智慧校园建设总体架构模型及典型应用分析*

王 燕

(1.南阳师范学院 新闻与传播学院，河南 南阳 473061)

智慧校园建设总体架构模型及典型应用分析*

王 燕

(1.南阳师范学院 新闻与传播学院，河南 南阳 473061)

智慧校园是信息化发展的新阶段。在从数字校园到智慧校园的建设过程中，加强智慧校园的顶层设计，构建智慧校园建设的通用架构模型具有十分重要的意义。在智慧校园中开展典型应用对于推动智慧校园的建设和应用进程具有良好的示范带动作用。为了探索智慧校园的建设模式，该文在分析智慧校园的内涵特征和关键技术的基础上，设计了智慧校园建设总体架构模型。该模型从下到上依次分为感知层、网络层、数据层、应用层和服务层，通过构建信息标准与规范体系、运行维护与安全体系来保障智慧校园的规范建设与运行维护；然后从智慧教育、智慧科研和智慧管理方面分析了智慧校园的典型应用，为智慧校园的示范推广应用提供参考。

智慧校园；智慧教育；智慧科研；智慧管理；大数据

随着云计算、物联网、移动互联等新一代信息技术的应用，教育信息化迎来了新的发展机遇。传统校园经由电子校园、数字化校园阶段，逐步迈向智慧校园阶段，智慧校园主要是通过综合信息服务平台，依托物联网、云计算、移动互联、社交网络、大数据等关键技术支持，集成了校园的分布式信息系统资源，为广大师生提供了全面、协同的智能化感知环境，为教学、科研、管理和生活提供智能化、个性化、便捷化的信息服务。

一、智慧校园的内涵特征

就智慧校园的内涵特征而言，物联网、教育技术学等不同领域的专家给出了不同侧重点的定义。黄荣怀提出了“智慧学习环境”的概念，认为智慧校园具有环境全面感知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境、师生个性服务等五个方面的特征[1]。蒋东兴认为智慧校园具有互联网络高速泛在、智能终端广泛应用、团队协作便利充分、集体知识共生共荣、业务应用智能融合、外部智慧融会贯通等六个方面的特征[2]。纪佩宇认为智慧校园具有无处不在的互联网络、全面感知的校园环境、广阔开放的学习环境、智能化的数据处理和个性化的应用服务等五个方面的特性[3]。结合学校的实际应用和上述专家的观点，智慧校园具有如下特征：

1.宽带网络互联高速泛在

智慧校园在建设过程中更加注重移动互联网和物联网，为校园中的人与人、物与物、人与物之间实现全面的互联、互通，为各种随时、随地、随需的应用提供宽带、高速、泛在的基础网络环境。

2.智能环境感知实时全面

各种智能感应技术，包括光线、方位、影像、温度、湿度、位置、红外、压力、辐射、触摸、重力等技术得到了广泛应用，从而能够实时获取各种监测信息。

3.业务应用智能全面融合

智慧校园实行开放、协同、整合的信息化架构，充分发挥整体效能。运用智能融合技术实现对海量数据信息的存储、计算和分析，特别是通过人的“智慧”参与，进一步提高决策支持能力。

4.海量数据智能挖掘分析

依托智慧校园采集的海量数据，通过构建数据挖掘模型，设计合理的分析及预测方法，融合全面的数据信息，进行智能推理和挖掘分析。

5.智能服务友好、个性便利

智慧校园强调个性化的服务理念，针对不同类别的用户提供个性化的功能应用组合，向用户呈现友好的服务界面，提供便捷化、个性化的服务。

二、智慧校园的关键技术

智慧校园建设广泛运用云计算、物联网、移动互联、社交网络、数据挖掘、知识管理、大数据、虚拟化等技术，强调以人为本、互动参与的先进理念，从而构建支持智慧教育发展的信息化环境。

1.云计算

云计算为智慧校园提供了新的服务模式，它是对分布式、虚拟化的存储和计算资源进行动态分配、部署，根据用户需求向用户提供相应的存储、计算和平台服务。云计算具有虚拟化、高可靠性、超大规模、高可扩展性、按需服务等特点，提供基础设施即服务(LaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)等服务方式。

2.物联网

作为互联网的延伸，物联网上实质上是物物相连的互联网。它通过传感器技术、RFID、嵌入式等关键技术实现对服务对象的智能标签和智能控制。在智慧校园中，借助物联网技术能够实现对校园的仪器设备、图书资料、楼宇出入人员等的实时动态管理。

3.大数据

随着云计算机时代的到来，数据出现了爆炸式的增长，大数据受到了越来越多的关注。大数据通常指生成的大量半结构化和非结构化的数据。在智慧校园中，随着云教育平台的建设和应用，校园的各种数据呈现了快速增长，通过从沉淀的海量数据中深入挖掘和建模分析，为学校的政策制定和决策提供科学依据，更好地服务智慧管理决策[4]。

4.移动互联

移动互联是移动通信技术和互联网的结合统一。在智慧校园中，它提供了泛在、高速的基础网络环境，为师生在校园中随时、随地获取和处理网络信息，为开展灵活自主的网络学习和交流互动提供了开放的基础网络条件。

5.社交网络

作为一种社会化的网络服务方式，社交网络提供了新型的交流沟通和信息服务模式。社交网络以其传播速度快、成本低、互动性强等特点成为大学生们维系实体社会关系、展示自我和互动交流的首选方式。在智慧校园中，社交网络为师生的个性化协作学习提供了帮助[5]。

三、智慧校园建设总体架构模型

(一)智慧校园功能应用需求

1.综合的统一管理平台

智慧校园建设项目涉及的子系统繁多，周期长，规模大，根据目前校园信息化建设的发展趋势，智慧校园的终极目标是建成一个集信息汇集、资源共享、应用整合和综合运营为一体的统一管理平台，能够提供集成服务，诸如数据集成、流程集成、用户界面集成等，有效改变教育系统各部门、院校对信息资源的垄断和封闭的局面，从而实现区域或校园数据资源的共享，避免重复投资，从整体上提升教育信息化建设水平。

2.一站式服务需求

现有的数字化校园应用重管理轻服务现象严重，为师生提供的信息服务不够全面，数字化校园多采用“技术导向”的思维模式，在实施过程中表现出明显的“重建设、轻应用”偏向，一方面影响了教育信息化投资效率的发挥，更为重要的是对促进教育改革、推动学习方式变革、提高教育质量的影响甚微。

智慧校园的建设是实现业务的整合贯通，通过信息门户，提供面向师生的一站式服务。

(1)面向校园管理的服务

借助于现代信息技术，实现对校园的基础设施和日常管理应用进行统一规划、设计、建设和运营，从校园的通信网络、信息安全、日常办公、安全防范等方面实现对校园管理的服务支撑。

(2)面向教学过程的服务

智慧校园的建设要能为多层次学历教育和专项技能培训的教学过程提供各种应用服务。

(3)面向校园生活的服务

教职员工和学生作为校园活动的主体，除了工作、学习在校园，还要生活在校园。所以，完善的校园生活服务是必须具备的，诸如日常生活中的用水、用电，食宿消费，信息查询，图书借阅、医疗健康等应用服务应力求人性化。

(二)智慧校园建设应遵循的原则

1.统一标准，资源共享原则

智慧校园的建设需要充分考虑相关信息系统与学校所在市、省教育信息资源的共享，建立信息资源共享机制，充分利用网络基础、业务系统和信息资源，加强整合，促进互联互通、信息共享，使有限的资源发挥最大的效益。

2.开放性原则

智慧校园的建设要对各应用系统的开发平台、数据库和运行环境进行统一考虑。智慧校园在后期的应用过程中，校园网上的应用和资源会越来越多，如果对各项应用缺乏有效的组织和管理，技术升级存在风险，那么，业务系统维护的成本将会不断增加。因此前期的建设必须考虑学校未来需求的变化和扩展，通过开放性的平台进行持续改进，并能够实现更加方便的系统维护。

3.以平台为框架，无缝集成学校已建和今后新建的业务应用系统原则

在符合国家教育部和行业标准的体系指导下，建设智慧校园数据标准，以智慧校园平台为框架，无缝集成学校已建和新建的业务应用系统，促进数据利用的最大化。最大程度融合数据交换集成、用户管理、统一身份认证、业务数据整合、信息资源展示等，以标准、数据、应用、用户作为重点要素为主线进行规划和建设。

4.先进性原则

系统设计采用先进的智慧校园理念、先进技术和先进的系统工程方法。建设一个可持续发展的、具有先进性、开放性的智慧校园。

5.系统安全性原则

在系统软设计与建设中，应该充分考虑数据安全、网络安全，传输安全，管理安全等系统的安全。

(三)智慧校园建设总体架构模型

从数字校园到智慧校园，需要融合全新的服务理念、全面的管理业务和信息共享机制，优化流程，提升管理水平。基于智慧校园功能应用需求和设计原则，智慧校园的总体建设思路如图1所示。

图1 智慧校园总体建设思路

在借鉴国内多所高校智慧校园规划建设模式的基础上，我们设计了智慧校园建设的总体架构模型，如图2所示。该模型从下到上依次分为感知层、网络层、数据层、应用层和服务层共五个层次，辅以信息标准与规范体系、运行维护与安全体系两个保障体系保障智慧校园的规范建设与运行维护。

图2 智慧校园建设总体架构模型

1.感知层

在智慧校园中，通过无处不在的传感器、摄像头及各类应用系统，感知层对校园的人员、设备、资源等环境的全面感知，具体包括物与物的感知、人与物的感知以及系统间信息的实时感知、捕获和传递等。这就要求传感器不仅要实时感知人员、设备、资源的相关信息，还要感知学习者的个体特征和学习情境[6]。

2.网络层

网络层的主要功能是实现移动网、物联网、校园网、视频会议网等各类网络的互联互通，实现校园中人与人、物与物、人与物之间的全面互联、互通与互动，为随时、随地、随需的各类应用提供高速、泛在的网络条件，从而增强信息获取和实时服务的能力。

3.数据层

数据层负责对收集到信息的全面集成、数据挖掘和智能分析。依赖智慧校园中沉淀的多源、海量的非结构化和结构化数据，所有这些数据通过Hive-Hadoop集群进行挖掘，数据分析和处理的结果存储在专用数据库中供系统和用户使用。智慧校园以实现个性化服务为目标，客观上要求对校园用户的实际需求进行挖掘。校园网、无线网、一卡通、MOOC、e-Learning系统、社交平台等系统的海量日志蕴含了用户日常学习、生活等网络行为习惯和爱好，这为通过数据挖掘提升用户的使用体验，改进服务流程和提高服务质量提供了条件。

4.应用层

应用层主要提供个性化服务、智能决策服务等。通过教务管理系统、科研管理系统、人事管理系统、财务管理系统、资产管理系统等典型业务系统，以及传感系统、视频监控系统、社交网络系统等新型业务系统，各种应用系统高度融合，构建开放的学习环境，最终实现为师生提供个性化、智能化的应用服务。

5.服务层

智慧校园通过对各种服务的融合，展现在用户面前的不再是一个个孤立的应用系统，而是统一、友好的使用入口界面—综合信息服务平台(统一信息门户)。统一信息门户提供统一的接入门户和入口界面，针对不同授权角色的用户，提供个性化的信息服务。用户只需访问个性化的校园门户，就可以进行各种信息资源的查询、交互与协同。同时，通过信息化的服务方式提高了管理效率和管理水平，有助于监控服务质量，提高服务能力。

6.信息标准与规范体系

信息标准与规范体系确定了信息采集、信息处理、信息交换等过程的标准和规范，规范了应用系统的数据结构，满足了信息化建设的要求，为数据融合和服务融合奠定了基础。

7.运行维护与安全体系

运行维护与安全体系是智慧校园正常运行的重要保障。智慧校园中的安全涉及物理安全、网络安全、数据安全和内容安全四个方面[7]。物理安全包括设备安全、环境安全、容灾备份、介质安全等。网络安全包括风险评估、安全检测、数据备份、追踪审计、安全防护等。数据安全主要涉及数据库安全、数字签名、认证技术等。而内容安全主要包括数据挖掘、隐私保护、信息过滤等内容。

四、智慧校园典型应用分析

1.智慧教育

智慧教育是教育信息化的新境界，是数字教育的高级发展阶段。智慧教育依托物联网、云计算、大数据等技术，建设智能化、物联化、感知化、泛在化的教育生态系统，构建支持协作学习和个性化学习的智慧学习环境，实现信息技术与教育业务的深度融合，通过运用智慧教学法，促进学习者开展智慧学习，培养智慧人才[8-9]。另外，智慧教育以学习者为中心，提供微课、电子教材、移动课件、MOOCs等开放学习资源，支持云学习、泛在学习、无缝学习等学习方式。作为智慧教育的一种典型应用，智慧教学模式如图3所示[10-12]。

图3 智慧教学模式

2.智慧科研

在智慧校园中构建智慧科研服务平台，对科研的方向、成果、动态等进行跟踪，对科研工作进行智能管理，科学研究活动的开展将变得更为快捷、高效和便利[13]。在科研项目申报过程中，教师申报的过程将会更为便捷，科研项目申请表中个人的基础信息将可以实现自动填报，还能主动推荐合作成员，校内团队成员的基础信息也能实现自动添加。在科学研究活动过程中，智慧校园将提供更加智能的知识管理服务、高效的协同支持服务、便利的科研项目事务管理服务等，使得研究工作更加高效、协同。另外，智慧校园还能实现科研成果的智能汇集和跟踪。例如，发表论文被引用、检索的自动跟踪，科研成果的自动汇集和统计等。

智慧科研典型应用的功能结构如图4所示。

图4 智慧科研典型应用的功能结构

3.智慧管理

随着物联网、大数据等先进信息技术的应用，教育管理将逐渐向智慧管理方向发展。智慧管理通过智慧管理云服务平台，为教育管理提供数据集成、数据挖掘、运行状况实时监控等业务支持，实现教育管理智慧决策，教育管理可视化、实时监控安全预警和远程督导功能，从而提高教育管理的智慧化水平[14]。

在智慧校园环境下，充分利用大数据创新服务管理的方式，优化管理决策。利用数据挖掘，为学校、各业务部门和院系提供分级、分类授权的统计信息报表，从而为各种科学决策提供基础的数据支持[15]。根据各业务部门的实际需求，对全校不同类型的多源数据进行综合统计和分析，通过横向和纵向的比较，发现存在的问题，采取相应的措施，辅助管理决策，从而提高学校的管理水平。例如，可以开展教学评估效果与人才培养模式的决策支持、科研和学科发展状况与激励政策的决策支持、师资队伍建设状况与人才激励政策的决策支持、学校财务状况与相关政策的决策支持等。

五、结束语

基于统一管理平台的智慧校园建设方案，结合了当前热门的物联网、云计算等技术，它的主要优势可以体现在两个方面：首先在于实现比数字化校园更高程度上的智能化，能够满足当前学校师生用户的个性化要求；其次是有利于资源的融合、人力物力等成本的节约，能够推动学校信息化建设早日实现高效化和低碳化。但该设计方案的事实会面临一系列的挑战，比如，各类各级系统的兼容性不强，优质的原创和创新性资源匮乏，网络教学创新、优化调整的难度较高等，也就是说学校原有的架构是智慧校园建设和发展的瓶颈。当然，随着社会的发展，科技的进步，智慧校园的建设也在不断发展和进步，后续的研究将更多地关注对智慧校园建设的典型模式分析与优化，对智慧校园的典型应用模式进行跟踪分析，以及对智慧校园建设应用的效益评估与优化等。

[1][6]黄荣怀,张进宝,胡永斌等.智慧校园:数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究,2012,(4):12-17.

[2]蒋东兴.“云端一体化”高校智慧校园畅想[J].中国教育网络,2014,(1):49-52.

[3]纪佩宇,聂明辉.江苏警官学院:打造智能化智慧校园[J].中国教育网络,2014,(2):65-67.

[4][15]宓詠,赵泽宇.大数据创新智慧校园服务[J].中国教育信息化,2013,(24):3-7.

[5]胡钦太,郑凯,林南晖.教育信息化的发展转型:从“数字校园”到“智慧校园”[J].中国电化教育,2014,(1):35-39.

[7]张新刚,田燕.数字化校园信息安全立体防御体系的探索与实践[J].实验技术与管理,2012,(10):114-119.

[8]杨现民.信息时代智慧教育的内涵与特征[J].中国电化教育,2014,(1):29-34.

[9]贺斌.智慧学习:内涵、演进与趋向—学习者的视角[J].电化教育研究,2013,(11):24-33.

[10]祝智庭,管珏琪.教育变革中的技术力量[J].中国电化教育,2014,(1):1-9.

[11]祝智庭,贺斌.智慧教育：教育信息化的新境界[J].电化教育研究,2012,(12):5-13.

[12]刘俊.智慧教育环境及其实现方式设计[J].中国电化教育,2013,(12):20-26.

[14]荣荣,杨现民,陈耀华等.教育管理信息化新发展:走向智慧管理[J].中国电化教育,2014,(3):30-37.

王燕：副教授，硕士，研究方向为网络教育教学与研究(wylggg@126.com)。

2014年6月13日

责任编辑：李馨 赵云建

Smart Campus Construction Overall Architecture Model and Typical Applications Prospects

Wang Yan

(College of Journalism and Communication, Nanyang Normal University, Nanyang Henan 473061)

Smart campus is a new stage of development of information technology. From the digital campus to the smart campus, it has very important signi fi cance that strengthens the top-level design of smart campus and builds the overall architecture model of smart campus. Typical applications carried out in the smart campus has a good role model to promote the construction and application process for the smart campus. In order to explore the construction mode of smart campus, the overall architecture model is designed based on the analysis of connotation characteristics and key technologies of smart campus, which includes the perception layer, network layer, data layer, application layer and service layer from bottom to top.Construction standard and operation maintenance of smart campus is ensured through information Standards, Standard system, Operation maintenance and Security system. Finally this paper prospects typical applications of smart campus through smart teachings, smart experiment ,smart research and smart management.

Smart Campus;Smart Education;Smart Research;Smart Management;Big Data;

G434

A

1006—9860(2014)09—0088—05

* 本文得到河南省科技厅软科学研究计划项目“生态文明语境下的高校影视教育研究”(项目编号：132400411359)、河南省教育厅自然科学研究项目“基于云服务的数字化校园建设与应用研究”(项目编号：13A520815)、河南省信息技术教育研究项目“基于云计算的数字化校园建设与应用研究”(项目编号：ITE2011)的资助。