大数据时代面向智慧教育的高校信息化支撑环境构建研究

王晓妮 杜育红

关键词：大数据；智慧教育；教育信息化；模型构建；支撑环境

0 引言

随着物联网、云计算、区块链等新兴信息技术的快速发展，让我们进入了大数据时代，同时智能终端设备日益普及，高校的教育模式、理念和环境也发生了很大的变化，教育信息化已经成为高校教育改革的重点，技术变革教育已是大势所趋，信息技术推动教育发展已经上升为国家战略。教育部2018年4月印发的《教育信息化2.0 行动计划》文件中明确指出，要大力构建智慧学习支持环境，加快建设智能教室、智能实验室等智能學习空间，积极探索基于大数据、云计算等新技术的应用方式，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程[1]。《中国教育现代化2035》的战略任务中提到“加快信息化时代教育变革”和“提升一流人才培养与创新能力”，这对高校信息化建设、改革人才培养模式有了更高的新要求[2]。然而要实现高校智慧校园建设和人才培养模式创新，只有运用现代教育理念、人工智能、大数据等信息技术，通过改造硬件基础设施、整合各种软件系统资源、提升师生的信息素养等途径，不断优化和完善高校的信息化支撑环境，才能最终实现智慧教育这一战略目标。因此构建良好的高校信息化支撑环境是智慧教育在高校顺利推行的前提条件和紧迫任务，尤其是在实现教育现代化、推动高校信息化建设等方面具有重大意义。从目前国内专家研究结果发现，主要聚焦于高校信息化建设的国际对比、技术指标和策略等方面的研究，对高校信息化支撑环境的研究屈指可数。所以把高校信息化支撑环境作为研究对象，这对高校智慧校园建设、丰富高校信息化建设的理论研究，为智慧教育的实现提供一定的理论参考。

1 面向智慧教育的高校信息化支撑环境的发展现状

我国高等教育信息化建设经过了三个阶段：校园网、数字校园和智慧校园，已从最初单纯的数字化校园建设过渡到如今与信息技术深度融合的智慧校园，那么智慧校园就成为目前高校实现智慧教育的重要基础保障。智慧教育作为未来教育的主要形态，已成为国内外学者的研究热点，它是目前高校教育信息化建设发展的高级阶段。智慧教育就是通过融合教学管理和信息技术构建智能化的学习环境，使教师能够采用多样高效的教学方法，为学生能提供能够满足他们个性化学习的服务，培养出智慧型人才[3]。教育信息化的高端形态就是智慧教育，这需要依赖智慧型的信息化支撑环境才能实现。只有通过构建技术融合的智慧化学习环境，才能提供智慧的教学方法，更好地为泛在化、个性化、多元化学习方式提供服务，培养出更多的智慧型人才，推进高校智慧教育的快速发展。高校信息化支撑环境涉及硬件设施、软件资源、潜在环境等复杂要素，加之不同高校信息化建设现状差异较大，使优化和改革信息化支撑环境成为规模巨大且复杂烦琐的系统工程。随着教育信息化2.0的到来，在大数据、云计算、物联网等信息技术的推动下，高校的教学空间不再局限于教学楼、图书馆、教室等固定场所，实体空间内的面对面交互方式就无法适应，所以为了满足高校的教学需要，必须加快高校信息化支撑环境的建设。如今国内许多高校通过改造公共空间、构建智慧实验室、智慧教室等方式打造泛在化学习空间，以达到优化信息化支撑环境目的，虽然在高校信息支撑环境建设方面也取得了一些成绩，但是通过深入调研发现还存在许多问题急需解决。

1） 部分高校在硬件环境基础设施建设时缺乏整体规划设计，导致现有硬件基础设施无法和先进的信息化设备及实际教学活动完美融合。

2） 忽视教学资源的应用与共享，许多精品课程没有完全对外开放，大部分优秀的教学资源无法真正共享；因为技术和接口的缘故导致一些信息系统无法融合，出现信息孤岛；利用大数据技术进行多维度教学评价和学习轨迹分析的落实力度不大。主要原因是无法系统收集有用数据，对采集来的数据不能进行分析处理和关联融合，出现数据冗余和信息孤岛，难以为智能管理和教学改革提供科学的数据支持服务。

3） 师生的信息化素养不高，尤其是网络安全意识薄弱。激励评价和考核制度设计得不够科学，导致高校部分师生对信息化教学热情不高，严重影响了信息化工作的顺利开展。

2 高校信息化支撑环境的构建理论

高校信息化支撑环境涉及硬件基础设施、应用软件、教学系统资源、国家相关法律治理、激励政策、专业服务、技术人员及网络安全等各个方面，是高校的信息化建设主要组成部分。因此构建高校信息化支撑环境既要了解教育信息化的国际发展趋势和研究现状，又要熟悉现代教育理论和信息技术。为了更好地构建高校信息化支撑环境，需要明确其发展阶段、构建原则和结构模型。

2.1 发展阶段

按照目前信息系统发展阶段的米切和诺兰模型，把信息化支撑环境的发展分为这四个阶段[4]：1） 硬件基础设施建设。主要完成硬件技术设施的搭建和推广，这是智慧校园建设先决条件。2） 软件系统资源整合。推动各种应用系统研发和教学资源建设，为智慧教育提供应用环境和资源支持。3） 教学应用平台集成。搭建信息化综合业务服务平台，整合业务流程。4） 数据服务融合创新。完成数据知识和信息服务的资源共享，保证数据信息的流通，形成历史数据辅助领导决策。

2.2 构建原则

为了构建高效科学的教育信息化支撑环境，应该遵循这三个建设原则[5]：1） 整体统筹、系统规划、分步部署。依照高校信息化建设的要求，从硬件基础、软件环境和潜在因素这三个维度对信息化支撑环境所涉及的要素进行整体规划和系统设计，突出重点和分步实施。2） 应用驱动，取长补短，共建共享。根据师生需求，合理研发优质的系统资源，联合国际和校外高校及知名大型企业，形成多方合作，扬长避短的共建共享机制。3） 兼容开放，深度融合，持续发展。为了信息化支撑环境的可持续发展，必须与时俱进，更新观念，积极采用新的技术和设计理念，创新服务模式。

2.3 结构模型

信息化支撑环境的结构模型，由硬件基础、软件环境、潜在因素这三大部分构成，如图1所示。其中硬件基础包括校园网络、智慧教室及各种智能设备等相关的基础设施；软件环境包括各种应用系统、数字资源和应用平台等软件资源；潜在因素包括各种信息化建设的政策制度、组织机构及专业技术人员等保障体系。

3 智慧教育背景下的高校信息化支撑环境的构建

按照整体规划、分步建设、系统优化、资源整合等构建原则，结合高校信息化支撑结构模型，从以下几个方面构建的信息化支撑环境，具备了先进基础设施平台、兼容性好的信息系统、丰富的教学资源、顺畅的服务机制、良好的用户体验等特点，能够更好地推动高校信息化建设进程。

3.1 加速智慧校园建设，构建无界空间

1） 不断完善网络基础设施建设，这是高校信息化建设的前提和基础。在校园中通过5G移动技术、Wi-Fi和有线网络相结合构建全覆盖、随时可用的网络空间，并及时将学校所有的人、物、环境和方位等信息映射到这个网络应用环境中，建成校内主干链路10G，双万兆到骨干，千兆到樓宇，百兆到终端用户桌面，能够支持IPv6/IPv4双栈网络的校园网，实现整个校园中所有的物与物、人与人、物与人可自动按需链接，随时可以进行资源访问和信息交换，为智慧应用保障可靠的接入服务，为全体师生提供安全可靠的访问服务，为智慧校园建设提供高效泛在的技术支持。

2） 构建智慧大数据中心，健全基础服务平台。按照数据一致，共建共享的原则，采用虚拟化、镜像存储、双机热备份等技术构建智慧大数据中心，实现备份数据的存储设备和服务器合理运用，灵活调配，确保重要的核心数据集中存储，妥善保管，备份容灾，满足所有师生的工作、学习和生活诸多需求，保障网络教学和资源共享服务的顺利进行。

3） 加强智慧教室建设，助力高校开展智慧教育。增加多样化的教学设备，构建实用性强的智慧教室，满足智慧教育需求。为了让教师更好地讲授那些资源复杂、难度很高的专业课，可以配备能够同时展示多个教学资源的多视窗教室；通过增加远程设备来实现多点同时授课，确保大规模习题课和通识课的课堂效果；利用MR/VR 设备增强实验操作课实践效果。为了缩短师生的时空距离，便于分组讨论和互动交流，增加可以自由组合成L型或U型，随便移动的桌椅数目，更好地为翻转课堂、混合式和探究式教学服务。

3.2 整合各种系统资源，实现共建共享

1） 要统一规范系统资源的建设标准，优化管理机制。只有按照多方参与、扬长避短、协同共建、共享开放的构建原则和系统规划、整体设计的建设思路，采用标准的制作规范和API研发信息系统及数字化教学资源，对第三方应用系统中现有的不同类型和格式的非结构化系统资源，通过数据采集清洗和分析处理、信息系统和应用平台的接口标准化等操作，完成所有信息资源的整合，实现资源的共建共享，彻底消除原来系统资源重复构建和分散闲置等不良现象。高校要继续加快各种系统资源建设和应用软件研发，既要整合校内自建信息系统、应用软件、优质课件和精品课程资源，又要引入校外的名师名校的优秀资源，还要确保这些资源的及时更新、科学存储、精准检索和智慧推送。

2） 融合应用软件，完成统一平台登录。通过智慧校园的一站式服务大厅，整合所有的应用平台和教学资源，实现单点登录，为混合教学模式、泛在学习、个性化学习及群智学习提供网络学习空间和技术支持。

3） 构建智慧管理平台，支持领导的智慧决策。通过智慧平台收集校园中所产生的各种类型和结构的教育大数据，运用数据挖掘对其进行分析处理，形成相应的数据报告。领导可以参考这些动态数据，在学校的运行管理、资产调度、教学管理上做出科学决策，为校园的智慧管理提供个性化的服务。

3.3 优化潜在因素，提升服务保障能力

1） 高校要成立专业信息化团队，职责明确，协同合作，从决策、管理和技术三个不同层面为智慧校园建设和信息化支撑环境的构建提供有力保障。专业团队包括信息化领导小组，由负责信息化建设的校领导、专门从事教学的教授和信息技术工作的专家组成，主要完成信息化建设的系统规划和政策制定工作；信息化技术支持小组，由信息化建设办公室技术人员和高校人事、教务、后勤等主要业务部门的管理人员组成，技术人员主要完成信息化支撑环境构建过程中的软件系统研发、教学资源整合和制作、业务流程的设计实现及支撑环境的运维管理，管理人员主要负责本部门业务流程管理、相关政策咨询指导工作；信息化建设协作小组，主要由各系部的网络信息联络员和办公室主任组成，具体负责信息化建设中的协调和系统资源的应用推广工作。

2） 优化信息化支撑环境资金结构，合理规划专项资金用途。高校智慧校园建设离不开经费的支持，否则信息化支撑环境构建和智慧教育推广就是无稽之谈，根本无法实现。因此高校信息化建设中要不断优化资金结构，合理规划资金来源，统筹安排经费用途。首先要集思广益，多渠道争取资金。既要吸引政府和企业大力投资，又要保证校内积极创收。其次要结合学校的实际情况，进行信息化专项资金的合理分配，要全面兼顾建设和应用。既要构建信息化硬件基础设施建设，又要投资教学应用、优化教学资源、完善培训制度，确保信息化支撑环境顺利构建。

3） 提高全体师生的网络安全意识和信息素养。为了增强师生网络安全意识和提高他们的信息素养，高校需要制订相关的信息化技术考核、评价、培训和激励制度，开展系统的网络安全和信息素养培训工作。首先高校充分考虑师生的信息化水平和实际需求，制订有效的激励考核措施，一方面在智慧校园的建设过程中，要加强应用软件和系统资源的实用性及易操作性，降低师生的使用难度；另一面就要人为激发师生对信息化技术的使用热情，从思想上引起他们的重视及认可，改变原来师生对信息技术故意回避陋习，消除他们对信息化教学的抵触情绪和恐惧心理，让他们能够尽可能在教学过程中主动应用信息化技术。其次不断创新信息化技术培训形式和内容，充分调动师生使用网络教学资源的积极性。可以通过信息化技术专题讲座、研讨会、技术培训等线上线下相结合等多种培训方式，确保培训的顺利开展。信息技术的培训内容不但要针对性强，而且要保证良好的实用性，因此必须理论和实践相结合，既要注重专业理论学习，又要把信息技术和具体学科结合起来，体现学科的差异性，如果有必要师生还可以外出到著名的高校、科研所或企业参观学习。还可以通过在校园里营造信息化气氛来，激发师生对信息化的应用热情。例如可以在校园里悬挂条幅或张贴海报，通过橱窗、学术报告等宣传网络安全知识，利用智能机器人自动投送快递体现信息技术为智慧生活提供技术保障，通过举办课件制作大赛和、网络安全知识竞赛等活动提升师生的信息技术运用水平和学习意识，只有这样才能很好解决师生网络安全薄弱和信息素养欠缺问题。最后健全和完善信息化专业人才的培养机制。高校优化信息化人才建设队伍和培养机制，一方面要大量引进和聘请业务素质高、作业技术能力强和综合素质良好的专业技术人员；另一方面要从长远出发，系统规划好现有信息化技术人员的培养，有计划地安排相关技术人员外出学习，大力支持专业技术人员的职称评审和进修工作。只有确保信息化专职人员质量和数量，才能为学校的信息化教学和智能运维提供技术保障及专业服务，有助于高校的智慧教育顺利开展。

4 高校信息化支撑环境优化成效

通过高校信息化支撑环境结构模型，结合信息化支撑环境的发展现状，以高校智慧校园建设和信息化教学管理为出发点，构建了信息化支撑环境并付诸应用，对目前高校的信息化支撑环境进行了相关优化。通过在高校的智慧校园建设中部署实践一段时间后，发现优化后信息化支撑环境存在这些优点：1） 满足了学生随时随地开展个性化的移动学习需求；2） 为教师的智能教学提供技术支持；3） 让领导的科学决策有据可依；4） 实现了管理者对校园的人性化智能管理。

5 结束语

大数据时代使教育信息化变成未来教育改革的重点，高校信息化支撑环境是实现信息技术和教学资源深度融合的重要基础，这是提高教育质量和构建信息社会主要途径[6]。如何利用信息技术更好地为高校教学管理和科研生活，提供技术保障和智能服务是我们现在急需解决的重要问题。本文研究了目前高校信息化支撑环境发展现状及其构建理论，以智慧教育为背景重新构建了高校信息化支撑环境并付诸了应用，有效解决了目前高校信息化支撑环境中存在的不足，取得了显著成效。以高校信息化支撑环境作为研究对象，这对高校智慧校园建设、丰富高校信息化建设的理论研究，为智慧教育的实现提供一定的理论参考。