基于大数据平台的智慧校园建设与应用

张兰英

（青岛中学 山东省青岛市 266111）

依据《中小学数字校园建设规范（试行）》，充分应用大数据云平台、移动互联、人工智能、物联网等新一系列信息化新技术[1]，构建智能感知环境和新型的教育教学空间，发掘教师与学生群体在不同教学场景中的个体差异表现特征，系统重构再造教育教学管理与校园服务流程，将信息技术与教学活动和校园建设进行深度融合，建设智慧校园新生态。

1 系统总体框架

智慧校园的建设以“大数据[2]、云计算、物联网”等技术手段，支撑“数据、服务、感知”等核心目标的实现，重点工程具体如图1所示。

图1：图智慧校园发展层次结构图

1.1 基于“统一化”数据中台的数据中心

通过建设数据中台，提升数据资产价值。数据中台是实现校园数据沉淀的重要组成部分，拥有校园自己的独特数据模型、算法服务和数据管理规则，与校园业务形成强关联，成为校园独有且能复用的核心资源。统一的模型维护不仅可以降低烟囱似的协作成本，减少重复建设，更可以在相关业务领域形成数据汇聚，解决数据互通的诉求，实现数据1+1＞2。最终目标为构建OneData、OneID 和OneService 的数据管理体系，以“承技术启业务”的模式促进智慧校园的融合发展。通过校内信息标准的建设，指导校内的信息化建设，为学校信息化长期发展奠定基础；大数据中心的建设也会加强不同管理系统之间的数据交换和共享的力度，避免数据的重复维护，提高学校整体工作效率。

建立基于数据治理的数据池基础，研究校园大数据与智能服务的敏感模型；以此为基础实现用户信息的标签化，建模面向校园主体的用户画像；结合用户在“教、学、管”等情境的定制需求，基于数据科学的视角，重构校园智慧服务诸要素的关联性，构建个性化服务动态交互机制。同时数据中台的建设也会加强不同管理系统之间的数据交换和共享的力度，避免数据的重复维护，提高学校整体工作效率。通过数据中台的建设，提升学校数据整体的质量，为更准确的决策提供数据支撑。

1.2 基于“智慧型”物联管理的校园环境

搭建“智慧型”校园的环境，为信息化建设提供安全稳定高效的运行环境。通过采用先进的计算机控制技术、管理软件和节能系统程序，使校园建筑物机电及校园园区内空气、水环境、热岛、噪声等环境因素通过3D 仿真可视化进行维护和管理，从而达到有效地保证建筑物内有舒适的工作环境、实现节能、减小维护管理工作量和降低管理成本的目的。

以基础网络、云计算、物联网为核心，构建学校高可用性、高安全性、创新型、感知型、绿色环保型的智慧型校园环境。实现在统一物联管理平台及掌握校园物理环境的全面状况，并将校园园区、楼宇、资产、弱电、IT 设备等物理映像全部可视化。

1.3 基于“个性化”智慧学习的学习中心

构建资源丰富、技术先进的互联网网络学习平台，创造人人可学、时时可学、处处可学的个性化自主学习环境，从知识传授转向能力建设为核心，创新人才培养。基于教学管理平台，汇聚日常教学过程中的点滴数据，通过云计算，云存储和云分析，综合形成教学的大数据，反馈、指导、评价教学。支持原生教学资源的触控交互多媒体教学工具，使课堂教学更加生动高效，灵活实用的课堂互动、分享、协作工具，帮助改变满堂灌的教学方式。为教师提供包括题库在内的课程资源管理、备课、在线课程与练习编辑发布、教学管理、教学数据于一体，适应智慧教学发展的新型教学平台。

基于“网、云、链、脑、数”总体架构，加快“校园一体化基础设施、统一教育大数据平台、精准教学和精准学习平台、教育大数据分析平台”体系化建设。“智慧校园”按照用户层、应用层、基础平台层和基础数据层、基础设备层规划系统架构，如图2所示。

图2：智慧校园总体框架

1.3.1 用户接入层

管理单位、学校管理员、老师、学生、家长、校友、退休老师、其他用户均可以通过微信、小程序、企业微信、网页的任意登录，使用智慧校园。

1.3.2 应用层

覆盖教学、家校、管理、办公、宣传、生活6 大场景，主要包括：上级单位管理、智慧教学、智慧家校、智慧宣传、智慧安防、智慧办公、智慧数据等多个方面，服务教育管理部门、学校、教师、学生、家长等各类人群，并依据各类人群不同角色定义设置不同权限。

1.3.3 平台层

在基础设施及数据层基础之上，构建智慧校园平台，包括以下3 个组成部分。

（1）构建公用的基础服务平台，通过统一用户管理实现用户及权限的统一管控， 通过单点登录服务实现一次登录处处可达，通过消息服务为所有用户提供统一的消息发布通道[3]，并提供日志服务等系统级的应用服务。

（2）同时为学校和学校各学科量身打造数据服务平台，支持数据导入及同其他系统的双向同步，提供数据分析服务于数据需求方。

（3）构建运营支撑服务平台，提供应用市场、自选服务、管理运营、收费缴费以及第三方接入等功能，依托于支撑平台，甄选优秀应用以及产品方案，充实并促进平台健康发展。

1.3.4 数据层

智慧校园业务数据中心负责处理、存储智慧校园基础应用中的数据并进行大数据分析，生成可视化数据报告给用户；同时接入成熟的云数据中心产品，进行接入数据中心的数据标准统一，基于各类数据进行大数据分析，生成可视化分析报告。

1.3.5 设备层

硬件支撑和网络支撑，包括网络资源、硬件服务器、存储等内容[4]。基于教育公有云或者私有云的服务资源搭智慧校园云平台，充分利用本地数据中心的强大计算能力实现各类计算资源的虚拟化，以及利用公有云的无限扩容及CDN 技术提供畅通无阻的互联网访问能力。

2 智慧校园大数据服务平台

2.1 大数据平台总体要求

梳理现有内外部数据资源及未来将产生的数据资源，制定数据标准，建立学校大数据库，包含不限于多媒体高清数据库、海量信息资源库、业务数据库等。针对校园所产生的多源、异构、时变的数据，采用数据挖掘、机器算法、深度学习等技术[5]，不断发现蕴含在数据中的数据规则，通过验证后，为学校用户提供更好的个性化服务，令数据发挥应用的价值。

建设内容应包含数据标准规范建设、数据库建设、大数据平台建设。大数据平台包含大数据集成平台、大数据算法平台、预测分析平台、大数据展示平台建设[6]。在以上支撑平台的基础上，实现校园大数据分析应用。

2.2 智慧校园数据中心

智慧校园数据中心是学校教育大数据采集、存储、分析平台。智慧校园数据中心为各级部门提供数据连接枢纽，促进教育数据开放共享。汇集用户数据、资源数据、应用数据、教育政务数据等各类型教育数据。推动数据标准统一，实现各平台及应用间的数据互通共享。海量数据积累及分析，为深化应用及创新服务提供支持。

2.3 大数据集成平台

结合实际需求，在成熟产品的基础上，定制学校自己的大数据集成平台，大数据集成平台包含数据采集平台、数据交换平台、数据处理平台、数据质量管理平台、元数据管理平台等子系统。

2.4 数据算法库

搭建学校自有的数据挖掘算法库，能够提供可扩展的统计分析，发现蕴含在大数据中的潜在规则，让数据发挥出应用的价值。数据挖掘算法库至少包括聚类、分类、推荐过滤、时序挖掘等实现。此外基础算法库中的算法要能够有效地扩展到集群中，提高整体分析挖掘的数据吞吐量。

2.5 可视化模型构建平台

平台采用最新的形式帮助使用者进行全流程可视化的模型构建引导。通过可视化的形式平台方便使用者在模型构建过程对结果的反复校验以及修改的需求。可视化模型构建平台应具备脚本管理、命令管理、数据管理、模型管理、预测评估、应用部署、全流程可视化模型构建引导。

2.6 可视化展示平台

数据可视化平台软件，将可视化展示与业务需求相结合，有效的传达数据集的思想概念，从不同维度深入观察并提炼数据集关键特征。从而从数据中挖掘出通过传统方式无法发现的信息，让数据产生更大价值。通过数据可视化平台，以可视化的形式将依托大数据技术分析出的结果直观、灵活的展示出来。

数据可视化平台应包含常用可视化图形组件，而且在使用过程中将不断开发、沉淀出新颖的高级可视化图表。根据不同的功能需求，组件可独立或组合应用于多种业务场景，使数据分析更直观、更全面、更准确。

3 结论

结合学校信息化教学应用工具及教师日常教学需求，打造可支撑课前课中课后全教学流程的教学资源中心，整合教学基础资源、特色资源，沉淀个性化校本资源，涵盖习题、PPT 课件、教学案、套卷文档、朗读音频、交互式课件、全科知识点微课、同步微课、理化生仿真实验、AI 习题、校本教辅、解析题库、校本标签资源，为学校教学提供资源保障。