用戶而言，其將學生證、借書證、餐卡等的日常功能集合在一張卡片上，涉及的主要技術難點包括與統一認證系統的集成、與其他應用系統的集成等。

（4）開放API為第三方應用接入提供標準接口，以實現第三方無縫接入，實現數據同步等。為實現更好的數據兼容性，各個應用系統的數據都將通過平臺API接口進行交互和調用。通過統一的應用接口管理，應用可以遵照平臺數據交互標準向任何平臺上的其他應用提供數據調用接口，方便數據交互。

（5）應用管理系統的主要功能是管理應用服務層的各種業務智慧應用系統，主要管理這些系統對數據的訪問、各系統之間的邏輯關系、接入的方式、展現的形式等。

（6）數據分析系統主要完成各類數據的全面收集、存儲和分析，特別是利用大數據處理工具進行高層次的輔助決策，通過建立各種類型的數據分析系統，呈現更精確的分析報告，供用戶決策使用，體現數據的決策價值。

3.應用服務層

智慧校園和智慧教育體系都是為教育提供服務，主要服務兩大方面：智慧教與學和智慧管理。

（1）智慧教與學是教師在泛在、靈活、智能的智慧教學環境下，利用各種先進信息化技術實施各種新型教學模式，構建生動直觀形象的智慧型課堂（智慧型課堂對于教師來說是智慧地教，對于學生來說是智慧地學）。智慧地教體現在：課前，利用智能備課系統進行電子備課；課中，利用即時反饋系統監控學生的學習過程，了解其學習進展與困難，進行個性化指導；課后，通過智能作業批改系統，自動分析學生的作業成績。智慧地學體現在：運用混合式、合作式、體驗式、探究式的學習方法，具有泛在式、個性化、高效率、沉浸性、持續性、自然性等基本特征，能夠幫助學生不斷認識自己、發現自己和提升自己。

（2）智慧管理主要是中小學校以信息技術理念和基礎環境為基礎架構支撐下的學校管理和服務，一般包括學校的教務管理、行政管理、財務管理、人事管理、學生管理、設備資產管理、校園安全及為師生、家長提供的便捷化、智能化服務。智慧管理是移動互聯網、物聯網、大數據、感知技術等新技術背景下學校辦學條件的智慧升級，是學校傳統教育教學管理事務的流程再造。

框架的應用探索

下面，筆者以秦皇島市某智慧校園建設和應用試點小學為例，談談其如何以上述智慧校園整體建設框架為依托構建智慧校園。

1.確定建設原則與思路

建設原則：以學校特色發展為理念、需求為導向、易用好用常用為目標，不求一次性大而全地建設完成，而是采用循序漸進、逐層深入的方式進行建設。

建設思路：深入剖析學校教育教學中亟待解決的問題，選取急于解決、易于用技術解決的問題，確定學校的智慧校園建設三年發展規劃；根據學校需求抽象出具體的應用系統，整體謀劃具體的建設；打造穩定而易于擴展的支撐服務層，做好各應用之間以及各應用與上級教育部門的相關系統的整合與對接；優化建設流程，軟硬件建設同步推進，建設、使用、管理、培訓同步開展。

2.建設成果

（1）基礎設施層：建成了覆蓋全校域的無線網絡、校園一卡通系統等。

（2）支撐服務層：在整合“秦皇島市互聯網+教育”平臺、國家教育資源公共服務體系的基礎上，擴展了基礎數據庫，打造了更多的開放API接口，建立了應用管理中心，實現了各種應用系統的統一管理。

（3）應用服務層：智慧校園的所有功能都通過應用服務層為用戶提供服務，主要包括智慧教學系統、教師專業成長陪伴系統等。

①智慧教學系統是全面實現基于學生數字畫像的教與學系統，對課程設置、實施、評價進行數字化管理和數據收集，運用教與學過程大數據，實現教情、學情的及時精準反饋，為學生提供個性化的學習路徑和資源服務，實現個性化學習和因材施教；將課堂延展為課前、課中、課后和線上、線下一體化設計的混合式學習，探索翻轉課堂、探究式學習等，構建自主、合作、探究的教學方式；基于支持O2O模式的在線學習和智能學習終端開展泛在學習、遠程協作學習等開放學習。

②教師專業成長陪伴系統運用教與學過程大數據的行為記錄、分析和診斷，開展反思性教研；開展教師專業能力診斷、分析，為教師提供差異化、按需的專業培訓和指引，開展主題化、系列化、課題化、項目化的發展性和精準性教研，促進教師群體成長；建立教師成長數字畫像，在促進教師專業成長的同時，增強教師的專業獲得感。

總結

智慧校園是數字校園發展的高級階段，也是教育信息化的重要階段成果，各學校應根據技術發展的趨勢，結合學校實際，以需求為導向，以應用為核心，在教育新基建的背景和指導下擬定實現“智慧校園”建設的策略和路徑。

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作者簡介：邢鎮（1971—），男，漢族，河北省唐山市人，高級教師，大學本科，研究方向為教育信息化。

本文系全國教育信息技術研究課題“小學智慧校園建設與應用實踐研究——以秦皇島市白塔嶺小學為例”（項目編號：171330031）研究成果之一。