高校智慧校園技術(shù)參考模型設(shè)計 *

蔣東興，付小龍，袁 芳，蔣磊宏

(1.清華大學(xué) 信息化技術(shù)中心，北京 100084；2.華中師范大學(xué) 教育信息化協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079；3.上海交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，上海 200240)

高校智慧校園技術(shù)參考模型設(shè)計 *

蔣東興1,2，付小龍1，袁 芳1，蔣磊宏3

(1.清華大學(xué) 信息化技術(shù)中心，北京 100084；2.華中師范大學(xué) 教育信息化協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079；3.上海交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，上海 200240)

隨著教育信息化的不斷深入，信息技術(shù)融入教育教學(xué)業(yè)務(wù)，已經(jīng)深刻地影響著教育的改革與發(fā)展，智慧教育作為教育信息化的高端形態(tài)也越來越受到重視。為了支撐智慧教育的開展，必須建立智慧校園。該文在分析了我國高校信息化30多年來發(fā)展階段的基礎(chǔ)上，從技術(shù)、業(yè)務(wù)、建設(shè)和運(yùn)行模式等角度，闡述了高校智慧校園將具有的主要特征，提出了高校智慧校園的定義，建立了高校智慧校園的概念模型。高校智慧校園的解決方案是該文的重點(diǎn)，文中提出了高校智慧校園的層次化體系結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計了包括通信框架、環(huán)境框架、數(shù)據(jù)框架和服務(wù)框架的開放框架模型，并建立了高校智慧校園的成熟度模型及其評價指標(biāo)體系，初步形成了高校智慧校園技術(shù)參考模型。

智慧校園；智慧教育；技術(shù)參考模型；概念模型；框架模型；成熟度模型

一、高校信息化進(jìn)入智慧校園階段

(一)我國高校信息化發(fā)展階段分析

我國高校信息化開始于20世紀(jì)80年代中，30多年的發(fā)展過程中，經(jīng)歷了早期的電算化、校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，到中期的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)字校園整合集成，近期普遍重視開展業(yè)務(wù)流程優(yōu)化和服務(wù)整合，信息技術(shù)越來越深度融入高校的教育教學(xué)業(yè)務(wù)之中，高校信息化開始進(jìn)入智慧校園建設(shè)階段[1]。

不同的發(fā)展階段，高校信息化呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，從IT與業(yè)務(wù)的關(guān)系、信息化程度、IT績效重點(diǎn)、相關(guān)信息化技術(shù)關(guān)注點(diǎn)、建設(shè)與運(yùn)維模式以及IT支撐機(jī)構(gòu)等方面，歸納對比了各個發(fā)展階段我國高校信息化的不同特點(diǎn)，如表1所示。

表1 我國高校信息化階段特點(diǎn)

續(xù)表1

(二)高校智慧校園的定位與目標(biāo)

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能、社交網(wǎng)絡(luò)、知識管理、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興信息技術(shù)在高校中的廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)與教育教學(xué)業(yè)務(wù)的融合越來越深入，高校信息化由管理信息化發(fā)展為教育教學(xué)全面信息化，信息技術(shù)與教育教學(xué)的關(guān)系從組合、整合演進(jìn)到融合創(chuàng)新。在這種情況下，數(shù)字校園建設(shè)階段采用的統(tǒng)籌建設(shè)、分步實(shí)施的建設(shè)模式已經(jīng)難以為繼。隨著師生積極參與學(xué)校信息化建設(shè)，在已有應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)上開展的輕量級/碎片化應(yīng)用越來越多，數(shù)字校園的運(yùn)行維護(hù)模式開始捉襟見肘。并且，隨著數(shù)字校園建設(shè)與應(yīng)用的不斷深入，高校信息化的技術(shù)形態(tài)、業(yè)務(wù)形態(tài)、管理形態(tài)都開始發(fā)生巨大變化，原有數(shù)字校園建設(shè)的解決方案和方法都已經(jīng)不能滿足當(dāng)前階段高校信息化的實(shí)際需要。高校信息化發(fā)展需要有新的思路、方案和方法，而智慧校園成為當(dāng)前階段高校信息化發(fā)展的必然訴求。

智慧校園實(shí)際上是高校信息化發(fā)展到融合創(chuàng)新階段的產(chǎn)物，是對數(shù)字校園建設(shè)的進(jìn)一步深化與提升，是高校應(yīng)對“互聯(lián)網(wǎng)+教育”挑戰(zhàn)的必然選擇，是高校實(shí)施的“工業(yè)4.0”。高校建設(shè)智慧校園，是在數(shù)字校園的基礎(chǔ)上，通過一系列新興信息技術(shù)的引入，為師生提供各種智慧型的業(yè)務(wù)應(yīng)用，改進(jìn)師生在工作、學(xué)習(xí)和生活中的活動方式，推動教學(xué)、科研、管理和服務(wù)在IT支持下的模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高校的智慧運(yùn)行，支撐高校智慧教育的開展。

高校智慧校園的建設(shè)目標(biāo)，是支持高校智慧教育的開展，具體包括：

(1)大力推動線上線下融合教學(xué)和基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)評價，開展智慧型人才培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)廣泛的因材施教和個性化的人才培養(yǎng)；(2)開展智慧型科學(xué)研究，減少科研過程的低水平重復(fù)勞動，加強(qiáng)科研協(xié)作，提高科研水平與效率；(3)開展智慧型社會服務(wù)，利用信息化手段加快科技成果轉(zhuǎn)化，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為科學(xué)決策提供支持；(4)開展智慧型文化傳承創(chuàng)新，創(chuàng)新、繁榮健康向上的大學(xué)網(wǎng)絡(luò)文化，發(fā)展先進(jìn)文化，創(chuàng)新高校網(wǎng)絡(luò)思想政治教育陣地建設(shè)；(5)促進(jìn)管理服務(wù)流程的不斷優(yōu)化或再造、創(chuàng)新管理服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)校系間、部門間的業(yè)務(wù)協(xié)同和一門式服務(wù)；通過大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘?qū)W校運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)智慧型管理決策；(6)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能感知技術(shù)，建立智慧型校園后勤管理與服務(wù)信息化支撐平臺，整合校內(nèi)外各種生活服務(wù)資源，開展智慧型生活服務(wù)[2]。

通過智慧校園建設(shè)與應(yīng)用，支持高校開展智慧教育，可以促進(jìn)高等教育質(zhì)量全面提高，為我國高等教育現(xiàn)代化和建成高等教育強(qiáng)國作貢獻(xiàn)。

二、高校智慧校園的特征與概念

(一)智慧校園辨析

“智慧”這個詞，在我國傳統(tǒng)的語境里一直是有點(diǎn)神秘色彩的，一般指人具有的對事物能迅速、靈活、正確地理解和解決的能力，有智慧的人被稱為智者。近幾年來，隨著IT對人類經(jīng)濟(jì)社會活動影響的深入，信息界在引進(jìn)外來名詞時，將Smart、Intelligent、Wisdom都翻譯為智慧。關(guān)于智慧和它的三個英文表述，祝智庭在《智慧教育：教育信息化的新境界》[3]、黃榮懷在《智慧教育的三重境界：從環(huán)境、模式到體制》[4]文中進(jìn)行了較詳細(xì)的闡述和比較。

可以說，和早前的教育信息化名詞與解決方案多屬于引進(jìn)不同，“智慧教育”和“智慧校園”已經(jīng)不是舶來品，是我國學(xué)者在研究教育信息化不斷深入過程中，基于我國教育實(shí)際狀況而提出的具有中國特色的教育信息化發(fā)展思路與解決方案。祝智庭認(rèn)為“國內(nèi)外對智慧教育的系統(tǒng)研究較為鮮見，相關(guān)的認(rèn)識亦尚無定論”[5]，并從智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、智慧學(xué)習(xí)、智慧教學(xué)法等方面闡述了自己的觀點(diǎn)。黃榮懷則提出了智慧教育系統(tǒng)由智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、新型教學(xué)模式和現(xiàn)代教育制度三個層面構(gòu)成[6]，初步構(gòu)建出了智慧教育的大框架。

智慧教育作為教育信息化的高端形態(tài)[7]，需要有智慧型的校園環(huán)境與系統(tǒng)作為支撐。祝智庭和黃榮懷主要是從智慧學(xué)習(xí)對IT支撐的需求角度提出了思考，包括智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的基本內(nèi)涵、主要任務(wù)、基本特征和核心技術(shù)等[8][9]。筆者則針對智慧教育階段學(xué)校的整體信息化建設(shè)，提出了建設(shè)高校智慧校園的思路[10]。實(shí)際上，智慧校園是一個典型的中國詞匯，國外文獻(xiàn)中，無論是Smart Campus、Intelligent Campus還是Wisdom Campus都很鮮見。究其原因，一是國外研究者比較關(guān)注一項(xiàng)或幾項(xiàng)信息技術(shù)在教育教學(xué)業(yè)務(wù)中發(fā)揮的作用，即IT in Education，比較典型的如美國新媒體聯(lián)盟每年度的《地平線報告》[11]；二是美國學(xué)校相對比較開放，通常沒有封閉的實(shí)體校園概念，校園信息化建設(shè)較多地納入智慧城市、智慧地球等建設(shè)范疇，比較典型的是IBM的Education for a Smarter Planet[12]。

可以說，智慧校園是我國教育信息化研究者為了順應(yīng)教育信息化發(fā)展趨勢和我國教育行業(yè)特點(diǎn)而提出的一個具有中國特色的概念，是從信息化建設(shè)角度提出的支撐信息化條件下智慧教育的一套完整技術(shù)解決方案。由于高等教育和基礎(chǔ)教育在學(xué)校形態(tài)方面差異較大，因此其信息化技術(shù)解決方案差異也就很大，如基礎(chǔ)教育的信息化支撐環(huán)境更強(qiáng)調(diào)采用區(qū)域教育云服務(wù)，這也是本文將技術(shù)參考模型設(shè)計限定在高等學(xué)校的原因。

(二)高校智慧校園的主要特征

智慧校園是高校信息化發(fā)展的新階段，是在數(shù)字校園的基礎(chǔ)上為了支持高校智慧教育發(fā)展而提出的解決方案。因此，無論是信息化業(yè)務(wù)運(yùn)行、技術(shù)方案還是建設(shè)運(yùn)維模式，智慧校園都具有與數(shù)字校園不同的顯著特征。

從信息化業(yè)務(wù)運(yùn)行方面來看，與數(shù)字校園主要注重管理信息化相比，智慧校園更加重視信息技術(shù)與人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和社會服務(wù)的深度融合，重視提供跨部門業(yè)務(wù)融合的一門式服務(wù)，重視利用大數(shù)據(jù)支持科學(xué)決策，即支持智慧教育業(yè)務(wù)的開展。在智慧校園建設(shè)階段，高校信息化由管理信息化發(fā)展為業(yè)務(wù)全面信息化，信息技術(shù)與業(yè)務(wù)的關(guān)系從組合、整合進(jìn)入融合創(chuàng)新階段，基于信息技術(shù)解構(gòu)、優(yōu)化、重組教育教學(xué)的新型教育模式——智慧教育形態(tài)已經(jīng)開始顯現(xiàn)。

從技術(shù)視角來看，隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能、社交網(wǎng)絡(luò)、知識管理、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興信息技術(shù)在高校的廣泛應(yīng)用，改變了數(shù)字校園的技術(shù)形態(tài)[13]，基于智能感知大數(shù)據(jù)和復(fù)雜對象建模構(gòu)建校園虛擬映像[14]，基于大數(shù)據(jù)分析的業(yè)務(wù)規(guī)律認(rèn)知等成為智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。特別地，由于業(yè)務(wù)和技術(shù)的不斷深化，由一家企業(yè)提供完整的校園信息化解決方案的模式已不太現(xiàn)實(shí)，構(gòu)建開放共享的技術(shù)生態(tài)對于智慧校園建設(shè)來說就至為重要。因此，在智慧校園解決方案中，必須建立支持開放技術(shù)生態(tài)的服務(wù)框架，提供柔性的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。

從建設(shè)模式來看，高校數(shù)字校園傳統(tǒng)的統(tǒng)籌建設(shè)、分步實(shí)施的建設(shè)模式已經(jīng)難以為繼，在學(xué)?？傮w規(guī)劃下多方參與、開放共享的建設(shè)模式和輕量級/碎片化、快速迭代、協(xié)同演進(jìn)的發(fā)展模式將會成為智慧校園階段的主流模式。從運(yùn)維模式來看，由于智慧校園信息化設(shè)施復(fù)雜度的不斷提高和社會信息系統(tǒng)的不斷引入，當(dāng)前高校的信息化隊伍和自我運(yùn)維模式已經(jīng)難以支撐，與社會信息系統(tǒng)提供商、智慧校園專業(yè)服務(wù)商協(xié)同的混合運(yùn)維模式將成為必然選擇。

(三)高校智慧校園概念模型

基于上述分析，本文提出高校智慧校園的描述性定義：智慧校園是高校信息化的高級形態(tài)，是對數(shù)字校園的進(jìn)一步深化與提升，它綜合運(yùn)用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能、社交網(wǎng)絡(luò)、知識管理、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興信息技術(shù)，全面感知校園物理環(huán)境，智能識別師生群體的學(xué)習(xí)、工作情景和個體的特征，在網(wǎng)絡(luò)空間建立校園虛擬映像，將學(xué)校物理空間和數(shù)字空間有機(jī)銜接起來，通過在網(wǎng)絡(luò)空間的計算掌握校園運(yùn)行規(guī)律并反饋、控制物理空間，為師生建立智能開放的教育教學(xué)環(huán)境和便利舒適的生活環(huán)境，改變師生與學(xué)校資源、環(huán)境的交互方式，開展以人為本的個性化創(chuàng)新服務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校智慧運(yùn)行，支撐學(xué)校開展智慧教育。

根據(jù)這個定義，可以抽象出高校智慧校園的概念模型如右圖1所示。具體說明如下。

(1)人機(jī)物交互：應(yīng)用智能感知技術(shù)采集校園環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)信息，應(yīng)用可穿戴技術(shù)采集人與人群的活動信息，通過智能終端和自助設(shè)備獲取用戶輸入信息，并提供及時的反饋與控制，實(shí)現(xiàn)校園的物理信息采集、環(huán)境控制和人群協(xié)同。

圖1 高校智慧校園概念模型

(2)泛在互聯(lián)：通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的隨需連接與信息交換，將校園中人的信息、物的信息、位置信息和環(huán)境信息及時映射到網(wǎng)絡(luò)空間中，構(gòu)建全天候、全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境。

(3)虛實(shí)鏈接：通過社交網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、位置網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人的互聯(lián)、物的互聯(lián)和空間互聯(lián)，構(gòu)建校園信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical Systems, CPS)[15]，實(shí)現(xiàn)虛擬校園與物理校園的無縫鏈接，融為一體。

(4)虛擬映像：基于云計算、云存儲、云服務(wù)等技術(shù)構(gòu)建校園網(wǎng)絡(luò)空間，將校園中產(chǎn)生的各種結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組裝起來，在網(wǎng)絡(luò)空間中建立校園虛擬映像，全面、準(zhǔn)確、及時地反映物理校園的運(yùn)行狀況。

(5)全面認(rèn)知：應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對校園虛擬映像進(jìn)行全方位分析，全面掌握物理校園的運(yùn)行規(guī)律，并通過校園信息物理系統(tǒng)作用于物理校園，實(shí)現(xiàn)師生與學(xué)校資源、環(huán)境的智能交互。

(6)智慧運(yùn)行：在智慧校園的支撐下，基于運(yùn)行規(guī)律對學(xué)校的運(yùn)營管理、資源調(diào)度、業(yè)務(wù)活動等做出科學(xué)決策，通過流程管理、協(xié)作支撐和情景建模等技術(shù)系統(tǒng)支持學(xué)校各項(xiàng)業(yè)務(wù)的智慧運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智慧型人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)和文化傳承創(chuàng)新，達(dá)到通過智慧校園建設(shè)支撐智慧教育的目的。

三、高校智慧校園的架構(gòu)與框架

高校智慧校園與數(shù)字校園的本質(zhì)區(qū)別，在于隨著信息技術(shù)與學(xué)校業(yè)務(wù)的不斷融合，高校的物理校園與虛擬校園將融為一體。為了實(shí)現(xiàn)高校校園物理空間與數(shù)字空間的融合，需要建立智慧校園信息化支撐平臺。該平臺以大數(shù)據(jù)為核心，以智能感知為神經(jīng)末梢，以移動互聯(lián)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，依托智慧型應(yīng)用，為用戶提供自適應(yīng)、個性化的交互，實(shí)現(xiàn)對高校各項(xiàng)業(yè)務(wù)智慧運(yùn)行的支持。因此，與數(shù)字校園建設(shè)側(cè)重信息門戶和業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)不同，智慧校園建設(shè)更加強(qiáng)調(diào)架構(gòu)與框架，智慧校園的各類平臺、系統(tǒng)和應(yīng)用只有遵循技術(shù)架構(gòu)的總體規(guī)劃和技術(shù)框架的整體設(shè)計，才能夠有機(jī)地融合在一起，整體支撐智慧校園的建設(shè)目標(biāo)。

(一)高校智慧校園架構(gòu)模型

智慧校園的架構(gòu)是對智慧校園技術(shù)體系的總體規(guī)劃，從技術(shù)視角全面規(guī)劃智慧校園的技術(shù)元素構(gòu)成、技術(shù)元素之間層級結(jié)構(gòu)、以及技術(shù)元素間的邏輯關(guān)系。按照領(lǐng)域信息化的普遍規(guī)律，高校智慧校園的架構(gòu)采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，由智能感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、云計算層、大數(shù)據(jù)層、智能應(yīng)用層和智能終端層組成，加上信息化支撐平臺本身所需要的支撐保障體系如信息安全保障體系和信息化運(yùn)維服務(wù)體系，以及智慧校園的用戶群體，形成如圖2所示的高校智慧校園架構(gòu)模型。

圖2 高校智慧校園架構(gòu)模型

(1)智能感知層：綜合采用RFID、ZigBee、IP CAM等智能感應(yīng)、近場通信相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集校園學(xué)習(xí)生活相關(guān)的各類環(huán)境、資源與活動的實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對校園各類設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、師生學(xué)習(xí)生活的活動軌跡、師生與校園環(huán)境的互動情況等進(jìn)行全面感知，為智慧校園的全面數(shù)據(jù)采集與實(shí)時反饋控制提供基礎(chǔ)的感知支撐。

(2)網(wǎng)絡(luò)通信層：綜合采用校園有線網(wǎng)絡(luò)、WIFI無線網(wǎng)絡(luò)、4G移動網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)，為智能感知層采集的各類環(huán)境和活動數(shù)據(jù)提供高覆蓋的傳輸服務(wù)，為師生隨時隨地使用互聯(lián)網(wǎng)提供高速率的訪問服務(wù)、為校園各類智慧應(yīng)用提供高可靠的接入服務(wù)，從而為智慧校園提供隨需、泛在的通信支撐。

(3)云計算層：綜合采用虛擬化、分布式計算、高性能計算等計算技術(shù)，集中存儲、分布式存儲等存儲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效、透明、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)，為智慧校園的大數(shù)據(jù)處理和智慧應(yīng)用提供普適、隨需的計算和存儲支撐。

(4)大數(shù)據(jù)層：綜合采用數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)組織與管理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，匯聚校園內(nèi)的環(huán)境、活動、業(yè)務(wù)、交互等各類信息，構(gòu)建起連接網(wǎng)絡(luò)空間和實(shí)體校園的智慧校園虛擬映像，并基于虛擬映像開展全方位的分析，掌握實(shí)體校園的運(yùn)行規(guī)律，為智慧校園的各類應(yīng)用提供科學(xué)、綜合的數(shù)據(jù)支撐。

(5)智慧應(yīng)用層：是智慧校園發(fā)揮作用的關(guān)鍵，基于大數(shù)據(jù)層對校園的運(yùn)營管理、資源調(diào)度、業(yè)務(wù)活動等做出決策，通過教學(xué)、科研、服務(wù)、管理決策、文化傳承等各類智慧型的校園信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用，為師生的學(xué)習(xí)生活和校園的管理提供全面、貼切的功能服務(wù)，從而為校園的智慧管理提供全面、個性化的應(yīng)用支撐。

(6)智能終端層：綜合應(yīng)用傳統(tǒng)PC、智能終端、自助設(shè)備和可穿戴設(shè)備等在內(nèi)的多種終端接入技術(shù)，基于用戶所處的不同環(huán)境，圍繞特定應(yīng)用場景為用戶提供的無縫、自適應(yīng)、個性化的人機(jī)交互模式，全面提升用戶獲取校園信息化服務(wù)的體驗(yàn)，為校園的信息化應(yīng)用提供融合、無縫的接入支撐。

(7)支撐保障體系：支撐保障體系是智慧校園持續(xù)提供高質(zhì)量服務(wù)的基礎(chǔ)，包括保障校園各類信息安全可靠的信息安全保障體系，保障校園基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的信息化運(yùn)維服務(wù)體系等，為智慧校園安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行提供切實(shí)的保障。

(二)高校智慧校園框架模型

高校智慧校園的建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，智慧校園建設(shè)應(yīng)在智慧校園架構(gòu)的基礎(chǔ)上，對各部分的組成進(jìn)行整體設(shè)計，更細(xì)粒度地描述技術(shù)元素所包含的技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)思路，從而為后續(xù)的具體建設(shè)提供設(shè)計參考。智慧校園的框架模型就是對技術(shù)架構(gòu)中各個技術(shù)元素的詳細(xì)設(shè)計，具體包括通信框架、環(huán)境框架、數(shù)據(jù)框架和服務(wù)框架，其中通信框架是對智慧校園架構(gòu)中智能感知層和網(wǎng)絡(luò)通信層的設(shè)計，環(huán)境框架是對云計算層的設(shè)計，數(shù)據(jù)框架是對大數(shù)據(jù)層的設(shè)計，服務(wù)框架是對智慧應(yīng)用層和智能終端層的設(shè)計，如圖3所示。

圖3 高校智慧校園框架模型

(1) 通信框架：是智慧校園框架體系的傳輸核心，為智慧校園各類信息的高速傳輸和廣泛覆蓋提供基礎(chǔ)的支撐。包括為人參與的各項(xiàng)業(yè)務(wù)和活動提供高數(shù)據(jù)量、高并發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的無線網(wǎng)框架，為各類傳感器提供高頻率、高覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)框架，為人、傳感器等提供校園物理位置確定服務(wù)的位置網(wǎng)框架。

(2) 環(huán)境框架：是智慧校園框架體系的計算核心，為智慧校園各類信息的即時、高效處理提供基礎(chǔ)的計算、存儲和內(nèi)部傳輸?shù)闹?。包括對管理?yīng)用提供高可用虛擬化計算支撐和對教學(xué)科研應(yīng)用提供云計算支撐的計算環(huán)境框架，應(yīng)對應(yīng)用規(guī)模的迅速增長提供分布存儲支撐的存儲框架，為應(yīng)用間數(shù)據(jù)高速傳輸和共享提供支撐的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境框架，和保障基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)房環(huán)境框架。

(3) 數(shù)據(jù)框架：是智慧校園框架體系的邏輯核心，以數(shù)據(jù)應(yīng)用和大數(shù)據(jù)模式承載智慧校園的主體虛擬映像。包括構(gòu)建整合、一致、可變的多維數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)采集管理框架和數(shù)據(jù)存儲計算框架，形成在線實(shí)時的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，開展全局、個體及群體數(shù)據(jù)的多維特征分析數(shù)據(jù)分析框架等。

(4) 服務(wù)框架：是智慧校園框架體系的應(yīng)用核心，通過服務(wù)框架，智慧校園內(nèi)的各類服務(wù)才能夠有機(jī)地集成起來，形成柔性、可演化的智慧校園應(yīng)用環(huán)境，支持將現(xiàn)有的系統(tǒng)通過服務(wù)改造后集成到服務(wù)框架中，并實(shí)現(xiàn)新建服務(wù)功能的不斷融入，同時提供開放的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)框架，幫助開發(fā)者快速地構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)。包括面向用戶提供統(tǒng)一交互服務(wù)的交互框架，承載業(yè)務(wù)規(guī)則和管理流程的規(guī)則框架，為應(yīng)用、流程和數(shù)據(jù)提供柔性定制支撐的引擎框架，以及為集成和封裝現(xiàn)有應(yīng)用功能提供支撐的容器框架。

四、高校智慧校園的成熟度評價

智慧校園建設(shè)是一個長期不斷演進(jìn)的過程，需要建立智慧校園演進(jìn)模型，即智慧校園成熟度模型，以描述智慧校園建設(shè)發(fā)展的演進(jìn)過程。成熟度模型可用于對高校智慧校園建設(shè)情況的評估工作，正確認(rèn)識智慧校園所處的發(fā)展階段和發(fā)展水平；也可以引導(dǎo)智慧校園建設(shè)向更高水平發(fā)展，推動高校智慧化進(jìn)程的有序發(fā)展。

(一)影響因素分析

對高校來說，教育信息化是信息技術(shù)不斷引入學(xué)校教育教學(xué)業(yè)務(wù)來促進(jìn)教育改革和發(fā)展的過程。因此，信息技術(shù)的應(yīng)用情況、信息技術(shù)支撐業(yè)務(wù)開展情況、基于信息技術(shù)的業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新發(fā)展?fàn)顩r以及師生信息化能力就成為衡量高校信息化發(fā)展程度的關(guān)鍵要素。

智慧校園是高校信息化發(fā)展的高級階段，是在數(shù)字校園的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步提升，因此，評價一個學(xué)校的智慧校園成熟度，我們著重于智慧化的提升方面，亦即重點(diǎn)考慮如下三個影響因素：

(1)智慧類技術(shù)應(yīng)用情況：考察智慧校園普遍采用的新興信息技術(shù)在學(xué)校中的引進(jìn)使用情況，如云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)、知識管理、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步這個技術(shù)列表會不斷發(fā)生變化。

(2)智慧型應(yīng)用開展情況：考察主流的智慧型應(yīng)用在學(xué)校的開展情況，在當(dāng)前情況下，可以考察的智慧型應(yīng)用有：基于用戶興趣的推薦式學(xué)習(xí)交流系統(tǒng)、基于知識管理的科研協(xié)作系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生平安監(jiān)測系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)、基于商業(yè)智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的決策支持系統(tǒng)等等，具體的觀察點(diǎn)隨著智慧校園建設(shè)的深入將越來越多，將來可以適當(dāng)進(jìn)行分組來考察。

(3)智慧型業(yè)務(wù)融合情況：考察學(xué)校主要業(yè)務(wù)在信息技術(shù)支持下的融合創(chuàng)新情況，可以按照高校的主要業(yè)務(wù)來分類考察，如智慧型人才培養(yǎng)、智慧型科學(xué)研究、智慧型社會服務(wù)、智慧型文化傳承創(chuàng)新、智慧型管理決策、智慧型生活服務(wù)。

(二)成熟度模型設(shè)計

參考能力成熟度模型[16]和智慧城市成熟度模型[17]，高校智慧校園成熟度模型將智慧校園建設(shè)與發(fā)展?fàn)顟B(tài)劃分為四個階段：萌芽階段、集成階段、融合階段和創(chuàng)新階段，如圖4所示。一般來說，一個學(xué)校的智慧校園建設(shè)會逐級演進(jìn)，其成熟度也逐級提高。

圖4 高校智慧校園成熟度模型

針對每一個成熟度等級，其關(guān)鍵特征和發(fā)展?fàn)顩r描述如下：

(1)萌芽階段：萌芽階段是智慧校園建設(shè)等級的最低程度。此階段的智慧校園發(fā)展程度處于自發(fā)的初級階段，沒有成型的整體建設(shè)方案，只是部分智慧類技術(shù)在少數(shù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域得到應(yīng)用，應(yīng)用之間沒有有機(jī)地聯(lián)系起來，處于各自孤立狀態(tài)。

(2)集成階段：智慧校園建設(shè)進(jìn)入自主階段，學(xué)校開始有組織地推進(jìn)智慧校園相關(guān)建設(shè)工作。在此階段，多種智慧類技術(shù)在多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域得到規(guī)模化應(yīng)用，并且智慧型應(yīng)用之間進(jìn)行了集成整合，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

(3)融合階段：智慧校園建設(shè)進(jìn)入成熟階段，學(xué)校通過統(tǒng)籌規(guī)劃全面地推進(jìn)智慧校園建設(shè)。學(xué)校的各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域都有智慧類技術(shù)的深度應(yīng)用，信息技術(shù)與教育教學(xué)業(yè)務(wù)不斷融合，智慧型應(yīng)用已經(jīng)成為學(xué)校信息化的主流應(yīng)用。

(4)創(chuàng)新階段：智慧校園建設(shè)進(jìn)入提升階段，高校教育教學(xué)業(yè)務(wù)得到創(chuàng)新發(fā)展。信息技術(shù)與業(yè)務(wù)深度融合，學(xué)校的教育教學(xué)模式、科研協(xié)作模式、管理決策模式都發(fā)生了重大變革與創(chuàng)新，學(xué)校各方面業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行，智慧教育的功效得到充分顯現(xiàn)。

(三)評價指標(biāo)體系

為了能夠客觀地評價一個學(xué)校的智慧校園成熟度，我們建立了包括三個成熟度評價維度的評價指標(biāo)體系。三個評價維度分別是智慧類技術(shù)應(yīng)用程度、智慧型應(yīng)用開展程度和智慧型業(yè)務(wù)融合程度，即評價指標(biāo)體系的三個一級指標(biāo)。對于每一個一級指標(biāo)，設(shè)置若干個二級指標(biāo)，如智慧型應(yīng)用開展程度可以設(shè)置教學(xué)類應(yīng)用、科研類應(yīng)用、管理類應(yīng)用和服務(wù)類應(yīng)用等四個二級指標(biāo)。對于每一個二級指標(biāo)，再設(shè)置一個或多個觀察點(diǎn)，二級指標(biāo)的觀察點(diǎn)可以隨著智慧校園建設(shè)的進(jìn)展情況而發(fā)展變化。

對于每一個觀察點(diǎn)，都采用五級梯度評價：

(1)智慧類技術(shù)應(yīng)用程度的五級分別為：未使用、局部使用、大面積使用、全面使用、全面深度使用；

(2)智慧型應(yīng)用開展程度的五級分別為：未開展、零星開展、有組織開展、全面開展、全面深度開展；

(3)智慧型業(yè)務(wù)融合程度的五級分別為：無影響、組合、整合、融合、創(chuàng)新。

當(dāng)前階段可參考的高校智慧校園評價指標(biāo)體系如表2所示。

表2 高校智慧校園評價指標(biāo)體系

五、結(jié)束語

智慧校園是高校信息化發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。隨著從事高校信息化的商業(yè)公司開始逐步發(fā)布支持開放服務(wù)框架的智慧校園解決方案，預(yù)期在“十三五”時期高校智慧校園建設(shè)將進(jìn)一步加速。在數(shù)字校園建設(shè)早期，因缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各高校各企業(yè)各自為政，導(dǎo)致數(shù)字校園孤島遍布、煙囪林立，為了避免智慧校園建設(shè)重蹈覆轍，我們必須加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)尤其是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)與推廣，盡早確立高校智慧校園的技術(shù)架構(gòu)框架標(biāo)準(zhǔn)，推動建立基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的高校智慧校園建設(shè)聯(lián)盟，促進(jìn)高校智慧校園建設(shè)的持續(xù)有序發(fā)展。

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Design of the Technical Reference Model of Wisdom Campus in Universities

Jiang Dongxing1,2, Fu Xiaolong1, Yuan Fang1, Jiang Leihong3
(1.Information Technology Center, Tsinghua University, Beijing 100084; 2.Collaborative & Innovative Center for Educational Technology, Central China Normal University, Wuhan Hubei 430079; 3.Network & Information Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240)

With the deepening of education information, information technology is integrated into education business and has profoundly in fl uenced the reform and development of education. Wisdom Education as a high-end form of education information is also more and more attention. In order to support the development of Wisdom Education, we must establish Wisdom Campus. This paper analyzes the rapid development of the information in universities in the past 30 years, from the perspective of technology, business, construction and operation mode, describes the main features of Wisdom Campus. Based on the analysis, the de fi nition and concept model of Wisdom Campus is abstracted and put forward. In the paper, it presents a hierarchical architecture model of Wisdom Campus, designs an open frame model including communication framework, environmental framework, data framework and service framework and establishes the maturity model and its evaluation index system. Finally a technical reference model of Wisdom Campus is formed.

Wisdom Campus; Wisdom Education; Technical Reference Model; Concept Model; Frame Model; Maturity Model

G434

A

蔣東興：研究員，清華大學(xué)保密管理辦公室主任、信息化工作辦公室副主任，中國高等教育學(xué)會教育信息化分會理事長，教育部教育信息化專家組成員，研究方向?yàn)榻逃畔⒒?jdx@tsinghua.edu.cn)。

2016年7月10日

責(zé)任編輯：趙興龍

1006—9860(2016)09—0108—07

* 本文系2013年教育部—中國移動科研基金項(xiàng)目“高等學(xué)校智慧校園體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究(項(xiàng)目編號：MCM20130671)研究成果。