基于大數據的智慧校園平臺設計與應用

胡伏湘

（長沙商貿旅游職業技術學院 科研與發展規劃處，湖南 長沙 410116）

基于大數據的智慧校園平臺設計與應用

胡伏湘

（長沙商貿旅游職業技術學院 科研與發展規劃處，湖南 長沙 410116）

智慧校園是依托大數據、云計算、物聯網等新一代IT技術搭建的實施智慧教育的信息化平臺。文中從智慧校園的內涵入手，分析了智慧校園的需求，研究了以大數據為關鍵技術的智慧校園總體框架和數據中心的設計方法，并探討了智慧校園平臺的五種典型應用：線上線下混合式教育、量身定制個性化培養、促進教師學術水平的提升、教學質量的智能考核與評價、管理質量和管理效率的提升。

大數據；智慧校園；智慧教育；教學模式

以云計算、物聯網、大數據為典型代表的新型IT技術極大地推動了社會的變革，人們的工作、生活方式發生了巨大的變化。獲取知識的途徑從課堂和課本走向多元化，利用網絡和移動終端進行學習逐漸成為信息時代的主要方式。傳統教育模式面臨前所未有的挑戰，以信息化帶動教育的現代化已經上升到國家策略的高度[1]，因材施教，充分激發學習者的潛能，讓教育教學更具智慧，讓學習過程更有個性；讓管理更加高效，讓質量評價更加精細化，這既是技術進步的必然產物，也是時代賦與教育的使命。依托大數據技術，將互聯網資源和校內各個業務系統的數據貫通起來，搭建智慧校園平臺，實施智慧教育成為可能。

一、智慧校園的內涵

智慧校園是在數字校園的基礎上發展起來的，但不只是技術的簡單升級，是信息技術支持下的新型教育環境，是將Internet/Intranet、無線傳感器網絡WSN、移動通信網絡、WIFI網絡連接起來形成的教育生態系統[2]，是促進教學理念、學習方式和管理模式變革的智慧教學環境。黃榮懷[3]、余勝泉[4]、祝智庭[5]等學者從不同的角度提出了智慧學習環境和智慧教育環境的構想，是支持教育共同體的組建并協同開展教育活動的智能化空間和條件，它以學習者為中心，通過技術手段智慧感知教學主體和管理情境，為開展教學活動提供個性化的資源、工具和服務，為教育共同體的生成輸送智能組件。以大數據為基礎的智慧校園具有五個方面的特征[6]：

（一）每個參與者有具體的定位

智慧校園的出口包括學生、老師、職能部門、決策者和社會相關人員，也就是說，與人才培養相關的每一種人都可以在智慧校園中找到合適的位置，其中師生是最核心的角色，以學生（學習者）為主體，以老師（教育者）為主導，提供教學資源和教育引導，以職能處室為支撐，為教學提供保障，為決策層提供統計分析數據，為決策提供宏觀信息，同時為社會提供人才培養需求和選拔相關信息。

（二）全面感知

具備智能是智慧校園的核心，通過云桌面、傳感器、射頻RFID、監控、二維碼等技術以及各種嵌入式和穿戴式設備，感知物理、情境和社會等教育環境，為各級各類人員智慧推送相關信息，用戶不同，則權限不同，得到的數據和可以操作的內容也不一樣。

（三）泛在教學活動

支持教育共同體各方在任意時間、任何地點、任意方式進行無縫接續的教育、學習與管理接口[7]，APP、微信、PC端登錄均可成為有效方式，提供無處不在的教育支持，碎片化時間和微學習過程得到充分利用。

（四）個性化

智慧校園依靠泛在網絡與學生的全部上網行為連通，其學習過程、消費情況、聊天信息、社交活動都被全部記錄在數據中心，容易利用數據挖掘算法對其活動軌跡和發展趨勢進行畫像，因材施教、個性培養成為可能，量身定制不再困難。

（五）虛實結合

在行政班級、實體課堂、師生面對面交流等傳統教育的基礎上，虛擬社區、虛擬班級、云課堂、跨專業學習共同體成為良好補充，通過網絡資源和課堂管理系統，即使從未謀面的人也可以是同學，老師不一定要見面，考核可以在網上進行，成績單是電子的，校際學分互認，這些都在智慧校園平臺上得到實現。

二、智慧校園平臺需求分析

智慧校園通常是采用集成、合并、升級改造、新建業務模塊四種途徑，在原有業務處理系統或信息化校園的基礎上利用大數據技術建設而成，主要包括五個方面的需求。

（一）信息孤島的消除

智慧校園建成之前，學校存在有大量的業務處理系統，設有單獨的服務器和數據庫，分散在不同地理位置，歷史數據獨立保存，登錄賬號和操作風格各不相同，底層架構無法統一，這些信息孤島耗費了大量的軟硬件資源和管理成本，應用和維護難度大，消除信息孤島是智慧校園平臺首先要實現的目標。

（二）數據的貫通

智慧校園是學校信息化達到一定程度的內生需求，原有的各個業務系統并不能廢除，歷史數據不能清空，而是要無縫移植到新的平臺上，通過服務器虛擬化和云桌面技術建立數據中心，各獨立系統集中在中心機房匯聚，以虛擬存儲的方式共享服務器硬盤資源，實現數據的全線貫通和統一管理。

（三）統一門戶，單點登錄

智慧校園為每個用戶配備唯一的登錄賬號和密碼，并提供相同的初始界面，使各個松耦合的業務系統集成為統一的整體，一次性登錄后即可自由切換到不同的信息處理模塊，避免多次登錄不同系統的麻煩。用戶登錄后，系統能自動識別用戶的角色，分配不同的權限，從而產生不同的工作界面，所能看到的內容和執行的操作會因用戶的類型不同而不同。智慧校園的用戶通常設計為學生、教師、部門負責人、校領導和社會訪客五種類型，還可以添加教研室主任、班組長、主辦干事等類型。

（四）數據全程記錄，考核評價用數字說話

用戶可以從PC端、APP和微信三種方式登錄進智慧校園平臺，發帖、跟帖、討論、資源上傳與下載、觀看視頻、練習和考試、申請與批復全部在網上進行，基本不再需要紙質文稿，簽名采用電子印章統一授權認證，這些信息被全程記錄到數據庫，作業批閱情況、課程學習和考試、成績評定、教師年度考核、評先評優均根據指標體系自動生成，一切用數字說話，從機制上杜絕了人情分和印象分等不合理現象。

（五）促進教育教學模式的改革和管理手段的智能化

以學生為中心的教學方式，通過多元取向激發學習動機，隨時隨地讓學生接觸學習入口，提供豐富的學習資源以及技術支持與服務教學，突破傳統教學過程中局限于教室和課堂的限制[8-9]。利用電子書包以及泛在的網絡文獻，形成興趣導向的學習理念，結合個人職業生涯規劃、學習計劃，依托智能教室以及大數據平臺，建立以學生為主體、以教師為主導的多元化學習與創新模式，形成資源共享與教學交互的良性循環[10]。依托教育大數據信息管理平臺有效地對學生、班級、教職員工、部門進行管理，能智慧分析學生的特長愛好以及教師的研究方向，定制或者推送個性化信息，促進專業水平的提升。

三、智慧校園架構設計

智慧校園包含許多模塊，最重要的部分是總體框架和數據中心，其它業務系統可以根據具體需求采用不同的技術實現。

（一）總體框架設計

智慧校園總體框架由底層到應用可以分為五層，如圖1所示。

基礎設施層：主要是由硬件組成，用于完成數據的采集，信息來源包括校園網（已經連接因特網）、物聯網、無線WIFI、傳感器網絡等，這些原始數據存儲在數據中心機房的服務器中，通過云存儲和虛擬化技術，將不同業務模塊得到的數據存放在不同的區域中，雖然相互連通，但在過濾清洗之前，不能向用戶開放。

圖1 智慧校園總體框架

數據支撐層：利用云計算、大數據、虛擬化、物聯網等，將底層基礎支撐和上層業務數據、應用、中間件進行統一整合服務，對外提供統一管理、統一數據、統一業務支撐；完成所有資源管理和狀態監控，資源動態調配和安全管理?；A支撐層和數據資源層是學校將建立統一的政策法規與信息標準體系信息安全與運行維護體系，為建設數字化校園提供相關保障，實現規范化管理，保障信息化建設順利進行。

數據資源層：包含智慧校園統一數據中心、數據交換中心、標準數據、中間件、文件數據等，為整體智慧校園提供大數據支持和統一數據接口，為形成學校特色決策數據提供支撐。通過基礎平臺將已有應用系統及將來學校陸續建設的業務管理信息系統進行集成整合，實現數據、認證、信息的共享，包含用戶管理與授權和用戶數據集成，為實現應用間的單點登錄提供數據基礎。

業務用戶層：學校的各業務應用系統，包括學校已有的教學與資源、教務行政、教育空間等，包括現有模塊和待建的IT運維等應用系統，涵蓋了學校教學、科研、管理、服務等多方面的應用服務。

綜合瀏覽層：智慧校園綜合信息服務門戶，是基于統一身份認證和單點登錄的信息聚合和展現服務，支持個性化的頁面設置，為各類各種用戶提供統一登錄界面和不同的運行操作管理視窗。

（二）數據中心的設計

數據中心是智慧校園的各個業務模塊所產生的數據集散地，這也是它與數字校園的本質區別，其功能是將各類業務數據通過網絡及傳感器等設備采集起來，存儲在服務器中，利用數據篩選和清洗加工，形成可以向應用軟件輸出的二次數據，如圖2所示。

圖2 數據中心框架

智慧校園的基礎數據包括各類賬號登錄上網后產生的信息、聊天記錄、帖子、問題的發起和解答、原有業務模塊數據、收發的郵件、上傳的文檔資料、移動終端相關記錄、音頻和視頻等。這些信息是非結構化的或者半結構化數據，加上數據采集設備得到的信息，構成原始數據，在統一身份認證后，過濾掉無用的那一部分，再經過數據集成、消息集成和內容集成等融合處理后，對數據進行聚類操作，存儲到分類數據庫中，形成臨時庫、最終庫，提供給應用系統，中間庫的數據可以同時向多個應用開放，是根據業務的需要動態產生的。

四、智慧校園平臺的應用

以大數據為基礎的智慧校園為智慧教育提供了硬件平臺，也為教學模式的改革與創新搭建了軟件環境，有力促進了信息技術與教育技術的融合，推動著管理理念的變革。

（一）線上線下混合式教育

傳統教育以講授為主，而智慧教育將教與學的互動放在同等重要的地位，教師不僅傳授知識，更重要的是教會學生獲取知識的能力。線上線下聯動，實體課堂與虛擬課堂相配合，行政班級與跨專業學習共同體互補，通過大數據課程管理系統，全程記錄學生的學習、練習、疑問和測試情況。備課的內涵得到充分的擴展，制作課件只是最基礎的工作，教師用更多的精力進行教學設計，將關注點轉移到如何激發學生的興趣，如何引導學生發現問題、提出問題并尋找最佳解決方案，組織他們通過觀察、交流、演講、辯論等方式，掌握知識和技能，變被動接受為主動要求，提高教學質量。

（二）量身定制，個性化培養

學生從入校開始，就分配了一個認證ID，相當于智慧校園的網絡身份證號，其所有學習情況、上傳與下載的文件、觀看過的視頻、各種表格等上網行為被全部記錄到數據庫中，通過對不同來源同一主題的關聯分析，從指定姓名的相關信息中確定其特長和愛好以及存在的問題，作為個性化培養的依據，教師為他專門設計成長計劃和導學方案，定期或不定期推送學習資源，在云班級和學習共同體的帶動下，讓其個人優勢得到充分發揮，順利成才。

（三）促進教師學術水平的提升

依托大數據智慧校園平臺，為教師聚焦行業最新動態和發展趨勢，定制行業新聞和參考文獻提供了便利，為在研課題和申報課題提供研究參考，研究團隊不用再頻繁進出圖書館，也不必下載大量的文檔資料，在數據中心和云圖書館中搜索關鍵詞，即可預訂來自世界各國的最新進展和行業動態，虛擬實驗室讓理論的驗證變得極為方便，研究成果的發布和推廣快速完成。

（四）教學質量的智能考核與評價

考核是指南針，為下一年度的努力方向提供目標，通過設定評價指標體系，將教師的年度評優評先運用到智慧校園平臺上，依托教師評價管理系統，引用教學與科研子系統的相關數據，自動統計各項得分并排序，這種評價方法有效避免了遺漏等現象的發生。課程成績的評定，通過大數據平臺，將學習過程納入課程考核過程，強化過程考試的作用，用數字說話。在智慧校園中為每個學生分配空間賬號，開發課程學習與考試軟件，每一個知識點均設計有闖關式考試，這樣，學生的上網閱讀時間和測試成績都由系統自動記錄，最后創建每一位學生的學習軌跡和小考成績統計圖表，期末考試可以設計項目講解環節，這樣得到的總評成績既沒有忽視最終的學習結果，也充分反映了平時知識的形成過程，避免了抄襲和突擊備考現象，更加科學和公正。

（五）管理質量和管理效率的提升

工作流辦公自動化的應用、各級各類文檔的簽收和下發、請示和審批均在網上進行，紙質稿被取代，智能辦公室和智能教室會自動檢測溫度和濕度并開啟空調及燈光門窗，刷臉和指針考勤系統會拒絕陌生人進入，防止盜竊事情發生。教師情況、學生情況、后勤管理人員情況及統計表隨時可以以圖表形式呈現，網絡輿情及異常動態隨時可查，目前進度與趨勢預測隨時提供，每個用戶均可以由智慧校園平臺推送專屬服務。

五、結語

以大數據為核心技術的智慧校園是實現智慧教學、智慧學習、智慧科研、智慧評價、智慧服務和智慧管理的硬件平臺和軟件系統支撐平臺，三分在建，七分在用，要從信息化教育轉型為智慧教育，一方面需要使用者學會足夠的教育技術，如移動課件制作技術、海量信息篩選技術、導學方案設計技術、翻轉課堂組織技術等；另一方面，教學的理念需要更新，管理的流程需要優化和重組，這些不是技術能夠解決的問題。本文僅僅從平臺構建的角度，做了一些探索，并未涉及到教學方法和課程建設方法，作為智慧教育無法回避的問題，是將來要研究的方向。

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[2] 楊現民.信息時代智慧教育的內涵與特征[J].中國電化教育, 2014,(1)：29-34.

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[6] 趙秋錦,楊現民.智慧教育環境的系統模型設計[J].電化教育研究,2014,(10)：12-18.

[7] 楊現民,余勝泉.生態學視角下的泛在學習環境設計[J].教育研究,2013,(3)：98-105.

[8] Stacey Finkel.New Survey Finds Dramatic Increase in Tablet Owner ship Among College Studentsand High School Seniors[J].The Pearson Foundati on Press.March14,2014.

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G40-057

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1671-5136(2016)04-0128-04

2016-11-18

胡伏湘，男，長沙商貿旅游職業技術學院科研與發展規劃處教授、博士、碩士生導師。