中学数字化校园的规划与设计——以山西省某中学为例

☆吕春祥

（陕西师范大学教育学院，陕西西安　710062）

中学数字化校园的规划与设计
——以山西省某中学为例

☆吕春祥

（陕西师范大学教育学院，陕西西安710062）

随着信息技术的发展，校园也进入了数字化时代，这为学校的发展带来了良好的契机。本文结合山西省某中学（以下简称X中学）信息化发展现状，讨论了建设数字化校园的重要意义，并对该校数字化校园进行规划与设计。本文的创新之处在于将“移动校园”手机APP客户端的设计也作为数字化校园规划的一部分。

数字化校园；“移动校园”；规划；设计

一、序言

（一）数字化校园的概念

数字化校园又被称为数字校园，它最早起源于20世纪70年代美国麻省理工学院提出的E-campus计划。数字校园是一个伴随技术应用变化而不断发展的概念，人们理解的层次和内涵不尽相同。黄荣怀［1］认为，数字校园是为了有效支持学生学习，创新和转变教学方式，以面向服务为基本理念而构建的数字化资源丰富的、多种应用系统集成的、相关业务高度整合的校园信息化环境；其宗旨是拓展学校的校园时空维度，丰富校园文化，并优化教学、教研、管理和服务等过程。赵国栋［2］认为在当今信息技术广泛应用的背景下，以提高运行效率、推动管理改革为出发点，高等教育机构在管理、教学、科研、社会服务等方面规划、建设与应用各种现代通信技术工具的过程，可以称之为“数字化校园”。借鉴和总结先前学者对数字化校园的理解，我们对数字化校园界定为：数字化校园是基于现实的物理校园和校园网，利用网络技术和计算机技术等信息化技术和手段，实现资源、环境和应用的全方位数字化，从而提高学校的教学质量和管理效率，推进学校教育信息化进程。

（二）数字化校园的建设背景

在网络技术飞速发展的今天，我们的学习和生活受到了极大的影响。信息技术的迅速发展一方面给学校的传统教育带来了巨大的挑战，另一方面也为学校的改革提供了良好的发展机遇。当下，信息的传递和交换变得越来越便捷，传统校园文化的发展受到极大的冲击，在这种趋势下，旧的教学模式急需改变。同时，教育信息化得到我国政府的赞成与支持，2012年我国颁发了《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》［3］，对基础教育信息化提出了“制定中小学校数字校园建设标准，实现硬件环境、资源、应用水平等全面达标”等要求。为响应国家号召，各省市也通过实施“校校通”和“班班通”等工程来实现中小学校的数字化校园建设［4］。

（三）中学进行数字化校园建设的意义

现代科学技术的发展给教育带来了很大的冲击，数字化校园建设的好坏程度是一个学校信息化水平的重要体现；另一方面，数字化校园的建设水平从侧面反映出该校办学质量的高低，它也是衡量学校地位、形象的重要标志。

当下，我们生活在“信息大爆炸”时代，计算机技术和网络技术的不断发展，极大地影响着我们的生活方式。同时，我们的学习、思维方式也发生了很大的改变。当今世界，教育发展的潮流是教育信息化，传统校园已经不能够适应未来教育的发展方向，变革势在必行。

数字化校园的全面建设和实施能够使教学管理系统得到优化，通过信息系统，校领导能够随时获得来自教师和学生等不同主体反映出的各类有价值的信息，并据此进行教学数据的分析和教学方案的比较，第一时间做出保持原有的教学计划或不断更新更有效的教学计划的决策，使得管理水平和决策效率大大提高。

建设数字化校园的目标之一就是网络要覆盖到整个校园，基于校园网，搭建信息交互的平台。这样一来，数字化校园中的每一个合法用户都能够访问到校园网上的所有资源，从而实现各种信息的交互和快速流动，大大提高资源利用率。

数字化校园通过校园网与外界信息建立密不可分的联系，为学生提供一个开放的、资源丰富的学习环境。学生的学习资源和空间不再局限于课本，学生可以根据自己的兴趣爱好选择适合的材料进行学习，这有利于学生的个性化学习和信息素养的提高。数字化校园本着“以人为本”的理念，使传统的“满堂灌”的教学方式发生彻底的变革，学生真正成为学习的主人，其主动性和积极性得到充分发挥，全面而健康地发展。

二、需求分析

（一）学校概况

X中学是一所独立高中，2009年成功申请省级示范高中。学校占地面积为500亩，有教学楼、行政办公楼、报告厅、实验楼、图书馆、餐厅各一座，学生公寓5栋。学校现有教学班54个，每个教室都有一套多媒体设备。学校各建筑的分布情况如图1所示。

图1　X中学校园平面图

（二）信息化现状

X中学校园信息化现状如表1所示。

表1　X中学信息化现状

（三）总体建设目标

X中学数字化校园建设的总体目标是：以现代信息技术为手段，全校师生的需求为基础，提升和改善学校的教学环境、生活环境、科研环境以及管理环境，为实现学校科研能力、教学水平、管理效率和办学质量的进一步提高提供重要的保障，提高学校的综合实力。

三、数字化校园建设的原则

数字化校园的建设是一项庞大、复杂的系统工程，它的设计是否合理，影响并制约着学校的未来发展。因此，在建设数字化校园的过程中，应该遵循以下四个原则。

（一）总体规划，分步实施原则

总体规划，分步实施是数字化校园建设成功的重要保证。建设数字化校园的各阶段之间具有密不可分的联系，必须统一进行规划，然后按照计划并根据学校各部门之间业务流程和需求的特点，有目的、有步骤地实施。

（二）四结合原则

软硬件的选用应遵循四结合原则，即：先进性与实用性相结合、安全性与可靠性相结合、开放性与标准化相结合、稳定性与可扩展性相结合。

（三）应用系统为主原则

计算机网络要想充分发挥其教育效益，必须依靠建立在它之上的应用系统。应用系统的建设是数字化校园建设的核心内容，只有在丰富多彩的应用中，数字化校园才能体现出它的优势和魅力［5］。

（四）立足实际，持续发展原则

数字化校园的建设应该从学校的需求和实际出发，切不可一味地追求规模的庞大，应该与学校的实际情况相适应，突出学校教育的个性化。同时，技术的不断发展要求数字化校园具有良好的兼容性和可扩展性，这样数字化校园才能够可持续发展，不被淘汰。

四、数字化校园的基础——校园网的设计

（一）基本功能需求

结合学校的实际情况以及未来教育的发展趋势，确定校园网的基本功能如下。

（1）校领导、师生和其他办公人员能够实现各类资源（包括学校内部资源及相关的教育信息资源等）的共享，消除信息孤岛。

（2）能够实现自动化借阅及图书和文献资源的检索。

（3）以校园网为基础，使校园管理系统实现便捷化、透明化和自动化。

（4）可以基于校园网络建设CAI（计算机辅助教学）系统。

（5）依托校园网，师生能够学习网络课程。

（6）能够建设校园门户网站，使其成为向外界展示学校的一个重要窗口。

（7）为全校师生提供一个开放宽松的网络学习环境，如：作业辅导、学习经验交流等。

（二）网络拓扑结构设计

根据建设需求和学校楼宇分布情况，X中学的网络结构设计为分层结构（如图2）。网络中心建在图书馆三层西侧，校园网的服务器、核心交换机等都置于其中。

图2　网络拓扑图

（三）网络技术选型

千兆以太网技术能够保持与以太网和快速以太网设备的兼容，并且能够提供1000Mb/s的数据带宽，到桌面交换为100Mbps，可以满足当前学校内信息的传输要求。另外，与其他速度相当的网络技术相比较，千兆以太网具有设计灵活和价格低等优点，故采用千兆位以太网技术。同时，为了有助于简化网络管理、控制广播风暴、减少设备投资以及提高网络的可靠性与安全性，可根据实际需要划分相应的VLAN［6］。

（四）设备选择

硬件设备是校园网的基础，在选择时必须综合考虑设备的性能、兼容性、可扩展性、价格、售后服务等因素，同时结合学校的资金状况，选择适用、好用和够用的网络设备。

1.核心交换机的选择

核心层是校园网的基本主干，负责整个校园的数据流的传输，综合考虑最佳性价比原则，再结合学校的实际情况，可以选择H3C公司的S10508。

2.接入层交换机的选择

接入层的主要功能是为全校师生及其他用户终端提供网络接入，接入层交换机可选择H3C S3600V2-28TP-SI。

3.Internet接入路由器的选择

路由器可以选择H3C MSR 5600。

4.服务器的选择

服务器是数字化校园平台搭建的核心设备。通常服务器向工作站提供处理器、内存、磁盘、软件、数据库等资源和服务，并负责协调管理这些资源。服务器可选择IBM System x3850 X5（7143VW1），其主要性能指标如下：CPU为8核Intel至强E7-4800 2GHz，标配2颗，最大支持4颗，12MB二级缓存；DDR3内存，标配32GB，最大支持1TB；SAS热插拔硬盘，标准配置900GB；双端口千兆网卡。

5.其他设备选型

为了确保服务器和网络设备的工作安全，需要在网络中心配置不间断电源，可选择APC 10kVA的UPS，其延时可达8小时。

网关可以选择国产品牌，如联想，同时提供相应的网络计费软件。

（五）校园网安全设计

目前，市场上有很多防火墙产品，综合考虑各方面的因素，决定选择H3C SecPath F5000-S防火墙。首先，H3C SecPath F5000-S防火墙的价格对于一个需要建设校园网的县级中学来说是可以接受的；其次，它可以给校园网络提供各种基本功能。利用它的可扩展性，用户可以根据需要方便地扩展流量监控功能和防病毒功能，保证2到7层的全面安全；H3C SecPath F5000-S防火墙还具有强大的攻击防御能力，可以防御地址扫描攻击、ARP欺骗攻击、端口扫描攻击等多种恶意攻击，并且支持黑名单、内容过滤；它的丰富的VPN特性，能够使移动用户、合作伙伴等安全方便地接入校园网；其全面的NAT应用支持，能够提供DNS、FTP等服务；同时，它还可以提供流量统计和日志功能等。这些都是维护校园网络安全所必须的。

（六）综合布线方案设计

校园网作为园区网的一种应用，建筑群子系统可以用光缆来连接，提供的带宽可以达千兆，为以后校园网的扩建做充分的准备。垂直子系统可以采用大对数双绞线，也可以考虑多模光纤。水平子系统可以采用超五类双绞线，因学校的楼宇内均已经铺设了布线管道，所以水平布线可以采用走暗道的方法，通过牵引完成布线。管理间子系统和设备间子系统可以合并在一起，以便于管理［7］。

五、“移动校园”手机APP客户端的设计

随着智能手机的快速普及，基于智能终端的应用需求也越来越大，现有的基于PC的各种应用开始向智能终端平台转移［8］。智能手机和数字化校园的飞速发展，为手机APP校园客户端的兴起与发展提供了良好的契机。手机APP校园客户端的成功设计与开发能够扩大信息交流平台、打造数字校园文化并完善数字化校园体系。

针对本校数字化校园的实际建设情况，X中学“移动校园”手机APP客户端包含学校简介、通知公告、图书借阅、校园服务四个功能模块［9］。

（一）学校简介

本功能是针对学生、家长和校外人士而设置的，旨在让更多的学生和家长通过手机随时了解学校的基本情况，包括学校的概况、现任领导、师资力量、硬件建设等等（如图3）。

（二）通知公告

该模块主要用于及时发布和更新学校的各项公告和通知，包括考试信息、成绩查询、活动信息及其它通知公告等，这样师生可以提前为考试做好充分准备，提前组织策划各项课外活动，以保证活动的顺利进行。通过该模块，师生可以随时随地了解学校的动态（如图4）。

图3　学校简介模块页面图

图4　通知公告模块页面图

（三）图书借阅

该模块主要提供图书、资料的查询和借阅功能，学生使用学号及密码可登陆进入系统，然后查询自己需要的图书及资料，也可以下载部分电子书。登录系统，学生能够看到自己已经借阅的图书书目以及最后还书的期限。教师也可以使用工号进入该系统，使用系统所提供的便捷服务（如图5）。

（四）校园服务

本模块旨在为师生的生活提供便捷，帮助师生了解学校各个服务部门，如餐厅、超市、洗浴中心的服务电话、营业时间、最新优惠活动等。另外，当特殊情况发生时，比如停电，师生可以通过客户端的该模块及时了解到最新消息，以节约时间（如图6）。

图5　图书借阅模块页面图

图6　校园服务模块页面图

“移动校园”手机APP客户端的发展将为数字化校园注入一股新鲜的血液，更加完善数字化校园的建设。

六、其他应用系统设计

（一）数据共享平台

数据共享平台由基于Windows Server 2012操作系统的服务器集群构成。通过在服务器上部署各种校园应用，为用户提供服务，如：Web服务器、应用服务器（包括DNS、DHCP、FTP服务器等）和数据库服务器。该平台将汇集各类数据，是数字化校园建设的核心。

（二）应用支撑平台

应用支撑平台由管理信息、认证信息、门户信息和安全系统组成，通过该平台的规划建设，使数字化校园能够可持续发展，具体可实现以下目标。

（1）规范校内系统的数据信息编码。

（2）系统将统一对所有访客进行身份认证，使访客获得的信息和服务与其身份一致。

（3）全体师生能够随时随地访问学校的资源，系统将提供相应的便捷入口。

（4）当师生访问资源时，系统会自动将全校的信息编码和数据放在统一的数据入口。

（5）该系统能够对网络进行规范的管理，有效地维护网络的正常运行，从而保证网络的安全性。

（三）办公自动化子系统

办公自动化子系统主要是面向校领导以及其他行政办公人员，它以信息化技术为基础，建立高可靠的信息交流与传送平台，能够突破地域的限制，实现远程办公，从而提高办公效率。

（四）财务管理子系统

财务管理子系统能够管理全校教职工的工资发放，学生每学期的学费、住宿费的缴纳等，为师生提供方便快捷的查询服务。学校领导通过该系统能够及时了解学生的缴费情况。

（五）教学辅助管理子系统

教学辅助管理子系统为校领导提供学校每年的招生计划、实际报到人数、生源情况、学生的升学率等，随时掌握教职工的教学状况；为教职工提供课程表、学生的出勤率、教师集体备课等信息；为学生提供成绩和课程查询、注册缴费查询等服务。

（六）校园一卡通系统

校园一卡通系统是数字化校园的重要组成部分，它为数字化校园的建设提供了全面的数据采集和良好的信息共享环境。校园一卡通系统是以软件集成为主、硬件集成为辅的综合信息集成系统，它构建在数字化校园的统一身份认证、统一信息门户、中央共享数据库等基础平台之上，与学校其它业务管理信息系统紧密结合，实现数据共享和交换，组成数字化校园的重要信息采集网络，为学校提供实时可靠的信息来源和决策依据［10］。校园一卡通可以实现如下功能。

1.身份识别一卡通

新一代的校园一卡通能够替代饭卡、借阅证、学生证等多种证件，应用于需要进行身份验证的地方，如：公共微机室、图书馆、办公楼、校门等，为师生的学习和生活提供极大的便利。

2.校园消费一卡通

新一代的校园一卡通包含电子钱包的功能，师生可以在校内的餐厅、超市等任何一台终端机进行刷卡消费，十分便捷。

3.信息管理一卡通

一卡通系统与学校的教学、人事、学籍、奖惩、财务等各部门的信息管理系统对接，实现学校对各类信息的统计、查询、分析，并做出科学决策。

数字化校园的成功建设除了需要先进的现代技术，还需要良好的管理制度和拥有高信息素养的人才，才能更好地发挥数字化校园的功能。为此，在建设数字化校园的过程中，要组织专门的人才来管理和维护数字化校园，并对教师和学生进行必要的培训，以提高师生运用数字化校园的能力。

七、总结与展望

在“云计算”与“大数据”两大技术引领的信息化时代，数字化校园的建设显得尤为重要。随着校园网络的迅速发展和网络应用的不断深入，越来越多的师生对网络依赖较高，因此，建设一个高效、快捷的数字化校园具有非常重要的意义，本文通过对X中学当前信息化建设进行深入调研，做需求分析，并对校园综合布线、校园网络搭建以及校园信息化服务部署做了详细阐述，最后对X中学数字化校园的建设提出一套较为合理的方案。数字化校园为师生的学习和生活等提供了极大的便利，随着教育信息化的不断推进，相信数字化校园会有更加广阔的发展前景。

［1］黄荣怀.中小学数字校园的建设内容及战略重点［J］.北京教育（普教版），2009，（08）：6-7.

［2］赵国栋.从数字校园到电子化民主：高校信息化未来发展趋势的分析与探讨［J］.北京教育（高教），2012，（06）：4-7.

［3］教育信息化十年发展规划编制专家组.教育信息化十年发展规划（2011-2020）［Z］.北京：教育部，2012.

［4］范福兰，张屹，周平红.我国中小学数字化校园发展水平指数实证测评研究［J］.中国电化教育.2013，（12）：34-39.

［5］付宏亮.刍议中小学数字化校园建设［J］.中国教育信息化，2008，（14）：75-77.

［6］傅钢善，杜平.某中学校园网建设方案［J］.中国教育信息化，2009，（22）：69-72.

［7］张军征，李为民等.校园网络规划与架设［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［8］鲁学亮，陈金焘，孙秋瑞，刘臻.移动校园转型实践——基于Web App的移动应用客户端设计与实现［J］.中国教育信息化，2012，（21）：17-20.

［9］张言林，李博，王文博，张财学，张刘通.基于数字化校园的手机app客户端设计初探——东北林业大学“移动校园”手机APP客户端设计［J］.设计，2014，（02）：81-82.

［10］黄项项.校园一卡通系统设计与实现［D］.厦门：厦门大学，2014.

［编辑：郑方林］

G434

A

1671-7503（2015）11-0031-05