智慧校园环境下教学管理核心业务重构与数据治理研究

郭德强，张 健，王 培，刘 源

（国防科技大学，湖南 长沙 410073）

智慧校园作为物联网、互联网、大数据及人工智能技术的有机集成，通过智能化的感知、控制、管理、互动反馈、数据分析和多维全景展现等手段，将教学、科研、管理和校园生活充分融合，为校园工作、学习和生活提供一体化环境。智慧校园环境下高校教育数据产生量大、信息交织汇集、数据来源多样、要素关系分散；在高校实际运行过程中，教学管理数据不准、更新滞后的问题普遍存在，教师学生信息不准、教室使用混乱、课表课程信息偏差等现象时有发生。精准可靠的教学管理数据，是建设智慧校园、保证正常教学秩序、开展教学监测、制定科学决策等工作的前提，数据一致性、准确性、及时性和完整性很大程度地影响到后续数据服务的可靠性。

当前，教育领域的数字化转型进程日渐加速，我国教育行业已进入数据应用新时期。教学数据治理是教育数字化转型的基础工程，做好数据治理，使教学管理数据在教学过程中始终保持动态精准，让数据价值得到充分发挥与应用，成为“互联网+教育”数字转型新时期赋予高校信息化工作的重要发展使命。

1 解决思路

教学管理信息系统是学校的核心应用之一，涵盖了高校教学管理的基本环节，是教学管理数据输入、应用、存储、输出的重要载体。按业务功能划分，教学管理信息系统可分为基础资源设置、培养方案管理、教学计划管理、人员信息管理、教学场地管理、课程管理、教材管理、智能排课管理、实践教学管理、学生选课服务、调停课管理、考试考务管理、成绩管理、学籍管理、教学评价等多个业务子模块。教学信息服务系统基于校园网、互联网环境，各模块协同工作，共同完成教学管理工作[3]，为高校教学运行全过程提供先进、实用的信息化管理手段；为学生、教师以及教学管理人员提供便捷、友好、准确的网络化信息服务。

其中，培养方案管理、人员信息管理、场地信息管理、教材计划管理、课表编排管理、学生选课管理、调停课管理模块是系统的核心业务模块，每个模块负责一个维度的教学数据。保证教学管理数据动态精准的基本思路是“精准的基础数据+精准的动态课表”：“精准的基础数据”指每名学生、每位教师、每间教室、每门课程的基本信息要做到精准；“精准的动态课表”指可以精准定位“学生—时间—地点—课程—教员”之间的关联关系，若有调整，通过规范的调整流程自动刷新相关数据。此模式下，要求教学管理系统中的核心业务模块要在精准的基础数据上做到规范的动态调整。基于以上思路，以数据治理为主要目的，对教学管理的核心业务模块进行重构研究。

2 核心业务重构与数据治理研究

2.1 培养方案管理模块

培养方案是进行教学活动的根本遵循，其准确性决定后续课程安排、课程考试、毕业审核等一系列教学活动的准确性。

为确保培养方案基础数据准确，需提升录入的易操作性，增加必要的纠错机制：如将电子版培养方案直接导入系统，自动生成课程体系，减少冗余重复的手动操作；增加学时学分对照，判别培养方案是否录入完整。为保证培养方案动态精准，增加“执行计划”作为每个年级每个专业的个性培养方案。将培养方案作为“树根”，每个专业每新招一届，就生成其执行计划，作为新的“树枝”。当在实际运行过程中需要调整时，仅调整执行计划即可。这样既能保证培养方案的权威性，也可使执行计划动态精准。另外需严格培养方案与执行计划维护流程，调整需通过申请，逐级审批，审批通过后自动更新，形成闭环反馈。

2.2 人员信息管理模块

教学活动的主体是人，人员信息的准确性是教学管理数据准确性的基础。人员信息管理模块主要分为教职工信息管理和学生信息管理。

人员信息数据管理的权威部门属于高校人事部门，教学管理信息系统增加数据对接接口，直接导入基本人员信息并实时交互，可有效减少重复填报信息的烦琐性。同时，加强对人员的状态信息管理，如教职工信息中增加“角色”字段，对教职工进行角色授予，不同角色拥有不同审批权限，可使教学数据流通更加清晰、顺畅，当人员变动时，只需更改其角色即可；完善并规范学籍异动功能，学生有出现降、留级，或转专业、转学、退学等异动情况，需通过学籍异动申请，逐级审核，审核通过后，自动更新系统中所有涉及该学生的状态信息，包括班级、专业、课程、考试等[4]，保证教学管理数据中学生的信息动态准确。

2.3 场地信息管理模块

教学场地是开展教学活动的地点，合理调度场地不产生冲突是教学运行平稳有序的保障。但教学活动类型多样，不同时段不同人员不同活动的需求，对场地管理提出了更高的要求。

教学场地基本信息管理的权威部门属于高校教学保障部门，教学管理信息系统增加数据对接接口，直接导入教学场地基本信息并实时交互。为合理调度，增加各类标识用于标明状态，如“上课”“考试”“借用”“锁定”“临时调课”等，各种状态互斥，保证场地使用不冲突。教学场地的借用需通过申请审核流程，审核通过后自动更新场地标识，同时场馆保障部门也能实时查看场地状态信息，用于实时保障。可按指定条件对场地信息进行综合统计及报表输出，数据直接对接智慧教室，用于智慧班牌等服务场景。

2.4 教材计划管理模块

在教学运行实际过程中，教材计划制定与发放往往耗费大量精力却仍不能保证准确，因此教材计划管理模块在支持教材信息的增加、删除与修改基础上，需进一步完善。

教材基本信息管理的权威部门属于高校教学保障部门，教学管理系统增加数据对接接口，直接导入教材库的基本信息，保证基础信息准确。为实现自动生成教材使用计划，最重要的是建立课程与教材之间的关联关系，每门课程在教材库中对应一种或多种教材。在每学期教学任务确定之后，自动组合课程、教师、专业、班级、学生等信息，生成教材计划表与发放表。各单位可通过系统进行核对与调整，教材计划自动更新，并同步更新课程教材对应关系。避免了人工手动填报与汇总的烦琐，使教材计划管理更加高效，保证教材数据精确。

2.5 课表编排管理模块

排课工作是教学管理的核心工作，课表编排模块相应是教学管理系统的核心模块。课表编排实质上是多条件下求最优解的过程，将各类基础数据根据一定的规则，形成最优的对应关系，即课表数据。因此，在保证各类数据准确不冲突的前提下，提升课表编排的效率与结果合理性，是该模块优化的方向。

首先，在保证执行计划与人员信息数据准确的前提下，自动生成精准教学任务。其次，通过自动排课与人工交互式模式进行排课，设置排课所需参数，如时间参数、地点参数、排课意见、分级教学等，模块按照相应排课规则，如课时安排均衡、提高场地资源利用率等，进行自动排课；对系统已经自动排好的课程和系统不能自动编排的课程进行人工干预排课和调整；在课程安排过程中，模块实时进行冲突校验，自动校验教员、学员、时间、地点等条件冲突。最后，生成精准初始课表，经审核后进行发布。

2.6 学生选课管理模块

选课是通过学生自主选择课程，来建立学生、教师、课程、教室一一对应关系的一种方式。解决选课高并发问题确保系统平稳运行，实时校验规避已排课程的冲突，是学生选课管理模块的关键。

为解决选课高并发问题，可采用积分意愿、抽签选课、多轮选课等规则，使学生在同一轮次内选课是否成功与选课先后顺序无关，避免拥挤抢课，减小峰值压力，确保选课系统平稳运行。学生在选课过程中，实时进行冲突校验，自动规避与学生已排或已选课程、考试等其他教学活动冲突。通过对学生选课进行更加有效地控制，使得选课数据流转更加规范准确[5]。

2.7 调停课管理模块

完备的调停课管理是实现课表动态精准的重要保障，是保证教学数据形成有效闭环的重要环节。

完善审批流，调停课由任课教员发起申请，需填写调停课类型、时间、地点、教员、原因等要素；进行逐级审批，审批过程可视，责任清晰；审批通过后，课表自动更新，调停课记录归档可查。完善冲突校验，调停课申请时自动校验冲突，申请者只能选择可用的时间、可用的地点进行调整，在审批过程中，待调课时间、地点进行锁定，避免发生二次冲突[6]。

综上，对教学管理系统的核心业务模块进行重构，使得各模块都能够在精准的基础数据基础上做到规范的动态调整，整个系统可以获得实时、精准的数据。重构之后，培养方案、人员信息、场地信息、教材计划关系着精准的基础数据；课表编排、学生选课作为整个系统的“发动机”，将基础数据组合转换为教学活动数据，即课表数据；调停课作为系统反馈机制，使得整个数据流通形成闭环，是实现动态调整的核心数据。另外，各模块内部也有严格的调整审批流程，并能够自动更新数据，形成闭环。

3 典型应用

通过对教学管理核心业务模块的重构与数据治理，可以获得实时精准的教学管理数据。在此基础上，能够支持智慧校园中多种数据服务场景，以下简要介绍几种典型应用。

3.1 教学数据统计分析

基于精准的教学数据，利用相关业务系统，可以进行高效准确的统计分析。例如教学工作量统计，系统可根据学期内的教学数据计算得到准确的课内教学工作量，可有效减少人工统计的烦琐性与错误概率，并且数据具备权威性；对授课老师的年龄、职称等数据统计，可服务于教学队伍建设、人才引进等决策；对学生课程、考试等数据分析，可服务于人才培养方案制定、课程建设等决策。

3.2 教学数据实时监测

基于常态化的、实时的教育数据监测，持续收集和分析有关信息，直观呈现院校教育状态，为多元主体价值判断和科学决策提供客观依据[7]。教学数据实时监测包括教学资源监测、教学状态监测、教学质量监测。通过治理获得精准动态的教学数据，可实现全过程的、实时的监测，能够全面深刻掌握学校教育活动状态，对监测结果进行分析、深度挖掘并直观展示，构建智慧校园数据大屏[8]。

3.3 管理人员驾驶舱

基于精准的教学管理数据，利用知识图谱可视化分析与展现、知识发现等能力，为教学管理人员提供教学进度、教学检查、教学态势、教学资源利用情况等分析结果，学校管理者可随时随地调用学校智慧教育核心数据，通过AI驾驶舱进行实时分析、决策和预警，实现校园智慧管理。

3.4 学生画像

基于精准的基础信息和动态教学信息，可以掌握一名学生从入学到毕业的全面教学信息档案，展示学生入学基础、知识结构、学术专长、个人经历、兴趣爱好等方面的详细情况，为每一名学生构建准确、客观、全面的“名片”。通过学生画像，可以分析挖掘学生不同维度存在的问题，有针对性的提供帮助，还可以进行预警，如挂科预警、学籍预警等[10]。

3.5 教育数据交换共享

高校信息化发展至现阶段，数据共享的需求愈发强烈[1]。各高校为实现数据共享，打破数据壁垒，连通数据孤岛，都建立了数据中心。通过数据治理后获得的精准教育数据，服务于高校的数据中心，与校内其他业务系统数据进行实时交互，为真正实现“一张表”工程奠定坚实的基础[9]。

4 结语

“精准的基础数据+精准的动态课表”可有效保证教学管理数据的准确性，进而影响其后续衍生数据的准确性与数据服务的可靠性。以数据治理为主要目的，对教学管理核心业务模块进行重构研究，一是使数据流向更加清晰，从输入培养方案、人员信息、教学场地等数据，到分别流向各自需要的模块，再到组合产生课表数据，最后输出传递到其他系统共同服务教学场景，整个过程清晰规范；二是使权责分工更加明确，每个模块负责各自业务功能，模块间交叉业务边界职责明确，确保“一数一源”，保证数据的权威性、正确性和有效性，并能够溯源问责；三是使数据共享度显著提高，教学管理数据不再是游离于各模块之间各自为战，而是做到互联互通，信息共享，可支持多种数据服务场景，为智慧校园的建设提供数据保障。