计算机技术在高校智慧化校园建设中的应用研究

刘 欢

（天门职业学院 湖北 天门 431700）

0 引言

科技的进步为社会各领域提供了良好的发展空间和发展契机，高校也需抓住这一时机，通过对计算机技术的有效运用来进一步推动智慧化校园建设，促使高校信息化建设方向逐步向“智能化”“智慧化”发展。 随着我国教育现代化建设和统筹教育强国的不断推进，2018 年《教育信息化2.0 行动计划》《智慧校园总体框架（GB/T/36342—2018）》等文件的相继出台为我国教育的信息化发展提供了新的发展引擎，而智慧校园依托于教育信息化，其体现形式更具实质性特征。 因此，高校智慧化校园建设要与最先进的软件设计理念有效结合，在信息化和计算机技术的加持下为校园各类设施管理、教学活动方式、师生学习生活等创造优质条件，并在此基础上对其进行科学、合理的整合重构。 但是，在智慧化校园建设中对计算机技术的实际应用效果并不理想，相关人员对其的作用范围、价值等缺乏深入的认知，物联网、大数据、云计算等技术在智慧化校园建设中的运用状态缺乏适用性、高效性。 基于此，高校智慧化校园建设工作要与实际情况紧密结合，并对所应用的计算机技术进行详细分析，最终为高校智慧化校园建设难度的降低和信息化建设进程的加速奠定基础。

1 计算机技术在高校智慧化校园建设中的应用价值

计算机技术通过物联网、大数据、云计算等技术形式得以更为直观地体现出其应用价值，而校园环境智慧化发展目标的实现与计算机技术息息相关，海量数据信息以计算机技术为载体实现共享和传递，并为校园智能化系统的形成和构建提供了推动力［1］。 计算机技术可对高校教学状态进行实时、动态监测，有助于教学指标整体化监测的实现及其体现形式的宏观性，促使教学形式由传统的“经验式”逐渐向“数据化”“智能化”转变，不仅能够充分满足学生多元化的教育需求，而且对提升教学质量、合理配置与统筹教育资源有积极影响。 此外，依托于计算机技术，信息的传递、共享等更为便利、高效，信息筛选流程得以简化的同时，处理效率也实现了显著提升，进而有效避免了高校不同部门之间出现重复劳动的情况。 在先进技术的辅助下高校校园管理体系的构建逐渐趋于多元化，以数据为依据制定的教育决策更加科学、合理、有效，通过采集和分析高校全样本数据为高校智慧化治理能力的提升提供科学依据，最终为高校校园建设的智慧化发展奠定坚实基础。

2 高校智慧化校园建设中应用的关键计算机技术

2.1 物联网技术

物联网技术是信息化发展的产物，该技术可使物体与网络以信息传感设备的约定协议内容为载体进行有效连接，而智慧化校园建设与该技术的结合有助于高校功能服务包括智能识别、跟踪定位技术等作用的充分发挥，因此，在智慧化校园建设中要对该技术的构成和应用要点加以明确，以此达到作用及效果充分强化的目的。 依托于物联网技术构建的智慧系统功能主要由感知、网络和运用3 个体系共同组成，智慧系统感知功能可记录高校各类活动在物理世界所产生的海量数据，而信息数据的收集则需要传感技术、射频识别技术（radio frequency identification，RFID）一起共同发挥协同作用，后续对物体的精准定位业务服务系统可以此作为建设前提；对网络体系的应用是基于智慧校园物联网系统中的无线通信技术、WiFi6 及蓝牙技术得以实现的，通过统计并分析智慧系统感知功能收集的信息数据，以此作为基础完成对智慧校园应用系统的构建。 其中WiFi6 技术的应用场景密度较高，高校智慧化校园建设的数据传输多以室内场景为主，包括教室、图书馆、食堂、宿舍等，所使用的终端类型主要是移动终端、个人计算机（personal computer，PC）及机器对机器（machine to machine，M2M），其业务量相对较大且网络覆盖能力较强，但在移动性方面的要求较低，所以物联网技术与WiFi6 的有效结合可提高终端设备在智慧化校园建设中的应用适配性［2］。 此外，应用系统的作用形式是依靠网络平台进行呈现的，而终端设备数据统计工作的高效开展离不开大数据、云计算、人工智能等技术的加持，在此基础上跨系统和跨模块技术的功能也可为信息资源共享提供服务。

2.2 云计算技术

云计算属于分布式计算方法的一部分，其对海量数据信息的收集、分解、处理等一系列过程主要通过网络“云”来实现，当海量数据以若干小程序形式进行划分后，用户对数据信息内容的提取即可在服务器的帮助下完成。 云计算相关功能在高校中的有效运用有助于高校信息化建设弹性的增加和建设效率的提升，并促使资源获取形式同时兼具集中化和规模化，在智慧化校园环境中资源和数据壁垒被打破，用户对各类信息资源的获取途径更加便捷，如登录服务趋于一站式、数据的共享和存储更为高效等。目前，云计算技术在高校智慧化校园建设中的应用形式主要包括网络计算机、虚拟技术和计算机应用3 种，通过对其技术优势的有效利用可实现向终端方向的扩展、延伸，进而为智慧化校园“云环境”的构建奠定基础。 此外，云环境融入到智慧化校园建设管理中，有助于身份验证和智能支付服务水平的显著提升；与高校智能安全防护监控系统相结合，有助于室内场景监控布置的合理性和全面化；与校园内全部信息服务相结合，有助于云计算中虚拟技术作为资源交互媒介作用的充分发挥，通过统一整合校园内的软硬件资源并按需分配，促使资源在空间上和互联网中的局限性被打破，进而使各类不同需求的资源服务得以充分满足，最终使云端资源的整合和共享成为可能［3］。

2.3 大数据技术

高校智慧化校园建设中对大数据技术的应用在校园体系建设方面体现得较多，包括数据处理、存储、筛选等，其数据处理类型具体体现在3 个方面：

第一，Hadoop 数据处理架构。 该框架包含的模块有开源工具Sqoop、日志收集系统Flume、数据仓库工具Hive等，可对网络环境中的海量数据信息进行分布式处理。 其中Sqoop 的作用形式是Hadoop（Hive）和关系数据库（MapReduce、HBase、Cassandra、Pig）服务器之间进行数据传送的媒介，可实现对大数据传输设计的批量化；Flume可对网络环境中的大规模日志数据进行高效率地采集、整合、处理、传输等，还可在任何集中存储器中（HBase）存储这些数据信息，且具有可定制能力，可靠性和容错性都相对较高［4］。 此外，Pig 是以Hadoop 为基础建立的大型数据集分析平台， 其对数据信息的处理、 收集等可在MapReduce 任务编译器的辅助下快速实现。

第二，分布式文件系统（hadoop distributed file system，HDFS）。 该系统是Hadoop 框架的核心设计之一，具有高容错性、高吞吐量特征，面对大规模数据集有着很强的适用性，可通过HBase 数据库系统以节点状态对数据进行存储，而节点主要由主节点和数据节点共同构成，主节点的作用是管理元数据和DataNode 数据，数据节点可对客户端数据块的操作处理内容加以定义。

第三，Spark 并行计算框架。 Hadoop 中MapReduce 的全部优越性能均集中体现在了Spark 上，Spark 的实现离不开Scala 语言，该语言与Java 编程语言较为相似。 Spark集群主要的构成节点包括多个从节点和一个主节点，指令的传达和信息的交互可利用交换机和数据采集单元来实现，而基于Spark 并行计算框架的数据计算促使系统所拥有的功能更多，也更完善，如数据查询、学习指令、文本处理等，有助于系统运行过程中进行分布式数据处理业务时可能出现或已经出现的高载荷现象的有效规避和解决。

3 基于计算机技术的高校智慧化校园建设框架的构建

智慧化校园建设是以现阶段高校发展思路及自身实际发展需求为依据开展的，其建设目标为个性化、智能化服务理念，建设基础为“以人为本”原则。 计算机技术在智慧校园各个层面的深入渗透有助于校园设备的紧密连接和校园环境的实时监控，并通过分层设计为校园网络空间的完整性提供保障（如图1 所示）。 技术支撑层中的人工智能技术为教育创新思路的拓展提供了技术支持；大数据技术有助于高校教学活动、管理、评估等各类业务更加精准化、科学化、智能化；智慧化校园建设中的校园一卡通、人脸识别等服务都是依托于物联网技术实现的；虚拟现实技术是在计算机系统的基础上进行虚拟世界的创建，为学习方式的创新提供先进工具；云计算技术可对海量网络资源进行整合，以便于对其管理和调度的统一性，为高校信息资源池的构建奠定基础。 智慧校园的智能化运算和校园智能化治理服务是以数据平台层为基础实现的，该层的功能作用主要体现在采集、汇总、运算、处理数据等，有了数据支持智慧校园的各类应用服务如管理、教学、资源等得以实现智慧化。 智能支持层是依托于大数据分析、信息交互、深度学习算法等将各种教学场景进行有效融合，并为师生服务的科学性、精准性及教学质量的提升提供保障。 应用服务层是以智慧化校园建设作为切入点，其智能服务架构具有协同、整合、开放等特征，应用终端体验服务与师生的实际需求和认知有着高度契合性，且操作更为简单、智能响应更为快速，有助于智慧化校园建设机制的进一步完善［5］。

图1 基于计算机技术的智慧化校园建设框架

4 高校智慧化校园建设中计算机技术的应用实践

4.1 基于计算机系统的数据库构建

不同平台部署需求各不相同，智慧化校园建设中运用的计算机系统大多为Java 2 平台企业版（Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE）开源框架，即Struts 框架、Spring框架与Java 持久层应用程序编程接口（application programming interface，API）（JPA）的结合体。 智慧校园计算机系统应用的操作平台有Windows、Unix、Linux，J2EE开源框架的应用使系统运行时的空间环境更具独立性和联动性，为使校园应用的系统软件服务实现智能化，须对软件的集群方式和使用的虚拟技术进行科学部署，以确保计算机系统的运行性能够与智慧化校园的实际建设需求相匹配。 智慧化校园建设的关键是数据中心，计算机系统的运行和软件平台的构建都是在数据中心服务的基础上开展的，因此数据库的构建要与智慧化校园建设中计算机系统的相关业务内容进行有效结合，如教职工、学生、教材等的信息，教室、宿舍等的分布范围，而数据库对这些信息进行录入时要按照既定标准、规范来操作。 此外，构建的数据库还需具备整合、分析数据信息的功能，用户在使用时还可对数据信息进行检索、筛选等，进而为系统工作效率的提升和维护性能的强化奠定基础［6］。

4.2 基于物联网技术的智慧校园一卡通体系

如图2 所示，智慧校园一卡通建设的核心是服务学校师生，通过线上线下的紧密连接为开放平台和应用生态的构建奠定基础，并促使智慧化应用场景能够在教室、图书馆、餐厅、宿舍、校园安保等方面充分体现，为师生的金融、生活服务打造无卡化、自主化、一体化的良好体验环境，进而为智慧化管理、服务的信息化应用水平的提升提供技术支撑。 在RFID 技术的帮助下，计算机系统在录入教职工、学生个人信息时的速度更快、更准确，RFID 读取器设置完毕后，充值和消费行为即可随时操作。 同时，数据信息向数据库环境进行传递的速度得以显著提升，为智慧校园一卡通信息处理目标的达成创造了良好的条件。

图2 基于物联网技术的智慧校园一卡通架构图

4.3 基于云计算、大数据技术的智能学习环境创设

智慧化校园建设与云计算、大数据技术的深度融合有助于互联网教育平台、数据信息管理系统等的实现，课堂教学工具更加先进和教学内容更加丰富，使学生在校学习打破了时间、环境等因素的约束，同时互联网的开放性、传递性促使学生通过借助互联网平台上的各类资源实现自身专业知识积累、自主学习能力等的进一步深化。 云计算、大数据技术在智慧化校园建设中的应用为其智能化学习环境的创设提供了切实保障，这两种计算机技术可使物理环境与网络虚拟环境的融合和联系更加有效、紧密，学生对学习方法、学习环境空间的选择性更加多样化。 比如智慧教室，突破了范畴问题的限制，为学生远程学习时的互动交流创造了良好的环境。

5 结语

综上所述，高校智慧化校园建设中应用到的关键计算机技术有物联网、云计算和大数据技术，本文通过对不同类型计算机技术的应用内容、作用方式的分析和掌握，为智慧化校园建设中数据库的构建、校园一卡通体系的应用以及智能学习环境的创设提供了必需的技术支持，进而推动了智慧校园逐步向现代化、信息化、智能化方向发展，最终为智慧化校园建设水平的提升奠定了基础。