基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智慧校園建設(shè)與應(yīng)用

張?zhí)m英

（青島中學(xué) 山東省青島市 266111）

依據(jù)《中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范（試行）》，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)云平臺(tái)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一系列信息化新技術(shù)[1]，構(gòu)建智能感知環(huán)境和新型的教育教學(xué)空間，發(fā)掘教師與學(xué)生群體在不同教學(xué)場(chǎng)景中的個(gè)體差異表現(xiàn)特征，系統(tǒng)重構(gòu)再造教育教學(xué)管理與校園服務(wù)流程，將信息技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)和校園建設(shè)進(jìn)行深度融合，建設(shè)智慧校園新生態(tài)。

1 系統(tǒng)總體框架

智慧校園的建設(shè)以“大數(shù)據(jù)[2]、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)”等技術(shù)手段，支撐“數(shù)據(jù)、服務(wù)、感知”等核心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)工程具體如圖1所示。

圖1：圖智慧校園發(fā)展層次結(jié)構(gòu)圖

1.1 基于“統(tǒng)一化”數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)中心

通過(guò)建設(shè)數(shù)據(jù)中臺(tái)，提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值。數(shù)據(jù)中臺(tái)是實(shí)現(xiàn)校園數(shù)據(jù)沉淀的重要組成部分，擁有校園自己的獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)模型、算法服務(wù)和數(shù)據(jù)管理規(guī)則，與校園業(yè)務(wù)形成強(qiáng)關(guān)聯(lián)，成為校園獨(dú)有且能復(fù)用的核心資源。統(tǒng)一的模型維護(hù)不僅可以降低煙囪似的協(xié)作成本，減少重復(fù)建設(shè)，更可以在相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域形成數(shù)據(jù)匯聚，解決數(shù)據(jù)互通的訴求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)1+1＞2。最終目標(biāo)為構(gòu)建OneData、OneID 和OneService 的數(shù)據(jù)管理體系，以“承技術(shù)啟業(yè)務(wù)”的模式促進(jìn)智慧校園的融合發(fā)展。通過(guò)校內(nèi)信息標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，指導(dǎo)校內(nèi)的信息化建設(shè)，為學(xué)校信息化長(zhǎng)期發(fā)展奠定基礎(chǔ)；大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也會(huì)加強(qiáng)不同管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享的力度，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)維護(hù)，提高學(xué)校整體工作效率。

建立基于數(shù)據(jù)治理的數(shù)據(jù)池基礎(chǔ)，研究校園大數(shù)據(jù)與智能服務(wù)的敏感模型；以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)用戶信息的標(biāo)簽化，建模面向校園主體的用戶畫(huà)像；結(jié)合用戶在“教、學(xué)、管”等情境的定制需求，基于數(shù)據(jù)科學(xué)的視角，重構(gòu)校園智慧服務(wù)諸要素的關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建個(gè)性化服務(wù)動(dòng)態(tài)交互機(jī)制。同時(shí)數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)也會(huì)加強(qiáng)不同管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享的力度，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)維護(hù)，提高學(xué)校整體工作效率。通過(guò)數(shù)據(jù)中臺(tái)的建設(shè)，提升學(xué)校數(shù)據(jù)整體的質(zhì)量，為更準(zhǔn)確的決策提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 基于“智慧型”物聯(lián)管理的校園環(huán)境

搭建“智慧型”校園的環(huán)境，為信息化建設(shè)提供安全穩(wěn)定高效的運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、管理軟件和節(jié)能系統(tǒng)程序，使校園建筑物機(jī)電及校園園區(qū)內(nèi)空氣、水環(huán)境、熱島、噪聲等環(huán)境因素通過(guò)3D 仿真可視化進(jìn)行維護(hù)和管理，從而達(dá)到有效地保證建筑物內(nèi)有舒適的工作環(huán)境、實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減小維護(hù)管理工作量和降低管理成本的目的。

以基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)為核心，構(gòu)建學(xué)校高可用性、高安全性、創(chuàng)新型、感知型、綠色環(huán)保型的智慧型校園環(huán)境。實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一物聯(lián)管理平臺(tái)及掌握校園物理環(huán)境的全面狀況，并將校園園區(qū)、樓宇、資產(chǎn)、弱電、IT 設(shè)備等物理映像全部可視化。

1.3 基于“個(gè)性化”智慧學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)中心

構(gòu)建資源豐富、技術(shù)先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，創(chuàng)造人人可學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)、處處可學(xué)的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)環(huán)境，從知識(shí)傳授轉(zhuǎn)向能力建設(shè)為核心，創(chuàng)新人才培養(yǎng)。基于教學(xué)管理平臺(tái)，匯聚日常教學(xué)過(guò)程中的點(diǎn)滴數(shù)據(jù)，通過(guò)云計(jì)算，云存儲(chǔ)和云分析，綜合形成教學(xué)的大數(shù)據(jù)，反饋、指導(dǎo)、評(píng)價(jià)教學(xué)。支持原生教學(xué)資源的觸控交互多媒體教學(xué)工具，使課堂教學(xué)更加生動(dòng)高效，靈活實(shí)用的課堂互動(dòng)、分享、協(xié)作工具，幫助改變滿堂灌的教學(xué)方式。為教師提供包括題庫(kù)在內(nèi)的課程資源管理、備課、在線課程與練習(xí)編輯發(fā)布、教學(xué)管理、教學(xué)數(shù)據(jù)于一體，適應(yīng)智慧教學(xué)發(fā)展的新型教學(xué)平臺(tái)。

基于“網(wǎng)、云、鏈、腦、數(shù)”總體架構(gòu)，加快“校園一體化基礎(chǔ)設(shè)施、統(tǒng)一教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)、精準(zhǔn)教學(xué)和精準(zhǔn)學(xué)習(xí)平臺(tái)、教育大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”體系化建設(shè)?！爸腔坌@”按照用戶層、應(yīng)用層、基礎(chǔ)平臺(tái)層和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)設(shè)備層規(guī)劃系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2：智慧校園總體框架

1.3.1 用戶接入層

管理單位、學(xué)校管理員、老師、學(xué)生、家長(zhǎng)、校友、退休老師、其他用戶均可以通過(guò)微信、小程序、企業(yè)微信、網(wǎng)頁(yè)的任意登錄，使用智慧校園。

1.3.2 應(yīng)用層

覆蓋教學(xué)、家校、管理、辦公、宣傳、生活6 大場(chǎng)景，主要包括：上級(jí)單位管理、智慧教學(xué)、智慧家校、智慧宣傳、智慧安防、智慧辦公、智慧數(shù)據(jù)等多個(gè)方面，服務(wù)教育管理部門(mén)、學(xué)校、教師、學(xué)生、家長(zhǎng)等各類人群，并依據(jù)各類人群不同角色定義設(shè)置不同權(quán)限。

1.3.3 平臺(tái)層

在基礎(chǔ)設(shè)施及數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)之上，構(gòu)建智慧校園平臺(tái)，包括以下3 個(gè)組成部分。

（1）構(gòu)建公用的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)統(tǒng)一用戶管理實(shí)現(xiàn)用戶及權(quán)限的統(tǒng)一管控， 通過(guò)單點(diǎn)登錄服務(wù)實(shí)現(xiàn)一次登錄處處可達(dá)，通過(guò)消息服務(wù)為所有用戶提供統(tǒng)一的消息發(fā)布通道[3]，并提供日志服務(wù)等系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用服務(wù)。

（2）同時(shí)為學(xué)校和學(xué)校各學(xué)科量身打造數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入及同其他系統(tǒng)的雙向同步，提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)于數(shù)據(jù)需求方。

（3）構(gòu)建運(yùn)營(yíng)支撐服務(wù)平臺(tái)，提供應(yīng)用市場(chǎng)、自選服務(wù)、管理運(yùn)營(yíng)、收費(fèi)繳費(fèi)以及第三方接入等功能，依托于支撐平臺(tái)，甄選優(yōu)秀應(yīng)用以及產(chǎn)品方案，充實(shí)并促進(jìn)平臺(tái)健康發(fā)展。

1.3.4 數(shù)據(jù)層

智慧校園業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)處理、存儲(chǔ)智慧校園基礎(chǔ)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，生成可視化數(shù)據(jù)報(bào)告給用戶；同時(shí)接入成熟的云數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，進(jìn)行接入數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，基于各類數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，生成可視化分析報(bào)告。

1.3.5 設(shè)備層

硬件支撐和網(wǎng)絡(luò)支撐，包括網(wǎng)絡(luò)資源、硬件服務(wù)器、存儲(chǔ)等內(nèi)容[4]?；诮逃性苹蛘咚接性频姆?wù)資源搭智慧校園云平臺(tái)，充分利用本地?cái)?shù)據(jù)中心的強(qiáng)大計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)各類計(jì)算資源的虛擬化，以及利用公有云的無(wú)限擴(kuò)容及CDN 技術(shù)提供暢通無(wú)阻的互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)能力。

2 智慧校園大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)

2.1 大數(shù)據(jù)平臺(tái)總體要求

梳理現(xiàn)有內(nèi)外部數(shù)據(jù)資源及未來(lái)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源，制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立學(xué)校大數(shù)據(jù)庫(kù)，包含不限于多媒體高清數(shù)據(jù)庫(kù)、海量信息資源庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)等。針對(duì)校園所產(chǎn)生的多源、異構(gòu)、時(shí)變的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器算法、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)[5]，不斷發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)規(guī)則，通過(guò)驗(yàn)證后，為學(xué)校用戶提供更好的個(gè)性化服務(wù)，令數(shù)據(jù)發(fā)揮應(yīng)用的價(jià)值。

建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。大數(shù)據(jù)平臺(tái)包含大數(shù)據(jù)集成平臺(tái)、大數(shù)據(jù)算法平臺(tái)、預(yù)測(cè)分析平臺(tái)、大數(shù)據(jù)展示平臺(tái)建設(shè)[6]。在以上支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)校園大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

2.2 智慧校園數(shù)據(jù)中心

智慧校園數(shù)據(jù)中心是學(xué)校教育大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析平臺(tái)。智慧校園數(shù)據(jù)中心為各級(jí)部門(mén)提供數(shù)據(jù)連接樞紐，促進(jìn)教育數(shù)據(jù)開(kāi)放共享。匯集用戶數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、教育政務(wù)數(shù)據(jù)等各類型教育數(shù)據(jù)。推動(dòng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)及應(yīng)用間的數(shù)據(jù)互通共享。海量數(shù)據(jù)積累及分析，為深化應(yīng)用及創(chuàng)新服務(wù)提供支持。

2.3 大數(shù)據(jù)集成平臺(tái)

結(jié)合實(shí)際需求，在成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，定制學(xué)校自己的大數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，大數(shù)據(jù)集成平臺(tái)包含數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理平臺(tái)、元數(shù)據(jù)管理平臺(tái)等子系統(tǒng)。

2.4 數(shù)據(jù)算法庫(kù)

搭建學(xué)校自有的數(shù)據(jù)挖掘算法庫(kù)，能夠提供可擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)含在大數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)則，讓數(shù)據(jù)發(fā)揮出應(yīng)用的價(jià)值。數(shù)據(jù)挖掘算法庫(kù)至少包括聚類、分類、推薦過(guò)濾、時(shí)序挖掘等實(shí)現(xiàn)。此外基礎(chǔ)算法庫(kù)中的算法要能夠有效地?cái)U(kuò)展到集群中，提高整體分析挖掘的數(shù)據(jù)吞吐量。

2.5 可視化模型構(gòu)建平臺(tái)

平臺(tái)采用最新的形式幫助使用者進(jìn)行全流程可視化的模型構(gòu)建引導(dǎo)。通過(guò)可視化的形式平臺(tái)方便使用者在模型構(gòu)建過(guò)程對(duì)結(jié)果的反復(fù)校驗(yàn)以及修改的需求?？梢暬Ｐ蜆?gòu)建平臺(tái)應(yīng)具備腳本管理、命令管理、數(shù)據(jù)管理、模型管理、預(yù)測(cè)評(píng)估、應(yīng)用部署、全流程可視化模型構(gòu)建引導(dǎo)。

2.6 可視化展示平臺(tái)

數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)軟件，將可視化展示與業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，有效的傳達(dá)數(shù)據(jù)集的思想概念，從不同維度深入觀察并提煉數(shù)據(jù)集關(guān)鍵特征。從而從數(shù)據(jù)中挖掘出通過(guò)傳統(tǒng)方式無(wú)法發(fā)現(xiàn)的信息，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生更大價(jià)值。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，以可視化的形式將依托大數(shù)據(jù)技術(shù)分析出的結(jié)果直觀、靈活的展示出來(lái)。

數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)應(yīng)包含常用可視化圖形組件，而且在使用過(guò)程中將不斷開(kāi)發(fā)、沉淀出新穎的高級(jí)可視化圖表。根據(jù)不同的功能需求，組件可獨(dú)立或組合應(yīng)用于多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景，使數(shù)據(jù)分析更直觀、更全面、更準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

結(jié)合學(xué)校信息化教學(xué)應(yīng)用工具及教師日常教學(xué)需求，打造可支撐課前課中課后全教學(xué)流程的教學(xué)資源中心，整合教學(xué)基礎(chǔ)資源、特色資源，沉淀個(gè)性化校本資源，涵蓋習(xí)題、PPT 課件、教學(xué)案、套卷文檔、朗讀音頻、交互式課件、全科知識(shí)點(diǎn)微課、同步微課、理化生仿真實(shí)驗(yàn)、AI 習(xí)題、校本教輔、解析題庫(kù)、校本標(biāo)簽資源，為學(xué)校教學(xué)提供資源保障。