智慧校園的技術(shù)要求和發(fā)展趨勢(shì)研究

張 帆 ，黃巧潔 ，劉沛強(qiáng) ，3*，劉 奇

（1.華迪計(jì)算機(jī)集團(tuán)有限公司，北京 100195；2.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510507；3.廣東宜教通教育有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

近十年來(lái)，我國(guó)加快了教育信息化建設(shè)[1]。隨著教育信息化的深入發(fā)展，越來(lái)越多的校園信息化應(yīng)用軟件得到部署和應(yīng)用。校園信息化大體經(jīng)歷了三個(gè)不同的發(fā)展階段：電算化階段、信息化系統(tǒng)建設(shè)和智慧校園的建設(shè)階段[2]。校園信息化建設(shè)初期，主要是解決校園數(shù)字化的問(wèn)題，不同部門采購(gòu)的產(chǎn)品之間幾乎沒(méi)有關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)個(gè)“數(shù)字孤島”。近年來(lái)，隨著5G應(yīng)用的開(kāi)始普及、物聯(lián)網(wǎng)的興起、人工智能算法的成熟、大數(shù)據(jù)在教育中的應(yīng)用，原有的校園信息化體系已經(jīng)無(wú)法滿足今天師生的多樣化、個(gè)性化的應(yīng)用需求，亟待向智能化發(fā)展。

1 校園信息化現(xiàn)階段面臨的問(wèn)題

當(dāng)前，校園信息化建設(shè)正處在從“數(shù)字校園”到“智慧校園”的轉(zhuǎn)型時(shí)期[1]，許多學(xué)校已經(jīng)完成教務(wù)管理、消費(fèi)管理、行政辦公及自動(dòng)排課等系統(tǒng)的建設(shè)，在一定程度上滿足了教育教學(xué)信息化的要求，然而還存在著許多不容忽視的問(wèn)題。

1.1 各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)

在信息化建設(shè)初期，大部分信息化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商都只關(guān)注某個(gè)垂直領(lǐng)域的功能開(kāi)發(fā)，沒(méi)有從平臺(tái)的角度為不同領(lǐng)域功能預(yù)留接口，難以實(shí)現(xiàn)協(xié)同辦公。由于缺少頂層設(shè)計(jì)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間形成條塊分割，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

1.2 技術(shù)與業(yè)務(wù)脫節(jié)

信息化系統(tǒng)必須與學(xué)校的實(shí)際情況相契合才能發(fā)揮最大的功效。由于歷史原因，不少學(xué)校的信息化系統(tǒng)是直接采購(gòu)的，系統(tǒng)流程與實(shí)際的教學(xué)管理存在一定程度的脫節(jié)，而且架構(gòu)陳舊，難以滿足新的需求。因此，數(shù)字校園建設(shè)的整體質(zhì)量不高。

1.3 系統(tǒng)之間缺少統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

不同的系統(tǒng)，都需要使用到學(xué)生信息、教師信息、教學(xué)架構(gòu)信息以及行政組織信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但由于系統(tǒng)之間缺少統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在所有系統(tǒng)都需要設(shè)置一次，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的情況。

1.4 數(shù)據(jù)難以共享

早期大多數(shù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享通過(guò)系統(tǒng)的導(dǎo)入導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)，例如，閱卷系統(tǒng)得到的分?jǐn)?shù)，需要先導(dǎo)出為Excel文件，再導(dǎo)入到成績(jī)管理系統(tǒng)。這樣不僅使用不方便，而且人工編輯也容易出錯(cuò)。數(shù)據(jù)可用性不強(qiáng)，難以共享?？梢?jiàn)，當(dāng)前的教育信息化尚未能實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)共享和協(xié)同處理。

作為智慧教育的必然產(chǎn)物，智慧校園成為近年來(lái)教育信息化建設(shè)的熱點(diǎn)和趨勢(shì)[3-5]?！督逃畔⒒?.0行動(dòng)計(jì)劃》[6]明確提出“信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高，建成‘互聯(lián)網(wǎng)+教育’大平臺(tái)”的基本目標(biāo)?；ヂ?lián)網(wǎng)+、人工智能及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，為智慧校園提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)[7]。

2 校園信息化對(duì)智慧校園2.0的技術(shù)要求

通過(guò)對(duì)校園信息化建設(shè)的分析，本文歸納出智慧校園2.0需要滿足的技術(shù)要求如下。

2.1 統(tǒng)一規(guī)范化的系統(tǒng)架構(gòu)

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》[8]提出，智能化校園要統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺(tái)。智慧校園平臺(tái)的建設(shè)對(duì)于提升校園信息處理水平，完善體系間信息資源的互聯(lián)互通、共享融合，實(shí)現(xiàn)協(xié)同性和智能化管理等具有極大的價(jià)值[9]。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商需要研發(fā)統(tǒng)一架構(gòu)的智慧校園平臺(tái)，通過(guò)梳理各個(gè)學(xué)校的運(yùn)行模式，抽象出通用的系統(tǒng)框架并進(jìn)行充分的彈性考量。

2.2 統(tǒng)一規(guī)范化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括學(xué)校基本信息、行政和教學(xué)組織機(jī)構(gòu)、教師信息、學(xué)生信息以及校產(chǎn)信息等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。它們應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)置，并且在數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層中定義為規(guī)范化的元數(shù)據(jù)。這些元數(shù)據(jù)需要同步給不同的系統(tǒng)，避免出現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)二義性。

2.3 統(tǒng)一規(guī)范化的應(yīng)用管理

智慧校園2.0需要對(duì)學(xué)校的應(yīng)用進(jìn)行分類管理，建立教務(wù)管理、行政辦公、考勤管理、消費(fèi)管理等默認(rèn)的常用模塊，在模塊內(nèi)創(chuàng)建不同的應(yīng)用。應(yīng)用管理應(yīng)支持動(dòng)態(tài)可配置，模塊和應(yīng)用名稱均可以配置，滿足不同學(xué)校已經(jīng)約定俗成的使用習(xí)慣。圖1展示了一種具有統(tǒng)一基礎(chǔ)平臺(tái)和統(tǒng)一應(yīng)用管理的智慧校園綜合服務(wù)平臺(tái)。

圖1 一種具有統(tǒng)一基礎(chǔ)平臺(tái)和應(yīng)用管理的智慧校園綜合服務(wù)平臺(tái)

2.4 開(kāi)放的架構(gòu)和接入規(guī)范

由于每個(gè)學(xué)校的具體需求不同，平臺(tái)應(yīng)具有開(kāi)放的架構(gòu)，提供集成第三方系統(tǒng)的能力。建設(shè)主體應(yīng)構(gòu)建一體化的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源平臺(tái)、管理平臺(tái)的互通、銜接與開(kāi)放[6]。因此，需要制定集成接入規(guī)范：

（1）從智慧校園平臺(tái)登錄到第三方系統(tǒng)，需要制定單點(diǎn)登錄規(guī)范；

（2）為保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性，需制定數(shù)據(jù)同步規(guī)范；

（3）進(jìn)行統(tǒng)一的菜單管理，需要制定菜單集成規(guī)范；

（4）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，需要制定校園物聯(lián)網(wǎng)接入規(guī)范。

圖2展示了一種集成了多應(yīng)用系統(tǒng)的智慧校園綜合服務(wù)平臺(tái)的單點(diǎn)登錄流程。

通過(guò)優(yōu)秀的框架和開(kāi)放的集成能力，能夠打造良好的智慧校園生態(tài)，形成具有教育管理、智慧教學(xué)及智能辦公等特性的一站式服務(wù)平臺(tái)。

3 校園信息化的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 信息化系統(tǒng)云化部署

在早期的校園信息化建設(shè)中，所有硬件和信息化系統(tǒng)都部署在學(xué)校機(jī)房中。隨著信息化系統(tǒng)的不斷升級(jí)和數(shù)據(jù)的不斷積累，服務(wù)器會(huì)變得不堪重負(fù)，而云化部署固有的即開(kāi)即用、彈性伸縮等特點(diǎn)恰好解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于中小學(xué)，云化部署的優(yōu)勢(shì)更加明顯，開(kāi)發(fā)商提供的SaaS（軟件即服務(wù)）平臺(tái)能顯著降低學(xué)校的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。特別是以區(qū)（縣）為單位進(jìn)行校園信息化系統(tǒng)的采購(gòu)，不僅能降低單套系統(tǒng)的成本，而且對(duì)于各個(gè)學(xué)校教學(xué)活動(dòng)的一致性有積極的意義。

3.2 支持移動(dòng)終端接入

智慧校園2.0平臺(tái)將會(huì)頻繁地應(yīng)用于學(xué)校教學(xué)管理中，因此，把越來(lái)越多的業(yè)務(wù)移植到移動(dòng)終端，是教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過(guò)移動(dòng)終端不僅能實(shí)現(xiàn)掌上辦公，還能隨時(shí)隨地觀看教學(xué)視頻，讓學(xué)習(xí)資源觸手可及。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、終端學(xué)習(xí)作為一種重要的學(xué)習(xí)方式，將會(huì)成為課堂學(xué)習(xí)的有力補(bǔ)充[10]。

3.3 教學(xué)行政管理一體化

智慧校園平臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口提供集成第三方系統(tǒng)的能力，構(gòu)建一體化管理平臺(tái)。通過(guò)校園物聯(lián)網(wǎng)連接電子班牌、閘機(jī)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閱卷設(shè)備、刷卡機(jī)等設(shè)備，能夠?yàn)榻虒W(xué)和行政管理提供更加智能的一體化服務(wù)。一種智慧校園物聯(lián)網(wǎng)一體化架構(gòu)[11]如圖3所示。

3.4 大數(shù)據(jù)的綜合利用

將教育研究中針對(duì)變量之間因果關(guān)系的主觀分析轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^、科學(xué)的大數(shù)據(jù)分析[12-13]，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)智慧校園平臺(tái)產(chǎn)生的過(guò)程性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，能夠發(fā)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)中的共性問(wèn)題并加以解決，對(duì)教學(xué)管理改進(jìn)有著積極的意義。將大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于學(xué)生答題時(shí)間、答案修改次數(shù)及錯(cuò)題統(tǒng)計(jì)中，能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生成績(jī)背后的薄弱知識(shí)點(diǎn)；通過(guò)對(duì)學(xué)生的消費(fèi)行為、借閱記錄、考勤時(shí)間、成績(jī)波動(dòng)及興趣愛(ài)好等進(jìn)行精準(zhǔn)畫(huà)像，以便因材施教；統(tǒng)計(jì)學(xué)校在日常運(yùn)行中的各種關(guān)鍵指標(biāo)，在“領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙”進(jìn)行呈現(xiàn)，能夠?yàn)閷W(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的決策提供依據(jù)。對(duì)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中的大數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用，將成為校園信息化的一個(gè)趨勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)架構(gòu)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用管理及開(kāi)放的架構(gòu)，能夠較好地解決校園信息化存在的問(wèn)題?！都涌焱七M(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018—2022年）》提出要促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+教育”支撐服務(wù)平臺(tái)。隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)綜合利用的普及，智慧校園2.0不僅將在校園教學(xué)和日常管理中發(fā)揮更加重要的作用，而且能促進(jìn)教學(xué)管理的變革。