智慧校园信息化系统设计探讨

姜志鹏

（广州市设计院集团有限公司）

1 引言

国家《教育信息化2.0行动计划》《中国教育现代化2035》《关于大力加强中小学线上教育教学资源建设与应用的意见》《教育部关于加强新时代教育管理信息化工作的通知精神》等相关政策中，明确指出要以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，加快推进“基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式实验区”建设，稳步构建信息技术支撑的信息化教学环境，建设智慧校园。

校园管理通过大数据系统辅助教育信息资源的整合和利用，建立系统化的教学教育管理、教育决策、校园管理监测评估、教育资源共享、教育安全管理、教学质量体系建设等公共服务，推动智慧校园数据、服务和应用的融合，建立校园一站式的教育信息化服务，从而实现智慧校园的信息化管理目标，并能从所有采集、整合、汇总的各类数据中，挖掘、分析具体应用的有效性，保障学校教学质量、尊重师生个性，最终实现以人为本的发展目标，促使学生全面个性化发展、教师专业发展和建立有效的家校互动与家长参与，深入推进信息技术与课堂教学创新，提升校园教育、管理服务的建设水平及整体管理能力。

2 智慧校园信息化系统的需求分析

智慧校园信息化系统项目涉及的子系统繁多，周期长、规模大，根据目前校园信息化建设的发展趋势，智慧校园的终极目标是建成一个信息汇集、资源共享、应用整合和综合运营为一体的统一管理平台，能够提供集成服务，诸如数据集成、流程集成、用户界面集成等，有效改变教育系统各部门、学校对信息资源的垄断和封闭的局面，从而实现区域或校园数据资源的共享、避免重复投资，从整体上提升教育信息化系统建设水平[1]。

2.1 学生的需求

从教育本身属性和国家对教育新政颁布实施的内容要求看，对个体学生德智体美等全面发展、全方位提升提出了全面要求。除学业水平外，学生的综合素质全面发展在未来的教育管理中将得到落实。因此，在校内日常的学习过程中，学生应能自主地面向多学科的教育资源，接触新兴技术发展和应用的信息并能得以亲身体验，提升综合自主学习能力、自主思考问题、协同合作、培养创新能力。

从学生个体看，能根据个人学习的兴趣爱好及个人学习上的薄弱点，针对性地进行知识点的重点说明和推送学习内容，并提供个性化的学习资源，提高学习效率，减小学习负担。利用大数据、智能算法等手段，通过各项数据上的分析，来掌握每个学生自身的各个学科的知识优弱点，对自身学习情况的精准把控，从而针对性地制定学习计划和方法。

2.2 教师的需求

充分利用信息化的手段完成大多数的日常教学课后工作，通过信息化的辅助手段、广泛的智慧教学环境、信息化的教学工具，对日常的作业、考试等学情信息进行数据统计、数据分析、汇总报告，更精准的提升教学质量、提高工作效率。

利用信息化工具的便利性，随时随地将各类日常常见的问题、教学信息与资源汇总并统计到班情教案中，利用人工智能的图像识别、语音识别等新技术对学生的学情信息进行智能分析，掌握学生学习过程中的各类问题并进行统计、归类、分析，提供解决方案等，减轻教师们的日常工作负担。

通过信息化系统工具，更便捷地获取各类教学资源，根据学生的学情数据分析，有针对性地对备课、知识掌握情况等进行重点把控。在智慧教学、智慧教研、教学评价、教师培训、发展档案等信息化服务内容中，为各层级的教师提供全面的信息化平台服务。

在教师自身的个人技能专业水平发展上，能更容易地从信息化平台中获取更多更全面的学习和政策资源，帮助教师获取所需的学科内容和教学技能知识，并更好地将教学知识和人工智能等新兴知识有效整合，从理论到实践、从技术到应用，全方位提升专业水平。

2.3 家长的需求

关注孩子在校学习、生活、安全、身心健康的情况，了解孩子成长中的优势和短板，帮助孩子学习能力提升，配合学校共同作好家校共育。

能得到老师的反馈信息，并能及时与老师沟通孩子在校情况，通过信息化平台中的家校共育板块、一卡通管理系统等应用功能，为学生与家长提供安全舒适的学习生活环境。

2.4 学校管理者的需求

能及时、准确了解本校各学级教学教研现状，为创造安全、便利的学习生活环境提供数据参考与决策依据，从地区教育系统中获得优质教育资源。

能通过信息化平台数据，对教师的教学水平进行大数据人工智能分析，构建以基于课堂，结合综合素质教育的全面发展教育模式，利用精准的数据分析辅助，创新教育教学管理，实现教育人本管理，服务于创新型人才培养的目标。

2.5 教育部门的需求

对本地区教育发展真实情况提供及时信息反馈，可随时查阅区域内资源建设和应用的具体情况，及时了解区域内信息化基础设施的应用效率，通过各类系统实现对区域、学校信息化管理，收集各类教育大数据，掌握相关动态数据，利用大数据技术生成的统计报表，为优质教育资源布局和因材施教发展规划提供数据支撑。

能利用人工智能等新兴技术，建设以校为本、基于课堂、重在创新、精准测评的教育工作者专业水平提升发展新机制。搭建校际交流平台、教育资源共享，吸收并输出好的教育资源。

为了满足以上各方需求，大多数情况下越来越多的各类运用（Web、APP）被无序、重复建设，无法系统性的统一管理，也难以满足实际应用管理需求。因此，综合型的智慧校园信息化系统管理平台建设，在IoT、云计算、人工智能等技术解决方案更加成熟的今天，更突显其重要性和紧迫性。

3 智慧校园信息化系统的规划

智慧校园信息化系统的规划与设计目标，主要是为主体对象提供智慧化服务，即上述需求分析中的主要内容：学生成长、教师发展、家校共育和教育管理。围绕以上四大服务主体，采用云服务架构模式进行统一规划、分模块逐步实施，促进学校教育发展和提升教育质量，打造安全智能的教育环境，帮助学生全面成长、提升教师专业能力，健全管理与决策机制。

系统采用云计算架构进行部署（见图1），借助5G、人工智能、大数据、云计算等新技术手段，构建更高质量的智慧校园信息化平台。

图1 智慧校园信息化系统架构图

3.1 基础环境系统

在校园网内网的基础上，通过各类采集器、传感器、5G网及物联网等基础设施的建设，为大数据的采集、分析和应用提供基础能力。

其中接入部分支持智慧课室、校园广播、一卡通管理、电子班牌、考试管理、智慧实验室、校园安全、IT网络、网络安全、数据存储等内容。

3.2 核心数据平台

将校内所有设备基础数据、用户数据、应用数据、教学资源数据、应用监管层数据等各类数据采集、运用和处理，集中于此业务与管理层中，通过数据的归档、分类、组合、关联，并通过AI分档预处理，将结构化数据、非结构化数据、终端设备数据进行数据资产的治理，产生数据引擎工作的划分，将业务中台和数据中台的数据源以规范标准形式在此平台层中集中调度，有序运用。把机构管理、师生管理、资料管理、资产管理、用户认证管理、各类应用接入等业务中心数据，在数据中台中通过云管、AI分析等算力、数据管理的各类工具引擎，高效分管各类结构化数据，为智慧校园的各类服务提供最基础、最重要的支撑。

完成以上数据分类、归档后，将所有预处理好的数据根据应用层的需要，对教学、安全、考试、资产等业务类型进行归类分析与分类应用管理，为各类应用提供的数据支撑。

3.3 应用层

构建智慧校园的管理、教学、教研、评价和服务等应用，将信息化平台中面向用户的各个模块建立在此应用层上，在公共应用的基础上集成校园特色资源及应用，为学生、教师、学校管理者、家长、公众等不同用户提供全方位、个性化的全流程服务。

所包含的各大应用模块，包括各类服务对象空间（学生空间、教师空间、家校空间、管理者空间等）、教学资源、在线教学、教务管理、安全管理、资产管理、办公OA、师生评价、智慧生活、家校互动、数字图书馆等。

4 智慧校园信息化系统的设计思路

智慧校园信息化系统设计的指导思想包括：技术先进、经济合理、功能适用、升级维护便利、选用主流开发技术、有充分的可扩展余地和个性化定制功能等。

4.1 基础环境系统设计

智慧校园信息化系统的基础环境板块，包含与各类末端设备对接并采集相关数据，并通过有效的数据处理使信息可直接体现在系统平台的应用层功能模块中。

4.1.1 智慧校园一卡通系统

能便利师生在校生活，为宿舍管理、餐厅消费、门禁、人行闸机、图书馆借阅、课室/宿舍考勤等功能提供一体化管理和服务。

4.1.2 智慧图书馆

包含编目管理、典藏查询、图书流通、期刊查询、统计分析、OPAC检索等功能，可以有效提升馆员工作效率和读者体验，展示馆情大数据。

4.1.3 安防系统

包含对视频监控、门禁管理、人脸识别、入侵（求助）报警、周界防范、停车场管理、访客登记管理等安全系统的配套，加强对校园内学生的安全保护。

4.1.4 设备管理

提供各学生、教师宿舍的安全用电管理、冷/热水计量和供暖计量管理、校园公区的照明（含泛光和园林）管理、给排水系统的运行状态等设备管理功能，对校园内的机电设备进行高效监管。

4.1.5 智慧课室

智慧课室配套的多媒体教学设备、电子班牌、时钟、课室广播、远程互动教学、教育直录播、监考设备（含中高考），支持如疫情期间的线上课堂等教学活动。

4.1.6 智慧宿舍管理

对学生就寝考勤、宿舍内用电安全管理、学生网络使用管理等提供更高效的宿舍管理辅助手段。

4.1.7 智慧食堂

打造技术先进的互联网式的各类用餐及可追溯的食品安全服务。

4.1.8 信息网络系统

为学校师生提供快捷高效的教学、科研、便利的生活、社交一体化的综合信息服务。校园网既需要承载科研信息共享、多媒体教学、电子阅览、教学资料存储等教学相关的网络业务，也要承载行政和总务管理、教师办公、学校论坛、师生生活及社交等其他网络业务。根据业务性质的需求，对网络进行分级分类规划。对外网接入和运营商的移动信号覆盖要求，应留有充足的路由路径管道和机房处的电力、通风等辅助配套。

4.1.9 机房工程

随着大数据需求和服务管理的发展，除按规范要求建设配套的机房工程外，还应重点规划和设计好机房的预留扩展空间和相关的电力、暖通等配套措施。

4.2 信息化系统的基础框架

4.2.1 统一的门户访问和认证

为教师、学生、家长、管理者提供一站式服务体验、服务集成、信息发布、数据展示等服务，面向用户提供教育可视化操作环境。用户能通过Web和APP访问教育统一门户，统一身份认证授权管理。

4.2.2 数据应用和管理中心

功能包含制定数据标准、数据采集管理、数据存储管理、元数据管理、数据质量管理、数据共享管理、数据填报工具、自定义报表分析工具、交互式仪表盘工具、自定义查询工具。支持教育局管理、学校管理、老师管理、班级管理、学生管理、家长管理、教学任务管理、异动管理、毕业管理、入学管理、数据导入日志查询、密码管理、智慧校园应用角色管理、校本科目管理等相关内容。

4.2.3 支持多应用接入的开放平台

建立开放平台，搭建可持续发展的教育信息化环境，为各类应用建立开放共享的底层运行环境，从数据、资源、用户认证等多个角度完成已建应用系统的全面梳理，并对后续接入的教育应用提供标准化接口，实现对各类应用的统一接入和监管。

4.3 信息化系统的智慧应用

4.3.1 智慧教学

包括教师线上线下备课、班级排课、课堂资源统一管理、线上线下教学资源管理、远程教学服务管理（直录播授课）、精品课程、名师课堂、考试管理、学情分析、教学考评、课堂班级学业采集与数据分析等功能，并能为其他有需求的校区提供本校优质的教学资源。为校园教学管理提供便利的管理服务。

4.3.2 智慧教研

共建共享教研资源中心，支持老师、名师工作室、局端上传自己的资源云存储，形成区域级教研资源库，支持老师搜索、查找对应的资源，便于教研、备课、教学工作的开展。

4.3.3 智慧校情分析

对教师的教学教研情况、学生的学习考试等情况、网络教学资源的使用情况、食堂食品服务情况、场馆使用管理、社团管理与服务、校园安全管理情况、校园公共服务情况等，灵活设置分析维度，满足学校不同方面对整体校风校貌分析、管理服务水平分析等的要求。

4.3.4 教务管理

将实现选课管理、社团管理、排课管理、问卷调查、投票管理和班纪班风管理等教务综合应用信息化管理。

4.3.5 校务管理

校务管理实现各类日常校务综合工作管理应用，师生录取管理、面向工作汇报管理、请假管理、协同办公（校园OA）、设备报修、工资管理、场馆使用、物资申报、公文流转等工作。

4.3.6 师生成长档案管理

从教师基本信息、自我学习、自我提升、教研活动、教学比赛、获得奖励、教学赛课、市区比赛、班级比赛、学校活动、班级活动、个人论文等维度，基于大数据平台数据及终端应用上传数据形成教师发展档案，为教师考评及促进发展提供数据支持。将学生从入学到毕业的学习发展数据，包括学科成绩、学期排名、成长趋势等形成学生学业成长档案。

4.3.7 家校互动

实现家校的即时沟通，包括学生考勤假情、住校安全、消费、健康、作业、个人学情、课表、学校通知、家师互动、班级荣誉等。

4.3.8 辅助决策

学校管理部门经常有数据查询的需求，这些需求是随机的、多变的、不可预见的，校园各应用系统中积累了大量统计和分析数据，在这些数据的基础上构建数据模型，进而通过数据分析的手段[2]，获取所需的师生现状、教学数据、各级教育、校情和国家教育政策等信息，辅助教育工作者决策。

4.4 信息化平台大数据分析与应用

4.4.1 教学大数据分析与管理

呈现互动教学情况，将每个学生学习情况通过数据呈现给老师，采集教师在线备课数据、评课与听课数据，形成教学教研课题分析，帮助老师了解每一个学生的学习情况，因材施教。记录学生的学习轨迹，汇聚学生测练数据，将每一个学生的学习情况呈现出来，同时通过制定以自主学习为导向的学习指标体系，促进学生自主学习能力提升。

4.4.2 校园安全大数据分析与管理

包括视频安全监测、师生出入管理监测、访客出入安全监测、食品安全监测、校车运行监测、暴力事件监测、校园巡查监测等。

4.4.3 考试大数据分析与管理

通过多年的数据形成发展性分析报告。同时以学校、教师、学生不同的角色展现不同分析报告，通过大数据分析找出学校教学、教师教学、学生学习的强弱项。

此外，智慧校园信息化设计中应根据各类中小学学校、地区等不同情况，提出有针对性和个性化的管理业务应用，完善智慧校园信息化系统平台的功能。

5 结语

智慧校园信息化系统的设计既需满足校园信息化管理日益增长的需求，还应为各类应用功能的升级扩展和对接第三方系统平台留有充足的技术空间和可实施性。笔者结合多年项目设计与实施管理的经验，认为智慧校园信息化系统的设计必须基于教育体系政策的指导和当前行业技术发展，再通过深入研究中小学的业务管理需求，才能建设成开放、兼容和安全的智慧校园信息化系统平台。