智慧校園環(huán)境下教學(xué)管理核心業(yè)務(wù)重構(gòu)與數(shù)據(jù)治理研究

郭德強(qiáng)，張 健，王 培，劉 源

（國防科技大學(xué)，湖南 長沙 410073）

智慧校園作為物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)的有機(jī)集成，通過智能化的感知、控制、管理、互動(dòng)反饋、數(shù)據(jù)分析和多維全景展現(xiàn)等手段，將教學(xué)、科研、管理和校園生活充分融合，為校園工作、學(xué)習(xí)和生活提供一體化環(huán)境。智慧校園環(huán)境下高校教育數(shù)據(jù)產(chǎn)生量大、信息交織匯集、數(shù)據(jù)來源多樣、要素關(guān)系分散；在高校實(shí)際運(yùn)行過程中，教學(xué)管理數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、更新滯后的問題普遍存在，教師學(xué)生信息不準(zhǔn)、教室使用混亂、課表課程信息偏差等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。精準(zhǔn)可靠的教學(xué)管理數(shù)據(jù)，是建設(shè)智慧校園、保證正常教學(xué)秩序、開展教學(xué)監(jiān)測、制定科學(xué)決策等工作的前提，數(shù)據(jù)一致性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性和完整性很大程度地影響到后續(xù)數(shù)據(jù)服務(wù)的可靠性。

當(dāng)前，教育領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程日漸加速，我國教育行業(yè)已進(jìn)入數(shù)據(jù)應(yīng)用新時(shí)期。教學(xué)數(shù)據(jù)治理是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)工程，做好數(shù)據(jù)治理，使教學(xué)管理數(shù)據(jù)在教學(xué)過程中始終保持動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)，讓數(shù)據(jù)價(jià)值得到充分發(fā)揮與應(yīng)用，成為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”數(shù)字轉(zhuǎn)型新時(shí)期賦予高校信息化工作的重要發(fā)展使命。

1 解決思路

教學(xué)管理信息系統(tǒng)是學(xué)校的核心應(yīng)用之一，涵蓋了高校教學(xué)管理的基本環(huán)節(jié)，是教學(xué)管理數(shù)據(jù)輸入、應(yīng)用、存儲、輸出的重要載體。按業(yè)務(wù)功能劃分，教學(xué)管理信息系統(tǒng)可分為基礎(chǔ)資源設(shè)置、培養(yǎng)方案管理、教學(xué)計(jì)劃管理、人員信息管理、教學(xué)場地管理、課程管理、教材管理、智能排課管理、實(shí)踐教學(xué)管理、學(xué)生選課服務(wù)、調(diào)停課管理、考試考務(wù)管理、成績管理、學(xué)籍管理、教學(xué)評價(jià)等多個(gè)業(yè)務(wù)子模塊。教學(xué)信息服務(wù)系統(tǒng)基于校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，各模塊協(xié)同工作，共同完成教學(xué)管理工作[3]，為高校教學(xué)運(yùn)行全過程提供先進(jìn)、實(shí)用的信息化管理手段；為學(xué)生、教師以及教學(xué)管理人員提供便捷、友好、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)化信息服務(wù)。

其中，培養(yǎng)方案管理、人員信息管理、場地信息管理、教材計(jì)劃管理、課表編排管理、學(xué)生選課管理、調(diào)停課管理模塊是系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)模塊，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)一個(gè)維度的教學(xué)數(shù)據(jù)。保證教學(xué)管理數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)的基本思路是“精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)+精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)課表”：“精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”指每名學(xué)生、每位教師、每間教室、每門課程的基本信息要做到精準(zhǔn)；“精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)課表”指可以精準(zhǔn)定位“學(xué)生—時(shí)間—地點(diǎn)—課程—教員”之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，若有調(diào)整，通過規(guī)范的調(diào)整流程自動(dòng)刷新相關(guān)數(shù)據(jù)。此模式下，要求教學(xué)管理系統(tǒng)中的核心業(yè)務(wù)模塊要在精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上做到規(guī)范的動(dòng)態(tài)調(diào)整?；谝陨纤悸?，以數(shù)據(jù)治理為主要目的，對教學(xué)管理的核心業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行重構(gòu)研究。

2 核心業(yè)務(wù)重構(gòu)與數(shù)據(jù)治理研究

2.1 培養(yǎng)方案管理模塊

培養(yǎng)方案是進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的根本遵循，其準(zhǔn)確性決定后續(xù)課程安排、課程考試、畢業(yè)審核等一系列教學(xué)活動(dòng)的準(zhǔn)確性。

為確保培養(yǎng)方案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需提升錄入的易操作性，增加必要的糾錯(cuò)機(jī)制：如將電子版培養(yǎng)方案直接導(dǎo)入系統(tǒng)，自動(dòng)生成課程體系，減少冗余重復(fù)的手動(dòng)操作；增加學(xué)時(shí)學(xué)分對照，判別培養(yǎng)方案是否錄入完整。為保證培養(yǎng)方案動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)，增加“執(zhí)行計(jì)劃”作為每個(gè)年級每個(gè)專業(yè)的個(gè)性培養(yǎng)方案。將培養(yǎng)方案作為“樹根”，每個(gè)專業(yè)每新招一屆，就生成其執(zhí)行計(jì)劃，作為新的“樹枝”。當(dāng)在實(shí)際運(yùn)行過程中需要調(diào)整時(shí)，僅調(diào)整執(zhí)行計(jì)劃即可。這樣既能保證培養(yǎng)方案的權(quán)威性，也可使執(zhí)行計(jì)劃動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)。另外需嚴(yán)格培養(yǎng)方案與執(zhí)行計(jì)劃維護(hù)流程，調(diào)整需通過申請，逐級審批，審批通過后自動(dòng)更新，形成閉環(huán)反饋。

2.2 人員信息管理模塊

教學(xué)活動(dòng)的主體是人，人員信息的準(zhǔn)確性是教學(xué)管理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。人員信息管理模塊主要分為教職工信息管理和學(xué)生信息管理。

人員信息數(shù)據(jù)管理的權(quán)威部門屬于高校人事部門，教學(xué)管理信息系統(tǒng)增加數(shù)據(jù)對接接口，直接導(dǎo)入基本人員信息并實(shí)時(shí)交互，可有效減少重復(fù)填報(bào)信息的煩瑣性。同時(shí)，加強(qiáng)對人員的狀態(tài)信息管理，如教職工信息中增加“角色”字段，對教職工進(jìn)行角色授予，不同角色擁有不同審批權(quán)限，可使教學(xué)數(shù)據(jù)流通更加清晰、順暢，當(dāng)人員變動(dòng)時(shí)，只需更改其角色即可；完善并規(guī)范學(xué)籍異動(dòng)功能，學(xué)生有出現(xiàn)降、留級，或轉(zhuǎn)專業(yè)、轉(zhuǎn)學(xué)、退學(xué)等異動(dòng)情況，需通過學(xué)籍異動(dòng)申請，逐級審核，審核通過后，自動(dòng)更新系統(tǒng)中所有涉及該學(xué)生的狀態(tài)信息，包括班級、專業(yè)、課程、考試等[4]，保證教學(xué)管理數(shù)據(jù)中學(xué)生的信息動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確。

2.3 場地信息管理模塊

教學(xué)場地是開展教學(xué)活動(dòng)的地點(diǎn)，合理調(diào)度場地不產(chǎn)生沖突是教學(xué)運(yùn)行平穩(wěn)有序的保障。但教學(xué)活動(dòng)類型多樣，不同時(shí)段不同人員不同活動(dòng)的需求，對場地管理提出了更高的要求。

教學(xué)場地基本信息管理的權(quán)威部門屬于高校教學(xué)保障部門，教學(xué)管理信息系統(tǒng)增加數(shù)據(jù)對接接口，直接導(dǎo)入教學(xué)場地基本信息并實(shí)時(shí)交互。為合理調(diào)度，增加各類標(biāo)識用于標(biāo)明狀態(tài)，如“上課”“考試”“借用”“鎖定”“臨時(shí)調(diào)課”等，各種狀態(tài)互斥，保證場地使用不沖突。教學(xué)場地的借用需通過申請審核流程，審核通過后自動(dòng)更新場地標(biāo)識，同時(shí)場館保障部門也能實(shí)時(shí)查看場地狀態(tài)信息，用于實(shí)時(shí)保障?？砂粗付l件對場地信息進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)及報(bào)表輸出，數(shù)據(jù)直接對接智慧教室，用于智慧班牌等服務(wù)場景。

2.4 教材計(jì)劃管理模塊

在教學(xué)運(yùn)行實(shí)際過程中，教材計(jì)劃制定與發(fā)放往往耗費(fèi)大量精力卻仍不能保證準(zhǔn)確，因此教材計(jì)劃管理模塊在支持教材信息的增加、刪除與修改基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步完善。

教材基本信息管理的權(quán)威部門屬于高校教學(xué)保障部門，教學(xué)管理系統(tǒng)增加數(shù)據(jù)對接接口，直接導(dǎo)入教材庫的基本信息，保證基礎(chǔ)信息準(zhǔn)確。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成教材使用計(jì)劃，最重要的是建立課程與教材之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，每門課程在教材庫中對應(yīng)一種或多種教材。在每學(xué)期教學(xué)任務(wù)確定之后，自動(dòng)組合課程、教師、專業(yè)、班級、學(xué)生等信息，生成教材計(jì)劃表與發(fā)放表。各單位可通過系統(tǒng)進(jìn)行核對與調(diào)整，教材計(jì)劃自動(dòng)更新，并同步更新課程教材對應(yīng)關(guān)系。避免了人工手動(dòng)填報(bào)與匯總的煩瑣，使教材計(jì)劃管理更加高效，保證教材數(shù)據(jù)精確。

2.5 課表編排管理模塊

排課工作是教學(xué)管理的核心工作，課表編排模塊相應(yīng)是教學(xué)管理系統(tǒng)的核心模塊。課表編排實(shí)質(zhì)上是多條件下求最優(yōu)解的過程，將各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)一定的規(guī)則，形成最優(yōu)的對應(yīng)關(guān)系，即課表數(shù)據(jù)。因此，在保證各類數(shù)據(jù)準(zhǔn)確不沖突的前提下，提升課表編排的效率與結(jié)果合理性，是該模塊優(yōu)化的方向。

首先，在保證執(zhí)行計(jì)劃與人員信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下，自動(dòng)生成精準(zhǔn)教學(xué)任務(wù)。其次，通過自動(dòng)排課與人工交互式模式進(jìn)行排課，設(shè)置排課所需參數(shù)，如時(shí)間參數(shù)、地點(diǎn)參數(shù)、排課意見、分級教學(xué)等，模塊按照相應(yīng)排課規(guī)則，如課時(shí)安排均衡、提高場地資源利用率等，進(jìn)行自動(dòng)排課；對系統(tǒng)已經(jīng)自動(dòng)排好的課程和系統(tǒng)不能自動(dòng)編排的課程進(jìn)行人工干預(yù)排課和調(diào)整；在課程安排過程中，模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行沖突校驗(yàn)，自動(dòng)校驗(yàn)教員、學(xué)員、時(shí)間、地點(diǎn)等條件沖突。最后，生成精準(zhǔn)初始課表，經(jīng)審核后進(jìn)行發(fā)布。

2.6 學(xué)生選課管理模塊

選課是通過學(xué)生自主選擇課程，來建立學(xué)生、教師、課程、教室一一對應(yīng)關(guān)系的一種方式。解決選課高并發(fā)問題確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)時(shí)校驗(yàn)規(guī)避已排課程的沖突，是學(xué)生選課管理模塊的關(guān)鍵。

為解決選課高并發(fā)問題，可采用積分意愿、抽簽選課、多輪選課等規(guī)則，使學(xué)生在同一輪次內(nèi)選課是否成功與選課先后順序無關(guān)，避免擁擠搶課，減小峰值壓力，確保選課系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。學(xué)生在選課過程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行沖突校驗(yàn)，自動(dòng)規(guī)避與學(xué)生已排或已選課程、考試等其他教學(xué)活動(dòng)沖突。通過對學(xué)生選課進(jìn)行更加有效地控制，使得選課數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)更加規(guī)范準(zhǔn)確[5]。

2.7 調(diào)停課管理模塊

完備的調(diào)停課管理是實(shí)現(xiàn)課表動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)的重要保障，是保證教學(xué)數(shù)據(jù)形成有效閉環(huán)的重要環(huán)節(jié)。

完善審批流，調(diào)停課由任課教員發(fā)起申請，需填寫調(diào)停課類型、時(shí)間、地點(diǎn)、教員、原因等要素；進(jìn)行逐級審批，審批過程可視，責(zé)任清晰；審批通過后，課表自動(dòng)更新，調(diào)停課記錄歸檔可查。完善沖突校驗(yàn)，調(diào)停課申請時(shí)自動(dòng)校驗(yàn)沖突，申請者只能選擇可用的時(shí)間、可用的地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，在審批過程中，待調(diào)課時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行鎖定，避免發(fā)生二次沖突[6]。

綜上，對教學(xué)管理系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行重構(gòu)，使得各模塊都能夠在精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做到規(guī)范的動(dòng)態(tài)調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)可以獲得實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。重構(gòu)之后，培養(yǎng)方案、人員信息、場地信息、教材計(jì)劃關(guān)系著精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；課表編排、學(xué)生選課作為整個(gè)系統(tǒng)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組合轉(zhuǎn)換為教學(xué)活動(dòng)數(shù)據(jù)，即課表數(shù)據(jù)；調(diào)停課作為系統(tǒng)反饋機(jī)制，使得整個(gè)數(shù)據(jù)流通形成閉環(huán)，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整的核心數(shù)據(jù)。另外，各模塊內(nèi)部也有嚴(yán)格的調(diào)整審批流程，并能夠自動(dòng)更新數(shù)據(jù)，形成閉環(huán)。

3 典型應(yīng)用

通過對教學(xué)管理核心業(yè)務(wù)模塊的重構(gòu)與數(shù)據(jù)治理，可以獲得實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的教學(xué)管理數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，能夠支持智慧校園中多種數(shù)據(jù)服務(wù)場景，以下簡要介紹幾種典型應(yīng)用。

3.1 教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

基于精準(zhǔn)的教學(xué)數(shù)據(jù)，利用相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可以進(jìn)行高效準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)分析。例如教學(xué)工作量統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)期內(nèi)的教學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得到準(zhǔn)確的課內(nèi)教學(xué)工作量，可有效減少人工統(tǒng)計(jì)的煩瑣性與錯(cuò)誤概率，并且數(shù)據(jù)具備權(quán)威性；對授課老師的年齡、職稱等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可服務(wù)于教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、人才引進(jìn)等決策；對學(xué)生課程、考試等數(shù)據(jù)分析，可服務(wù)于人才培養(yǎng)方案制定、課程建設(shè)等決策。

3.2 教學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測

基于常態(tài)化的、實(shí)時(shí)的教育數(shù)據(jù)監(jiān)測，持續(xù)收集和分析有關(guān)信息，直觀呈現(xiàn)院校教育狀態(tài)，為多元主體價(jià)值判斷和科學(xué)決策提供客觀依據(jù)[7]。教學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測包括教學(xué)資源監(jiān)測、教學(xué)狀態(tài)監(jiān)測、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測。通過治理獲得精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的教學(xué)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)全過程的、實(shí)時(shí)的監(jiān)測，能夠全面深刻掌握學(xué)校教育活動(dòng)狀態(tài)，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析、深度挖掘并直觀展示，構(gòu)建智慧校園數(shù)據(jù)大屏[8]。

3.3 管理人員駕駛艙

基于精準(zhǔn)的教學(xué)管理數(shù)據(jù)，利用知識圖譜可視化分析與展現(xiàn)、知識發(fā)現(xiàn)等能力，為教學(xué)管理人員提供教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)檢查、教學(xué)態(tài)勢、教學(xué)資源利用情況等分析結(jié)果，學(xué)校管理者可隨時(shí)隨地調(diào)用學(xué)校智慧教育核心數(shù)據(jù)，通過AI駕駛艙進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、決策和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)校園智慧管理。

3.4 學(xué)生畫像

基于精準(zhǔn)的基礎(chǔ)信息和動(dòng)態(tài)教學(xué)信息，可以掌握一名學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)的全面教學(xué)信息檔案，展示學(xué)生入學(xué)基礎(chǔ)、知識結(jié)構(gòu)、學(xué)術(shù)專長、個(gè)人經(jīng)歷、興趣愛好等方面的詳細(xì)情況，為每一名學(xué)生構(gòu)建準(zhǔn)確、客觀、全面的“名片”。通過學(xué)生畫像，可以分析挖掘?qū)W生不同維度存在的問題，有針對性的提供幫助，還可以進(jìn)行預(yù)警，如掛科預(yù)警、學(xué)籍預(yù)警等[10]。

3.5 教育數(shù)據(jù)交換共享

高校信息化發(fā)展至現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)共享的需求愈發(fā)強(qiáng)烈[1]。各高校為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，打破數(shù)據(jù)壁壘，連通數(shù)據(jù)孤島，都建立了數(shù)據(jù)中心。通過數(shù)據(jù)治理后獲得的精準(zhǔn)教育數(shù)據(jù)，服務(wù)于高校的數(shù)據(jù)中心，與校內(nèi)其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，為真正實(shí)現(xiàn)“一張表”工程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[9]。

4 結(jié)語

“精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)+精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)課表”可有效保證教學(xué)管理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響其后續(xù)衍生數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)服務(wù)的可靠性。以數(shù)據(jù)治理為主要目的，對教學(xué)管理核心業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行重構(gòu)研究，一是使數(shù)據(jù)流向更加清晰，從輸入培養(yǎng)方案、人員信息、教學(xué)場地等數(shù)據(jù)，到分別流向各自需要的模塊，再到組合產(chǎn)生課表數(shù)據(jù)，最后輸出傳遞到其他系統(tǒng)共同服務(wù)教學(xué)場景，整個(gè)過程清晰規(guī)范；二是使權(quán)責(zé)分工更加明確，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)各自業(yè)務(wù)功能，模塊間交叉業(yè)務(wù)邊界職責(zé)明確，確?！耙粩?shù)一源”，保證數(shù)據(jù)的權(quán)威性、正確性和有效性，并能夠溯源問責(zé)；三是使數(shù)據(jù)共享度顯著提高，教學(xué)管理數(shù)據(jù)不再是游離于各模塊之間各自為戰(zhàn)，而是做到互聯(lián)互通，信息共享，可支持多種數(shù)據(jù)服務(wù)場景，為智慧校園的建設(shè)提供數(shù)據(jù)保障。