◇ 龔晨,唐雷,向往 ◇
隨著全球大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái),高校的信息化建設(shè)也進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。當(dāng)前,高校校園信息化建設(shè)正在向互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享、功能單元模塊化的智能化智慧化方向發(fā)展。2018年,國(guó)家為推進(jìn)建設(shè)教育現(xiàn)代化、統(tǒng)籌建設(shè)教育強(qiáng)國(guó),陸續(xù)出臺(tái)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》《智慧校園總體框架》等政策文件,積極推動(dòng)“大數(shù)據(jù)+教育”的普及。同時(shí),學(xué)校信息化建設(shè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合的智慧校園也已經(jīng)成為智慧城市的重要組成部分,而智慧校園是教育信息化的實(shí)質(zhì)性體現(xiàn)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,高校智慧校園的建設(shè)必須結(jié)合當(dāng)下最前沿的軟件設(shè)計(jì)理念,利用先進(jìn)的信息化與大數(shù)據(jù)技術(shù),在“模塊化功能”的視角下,對(duì)學(xué)校面臨的各類教學(xué)、科研、管理、學(xué)生服務(wù)、就業(yè)等問題進(jìn)行分類,并整合重構(gòu),從學(xué)校宏觀決策的角度出發(fā)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì),按照不同類型的管理方式,對(duì)原本復(fù)雜的問題提出“模塊式”解決方案,從而降低問題的復(fù)雜度。在高校智慧校園信息化建設(shè)過(guò)程中,采用“模塊化功能”的設(shè)計(jì)模式和開發(fā)模式,將降低智慧校園的建設(shè)難度,有利于加快學(xué)校信息化建設(shè)進(jìn)程。
2013年前后,各大城市普遍推開智慧城市的建設(shè)催生出智慧校園的概念,并逐漸被各學(xué)校接受。智慧校園的建設(shè)框架是:以各種具體的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體,將教學(xué)、科研、管理及師生的校園生活進(jìn)行充分融合;基于互聯(lián)網(wǎng),通過(guò)數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)教育過(guò)程的可視化,將教育教學(xué)過(guò)程與信息化建設(shè)配套融合,建設(shè)信息化學(xué)校新形態(tài)(見圖1)。在這個(gè)框架下,各學(xué)校開始了最初的智慧校園建設(shè)與探索,從硬件設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境到各類軟件的應(yīng)用,初步實(shí)現(xiàn)了教育信息化建設(shè)在教學(xué)和教務(wù)管理方面的應(yīng)用。智慧校園更強(qiáng)調(diào)融合在智能感知技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的支撐下,高校的物理校園和虛擬校園已經(jīng)越來(lái)越不可分①蔣東興,付小龍,袁芳,等:《大數(shù)據(jù)背景下的高校智慧校園建設(shè)探討》,《華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)2015年3月第S1期。。
圖1 智慧校園示意圖
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,教育、科技、社會(huì)領(lǐng)域發(fā)生了重大變革,大數(shù)據(jù)、智能化、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)逐漸深入到各行各業(yè),對(duì)人們的日常學(xué)習(xí)、工作方式、教育方式產(chǎn)生了重大影響。各種新興信息技術(shù)與高校教育、教學(xué)業(yè)務(wù)深度融合,高校教育已逐步走向“智慧教育”的新階段,而高校智慧校園正是其發(fā)展方向②郭小光:《大數(shù)據(jù)技術(shù)在職業(yè)院校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用》,《信息與電腦》2019年第24期。。在大數(shù)據(jù)背景下,高校的信息化建設(shè)面臨更高的要求,智慧校園的框架體系目標(biāo)也需要根據(jù)社會(huì)對(duì)教育事業(yè)的需求不斷調(diào)整,更加重視“功能模塊化”、“靈活配置”和“高效快速低成本”,要求智慧校園能展示學(xué)校大數(shù)據(jù),按不同學(xué)校的管理模式提供靈活可選可配置的“功能單元”,由學(xué)校自己根據(jù)其特點(diǎn)定制化的進(jìn)行“裝配”,從而達(dá)到特色化的重構(gòu)、整合智慧校園的目的。
信息技術(shù)與教育教學(xué)的相互融合是促進(jìn)學(xué)校推進(jìn)發(fā)展戰(zhàn)略舉措落地,推動(dòng)學(xué)校各業(yè)務(wù)流程重構(gòu)和變革的重要手段。前期的智慧校園框架體系已經(jīng)不能滿足高校在大數(shù)據(jù)時(shí)代的教育信息化建設(shè)要求。在學(xué)校層面,先期建設(shè)的信息化系統(tǒng)以支撐業(yè)務(wù)部門的各項(xiàng)工作邏輯為主,鮮有支撐管理的決策性功能單元存在,流程獨(dú)立、數(shù)據(jù)孤島的問題一直困擾和限制著傳統(tǒng)框架下的智慧校園建設(shè)。在學(xué)生層面,傳統(tǒng)的智慧校園建設(shè)框架已經(jīng)稍顯落后于大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和移動(dòng)5G技術(shù),對(duì)于這些最新的信息化理論和技術(shù)來(lái)說(shuō),教育信息化的現(xiàn)代化建設(shè)和師生校園學(xué)習(xí)生活環(huán)境,都沒有被納入整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。在校本大數(shù)據(jù)層面,數(shù)據(jù)孤島的存在,使數(shù)據(jù)之間不能及時(shí)共享互通,造成數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)歸口不一、數(shù)據(jù)權(quán)威性解釋不清、數(shù)據(jù)互不統(tǒng)一等問題,使得校本大數(shù)據(jù)的價(jià)值無(wú)法上升到管理層面,就更難為建設(shè)現(xiàn)代化的學(xué)校提供決策依據(jù)。因此,基于學(xué)校戰(zhàn)略發(fā)展的思考,在智慧校園建設(shè)過(guò)程中,理清業(yè)務(wù)需求,明確建設(shè)方向,從頂層角度,以最新的軟件設(shè)計(jì)模式——“功能模塊化”對(duì)傳統(tǒng)智慧校園進(jìn)行重構(gòu)升級(jí),重新定義智慧校園框架體系(見圖2),創(chuàng)新服務(wù)內(nèi)容,夯實(shí)校本大數(shù)據(jù)中心,已經(jīng)成為在“教育信息化行動(dòng)2.0時(shí)代”學(xué)校信息化建設(shè)的主要方向之一。
圖2 模塊化智慧校園框架
智慧校園技術(shù)核心如學(xué)習(xí)情景識(shí)別與環(huán)境感知技術(shù)、虛擬化場(chǎng)景等技術(shù),未能在推進(jìn)教育現(xiàn)代化信息化過(guò)程中凸顯其技術(shù)核心地位。2010年以來(lái),隨著國(guó)家推進(jìn)信息化建設(shè),和智慧城市的建設(shè),信息化政務(wù)服務(wù)建設(shè)已經(jīng)逐漸發(fā)展起來(lái),并被大眾所熟知,但教育信息化建設(shè)卻相對(duì)滯后,部分學(xué)校在推進(jìn)教育信息化建設(shè)進(jìn)程中把控不到位、建設(shè)積極性不高、投入也相對(duì)較少。與社保查詢、個(gè)稅服務(wù)、機(jī)動(dòng)車違法查詢辦理等信息化政務(wù)服務(wù)所不同,智慧校園是一種能夠?qū)虒W(xué)行為提供支持的開放性教學(xué)環(huán)境與舒適性生活環(huán)境①范存禮:《互聯(lián)網(wǎng)+背景下的智慧校園建設(shè)探索與實(shí)踐》,《中國(guó)建設(shè)教育》2019年第5期。。而事實(shí)上,教育信息化建設(shè)是將現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段應(yīng)用到教育的全過(guò)程、全領(lǐng)域的一種方式,它將極大提高教育教學(xué)的效率和質(zhì)量,消除教學(xué)管理手段和信息傳遞過(guò)程中的阻礙。然而,部分學(xué)校依然習(xí)慣性的使用傳統(tǒng)手段和傳統(tǒng)的思維方式,致使教學(xué)資源缺乏共享空間,在教育教學(xué)過(guò)程中,教育信息資源使用率降低,極大制約了學(xué)校的發(fā)展。
智慧校園軟件設(shè)計(jì)的理念未能引入教育事業(yè)的發(fā)展對(duì)教育信息化建設(shè)的新需求,如繼續(xù)教育、培訓(xùn)、社會(huì)服務(wù)、校企聯(lián)合辦學(xué)等尚未納入綜合設(shè)計(jì)中或涉及面較少。學(xué)校信息化建設(shè)的集中體現(xiàn)是智慧校園,作為智慧城市建設(shè)的重要體現(xiàn)之一,智慧校園是國(guó)家在推行教育強(qiáng)國(guó)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興的信息化技術(shù)產(chǎn)業(yè),其主要面向的對(duì)象就是將軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)過(guò)程中的前沿技術(shù)和最新理念應(yīng)用到學(xué)校的教育教學(xué)過(guò)程中,從信息化建設(shè)的層面助力教育強(qiáng)國(guó)的建設(shè)。因此,智慧校園作為高校的軟硬件建設(shè)的綜合體,其頂層設(shè)計(jì)必須契合國(guó)家教育事業(yè)最新的發(fā)展方向,即要求在智慧校園的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)者必須以最新技術(shù)和理念進(jìn)行軟件的構(gòu)建和后期的開發(fā)。
智慧校園是學(xué)校內(nèi)部各軟件、硬件信息化建設(shè)的集中統(tǒng)一體,這要求其整體性和兼容性必須在技術(shù)層面上充分體現(xiàn)。傳統(tǒng)的智慧校園框架體系,雖然也應(yīng)用了當(dāng)時(shí)較為先進(jìn)的技術(shù),但是這些技術(shù)本身存在互不兼容,迭代不清,甚至是相互排斥的問題。這就導(dǎo)致在用戶應(yīng)用的層面,組成智慧校園的軟硬件常常因某一個(gè)“點(diǎn)”或某些“工作邏輯”無(wú)法將工作結(jié)果進(jìn)行共享,部分業(yè)務(wù)甚至需要人工將兩個(gè)本身就相關(guān)聯(lián)的工作邏輯間的結(jié)果互傳,這極大的降低了智慧校園的用戶體驗(yàn)滿意度和實(shí)用性,導(dǎo)致工作效率降低,甚至出現(xiàn)差錯(cuò),使得傳統(tǒng)的智慧校園未能發(fā)揮其真正的應(yīng)用價(jià)值,智慧校園的整體性更無(wú)從談起。
智慧校園在設(shè)計(jì)過(guò)程中,往往更加注重解決某些具體的工作業(yè)務(wù)問題,而鮮少有統(tǒng)籌宏觀的橫向互聯(lián)互通設(shè)計(jì)理念,沒有將大數(shù)據(jù)的概念和決策分析的實(shí)際需求納入智慧校園的總體目標(biāo)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)時(shí)的出發(fā)點(diǎn)相對(duì)較狹小,設(shè)計(jì)目標(biāo)沒有囊括到相關(guān)聯(lián)的各個(gè)橫向部門及其業(yè)務(wù)邏輯。如果發(fā)生突發(fā)性事件,智慧校園應(yīng)將警報(bào)信息直接傳送到安全防護(hù)中心,在校園內(nèi)部所有監(jiān)控屏幕上直接推送,幫助學(xué)校管控工作的實(shí)施①王麗娜:《基于大數(shù)據(jù)背景下智慧校園的可視化管理信息系統(tǒng)研究》,《計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通》2019年第8期。。在數(shù)據(jù)管理層面,各個(gè)部門的數(shù)據(jù)來(lái)源不一、解釋不一,也無(wú)法相互聯(lián)通相互印證,加之?dāng)?shù)據(jù)本身存在的時(shí)效性,使得數(shù)據(jù)的價(jià)值沒有得到有效利用和挖掘,從而在具體的應(yīng)用軟件上就表現(xiàn)成為突出的“數(shù)據(jù)孤島”問題。
高校智慧校園的頂層設(shè)計(jì)應(yīng)該以學(xué)校層面的宏觀決策為出發(fā)點(diǎn),對(duì)接智慧城市的設(shè)計(jì)理念,以軟件設(shè)計(jì)的最新模塊化思想為導(dǎo)向,提出新穎的概念。智慧校園在建設(shè)過(guò)程中不僅是模塊化的設(shè)計(jì),還應(yīng)將模塊化的技術(shù)應(yīng)用到開發(fā)過(guò)程中,形成不同的“功能單元”。同時(shí),不同技術(shù)之間、不同體系之間、新舊設(shè)計(jì)框架之間的相互融合及更新迭代,都應(yīng)在統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)和框架體系下完成,軟件“功能模塊化”的設(shè)計(jì)方式和開發(fā)方式都更加契合智慧校園在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》指導(dǎo)下的建設(shè)。
智慧校園的產(chǎn)品更新迭代速度極快,對(duì)智慧校園應(yīng)用層面業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來(lái)了不利影響:一個(gè)工作邏輯業(yè)務(wù)系統(tǒng)可能會(huì)同時(shí)有較多人在使用,一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)糅合了多個(gè)第三方公司的程序設(shè)計(jì)思想,并且設(shè)計(jì)風(fēng)格不同、設(shè)計(jì)理念迥異,這些差異性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功能性下降、維護(hù)時(shí)間增加、新建工作邏輯的成本增加和周期變長(zhǎng)。而“功能模塊化”就是按照某種特性將高校各類工作過(guò)程分解成數(shù)個(gè)事先定義好邊界的“功能單元”,可以根據(jù)特定的需求以“搭積木”的方式組裝,滿足學(xué)校不同時(shí)間對(duì)不同業(yè)務(wù)的要求,同時(shí),附帶有對(duì)應(yīng)的功能單元文檔說(shuō)明,從而在學(xué)校維護(hù)層面減少軟件的復(fù)雜性并增加軟件二次開發(fā)的靈活性(見圖3)。軟件平臺(tái)是根據(jù)學(xué)校的需求來(lái)進(jìn)行編輯設(shè)置,以滿足學(xué)校的信息化管理,并讓學(xué)校的日常工作更加有條理②王麗娜:《基于大數(shù)據(jù)背景下智慧校園的可視化管理信息系統(tǒng)研究》,《計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通》2019年第8期。③王甜:《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園總體建設(shè)模塊設(shè)計(jì)》,《現(xiàn)代電子技術(shù)》2020年第16期。。
圖3 功能單元層級(jí)遞進(jìn)
以JAVA程序設(shè)計(jì)為例,一般來(lái)說(shuō),模塊化后的各種“功能單元”都可以單獨(dú)運(yùn)行、維護(hù)且相互之間留有互通的接口和參數(shù),學(xué)校的維護(hù)人員只需要閱讀軟件使用說(shuō)明,即可用“搭積木”的方式將各種“功能單元”拼接,而軟件模塊內(nèi)部的代碼細(xì)節(jié)則只對(duì)專業(yè)管理人員開放。這就極大降低了代碼開發(fā)時(shí)間成本,增強(qiáng)了模塊的場(chǎng)景適應(yīng)能力。
在MVC的設(shè)計(jì)模式中,如果不能做到細(xì)致的模塊化,就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)膨脹得非常巨大,最終造成無(wú)法維護(hù),停止運(yùn)行。早期軟件在不停打補(bǔ)丁修正漏洞時(shí),最終選擇了逐步停止較老的版本,更新迭代到最新版本運(yùn)行,以避免軟件系統(tǒng)過(guò)大導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰、宕機(jī)等故障。
傳統(tǒng)智慧校園設(shè)計(jì)的大規(guī)模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)開發(fā)周期長(zhǎng),維護(hù)難,重復(fù)性工作讓開發(fā)公司和學(xué)校信息管理員工作量非常大,嚴(yán)重制約了學(xué)校信息化的技術(shù)創(chuàng)新能力,難以滿足學(xué)校新的信息化需求?!澳K化功能”的智慧設(shè)計(jì)模式要對(duì)學(xué)校業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化梳理和沉淀,并在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行智慧應(yīng)用,支持學(xué)校業(yè)務(wù)在各個(gè)場(chǎng)景的單元模塊化、智能化設(shè)計(jì),快速響應(yīng)學(xué)校需求,減少開發(fā)時(shí)間。
如何來(lái)對(duì)智慧校園進(jìn)行“功能模塊化”呢?通過(guò)歸類和抽象學(xué)校宏觀層面的業(yè)務(wù)邏輯后,進(jìn)行開發(fā)維護(hù),可以對(duì)不同的模塊進(jìn)行聯(lián)系劃分,對(duì)不同功能模塊、區(qū)域的調(diào)用關(guān)系進(jìn)行明確的定義,同時(shí)按照程序開發(fā)規(guī)范,對(duì)程序?qū)?yīng)的調(diào)用關(guān)系進(jìn)行文檔說(shuō)明。具體來(lái)說(shuō),可以從以下步驟著手,以學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的建設(shè)為例。
第一,模塊化設(shè)計(jì)學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站,明確需要解決的任務(wù),對(duì)問題進(jìn)行歸類和抽象,制定框架總圖和設(shè)計(jì)各個(gè)“積木”。在此階段,主要完成概要設(shè)計(jì),做好門戶網(wǎng)站的總體框架,確定軟件的結(jié)構(gòu)以及各組成成分,為各部門的子網(wǎng)站、子模塊預(yù)留位置。在具體技術(shù)細(xì)節(jié)層面,要完成詳細(xì)設(shè)計(jì),確定模塊內(nèi)部的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),產(chǎn)生描述各模塊程序過(guò)程的詳細(xì)文檔并提供各類接口和標(biāo)準(zhǔn)。
第二,對(duì)統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的各個(gè)子網(wǎng)站分解和細(xì)化,分成若干個(gè)子模塊,每個(gè)子模塊只完成部分完整功能,并且可以通過(guò)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),再按照軟件工程的思想逐步細(xì)化成較小問題,進(jìn)行程序開發(fā)。按照軟件工程分解事務(wù)的具體分解過(guò)程:如果f(p1)>f(p2),那么R(p1)>R(p2),得出結(jié)論E。p1和p2是對(duì)兩個(gè)具體事務(wù)的抽象表述,R(X)由具體事務(wù)復(fù)雜度決定,結(jié)論E是完成X業(yè)務(wù)工作所需要的工作量。在軟件開發(fā)的過(guò)程中,功能單元越小,開發(fā)成本越低,但是在系統(tǒng)集成時(shí),成本隨著系統(tǒng)的龐大程度和復(fù)雜程度線性升高(見圖4)。如何在學(xué)校設(shè)計(jì)層面以最小成本確定“功能單元”,并保證單元的最佳性能,是智慧校園頂層設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)者主要考慮的問題之一。在學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的建設(shè)中,各職能部門可按照總體框架和規(guī)范文檔的要求,分別對(duì)自己的子網(wǎng)站、子模塊進(jìn)一步提出詳細(xì)的需求,開發(fā)者按照詳細(xì)需求對(duì)這些功能模塊和單元進(jìn)行編碼開發(fā),形成單個(gè)的“積木”。
圖4 系統(tǒng)復(fù)雜度和開發(fā)成本線性關(guān)系
第三,統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的各個(gè)“積木”完成后,就進(jìn)入了“組裝”過(guò)程,技術(shù)層面上體現(xiàn)為主框架集成整合各個(gè)單元模塊,單元模塊的整合不分先后,這為學(xué)校的整體信息化建設(shè)給予了極大的自由度。各子網(wǎng)站、子模塊整合完成后,即形成統(tǒng)一的對(duì)外門戶網(wǎng)站。通過(guò)學(xué)校層面的任務(wù)分解,明確各個(gè)“功能單元”之間的邏輯調(diào)用關(guān)系,在開發(fā)中,使用函數(shù)和參數(shù)傳遞來(lái)完成這一步驟(見圖5)。
圖5 函數(shù)調(diào)用功能單元
在調(diào)用過(guò)程中,還必須考慮到各“功能單元”之間最優(yōu)調(diào)用方式,即由頂層模塊依次調(diào)用下層單元,直到每個(gè)下層單元執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。如圖所示的調(diào)用為頂層模塊->A->B。即頂層的函數(shù)調(diào)用下層模塊的函數(shù)A、B、和其他功能單元,如果單元A被阻塞,繼續(xù)函數(shù)B。一般而言,建立一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程的主函數(shù)作為程序的入口,對(duì)其它各單元函數(shù)調(diào)用,也可以手動(dòng)編寫一個(gè)exit出口程序再退出。主函數(shù)盡量做到簡(jiǎn)潔,將具體的代碼細(xì)節(jié)封裝。在此基礎(chǔ)上,將智慧校園不同的“功能單元”統(tǒng)一調(diào)用,功能模塊就有了唯一固定的入口,從而很好地解決了模塊之間的連接性問題,使其在總體應(yīng)用層面上體現(xiàn)出“功能單元”組裝成“功能模塊”,進(jìn)而形成某些特定的流程和業(yè)務(wù)系統(tǒng),在宏觀用戶層面上形成智慧校園,解決學(xué)校信息化建設(shè)中的具體問題。
綜上所述,當(dāng)前高校智慧校園建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)臃腫、難以維護(hù)等問題,可通過(guò)使用“功能模塊化”的軟件設(shè)計(jì),整合學(xué)校各類業(yè)務(wù)功能和信息化資源,提升建設(shè)效率,使得智慧校園建設(shè)更加靈活、快速、高效的服務(wù)于學(xué)校的信息化發(fā)展。在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的新形勢(shì)下,高校的信息化建設(shè)也必須跟上步伐,依靠“功能模塊化”的軟件設(shè)計(jì)思路構(gòu)建新一代智慧校園平臺(tái),從信息技術(shù)層面助力學(xué)校發(fā)展,為學(xué)校全面提升管理水平起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。