基于云平臺(tái)的智慧校園建設(shè)與應(yīng)用研究初探

張翠紅

基于云平臺(tái)的智慧校園建設(shè)與應(yīng)用研究初探

張翠紅

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬化、移動(dòng)互聯(lián)等新型信息技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)校信息化正從“數(shù)字校園”快速邁入“智慧校園”建設(shè)階段。智慧校園主要是通過(guò)綜合信息服務(wù)平臺(tái)，依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)、社交網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)支持，提供智能化信息服務(wù)。結(jié)合學(xué)校智慧校園建設(shè)情況，提出智慧校園建設(shè)的總體架構(gòu)模型。關(guān)鍵詞：智慧校園建設(shè)；關(guān)鍵技術(shù)；總體架構(gòu)；數(shù)據(jù)挖掘；云平臺(tái)

一、智慧校園的內(nèi)涵與特征

“智慧”，緣于“智慧地球”，2008年，美國(guó)IBM總裁兼首席執(zhí)行官彭明盛提出智慧地球的概念。[1]在“智慧地球”的概念后，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者提出了“智慧校園”的概念和建設(shè)思路。黃榮懷提出了“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”的概念，認(rèn)為智慧校園是基于新型通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建業(yè)務(wù)流程、資源共享、智能靈活的教育教學(xué)環(huán)境,以面向師生個(gè)性化服務(wù)為理念，提供無(wú)縫互通的網(wǎng)絡(luò)通信，具有開(kāi)放學(xué)習(xí)環(huán)境、環(huán)境全面感知、海量數(shù)據(jù)支撐等特征。紀(jì)佩宇認(rèn)為，智慧校園具有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在、校園環(huán)境全面感知、學(xué)習(xí)環(huán)境廣闊開(kāi)放、數(shù)據(jù)處理智能化和應(yīng)用服務(wù)個(gè)性化等五個(gè)方面的特性。[2]周彤等認(rèn)為，智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧化的校園工作、學(xué)習(xí)和生活一體化環(huán)境，這個(gè)一體化環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理和校園生活進(jìn)行充分融合?？偨Y(jié)上述專家的觀點(diǎn)并結(jié)合學(xué)校的實(shí)際應(yīng)用，智慧校園具有以下五大特征。

（一）寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)高速泛在

智慧校園在建設(shè)過(guò)程中更加注重移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，為校園中的人與人、物與物、人與物之間實(shí)現(xiàn)全面的互聯(lián)、互通，為各種隨時(shí)、隨地、隨需的應(yīng)用提供寬帶、高速、泛在的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

（二）智能感應(yīng)終端廣泛應(yīng)用

智能手機(jī)、ipad等在師生中日益普及，學(xué)校數(shù)字裝備日益普遍，此外，各種智能感應(yīng)技術(shù)，包括方位、光線、影像、紅外、溫度、濕度等得到了廣泛應(yīng)用，從而使得各種監(jiān)測(cè)信息能夠?qū)崟r(shí)獲取。[3]

（三）智能挖掘分析海量數(shù)據(jù)

依托于數(shù)字校園海量數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)基礎(chǔ)，智慧校園將建構(gòu)出各類實(shí)用的數(shù)據(jù)挖掘模型，設(shè)計(jì)合理的分析及預(yù)測(cè)方法，同時(shí)，智慧校園能夠綜合各方面數(shù)據(jù)信息，通過(guò)智能推理和挖掘分析做出快速反應(yīng)，突出智能化特點(diǎn)。

智慧校園實(shí)行開(kāi)放、協(xié)同、整合的信息化架構(gòu)，充分發(fā)揮整體效能。運(yùn)用智能融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、計(jì)算和分析，特別是通過(guò)人的“智慧”參與，進(jìn)一步提高決策支持能力。

（四）廣闊開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境

智慧校園將為校內(nèi)師生提供海量的學(xué)習(xí)資源，支持全天候在線學(xué)習(xí)，使得知識(shí)的獲取不再局限于課本和課堂。

（五）師生個(gè)性服務(wù)友好便利

智慧校園環(huán)境及其功能均以個(gè)性服務(wù)為理念，應(yīng)用各種關(guān)鍵技術(shù)，以有效解決師生在校園生活、學(xué)習(xí)、工作中的諸多實(shí)際需求。

二、實(shí)現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)及載體

智慧校園強(qiáng)調(diào)以人為本、互動(dòng)參與的先進(jìn)理念，技術(shù)發(fā)展是智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)及社交網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)被深入研究與推廣應(yīng)用，為構(gòu)建支持智慧教育發(fā)展的信息化環(huán)境提供了條件。

（一）物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，其實(shí)質(zhì)上是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。其通過(guò)信息感知技術(shù)已經(jīng)在智慧校園的教學(xué)科研、校園生活、節(jié)能安保等方面逐步投入應(yīng)用，如圖書資料管理、校園一卡通、節(jié)能安保的智能應(yīng)用等。

（二）數(shù)據(jù)挖掘

信息時(shí)代，大數(shù)據(jù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，大數(shù)據(jù)通常指生成的大量半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。隨著云教育平臺(tái)建設(shè)，學(xué)校的數(shù)據(jù)尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)增長(zhǎng)很快，對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行深入挖掘與建模分析，將為學(xué)校進(jìn)行管理決策提供科學(xué)依據(jù)，從而用智慧的計(jì)算構(gòu)建智慧的校園。

（三）校園移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)是移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合統(tǒng)一，體現(xiàn)智慧校園的“開(kāi)放化”特征。它為廣大師生提供無(wú)處不在、穩(wěn)定、安全和易于管理的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，便于交流互動(dòng)與自主網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，是構(gòu)建智慧校園的基本條件。

（四）社交網(wǎng)絡(luò)

隨著移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的興起，社交網(wǎng)絡(luò)（Social Network Service）成為一種社會(huì)化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，社交網(wǎng)絡(luò)提供了新型的開(kāi)放式的交流溝通和信息服務(wù)模式。社交網(wǎng)絡(luò)以其成本低、互動(dòng)性強(qiáng)、傳播速度快等特點(diǎn)，成為最有效的學(xué)習(xí)協(xié)作和工作協(xié)作工具，是學(xué)生維系實(shí)體社會(huì)關(guān)系、展示自我和互動(dòng)交流的首選方式。

（五）智慧課堂與未來(lái)教室

智慧課堂是指以“共享、融合、交互”為特征的教學(xué)信息化環(huán)境。智慧課堂鼓勵(lì)教師、學(xué)生在課堂內(nèi)使用移動(dòng)設(shè)備和WiFi接入校園網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，以方便地獲取學(xué)習(xí)資源。教師利用多媒體教學(xué)設(shè)備，如電子講臺(tái)、電子白板和短焦投影儀，可以隨時(shí)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)師生、生生間的實(shí)時(shí)討論與協(xié)作。

未來(lái)教室在智慧課堂的基礎(chǔ)上，又增加了更多的虛擬情境、人工智能等技術(shù)因素，以突出教室模擬現(xiàn)實(shí)世界的能力。智慧課堂與未來(lái)教室的目的是把信息化運(yùn)用于課堂教學(xué)，從而創(chuàng)新教育模式和學(xué)習(xí)方式，提高教學(xué)效果和質(zhì)量。近年來(lái)，在課堂教學(xué)方面涌現(xiàn)了許多技術(shù)與產(chǎn)品，雖然，它們的技術(shù)基礎(chǔ)已逐步趨于一致，但是，在接口標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)發(fā)理念和實(shí)現(xiàn)能力方面，各產(chǎn)品還是參差不齊。

三、智慧校園建設(shè)總體架構(gòu)模型

（一）搭建云技術(shù)支持智慧校園支撐平臺(tái)

基于云計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)搭建智慧校園支撐平臺(tái)，將校園內(nèi)學(xué)生、家長(zhǎng)、教師、學(xué)校、教育管理者、社會(huì)和社區(qū)等互通互聯(lián)。該平臺(tái)是一個(gè)在物理上能夠進(jìn)行工作的云計(jì)算平臺(tái)，主要涉及服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)連接、信息存儲(chǔ)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)安裝、調(diào)試等工作內(nèi)容，并同時(shí)輔以采取相應(yīng)的平臺(tái)軟件，在安裝、設(shè)置之后，就可以確保智慧校園支撐平臺(tái)的實(shí)際功用。

（二）構(gòu)建智慧校園架構(gòu)模型

智慧校園的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)支持平臺(tái)和智慧應(yīng)用服務(wù)層。在數(shù)字校園架構(gòu)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行智慧校園架構(gòu)模型構(gòu)建，其總體架構(gòu)模型如圖1所示。從下至上依次分為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、云服務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層和信息服務(wù)層?；A(chǔ)設(shè)施層，在校園網(wǎng)內(nèi)融入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；大數(shù)據(jù)中心是以大數(shù)據(jù)概念進(jìn)行構(gòu)建，所有數(shù)據(jù)通過(guò)Hive—Hadoop集群進(jìn)行深度挖掘分析，為客戶所調(diào)用；云服務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，突出校園學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)，利用云計(jì)算技術(shù)手段構(gòu)建基于云服務(wù)的互動(dòng)學(xué)習(xí)及數(shù)字資源共享平臺(tái)；信息服務(wù)層新增個(gè)性服務(wù)平臺(tái)，終端服務(wù)包括固定終端和移動(dòng)終端服務(wù)。

1.構(gòu)架支持多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。泛在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)等。用戶通過(guò)云計(jì)算中心對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括交換機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器、平臺(tái)服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器。通過(guò)交換機(jī)訪問(wèn)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器自動(dòng)鎖定對(duì)應(yīng)VM虛擬應(yīng)用，通過(guò)平臺(tái)服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器，找到對(duì)應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容，從而完成用戶對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的訪問(wèn)和信息的獲取。

2.基于云計(jì)算的大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建?；谠朴?jì)算的大數(shù)據(jù)中心是支撐智慧校園高效運(yùn)行的數(shù)據(jù)平臺(tái)。大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建將是智慧校園構(gòu)建的重點(diǎn)和難點(diǎn)，不僅需要實(shí)現(xiàn)全?；A(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)信息和教學(xué)資源的集中存儲(chǔ)，還將充分利用虛擬化等技術(shù)實(shí)現(xiàn)IT資產(chǎn)的集中管控和靈活分配，提供基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)行平臺(tái)和應(yīng)用軟件三種層次的資源共享服務(wù)，從而降低校園信息化運(yùn)營(yíng)成本?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代，完全的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)已越來(lái)越無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的形勢(shì)。在大數(shù)據(jù)中心內(nèi)的交互區(qū)有綜合應(yīng)用關(guān)系型和非關(guān)系型兩種方式的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)各自需求進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)。交互區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)訂閱抽取，歸入大型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中，按照主題分類建立深度分析模型。這里的大型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)是基于Hadoop（分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)）技術(shù)的Hive（Hadoop下的SQL解析引擎）系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)Hive—Hadoop集群深度挖掘分析之后的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，重新導(dǎo)入專用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，供系統(tǒng)和用戶使用，以突出“智能化”特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)查詢統(tǒng)計(jì)、分析預(yù)測(cè)、自動(dòng)控制等功能。

圖1 智慧校園建設(shè)架構(gòu)模型

3.智慧校園應(yīng)用平臺(tái)。智慧校園應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)將貫穿整個(gè)建設(shè)周期，并不斷完善和優(yōu)化。它分為智慧教育、智慧科研和智慧管理三個(gè)層面，包括教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)、科研支持系統(tǒng)、校務(wù)管理系統(tǒng)、互動(dòng)學(xué)習(xí)和數(shù)字資源共享平臺(tái)、公共服務(wù)系統(tǒng)等?；?dòng)學(xué)習(xí)和數(shù)字資源共享平臺(tái)以云服務(wù)的方式，融合所有與學(xué)習(xí)和科研相關(guān)的系統(tǒng)的資源，再經(jīng)過(guò)優(yōu)化的檢索處理，采用SOA架構(gòu)，通過(guò)組件方式靈活組合和調(diào)用各類資源，通過(guò)各類終端以個(gè)性化的方式提供給不同的用戶，將能最大程度地滿足師生的學(xué)習(xí)需求和表達(dá)需求。

[1]黃榮懷.智慧校園：數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢(shì)[J].開(kāi)放教育研究，2012，18（4）：12-17.

[2]紀(jì)佩宇，聶明輝.江蘇警官學(xué)院：打造智能化智慧校園[J].中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)，2014（2）：65-67.

[3]蔣東興.“云端一體化”高校智慧校園暢想[J].中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)，2014（1）：49-52.

[責(zé)任編輯盛艷]

張翠紅，女，南京財(cái)經(jīng)學(xué)校高級(jí)講師，主要研究方向?yàn)槁殬I(yè)教育、信息技術(shù)教學(xué)。

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1674-7747（2017）06-0071-03