云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下高校智慧校園的建設(shè)框架及路徑

何婉均

摘要：本文對(duì)智慧校園的基本概念進(jìn)行了闡述，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)目前高校建設(shè)智慧校園面臨信息共享不足、對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度不高，以及現(xiàn)代技術(shù)融合度低等困境?；诖死Ь?，在明確云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概念及其具備的三大優(yōu)勢(shì)后，作者采用以用戶需求為中心的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建出智慧校園建設(shè)的總體框架，并分析其內(nèi)在的基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)層這三大系統(tǒng)架構(gòu)，提出了基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校建設(shè)智慧校園的關(guān)鍵路徑。

關(guān)鍵詞：智慧校園;云計(jì)算;物聯(lián)網(wǎng);困境;建設(shè)框架

中圖分類號(hào)：G642 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?論文編號(hào)：1674-2117（2021）07-0109-04

近年來，信息技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新為我國(guó)教育信息化的發(fā)展提供了巨大的力量。其中，云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校智慧校園建設(shè)過程中發(fā)揮了重大的作用，推動(dòng)了高校在教學(xué)手段、教學(xué)管理、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)媒介等方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和創(chuàng)新。

高校智慧校園建設(shè)面臨的困境

1.信息共享不充分

根據(jù)沈?qū)m新和王永紅在《江蘇省高校智慧校園建設(shè)分析研究》一文中的分析可以發(fā)現(xiàn)，在其調(diào)查的39所和14所高職院校中普遍存在的問題是，部分高校建設(shè)的智慧校園統(tǒng)一認(rèn)證門戶數(shù)據(jù)融合不足，各系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，信息共享不充分。[1]

2.對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度不高

據(jù)房月華等人撰寫的《大數(shù)據(jù)背景下衡水高校智慧校園建設(shè)對(duì)策研究》的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，大部分的衡水高校在智慧校園系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)應(yīng)用在深度和廣度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。[2]智慧校園系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)高校只針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行淺層的采集和應(yīng)用，并未針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步挖掘和分析，沒有找到數(shù)據(jù)背后所蘊(yùn)含的信息，為師生、教職工提供個(gè)性化、本土化、智能化的服務(wù)。

3.現(xiàn)代技術(shù)融合度低

盡管多所高校對(duì)智慧校園的建設(shè)投入了大量資金，但目前結(jié)果并不理想，師生以及教職工在智慧校園系統(tǒng)中尚未享受到其帶來的智能化便利。例如，在教學(xué)層面，智慧教學(xué)平臺(tái)等相關(guān)教學(xué)設(shè)備與師生的期望相差甚遠(yuǎn)，教師期待智慧教學(xué)平臺(tái)能夠?yàn)槠溥M(jìn)行教學(xué)資源的智能推送、學(xué)情檢測(cè)以及自動(dòng)化評(píng)測(cè)等，學(xué)生期待其能為自己定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案等。然而，部分高校對(duì)智慧校園的認(rèn)識(shí)不到位，對(duì)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)沒有足夠的重視，僅將資金投入到新興設(shè)備的購(gòu)買當(dāng)中，難免會(huì)使想象的智慧校園與實(shí)際建設(shè)出來的差距甚遠(yuǎn)。

云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園優(yōu)勢(shì)

1.信息的高速傳達(dá)、共享互通

智慧校園是以數(shù)字校園為基礎(chǔ)的，是數(shù)字校園進(jìn)一步優(yōu)化的升級(jí)版。因此，它具備數(shù)字校園數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的特征，但又比數(shù)字校園有著更高的要求。相比數(shù)字校園，智慧校園擁有高速有效的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，這是整個(gè)智慧校園功能體系得以運(yùn)行的基礎(chǔ)。在高速的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的支持下，智慧校園內(nèi)的數(shù)字化設(shè)備能夠得到有效的鏈接，從而實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)信息的高速傳達(dá)、共享互通。

2.集成化和智能化的校園環(huán)境

智慧校園依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園環(huán)境中的信息進(jìn)行全面捕捉和感知。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過紅外線感應(yīng)器、傳感器等傳感設(shè)備對(duì)校園環(huán)境中的“物”進(jìn)行掃描，從而獲取用戶所需的數(shù)據(jù)和信息，繼而將這些數(shù)據(jù)和信息傳送給校園環(huán)境中的“人”和“物”，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)物與物、人與物、人與人之間的信息交互?？梢?，在智慧校園中“物”被賦予智能化，并且能與智慧校園系統(tǒng)中“人”與“物”有機(jī)地集成一個(gè)整體，為廣大師生創(chuàng)設(shè)集成化和智能化的校園環(huán)境。

3.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力

云計(jì)算平臺(tái)有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)，該平臺(tái)能夠分析和處理智慧校園中產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)、信息，并且能夠保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果返回給用戶，具有性能強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。[3]在智慧校園系統(tǒng)中借助云計(jì)算技術(shù)，能夠?qū)υ谛@環(huán)境中感知到的對(duì)象所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為教學(xué)管理和教學(xué)決策等各方面做出科學(xué)正確的決策和判斷。

云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下高校智慧校園的建設(shè)框架

1.高校智慧校園的設(shè)計(jì)思路和用戶需求

設(shè)計(jì)思路能為高校智慧校園框架的搭建指明了方向。經(jīng)過相關(guān)研究的分析，智慧校園建設(shè)框架的設(shè)計(jì)主要有兩種方式，一種為基于分層思想的模型設(shè)計(jì)，另一種是以用戶需求為中心的設(shè)計(jì)理念。基于分層思想的模型設(shè)計(jì)主要是以物聯(lián)網(wǎng)的參考模型為基礎(chǔ)，大多是在利用物聯(lián)網(wǎng)搭建智慧校園時(shí)所采用的模型設(shè)計(jì)，通過搭建相應(yīng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層并在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行增添或刪減部分層次。[4]目前，大多數(shù)高校沿用分層思想來構(gòu)建智慧校園，但因其過多地關(guān)注技術(shù)和管理層面的應(yīng)用，造成高校在智慧校園的建設(shè)中陷入了困境。這種設(shè)計(jì)思路忽略了智慧校園建設(shè)的真正目的是為人服務(wù)，為身處智慧校園環(huán)境內(nèi)的廣大師生提供便捷、安全、智慧的學(xué)習(xí)科研和生活服務(wù)。因此，基于智慧校園建設(shè)的最終目的，此次智慧校園建設(shè)的設(shè)計(jì)思路選用以用戶需求為中心的設(shè)計(jì)理念，改變舊的有以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建智慧校園所采用的分層思想的模型設(shè)計(jì)，更多地考慮校園環(huán)境內(nèi)人的需求。

處于高校智慧校園內(nèi)的人是要關(guān)注的對(duì)象和用戶。首先，教育教學(xué)活動(dòng)是校園活動(dòng)的核心，廣大師生的需求自然是考慮的重點(diǎn)。其次，教育教學(xué)的有效開展離不開教育管理者和家長(zhǎng)的支持，因此，教育管理者和家長(zhǎng)也是師生以外的重要主體。最后，管理校園設(shè)備安全運(yùn)行的技術(shù)人員和保障校園生活有序運(yùn)作的工作人員也是高校智慧校園建設(shè)的主體之一，也應(yīng)考慮他們的需求。綜上所述，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)下智慧校園的建設(shè)需關(guān)注的主體有師生、教育管理者、家長(zhǎng)、技術(shù)人員和工作人員等，各主體的關(guān)系如下頁(yè)圖1所示。

分析用戶需求能夠很好地解決用戶痛點(diǎn)，針對(duì)其痛點(diǎn)構(gòu)建的云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園才能真正地實(shí)現(xiàn)“智慧”校園。云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園，從教師層面來說應(yīng)能滿足精準(zhǔn)地把握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度、監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程、自動(dòng)評(píng)測(cè)學(xué)生行為和減少重復(fù)的行政工作負(fù)擔(dān)等方面的需求;從學(xué)生層面來說，應(yīng)滿足沉浸式的互動(dòng)學(xué)習(xí)、前沿學(xué)習(xí)資源的推送、個(gè)性化學(xué)習(xí)方案制定和一站式的生活服務(wù)等需求;從家長(zhǎng)層面來說，應(yīng)更能滿足關(guān)注孩子的學(xué)習(xí)進(jìn)程、校園內(nèi)的行為表現(xiàn)、及時(shí)的校園資訊、家校合作等方面的需求;從教育管理者層面來說，應(yīng)滿足對(duì)師生教育數(shù)據(jù)和學(xué)校工作數(shù)據(jù)的收集和深度分析、信息門戶的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享等方面的需求;從校內(nèi)技術(shù)人員和工作人員層面來說，應(yīng)更關(guān)注設(shè)備的使用及運(yùn)行情況、校園安全的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、出入人員的登記管理等需求。

2.高校智慧校園建設(shè)的總體框架和系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)上述不同主體的需求，采用以用戶需求為中心的設(shè)計(jì)理念，將用戶的需求分為教育教學(xué)、智能管理、生活服務(wù)三大方面，輔以適當(dāng)?shù)姆謱釉O(shè)計(jì)思想，構(gòu)建出以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的高校智慧校園總體框架（如圖2）。在總體架構(gòu)上細(xì)分為三個(gè)小的系統(tǒng)架構(gòu)，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)平臺(tái)層、應(yīng)用服務(wù)層。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是數(shù)據(jù)平臺(tái)層和應(yīng)用服務(wù)層運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。基礎(chǔ)設(shè)施中包括硬件設(shè)施、資料服務(wù)器、軟件系統(tǒng)三大方面。硬件設(shè)施主要作用是提供軟件系統(tǒng)運(yùn)行和校園應(yīng)用服務(wù)的物質(zhì)載體，如傳感器、RFID讀寫器、高清攝像機(jī)等。軟件系統(tǒng)是基礎(chǔ)設(shè)施層的核心部分，包括物聯(lián)網(wǎng)、語音識(shí)別系統(tǒng)、GPS、5G等方面，通過這些軟件系統(tǒng)捕捉到校園的數(shù)據(jù)信息進(jìn)而傳送到數(shù)據(jù)平臺(tái)層中，通過數(shù)據(jù)平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)智慧校園中的各種個(gè)性化、智能化服務(wù)。最后，資料服務(wù)器的主要作用是將云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧校園產(chǎn)生的海量信息資料進(jìn)行匯總和存儲(chǔ)，如校園內(nèi)的用戶資料、行政工作資料、訪客資料、教學(xué)資源等，相當(dāng)于一個(gè)巨大的信息“倉(cāng)庫(kù)”，通過一個(gè)統(tǒng)一的信息“倉(cāng)庫(kù)”，能夠很好地解決高校智慧校園建設(shè)中信息共享不充分的問題。

（2）數(shù)據(jù)平臺(tái)層

數(shù)據(jù)平臺(tái)層是云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧校園建設(shè)的“最強(qiáng)大腦”，主要承擔(dān)智慧校園中生產(chǎn)出來的龐大數(shù)據(jù)信息的收集、分析、管理以及提供定制化服務(wù)的功能。主要借助云計(jì)算技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，在云計(jì)算環(huán)境下使用學(xué)習(xí)分析、聚類算法、自然語言處理、知識(shí)圖譜、貝葉斯算法等各類算法技術(shù)深入挖掘有價(jià)值的信息并對(duì)其組織、歸納管理后發(fā)送到應(yīng)用服務(wù)層。各種算法的組合應(yīng)用在數(shù)據(jù)分析的廣度和深度上得到提高，能夠滿足不同主體對(duì)數(shù)據(jù)分析的需求。

（3）應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧校園建設(shè)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，主要包括教育教學(xué)、智能管理和生活服務(wù)三個(gè)方面，這三方面的信息會(huì)通過各種形式的智能終端傳送到不同主體的手中。第一，在教育教學(xué)方面，通過各種算法的組合應(yīng)用，生成智能的學(xué)習(xí)報(bào)告，提供具有個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，并且能夠依據(jù)不同的用戶需求推送相應(yīng)的教育教學(xué)資料信息等。第二，在智能管理方面，可分為教學(xué)數(shù)據(jù)、校園安全、設(shè)備儀器、人員管理等方面的智能管理層，這幾個(gè)管理層在運(yùn)作時(shí)保持相對(duì)獨(dú)立，在需要聯(lián)動(dòng)時(shí)又能實(shí)現(xiàn)信息的共享互通。第三，在生活服務(wù)方面，其目的是打造一站式的服務(wù)，聯(lián)通校園生活的各個(gè)方面，對(duì)用戶的生活軌跡進(jìn)行追蹤，提供最適宜用戶的個(gè)性化校園生活方案。

基于云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵路徑

1.創(chuàng)新高校內(nèi)部的組織管理結(jié)構(gòu)

高校智慧校園的建設(shè)跟不上時(shí)代發(fā)展的需求，究其原因，除了缺乏技術(shù)層面的支持，高校內(nèi)部的組織管理結(jié)構(gòu)不合理也是阻礙其發(fā)展的原因之一。在云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下，高校智慧校園建設(shè)必須充分認(rèn)識(shí)到其內(nèi)部組織管理結(jié)構(gòu)不合理帶來的弊端，如教育科研、校園治理、行政管理等各系統(tǒng)分屬不同的部門管理，這在一定程度上限制了各種數(shù)據(jù)信息在不同主體之間的流動(dòng)和傳遞，容易形成“信息孤島”的現(xiàn)象。因此，高校要解決信息共享不充分的問題，除了有效利用云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)外，也要加強(qiáng)創(chuàng)新高校內(nèi)部的組織管理結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)管理機(jī)制的改革，為高校智慧校園的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的組織基礎(chǔ)。

2.融合新一代信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)智能服務(wù)型的教育環(huán)境

基于5G的高寬帶、低時(shí)延、大連接特點(diǎn)，以及其邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可以很好地支持智慧校園的建設(shè)，借助5G建設(shè)教育專網(wǎng)，搭建靈活、穩(wěn)定、便捷、智慧的教育網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。[5]在云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，基于AR/VR和人工智能等相關(guān)技術(shù)的智慧校園建設(shè)不僅可以突破地理限制，創(chuàng)設(shè)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，還可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的注意力，改善教育教學(xué)質(zhì)量，為師生提供個(gè)性化、智能化服務(wù)，從而營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍和教育環(huán)境。

3.優(yōu)化安全保障技術(shù)及建立倫理規(guī)范體系

智慧校園建設(shè)是構(gòu)建一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程，在云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，智慧校園建設(shè)必然會(huì)產(chǎn)生巨大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息。因此，非常有必要優(yōu)化安全保障技術(shù)及建立倫理規(guī)范體系，以便最大限度地保障用戶的隱私安全。第一，優(yōu)化安全保障技術(shù)。學(xué)?？梢耘c相關(guān)的技術(shù)專業(yè)人員、技術(shù)開發(fā)商等定期開展交流學(xué)習(xí)活動(dòng)和培訓(xùn)活動(dòng)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的安全保障技術(shù)，提高校園網(wǎng)絡(luò)隱私安全的級(jí)別。第二，建立倫理規(guī)范體系。基于用戶需求建設(shè)的智慧校園，可由學(xué)校、家長(zhǎng)、教育管理者等核心參與者共同組建倫理審查委員會(huì)，消解不同利益訴求沖突帶來的倫理風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

智慧校園的建設(shè)不能一味地追求基礎(chǔ)設(shè)施的投入和技術(shù)的應(yīng)用，忽略了“人”才是智慧校園建設(shè)圍繞的核心。在未來教育中，智慧校園的建設(shè)將會(huì)與更多的新技術(shù)融合，助力智慧校園的發(fā)展，構(gòu)建更加智能的人性化的校園，但在這背后，需要引起注意的是數(shù)據(jù)倫理、隱私安全等問題給智慧校園建設(shè)帶來的極大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈?qū)m新，王永紅.江蘇省高校智慧校園建設(shè)分析研究[J].中國(guó)教育信息化，2018（19）：49-51+96.

[2]房月華，李偉達(dá)，閆帥領(lǐng)，等.大數(shù)據(jù)背景下衡水高校智慧校園建設(shè)對(duì)策研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（08）：95+131.

[3]于長(zhǎng)虹，王運(yùn)武，馬武.智慧校園的智慧性設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)電化教育，2014（09）：7-12.

[4]余勝泉，陳璠，李晟.基于5G的智慧校園專網(wǎng)建設(shè)[J].開放教育研究，2020，26（05）：51-59.

[5]趙磊磊，代蕊華，趙可云.人工智能場(chǎng)域下智慧校園建設(shè)框架及路徑[J].中國(guó)電化教育，2020（08）：100-106+133.