推進(jìn)中小學(xué)智慧校園建設(shè)助力基礎(chǔ)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)

□萬(wàn)海鵬 陳 磊 王琦

一、引言

2021 年7 月8 日，教育部等六部門發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》，提出要以信息化為主導(dǎo)，面向教育高質(zhì)量發(fā)展需要，聚焦信息網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)體系、數(shù)字資源、智慧校園、創(chuàng)新應(yīng)用、可信安全等方面進(jìn)行新型基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)。2022 年全國(guó)教育工作會(huì)議提出實(shí)施國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。學(xué)校作為教育信息化的主陣地，有效推進(jìn)智慧校園建設(shè)，成為國(guó)家教育信息化戰(zhàn)略落地、教育數(shù)字化成功轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

建設(shè)智慧校園不僅是軟硬件的裝配，更要結(jié)合師生、管理者的教育服務(wù)需求和理念。然而當(dāng)前部分中小學(xué)在建設(shè)智慧校園的過(guò)程中，存在缺少優(yōu)質(zhì)頂層設(shè)計(jì)[1]、各利益相關(guān)群體需求模糊不清晰、重視信息化設(shè)施建設(shè)而輕視應(yīng)用現(xiàn)象普遍[2]、系統(tǒng)平臺(tái)之間數(shù)據(jù)信息閉塞難以流轉(zhuǎn)等問(wèn)題，使信息化優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮。因此，明晰智慧校園的內(nèi)涵與核心特征、加強(qiáng)智慧校園建設(shè)框架的頂層設(shè)計(jì)成為破解上述難題、推動(dòng)基礎(chǔ)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的有效舉措。

二、智慧校園的內(nèi)涵與核心特征

智慧校園是數(shù)字校園的高級(jí)發(fā)展階段，是依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、無(wú)線通信等新一代信息技術(shù)打造的智能化教育信息生態(tài)系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與教育主流業(yè)務(wù)的深度融合（如智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧管理、智慧評(píng)價(jià)、智慧科研和智慧服務(wù)等），為教育利益相關(guān)者提供智能化、個(gè)性化、適應(yīng)性、定制式的支持服務(wù)[3]。

關(guān)于智慧校園的核心特征，不同領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者給出了不同的觀點(diǎn)。黃榮懷[4]等提出了“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”的概念，認(rèn)為智慧校園具有環(huán)境全面感知、網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫互通、海量數(shù)據(jù)支撐、開放學(xué)習(xí)環(huán)境、師生個(gè)性服務(wù)五個(gè)方面的特征。蔣東興[5]認(rèn)為智慧校園具有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)高速泛在、智能終端廣泛應(yīng)用、團(tuán)隊(duì)協(xié)作便利充分、集體知識(shí)共生共榮、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能融合、外部智慧融會(huì)貫通六個(gè)方面的特征。紀(jì)佩宇[6]等認(rèn)為智慧校園具有無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、全面感知的校園環(huán)境、廣闊開放的學(xué)習(xí)環(huán)境、智能化的數(shù)據(jù)處理和個(gè)性化的應(yīng)用服務(wù)五個(gè)方面的特性。王燕[7]認(rèn)為智慧校園具有寬帶網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)高速泛在、智能環(huán)境感知實(shí)時(shí)全面、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能全面融合、海量數(shù)據(jù)智能挖掘分析、智能服務(wù)友好個(gè)性便利五個(gè)方面的特征。賈國(guó)榮[8]認(rèn)為數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是智慧校園的基礎(chǔ)，集成化和智能化是其核心，智慧化的云計(jì)算是其靈魂。

綜合以上學(xué)者的觀點(diǎn)，并結(jié)合中小學(xué)校園的實(shí)際應(yīng)用情況，可以將智慧校園的核心特征概括為以下三點(diǎn)：一是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)化是環(huán)境基礎(chǔ)。智慧校園建立在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)在校園建筑、教學(xué)儀器設(shè)備、教室、桌椅板凳、圖書等設(shè)施設(shè)備與校園網(wǎng)絡(luò)之間建立無(wú)縫互通的連接，賦予物以智能，實(shí)現(xiàn)人與物的互聯(lián)。二是集成化、智能化和個(gè)性化是服務(wù)支撐?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代的智慧校園集成了校園內(nèi)外的各種信息服務(wù)平臺(tái)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的接入和服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的智能化連通，并向各相關(guān)利益群體提供個(gè)性化的支持服務(wù)。三是泛在化的情境感知、分布式的云計(jì)算和定制式的分析服務(wù)是應(yīng)用保障。為了實(shí)現(xiàn)智慧校園的目標(biāo)，需要通過(guò)強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)進(jìn)行泛在化的情境感知，獲取教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理等過(guò)程中的全部數(shù)據(jù)信息，利用分布式的云計(jì)算技術(shù)和存儲(chǔ)功能，完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的綜合分析，同時(shí)允許各相關(guān)利益群體定制個(gè)性化的分析服務(wù)需求。

智慧校園三個(gè)核心特征之間的關(guān)系（見圖1）：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)化，為集成化、智能化、個(gè)性化及泛在化的情境感知、分布式的云計(jì)算、定制式的分析服務(wù)奠定基礎(chǔ)，沒(méi)有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)化，其他兩方面也很難實(shí)現(xiàn)；集成化、智能化和個(gè)性化是智慧校園各類服務(wù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵支撐，從用戶角度對(duì)其需求進(jìn)行匯聚和推送，能提升其他兩方面的建設(shè)水平；泛在化的情境感知、分布式的云計(jì)算和定制式的分析服務(wù)是智慧校園各類服務(wù)得以應(yīng)用的保障，為智慧校園提供大數(shù)據(jù)支撐，涵蓋數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)和應(yīng)用等多個(gè)方面，是智慧校園智慧的根基所在，能提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)化的水平，為集成化、智能化和個(gè)性化提供支撐和服務(wù)。

三、中小學(xué)智慧校園建設(shè)框架

智慧校園建設(shè)作為推動(dòng)基礎(chǔ)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段，在落實(shí)過(guò)程中需要明確其核心需求，進(jìn)而有針對(duì)性地進(jìn)行頂層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（一）需求分析

智慧校園建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)化工程，涉及學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、教育管理者、技術(shù)人員等相關(guān)利益群體。因此，需要通過(guò)分析學(xué)校日常運(yùn)轉(zhuǎn)下的常規(guī)化業(yè)務(wù)并結(jié)合學(xué)校的個(gè)性化特征來(lái)確定智慧校園建設(shè)的整體需求，為后續(xù)實(shí)施優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)奠定基礎(chǔ)。具體來(lái)說(shuō)，智能校園建設(shè)的整體需求主要包括日常校園業(yè)務(wù)管理和服務(wù)需求、學(xué)校教育大數(shù)據(jù)共享需求、基礎(chǔ)軟件支撐平臺(tái)功能需求和移動(dòng)智能化需求。

圖1 智慧校園的核心特征

1.日常校園業(yè)務(wù)管理和服務(wù)需求

通過(guò)搭建教育業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、教育管理者和技術(shù)人員的管理和服務(wù)需求。面向?qū)W生的個(gè)性成長(zhǎng)服務(wù)，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)、適應(yīng)性課程、精準(zhǔn)化作業(yè)、數(shù)字化教材等服務(wù)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展；面向教師的專業(yè)發(fā)展服務(wù)，提供課前協(xié)同備課、課中精準(zhǔn)教學(xué)、課后作業(yè)輔導(dǎo)、無(wú)紙化辦公等管理與服務(wù)；面向家長(zhǎng)的家校服務(wù)，提供孩子安全監(jiān)管、家長(zhǎng)社區(qū)、家校溝通、親子活動(dòng)等服務(wù)；面向教育管理者，提供門戶展示、德育信息錄入、檔案管理、辦公管理、設(shè)備報(bào)修管理、校園安全監(jiān)控等管理與服務(wù)；面向技術(shù)開發(fā)人員，提供校園系統(tǒng)運(yùn)行狀況報(bào)表、各相關(guān)利益群體的使用體驗(yàn)報(bào)告、平臺(tái)運(yùn)維問(wèn)題反饋及技術(shù)支持等管理與服務(wù)。

2.學(xué)校教育大數(shù)據(jù)共享需求

由于以往智慧校園各系統(tǒng)之間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建成后的各個(gè)系統(tǒng)之間無(wú)法提供相互數(shù)據(jù)交換的功能，這就使某些數(shù)據(jù)在需要跨部門使用時(shí)，必須依賴手工或半手工的方式傳輸。同時(shí)，當(dāng)有新的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)納入時(shí)，由于各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換不明晰，導(dǎo)致新的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)遲遲不能融入已有的智慧校園體系，這就極大降低了新業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的上線效率。為此，需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享規(guī)范及機(jī)制，構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺(tái)，提供校園層面統(tǒng)一的數(shù)據(jù)API 服務(wù)，打通智慧校園系統(tǒng)之間的各類數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)智慧校園數(shù)據(jù)的共建共享、協(xié)同發(fā)展。

3.基礎(chǔ)軟件支撐平臺(tái)功能需求

隨著學(xué)校的發(fā)展，教學(xué)與管理的服務(wù)需求將得到不斷拓展，為避免緊耦合的“交換孤島、數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象發(fā)生，需要在智慧校園建設(shè)的平臺(tái)層構(gòu)建統(tǒng)一的基礎(chǔ)軟件支撐平臺(tái)，以促進(jìn)不同系統(tǒng)間接口的互通。比如，提供統(tǒng)一門戶管理、統(tǒng)一通信服務(wù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一檢索服務(wù)、統(tǒng)一工作流程、統(tǒng)一媒體服務(wù)、統(tǒng)一文件服務(wù)、統(tǒng)一應(yīng)用開發(fā)與接入、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等公共的信息服務(wù)功能，并為這些服務(wù)搭建一個(gè)調(diào)用關(guān)系松耦合的架構(gòu)，從而支撐開展跨部門、跨層級(jí)的業(yè)務(wù)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)學(xué)校業(yè)務(wù)應(yīng)用的互通、互操作。

4.移動(dòng)智能化需求

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)趨于移動(dòng)化。然而，目前智慧校園涉及的眾多應(yīng)用系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)挑戰(zhàn)時(shí)，往往只是從用戶的訪問(wèn)頁(yè)面進(jìn)行了重構(gòu)，而并未深入到具體的功能和業(yè)務(wù)流程層面。因此，為了更有效地支持學(xué)生進(jìn)行隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)、提升教學(xué)管理和家校溝通等工作的效率，需要在數(shù)據(jù)充分共享的前提下構(gòu)建同時(shí)兼容PC 端和移動(dòng)端的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨終端的一貫化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，打破空間與時(shí)間的局限。

（二）結(jié)構(gòu)體系

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心是促進(jìn)全要素、全業(yè)務(wù)、全領(lǐng)域和全流程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，涉及教與學(xué)過(guò)程中的方方面面，如人才培養(yǎng)目標(biāo)、教育教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)方式、教師專業(yè)能力、學(xué)習(xí)環(huán)境等。因此，采用以需求定義服務(wù)的思路開展智慧校園建設(shè)，可通過(guò)系統(tǒng)化的需求分析獲得來(lái)自各利益相關(guān)群體的真實(shí)需求，并從基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)支撐層、平臺(tái)能力層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層五個(gè)方面對(duì)智慧校園結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)（見圖2）。通過(guò)一套多種技術(shù)制式的泛在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、基于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和感知終端設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施層，匯聚校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和校園大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)支撐層，搭建具備五大服務(wù)能力的平臺(tái)能力層，覆蓋校園安全、校園管理、校園服務(wù)、校園生態(tài)的業(yè)務(wù)應(yīng)用層的系統(tǒng)，從而為學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、教育管理人員和技術(shù)人員提供智能化的支持服務(wù)和解決方案。

1.面向?qū)W生、教師、家長(zhǎng)、教育管理人員和技術(shù)人員的“五位一體式”服務(wù)體系

根據(jù)學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、教育管理人員和技術(shù)人員的管理和服務(wù)需求，形成及時(shí)響應(yīng)式的個(gè)性化服務(wù)體系。對(duì)于學(xué)生，從學(xué)習(xí)者行為角度了解學(xué)習(xí)過(guò)程的發(fā)生機(jī)制，以優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方案；對(duì)于教師，及時(shí)獲得有關(guān)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)環(huán)境的信息，及時(shí)獲得有關(guān)個(gè)人職業(yè)發(fā)展、進(jìn)修、晉升所需的學(xué)習(xí)材料；對(duì)于家長(zhǎng)，實(shí)時(shí)了解孩子在學(xué)校的安全情況、學(xué)業(yè)表現(xiàn)、興趣愛好等信息；對(duì)于教育管理人員，獲取校園各個(gè)層面的實(shí)時(shí)信息，包括校園安全、教學(xué)質(zhì)量、校園文化、校園建筑等；對(duì)于技術(shù)人員，基于用戶的實(shí)際使用數(shù)據(jù)，通過(guò)分析獲得優(yōu)化學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)、指導(dǎo)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)數(shù)據(jù)。

圖2 智慧校園體系結(jié)構(gòu)

2.聚焦“安全、管理、服務(wù)、生態(tài)”的業(yè)務(wù)應(yīng)用層

打造面向校園安全、校園管理、校園服務(wù)、校園生態(tài)四個(gè)層面的業(yè)務(wù)應(yīng)用層，構(gòu)建具有高度感知能力、控制能力、協(xié)同能力和服務(wù)能力的智慧應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)以上四個(gè)層面的應(yīng)用，將學(xué)校的物理空間、數(shù)字空間和社會(huì)空間有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)空間的計(jì)算發(fā)現(xiàn)校園運(yùn)行規(guī)律并反饋優(yōu)化，開展以人為本的個(gè)性化創(chuàng)新服務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校智慧運(yùn)行，支撐學(xué)校開展智慧教育。

3.構(gòu)建以“云”為核心支撐的平臺(tái)能力層

以“云”為核心支撐的平臺(tái)能力層主要包括統(tǒng)一的用戶認(rèn)證和開放接口接入能力、統(tǒng)一的安全認(rèn)證能力、云計(jì)算與確權(quán)存儲(chǔ)的服務(wù)能力、大數(shù)據(jù)分析與決策支持能力、情境智能感知能力。首先，借助云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和傳輸共享，基于安全協(xié)議和規(guī)范，打造強(qiáng)有力的安全認(rèn)證能力；其次，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能分析，提供決策支撐及預(yù)警預(yù)判；最后，形成強(qiáng)有力的信息支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的全感知智慧校園的有力支撐。

4.打造基于教育大數(shù)據(jù)中臺(tái)兼容各類數(shù)據(jù)來(lái)源的數(shù)據(jù)支撐層

從校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和校園大數(shù)據(jù)兩個(gè)層面，規(guī)劃數(shù)據(jù)支撐層，能夠兼容來(lái)自各種教育實(shí)踐活動(dòng)、各類教育群體的數(shù)據(jù)。同時(shí)，制定校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和校園大數(shù)據(jù)的采集范圍及標(biāo)準(zhǔn)，采用xAPI（experience API）規(guī)范以信息對(duì)四元組（操作者、動(dòng)作、對(duì)象、時(shí)間）的形式對(duì)涉及的各類教育數(shù)據(jù)進(jìn)行集中式統(tǒng)一化匯聚、存儲(chǔ)與管理，支持跨平臺(tái)、跨場(chǎng)景的多元數(shù)據(jù)兼容，避免數(shù)據(jù)冗余，最終以教育大數(shù)據(jù)中臺(tái)為依托，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層中的各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)查詢、合并、匯總、分析和決策服務(wù)。

5.鋪設(shè)以泛在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為特色的基礎(chǔ)設(shè)施層

鋪設(shè)以3G/4G/5G、光纖寬帶、WiFi、NB-IoT、eMTC 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的泛在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接入層，建設(shè)教育專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能感知數(shù)據(jù)和信息的無(wú)縫、高效、實(shí)時(shí)傳輸。通過(guò)電腦、手機(jī)、iPad、傳感器、攝像頭、可穿戴設(shè)備等進(jìn)行全體系的物聯(lián)網(wǎng)終端布局，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園“人員—物體—環(huán)境”的全方位感知和動(dòng)態(tài)智能識(shí)別。

基于智慧校園體系結(jié)構(gòu)（見圖2），可以基本實(shí)現(xiàn)中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)的泛在聯(lián)通、服務(wù)的分類管理、應(yīng)用的按需供給，為智慧校園的建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。除此之外，精通教育信息化的管理者對(duì)于推動(dòng)基礎(chǔ)教育的轉(zhuǎn)型升級(jí)也至關(guān)重要，因此還需要加快數(shù)字化創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，使其能夠服務(wù)于新的信息化建設(shè)體系。

四、結(jié)語(yǔ)

智慧校園不是單純地“建”，而是要將“建”“用”“評(píng)”三者有機(jī)結(jié)合，建設(shè)的總體思路是“建設(shè)中應(yīng)用，應(yīng)用中評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)中變革”。通過(guò)教育主管部門與學(xué)校的有機(jī)協(xié)同，分步實(shí)施、穩(wěn)步推進(jìn)校園信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)校園智慧水平的迭代升級(jí)。

學(xué)校將成為未來(lái)教育大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的基石，智慧校園建設(shè)中所包括的多媒體教室、實(shí)驗(yàn)室、體育場(chǎng)、創(chuàng)客空間等各類場(chǎng)景空間，都將是重要的數(shù)據(jù)生成和利用來(lái)源。在智慧校園建設(shè)的過(guò)程中，一方面，需要連接好各種“孤島式”的平臺(tái)系統(tǒng)，以核心教育業(yè)務(wù)為依托，促進(jìn)數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)處理流程中進(jìn)行無(wú)縫流轉(zhuǎn)，做到既高效地使用數(shù)據(jù)又原創(chuàng)性地生成數(shù)據(jù)，破除“數(shù)據(jù)孤島”“數(shù)據(jù)煙囪”障礙；另一方面，智慧校園運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)將成為學(xué)校未來(lái)的重要資產(chǎn)，這項(xiàng)資產(chǎn)中攜帶著利益相關(guān)群體的重要隱私信息。因此，只有做好數(shù)據(jù)權(quán)責(zé)的清晰界定，才能最大限度地保障數(shù)據(jù)安全，最大限度地發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價(jià)值。