教育信息化2.0背景下的智慧校園信息服務平臺建設研究

趙真

[摘 要] 從教育部《教育信息化2.0行動計劃》要求出發(fā)，針對當前高校信息化服務廣泛存在的瓶頸問題，闡述智慧校園信息服務平臺的概念和特征，依托大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，歸納智慧校園信息服務平臺建設的四個層次基本架構和三種形態(tài)優(yōu)勢，從三個方面提出智慧校園信息服務平臺若干策略。

[關鍵詞] 教育信息化；智慧校園；大數(shù)據(jù)；云計算；物聯(lián)網(wǎng)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 07. 062

[中圖分類號] TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2019）07- 0153- 02

0 前 言

教育部在2018年4月印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》。這是首個關于教育信息化2.0的指導性文件，也是貫徹2015年全國教育信息化工作電視電話會議和2016年《教育信息化“十三五”規(guī)劃》精神的政策性文件。其中，智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動指出，要以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術為基礎，依托各類智能設備及網(wǎng)絡，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動新技術支持下教育的模式變革和生態(tài)重構。智慧校園信息服務平臺正是符合上述要求的有效載體之一，它全面感知物理環(huán)境，識別學習者個體特征和學習情景，提供無縫互通的網(wǎng)絡通信，有效支持教學過程分析、評價和智能決策的開放教育教學環(huán)境和便利舒適的生活環(huán)境，向師生全方位和個性化的信息服務[1]。

1 智慧校園概念的產(chǎn)生

2008年，美國IBM公司總裁兼首席執(zhí)行官彭明盛在題為“智慧地球：下一代領導議程”的演講中首次提出“智慧地球”理念，也揭開了教育界對“智慧校園”的認識[2]。21世紀第一個十年，隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展，國內(nèi)高校教育信息化建設體現(xiàn)出網(wǎng)絡化、數(shù)字化特征。大多數(shù)高校建成信息資源整合、應用模塊集成的統(tǒng)一信息服務門戶。這在一個時期內(nèi)基本滿足了師生需求，提高了辦事效率，但也產(chǎn)生諸多問題[3]：

（1）交互性不強，用戶與系統(tǒng)的聯(lián)系停留在PC端，沒有覆蓋到更廣泛場景和設備。

（2）信息割裂，各應用模塊間信息無法共享，導致用戶重復操作消耗時間。

（3）服務模式單一，以被動處理方式為主，難以滿足用戶精細化需求。

（4）擴展性較差，集中式建設犧牲單一模塊的專業(yè)性和擴展性。

智慧校園信息服務平臺是順應教育信息化發(fā)展趨勢，解決以上校園信息門戶瓶頸問題的最佳解決方案。它以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能和移動互聯(lián)技術為載體，在感知用戶需求、多維度反饋信息、資源組織與協(xié)同運維，以及信息交換與共享方面，將人、物和事件緊密連接。它的特征包括：

（1）人物互聯(lián)，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和感知技術采集人、物和環(huán)境信息，將其映射到網(wǎng)絡中，構建多維輻射的應用環(huán)境。

（2）虛實映像，利用云計算、云存儲和云服務等技術構建校園網(wǎng)絡空間，使信息結構化、標準化，實現(xiàn)虛、實對應與協(xié)同操作。

（3）深度認知，利用大數(shù)據(jù)技術對采集到的信息和虛實映射信息分析，研判用戶需求，結合人工智能技術高效調(diào)用資源。

（4）開放融合，管理系統(tǒng)內(nèi)部使用標準模塊與可擴展模塊，共享采集到的信息，根據(jù)不同用戶使用權限，提供定制化、精細化服務。

2 智慧校園信息服務平臺的主要技術載體

2.1 大數(shù)據(jù)

Hadoop是大數(shù)據(jù)開發(fā)的重要框架，其核心是HDFS和MapReduce，HDFS為海量的數(shù)據(jù)提供存儲，MapReduce為海量的數(shù)據(jù)提供計算。Hive是基于Hadoop的一個數(shù)據(jù)倉庫工具，可以將結構化的數(shù)據(jù)文件映射為一張數(shù)據(jù)庫表，并提供簡單的SQL查詢功能。Spark是專為大規(guī)模數(shù)據(jù)處理而設計的快速通用的計算引擎，其提供了一個全面、統(tǒng)一的框架用于管理各種不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)源的大數(shù)據(jù)處理的需求。Python是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，擁有豐富的庫，主要可用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)可視化等。

2.2云計算

“云”是一些能夠自我管理的虛擬計算資源，通常是一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等。云計算是并行計算、分布式計算和網(wǎng)格計算的發(fā)展形態(tài)。它通過網(wǎng)絡將龐大的程序自動分拆成許多個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統(tǒng)計算分析，然后將處理結果回傳給用戶。它可以在數(shù)秒之內(nèi)，處理數(shù)千萬計甚至億計信息，達到類似“超級計算機”的強大效能。云計算是虛擬化、效用計算、IaaS、PaaS和SaaS等概念混合演進并躍升的結果。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)

為滿足設備的連接需求，物聯(lián)網(wǎng)這種低功耗廣域網(wǎng)應運而生。LPWAN專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計。它主要分為兩類：一類是工作于未授權頻譜的LoRa技術；另一類是工作于授權頻譜下的NB-IoT。相比于NB-IoT，LoRa能夠以較低功耗遠距離通信，可以使用電池或其他能量收集的方式供電，同時具有更好的穿透能力與避障能力。LoRaWAN是由LoRa聯(lián)盟推出的一個廣域網(wǎng)規(guī)范，它能夠提供雙向通訊[6]。

3 智慧校園信息服務平臺的基本架構與形態(tài)優(yōu)勢

3.1 基本架構

智慧校園架構在技術載體之上，按照職能區(qū)別，由底層到高層，主要分為以幾個下層級：

（1）數(shù)據(jù)層。智慧校園信息服務平臺采集到的各種數(shù)據(jù)匯聚在一起。在線實時數(shù)據(jù)處理機制開展全局、群體及個體數(shù)據(jù)特征分析，構建虛擬映像，形成統(tǒng)一、多維的數(shù)據(jù)空間。

（2）系統(tǒng)層。智慧校園信息服務平臺的軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)及各類子系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括中心服務器及終端分布式設備。它連通和支撐其他各層，是整個智慧校園的軟硬件載體。

（3）網(wǎng)絡層。該層為智慧校園各類信息傳輸和覆蓋提供支撐。它包括用戶與系統(tǒng)聯(lián)系的有線和無線網(wǎng)絡；為人、物定位的位置網(wǎng)絡；支撐各類傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)絡。

（4）應用層。該層包括標準化和定制應用，通過業(yè)務規(guī)則和管理流程向用戶提供交互服務，可實現(xiàn)新建功能融入，也可提供開放的應用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。

3.2 形態(tài)優(yōu)勢

智慧校園信息服務平臺對比以往的校園信息服務平臺具有以下形態(tài)優(yōu)勢：

（1）數(shù)據(jù)形態(tài)優(yōu)勢。以往的校園信息服務平臺的數(shù)據(jù)采集大多由管理者和用戶被動完成，智慧校園信息服務平臺采集數(shù)據(jù)依托物聯(lián)網(wǎng)端設備。大量數(shù)據(jù)經(jīng)過自動組合生成場景、活動、事件或素材的高維度描述形式。這些數(shù)據(jù)傳遞迅速，更新周期短，能自動剔除或預警異常值，人工只需在必要時審核即可。業(yè)務流程時間縮短。

（2）組織形態(tài)優(yōu)勢。以往的校園信息服務平臺多采取信息化管理部門統(tǒng)一管理，各職能部門運營子模塊的形式。無論管理者還是用戶都存在大量重復性操作，如錄入、變更信息等。智慧校園信息服務平臺以人、物和事件為中心，將相應操作和使用權限分配給不同職能部門，用以管理人、物和事件的相關變量。各職能部門分工協(xié)同效率提升。

（3）關系形態(tài)優(yōu)勢。在以往的校園信息服務平臺中，雖然用戶是服務對象，但實際上管理者獲得了更多便捷，如紙質(zhì)化辦公時代，用戶報送紙質(zhì)版材料即可，而辦公自動化時代，用戶既要報送紙質(zhì)版材料還要提交電子版材料。在智慧校園信息服務平臺中，無論是用戶還是管理者都能根據(jù)權限定制服務。固有角色定位被打破，服務內(nèi)涵更加豐富。

4 智慧校園信息服務平臺的建設策略

4.1 完善制度建設

智慧校園建設是實現(xiàn)教育信息化2.0目標的重要抓手之一。高校要從戰(zhàn)略上認識到建設智慧校園的必要性和迫切性，充分論證，合理制定近、中和遠期規(guī)劃。在細節(jié)設計上先選擇小范圍試點，再大規(guī)模推進。軟件系統(tǒng)功能短期試錯，快速迭代，不斷完善。智慧校園體系下，數(shù)據(jù)量、涉及面和傳播范圍都會極大提升，因此要制定升級版數(shù)據(jù)安全保障制度，加強軟硬件安全保障，嚴格監(jiān)督管理員和用戶權限。

4.2 組建專業(yè)管理團隊

數(shù)據(jù)無處不在，但未經(jīng)采集、整理、分析和傳播的數(shù)據(jù)是無法使用的。讓智慧校園活起來，關鍵在人。需要建立專門的運維、分析人員團隊。當下大多數(shù)高校設置的信息化辦公室職能以運維為主，很難滿足大數(shù)據(jù)體系下的分析任務，需要引入專業(yè)人才和團隊負責，處理好自身和外包任務銜接?？蓢L試設立首席信息官，在各職能部門中設置信息專員。首席信息官、信息辦和部門信息專員形成的校園信息化管理的基地、網(wǎng)絡與節(jié)點。

4.3 構建高校大數(shù)據(jù)庫

智慧校園體系下的數(shù)據(jù)圍繞學校核心資源，即人、物和事件產(chǎn)生，這將打破以往職能部門收集、整理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)。數(shù)據(jù)無處不在，數(shù)據(jù)采集終端也應廣泛分布，由此形成人、物、事件與數(shù)據(jù)的虛實映射，改變數(shù)據(jù)割裂的、零散的弊端，形成系統(tǒng)的、多維的優(yōu)勢。主管部門應收集用戶對信息服務平臺的建議，不斷擴充和完善數(shù)據(jù)庫。倡導高校之間建立大數(shù)據(jù)庫聯(lián)盟，為數(shù)據(jù)在更廣泛領域互通、共享創(chuàng)造有利條件。

5 結 語

人類受到信息時代深刻影響，渴望結構化、高效率、多維度和前瞻性的信息。對于身處高校的師生來說，智慧校園信息服務平臺能滿足他們這一需求。該平臺運用大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，改變以職能部門匯集數(shù)據(jù)的形式，圍繞高校核心資源人、物和事件建立虛實映射的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。為實現(xiàn)該平臺功能，除了要軟硬件達標之外，還需在頂層設計、專業(yè)人員隊伍等方面下功夫。面向未來，它可以不斷更新、迭代和擴展，有望形成依托高校大數(shù)據(jù)庫聯(lián)盟，能夠更廣泛應用的智慧平臺。

主要參考文獻

[1]黃榮懷，張進寶，胡永斌，等.智慧校園：數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢[J].開放教育研究，2012，18（4）：12-17.

[2]彭明盛.智慧的地球[J].中國企業(yè)家，2009（1）：48-50.

[3]胡欽太.強化頂層設計打造智慧校園 驅(qū)動高水平大學建設發(fā)展[J].教育信息技術，2016（3）：19-20.