縣域中小學數(shù)字化校園建設與應用模式的研究和實踐*

李學軍，張殿兵，查滿玲

（1.天長市教育體育局，安徽 天長 239300；2.天長市實驗中學，安徽 天長 239300）

一、引言

在教育信息化的發(fā)展歷程中，建設和應用始終是核心關鍵詞。2.0時代 “三全兩高一大”的實現(xiàn)更離不開它們。建設是學?；蚪逃姓块T主導的，各種信息化基礎設施軟硬件設備采購、安裝及系統(tǒng)集成的過程；應用是學生、老師及教育管理者使用各種信息化設施改變教學模式，融合創(chuàng)新實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的過程。建設圍繞著發(fā)展方向、以應用需求為導向展開，應用又推動著基礎設施建設與更新的步伐，兩者相輔相成、相得益彰?？h域中小學數(shù)字化校園建設與應用模式是在縣域范圍內整體推進信息化水平，實現(xiàn)教育現(xiàn)代化的一種適用方法。

二、中小學數(shù)字化校園建設與應用的一般方法論

1.一般方法

一般方法是指中小學校主導規(guī)劃、建設、運維本校的信息化系統(tǒng)，開展具有學校特色的教育教學管理應用，從而實現(xiàn)校園數(shù)字化的一種適用方法。采用該方法，學校需要建設和運維一個完整信息化系統(tǒng)所要求的所有部件，包含學校應用服務系統(tǒng)、校園內部網(wǎng)絡、應用終端。該方法建成的數(shù)字化校園是一個孤立的信息化生態(tài)體系，系統(tǒng)內部各應用模塊難以整合、互通、銜接和開放，校際之間不能實現(xiàn)共建共享和互聯(lián)互通，縣域范圍內無法形成教育大數(shù)據(jù)，不符合教育信息化的發(fā)展方向。一般方法建成的數(shù)字化校園系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 中小學校數(shù)字化校園系統(tǒng)結構圖

2.前置條件

一般方法中，學校在信息化建設與應用中占主導地位，要求具備以下幾項前置條件：

第一，校長具有較高的信息化素養(yǎng)，在理念上具有前瞻性，能夠重視并大力推動數(shù)字化校園建設和應用。

第二，學校具有一支能正確把握教育信息化發(fā)展方向、執(zhí)行力強、技術過硬的組織機構，能切實做好數(shù)字化校園的規(guī)劃、設計、建設、應用及運維工作。同時，學校還需具有較強的資金實力，能夠保證數(shù)字化校園建設和應用所需的資金投入，并能維持持續(xù)發(fā)展的動力。

第三，師生具有較高的信息素養(yǎng)，能把信息技術與教育教學管理相融合，實現(xiàn)教育教學管理的信息化和現(xiàn)代化。

數(shù)字化校園是一個集成多學科的復雜系統(tǒng)，建設者必須充分挖掘并整合多種外部力量，發(fā)揮各自所長，通力配合，才能達到預期的效果。在多年的教育信息化工作中，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)中小學校，特別是農(nóng)村中小學校的綜合實力離上述條件還存在一定的距離。

三、縣域中小學數(shù)字化校園建設與應用的“五統(tǒng)模式”

1.“五統(tǒng)模式”

“五統(tǒng)模式”就是指由縣域教育主管部門主導，統(tǒng)籌制訂縣域教育信息化發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)一建設和優(yōu)化信息化基礎環(huán)境，統(tǒng)理并構建信息化應用生態(tài)系統(tǒng)，統(tǒng)管信息化系統(tǒng)的運行和維護，統(tǒng)攬信息技術素養(yǎng)的提升，在整體發(fā)展的基礎上，實施縣域中小學數(shù)字化校園建設與應用的方法。

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃

統(tǒng)籌規(guī)劃是指由縣域教育主管部門站在縣域的角度，統(tǒng)籌制訂本縣域數(shù)字化校園建設與應用的整體發(fā)展規(guī)劃。作為發(fā)展藍圖，規(guī)劃應明確發(fā)展目標、機制體制、資金保障、人才隊伍建設、實施方案、信息技術素養(yǎng)提升、應用推廣等內容，指導一段時間內縣域教育信息化的工作內容。

（2）統(tǒng)一建設

統(tǒng)一建設是指由縣域教育主管部門主導，以“一片云”為中心、以“一張網(wǎng)”為基礎建設縣域教育信息化核心基礎設施，以相同的標準體系建設學校信息化應用的“N臺終端”，形成縣域教育信息化“1+1+N云網(wǎng)端”體系。

第一，“一片云”：縣域教育私有云。它通過云技術和虛擬化技術為所有學校提供資源、計算及存儲服務，通過各類信息化應用系統(tǒng)為所有學生、老師及教育管理者提供教育教學管理服務，如圖2所示?！耙黄啤卑岩话惴椒ㄖ懈餍Ｗ孕薪ㄔO、彼此孤立的“學校應用服務系統(tǒng)”及應用數(shù)據(jù)集中起來，形成了縣域應用資源池和大數(shù)據(jù)倉庫，為后續(xù)發(fā)展提供了強勁動力。私有云應由教育主管部門主導，采取自主建設、政府統(tǒng)一建設、以租代建等多種方式建設，其中以租代建的方式更具可行性。

第二，“一張網(wǎng)”：教育城域網(wǎng)。它采用虛擬以太網(wǎng)技術，通過物理線路或邏輯鏈路將所有學校及教育私有云連接起來，形成一個覆蓋全縣域的高速教育專用網(wǎng)絡，如圖3所示?！耙粡埦W(wǎng)”打破了學校間的網(wǎng)絡壁壘，把一般方法中彼此割裂的學校校園網(wǎng)融合成一體，實現(xiàn)所有學校間及學校與私有云間高速互聯(lián)互通。教育城域網(wǎng)只能由當?shù)鼐W(wǎng)絡服務商，通過以租代建的方式建設。

圖2 縣域教育私有云結構圖

圖3 教育城域網(wǎng)拓撲結構圖

第三，“N臺終端”：學校信息化應用終端。它包含電腦及移動終端、聯(lián)網(wǎng)多媒體設備、智能感知和識別設備等。作為信息化應用的重要抓手，教育主管部門應制訂應用終端統(tǒng)一的建設標準，包含建設內容、技術路線、接口規(guī)范、建設標準、施工工藝等。建設方式應以教育主管部門集中招標采購為主。

（3）統(tǒng)理應用

統(tǒng)理應用是指由縣域教育主管部門統(tǒng)一梳理各級各類信息化應用，把各種應用劃分為國家級核心及省級通用應用系統(tǒng)、區(qū)域通用及特色應用系統(tǒng)和學校通用及特色應用系統(tǒng)三大類，融合進縣域私有云，通過統(tǒng)一的身份認證和單點登錄為用戶提供應用服務，并打通本級云平臺與省級云平臺的低層數(shù)據(jù)通道，實時或定時交換數(shù)據(jù)，形成縣域教育信息化應用生態(tài)環(huán)境，如圖4所示。

（4）統(tǒng)管運維

統(tǒng)管運維是指由教育主管部門主導建立全域統(tǒng)一的信息化運維體系。

圖4 縣域教育信息化應用生態(tài)環(huán)境

第一，依靠內部力量，建立縣域三級運維體系，采取自行維護的方式完成運維工作。即在教育系統(tǒng)內部建立區(qū)縣、學區(qū)、學校三級運維保障體系，其中學校級負責終端設備基本運維工作，學區(qū)級負責技術難度較大、學校無力完成的終端設備運維工作，區(qū)縣級負責縣域信息化系統(tǒng)級運維及技術難度極大、學區(qū)及學校級無力完成的終端設備運維工作。采取該方法需建立健全人員技術培訓及考核、運維經(jīng)費及保障等機制，特別是運維人員技術能力提升及工作量認定辦法等。

第二，依靠外部力量，采取購買服務的形式完成運維工作。即通過購買服務，把學校、縣域所有信息化終端、信息化系統(tǒng)的運維、保障工作外包給專業(yè)公司。該方法可以大大減輕學校的運維工作量，提高運維質量，但需要對外包公司的運維質量進行定量考核。

（5）統(tǒng)攬?zhí)嵘?/p>

統(tǒng)攬?zhí)嵘侵冈诮逃鞴懿块T的主導下，全面提升校長、教師、學生的信息技術素養(yǎng)，提升信息技術專業(yè)人員的綜合能力。

第一，依托中小學校長信息化領導力提升工程，加大對中小學校校長的培訓力度，重點提升他們 “評價推動”的能力，使學校主導的信息化應用能有效開展。

第二，依托中小學教師信息技術應用能力提升工程，提升教師信息技術應用能力，重點提升他們應用信息技術改革教學模式、轉變學習方式的能力。

第三，根據(jù)《中小學信息技術課程指導綱要》開足開齊信息技術課程，讓學生了解和掌握信息技術基本知識和技能，開設創(chuàng)新實踐課程，重點提升學生的創(chuàng)新能力。

第四，扎實開展信息技術專業(yè)人員的培訓工作，重點提升他們指導信息化應用、維護信息化終端的綜合能力?？刹扇⊥馀上到y(tǒng)性集中培訓、針對性突擊培訓等多種方式相結合。

“五統(tǒng)模式”下，縣域中小學數(shù)字化校園建設與應用模式如圖5所示。

圖5 “五統(tǒng)模式”模式圖

2.優(yōu)越性

（1）易于推動縣域教育信息化的整體發(fā)展

第一，“五統(tǒng)模式”突出了縣域教育主管部門在數(shù)字化校園“建設”中主導地位，降低了一般方法中“建設”對學校綜合實力的要求，屏蔽了不同學校綜合實力的差異。教育主管部門可以充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢，整合各種資源，克服各種困難，高標準、嚴要求地全面推進縣域數(shù)字化校園建設，實現(xiàn)縣域教育信息化的均衡發(fā)展。

第二、“五統(tǒng)模式”突出了學校在數(shù)字化校園“應用”中主導地位，學生、老師和學?？梢园l(fā)揮自身特長，專注于統(tǒng)一的、可用的、易用的信息化生態(tài)環(huán)境，提高學生興趣，提高工作效率和教學效果，提高管理水平，深刻體會信息技術對教育教學管理的促進作用，易于推動信息技術與教育教學管理的融合創(chuàng)新，實現(xiàn)教育現(xiàn)代化。

第三，唯物辯證法認為：“世界上一切現(xiàn)象和過程，內部都包含著兩個互相關聯(lián)、互相排斥的對立方面。這兩個方面既統(tǒng)一又斗爭，由此推動事物的轉化和發(fā)展?！薄拔褰y(tǒng)模式”把“建設”和“應用”視為信息化發(fā)展過程中的兩個基本對立面，“建設”與“應用”間具有既統(tǒng)一又斗爭的關系，即“建設”的目的是“應用”，起著決定作用，“應用”是“建設”的動力，起著反向的推動作用，有利于推動著教育信息化的發(fā)展進程。

（2）降低縣域教育信息化建設的資金投入

“五統(tǒng)模式”強調建設一個區(qū)域化數(shù)字化校園信息系統(tǒng)，可以有效地降低縣域教育信息化的資金投入。

第一，通過建設教育私有云，統(tǒng)一為學校提供資源、計算及存儲服務，避免各校網(wǎng)絡中心應用服務器等設備及軟件的過度重復建設，在提高應用系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性的情況下大幅度降低了投入，降低了公共能耗。

第二，通過建設教育城域網(wǎng)，統(tǒng)一各校的互聯(lián)網(wǎng)出口，避免各校在互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬、安全及管理設備等方面大量的重復建設，在不降低網(wǎng)絡性能及安全性的前提下，有效地降低了投入。

第三，通過教育主管部門集中采購學校的應用終端，利用規(guī)模優(yōu)勢有效地降低了投入。

第四，通過統(tǒng)管的運維模式，大幅度減少了信息化設備運維成本，在保證可持續(xù)發(fā)展的情況下有效地降低了投入。

（3）符合教育信息化2.0時代的要求

《教育信息化2.0行動計劃》指出：數(shù)字校園建設覆蓋全體學校；建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺；引入“平臺+教育”服務模式，逐步實現(xiàn)資源平臺、管理平臺的互通、銜接與開放。

一般方法中，各校自主建設的數(shù)字化校園是彼此孤立的、封閉的單個信息化系統(tǒng)?！拔褰y(tǒng)模式”強調“縣域教育大平臺”建設，通過教育城域網(wǎng)實現(xiàn)所有學校間的互聯(lián)互通，通過教育私有云實現(xiàn)區(qū)域化的教育教學管理并形成教育大數(shù)據(jù)，通過分析和挖掘大數(shù)據(jù)，為決策提供科學依據(jù)，符合教育信息化2.0時代的要求。

3.可行性

第一，縣域教育主管部門能正確把握教育信息化的發(fā)展方向，能充分理解上級的發(fā)展要求，能有效執(zhí)行上級部門的方針政策。

第二，縣域教育主管部門能通過多種方式爭取到上級機關及外部專業(yè)人員的支持，能整合各類資源并站在更高的角度做好本縣域教育信息化的規(guī)劃、建設、應用和運維等工作，如外聘專家、購買服務等。

第三，縣域教育主管部門能充分發(fā)揮其管理職能，采取各種政策、措施提高學校各類人員的信息技術素養(yǎng)，維持發(fā)展的持續(xù)動力，如外出學習、集中培訓等。

第四，縣域教育主管部門能采取一定的方式籌措信息化建設所需的資金，如學校信息化經(jīng)費縣域統(tǒng)籌使用、提高教育經(jīng)費中信息化經(jīng)費支出比例、爭取政府額外的專項撥款等。

四、縣域“五統(tǒng)模式”實踐案例及成效

天長市位于安徽省滁州市東部，全市總人口63萬人，現(xiàn)有民辦幼兒園51所、公辦中小學66所、職業(yè)中學1所，在校學生約6萬人，班級數(shù)1493個，在職教職工約5600人。

1.實踐案例

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃，高點定位

2014年，天長市統(tǒng)籌規(guī)劃，印發(fā)了《天長市基礎教育信息化發(fā)展規(guī)劃（2014-2018年）》。在規(guī)劃的指引下，在多部門專業(yè)技術專家反復論證后，天長市教體局編制了《天長市教育私有云建設方案》《天長市區(qū)域數(shù)字化校園平臺軟件建設方案》《天長市教育城域網(wǎng)建設方案》等多個建設方案，印發(fā)了《天長市中小學校園網(wǎng)建設與改造指導意見》《天長市中小學信息化設備及人員配備標準》等多個文件，高標準、嚴要求，積極推動縣域教育信息化的整體發(fā)展。

（2）統(tǒng)一建設，分步實施

2015年12月，天長市采用以租代建的方式建成了教育城域網(wǎng)，學校校園網(wǎng)標準化改造也陸續(xù)完成。教育城域網(wǎng)采用物理光纖鏈路把所有學校連接起來，形成一個覆蓋全市的高速教育城域專用網(wǎng)絡。改造后的校園網(wǎng)均實現(xiàn)了千兆主干、百兆接入，并通過千兆專線連接城域網(wǎng)。教育城域網(wǎng)統(tǒng)一了所有學校的互聯(lián)網(wǎng)出口，通過1000M電信專線和100M移動專線接入互聯(lián)網(wǎng)，通過實名認證實現(xiàn)了用戶上網(wǎng)的全程監(jiān)管，通過流量控制實現(xiàn)了網(wǎng)絡應用的精細化管理。整個教育系統(tǒng)“一張網(wǎng)”，形成了縣域數(shù)字化校園的神經(jīng)網(wǎng)絡。

2016年8月，天長市采用自主建設的方式建成了縣域教育私有云基礎設施。私有云共提供了224個CPU計算核心、1280G服務器內存和20T的存儲空間，通過萬兆線路連接至教育城域網(wǎng)，為縣域教育信息化提供了豐富的計算、資源及存儲服務。2017年12月，區(qū)域數(shù)字化校園平臺軟件通過初步驗收并陸續(xù)投入使用，該平臺軟件共劃分為16項縣級通用及特色應用系統(tǒng)和7項校級通用及特色應用系統(tǒng)，涵蓋教育主管部門對學校日常業(yè)務管理及學校開展內部業(yè)務管理等諸多方面的管理需求。整個系統(tǒng)構成“一片云”，成為縣域數(shù)字化校園的神經(jīng)中樞。

2014起，天長市通過集中采購的方式，逐年采購各校信息化終端設備。截至2018年底，校園網(wǎng)建有率達100%，互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬全部滿足要求，多媒體教學設備覆蓋率達 100%，生機比達 7.4∶1，師機比達 0.97∶1，各校功能教室也達到了標準要求。豐富的“N臺終端”為縣域數(shù)字化校園添加了更多神經(jīng)元。

（3）統(tǒng)理應用，特色鮮明

天長市把國家級核心及省級通用應用系統(tǒng)、區(qū)域通用及特色應用系統(tǒng)和學校通用及特色應用系統(tǒng)集中在區(qū)域數(shù)字化校園平臺中，實現(xiàn)了各應用系統(tǒng)的單點登錄，提供了良好的用戶體檢，提高了使用率。

天長市還建成了多項有地方特色的專項應用系統(tǒng)，如“集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)”、“縣域圖書管理系統(tǒng)”、“德育影音教育系統(tǒng)”等。其中，集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時采集各學校重點位置的攝像頭信號，轉發(fā)并融入市平安城市系統(tǒng)，實現(xiàn)了平安校園；采集各學校食堂攝像頭信號，轉發(fā)到市場監(jiān)督管理局，實現(xiàn)了“明廚亮灶”的管理要求；采集各學校功能教室的攝像頭信號，通過畫面分析加強學校實驗課程開設管理等?？h域圖書管理系統(tǒng)提供各校圖書館藏查詢、圖書借還登記等服務，形成縣域圖書大數(shù)據(jù)。德育影音教育系統(tǒng)通過教育城域網(wǎng)，向分布在各校的終端設備發(fā)送央視傳媒制作的社會主義核心價值觀等24大類德育教育視頻，利用碎片時間對學生開展德育教育。

（4）統(tǒng)管運維，保障有力

天長市依靠自身力量，成立了“縣域數(shù)字化校園技術與保障組織”，建成區(qū)縣級、學區(qū)級、學校級三級運維體系，做好信息化終端設備及校園內部網(wǎng)絡的日常維護工作。同時，主管部門配合網(wǎng)絡運營商做好城域網(wǎng)的運行維護工作，配合承建方做好私有云系統(tǒng)的運行維護工作。在各方的通力配合下，天長市縣域數(shù)字化校園“云網(wǎng)端”系統(tǒng)運行狀態(tài)良好。

（5）統(tǒng)攬?zhí)嵘?，素養(yǎng)提升

天長市通過校長信息化領導力提升工程、信息技術應用能力提升工程提高校長和老師的信息化素養(yǎng)，通過信息技術課程和課外活動相結合提高學生的信息化素養(yǎng)，通過不定期通用技術及專項應用培訓、QQ群及微信群實時交流等多種方式，提高信息技術維護人員的綜合素質，取得了良好的效果。同時，天長市還不定期組織校長、老師和信息技術維護人員，參加各類教育裝備展覽、教育信息化論壇、新媒體新技術教學應用研討、創(chuàng)新課堂教學實踐觀摩等活動，拓寬視野，進一步提升素養(yǎng)。

2.成效分析

（1）社會效益明顯，起到了輻射和示范作用

第一，天長市屏蔽了學校在城鄉(xiāng)、規(guī)模、實力方面的差異，按照統(tǒng)一的標準全面推進各校數(shù)字化校園建設，實現(xiàn)了教育裝備的標準化和現(xiàn)代化，使縣域內的每一名師生都能平等享受到信息化帶來的成果，實現(xiàn)了縣域教育信息化的均衡發(fā)展和教育公平。

第二，天長市通過區(qū)域通用及特色應用系統(tǒng)和學校通用及特色應用系統(tǒng)，全面、準確、及時、有效地掌握著學校教育教學管理的多項信息，實現(xiàn)教育教學管理的精細化，為教育管理者提供了科學的決策依據(jù)，提高了決策的科學性和有效性。

2017年度，天長市 “五統(tǒng)模式”推進縣域數(shù)字化校園建設與應用案例，在安徽省教育廳基礎教育信息化應用典型示范案例評選中榮獲區(qū)域案例第二名。同年，滁州市教育信息化工作現(xiàn)場會在天長市召開，該模式作為典型經(jīng)驗被會議推廣。

（2）經(jīng)濟效益明顯，提高了投入產(chǎn)出比

第一，通過減少學校信息化系統(tǒng)的重復建設，降低了建設投入。根據(jù)《安徽省中小學校信息化基本標準》要求，在電子產(chǎn)品的6年使用周期內，在“一般方法”下，天長市所有公辦中小學在“云網(wǎng)”建設中的基本軟硬件投入約需2004萬元，而采用“五統(tǒng)模式”，實際投入僅685萬元，如表1所示。不僅如此，在教育教學管理應用軟件及教學資源采購上，“五統(tǒng)模式”比“一般方法”更能降低無法估量的重復建設投入。

表1 一個周期內兩種方法部分建設投入對比

第二，通過減少設備數(shù)量和統(tǒng)管運維，降低了運維投入。如表1所示，學校云網(wǎng)基本硬件設備計298臺，每天總耗能1072.8度，而該市數(shù)據(jù)與計算中心所有云網(wǎng)設備每天耗能180度，不僅有效降低了運維投入，每年還減少了約255809千克碳排放量。同時，設備的維修維護、輔助設施等運維費用也大幅度下降。

第三，通過縣域應用系統(tǒng)及專項特色應用系統(tǒng)建設，降低了教育教學管理投入。通過系統(tǒng)應用，原先需要赴現(xiàn)場開展的業(yè)務管理工作逐步被信息化手段代替。例如，多年來，該市每年都要組織大量的人力、財力，赴學校實地檢查實驗課程的授課情況。全市集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成后，系統(tǒng)利用AI技術，通過安裝在各校實驗室的監(jiān)控攝像頭，自動分析并生成各校實驗課授課情況報表。諸如此類的應用還有數(shù)據(jù)填報系統(tǒng)、財務核算系統(tǒng)等。

（3）促進效益明顯，提升了縣域教育信息化水平

第一，促進了教師信息化素養(yǎng)的提升。在2018年滁州市第三屆中小學教師多媒體課堂教學技能競賽中，天長市隨機抽取參賽的20名教師團體總分位居8個區(qū)縣榜首。天長市工業(yè)學校教師更是在全國各類信息化大賽中屢獲殊榮。

第二，促進了學生信息化素養(yǎng)的提升。在安徽省第十六屆中小學電腦制作活動中，天長市共有6人獲獎，其中一等獎2人，為近年來最好成績。

第三，促進了學校信息化水平的提升?！栋不帐?017年教育信息化發(fā)展報告》顯示，天長市在教學應用、教學資源和教學管理三個方面均達到第二類水平，其中教學應用方面，在全省115個區(qū)縣中排列第17位。

五、結束語

數(shù)字化校園建設與應用的一般方法論對學校要求較高，不利于教育信息化的快速和整體發(fā)展?！拔褰y(tǒng)模式”突出了教育主管部門在數(shù)字化校園“建設”中的責任，強調學校是數(shù)字化校園“應用”的主體。只要教育主管部門和學校能克服困難、各司其責、通力配合，教育信息化的明天一定能會更美好。