大數據時代面向智慧教育的高校信息化支撐環境構建研究

王曉妮 杜育紅

關鍵詞：大數據；智慧教育；教育信息化；模型構建；支撐環境

0 引言

隨著物聯網、云計算、區塊鏈等新興信息技術的快速發展，讓我們進入了大數據時代，同時智能終端設備日益普及，高校的教育模式、理念和環境也發生了很大的變化，教育信息化已經成為高校教育改革的重點，技術變革教育已是大勢所趨，信息技術推動教育發展已經上升為國家戰略。教育部2018年4月印發的《教育信息化2.0 行動計劃》文件中明確指出，要大力構建智慧學習支持環境，加快建設智能教室、智能實驗室等智能學習空間，積極探索基于大數據、云計算等新技術的應用方式，推進信息技術和智能技術深度融入教育教學全過程[1]。《中國教育現代化2035》的戰略任務中提到“加快信息化時代教育變革”和“提升一流人才培養與創新能力”，這對高校信息化建設、改革人才培養模式有了更高的新要求[2]。然而要實現高校智慧校園建設和人才培養模式創新，只有運用現代教育理念、人工智能、大數據等信息技術，通過改造硬件基礎設施、整合各種軟件系統資源、提升師生的信息素養等途徑，不斷優化和完善高校的信息化支撐環境，才能最終實現智慧教育這一戰略目標。因此構建良好的高校信息化支撐環境是智慧教育在高校順利推行的前提條件和緊迫任務，尤其是在實現教育現代化、推動高校信息化建設等方面具有重大意義。從目前國內專家研究結果發現，主要聚焦于高校信息化建設的國際對比、技術指標和策略等方面的研究，對高校信息化支撐環境的研究屈指可數。所以把高校信息化支撐環境作為研究對象，這對高校智慧校園建設、豐富高校信息化建設的理論研究，為智慧教育的實現提供一定的理論參考。

1 面向智慧教育的高校信息化支撐環境的發展現狀

我國高等教育信息化建設經過了三個階段：校園網、數字校園和智慧校園，已從最初單純的數字化校園建設過渡到如今與信息技術深度融合的智慧校園，那么智慧校園就成為目前高校實現智慧教育的重要基礎保障。智慧教育作為未來教育的主要形態，已成為國內外學者的研究熱點，它是目前高校教育信息化建設發展的高級階段。智慧教育就是通過融合教學管理和信息技術構建智能化的學習環境，使教師能夠采用多樣高效的教學方法，為學生能提供能夠滿足他們個性化學習的服務，培養出智慧型人才[3]。教育信息化的高端形態就是智慧教育，這需要依賴智慧型的信息化支撐環境才能實現。只有通過構建技術融合的智慧化學習環境，才能提供智慧的教學方法，更好地為泛在化、個性化、多元化學習方式提供服務，培養出更多的智慧型人才，推進高校智慧教育的快速發展。高校信息化支撐環境涉及硬件設施、軟件資源、潛在環境等復雜要素，加之不同高校信息化建設現狀差異較大，使優化和改革信息化支撐環境成為規模巨大且復雜煩瑣的系統工程。隨著教育信息化2.0的到來，在大數據、云計算、物聯網等信息技術的推動下，高校的教學空間不再局限于教學樓、圖書館、教室等固定場所，實體空間內的面對面交互方式就無法適應，所以為了滿足高校的教學需要，必須加快高校信息化支撐環境的建設。如今國內許多高校通過改造公共空間、構建智慧實驗室、智慧教室等方式打造泛在化學習空間，以達到優化信息化支撐環境目的，雖然在高校信息支撐環境建設方面也取得了一些成績，但是通過深入調研發現還存在許多問題急需解決。

1） 部分高校在硬件環境基礎設施建設時缺乏整體規劃設計，導致現有硬件基礎設施無法和先進的信息化設備及實際教學活動完美融合。

2） 忽視教學資源的應用與共享，許多精品課程沒有完全對外開放，大部分優秀的教學資源無法真正共享；因為技術和接口的緣故導致一些信息系統無法融合，出現信息孤島；利用大數據技術進行多維度教學評價和學習軌跡分析的落實力度不大。主要原因是無法系統收集有用數據，對采集來的數據不能進行分析處理和關聯融合，出現數據冗余和信息孤島，難以為智能管理和教學改革提供科學的數據支持服務。

3） 師生的信息化素養不高，尤其是網絡安全意識薄弱。激勵評價和考核制度設計得不夠科學，導致高校部分師生對信息化教學熱情不高，嚴重影響了信息化工作的順利開展。

2 高校信息化支撐環境的構建理論

高校信息化支撐環境涉及硬件基礎設施、應用軟件、教學系統資源、國家相關法律治理、激勵政策、專業服務、技術人員及網絡安全等各個方面，是高校的信息化建設主要組成部分。因此構建高校信息化支撐環境既要了解教育信息化的國際發展趨勢和研究現狀，又要熟悉現代教育理論和信息技術。為了更好地構建高校信息化支撐環境，需要明確其發展階段、構建原則和結構模型。

2.1 發展階段

按照目前信息系統發展階段的米切和諾蘭模型，把信息化支撐環境的發展分為這四個階段[4]：1） 硬件基礎設施建設。主要完成硬件技術設施的搭建和推廣，這是智慧校園建設先決條件。2） 軟件系統資源整合。推動各種應用系統研發和教學資源建設，為智慧教育提供應用環境和資源支持。3） 教學應用平臺集成。搭建信息化綜合業務服務平臺，整合業務流程。4） 數據服務融合創新。完成數據知識和信息服務的資源共享，保證數據信息的流通，形成歷史數據輔助領導決策。

2.2 構建原則

為了構建高效科學的教育信息化支撐環境，應該遵循這三個建設原則[5]：1） 整體統籌、系統規劃、分步部署。依照高校信息化建設的要求，從硬件基礎、軟件環境和潛在因素這三個維度對信息化支撐環境所涉及的要素進行整體規劃和系統設計，突出重點和分步實施。2） 應用驅動，取長補短，共建共享。根據師生需求，合理研發優質的系統資源，聯合國際和校外高校及知名大型企業，形成多方合作，揚長避短的共建共享機制。3） 兼容開放，深度融合，持續發展。為了信息化支撐環境的可持續發展，必須與時俱進，更新觀念，積極采用新的技術和設計理念，創新服務模式。

2.3 結構模型

信息化支撐環境的結構模型，由硬件基礎、軟件環境、潛在因素這三大部分構成，如圖1所示。其中硬件基礎包括校園網絡、智慧教室及各種智能設備等相關的基礎設施；軟件環境包括各種應用系統、數字資源和應用平臺等軟件資源；潛在因素包括各種信息化建設的政策制度、組織機構及專業技術人員等保障體系。

3 智慧教育背景下的高校信息化支撐環境的構建

按照整體規劃、分步建設、系統優化、資源整合等構建原則，結合高校信息化支撐結構模型，從以下幾個方面構建的信息化支撐環境，具備了先進基礎設施平臺、兼容性好的信息系統、豐富的教學資源、順暢的服務機制、良好的用戶體驗等特點，能夠更好地推動高校信息化建設進程。

3.1 加速智慧校園建設，構建無界空間

1） 不斷完善網絡基礎設施建設，這是高校信息化建設的前提和基礎。在校園中通過5G移動技術、Wi-Fi和有線網絡相結合構建全覆蓋、隨時可用的網絡空間，并及時將學校所有的人、物、環境和方位等信息映射到這個網絡應用環境中，建成校內主干鏈路10G，雙萬兆到骨干，千兆到樓宇，百兆到終端用戶桌面，能夠支持IPv6/IPv4雙棧網絡的校園網，實現整個校園中所有的物與物、人與人、物與人可自動按需鏈接，隨時可以進行資源訪問和信息交換，為智慧應用保障可靠的接入服務，為全體師生提供安全可靠的訪問服務，為智慧校園建設提供高效泛在的技術支持。

2） 構建智慧大數據中心，健全基礎服務平臺。按照數據一致，共建共享的原則，采用虛擬化、鏡像存儲、雙機熱備份等技術構建智慧大數據中心，實現備份數據的存儲設備和服務器合理運用，靈活調配，確保重要的核心數據集中存儲，妥善保管，備份容災，滿足所有師生的工作、學習和生活諸多需求，保障網絡教學和資源共享服務的順利進行。

3） 加強智慧教室建設，助力高校開展智慧教育。增加多樣化的教學設備，構建實用性強的智慧教室，滿足智慧教育需求。為了讓教師更好地講授那些資源復雜、難度很高的專業課，可以配備能夠同時展示多個教學資源的多視窗教室；通過增加遠程設備來實現多點同時授課，確保大規模習題課和通識課的課堂效果；利用MR/VR 設備增強實驗操作課實踐效果。為了縮短師生的時空距離，便于分組討論和互動交流，增加可以自由組合成L型或U型，隨便移動的桌椅數目，更好地為翻轉課堂、混合式和探究式教學服務。

3.2 整合各種系統資源，實現共建共享

1） 要統一規范系統資源的建設標準，優化管理機制。只有按照多方參與、揚長避短、協同共建、共享開放的構建原則和系統規劃、整體設計的建設思路，采用標準的制作規范和API研發信息系統及數字化教學資源，對第三方應用系統中現有的不同類型和格式的非結構化系統資源，通過數據采集清洗和分析處理、信息系統和應用平臺的接口標準化等操作，完成所有信息資源的整合，實現資源的共建共享，徹底消除原來系統資源重復構建和分散閑置等不良現象。高校要繼續加快各種系統資源建設和應用軟件研發，既要整合校內自建信息系統、應用軟件、優質課件和精品課程資源，又要引入校外的名師名校的優秀資源，還要確保這些資源的及時更新、科學存儲、精準檢索和智慧推送。

2） 融合應用軟件，完成統一平臺登錄。通過智慧校園的一站式服務大廳，整合所有的應用平臺和教學資源，實現單點登錄，為混合教學模式、泛在學習、個性化學習及群智學習提供網絡學習空間和技術支持。

3） 構建智慧管理平臺，支持領導的智慧決策。通過智慧平臺收集校園中所產生的各種類型和結構的教育大數據，運用數據挖掘對其進行分析處理，形成相應的數據報告。領導可以參考這些動態數據，在學校的運行管理、資產調度、教學管理上做出科學決策，為校園的智慧管理提供個性化的服務。

3.3 優化潛在因素，提升服務保障能力

1） 高校要成立專業信息化團隊，職責明確，協同合作，從決策、管理和技術三個不同層面為智慧校園建設和信息化支撐環境的構建提供有力保障。專業團隊包括信息化領導小組，由負責信息化建設的校領導、專門從事教學的教授和信息技術工作的專家組成，主要完成信息化建設的系統規劃和政策制定工作；信息化技術支持小組，由信息化建設辦公室技術人員和高校人事、教務、后勤等主要業務部門的管理人員組成，技術人員主要完成信息化支撐環境構建過程中的軟件系統研發、教學資源整合和制作、業務流程的設計實現及支撐環境的運維管理，管理人員主要負責本部門業務流程管理、相關政策咨詢指導工作；信息化建設協作小組，主要由各系部的網絡信息聯絡員和辦公室主任組成，具體負責信息化建設中的協調和系統資源的應用推廣工作。

2） 優化信息化支撐環境資金結構，合理規劃專項資金用途。高校智慧校園建設離不開經費的支持，否則信息化支撐環境構建和智慧教育推廣就是無稽之談，根本無法實現。因此高校信息化建設中要不斷優化資金結構，合理規劃資金來源，統籌安排經費用途。首先要集思廣益，多渠道爭取資金。既要吸引政府和企業大力投資，又要保證校內積極創收。其次要結合學校的實際情況，進行信息化專項資金的合理分配，要全面兼顧建設和應用。既要構建信息化硬件基礎設施建設，又要投資教學應用、優化教學資源、完善培訓制度，確保信息化支撐環境順利構建。

3） 提高全體師生的網絡安全意識和信息素養。為了增強師生網絡安全意識和提高他們的信息素養，高校需要制訂相關的信息化技術考核、評價、培訓和激勵制度，開展系統的網絡安全和信息素養培訓工作。首先高校充分考慮師生的信息化水平和實際需求，制訂有效的激勵考核措施，一方面在智慧校園的建設過程中，要加強應用軟件和系統資源的實用性及易操作性，降低師生的使用難度；另一面就要人為激發師生對信息化技術的使用熱情，從思想上引起他們的重視及認可，改變原來師生對信息技術故意回避陋習，消除他們對信息化教學的抵觸情緒和恐懼心理，讓他們能夠盡可能在教學過程中主動應用信息化技術。其次不斷創新信息化技術培訓形式和內容，充分調動師生使用網絡教學資源的積極性。可以通過信息化技術專題講座、研討會、技術培訓等線上線下相結合等多種培訓方式，確保培訓的順利開展。信息技術的培訓內容不但要針對性強，而且要保證良好的實用性，因此必須理論和實踐相結合，既要注重專業理論學習，又要把信息技術和具體學科結合起來，體現學科的差異性，如果有必要師生還可以外出到著名的高校、科研所或企業參觀學習。還可以通過在校園里營造信息化氣氛來，激發師生對信息化的應用熱情。例如可以在校園里懸掛條幅或張貼海報，通過櫥窗、學術報告等宣傳網絡安全知識，利用智能機器人自動投送快遞體現信息技術為智慧生活提供技術保障，通過舉辦課件制作大賽和、網絡安全知識競賽等活動提升師生的信息技術運用水平和學習意識，只有這樣才能很好解決師生網絡安全薄弱和信息素養欠缺問題。最后健全和完善信息化專業人才的培養機制。高校優化信息化人才建設隊伍和培養機制，一方面要大量引進和聘請業務素質高、作業技術能力強和綜合素質良好的專業技術人員；另一方面要從長遠出發，系統規劃好現有信息化技術人員的培養，有計劃地安排相關技術人員外出學習，大力支持專業技術人員的職稱評審和進修工作。只有確保信息化專職人員質量和數量，才能為學校的信息化教學和智能運維提供技術保障及專業服務，有助于高校的智慧教育順利開展。

4 高校信息化支撐環境優化成效

通過高校信息化支撐環境結構模型，結合信息化支撐環境的發展現狀，以高校智慧校園建設和信息化教學管理為出發點，構建了信息化支撐環境并付諸應用，對目前高校的信息化支撐環境進行了相關優化。通過在高校的智慧校園建設中部署實踐一段時間后，發現優化后信息化支撐環境存在這些優點：1） 滿足了學生隨時隨地開展個性化的移動學習需求；2） 為教師的智能教學提供技術支持；3） 讓領導的科學決策有據可依；4） 實現了管理者對校園的人性化智能管理。

5 結束語

大數據時代使教育信息化變成未來教育改革的重點，高校信息化支撐環境是實現信息技術和教學資源深度融合的重要基礎，這是提高教育質量和構建信息社會主要途徑[6]。如何利用信息技術更好地為高校教學管理和科研生活，提供技術保障和智能服務是我們現在急需解決的重要問題。本文研究了目前高校信息化支撐環境發展現狀及其構建理論，以智慧教育為背景重新構建了高校信息化支撐環境并付諸了應用，有效解決了目前高校信息化支撐環境中存在的不足，取得了顯著成效。以高校信息化支撐環境作為研究對象，這對高校智慧校園建設、豐富高校信息化建設的理論研究，為智慧教育的實現提供一定的理論參考。