新型智慧校園信息化系統(tǒng)建設(shè)研究與教學(xué)應(yīng)用

摘 要：隨著“云大物移智”等新興技術(shù)與教育產(chǎn)業(yè)的加速融合，如何依靠科技力量改革大學(xué)傳統(tǒng)教研模式以推進(jìn)教育現(xiàn)代化的持續(xù)變革是當(dāng)前中國(guó)教育領(lǐng)域面臨的首要問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前國(guó)家的“雙一流”學(xué)科建設(shè)要求，提出“智慧校園”信息化系統(tǒng)，以培養(yǎng)“雙一流”教育體制下的復(fù)合型人才為核心，以教學(xué)、科研、辦公、安管、后勤、黨建、文宣等全方位業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，最終實(shí)現(xiàn)重塑新體制新編制下的教研模式；在技術(shù)落實(shí)方面，利用“云大物移智”等新興技術(shù)，拓展校園業(yè)務(wù)各領(lǐng)域融合的廣度和深度，發(fā)掘數(shù)據(jù)資源潛在價(jià)值，構(gòu)建覆蓋全校各辦事單位、直屬單位、基層單位等部門的物理分散、邏輯統(tǒng)一的智慧化校園，實(shí)現(xiàn)“信息網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋、教學(xué)科研全程管控、個(gè)性學(xué)習(xí)拓展開(kāi)放、校情態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知、輔助決策智能精準(zhǔn)、綜合服務(wù)快捷便利”的預(yù)期效果，提升學(xué)?？茖W(xué)化、智能化、精細(xì)化辦學(xué)治校能力。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)孤島；智慧校園；智能感知

中圖分類號(hào)：TP3-05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）05-0-07

0 引 言

隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，信息化已經(jīng)成為優(yōu)化教育資源配置、提升教育質(zhì)量、推動(dòng)高校內(nèi)涵式發(fā)展的必要條件。要實(shí)現(xiàn)“雙一流”的建設(shè)目標(biāo)，必須通過(guò)加強(qiáng)信息化建設(shè)，積極推動(dòng)教育信息化發(fā)展，才能進(jìn)一步提升大學(xué)教學(xué)科研現(xiàn)代化水平，促進(jìn)治理體系和能力智能化和數(shù)據(jù)化。加強(qiáng)信息化建設(shè)對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略推進(jìn)、教育現(xiàn)代化、學(xué)校改革創(chuàng)新至關(guān)重要，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

第一，加強(qiáng)信息化建設(shè)是適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展需要、推動(dòng)教育改革創(chuàng)新的必然要求。信息技術(shù)對(duì)教育的革命性影響日趨凸顯，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》明確提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視?！眹?guó)內(nèi)高校應(yīng)順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，強(qiáng)化信息化在教育領(lǐng)域綜合改革中的支撐作用以及對(duì)教育創(chuàng)新發(fā)展、均衡發(fā)展、優(yōu)質(zhì)發(fā)展的促進(jìn)作用。

第二，以智慧校園為代表的信息化建設(shè)是教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教育的核心要素。當(dāng)前我國(guó)教育現(xiàn)代化正朝著教學(xué)信息資源整合、教育信息化管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)素養(yǎng)和教育信息化投資效率提高、教育信息化評(píng)估體系不斷完善的趨勢(shì)發(fā)展，這也是教育信息化建設(shè)的必然過(guò)程。智慧校園建設(shè)已經(jīng)成為教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的重要步驟。

第三，信息化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)目標(biāo)的必由之路。隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，信息化已經(jīng)成為優(yōu)化教育資源配置、提升教育質(zhì)量、推動(dòng)高校內(nèi)涵式發(fā)展的必要條件。根據(jù)國(guó)務(wù)院《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》的要求，要實(shí)現(xiàn)“雙一流”的建設(shè)目標(biāo)，必須通過(guò)加強(qiáng)信息化建設(shè)，積極推動(dòng)教育信息化發(fā)展，才能進(jìn)一步提升大學(xué)教學(xué)科研現(xiàn)代化水平，加快治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

此外，高校信息化建設(shè)還可以貫通業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)，打破信息孤島，提高輔助決策力度。當(dāng)前大部分高校信息系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)一信息標(biāo)準(zhǔn)，各院系部門只從自身需求出發(fā)，缺乏全局意識(shí)，客觀事實(shí)上導(dǎo)致了信息資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效共享，行程 “數(shù)據(jù)孤島”“應(yīng)用孤島”現(xiàn)象，制約校園信息化后續(xù)建設(shè)發(fā)展。智慧校園建設(shè)將以“師生—院系—學(xué)校”三者有機(jī)互動(dòng)、數(shù)據(jù)融合為前提，以新一代校園網(wǎng)為核心，打造融合最新信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，滿足校園信息化可持續(xù)發(fā)展的要求；全面發(fā)展綜合信息服務(wù)，完善技術(shù)保障平臺(tái)，為學(xué)校發(fā)展的核心戰(zhàn)略提供直接支撐[1-4]。

1 智慧校園建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，近年來(lái)，歐美國(guó)家高校的教育信息化建設(shè)以服務(wù)為導(dǎo)向，致力于服務(wù)創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用并取得了顯著進(jìn)步，其信息化建設(shè)主要呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

第一，普遍擁有CIO（Chief Information Officer）機(jī)制，其主要職責(zé)是通過(guò)挖掘?qū)W校信息資源以及完善整合信息系統(tǒng)，制定學(xué)校信息化戰(zhàn)略，做好信息資源的規(guī)劃，從而推動(dòng)大學(xué)管理的創(chuàng)新和變革。

第二，注重信息化的集中建設(shè)，歐美高校的信息化團(tuán)隊(duì)人員數(shù)量超過(guò)百人。以對(duì)信息化公共資源的集中建設(shè)與評(píng)價(jià)的方式避免了信息化資源的重復(fù)建設(shè)，并大大降低了成本。

第三，注重信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合，深化應(yīng)用并服務(wù)社會(huì)。采用線上教學(xué)平臺(tái)和線上學(xué)習(xí)資源，并融合現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)模式和創(chuàng)新的教學(xué)模式，如e-學(xué)習(xí)（e-learning）、e-學(xué)院（e-college）、e-大學(xué)（e-university），這些新型的教育教學(xué)模式使得優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和教育咨詢面向社會(huì)大眾提供服務(wù)，以及面向社會(huì)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，從而強(qiáng)化了各大高校在自己優(yōu)勢(shì)教育領(lǐng)域的輻射力和影響力[5-6]。

第四，科研資源豐富，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)放和共享，并有良好的社會(huì)化推廣能力。以英國(guó)劍橋大學(xué)為例，該校非常重視數(shù)據(jù)建設(shè)，建有基于學(xué)校級(jí)的數(shù)據(jù)中心，科學(xué)研究需要的數(shù)據(jù)共享程度很高，科技轉(zhuǎn)化率也遠(yuǎn)高于其他高校。

第五，重視信息化建設(shè)的投入和人員保障，建設(shè)與運(yùn)維資金投入力度大。以美國(guó)加州大學(xué)分校（UCLA）和伯克利加州分校（UC Berkeley）為例，其數(shù)據(jù)中心集成最新工程技術(shù)成果且機(jī)房面積均在1 000 m2以上；網(wǎng)絡(luò)出口帶寬和IP充足，有線網(wǎng)正在從千兆到桌面向萬(wàn)兆升級(jí)，無(wú)線網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)全覆蓋；整體建設(shè)實(shí)行集約化建設(shè)模式，支持PB級(jí)存儲(chǔ)和成千TB以上的flops高性能計(jì)算，以滿足全校實(shí)驗(yàn)需求[6-9]。

國(guó)內(nèi)高校的信息化建設(shè)和規(guī)劃已逐漸趨于成熟，但仍存在一些問(wèn)題，尤其是在整體規(guī)劃過(guò)程中用戶需求的調(diào)研不夠充足，導(dǎo)致用戶的參與度不高。其信息化建設(shè)主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

第一，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)已常規(guī)化，無(wú)需花大力度去規(guī)劃。我國(guó)教育信息化經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得了顯著成果，計(jì)算機(jī)數(shù)量大幅度增加，網(wǎng)絡(luò)帶寬逐漸增大，網(wǎng)絡(luò)覆蓋了幾乎所有的辦公和生活區(qū)域，尤其是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)迅速普及的情況下，高校的互聯(lián)網(wǎng)接入覆蓋的范圍越來(lái)越廣泛[10]。

第二，非常注重信息化與教學(xué)的深度融合，現(xiàn)在很多高校，尤其是國(guó)內(nèi)知名高校將重點(diǎn)放在了在線教學(xué)方面，比如中國(guó)大學(xué)MOOC、微課、省級(jí)或國(guó)家級(jí)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)等，以此作為信息化與教學(xué)相融合的新探索方向。

第三，更加注重?zé)o線校園網(wǎng)及移動(dòng)應(yīng)用的建設(shè)規(guī)劃。隨著相關(guān)移動(dòng)校園規(guī)劃的推出，部分高校逐步推出學(xué)校教學(xué)和管理相關(guān)的移動(dòng)應(yīng)用。

第四，信息化與教學(xué)和管理結(jié)合占比較大，而與科研相融合的占比較小。從這一方面來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)高校的信息化建設(shè)在教學(xué)和管理方面發(fā)展規(guī)劃相對(duì)成熟，但是對(duì)于如何讓信息化融入到學(xué)校科研工作中，如何讓信息化輔助學(xué)校的師生進(jìn)行科研創(chuàng)新還缺乏頭緒。

第五，服務(wù)向著自主化發(fā)展成為一大趨勢(shì)。高校更加注重服務(wù)的專業(yè)化和精細(xì)化，讓服務(wù)更加高效和人性化。

綜上所述，歐美國(guó)家高校信息化建設(shè)投入力度較大，并在管理理念和體制、應(yīng)用理念和應(yīng)用模式方面具有優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為歐美高校實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的重要途徑。而我國(guó)高校信息化建設(shè)雖然取得了一定成果，但缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃并過(guò)分注重基礎(chǔ)設(shè)施方面的建設(shè)，對(duì)于數(shù)據(jù)方面的融合貫通缺乏足夠重視，各類應(yīng)用軟件系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率不高，運(yùn)維保障體系不夠健全，相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家高校還有一定差距。因此，在信息化經(jīng)費(fèi)投入有保障的前提下，高校要合理運(yùn)用資金進(jìn)行信息化建設(shè)，切勿盲目建設(shè)。

2 智慧校園總體框架

本研究提出的新型智慧校園信息化建設(shè)將針對(duì)高校人才培養(yǎng)的實(shí)際需求，著眼重塑新體制新編制下的教學(xué)科研模式，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)拓展校園業(yè)務(wù)各領(lǐng)域融合的廣度和深度，發(fā)掘數(shù)據(jù)資源潛在價(jià)值，建設(shè)“信息網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋、教學(xué)科研全程管控、個(gè)性學(xué)習(xí)拓展開(kāi)放、校情態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知、輔助決策智能精準(zhǔn)、綜合服務(wù)快捷便利”的“智慧校園”工程，提升學(xué)?？茖W(xué)化、智能化、精細(xì)化辦學(xué)治校能力。

2.1 智慧校園設(shè)計(jì)理念

在設(shè)計(jì)理念方面，將以“強(qiáng)化共用、整合通用、開(kāi)放應(yīng)用、鞏固安全、提升運(yùn)維”為主線，打通信息壁壘實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，促進(jìn)跨部門異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)學(xué)校資源集約化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化、業(yè)務(wù)協(xié)同化，其運(yùn)行概念如圖1所示。

通過(guò)強(qiáng)化共用，強(qiáng)化校園云數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算中心在資源整合中的作用，推進(jìn)感知設(shè)施、信息基礎(chǔ)設(shè)施共建共享，打通全校各部門信息共享通道。通過(guò)整合通用，突出數(shù)據(jù)共享開(kāi)放，構(gòu)建精確統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，“一方采集、全校共享”，建設(shè)統(tǒng)一的應(yīng)用支撐服務(wù)，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、跨部門、跨層級(jí)的業(yè)務(wù)協(xié)同。通過(guò)開(kāi)放應(yīng)用，以統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施、統(tǒng)一平臺(tái)為支撐，各領(lǐng)域以需求為導(dǎo)向開(kāi)展應(yīng)用建設(shè)；同時(shí)，出臺(tái)數(shù)據(jù)分級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)開(kāi)放的相關(guān)管理?xiàng)l例，向師生開(kāi)放公共數(shù)據(jù)，促進(jìn)應(yīng)用的創(chuàng)新融合和跨域數(shù)據(jù)融合分析，營(yíng)造共同參與、共同治理的開(kāi)放環(huán)境。通過(guò)鞏固安全，按照“雙一流”建設(shè)體系安全保密防護(hù)要求，綜合運(yùn)用技防、人防、物防安全管控措施，結(jié)合校園日常管理需要，進(jìn)行安防一體化建設(shè)，重點(diǎn)突出物聯(lián)網(wǎng)安防、外聯(lián)系統(tǒng)接入防護(hù)與人防建設(shè)，建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)備份系統(tǒng)。通過(guò)提升運(yùn)維，完善各項(xiàng)運(yùn)維管理制度和管理流程，提升自動(dòng)化運(yùn)維管理水平，減輕運(yùn)維保障壓力，實(shí)現(xiàn)信息通信一體化調(diào)度。

2.2 智慧校園總體架構(gòu)

針對(duì)高校信息化建設(shè)要求，構(gòu)建覆蓋全校各辦事單位、直屬單位、基層單位等部門的物理分散、邏輯統(tǒng)一的智慧校園體系。采用“3+2”的體系框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括IT基礎(chǔ)設(shè)施層、共性支撐平臺(tái)層、智慧應(yīng)用層三個(gè)層次，并依托IT治理體系、信息安全保障體系兩個(gè)綜合支撐保障體系，組成“三橫二縱”的總體架構(gòu)，確保智慧校園體系完整、功能完備，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施集約、高效教學(xué)科研有機(jī)銜接、校務(wù)治理精準(zhǔn)高效、校情態(tài)勢(shì)全面掌控、生活服務(wù)快捷便利。

IT基礎(chǔ)設(shè)施層：包括泛在融合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)和高性能計(jì)算服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。泛在融合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)分為校園網(wǎng)建設(shè)和業(yè)務(wù)專網(wǎng)建設(shè)，其中校園網(wǎng)包括有線網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)，業(yè)務(wù)專網(wǎng)包括一卡通專網(wǎng)、門禁專網(wǎng)、視頻專網(wǎng)、醫(yī)療專網(wǎng)、財(cái)務(wù)專網(wǎng)。校園云數(shù)據(jù)中心主要基于云計(jì)算平臺(tái)將大量現(xiàn)有計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化，提供虛擬化計(jì)算資源、虛擬化存儲(chǔ)資源、集群管理。高性能計(jì)算服務(wù)平臺(tái)建設(shè)主要整合校內(nèi)資源，部署相應(yīng)的計(jì)算軟件，為科研項(xiàng)目提供所需的計(jì)算資源和使用平臺(tái)，以及必要的技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)。該層包含統(tǒng)一感知平臺(tái)層，通過(guò)建設(shè)攝像頭、各類傳感器、感應(yīng)器等環(huán)境感知設(shè)備，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合多類感知單元和感知節(jié)點(diǎn)，支持有線、無(wú)線等多種網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)智慧教室、智慧實(shí)驗(yàn)室、智慧網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、智慧安防服務(wù)與管理等系統(tǒng)互聯(lián)互通和智能管理。

共性支撐平臺(tái)：主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)支撐與共性應(yīng)用支撐。在數(shù)據(jù)資源構(gòu)建層面，構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，管理校園主數(shù)據(jù)庫(kù)和主題數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建不僅包括對(duì)已有數(shù)據(jù)的同步、抽取、清洗和轉(zhuǎn)換，也包括對(duì)新業(yè)務(wù)、新實(shí)體和新資源的定義和錄入；根據(jù)核心業(yè)務(wù)優(yōu)先建設(shè)的原則，規(guī)劃建立主題。共性應(yīng)用支撐主要提供共性支撐服務(wù)及服務(wù)運(yùn)行環(huán)境，包括流程服務(wù)、身份認(rèn)證服務(wù)、支付服務(wù)、通信服務(wù)等，為應(yīng)用系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐、應(yīng)用整合、數(shù)據(jù)整合、內(nèi)容整合、門戶服務(wù)和安全管理支持。通過(guò)屏蔽復(fù)雜的底層技術(shù)，為應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和整合提供方便。不但對(duì)本項(xiàng)目應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)起著支撐框架的關(guān)鍵作用，也為將來(lái)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

智慧應(yīng)用層：主要面向?qū)W校所有部門核心業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)，包括教學(xué)支撐、科研支撐、師生服務(wù)、校務(wù)管理等4個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，全面覆蓋智慧校園教學(xué)、科研、管理、服務(wù)等領(lǐng)域業(yè)務(wù)。其用戶主要包括參與智慧校園各項(xiàng)活動(dòng)的人員，包括校領(lǐng)導(dǎo)、行政管理人員、教師、學(xué)生、保障人員，智慧校園通過(guò)各類終端應(yīng)用為用戶提供服務(wù)。

安全保障體系：包括校園網(wǎng)、業(yè)務(wù)專網(wǎng)安全體系建設(shè)、校園云數(shù)據(jù)中心安全體系建設(shè)和系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)體系建設(shè)。通過(guò)三方面的建設(shè)保障智慧校園總體架構(gòu)的安全防護(hù)需求。

IT治理體系：包括組織保障體系、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、人員保障體系和運(yùn)維管理體系。組織保障主要是在智慧校園建設(shè)過(guò)程中提供有關(guān)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)收全方位管理以及組織架構(gòu)管理、技術(shù)管理、進(jìn)度管理、過(guò)程管理等方面措施，保障整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)作順利進(jìn)行。體制機(jī)制保障主要是建立項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施等過(guò)程中的各類保障機(jī)制，包括評(píng)分考核機(jī)制、獎(jiǎng)懲機(jī)制。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)主要是提供智慧校園建設(shè)中各個(gè)硬件設(shè)施安裝及集成、數(shù)據(jù)資源采集存儲(chǔ)及交換共享、服務(wù)組件構(gòu)建及部署、業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用等方面的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為智慧校園建設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，同時(shí)也為后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)提供保障。運(yùn)維管理體系實(shí)現(xiàn)全流程、高效率的事務(wù)辦理及信息收集、處理、分析功能。

2.3 智慧校園系統(tǒng)組成

智慧校園信息化建設(shè)將涵蓋全?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)中心、共性支撐平臺(tái)、智慧信息系統(tǒng)、保障體系以及相應(yīng)的配套工程，形成以保障體系為依托，以基礎(chǔ)設(shè)施、泛在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析、公共服務(wù)、智能應(yīng)用為一體的智慧化信息體系?？傮w組成如圖2所示。

3 智慧校園技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

智慧校園系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)是在系統(tǒng)總體架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)梳理各組成部分的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)框架，構(gòu)建智慧校園技術(shù)架構(gòu)。技術(shù)架構(gòu)中各部分的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)框架并非是固定不變和相互無(wú)關(guān)，不同部分的實(shí)現(xiàn)框架和關(guān)鍵技術(shù)通過(guò)組合方式的變化實(shí)現(xiàn)不同的支撐環(huán)境，不同組合所呈現(xiàn)出的技術(shù)環(huán)境是應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的重要支撐和保障。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、技術(shù)支撐層和業(yè)務(wù)運(yùn)行層。詳細(xì)內(nèi)容如圖3所示。

智慧業(yè)務(wù)運(yùn)行層和技術(shù)支撐層主要用于滿足部門級(jí)的業(yè)務(wù)管理需求，遵循開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)。其中，基礎(chǔ)設(shè)施是部署系統(tǒng)軟件和運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)的重要保障，除了以傳統(tǒng)方式部署的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備外，智慧校園還引入云平臺(tái)技術(shù)，通過(guò)云平臺(tái)優(yōu)化基礎(chǔ)資源配置，提升資源配置的科學(xué)性、合理性，為適應(yīng)快速變化的業(yè)務(wù)需求和未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

隨著智慧校園信息化應(yīng)用服務(wù)的建設(shè)，校內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、與業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)的非業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及與學(xué)校相關(guān)的社會(huì)化數(shù)據(jù)將會(huì)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。統(tǒng)籌考慮數(shù)據(jù)的價(jià)值，通過(guò)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)共享交換，構(gòu)建智慧校園主題數(shù)據(jù)，共同支撐智慧應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。智慧校園數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖4所示。

從類型來(lái)看，數(shù)據(jù)的采集整合既包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也包括大量的訪問(wèn)和操作日志數(shù)據(jù)，還同時(shí)伴隨著海量的平面文件和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。為了充分整合與挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，使數(shù)據(jù)既能發(fā)揮其傳統(tǒng)效能，又能直接服務(wù)于師生用戶，數(shù)據(jù)整合層提供了一系列的數(shù)據(jù)采集管理工具，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理機(jī)制，生成各類校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理、邏輯分離的原則，建設(shè)校園主數(shù)據(jù)；按照業(yè)務(wù)范圍劃分，建設(shè)校園業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)邏輯上獨(dú)立存儲(chǔ)和管理，形成不同的主題庫(kù)。根據(jù)核心業(yè)務(wù)優(yōu)先建設(shè)的原則構(gòu)建主題數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著智慧校園建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，還可按需建設(shè)其他主題庫(kù)，比如物聯(lián)校園主題庫(kù)和決策分析主題庫(kù)。每個(gè)主題庫(kù)在物理上是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)集群，具有高可用性、按需擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在每個(gè)主題庫(kù)之上，運(yùn)行著與該主題數(shù)據(jù)相關(guān)的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)負(fù)責(zé)規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)、管理校內(nèi)所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)共享負(fù)責(zé)規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)、管理校內(nèi)所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。同時(shí)，可提供主題庫(kù)內(nèi)、主題庫(kù)間和主題庫(kù)外的數(shù)據(jù)交互共享?？筛鶕?jù)應(yīng)用服務(wù)需求提供即時(shí)、實(shí)時(shí)、離線等模式的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，與應(yīng)用系統(tǒng)無(wú)縫集成，以實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

新一代校園網(wǎng)的建設(shè)不僅需要滿足全校師生現(xiàn)階段的基本上網(wǎng)需求，還應(yīng)該支持大量校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)的運(yùn)行要求，也必須考慮未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和安全技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的擴(kuò)容要求，實(shí)現(xiàn)IT資源整合共享和彈性利用，提升數(shù)據(jù)中心IT資源利用率，滿足定制化、個(gè)性化的教學(xué)、管理、科研和服務(wù)，以南京航空航天大學(xué)智慧校園建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

在校園網(wǎng)絡(luò)出口方面，為了保證出口穩(wěn)定，無(wú)論IPv4出口還是IPv6出口都需采用高性能、靈活、穩(wěn)定的出口流控設(shè)備，對(duì)校園出口流量進(jìn)行有效管控，防止個(gè)別用戶侵占出口帶寬，保障每個(gè)校園網(wǎng)用戶擁有良好的使用體驗(yàn)。為了提高出口穩(wěn)定性，流控設(shè)備也采用支持虛擬化集群的設(shè)備。

在核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，將IPv4和IPv6進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)IPv4和IPv6流量的分別計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、管理和控制；采用能夠支持下一代PPOE準(zhǔn)入認(rèn)證的核心路由器，支持虛擬化雙冗余架構(gòu)，防止單點(diǎn)故障；對(duì)原有IPv4網(wǎng)絡(luò)核心路由擴(kuò)容升級(jí)，采用集群技術(shù)，提高可靠性。

在接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，規(guī)劃匯聚層與接入層互聯(lián)的千兆接口升級(jí)為萬(wàn)兆接口，將匯聚層交換機(jī)萬(wàn)兆上行到核心層上做線速數(shù)據(jù)交換，保障幾十條萬(wàn)兆線路連接網(wǎng)絡(luò)出口和數(shù)據(jù)中心，核心層網(wǎng)絡(luò)配置兩臺(tái)40GE/100GE平臺(tái)的高性能超萬(wàn)兆核心路由器，其他核心設(shè)備的萬(wàn)兆接口需對(duì)應(yīng)升級(jí)為40GE/100GE接口，以滿足未來(lái)校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用高帶寬的需求。路由及交換設(shè)備根據(jù)實(shí)際需要配置相應(yīng)的ACL策略，實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)間的訪問(wèn)控制。

在校園高速無(wú)線網(wǎng)方面，無(wú)線校園網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線一體化管理解決方案，根據(jù)校園網(wǎng)在移動(dòng)性、安全性、高質(zhì)量等方面的需求，提供了有線無(wú)線一體化管理；基于用戶的終端準(zhǔn)入控制和行為審計(jì)、端到端的業(yè)務(wù)感知和性能優(yōu)化等管理功能，實(shí)現(xiàn)了信息化管理平臺(tái)、終端準(zhǔn)入、安全設(shè)備等各種資源之間的智能聯(lián)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)一體化、可信任、業(yè)務(wù)隔離、精細(xì)感知的校園網(wǎng)管理打下了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)在全校90%以上的樓宇以及80%以上的室外區(qū)域部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)均采用802.11ac（wave2）或更高標(biāo)準(zhǔn)。

在云數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面，云數(shù)據(jù)中心基于“私有云”的云服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)IT資源整合共享和彈性利用，提升數(shù)據(jù)中心IT資源利用率，滿足定制化、個(gè)性化的教學(xué)、管理、科研和服務(wù)。以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)、以資源分配軟件定義為目標(biāo)（包括軟件定義計(jì)算SDC、軟件定義存儲(chǔ)SDS、軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN等），以云操作系統(tǒng)為工具，設(shè)計(jì)“同城雙活”的云數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源依策略進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)度與統(tǒng)一管理。因建設(shè)資金所限，本方案僅建設(shè)明故宮校區(qū)、將軍路校區(qū)的同城災(zāi)備。

在校園信息安全方面，建立安全防御、安全監(jiān)測(cè)和安全響應(yīng)為一體的網(wǎng)絡(luò)與信息安全保障體系，加強(qiáng)信息安全保障技術(shù)措施，采取分層次的防護(hù)策略，強(qiáng)化基礎(chǔ)信息和重要信息系統(tǒng)的安全防護(hù)和管理。一般采用主動(dòng)防御作為校園網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的基本手段；在此基礎(chǔ)上，安全檢測(cè)和安全預(yù)測(cè)為安全響應(yīng)提供了有力保障，并通過(guò)安全響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防御，最終將響應(yīng)結(jié)果反饋給防護(hù)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)主動(dòng)防御體系防護(hù)能力的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)。

3.4 系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)

校園云數(shù)據(jù)中心采用超融合方式建設(shè)私有云平臺(tái)，分別在兩個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房部署超融合節(jié)點(diǎn)，通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化軟件、計(jì)算虛擬化軟件、網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件、云平臺(tái)管理軟件實(shí)現(xiàn)私有云資源池化，形成一體化的云。通過(guò)全局負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)用戶訪問(wèn)到正?？捎玫臄?shù)據(jù)中心，通過(guò)本地負(fù)載均衡，使得用戶訪問(wèn)到本地可用系統(tǒng)。在應(yīng)用部署層面，邏輯劃分校園網(wǎng)應(yīng)用區(qū)和業(yè)務(wù)專網(wǎng)應(yīng)用區(qū)，校園網(wǎng)應(yīng)用又劃分為互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)區(qū)和校園局域網(wǎng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分離。

4 智慧校園預(yù)期成效

通過(guò)建設(shè)與信息化發(fā)展趨勢(shì)和學(xué)校改革發(fā)展需求相適應(yīng)的智慧校園，建成高速泛在的校園基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以及優(yōu)質(zhì)的與教學(xué)、科研和管理相結(jié)合的一體化信息化平臺(tái)，為信息化教學(xué)和科研水平提升提供有效的技術(shù)支撐，為學(xué)校治理提供高效的信息化手段，為師生提供一站式信息化服務(wù)，為領(lǐng)導(dǎo)提供數(shù)據(jù)分析及決策支持，為創(chuàng)建特色高水平研究型大學(xué)提供有力保障。通過(guò)智慧校園建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以下成效：

（1）環(huán)境全面感知，基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一，為智慧校園構(gòu)建全面感知的基礎(chǔ)環(huán)境。在新一代校園網(wǎng)建設(shè)方面，滿足全校師生上網(wǎng)需求及支撐校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行和服務(wù)的要求，滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和安全技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的擴(kuò)容要求；通過(guò)傳感器，全面感知人、設(shè)施設(shè)備、資源信息，提升校園信息化、智慧化，提高服務(wù)能力；基于網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息迅速感知、實(shí)時(shí)傳遞，構(gòu)建全新的協(xié)作學(xué)習(xí)、協(xié)同工作的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)校內(nèi)各類應(yīng)用、服務(wù)的有序接入和管理，輔助智慧校園項(xiàng)目落地。

（2）集聚優(yōu)質(zhì)資源，引領(lǐng)教學(xué)變革，提升科研水平。通過(guò)智慧校園項(xiàng)目支持高等教育理念、模式、方法和評(píng)價(jià)等方面的變革，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，適應(yīng)未來(lái)教育變革需要；優(yōu)化大學(xué)內(nèi)部治理結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)?？蒲泄芾淼闹悄芑?、精細(xì)化。同時(shí)適應(yīng)跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新和學(xué)校的學(xué)科發(fā)展的需求，整體提升科研管理水平。

（3）全業(yè)務(wù)覆蓋，數(shù)據(jù)融合共享，助力管理水平提升。智慧校園基于基礎(chǔ)支撐平臺(tái)、校務(wù)管理和大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全面整合，應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)、流程和業(yè)務(wù)的貫通，滿足學(xué)院教學(xué)、科研、管理與綜合服務(wù)的需求。基于“海量”校園數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，依據(jù)數(shù)據(jù)挖掘和建模技術(shù)，綜合各方面的數(shù)據(jù)、信息、規(guī)則等內(nèi)容，通過(guò)智能推理，做出快速反應(yīng)、主動(dòng)應(yīng)對(duì)，分級(jí)分類為學(xué)校、部門管理提供決策支持，促進(jìn)整體管理能力的提升。

（4）貼近實(shí)際需求，精準(zhǔn)服務(wù)匹配，提升服務(wù)能力。智慧校園通過(guò)各類傳感器、傳感設(shè)備，全面感知人、設(shè)施設(shè)備、資源信息，將它們?nèi)跒橐惑w，整體提升校園的信息化和智慧化水平。通過(guò)多種關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，以師生校內(nèi)生活為核心，整合校內(nèi)各種生活資源，實(shí)現(xiàn)服務(wù)應(yīng)用的精準(zhǔn)、有效推送，為校園管理、教職工和學(xué)生提供無(wú)所不在的一站式、全方位、個(gè)性化的服務(wù)支撐，提升大學(xué)整體服務(wù)能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目初步構(gòu)建與國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略趨勢(shì)和學(xué)校“雙一流”發(fā)展需求相適應(yīng)的智慧校園，為信息化教學(xué)和科研水平提升提供有效的技術(shù)支撐，為學(xué)校治理提供高效的信息化手段，為師生提供一站式信息化服務(wù)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持，提升學(xué)校在教學(xué)、科研、管理方面的服務(wù)能力，為創(chuàng)建特色高水平研究型大學(xué)提供信息化保障。

項(xiàng)目建成后，將在安全可靠體系的保障下以新一代校園網(wǎng)為核心，擴(kuò)容校園網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬，實(shí)現(xiàn)全校樓宇和室外區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)100%全覆蓋，滿足80%以上校內(nèi)師生應(yīng)用需求和終端快速接入。從教學(xué)、科研、管理、服務(wù)等方面進(jìn)行業(yè)務(wù)梳理，完善統(tǒng)一業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，深度推進(jìn)綜合信息服務(wù)與數(shù)據(jù)協(xié)同共享，實(shí)現(xiàn)校園80%以上部門數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)互通。配套建設(shè)教學(xué)科研服務(wù)系統(tǒng)和后勤服務(wù)系統(tǒng)，推進(jìn)學(xué)校各項(xiàng)工作的開(kāi)展。建設(shè)高性能計(jì)算中心，為學(xué)校80%以上的教育教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)提供計(jì)算性能強(qiáng)大的基礎(chǔ)環(huán)境，推動(dòng)各學(xué)科的發(fā)展。不斷完善創(chuàng)新應(yīng)用、服務(wù)、知識(shí)的共享和協(xié)作模式，推動(dòng)人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、學(xué)科建設(shè)等核心業(yè)務(wù)的變革與進(jìn)步，為教育體制改革提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]陳明選，徐旸.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與發(fā)展研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012，30（4）：61-65.

[2]張亞珍，張寶輝，韓云霞，等.國(guó)內(nèi)外智慧教室研究評(píng)論及展望

[J].開(kāi)放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[3]湯優(yōu)，李嘉偉，李丹，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”下的智慧教室設(shè)計(jì)研究[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2017，16（7）：66-68.

[4]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)， 2010，37（6）：1-10.

[5] BEICHNER R， SAUL J M. Introduction to the SCALE-UP （Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs） project [J]. Proceedings of the international school of physics，2003（6）：1-17.

[6] DEKDOUK A. Integrating mobile and ubiquitous computing in a smart classroom to increase learning effectiveness [C]// Proceedings of International Conference on Education and e-Learning Innovations. Sousse，Tunisia：IEEE，2012：1-5.

[7] COOPERSTOCK J R. Intelligent classrooms need intelligent interfaces： how to build a high-tech teaching environment that teachers can use？ [J]. Computer technologies and information sciences，2003（6）：9263-9270.

[8] RESCIGNO R C. Practical implementation of educational technology.The GTE/GTEL Smart-Classroom [EB/OL]. （2024-04-02）. https：//www.learntechlib.org/p/141600/.

[9] SKIPTON C. Moving from“dumb”to“smart”classroom： technology options and implementation issues [J]. Journal of college teaching amp; learning，2006（6）：19-27.

[10]陳衛(wèi)東，葉新東，秦嘉悅，等.未來(lái)課堂—高互動(dòng)學(xué)習(xí)空間[J].中國(guó)電化教育，2011，32（8）：6-13.

作者簡(jiǎn)介：錢珺（1986—），女，博士，校聘副教授，南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，主要從事智慧校園信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究。

洪莉莉（1968—），女，高級(jí)工程師，南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，主要從事智慧校園信息化系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域智能產(chǎn)品的應(yīng)用。

張 輝（1986—），男，博士，校聘副教授，南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，主要從事智慧校園信息化系統(tǒng)構(gòu)建及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究。

收稿日期：2023-04-27 修回日期：2023-05-24

基金項(xiàng)目：新時(shí)代職業(yè)院校機(jī)械電子工程技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)教師教育教學(xué)改革創(chuàng)新與實(shí)踐（ZH202102040）；南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金（YK22-01-03）