于长虹,王运武,马 武
(1.江苏师范大学 教育研究院,江苏 徐州 221116;2.洛阳师范学院 网络与电化教育中心,河南 洛阳 471022)
智慧校园的智慧性设计研究*
于长虹1,2,王运武1,马 武2
(1.江苏师范大学 教育研究院,江苏 徐州 221116;2.洛阳师范学院 网络与电化教育中心,河南 洛阳 471022)
随着对教育信息化重要性认识的加强和对教育信息化研究与应用的深入,大家对信息化校园的期望也越来越高。智慧校园地出现,实实在在地提高了信息化水平,在一定程度上满足了这种期望,回应了政策层面的要求。然而当前对智慧校园的研究,在理念层面的表现不尽如人意,存在想当然、简单化的倾向。该文通过梳理研究现状尤其是对参考模型的解析,基于智慧校园智慧性设计的构成要素和智慧表现,对智慧性设计的理论基础和方法、原则进行阐述,并提出了一个以用户为中心的改进的智慧校园参考模型,为当前的智慧校园研究提供一定的参考。
智慧校园;智慧性设计;智慧表现;参考模型
智慧校园是教育信息化进程中,在数字校园建设基础上提出来的,其中的“智慧”,缘于“智慧地球”。智慧地球的概念由IBM于2008年最早提出,并于2009年在中国举办的“IBM论坛和中国策略发布会”再度推出。其核心目的,是为了解决当前社会发展所面临的能源短缺、效率低下等问题;其策略是“充分发挥先进信息技术的潜力以促进整个生态系统的互动,以此推动整个产业和整个公共服务领域的变革,形成新的世界运行模型”“在这种智慧的模型之中,政府、企业和个人的关系将被重新定义,从过去单维度的‘生产-消费’‘管理-被管理’‘计划-执行’,转变为先进的、多维度的新型协作关系。在这种新型关系中,每个个体和组织都可以自由地、精确地、及时地贡献和获取信息、洞察专业知识,从而对彼此的行为施加正面的影响,达成智慧运行的宏观效果”[1]。祝智庭教授在《智慧教育:教育信息化的新境界》一文中,对“智慧”及“智慧教育”的进行了辨析,指出智慧环境、智慧校园是智慧教育的理解图式的学习空间,发展学习者的智慧是智慧环境、智慧教学和智慧学习的出发点和归宿[2]。黄荣怀教授认为“智慧校园是指一种以面向师生个性化服务为理念,能全面感知物理环境,识别学习者个体特征和学习情景,提供无缝互通的网络通信,有效支持教学过程分析、评价和智能决策的开放教育教学环境和便利舒适的生活环境[3]。宗平等认为智慧校园的核心特征主要反映在三个方面:一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台,提供基于角色的个性化定制服务;二是将基于计算机网络的信息服务引入到学校的各个应用与服务领域,实现互联、共享和协作;三是通过智能感知环境和综合信息服务平台,为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口[4]。
由这些论述可以看出,智慧校园作为智能感知环境和新型校园形态,一方面体现在便捷的生活服务,校园即社会,教育即生活,师生作为校园的主体,便捷的生活、学习、工作环境是教与学的基础—和直接面对教学,以促进学习者的智慧为出发点和归宿;另一方面,它是一种新的管理模型,充分发挥信息技术的潜力,是对信息技术的深层次应用,是信息技术与现实社会的充分融合。智慧校园以对现实校园的信息流动和业务流程即管理方式的深刻剖析和对信息技术的充分自信,实现现实校园内的新型协作关系,达成基于信息技术的智慧运行效果。然而当前的研究和建设实践远远未达到这个实际效果。
自2010年来,智慧校园的关注度和研究论文数量呈上升趋势。如下表所示表明了这种变化(中国知网以“智慧校园”为关键词进行篇名精确检索,截至2014年5月28日)。
智慧校园研究论文数量表
从研究内容上看,集中在四个方面,涵盖了智慧校园建设的全过程:智慧校园的概念界定和体现特征、智慧校园的设计与架构、智慧校园建设的关键技术、智慧校园的服务与应用。其中,关于“智慧校园的设计”,多集中于运用物联网、云计算等先进信息技术,通过功能模块或层次分解构建智慧校园系统,其实质是缺乏智慧性设计,具体表现在:(1)对智慧校园的智慧表现认识不充分,体现不透彻,借鉴了“智慧地球”,但未深入理解其内涵,对智慧校园的设计缺乏理论高度的建构和分析,在某种程度上有简单化、理所当然化的倾向;(2)当前智慧校园的研究领先于实践,建设还处于起步和摸索阶段,对关键技术的实施缺乏与前期建设基础的衔接,设计缺少原则与方法指导,且未考虑其成本效益和可行性,有一定难度;(3)由于缺少理论与方法指导,应用研究千篇一律,设计未体现智慧校园对信息技术与教育教学深度融合的要求和实现,忽视了对教学、科研的支持;(4)还没有完全摆脱数字校园的思维,停留在数字而非数据层面,没有体现出大数据时代,数据作为基础资源的重要地位,很多情况下只是提供了简单的信息查询平台,其管理也是自上而下单向的信息传输,没有对这种信息化成果作为新的管理模型在实践中进行设计研究和现阶段以信息化建设作为提升大学核心竞争力的主动意识。
这些不足表明,当前对智慧校园的研究和实践,忽视了智慧性设计的环节,缺少教育学视野和理论高度的分析,缺少整体上的构思和智慧性设计,造成智慧校园智慧性体现不足,难以达到理想的促进教学变革和提高教学效果的目的。因此,智慧校园研究和实践,首先要进行智慧性设计。要进行智慧性设计,就要在分析设计要素系统构成及其智慧表现的基础上,进行理论解读或理论构建,即支撑智慧校园建设与研究的理论有哪些,能否构建出更好的理论;然后进行智慧性设计的原则和方法探讨。
智慧性设计的构成要素和智慧表现是我们对智慧校园的设想,是对智慧校园欲达成目标的期望,是智慧性设计的基础。
智慧校园是一个完整的系统,涵盖现实的校园和虚拟的校园两个方面,是虚实结合新的智慧型校园形态。智慧性设计的构成要素包括以下内容:智慧服务理念、智慧环境、智慧应用和服务(智慧教学、智慧管理、智慧科研等)、智慧文化和体验等。
智慧服务理念包含两层含义,一是“站在促进高校教学、管理整体水平的高度定位学校的信息化建设,将学校发展规划的‘顶层设计’与信息化建设的‘顶层设计’衔接合一,使信息化观念深入高校每一个管理者心中,促进信息化与决策管理的深度融合”[5];二是智慧校园的设计应以人为本,采取用户中心主义—以用户为中心,以用户体验为中心—从生活、学习的外部环境到教学内部需求,所有应用与服务的实施都首先征求用户的需求,然后再平衡技术和管理的需求。
智慧环境是物理和虚拟校园的有机融合(也是智慧校园智慧表现的一个方面),包括了智能感知(如温湿度感应、车辆识别、节能监控、安全监控的人像识别和预警、信息系统安全预警等)、无缝网络(如无处不在的互联网和内联网接入、物联网、电信网、移动互联网等)、泛在学习与工作(如数据资源获取、信息传输与处理、协作学习、存储空间、资源制作、移动办公)、便捷生活(如便捷消费、校内外互通)等,是智慧设计的实现。
智慧应用体现在以大数据采集和挖掘为特征的一体化综合信息平台,采用统一数据库和统一存储,提供主动信息服务,记录智慧环境中发生的一切,并利用大数据技术对数据进行处理,获得对教学的洞察和预测。
智慧文化和体验则是提供一个对智慧校园信息化实现之后的信息素养和信息文化的感受与体验平台和环境,体现了人与智慧环境的互动及相互促进:用户的使用体验促进智慧校园始于理念终于体验全过程的改进,这种改进更好地促进人的智慧的形成,最终智慧校园会成为一种文化。
智慧设计除了涵盖各构成要素之外,与各构成要素及各构成要素之间还存在循环共生、相互促进的关系,形成良性循环。智慧设计与其各构成要素之间的关系如图1所示。
图1 智慧设计与其各构成要素之间的关系
智慧性设计的智慧表现,即是智慧校园的智慧性体现,即其“智慧”功能如何发挥,体现在何处,如何体现,这些必须在设计中表达出来。智慧的传统含义是运用知识、智力、工具对事物的综合分析处理能力。信息化语境中的智慧校园,通过信息及信息技术的作用,实现传统意义上学生的智慧,其途径是提供一个全面的感知环境,一个全业务的综合信息服务平台,一种新型协作关系的管理模型,最终实现信息技术与教育教学深度融合,促进教学变革和教学效果提升,即实现智慧教学,因此智慧要从智慧管理、智慧教学以及智慧环境中表现。
校园的管理包括校园内的各个方面,教育管理的特殊性在于其管理对象和生产对象都是人,这对信息化的要求比其它行业更高,因此智慧管理在智慧校园中最为关键,其核心是智慧服务理念。在智慧服务理念的指引下,智慧表现为:(1)基于学校组织机构的管理信息系统的智慧融合,包括对各业务的精确划分,统一的校园教务、学生、人事、财务、国资、后勤、科研等管理数据,基于信息技术的广泛参与;(2)信息化环境的智慧管理,如:运行环境监控和故障预警,服务器资源和带宽资源的负载均衡,流量类型及业务热度的自动分析,公共事务如教时、机房、会议室的查询、预约,智能水表和电表等的使用;(3)便捷的业务流程调整,即“精简管理流程,废除或优化一些不合时宜的管理制度(如繁琐的公文审批、设备招标、经费报销等),不断提高教育管理业务系统的运行效率”[6];(4)基于大数据的教育资源分配预测及科学决策能力。大数据在智慧校园中无处不在,对未来学校的发展具有举足轻重的作用,进行大数据建设,让大数据成为教育管理现代化的依据,最能体现让数据说话的客观、真实、科学、可信的实践精神、科研精神和科学的决策辅助作用。
智慧校园建设为个性化学习和信息技术与教育教学深度融合提供平台和工具,为教育教学理念、制度、方法和手段全面创新提供数据支撑,是为了促进教学效果的提升,核心目的是为了人的发展,即智慧教学。智慧教学包括了教与学两个方面,实际上智慧校园在一定程度上模糊了教与学两个方面的界限,因此对智慧教学的智慧表现描述不必做特意的区分。一般认为智慧校园中支撑教学的技术主要有学习分析技术、资源个性推荐技术等。学习分析“目的是理解和优化学习以及学习情境”,因此其智慧表现在“获取数据,分析数据,帮助教师、学生、教育机构等解读数据,并根据数据结果采取干预措施”,即实现了教学过程的全程智慧性管理、记录、分析、评价,提供个性化教学[7]。资源个性推荐设计语义网络与本体技术,其目的是为学习者提供更好的资源检索和定位,而其智慧表现为资源系统的适应性和个性化服务能力,教学资源效能的挖掘分析。
智慧环境是智慧校园建设的必然结果,也是智慧校园建设的目的之一,即提供舒适便捷、绿色节能的管理、教学、生活环境。作为目的和结果的智慧环境,智慧表现包括:(1)无缝、稳定、安全、易用的信息流通和数据传输通道,如全面的网络基础设施、物联网覆盖,射频标签、二维码等的广泛使用,智能终端的全面支持;(2)安全、便捷、舒适的学习、工作、生活环境,如:校园安全监控数据的智慧分析、自助门禁和车辆出入、可视化水电汽暖等自动节能监控、可视化一卡通消费系统、室内环境的智能调控、可视化校园导航等;(3)可协作、自适应、友好的线上社区:基于定制的信息推送、无障碍线上交流。
智慧性设计的智慧表现,也是智慧校园智慧体现,通过对智慧表现的分析,可以更清楚的表达智慧性设计的初衷,更直观的感受智慧校园带来的好处及其相比数字校园的进步。
智慧校园建设智慧性设计的科学性与可行性,是智慧校园能否用信息技术优化教育教学过程和促进教育教学效果、效率与效益最大化的基础和保证,科学性与可行性的前提是具有理论高度的指导和分析。智慧性设计的理论建构包含了两个层面的含义:有没有能指导智慧校园设计和建设的理论、智慧校园建设能否催生新的理论。
在《我国教育信息化理论研究新进展》一文中,何克抗教授对进入21世纪以来,我国在教育信息化领域所从事的理论研究和实践进展做了较为全面的总结与评论,认为教育信息化基本理论包括“信息技术与课程整合理论”“信息化环境下的教与学理论以及教与学方式”“信息化环境下的教学设计理论”三部分,其中信息技术与课程整合理论是核心[8],其回答了信息技术与课程整合的目标(信息技术与课程整合,不是把信息技术仅仅作为辅助教或辅助学的工具,而是强调要利用信息技术来营造一种信息化的教学环境,该环境应能支持情境创设、启发思考、信息获取、资源共享、多重交互、自主探究、协作学习等多方面要求的教学方式与学习方式)、内涵(通过将信息技术有效地融合于各学科的教学过程来营造一种信息化教学环境,实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学方式,从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来,使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革—由以教师为中心的教学结构转变为“主导—主体相结合”的教学结构)和途径问题,该理论是教育信息化的基础理论,和智慧校园建设的目的有所吻合,因此可以作为智慧校园建设中对课程资源及学习平台智慧性设计的理论基础,用以指导资源和平台的建设。“混合学习理论”认为混合学习就是在系统观的指导下实现各种学习方法、学习媒体、学习内容、学习模式以及学习支持服务和学习环境的混合[9]。该理论可以为智慧环境设计提供理论支持。“分布式认知理论”“情景认知与学习”“关联主义学习理论”等都同智慧校园理念及信息化环境等未来学习环境相关[10]。
但《我国教育信息化理论研究新进展》同时认为“迄今为止关于‘信息技术如何与课程实现有效整合’这一关系能否通过教育信息化实现学科教学质量与学生综合素质显著提升,并促进教育深化改革的至关重要问题,目前国际上还没有真正研究出一套比较科学、系统的理论来加以阐述”。
这就给我们带来了困扰,这些理论真的能指导智慧校园的设计和建设吗?能找到现成的理论比如教育学视野下的相关理论或者设计学范畴的理论作为指导吗?如果没有合适的现成理论,那么有没有可能构建智慧校园直接相关的理论,以此为基础,进行智慧性设计,充分表现信息技术尤其是新技术新思维对教学造成的理念上的影响和变革,及在此理念指导下智慧校园对教育教学的支撑作用?这成为智慧性设计不得不考虑的首要问题,当然也为可能的理论构建提供了机遇:在比较分析诸多理论的基础上,构建智慧校园自身的设计和建设理论。
智慧性设计模型构建是目前设计中采用较多的方法,就是在智慧服务理念的指导下,充分了解校园环境的外在表现和内在功用,形成物理的和虚拟的现实校园的逻辑结构,采用适当的技术并充分发挥技术的功能,形成智慧校园的逻辑结构。
已有的智慧校园的设计方案,多基于物联网或者云计算技术,采用分层的思想构建模型。如下图所示:图2是简化的物联网参考模型[11],图3是基于物联网技术构建智慧校园的参考模型(在原图基础上简化)[12]。
图2 物联网参考模型
图3 基于物联网的智慧校园参考模型
可以看出,图3所示参考模型中,数据标准是前提,安全体系是保证,是在物联网参考模型的基础上,增加和修改部分层次而得到的。事实上,通过考察互联网的发展历史,可以发现这些智慧校园参考模型渊源于计算机网络参考模型(OSI,Open System Interconnection)。
OSI参考模型是为了统一和兼容网络发展的繁杂和无序状态,形象地总结、描述和规范已经发展起来的计算机网络体系结构和协议,研究复杂的计算机网络系统而采用分层的思想构建的分析方法。OSI的提出,并没有在多大程度上促进计算机网络的技术和标准的统一,反而是已经在运行并且蓬勃发展中的TCP/IP参考模型(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)成为后来计算机网络发展的事实上的标准模型[13]。
OSI尽管由于功能层数太多稍显复杂等诸多原因未成为事实上的标准,但它的积极作用之一则是使分层的思想深入人心。分层成为网络设计中常用的方法,其优点是将复杂通信问题,按数据或信息的流动过程,通过模块化的功能层次,划分为一个个的功能层,将复杂的系统逐步处理,提高其效率和兼容性,最终获得较为简便的处理方法。从教育信息化早期的校园网,直到数字校园,这一思想均被广泛应用。数字校园被认为是一个较为复杂的生态系统,包含了“规划与设计、校园文化、基础设施、应用系统、数字化资源、保障条件、数字化服务、服务对象”等诸多要素[14],采用分层模型对其进行原型设计遂成为数字校园建设与研究的常用方法。
教育信息化发展到智慧校园阶段,分层设计思想得以延续。如上页图3所示即是这一思想的体现。智慧校园中的数据和“信息流动”,即数据及其逻辑流向。泛在用户(办公室、教室、机房等处,智能终端)、视频监控数据、感应设备智能感应数据、用户消费等行为数据通过信道和应用平台或接口同数据库进行互动,对数据的分析通过相关应用进行,分析结果可视化呈现给用户。在结果到达用户之前,数据要经过一系列协议和标准的转换,其采集、传输、存储、分析、呈现是一个复杂的过程,这个过程是智慧校园建设过程中的技术和管理人员所要面对和处理的,对用户来说是透明的。用户需要的,只是信息和数据分析之后的结果。因此智慧校园的智慧性设计应该有明确的原则。
上页图3的另外一个明显的特点是:以技术和管理为中心,不自觉地表现出信息化管理人员的自我中心主义。虽然技术是因为人的需求而诞生的,本身即有以人为本的因素,设计时也是面向服务的,同时这种设计思路对信息化实施者自己的管理和维护也是有利的,但却忽视了智慧校园建设的最终目的,是为了给广大师生提供一个安全、便捷、智慧的生活、学习和工作环境,是为了利用信息技术促进教育教学效果的提升,最终是为了人的发展,即学生和老师的素质和综合能力的提高—即从设计规划开始,一切以有利于技术实施和工程建设以及后期管理的方便或者有利为前提,在方便施工与管理的前提下,实施相应的应用与服务。实质上,这脱离了教育的最终目的,不符合教育现代化语境下的教育理念,也表明智慧校园的智慧性设计需要理论层面的探究,需要教育学、设计学、教育信息化等理论的指导。若在智慧校园的建设中,依然采用这种参考模型,则可能会引起一些误导。
因此智慧校园智慧性设计的原则应当是,在教育目的和现代化教育理念即相关理论的指引下,以人为本、教与学为中心,优先应用和服务提供,在满足用户需求的前提下,综合考虑技术和管理方案,以润物细无声的境界,将信息技术融入教学当中,构建稳定、灵活、便捷、安全、科学、广泛参与的智慧校园模型。
智慧校园模型的构成首先要体现以用户为中心的理念,同时要包含系统构成和建设实体及其相互关系,还要体现出技术手段和智慧表现。基于以上所提出的设计原则,改进后的以用户为中心的智慧校园参考模型,如图4所示。
图4 用户中心的智慧校园参考模型
智慧服务理念跟技术与管理是互动关系,体现出智慧校园及其建设的广泛参与:服务理念属于顶层设计,理念需要充分评估教师、学生以及各部门员工的需求,以满足需求为动力,以满足教学需求为目标,充分互动,产生螺旋式上升的效果。智慧信息通道包括了智慧校园中各种数据传输所需的信道,同时是智慧环境的要求和组成之一。智慧信息平台则为用户提供最简洁、自适应、可定制的接口,用于展现、体验智慧校园和分析结果,由于用户的多样性,需要支持各种类型的终端。技术与管理是智慧校园的有力支撑,是智慧校园建设落地的最终手段,也是建设的结果之一,是平稳运行的保证,但技术与管理已不是智慧校园建设所要考虑的核心内容,因为智慧校园的核心是用户。其中的管理包含了智慧校园内的管理和对智慧校园本身的管理两方面的内容。
此模型的优点是既体现用户为中心进行智慧设计的智慧服务理念,又表达适当的分层设计思想,以利于技术实现;智慧校园的系统构成和智慧体现,也适当表达在该模型中。对比以前的设计原则与方法,多以技术和系统本身管理为中心,该参考模型也做出了改进,对智慧校园的实施是比较有利的。
展望智慧校园的未来,我们期望这一天早日到来:技术真正“消失”一在我们的生活中,我们正在无意识地使用与体验中[15]。
信息化教育的好处不言而喻。从计算机单机到互联网,到物联网、云计算、移动计算,再到大数据,每一次技术的进步与更新,都能为我们提供对学校教育的新的认识视角和研究视角,我们也有机会深入了解、重新认识教育及其发展规律。智慧校园的建设即是教育信息化进程中,信息技术与教育教学深度融合的新的探索,既是教育信息化的目的,又是教育信息化的手段和工具。然而智慧校园不是一蹴而就,不是想当然,必须在教育目的和现代化教育理念等理论的指引下,以人为本、以教学为导向,以用户为中心,精心设计。信息技术和信息化本身是以人为本的,关键是要做好设计,并把智慧要素体现到设计中,真正让技术和管理对用户透明,促进教学改革,提高教学效果的效用。
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于长虹:在读硕士,讲师,研究方向为计算机网络及其应用(ych@lynu.edu.cn)。
王运武:博士,讲师,研究方向为数字化学习技术与环境、教育信息化、学习科学与技术、数字校园、战略规划(jiaoyujishuxue@yeah.net)。
马武:教授,硕士生导师,研究方向为教育技术、教育信息化、计算机应用。
2014年6月6日
责任编辑:李馨 赵云建
A Research on the Wise Design of the Smart Campus
Yu Changhong1,2, Wang Yunwu1, Ma Wu2
(1.Education Research Institute, Jiangsu Normal University, Xuzhou Jiangsu 221116;2. Network and Educational Technology Center, Luoyang Normal University, Luoyang Henan 471022)
With the deeper understanding of the importance of education informatization and further research and application of education informatization, the expectation of informatized campus becomes higher and higher. In reality, the emergence of smart campus heightened the level of informatization, ful fi lled the expectation and met the political demand to some extent. Nevertheless,the research on wisdom campus is far from being satisfactory in the perspective of notion. It had been taken for granted and simpli fi ed. Based on the summary of the current researches and the analysis of the reference model, connected with the components of the wise design of the smart campus and its wise manifestation, the paper expatiates on the theoretical foundation, methods and principles of the wise design and brings forward an ameliorated, user-centered reference model of smart campus.
Smart Campus; Wise Design; Wise Manifestation; Reference Mode
G434
A
1006—9860(2014)09—0007—06
* 本文系教育部人文社会科学研究青年基金项目“教育信息化战略规划的理论与方法研究”(项目编号:11YJC880121)、河南省科技厅科技攻关项目“基于PON—FTTH的高校信息化建设项目研究与应用”(项目编号:132102210395)、河南省科技厅科技攻关重点项目“全民科学健身网络咨询系统的研制与开发”(项目编号:122102310040)的研究成果。