基于大數(shù)據(jù)的組態(tài)化智慧校園建設(shè)探討

趙海波

摘 要 分析了高等學(xué)校信息化發(fā)展?fàn)顩r及智慧校園建設(shè)的需求和目標(biāo)，以及當(dāng)前流行的技術(shù)體系。以高等學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了高等學(xué)校智慧校園的組態(tài)化體系架構(gòu)，該架構(gòu)綜合運(yùn)用了當(dāng)前流行的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，提出的不同高等學(xué)校在建設(shè)智慧校園進(jìn)程中依據(jù)不同階段需求進(jìn)行組態(tài)化選擇的建設(shè)模式，具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 智慧校園；組態(tài)化；大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）208-0072-03

1 高等學(xué)校信息化發(fā)展?fàn)顩r

1.1 我國(guó)高等學(xué)校信息化建設(shè)情況

我國(guó)高等學(xué)校信息化開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過(guò)了30多年的發(fā)展，從20世紀(jì)80年代的電子化、20世紀(jì)90年代校園網(wǎng)建設(shè)，到21世紀(jì)初的信息化系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)字化校園集成，目前普遍都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化校園[ 1 ]。在數(shù)字校園中，各個(gè)系統(tǒng)各自為陣，數(shù)據(jù)分散，形成“信息孤島”，沒(méi)有形成一個(gè)整體，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的潛力和數(shù)據(jù)應(yīng)用智慧能力。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，為了打破數(shù)字化校園形成的“信息孤島”，形成數(shù)據(jù)的智慧力量，智慧校園建設(shè)是我國(guó)高等學(xué)校的信息化建設(shè)的一個(gè)重要方向。

1.2 智慧校園建設(shè)需求

高等學(xué)校智慧校園是逐步從數(shù)字化校園發(fā)展來(lái)的，數(shù)字化校園是為了實(shí)現(xiàn)學(xué)校教學(xué)、管理和服務(wù)的信息化，實(shí)現(xiàn)學(xué)校教學(xué)資源的合理有效分配使用，提高辦學(xué)質(zhì)量、提高信息化管控服務(wù)能力、提高學(xué)校綜合管理水平。我國(guó)推廣教育信息化已有很多年，現(xiàn)在高等學(xué)校基本上都已經(jīng)建設(shè)完成了非常完善的校園網(wǎng)絡(luò)、校園門(mén)戶網(wǎng)站、教務(wù)管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、人事財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、教學(xué)資源庫(kù)、學(xué)生信息管理系統(tǒng)等涵蓋教學(xué)、科研、管理的各種應(yīng)用系統(tǒng)，這些信息化系統(tǒng)在高等學(xué)校實(shí)際應(yīng)用中效果良好，為高等學(xué)校智慧校園的建設(shè)創(chuàng)造了很好的基礎(chǔ)。高等學(xué)校這些應(yīng)用系統(tǒng)的使用中積累了大量的數(shù)據(jù)。隨著大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)的發(fā)展成熟，將各系統(tǒng)積累的海量數(shù)據(jù)應(yīng)用起來(lái)，建設(shè)具有智慧的校園信息化環(huán)境的條件也已經(jīng)成熟[ 2 ]。

2 智慧校園的建設(shè)目標(biāo)

2.1 智慧校園的內(nèi)涵

隨著IT技術(shù)的不斷進(jìn)步，高等學(xué)校的信息化從數(shù)字化校園正進(jìn)一步向智慧型校園方向前進(jìn)。智慧校園需要突破數(shù)字化校園的時(shí)間與空間限制，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的IT技術(shù)手段，以現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建立起集教學(xué)、科研、管理決策、各種服務(wù)為整體的綜合信息化環(huán)境。智慧校園建設(shè)的內(nèi)涵是利用科技技術(shù)如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、面向服務(wù)等IT技術(shù)，融合現(xiàn)有各種應(yīng)用信息系統(tǒng)形成整體，具有智慧的綜合平臺(tái)[3]。為廣大師生提供人性化的教學(xué)及生活服務(wù)，并且輔助行政管理人員做好科學(xué)決策，形成IT技術(shù)與物理校園融合的虛擬化校園環(huán)境。

2.2 多維度的智慧校園建設(shè)分析

目前分析的智慧校園的發(fā)展策略是以現(xiàn)有系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集的各種數(shù)據(jù)組成的大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算、傳感器、社交網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化的校園升級(jí)拓展，充分利用數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)發(fā)揮智慧效力，形成一個(gè)極具智慧，讓人體驗(yàn)人性化服務(wù)的信息化環(huán)境[4]。因此智慧校園的建設(shè)一般包含以下需求。

2.2.1 數(shù)據(jù)共享

智慧校園利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全校園人、物、設(shè)備的全數(shù)據(jù)接入和監(jiān)控?，F(xiàn)有的各種信息化系統(tǒng)，積累的各種數(shù)據(jù)包含教學(xué)、管理、服務(wù)等種類(lèi)繁多、數(shù)量巨大，但由于存在“信息孤島”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法共享，在智慧校園的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)該制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以先進(jìn)的云存儲(chǔ)策略形成合理的共享機(jī)制，讓數(shù)據(jù)得到充分應(yīng)用，避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)和數(shù)據(jù)的不一致性。

2.2.2 智慧型教學(xué)服務(wù)

高等學(xué)校的本質(zhì)任務(wù)就是人才培養(yǎng)，因此智慧型的教學(xué)服務(wù)是高等學(xué)校智慧校園建設(shè)需要考慮的最重要目標(biāo)。在IT技術(shù)的高速發(fā)展情況下，課堂教學(xué)與移動(dòng)化教學(xué)相融合的智慧型教學(xué)方式也必定是一個(gè)大趨勢(shì)。在校園社交網(wǎng)絡(luò)、在線教育、精品課程等IT技術(shù)平臺(tái)的支撐下，智慧校園中教師可以不受時(shí)空和個(gè)人知識(shí)能力的限制，根據(jù)各種教學(xué)資源、以及其他老師教學(xué)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)安排；基于大數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生的全面分析，對(duì)學(xué)生因材施教，進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)也是人才培養(yǎng)方案建設(shè)的目標(biāo)，也能給予學(xué)生在心理健康，就業(yè)指導(dǎo)方面更加合理和個(gè)性化的指導(dǎo)；教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)不再是片面的打分評(píng)價(jià)，而是根據(jù)師生的互動(dòng)以及學(xué)生日常學(xué)習(xí)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)開(kāi)展多維度、全面、客觀的評(píng)價(jià)；學(xué)校在教學(xué)管理上可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析提高管理能力。

2.2.3 智慧型生活服務(wù)

智慧型的校園的生活服務(wù)方面將師生在校園生活作為服務(wù)對(duì)象，整合全校的各種生活資源，并且拓展校外的社會(huì)服務(wù)資源，構(gòu)造一個(gè)完整的生活環(huán)境，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造一站式智慧型的生活服務(wù)體系，讓師生在日常工作學(xué)習(xí)中無(wú)時(shí)無(wú)刻都能享受方便的信息化服務(wù)。構(gòu)建智慧的后勤服務(wù)管理信息化平臺(tái)，為校園環(huán)境綜合監(jiān)控治理、校園的環(huán)保節(jié)能、安全監(jiān)控，教室實(shí)訓(xùn)室監(jiān)測(cè)、后勤車(chē)輛管理、校園一卡通服務(wù)等提供信息化支持，提高后勤管理服務(wù)水平。

2.2.4 智慧型管理

智慧校園負(fù)責(zé)整個(gè)校園的資源管理和調(diào)度，為整個(gè)學(xué)校各個(gè)部門(mén)的協(xié)同辦公及信息化提供支持?；诖髷?shù)據(jù)的智慧校園在大數(shù)據(jù)整合分析、數(shù)據(jù)挖掘的支持下提高洞察力，為學(xué)校行政管理人員提供全方位、多維度的最新校園情況，及時(shí)為相應(yīng)部門(mén)提供預(yù)警和科學(xué)化指導(dǎo)，為校領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)校發(fā)展規(guī)劃、制度制定、科學(xué)管理、科學(xué)決策方面提供精確數(shù)據(jù)的支持，提高領(lǐng)導(dǎo)和決策管理水平。

2.2.5 統(tǒng)一管理維護(hù)與數(shù)據(jù)安全

智慧校園的規(guī)劃應(yīng)該站在全校整體的高度做頂層設(shè)計(jì)，對(duì)所有信息化系統(tǒng)做整體規(guī)劃和管理維護(hù)。在信息化運(yùn)營(yíng)中會(huì)涉及到大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定極其重要，智慧校園的數(shù)據(jù)安全防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)保護(hù)數(shù)據(jù)安全，保障智慧校園各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)安全高效穩(wěn)定運(yùn)行。

3 智慧校園建設(shè)方案

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

智慧校園建設(shè)過(guò)程中，從如下4個(gè)維度進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的研究，分別是：

1）大數(shù)據(jù)?！按髷?shù)據(jù)”是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力來(lái)適應(yīng)海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)[5]。最重要的功能是對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和數(shù)據(jù)挖掘。智慧校園的特點(diǎn)就是通過(guò)各種應(yīng)用系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等手段獲取了大量活動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提高洞察力，提供智慧服務(wù)[5]。

2）云計(jì)算。云計(jì)算是分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡、熱備份冗余等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物[6]。智慧校園是個(gè)龐雜的大型系統(tǒng)，采用云計(jì)算模式，能夠得到更好的性能支持。

3）物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、射頻識(shí)別等通信技術(shù)，把各種物、設(shè)備和人員等的數(shù)據(jù)采集起來(lái)，形成人與物、物與物全接入，實(shí)現(xiàn)智能化的識(shí)別監(jiān)測(cè)、控制和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)校園由物理校園向虛擬化轉(zhuǎn)化。

4）社交網(wǎng)絡(luò)。社交網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)能夠相互溝通交流、相互參與互動(dòng)平臺(tái)。目前社交網(wǎng)絡(luò)基本涵蓋了人類(lèi)社交的所有服務(wù)形式，這對(duì)于高等學(xué)校師生的交流合作與知識(shí)分享提供了最為便捷的手段，是廣大師生獲取智慧服務(wù)的關(guān)鍵途徑，也是實(shí)現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 組態(tài)化智慧校園的體系架構(gòu)

與數(shù)字化校園不同，智慧校園更注重校園的線下與線上的深度融合。綜合分析相關(guān)的IT技術(shù)和現(xiàn)有的校園信息化管理系統(tǒng)后，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以信息互通、數(shù)據(jù)共享為目標(biāo)，為師生提供實(shí)時(shí)高效和個(gè)性化的信息化服務(wù)，全方位提升高等學(xué)校教學(xué)管理和綜合治理水平，提出了智慧校園的體系架構(gòu)方案。智慧校園體系架構(gòu)由智能感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、云計(jì)算層、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支撐層、智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用層和終端層等六個(gè)邏輯層組成[7-8]，加上信息化支撐平臺(tái)本身所需要的支撐保障體系如數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系和系統(tǒng)安全與運(yùn)維體系，以及智慧校園的用戶群體，形成如圖1所示的多維度的高等學(xué)校智慧校園體系架構(gòu)。

1）智能感知層。一般采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN、射頻RFID、ZigBee通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等智能感知和近場(chǎng)通信的相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集校園各類(lèi)環(huán)境、資源與活動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園各類(lèi)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、師生的活動(dòng)軌跡、師生與校園環(huán)境的互動(dòng)情況等進(jìn)行全面感知，為全面數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)反饋控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

2）網(wǎng)絡(luò)通信層。綜合采用校園有線網(wǎng)絡(luò)、WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、3G/4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)，為智能感知層采集的各類(lèi)環(huán)境和活動(dòng)數(shù)據(jù)提供高覆蓋的傳輸服務(wù)，為師生隨時(shí)隨地使用互聯(lián)網(wǎng)提供高速訪問(wèn)服務(wù)、為校園各類(lèi)智慧應(yīng)用提供高可靠的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，從而為智慧校園提供數(shù)據(jù)通信支持。

3）云計(jì)算層。綜合采用虛擬化、分布式計(jì)算、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的云計(jì)算服務(wù)，為智慧校園的大數(shù)據(jù)處理和智慧應(yīng)用提供高性能計(jì)算和存儲(chǔ)支持。

4）大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支撐層。大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支撐層是實(shí)現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵所在，包括數(shù)據(jù)的整合存儲(chǔ)與計(jì)算的物理平臺(tái)、信息收集與數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、以及數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用平臺(tái)，是聚合校園各種信息的中心，是各種智慧應(yīng)用的“智庫(kù)”。

5）智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用層。智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用層是高等學(xué)校智慧校園體現(xiàn)智慧的重要場(chǎng)景，基于大數(shù)據(jù)層對(duì)數(shù)據(jù)的整合分析和挖掘后，各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)該具有智慧的“頭腦”，在校園的各種教學(xué)管理、生活服務(wù)、科學(xué)管理決策方面提供洞察力、預(yù)警和科學(xué)指導(dǎo)。

6）終端層。終端層利用傳統(tǒng)PC計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、等在內(nèi)的多種終端，根據(jù)不同的使用環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景為用戶提供個(gè)性化的人機(jī)交互模式，全方位提升用戶體驗(yàn)，切身感受智慧服務(wù)。

7）支撐保障體系。支撐保障體系主要包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及系統(tǒng)安全運(yùn)維服務(wù)體系，為智慧校園安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障。

該智慧校園體系架構(gòu)是在數(shù)字信息化校園的基礎(chǔ)上，引入了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)IT技術(shù)。在整個(gè)架構(gòu)中，大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析挖掘及云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，是智慧校園實(shí)現(xiàn)智慧功能的關(guān)鍵，社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是展現(xiàn)智慧型服務(wù)的關(guān)鍵。

3.3 組態(tài)化智慧校園建設(shè)方式說(shuō)明

基于關(guān)鍵技術(shù)的“大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)與智能感知、社交網(wǎng)絡(luò)”4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)維度和本篇設(shè)計(jì)的6個(gè)層面“智能感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、云計(jì)算層、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支撐層、智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用層、終端層”加一個(gè)“支撐保障體系”的智慧校園整體體系架構(gòu)，形成了在高等學(xué)校常規(guī)智慧校園建設(shè)中的多組態(tài)形式。

各高等學(xué)?？筛鶕?jù)自身校園信息化建設(shè)水平和應(yīng)用層面，在逐步深入進(jìn)行數(shù)字化校園應(yīng)用，加快智慧校園建設(shè)過(guò)程中，依據(jù)不同階段的信息化建設(shè)需求，采取適中的技術(shù)手段，進(jìn)行不同層面的智慧校園建設(shè)，滿足高等學(xué)校在不同時(shí)期的建設(shè)要求。

4 結(jié)論

智慧校園建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的綜合工程，要在全校整體戰(zhàn)略高度統(tǒng)籌規(guī)劃做頂層設(shè)計(jì)，要打通各部門(mén)的信息通道，明確各階段的建設(shè)需求，以面向服務(wù)對(duì)象的思路來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)劃分，在明確智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)和體系架構(gòu)基礎(chǔ)上按需建設(shè)，通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃逐步達(dá)到智慧校園的各項(xiàng)建設(shè)目標(biāo)。

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