基于大数据的智慧校园平台设计与应用

胡伏湘

（长沙商贸旅游职业技术学院 科研与发展规划处，湖南 长沙 410116）

基于大数据的智慧校园平台设计与应用

胡伏湘

（长沙商贸旅游职业技术学院 科研与发展规划处，湖南 长沙 410116）

智慧校园是依托大数据、云计算、物联网等新一代IT技术搭建的实施智慧教育的信息化平台。文中从智慧校园的内涵入手，分析了智慧校园的需求，研究了以大数据为关键技术的智慧校园总体框架和数据中心的设计方法，并探讨了智慧校园平台的五种典型应用：线上线下混合式教育、量身定制个性化培养、促进教师学术水平的提升、教学质量的智能考核与评价、管理质量和管理效率的提升。

大数据；智慧校园；智慧教育；教学模式

以云计算、物联网、大数据为典型代表的新型IT技术极大地推动了社会的变革，人们的工作、生活方式发生了巨大的变化。获取知识的途径从课堂和课本走向多元化，利用网络和移动终端进行学习逐渐成为信息时代的主要方式。传统教育模式面临前所未有的挑战，以信息化带动教育的现代化已经上升到国家策略的高度[1]，因材施教，充分激发学习者的潜能，让教育教学更具智慧，让学习过程更有个性；让管理更加高效，让质量评价更加精细化，这既是技术进步的必然产物，也是时代赋与教育的使命。依托大数据技术，将互联网资源和校内各个业务系统的数据贯通起来，搭建智慧校园平台，实施智慧教育成为可能。

一、智慧校园的内涵

智慧校园是在数字校园的基础上发展起来的，但不只是技术的简单升级，是信息技术支持下的新型教育环境，是将Internet/Intranet、无线传感器网络WSN、移动通信网络、WIFI网络连接起来形成的教育生态系统[2]，是促进教学理念、学习方式和管理模式变革的智慧教学环境。黄荣怀[3]、余胜泉[4]、祝智庭[5]等学者从不同的角度提出了智慧学习环境和智慧教育环境的构想，是支持教育共同体的组建并协同开展教育活动的智能化空间和条件，它以学习者为中心，通过技术手段智慧感知教学主体和管理情境，为开展教学活动提供个性化的资源、工具和服务，为教育共同体的生成输送智能组件。以大数据为基础的智慧校园具有五个方面的特征[6]：

（一）每个参与者有具体的定位

智慧校园的出口包括学生、老师、职能部门、决策者和社会相关人员，也就是说，与人才培养相关的每一种人都可以在智慧校园中找到合适的位置，其中师生是最核心的角色，以学生（学习者）为主体，以老师（教育者）为主导，提供教学资源和教育引导，以职能处室为支撑，为教学提供保障，为决策层提供统计分析数据，为决策提供宏观信息，同时为社会提供人才培养需求和选拔相关信息。

（二）全面感知

具备智能是智慧校园的核心，通过云桌面、传感器、射频RFID、监控、二维码等技术以及各种嵌入式和穿戴式设备，感知物理、情境和社会等教育环境，为各级各类人员智慧推送相关信息，用户不同，则权限不同，得到的数据和可以操作的内容也不一样。

（三）泛在教学活动

支持教育共同体各方在任意时间、任何地点、任意方式进行无缝接续的教育、学习与管理接口[7]，APP、微信、PC端登录均可成为有效方式，提供无处不在的教育支持，碎片化时间和微学习过程得到充分利用。

（四）个性化

智慧校园依靠泛在网络与学生的全部上网行为连通，其学习过程、消费情况、聊天信息、社交活动都被全部记录在数据中心，容易利用数据挖掘算法对其活动轨迹和发展趋势进行画像，因材施教、个性培养成为可能，量身定制不再困难。

（五）虚实结合

在行政班级、实体课堂、师生面对面交流等传统教育的基础上，虚拟社区、虚拟班级、云课堂、跨专业学习共同体成为良好补充，通过网络资源和课堂管理系统，即使从未谋面的人也可以是同学，老师不一定要见面，考核可以在网上进行，成绩单是电子的，校际学分互认，这些都在智慧校园平台上得到实现。

二、智慧校园平台需求分析

智慧校园通常是采用集成、合并、升级改造、新建业务模块四种途径，在原有业务处理系统或信息化校园的基础上利用大数据技术建设而成，主要包括五个方面的需求。

（一）信息孤岛的消除

智慧校园建成之前，学校存在有大量的业务处理系统，设有单独的服务器和数据库，分散在不同地理位置，历史数据独立保存，登录账号和操作风格各不相同，底层架构无法统一，这些信息孤岛耗费了大量的软硬件资源和管理成本，应用和维护难度大，消除信息孤岛是智慧校园平台首先要实现的目标。

（二）数据的贯通

智慧校园是学校信息化达到一定程度的内生需求，原有的各个业务系统并不能废除，历史数据不能清空，而是要无缝移植到新的平台上，通过服务器虚拟化和云桌面技术建立数据中心，各独立系统集中在中心机房汇聚，以虚拟存储的方式共享服务器硬盘资源，实现数据的全线贯通和统一管理。

（三）统一门户，单点登录

智慧校园为每个用户配备唯一的登录账号和密码，并提供相同的初始界面，使各个松耦合的业务系统集成为统一的整体，一次性登录后即可自由切换到不同的信息处理模块，避免多次登录不同系统的麻烦。用户登录后，系统能自动识别用户的角色，分配不同的权限，从而产生不同的工作界面，所能看到的内容和执行的操作会因用户的类型不同而不同。智慧校园的用户通常设计为学生、教师、部门负责人、校领导和社会访客五种类型，还可以添加教研室主任、班组长、主办干事等类型。

（四）数据全程记录，考核评价用数字说话

用户可以从PC端、APP和微信三种方式登录进智慧校园平台，发帖、跟帖、讨论、资源上传与下载、观看视频、练习和考试、申请与批复全部在网上进行，基本不再需要纸质文稿，签名采用电子印章统一授权认证，这些信息被全程记录到数据库，作业批阅情况、课程学习和考试、成绩评定、教师年度考核、评先评优均根据指标体系自动生成，一切用数字说话，从机制上杜绝了人情分和印象分等不合理现象。

（五）促进教育教学模式的改革和管理手段的智能化

以学生为中心的教学方式，通过多元取向激发学习动机，随时随地让学生接触学习入口，提供丰富的学习资源以及技术支持与服务教学，突破传统教学过程中局限于教室和课堂的限制[8-9]。利用电子书包以及泛在的网络文献，形成兴趣导向的学习理念，结合个人职业生涯规划、学习计划，依托智能教室以及大数据平台，建立以学生为主体、以教师为主导的多元化学习与创新模式，形成资源共享与教学交互的良性循环[10]。依托教育大数据信息管理平台有效地对学生、班级、教职员工、部门进行管理，能智慧分析学生的特长爱好以及教师的研究方向，定制或者推送个性化信息，促进专业水平的提升。

三、智慧校园架构设计

智慧校园包含许多模块，最重要的部分是总体框架和数据中心，其它业务系统可以根据具体需求采用不同的技术实现。

（一）总体框架设计

智慧校园总体框架由底层到应用可以分为五层，如图1所示。

基础设施层：主要是由硬件组成，用于完成数据的采集，信息来源包括校园网（已经连接因特网）、物联网、无线WIFI、传感器网络等，这些原始数据存储在数据中心机房的服务器中，通过云存储和虚拟化技术，将不同业务模块得到的数据存放在不同的区域中，虽然相互连通，但在过滤清洗之前，不能向用户开放。

图1 智慧校园总体框架

数据支撑层：利用云计算、大数据、虚拟化、物联网等，将底层基础支撑和上层业务数据、应用、中间件进行统一整合服务，对外提供统一管理、统一数据、统一业务支撑；完成所有资源管理和状态监控，资源动态调配和安全管理。基础支撑层和数据资源层是学校将建立统一的政策法规与信息标准体系信息安全与运行维护体系，为建设数字化校园提供相关保障，实现规范化管理，保障信息化建设顺利进行。

数据资源层：包含智慧校园统一数据中心、数据交换中心、标准数据、中间件、文件数据等，为整体智慧校园提供大数据支持和统一数据接口，为形成学校特色决策数据提供支撑。通过基础平台将已有应用系统及将来学校陆续建设的业务管理信息系统进行集成整合，实现数据、认证、信息的共享，包含用户管理与授权和用户数据集成，为实现应用间的单点登录提供数据基础。

业务用户层：学校的各业务应用系统，包括学校已有的教学与资源、教务行政、教育空间等，包括现有模块和待建的IT运维等应用系统，涵盖了学校教学、科研、管理、服务等多方面的应用服务。

综合浏览层：智慧校园综合信息服务门户，是基于统一身份认证和单点登录的信息聚合和展现服务，支持个性化的页面设置，为各类各种用户提供统一登录界面和不同的运行操作管理视窗。

（二）数据中心的设计

数据中心是智慧校园的各个业务模块所产生的数据集散地，这也是它与数字校园的本质区别，其功能是将各类业务数据通过网络及传感器等设备采集起来，存储在服务器中，利用数据筛选和清洗加工，形成可以向应用软件输出的二次数据，如图2所示。

图2 数据中心框架

智慧校园的基础数据包括各类账号登录上网后产生的信息、聊天记录、帖子、问题的发起和解答、原有业务模块数据、收发的邮件、上传的文档资料、移动终端相关记录、音频和视频等。这些信息是非结构化的或者半结构化数据，加上数据采集设备得到的信息，构成原始数据，在统一身份认证后，过滤掉无用的那一部分，再经过数据集成、消息集成和内容集成等融合处理后，对数据进行聚类操作，存储到分类数据库中，形成临时库、最终库，提供给应用系统，中间库的数据可以同时向多个应用开放，是根据业务的需要动态产生的。

四、智慧校园平台的应用

以大数据为基础的智慧校园为智慧教育提供了硬件平台，也为教学模式的改革与创新搭建了软件环境，有力促进了信息技术与教育技术的融合，推动着管理理念的变革。

（一）线上线下混合式教育

传统教育以讲授为主，而智慧教育将教与学的互动放在同等重要的地位，教师不仅传授知识，更重要的是教会学生获取知识的能力。线上线下联动，实体课堂与虚拟课堂相配合，行政班级与跨专业学习共同体互补，通过大数据课程管理系统，全程记录学生的学习、练习、疑问和测试情况。备课的内涵得到充分的扩展，制作课件只是最基础的工作，教师用更多的精力进行教学设计，将关注点转移到如何激发学生的兴趣，如何引导学生发现问题、提出问题并寻找最佳解决方案，组织他们通过观察、交流、演讲、辩论等方式，掌握知识和技能，变被动接受为主动要求，提高教学质量。

（二）量身定制，个性化培养

学生从入校开始，就分配了一个认证ID，相当于智慧校园的网络身份证号，其所有学习情况、上传与下载的文件、观看过的视频、各种表格等上网行为被全部记录到数据库中，通过对不同来源同一主题的关联分析，从指定姓名的相关信息中确定其特长和爱好以及存在的问题，作为个性化培养的依据，教师为他专门设计成长计划和导学方案，定期或不定期推送学习资源，在云班级和学习共同体的带动下，让其个人优势得到充分发挥，顺利成才。

（三）促进教师学术水平的提升

依托大数据智慧校园平台，为教师聚焦行业最新动态和发展趋势，定制行业新闻和参考文献提供了便利，为在研课题和申报课题提供研究参考，研究团队不用再频繁进出图书馆，也不必下载大量的文档资料，在数据中心和云图书馆中搜索关键词，即可预订来自世界各国的最新进展和行业动态，虚拟实验室让理论的验证变得极为方便，研究成果的发布和推广快速完成。

（四）教学质量的智能考核与评价

考核是指南针，为下一年度的努力方向提供目标，通过设定评价指标体系，将教师的年度评优评先运用到智慧校园平台上，依托教师评价管理系统，引用教学与科研子系统的相关数据，自动统计各项得分并排序，这种评价方法有效避免了遗漏等现象的发生。课程成绩的评定，通过大数据平台，将学习过程纳入课程考核过程，强化过程考试的作用，用数字说话。在智慧校园中为每个学生分配空间账号，开发课程学习与考试软件，每一个知识点均设计有闯关式考试，这样，学生的上网阅读时间和测试成绩都由系统自动记录，最后创建每一位学生的学习轨迹和小考成绩统计图表，期末考试可以设计项目讲解环节，这样得到的总评成绩既没有忽视最终的学习结果，也充分反映了平时知识的形成过程，避免了抄袭和突击备考现象，更加科学和公正。

（五）管理质量和管理效率的提升

工作流办公自动化的应用、各级各类文档的签收和下发、请示和审批均在网上进行，纸质稿被取代，智能办公室和智能教室会自动检测温度和湿度并开启空调及灯光门窗，刷脸和指针考勤系统会拒绝陌生人进入，防止盗窃事情发生。教师情况、学生情况、后勤管理人员情况及统计表随时可以以图表形式呈现，网络舆情及异常动态随时可查，目前进度与趋势预测随时提供，每个用户均可以由智慧校园平台推送专属服务。

五、结语

以大数据为核心技术的智慧校园是实现智慧教学、智慧学习、智慧科研、智慧评价、智慧服务和智慧管理的硬件平台和软件系统支撑平台，三分在建，七分在用，要从信息化教育转型为智慧教育，一方面需要使用者学会足够的教育技术，如移动课件制作技术、海量信息筛选技术、导学方案设计技术、翻转课堂组织技术等；另一方面，教学的理念需要更新，管理的流程需要优化和重组，这些不是技术能够解决的问题。本文仅仅从平台构建的角度，做了一些探索，并未涉及到教学方法和课程建设方法，作为智慧教育无法回避的问题，是将来要研究的方向。

[1] 陈琳,陈耀华.以信息化带动教育现代化路径探析[J].教育研究, 2013,(11)：114-118.

[2] 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.

[3] 黄荣怀,杨俊锋,胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境-学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究,2012,(1)：75-84.

[4] 余胜泉.突破与转型：数字校园及其智慧化发展趋势[J].中国电化教育,2015,(5)：4-5.

[5] 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.

[6] 赵秋锦,杨现民.智慧教育环境的系统模型设计[J].电化教育研究,2014,(10)：12-18.

[7] 杨现民,余胜泉.生态学视角下的泛在学习环境设计[J].教育研究,2013,(3)：98-105.

[8] Stacey Finkel.New Survey Finds Dramatic Increase in Tablet Owner ship Among College Studentsand High School Seniors[J].The Pearson Foundati on Press.March14,2014.

[9] 柯清超.大数据与智慧教育[J].中国教育信息化,2013,(24)：8-11.

[10] 张奕华.智慧教育与智慧学校理念[J].中国信息技术教育, 2013,(6)：15-17.

G40-057

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1671-5136(2016)04-0128-04

2016-11-18

胡伏湘，男，长沙商贸旅游职业技术学院科研与发展规划处教授、博士、硕士生导师。