智慧校园建设总体架构模型及典型应用分析

曹彩凤

摘要：随着物联网、云计算、移动互联网、智能终端、大数据分析、人工智能等新一代信息技术在教育领域的广泛应用，教育观念和教育方式也随之不断革新。研究新时代背景下智慧校园建设的有关问题，对推动学校信息化建设具有十分重要的意义。本文从智慧校园的特点、技术特征、功能需求入手，对如何构建智慧校园总体架构模型展开论述，并对其构建原则、典型应用进行分析，以期对智慧校园的建设与应用提供参考。

关键词：智慧校园;建设总体架构模型;典型应用

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）16-0216-02

2018年教育部印发了《教育信息化2.0行动计划》，对教育信息化工作提出了新的发展目标和要求。大力推进智能教育，构建以学习者为中心，信息技术和智能技术深度融合，满足时时可学、处处可学、人人可学的智能学习新要求的智慧化教育教学新环境，发展面向5G网络技术的高校智能学习体系，是新的时代背景下对高校智慧校园建设提出的新的要求。

1智慧校园的概念及特点

1.1 智慧校园的概念

智慧校园是指物理空间和信息空间有机衔接，是任何人、任何时间、任何地点都能便捷的获取资源和服务。智慧校园是数字校园的进一步发展和提升，是教育信息化的更高级形态。[1]

1.2 智慧校园的特点

1）网络环境和应用环境一体化。实现了有线网、无线网、监控网等多种网络系统及多个信息系统的融合。可以在任何地点、任何时间，对其提供高速并广泛的网络环境。

2）广泛感知的信息终端。包括辐射、位置、影像、温度以及光线等技术，现如今这些智能感应技术已经被广泛应用，形成了全方位的智能环境，通过这些技术可以使获得的监测信息具有时效性与准确性。

3）依托平台处理综合业务。通过整合、协同，使其能够充分发挥整体效能，利用智能技术对大量数据信息进行存储、分析以及计算，为广大师生提供全面的综合业务处理和服务平台。[2]

4）提供管理决策依据。依托智慧校园平台收集各类数据，利用大数据技术进行深度挖掘和合理分析，从而为学校工作决策提供真实可靠的依据。

5）服务个性化。依托大数据，提供基于个人的个性化信息定制服务。

6）智慧课堂。可满足学校教师及学生的个性化教学需求，摆脱传统教学方式，实现教学模式改革，借助全覆盖的网络环境，依托移动终端及云服务，使教师和学生可以在任何时间、任何地点和任何人进行探究学习、互动教学、协同合作。

7）利用云服务构建资源云平台及学习社区。在云平台上提供海量优质教学资源，与教学无缝衔接，满足教学需要，通过学习社区使学校管理层、教师、学生、家长、能够及时互动，分享经验和智慧，整合各种资源，促进学生成长。

2 智慧校园的特征

2.1 智慧校园的技术特征

智慧校园的技术主要包括物联网、云计算、移动互联、大数据分析及人工智能。物联网通过各种信息传感器、定位器、识别器、感应器将采集到的数据传输到云平台，通过云计算、大数据分析及人工智能为学校管理者提供学校管理策略分析，为教师、学生的科研、教学、生活提供更为优质的服务，不同的使用者根据自身权限可以通过移动互联和云平台随时随地的获取到相应数据信息及服务。通过这种模式，智慧校园能深入到学校的方方面面，有效增加管理效率，减少管理成本，为决策者提供管理策略依据，为使用者提供更好的服务。

2.2 智慧校园的资源特征

在创建智慧校园的过程中资源建设具有以下特征：

1）依托物联网和云计算实现各类资源应用的新模式。资源平台的职能从提供简单资源存储和管理转变为资源获取、存储、共享、应用与创新于一体的知识管理平台。

2）资源从传统静态、封闭文件、图像等素材资源转向动态、开放共享的移动学习资源、微课、慕课及电子教材的设计与开发。

2.3 智慧校园的教学特征

智慧校园的教学特征主要体现在：学生获取知识的途径，从单一转向多元，从静态转向动态，从被动转向主动。在传统教育过程中，学生获得知识的途径很单一，一般只有在课堂上被动学习，虽然可以通过自主学习获取知识，但是学习效率不尽人意。在智慧校园中学生获得知识的途径得到极大的拓展，学生可以依托智慧校园平台在各自的起点水平上获取知识与能力，以学生为主体，通过自主探究、互动教学、协同合作等方式方法进行高效互动，促进知识建构，获得能力发展，根据自身需求灵活主动的进行学习，从被动学习变为主动学习。教师也可以在平台上便利的获取各类教学资源，并可以根据学生学习状态进行动态跟踪分析，辅助教学决策。

3 智慧校园的总体构架建设模型

3.1 智能校园功能需求分析

3.1.1 綜合的统一管理平台

智慧校园建设是一个较为复杂的过程，目前智慧校园比较注重管理方面，但是在服务方面有所缺陷，存在信息孤岛，学校虽然建立多个系统，但这些系统及数据相对独立，不能有效及时交互，无法全面的为教师和学生提供相应的信息服务。随着教育信息化的不断发展，智慧校园需要建成一个统一管理平台，利用平台进行信息获取、资源共享、应用整合和综合服务，实现区域或校园数据资源的共享，有效提升学校决策管理、教师科学研究、师生学习生活服务，从而在整体上提升教育信息化建设的水平。

3.1.2 智慧型决策管理

依托大数据分析及人工智能，智慧校园即能够对全校资源进行管理和调度，实现各院系、各部门协同合作;又能为师生个人信息关联学校各级管理部门业务协作提供有力的信息支持，还能为学校管理提供科学的决策支持。

3.1.3 智慧型学校管理

随着教育信息化的不断发展，智慧校园管理也得到了长足的进步，依托云平台利用信息共享学校管理深入学校的后勤管理、人事管理、学生管理、教学管理、科研管理、安全管理等各个方面。

3.1.4 智慧型人才培养

教师依托平台管理得到学生学习反馈的大数据可以有针对性的备课、上课，学生能够得到基于大数据分析的适时、贴切的个性化指导，利用移动互联技术师生学习、交流都可以随时随地的进行，教学评价能够在大数据的支持下进行多维、动态、全面、智能的评价，因材施教和个性化培养成为主流。

3.1.5 智慧型科学研究

随着科学技术的不断发展，学科之间联系越来越多，很多科研成果都是多专业多学科合作完成的，所以开展跨专业、跨学科“集群”式科学研究势在必行，在智慧校园中多个学科可以在科学研究大数据及统一管理平台的支持下进行高效的协同工作，实现跨学科、多专业协作科研，帮助科研人员对科研过程中的数据进行及时、到位的统计分析，对研究成果进行智能、自动的汇总，提高科研的效率与质量。

3.1.6 智慧型校园生活服务

从服务师生的角度出发，以师生校内生活为核心，通过一体化信息服务平台，提供在线选课、预约自习室、借阅图书、参加讲座等服务，积极拓展校外生活服务资源，例如求学、就业、医院预约等业务，為师生提供便捷的信息化生活服务。

3.2 智慧校园建设应该遵循的原则

3.2.1 先进性与成熟性

在智慧校园建设中不仅要应用成熟的技术和架构，确保系统设计运行可靠稳定，还要具备先进性，使系统运行若干年后具备一定的领先地位，这需要在设计初期就要考虑以后智慧校园的发展，把先进性放在首要位置。

3.2.2 开放性和标准化

系统设计应当遵循中华人民共和国国家标准和教育部标准，考虑到以后软硬件的发展、功能及应用的开发，整个系统的开发应保证其具备开放性，用于适应用户需求不断地发展，在此过程中要符合教育部数据交换标准，能够与符合上述标准的其他系统交换信息，实现信息资源一致与共享。

3.2.3 安全性和保密性

在系统开发过程中需要注意系统的安全性和保密性，智慧校园系统因为具有统一服务平台，平台用户数据安全非同小可，所以在开发系统过程中要对用户进行分级设定，不同的用户在数据库访问、操作权限、数据读取权限等进行分级，不同用户具备不同等级，尤其是在科研中要根据该用户在此项科研中的身份进行授权，科研课题结束后收回科研权限，等下次课题研究开始时，重新赋予用户相应权限。智慧校园平台自身也要注意自身软硬件维护，从访问控制、数据加密、通信安全、系统安全等多方面进行安全防护。

3.2.4 可扩展性及易维护性

随着信息技术的快速发展，在系统开发过程中要充分考虑到软硬件系统的升级及各种功能的增减，所以要注重系统模块化、分层化设计，使系统能够在保证前期效果的同时，便于维护并能够及时扩展升级软硬件。

3.3 智慧校园总体构架

3.3.1 网络基础设施

包括网络、摄像头、传感器、服务器、存储等硬件设备。其中数据中心支撑着智慧校园的上层应用，提供先进管理工具的同时，帮助学校建立数据生态圈，确保学校网络基础设施建设健康有序的发展与提升。

3.3.2 应用支撑平台

在网络基础设施建设完成后，构建基础架构平台，提供基于统一管理平台的智慧校园所需的应用系统及服务的运行监控、管理、维护等服务，包括平台管理控制、平台应用工具包、数据交换引擎等，它为上层应用提供服务，是上层应用系统集成的基础。

3.3.3 应用服务

平台所提供的所有的业务以服务在该层统一聚合，形成基于云平台的服务组合，在这里整合了学校管理、教育教学管理、人事后勤管理、安全管理、生活服务等应用，通过身份认证形获得不同权限，接受与自己相关的服务，依托这些服务更好地为学校、师生提供更好的环境。

3.3.4 安全保障体系

安全保障体系是智慧校园的重中之重，统一管理平台管理全校所有数据，数据出现意外后果不堪设想，所以在硬件上要保证核心设备的高可靠性，关键设备的双机冗余备份，在系统架构、网络安全、设备安全等关键工作上做精做细，还要注重设备的容灾能力及不间断电源保障能力;在软件上要注重操作系统安全、用户身份验证、用户权限设置等，确保系统安全、高效运行。

4 智慧校园的典型应用

4.1 个性化智能教学系统

在信息技术高速发展的今天，传统教学模式受到前所未有的冲击，如果继续抱残守缺，那么在以后的教学过程中学校将不具备核心竞争力，个性化的智能教学系统将解决这个问题，利用人工智能在大数据和云计算的支持下，针对不同学生制订不同的教学策略，学生根据个性化的教学策略去进行学习，教师根据教学策略因材施教。此外，个性化智能教学系统还为教师、学生提供大量学习资源，包括微课、慕课、云教学视频支持教师、学生随时随地学习。

4.2 安全管理系统

在学校管理过程中，时有发生危及师生安全的事故，如学生宿舍容易出现因使用劣质电器、强弱电乱接等现象发生火灾事故，宿管人员也不能实时观察到宿舍情况，在这种情况下，可以采用烟雾报警器、室温感应器、火焰传感器等来进行实时监测，一旦发生火情，宿管人员及安保人员能够通过智慧校园统一管理平台及时得到信息，从而达到减少火灾事故的效果。[3]外来人员进入校园，通过摄像头，可以在智慧校园统一管理平台上实时监控，预防犯罪行为的发生。

4.3 卫生与健康检测系统

通过智慧校园统一服务平台，我们利用物联网和大数据技术可以对自身健康数据进行挖掘与分析，一旦有身体不适，可通过平台预约医院及时就医，遇到突发疾病或突发事件也可通过平台进行一键呼救，附近安保人员及学校工作人员可及时进行救援。

5 总结

目前，智慧校园建设软、硬件技术与设备已较为成熟，所具备的服务也基本可以满足需求，在成本节约、资源共享、数据联通方面具有较大优势，随着信息技术的进步未来智慧校园建设将会越来越先进，为用户提供更多、更好的服务。本文所述的智慧校园总体框架结构及典型应用对智慧校园建设提供了一些参考，但是如何进一步完善功能服务，实现更深层次、更具人性化的支持服务还需要结合实际不断探索。

参考文献：

[1] 蒋东兴，付小龙，袁芳，等.大数据背景下的高校智慧校园建设探讨[J].华东师范大学学报（自然科学版），2015（S1）：119-125，131.

[2] 周正贵.基于物联网技术的智慧校园研究[J].科技风，2020（9）：115.

【通联编辑：光文玲】