基于大數(shù)據(jù)的智慧校園建設(shè)框架研究

李華勇 滿冬

摘? 要 隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為推動(dòng)教育變革的重要力量，大數(shù)據(jù)與教育結(jié)合成為發(fā)展智慧校園的必然要求。通過分析智慧校園建設(shè)的現(xiàn)狀和問題，提出基于大數(shù)據(jù)的高校智慧校園架構(gòu)設(shè)計(jì)，探討基于大數(shù)據(jù)的智慧校園建設(shè)優(yōu)勢(shì)、問題與需求分析。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù);智慧校園;教育信息化;數(shù)字校園

中圖分類號(hào)：G717? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）10-0008-03

Abstract With the rapid development of information technology， big data has become an important force to promote the reform of edu-cation. The combination of big data and education has become an inevitable requirement for the development of smart campus. Based on the analysis of the current situation and problems of smart campusconstruction， this paper puts forward the architecture design of smart campus based on big data， and discusses the advantages， problems and demand analysis of smart campus construction based on big data.

Key words big data; intelligent campus; educational information; digital campus

1 前言

智能時(shí)代背景下，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)深刻影響教育的形態(tài)，高等教育發(fā)展到了轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期?！督逃畔⒒?.0行動(dòng)計(jì)劃》中指出，依托各類智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動(dòng)先進(jìn)技術(shù)支持下教學(xué)模式變革和教育生態(tài)構(gòu)建。新時(shí)代賦予高等教育新的使命，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的智慧校園，推進(jìn)大數(shù)據(jù)支持下的教育教學(xué)創(chuàng)新，成為高校教育信息化發(fā)展的必然選擇。

2 智慧校園建設(shè)中存在的問題

高校在信息化建設(shè)進(jìn)程中，構(gòu)建了數(shù)字校園服務(wù)平臺(tái)和各類業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，積累了大量教學(xué)、科研等方面數(shù)據(jù)，但也暴露出以下幾方面的問題。

頂層設(shè)計(jì)不足，存在盲目建設(shè)? 智慧校園缺乏統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)運(yùn)行機(jī)制[1]。各管理系統(tǒng)建設(shè)局限于本部門的業(yè)務(wù)需求，應(yīng)用單一且分散獨(dú)立，造成數(shù)據(jù)流程斷裂，不具備業(yè)務(wù)協(xié)同能力。具有業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的管理系統(tǒng)建設(shè)存在模塊功能重疊現(xiàn)象，造成多頭數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂。功能不銜接與重復(fù)建設(shè)造成人力、物力、財(cái)力等資源浪費(fèi)，信息系統(tǒng)使用效率低下。

數(shù)據(jù)管理不足，信息孤島嚴(yán)重? 教學(xué)、科研、學(xué)生管理等管理系統(tǒng)建設(shè)基本完成，但由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)中心，業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，無法進(jìn)行有效信息交換，數(shù)據(jù)孤島問題突出。業(yè)務(wù)系統(tǒng)間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)作，數(shù)據(jù)在多個(gè)系統(tǒng)中重復(fù)錄入，形成大量冗余數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，造成學(xué)院基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

數(shù)據(jù)處理能力不足，設(shè)施亟待更新?lián)Q代? 業(yè)務(wù)承載能力不足，部分院校的核心機(jī)房服務(wù)器老化，數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)能力遠(yuǎn)不能滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。受設(shè)備和經(jīng)費(fèi)的限制，校園網(wǎng)絡(luò)帶寬低，主干網(wǎng)絡(luò)帶寬多為千兆、單核心交換，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)不能滿足實(shí)際的教學(xué)應(yīng)用需求，網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重。隨著智慧校園建設(shè)的開展，大數(shù)據(jù)流量將成倍增長(zhǎng)，設(shè)施亟待更新?lián)Q代，形成高效、安全、穩(wěn)定的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

師生獲得感不足，智能化程度不夠? 學(xué)校各類應(yīng)用信息系統(tǒng)服務(wù)覆蓋的業(yè)務(wù)部門和群體對(duì)象較為單一，缺乏有效的大數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)資源的利用率不高。智能化程度不高，廣大師生能夠直接從中受益的應(yīng)用較少，特別是智能化移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，不能滿足實(shí)際需要，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教育智能尚未能完全實(shí)現(xiàn)。

3 基于大數(shù)據(jù)的智慧校園內(nèi)涵與特點(diǎn)

基于大數(shù)據(jù)的智慧校園是指綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園物理環(huán)境的全面感知，將學(xué)校教學(xué)、科研、管理及校園生活等各項(xiàng)核心業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)有機(jī)融合，智能采集師生群體的學(xué)習(xí)、工作情景和個(gè)體特征的大數(shù)據(jù)，集智能控制、智能管理、智能互動(dòng)、智能分析等于一體的教育生態(tài)系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)的智慧校園具有以下特點(diǎn)。

1）教學(xué)環(huán)境智能化：通過大數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，建成集智能化感知、控制、管理、互動(dòng)、數(shù)據(jù)分析等功能于一體的教學(xué)環(huán)境。

2）教學(xué)資源個(gè)性化：運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力，推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)因材施教。

3）教育管理可量化：運(yùn)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直觀、準(zhǔn)確、高效的教育資源與業(yè)務(wù)管理，使基于教與學(xué)的行為數(shù)據(jù)的決策更加可靠。

4）校園服務(wù)人性化：通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)挖掘、智能推送等技術(shù)改變數(shù)字校園的交互方式，提高信息應(yīng)用的預(yù)見性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)高效的智慧化服務(wù)。

4 基于大數(shù)據(jù)的智慧校園建設(shè)

智慧校園建設(shè)框架采用基于大數(shù)據(jù)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊采用松耦合設(shè)計(jì)。智慧校園建設(shè)框架總體橫向分為三個(gè)平臺(tái)，分別為基礎(chǔ)平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái);縱向包含三個(gè)保障體系，即數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系、信息安全體系、運(yùn)維服務(wù)體系[2]?；诖髷?shù)據(jù)的智慧校園整體框架如圖1所示。

基礎(chǔ)平臺(tái)

1）智能感知層。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器、網(wǎng)絡(luò)感知設(shè)備、各類管理系統(tǒng)等，跨平臺(tái)實(shí)時(shí)采集各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)師生的教與學(xué)狀態(tài)、校園生活狀態(tài)、校園基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備狀態(tài)等全面感知，是大數(shù)據(jù)采集的終端數(shù)據(jù)源。

2）網(wǎng)絡(luò)通信層。綜合采用有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)、5G通信及時(shí)傳輸各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)泛在的接入、高速的互聯(lián)、先進(jìn)的應(yīng)用，是大數(shù)據(jù)智慧校園的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[3]。

3）計(jì)算層。建設(shè)“云平臺(tái)+云安全+超融合”架構(gòu)的超融合數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)資源、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)集中承載和統(tǒng)一調(diào)度，擴(kuò)充中心存儲(chǔ)容量，充分保障冗余和備份，滿足課程資源、管理服務(wù)的需要。建立數(shù)據(jù)容災(zāi)中心，保護(hù)極端條件下的數(shù)據(jù)安全。

數(shù)據(jù)平臺(tái)? 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)，作為唯一數(shù)據(jù)源，向各應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供完備、有效、可信的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)接口管理平臺(tái)、大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺(tái)[4]。

數(shù)據(jù)接口管理平臺(tái)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互與共享。平臺(tái)主要提供核心數(shù)據(jù)接口調(diào)用，解決系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的壁壘問題，實(shí)現(xiàn)庫(kù)與庫(kù)之間的聯(lián)動(dòng)。通過平臺(tái)設(shè)置接口權(quán)限，完成系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的流程貫通、跨部門跨業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互與共享。

大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)構(gòu)建主數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)全量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)全量數(shù)據(jù)庫(kù)，覆蓋整個(gè)學(xué)校業(yè)務(wù)域，建設(shè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模型。從業(yè)務(wù)系統(tǒng)中提取核心數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清理，形成統(tǒng)一的、完整的、準(zhǔn)確的權(quán)威主數(shù)據(jù)。建設(shè)基于全量數(shù)據(jù)庫(kù)的各類型可臨時(shí)圖形化配置的輸入輸出接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享服務(wù)。通過管理平臺(tái)，實(shí)施數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)目錄管理、整合管理、質(zhì)量管理、安全管理，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、可用性、可靠性。

大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺(tái)面向各個(gè)角色，實(shí)現(xiàn)全校跨業(yè)務(wù)的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的應(yīng)用服務(wù)。利用專業(yè)的報(bào)表工具、數(shù)據(jù)展現(xiàn)工具、圖表秀工具等多種工具，全方位、多角度進(jìn)行數(shù)據(jù)展現(xiàn)。數(shù)據(jù)分析平臺(tái)分別從校情分析和專題分析兩個(gè)維度對(duì)學(xué)校的數(shù)據(jù)加以展現(xiàn)和分析。

應(yīng)用平臺(tái)? 將分散在各領(lǐng)域的流程有效地整合起來，以先進(jìn)的“微服務(wù)”理念，構(gòu)建一站式服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、學(xué)工、人事、科研、財(cái)務(wù)、一卡通、辦公審批等業(yè)務(wù)在網(wǎng)上一站式辦理，為師生提供基于移動(dòng)的高效信息服務(wù)。通過工作流程開發(fā)平臺(tái)，職能部門可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求，編制審批流程，自定義業(yè)務(wù)表單。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系? 建立符合智慧校園建設(shè)實(shí)際，涵蓋數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)操作等多層次的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成系統(tǒng)信息的統(tǒng)一參照系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)字典、數(shù)字地圖。建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證信息的高效匯集和交換，包括元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、交換規(guī)范、傳輸協(xié)議、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理平臺(tái)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)全生命周期管理，對(duì)組織結(jié)構(gòu)實(shí)施維護(hù)收集、整理、創(chuàng)建、發(fā)布、物理化、升級(jí)全鏈管理。

信息安全體系? 信息安全體系包括智慧校園安全管理系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、安全運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)配備新一代網(wǎng)絡(luò)出口防火墻、新一代服務(wù)器防火墻、上網(wǎng)行為管理設(shè)備、日志審計(jì)設(shè)備等安全設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園網(wǎng)的入侵檢測(cè)與防御、病毒防護(hù)、內(nèi)容過濾及上網(wǎng)行為管理，保障智慧校園數(shù)據(jù)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

運(yùn)維服務(wù)體系? 運(yùn)維管理體系主要包括機(jī)房環(huán)境及設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理、虛擬化平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)管理。在運(yùn)維系統(tǒng)可視化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維智能化，主要由故障預(yù)測(cè)、故障定位和故障自我修復(fù)系統(tǒng)組成[5]。故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)是利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對(duì)運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向挖掘分析的系統(tǒng)。故障定位系統(tǒng)通過整合、統(tǒng)計(jì)、分析以往故障信息和運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)，建立分析模型，自動(dòng)識(shí)別故障特征，自主發(fā)現(xiàn)和有效定位，自動(dòng)提供最優(yōu)解決方案，實(shí)現(xiàn)故障自我修復(fù)。

5 結(jié)語

基于大數(shù)據(jù)的智慧校園建立了“三平臺(tái)，三體系”智慧校園框架體系，實(shí)現(xiàn)了多終端跨平臺(tái)的全量數(shù)據(jù)采集，建設(shè)大數(shù)據(jù)中心并基于大數(shù)據(jù)的挖掘及分析，為師生提供更加高效、便捷、智能化的服務(wù)，為高校破解人才培養(yǎng)瓶頸、創(chuàng)新服務(wù)管理模式提供有力支撐。在全國(guó)高?！半p一流”建設(shè)大背景下，各高校應(yīng)立足自身現(xiàn)實(shí)情況和優(yōu)勢(shì)特色做好智慧頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)基于大數(shù)據(jù)的智慧校園建設(shè)，創(chuàng)新推進(jìn)體制機(jī)制，開展教育模式變革和生態(tài)重構(gòu)，賦予教育教學(xué)新的形態(tài)。

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