區域智慧教育云平臺及智慧校園建設研究

摘要：隨著5G技術、物聯網、人工智能、大數據、云計算等信息化技術的成熟與應用，校園信息化建設也進入網絡化、數字化、智能化的建設新模式。該文通過剖析區域教育信息化的背景和現狀，提出區域智慧教育的總體架構。通過搭建區域智慧教育云平臺，建設教育云應用，充分應用信息化技術提升區域內整體教學質量和管理水平，構建滿足區域教育主管部門和學校對管理、展示、辦公、教學、資源共享、互動等各方面需求的教育智慧校園體系。

關鍵詞：區域智慧教育云平臺；教育管理；智慧校園；基礎設施

中圖分類號：TP311" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）33-0080-04

1 區域智慧教育提出的背景

《教育信息化2.0行動計劃》提出：到2022年基本實現“三全兩高一大”的發展目標，建成“互聯網+教育”大平臺[1]。全面實現各級各類教育目標，全面建設現代化教育體系，顯著增強教育整體實力和國際影響力。

國家教育信息化政策的持續推出，促進了區域智慧教育的提出和發展，各區教育局相繼出臺了智慧校園的建設標準，對智慧教育的實現提出了具體的建設標準和要求，通過感知校園物理環境，智能識別學習和工作場景，為師生創造智能的教學環境和舒適的生活環境，改變師生之間、師生與學校、師生與環境的互動方式，推動教育教學質量的提高，提升教育管理的水平，全面促進師生的發展。

2 區域教育信息化發展現狀

近年來，隨著信息技術的發展和應用，人們的思維、生活和工作方式都發生了變化。教育信息化通過利用現代互聯網信息技術，為教育、教學和教育管理提供了豐富的信息表現形式，改變了受教育者的思維方式和學習方式，促進了教育的深刻變革和迅速發展。

當前，教育信息化的建設主要以各學校自主建設為主，各學校根據教育教學應用需求建設了部分教育信息化應用系統[2]，但由于缺乏統一有效的規劃設計，區域教育信息化發展中存在的問題也更加突出：

（1）區域內各學校基礎設施參差不齊，設備設施薄弱。區域內部分學校基礎設施較完善，如無線校園網全覆蓋，視頻監控全覆蓋，而部分老學校基礎設施缺失或不完善，不能滿足現代教育教學管理所需。

（2）區域內缺乏頂層設計，缺乏統一的建設標準。區域內各學校根據自身的業務需求建設學校應用系統，缺乏統一的頂層設計和建設標準。區域內業務系統沒有進行有效的數據資源整合和共享，數據分散，集中程度較低，“信息孤島”現象突出。

（3）教育信息化發展整體水平不高。總體來說，仍處在單一業務管理系統的建設發展階段，一些重要的管理應用和教學應用還未建立，嚴重阻礙了學校利用信息技術在教學和管理等各方面的改革和發展。

（4）優質教育資源嚴重缺乏，資源共享水平較低。

3 區域智慧教育的總體架構

區域智慧教育整體架構采用1網1云1平臺，構建1個門戶，1個中心，建設四大應用。

一網是指5G專網、有線網絡、無線網絡、物聯網四網融合，將網絡、設備、終端等統一納管，形成一張泛在網絡，實現業務統一管理，配合SDN網絡等新技術，實現精細化管理。

一云是指構建區域智慧教育混合云，主要承載各校園科研，教學，管理，服務等業務。整個教育云以私有云為主，私有云主要承載區域教研數據、管理數據，財務數據，人員數據等；以公有云為輔，主要承載教學資源、課程資源等。

一平臺指構建統一的區域智慧教育云平臺，平臺打破數據孤島，實現區域內各學校各業務系統聯動，同時通過數據治理，使能智慧校園，構建可生長的生態應用。

一門戶，打造區域教育應用的統一門戶，所有應用統一入口，統一服務，統一身份認證。

一個中心，即智能運營中心，將區域內所有的數據匯聚并展示到云平臺，對智慧校園做到可視、可控、可管，支撐校園決策。

四大應用，指智慧教學環境、智慧教學資源、智慧校園管理、智慧校園服務四大類[3]。

（1）智慧教學環境包括，智慧教室、智慧實訓、數字圖書館等，通過物聯網、大數據、人工智能等技術手段，改變教育教學環境，提高教學效率，提升師生感知服務；

（2）智慧教學資源，包括教學資源庫，協同備課，課程資料中心等相關數據應用，打造區域資源共享平臺；

（3）智慧校園管理，利用物聯網、人臉識別等技術實現樓宇、資產，人員、車輛管理等人、車、物的智慧化管理；

（4）智慧校園服務，包括一卡通、報銷、請假、人物畫像、特征分析等數據服務。

4 區域智慧教育的建設目標

（1）構建區域智慧教育云平臺，為區域和學校各應用系統提供穩定的支撐服務，包括統一身份認證、統一權限管理、組織機構管理和應用系統、數據管理等基礎服務。

（2）建設區域智慧教育數據中心，為教育信息化應用提供集中統一的數據支持。各業務系統通過數據中心進行數據交換、治理和共享，實現跨服務、跨應用、跨終端的數據集成和信息共享。挖掘分析區域內各學校的教學數據、資產數據、教研數據，為教育主管部門和學校管理決策提供數據支撐。

（3）構建區域教育教學管理應用系統，實現區域內教學質量監測、教育資源預警、督導管理、校務管理、教務管理、考務管理等多層次的信息化應用需求，提供全面、集成、個性化的信息服務，構建高效、科學的學校教育信息資源服務保障體系。

（4）建設適度先進的智慧校園信息基礎設施，改善現有校園網絡環境，完善校園安全系統[4]，新建現代化的數字化教育教學設施，構建適應學校未來發展的智慧校園系統。

5 區域智慧教育的建設內容

5.1 區域智慧教育云平臺建設

5.1.1 基礎支撐平臺

基于云計算，以學校為基本單元，通過統一門戶網站，構建基礎支撐平臺，為區域教育管理部門和學校提供教育管理、資產管理、校務管理、教務管理、考務管理、教學教研、學生學習、家校互動等一站式的應用服務。

（1）認證中心

構建區域智慧教育用戶認證中心。認證中心是所有應用系統的統一入口，為所有業務系統提供統一身份認證，以實現業務系統的統一訪問認證及服務授權。通過統一用戶管理、統一身份認證管理、統一授權管理、單點登錄管理為用戶提供優質快捷的統一登錄認證服務[5]。

（2）用戶中心

用戶中心根據教育管理員和老師的不同身份權限，提供組織機構、角色、用戶和權限等數據信息。

（3）搜索引擎

平臺為數字資源提供了一個非結構化的搜索引擎，平臺支持用戶在不同的應用場景下從不同的數據源中搜索資源。

（4） 應用管理

對產品的發布，應用服務的調度以及應用程序開放的接口進行管理。

（5） 數據服務

數據服務為上層應用系統提供數據的存取和共享服務。

（6）統一運維服務

統一運維服務通過及時采集各類告警數據和配置數據，進行統一分析、查詢和展示，實現對基礎架構的監控和管理，幫助運維管理人員快速定位問題、分析問題并及時解決問題。

5.1.2 區域管理應用系統

（1）區域教學質量監測系統

建立區域教育現代化指標，根據區域教育規劃，結合專家咨詢建議制定符合區域教育現代化的指標體系，在指標體系的基礎上，建立數據計算模型。通過大數據平臺，根據數據模型進行數據匯聚以及指標計算，根據現代化教育指標系統進行教育目標、教育現狀、教育問題的數據可視化展現。

（2）教育資源預警系統

教育資源預警系統通過融合學區教育資源、空間地理信息、計生、人口變動、房地產交易數據，運用大數據分析技術，實現學區承載能力預警分析、學區生源預測分析、學區生源超載預警，形成分析報告，為相關教育部門推送決策建議。基礎教育資源監測預警系統可以有效解決當前學區教育資源分布不均、小孩上學難等問題，能夠有效提升政府的惠民服務[6]。

（3）督導管理系統

督導管理系統基于大數據平臺的數據采集、處理和計算，建立督導指標體系，建立指標與各項督導業務的關聯，通過對數據計算規則和評分規則的規范管理，實現督導業務的管理和開展、數據采集和存儲、督導指標的實時計算。為監督管理提供便捷、準確、數字化的監督管理手段；為督導人員提供統一、規范的督導操作；減少學校數據的重復提交，減輕學校工作，提高各學校數據的提交效率。

5.2 區域智慧教育數據中心建設

5.2.1 數據中心

區級數據中心的建設，可將區域內的安全監控數據、學校的教育教學數據（包括教師產生的備課課件、名師公開課視頻、學生產生的學業數據等）、管理產生的業務數據等進行統一的存儲和管理。區域級數據中心的建設，需考慮后續所有數據的融通、數據的分析和治理等工作，使得數據產生真正的價值，為教育教學、學校管理提供強有力的支撐。同時考慮后續應用數據逐步增多、硬件設備需擴容等需求。

5.2.2 智能運營中心

構建區域智能運營中心，基于區域教育大數據的支撐，實時展示區域內教育核心數據，如視頻監控數據、各學校資產數據、教學活動數據、智能設備數據等。打造一個現代化的區域智慧教育運營指揮中心，助力區域教育管理者對區域內的學校態勢一覽無遺，做到管理有據可依，決策心中有數。

5.2.3 數據服務地圖

數據服務地圖是針對區域教育大數據進行定制的教育數據可視化支撐平臺，通過決策地圖實現指標數據與區域信息的疊合，形成區—學校的數據聯動展現。為教育指標數據的展示提供直觀的數據呈現平臺，為教育管理決策提供可視化服務支撐。

5.3 智慧校園建設

5.3.1 基礎網絡

智慧校園建設的根本保障就是傳輸網絡，因此建設低延時，高帶寬，廣覆蓋的網絡成為智慧校園網絡建設的目標。

校園基礎網絡采用無源光網絡架構，使用1張物理網，N張邏輯網，將有線終端、無線AP、監控、一卡通、物聯網等不同類型業務接入同一張光纖網絡，簡化網絡結構，簡化管理，業務互通[7]。

（1）一張網絡實現泛在接入，學生、教師、員工、領導、訪客等人員統一接入，物品、設施物聯接入。

（2）通絡網絡虛擬化技術，實現對人、物、業務隔離，增強業務安全性，形成基于邏輯隔離的多層細分網絡。

（3）統一的運維工具，實現所有網絡設備、用戶、資源的管理和運維，構建一個網絡服務中心，面向學校的所有業務進行網絡管控。

5.3.2 智慧安防

（1）視頻監控

視頻監控系統是校園安防體系中一個重要組成部分，視頻監控系統總體網絡架構分為感知采集層、傳輸網絡層和監控中心。

感知采集層：通過在前端部署槍機、半球、球機、人臉抓拍機等網絡攝像機，實現對各種音視頻信號的采集，并將采集到的信息實時傳輸到校園監控管理中心。

傳輸網絡層：整個傳輸網絡采用全光網絡設計，實現語音、數據的綜合接入。

監控中心：通過部署核心交換機、存儲服務器、視頻管理服務器、大屏顯示系統以及客戶終端等設備，實現所有前端監控設備的接入、存儲、顯示、調用、查看等功能。

（2）一鍵報警

一鍵報警系統由一鍵報警主機和應急按鈕組成，一般安裝在監控室或門衛室，并聯網至派出所。有警情時，校園安保人員觸發應急按鈕，主機接收到報警信號后可迅速將警訊或現場視頻圖像上報至就近派出所，實現快速響應，快速接警。

（3）電子圍欄

電子圍欄是校園安防體系中的周界防范系統。通過在學校圍墻上架設物理屏障，既能防止入侵者的翻越，又能防止學生從墻面攀爬外出，具有“阻擋為主，報警為輔”的功能特點，安全性和可靠性高。

5.3.3 智慧教室

（1）電子班牌

電子班牌是 “班班通” 互動終端，電子班牌通過共建班級文化、推送安全課程、分享班級資源、連接班級考勤、對接班級課表等應用功能。為校園管理者、教師和學生提供一個展示和查詢信息的窗口。

（2）智慧黑板

智能黑板集成了傳統黑板、智能教學軟件、多點電容觸控技術、高清平板顯示技術、無線音視頻采集等技術，完成普通黑板書寫、電子白板交互、批注、繪畫、課件演示、多媒體娛樂等操作。在智慧黑板中安裝教師助手，覆蓋教師的課前備課、課堂教學與課后練習與反饋等應用場景，滿足教師教學資源及工具調用，快速開展課堂教學活動。為教師備課提供與之學段、學科相匹配的課件、資源等內容，為教師授課提供資源、工具、評測等內容。

（3）精品錄播教室

錄播課堂系統借助錄播一體機，采用全自動五機位錄播系統，將老師授課、學生聽課、師生互動場景以及課堂板書內容等視頻畫面進行智能化地跟蹤和切換，實現錄播、點播、直播、自動跟蹤、多畫面采集、智能導播、移動教學、屏幕共享、板書共享、課程錄制以及家校溝通等功能。

6 結語

通過構建網絡校園、平安校園、智慧教室、精品課堂等智慧教育環境，助力區域教育觀念、教學方式、教學內容、教學手段等方面的高階演進，全面提升區域內教學與管理的信息化水平。通過建設基于互聯網、物聯網、大數據、云計算的智慧教育云平臺、數據中心以及云應用，實現區域內各學校與教育主管部門之間的數據交換和系統互聯互通，提升教育教學監管能力和服務水平，促進教育管理現代化，資源共享化、服務網絡化、決策科學化，全面促進區域教育的改革和發展。

參考文獻：

[1] 教技〔2018〕6號.《教育信息化2.0行動計劃》[S].2018

[2] 張寶飛.智慧校園背景下的區域教育云平臺建設實踐——以南京教育云平臺建設為例[J].中國教育信息化，2018（9）：66-70.

[3] 王娟.淺談某康復大學智慧校園建設方案[J].智能建筑電氣技術，2022，16（1）：105-107.

[4] 季新文.基于云計算的昆一中智慧校園分期建設方案設計、分析與研究[D].昆明：云南大學，2016.

[5] 劉苗苗，王勇，張永生.基于云計算的智慧校園建設方案研究[J].佳木斯大學社會科學學報，2017，35（1）：170-172，176.

[6] 潘維，孫亭，李毅，等.一種教育資源監測預警系統：CN107679663A[P].20180209.

[7] 肖斌.智慧校園網絡新架構[J].福建電腦，2022，38（4）：40-43.

【通聯編輯：梁書】