基于智慧校园的教学诊断与改进系统研究与实践

谢 川，吴 伟，曾巧灵，盛 飞，孙含元

（杭州职业技术学院，浙江杭州 310018）

近年来，高职院校信息化建设方兴未艾，已从早期数字校园向智慧校园迈进。智慧校园是数字校园的高级形态。基于智慧校园的高职院校教学诊断与改进（简称教学诊改）系统，就是利用智慧校园营造的校园大数据数字环境，对校园各类业务信息即时采集、分析、诊断和预警，进行实时监测、趋势预警、风险防范、决策参考和常态运行管理等，为学校的教学诊改工作有效开展提供切实保障。

一、背景

目前，国内高职院校智慧校园及教学诊改系统建设大致可分为三类。第一类，数字校园有一定基础，各业务信息化系统建设刚刚起步，尚未开始教学诊改系统建设。这类学校的教学诊改往往采用人工采集、线上填报数据的方式进行，一般只能应付教学诊改最基本的需求。第二类，数字校园和核心业务信息化系统建设已比较完备，但各业务系统分散建设且无全校统一数据标准。这类学校，往往已开始教学诊改系统建设，但由于全校性信息孤岛现象严重，无法基于大数据充分开展全景数据采集、数据治理、诊改分析评估及状态监控反馈，因此系统应用绩效不高。第三类，数字校园建设完备，业务系统覆盖全面，数据标准和数据中心建设完成，数据治理及各类智慧应用已经开展。这类学校的教学诊改系统，由于建立在成熟的智慧校园基础之上，大数据采集、处理和分析相对已较全面，各业务系统的数据治理也较成熟，能可靠地支撑学校教学诊改系统的有效运行。通过对国内不同区域的近百所高职院校的调研统计，以上三类的比例分别为26%、62%和12%。

2019年4月1日，教育部和财政部根据国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》发布的《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》（简称“双高计划”）明确指出：高职院校要加快智慧校园建设，促进信息技术和智能技术深度融入教育教学和管理服务全过程，改进教学、优化管理、提升绩效。消除信息孤岛，保证信息安全，综合运用大数据、人工智能等手段推进学校管理方式变革，提升管理效能和水平。对照“双高计划”对教育教学与信息化深度融合的要求，高职院校基于智慧校园的有效教学诊改系统建设明显滞后。我们认为主要原因是许多学校对基于智慧校园的高职教育教学诊改系统顶层设计比较迷茫，对教学诊改系统如何融入智慧校园建设才能取得最高绩效理解不够。如此，在开展教学诊改系统具体建设时难免缩手缩脚。对此，这里我们提供一个基于智慧校园的教学诊改系统研究设计与建设实践范例。该范例通过校企合作已在一所“双高”学校进行了建设实践并取得了较好应用绩效。

二、智慧校园架构

“双高”背景下，高职院校智慧校园建设总体架构考虑由统一服务中心、开放应用和数据服务平台、统一数据中心、统一鉴权中心、数据集成、数据治理和安全运维等组成。智慧校园平台架构设计参考图1所示。

统一服务中心是全校用户的综合信息服务平台，应能提供“智能、高效、所需即所得”的搜索服务，应实现业务服务、数据服务、决策服务的全域搜索，并通过综合索引引擎为全校用户提供安全、高效、精准、丰富的个性化服务。

统一数据中心应包括开放应用、数据服务、共享数据、事务型数据库容灾备份和大数据分析等平台。通过采用数据同步、异步复制等技术将校园所有业务的系统数据同步到共享数据平台，为教学诊改、智慧校园和大数据分析应用等提供统一的数据、应用和接口服务。

数据集成采用自动触发与手工执行的方式，利用发布配置和数据集成管理工具将数据自动导入大数据分析平台。将业务系统数据、互联网和日志数据抽取到大数据分析平台，为基于大数据的教学诊改、领导决策和大数据分析应用提供数据支撑。

统一鉴权中心支持多平台的融合，通过接入协议可实现统一鉴权的接入并实现各类应用系统及平台系统的统一用户、权限和访问管理，实现一次认证登录全平台通行。

三、教学诊改系统架构设计

针对高职院校教学诊改“五横五纵”要求，基于智慧校园从学校、专业、课程、教师、学生五个层面，建立质量保证和运行机制，强化学校教育教学各业务系统间的质量互相依存，构建具备全面预警功能的教学诊改系统。系统性地提供对学校内部质量保证体系的动态监测、评估和预警，提升教育教学管理水平和自我质量保障能力。

（一）教学诊改系统的目标体系

根据教育主管部门要求和学校发展总规划，制定专业、课程、师资等专项建设规划。系（部、分院）依据总规划及专项规划制定专业建设规划、课程建设规划等子规划。以总规划目标为统领，依次分解专项规划、系（部、分院）子规划，编制年度工作计划，形成上下衔接、左右呼应的目标链体系。

1.专业目标链。根据学校专业建设规划的布局和目标，按照“分类指导、全面推进、注重内涵、强化特色、提高质量”的发展思路，构建多级专业建设目标体系。各专业根据学校专业建设规划，从产业现状、岗位能力要求、毕业生就业、用人单位满意度等方面组织调研，利用智慧校园大数据平台、第三方评价、毕业生跟踪调查等数据进行专业与职业发展分析研判，确定建设目标，编制专业建设规划。

2.课程目标链。进行课程建设规划，提出课程建设目标。围绕课程标准、教材建设、课程团队建设、教学方法改革、考核方式改革、实践教学、教学环境建设、数字化教学资源建设等方面，编制各课程建设方案。将建设内容分解到年度工作计划，形成环环相扣、层层落实的课程目标链。

3.教师目标链。按照专业和课程建设规划，分层次进行师资队伍建设规划。围绕数量、结构和水平等按系（部、分院）编制师资队伍建设子规划。教师本人围绕师德师风、教学能力、实践能力、专业建设、教学改革、社会服务等方面编制个人发展规划，并分学期编制发展计划，形成教师目标链。

4.学生目标链。根据专业建设和职业发展总体育人规划，提出相应建设目标。以各类育人工程为抓手，结合对大数据平台、学工管理平台、第三方评价等的数据分析，明确学生成长目标和年度育人计划，根据学校总体目标要求和学生个人实际情况制定个人发展规划，形成学生目标链。

（二）教学诊改系统的标准体系

制定支撑目标实现的质量标准体系。按照决策指挥、质量生成、资源建设、支持服务、监督控制等纵向功能，厘清校内部门归属，明确职责和权限，进一步完善岗位工作标准、服务规范标准、考核诊断标准。

1.专业标准链。专业标准分为运行标准和发展标准。学校可根据专业运行情况，制定新专业开设、专业调整改造、专业撤销等运行标准；专业结合各自发展实际，从人才培养模式、课程与教学改革、教学团队建设、实训条件建设、社会服务能力等方面编制专业发展标准。

2.课程标准链。课程标准分为运行标准和发展标准。学院根据课程运行情况，按照课前、课中、课后等教学环节，制定备课、授课、辅导答疑、考试、教学检查等相关运行标准；各课程结合课程发展实际，以学生成长、职业能力为主线，统筹考虑知识、能力和素质的关系，以教改为抓手，制定各课程发展标准。

3.教师标准链。教师层面标准由师资队伍建设标准和教师个人发展标准组成。师资队伍建设标准参考生师比、师资队伍结构和水平等制定。教师个人发展标准：以品德、能力、业绩为导向，完善教师职称评审标准，创新分类评价方式，激励教师职业发展。根据教师成长规律，按照入职、胜任、成熟和双师等四个发展阶段，分类型设计发展途径，从教师准入、培养、培训、考核等方面制定教师个人发展标准，配套专业带头人选拔标准、骨干教师选拔标准、双师素质教师认定标准等，形成系统的标准链，引领教师专业发展。

4.学生标准链。依据各级教育主管部门有关要求和文件，制定学校学生发展基本标准，包括基础性素质和发展性素质，学生根据学校学生发展基本标准，结合自身情况制定不低于学校基本标准的个人发展标准。

（三）教学诊改系统工作流框架

高职院校的教学诊改工作应以学生培养为中心，以目标链和标准链为抓手，以绩效评价为手段，营造全员参与诊改的良性运行机制。需基于学校发展规划建立学校层面的目标体系，打造“目标链”和“标准链”，建立目标指标库（包含各项诊断指标），设定各项诊断指标的目标值和标准值。同时，应建设任务管理系统并保证与指标库联动。各项诊断指标可以通过任务的形式进行分配、实施、监控、预警和分析，并及时提出改进建议。要构建数字化绩效考核及评价体系，基于任务管理系统数据对部门和个人进行数字化绩效考核及评价；基于任务管理系统数据及绩效考核情况输出各维度诊断报告，并可实时反馈目标指标库进行目标链和标准链的调整。以上工作流程形成螺旋有效闭环，为学校教学诊断与改进提供支撑。

（四）教学诊改系统的建设内容

基于智慧校园的教学诊改系统的建设内容主要有：目标指标库、任务管理系统、绩效考核及评价系统、数字画像系统、人才培养状态数据库、数据采集系统和系统管理等。

1.目标指标库子系统：构建全面覆盖“五横”维度的各项诊断指标，定义每条指标的含义、挑战目标值、底线目标值和预警值，打造科学的目标链和标准链。

2.任务管理子系统：建立完善的任务管理系统，实现任务流程闭环，具备任务创建、任务分解、任务下发、任务实施、任务监控、任务预警、任务分析、诊断报告等功能，有效推动各项诊断指标的落地。

3.绩效考核子系统：构建数字化绩效考核及评价体系，基于任务管理系统数据对部门和个人进行数字化绩效考核及评价。

4.数字画像子系统：构建部门画像、专业画像、课程画像、教师画像和学生画像，基于大数据全面监测各诊断维度的核心发展指标，并支持各项指标的横向对比。

5.数据采集子系统：数据采集子系统包含动态采集（教学、实训过程智能化采集，课堂数据采集）和静态采集（问卷调查、表单库、课堂数据采集）等。各类数据采集手段，增加了诊改数据的来源，可改善目前教学诊改工作数据缺乏的现状。

6.人才培养状态数据子系统：系统对接业务数据，实现状态数据自动计算和实时更新，提升状态数据的准确性和填报效率。

7.系统管理子系统：科学地进行管理员和用户的权限分配和管理。

目标指标库提出各项诊断指标，并定义了目标值、标准值和预警值；任务管理系统与目标指标库进行联动，诊断指标通过任务的形式推动进行逐条实施、监控和预警；基于任务管理结果输出诊断报告，诊断报告反馈目标指标库的调整和修改，由此形成教学诊改的外循环。任务管理结果数据作为绩效考核及评价的数据源，同时绩效考核及评价的结果实时反馈；数字画像基于大数据监测“五横”维度的各项核心发展指标，支持诊改工作的质量提升，由此形成教学诊改的内循环。

（五）大数据平台架构

大数据平台提供校园业务数据的统一存储、管理和信息共享服务，并为教学诊改系统提供数据支撑。大数据平台从不同维度建立不同的专题，构建相应的数据采集、加载、存储、分析和应用展示架构体系。

1.数据逻辑架构

大数据平台可通过两种方式实现数据的采集与治理。第一种，对于已建成较完备数据共享平台的学校，可通过开放接口实现数据共享交换。第二种，对于数据共享平台尚未完全实现的学校，通过数据仓库技术工具，在相关业务部门开放接口下，直接对应相关业务数据层数据。

通过引入ETL技术，从学校各个业务系统中的相关数据表抽取到数据仓库中的ODS层。数据抽取到ODS层之后，通过定制开发SQL，可以把ODS层的数据转换到后续的FDM层和GDM层，最后根据业务展示需要形成APP层的数据。

业务系统-ODS层：采取DI工具定时调度Shell任务的方式执行，使用Sqoop进行数据抽取是通过Shell脚本进行的，编写各个业务系统的配置文件，然后在DI中建立任务，最后汇总成一个作业，根据各个业务系统的实际情况，定时执行任务抽取。

ODS-FDM-GDM-ADM-APP层：采取用DI工具，定时调度Shell任务方式的执行，抽取工作通过Python脚本进行，编写各个主题抽取数据的Python脚本，然后在DI中建立任务，最后汇总成一个作业，根据各个业务系统的实际情况定时执行任务抽取。

2.数据集成拓扑架构

教学诊改大数据平台从数据角度可以分为数据源层、数据集成平台和目标数据层三部分。其拓扑架构如图2所示。

数据源层：数据源层为整个系统提供数据，包括内部综合应用系统、校园各业务系统以及外部社会资源数据和互联网数据等。系统不直接从数据源系统抽取数据，而是通过数据准备层，以保证数据源系统安全。

数据集成平台：通过桥接、导入/导出和ETL等方式采集数据，并按源系统的数据格式临时存储，为数据检查和ETL数据处理做好准备。同时进行数据抽取、清洗、转换、校验、加载等处理，完成对原数据、设备数据和互联网数据从数据源向目标数据仓库转化的过程。对于少量或适量的结构化数据可利用传统ETL进行处理。海量的结构化、半结构化、非结构化数据可利用云化ETL（Hadoop）技术进行处理。数据存储管理层应实现平台采集和产生的大数据存储，包括结构化、半结构化和非结构化数据存储。其中高价值密度的结构化数据使用MPP数据库集群以数据仓库的方式来负责存储管理；低价值密度的音视频、互联网等半结构化和非结构化大数据以Hadoop的HBase、HDFS分布式存储系统负责存储管理。大数据存储管理层对MPP数据库集群和Hadoop平台实现融合，整合列存储、智能索引、多副本、Mapreduce、Hive等大数据处理技术对资源服务的大数据进行统一存储管理。数据集成平台最终将数据整合分别提供给高性能服务接口，为上层应用提供统一的数据服务。

目标数据层：面向学校大数据平台各业务应用，通过对各业务系统所产生的各类结构化、非结构化大数据进行统一整理、分类、存储和专题分类等处理，将原始的大数据有序化和专题化，使之成为可统一查询和分析的价值数据目标。

四、教学诊改系统建设方案与应用实施

根据以上智慧校园和教学诊改系统建设架构，可实施开展以下具体建设：

（一）实施目标指标库建设

打造目标链和标准链，全面构建覆盖“五横”维度的诊断指标。明确定义各指标的含义、计算规则、目标值、标准值和考核标准等。目标指标库包含学校指标库、专业指标库、课程指标库、教师指标库和学生指标库等。

（二）实施任务管理子系统建设

1.任务设置。根据不同职能和权限分为校级、部门（系、院）、专业、课程、教师、团总支、辅导员和学生任务等，不同用户可对应权限进行相关任务设置操作。

2.任务实施。不同用户根据不同职能和权限设置不同任务实施，各用户可根据所对应的权限，通过编辑完成情况与工作进展确认所承接任务或自己创建的子目标（任务）的完成度。

3.监控预警。监控预警主要实现以下功能：①任务分析。各级用户可查看本级任务完成情况以及下级任务完成情况，包含但不限于任务总量、正常完成、延期完成、未完成、任务完成排名情况等信息。②任务查询。各级用户可查看各级已完成任务和未完成任务，并可通过任务所属层级、任务优先级和预警等级进行任务详情查询。③任务预警。各级用户可查看本级任务预警情况及下级任务预警情况，包括但不限于预警任务总数、任务预警级别、任务完成度，并可查看各预警任务的详细信息。④预警信息推送。任务预警信息可推送相关责任人，支持微信企业号、邮件和系统消息等推送提醒。

4.诊断报告。输出学校质量诊断报告、专业质量诊断报告、课程质量诊断报告、教师质量诊断报告和学生质量诊断报告；提供诊断报告模板，支持自定义个性化报告模板。

五、展望

以上是我们在高职院校“双高”建设背景下，通过校企合作，实施基于智慧校园的高职教学诊断与改进系统建设的一些探索。虽然这些探索取得了一定应用成果，但对照教育部“双高”建设意见中明确提出的信息化与教育教学深度融合的要求，我们觉得还是存在一些问题，希望今后得到改进。

（一）希望有更高的系统集成度

可以考虑通过引入泛在网络、云计算和层级大数据中心，建设分层统一的信息资源管理和共享平台，消除“云片化信息”和“信息孤岛”，切实减少信息资源的冗余和垃圾信息的干扰；将高职院校及有实力的企业人力、硬件、软件、内容、流程机制等资源精华集成于一个统一的平台，在智慧校园的全场景中，真正在实现校园、校企合作单位、社会之间在教学诊断与改进系统中的跨单位、跨部门、跨业务、跨人群的共享使用。通过信息资源整合利用，真正形成校园智慧化运行诊改状况的全景图。

（二）希望有更高的系统协同性

可以考虑通过纵向的管理线、横向的跨部门协作线、泛在网络支撑的信息发布线，构成以智慧校园全过程支撑下的教学诊断与改进的立体化协同模型，通过智能化采集、无感知采集、全模型抽取和扩展过滤架构等技术手段与应用，实现校园中各类泛在硬件（基础设施、实践实训设施、研究与应用开发设施）的全面联动；通过广泛推进云计算、SOA架构等技术手段与应用，实现校园中各类系统平台（门户平台系统、基础业务应用系统、教学资源系统、教学管理系统等）的全面联动，进而融合实现校园各类硬件设施与软件系统平台之间的全面协同。教学诊改系统的更高集成度和系统协同，能促使智慧校园彻底打破原来各业务系统之间的孤岛瓶颈，反过来也能促使教学诊改系统在智慧校园中占据更重要的地位，使之在提高高职院校办学水平、促进人才培养质量全面提升上发挥更大的作用。