智慧校園的融合發展與技術實現*

劉邦奇 孫曙輝

（1．首都師范大學 教育學院，北京 100048；2．訊飛教育技術研究院，安徽合肥 230088）

融合發展是推進教育信息化發展的核心理念。自21世紀初以來，信息技術在教育領域得以廣泛應用，教育信息化進入深度融合、創新發展的新階段。隨著教育信息化的不斷發展，校園信息化也經歷了一個從早期的校園網應用到整體的數字校園建設再到融合發展的智慧校園建設的發展過程。智慧校園是“互聯網+”時代校園信息化發展的新形態，是數字校園發展的高級階段。目前，有關智慧校園的概念、特征及應用需求方面的研究比較多，而智慧校園的具體建設方法、技術策略及建設模式等研究還有待深化。本研究從信息技術與教育全面深度融合的視角，構建了基于融合發展的智慧校園技術架構，并提出了實現智慧校園融合發展的技術策略。

一 智慧校園建設模式分類

國內外許多知名高校早已開始進行智慧校園建設與應用的實踐探索[1]，如早期有美國的卡內基梅隆大學、普渡大學，以及我國的北京師范大學、浙江大學、南京郵電大學等。近幾年來，開展智慧校園建設的高校越來越多，與此同時，不少專家學者紛紛就智慧校園的建設與發展進行了理論探索。從已有的研究成果來看，實施智慧校園建設的模式類型復雜，如有以物聯網、云計算、大數據、微信等新技術為引領的技術導向型模式，有以管理、教學、URP等需求為導向的應用驅動型模式，也有以知識管理、綜合集成、一卡通服務等為核心的其它驅動模式。參考相關研究成果，本研究將智慧校園建設模式概括為以下四種類型：

1 技術驅動型模式

技術驅動型模式是指以技術推動為主要特點，突出技術在智慧校園建設中的引領作用，以技術及技術裝備的應用為智慧校園建設的關鍵。如宗平等[2]提出基于物聯網技術，構建泛在感知、互聯互通、共享協作的智能化校園環境；蔣家傅等[3]提出建設基于云計算的智慧校園，采用云服務的方式和面向服務的多層架構模式，構建適應性、擴充性、易用性和維護性強的校園服務平臺；羅丹等[4]提出利用大數據構建智慧校園，基于信息互通、數據共享，打造能提供高效、實時、個性化服務的信息化校園環境；張雅彬[5]提出基于微信開發與建設的智慧校園服務平臺；黃榮懷等[6]提出基于情境感知、移動互聯、社會網絡、學習分析、數字資源組織和共享等多種技術，構建智慧校園。隨著新一代信息技術的迅猛發展及廣泛應用，技術驅動型模式成為學校智慧校園建設的常見模式之一。

2 應用驅動型模式

應用驅動型模式是指智慧校園建設以應用推動為主要特點，在建設過程中突出問題導向作用，以滿足應用需求和解決實際問題為智慧校園建設的標志性特征。校園信息化發展早期存在重硬件輕軟件、重技術輕應用的現象，為克服這一不足，必然要求“以應用需求牽引建設”，應用驅動型模式由此出現，“需求牽引、應用驅動”成為了高校智慧校園建設的重要原則。典型的有基于大學資源計劃（University Resource Planning，URP）構建智慧校園的模式[7]，即采用松散耦合的體系結構實現各類應用系統的集成，實施“1+N+1”策略——由1個基礎平臺、N個應用系統和1個門戶構成URP體系，為用戶提供統一的訪問服務。王運武[8]提出，傳統數字校園的功能結構偏離了學校的核心業務，只注重教育管理需求，對高校的創新性人才培養、知識創新和服務社會發展等核心業務的支持不夠，因此智慧校園的建設應向支持學校教學、科研、管理、服務的全面應用轉變。

3 知識驅動型模式

知識驅動型模式是指以知識推動為主要特點，在智慧校園建設中突出知識的決定性作用，以知識和知識管理的應用為重要標志。清華大學教育技術研究所最早提出基于知識管理的數字化校園模式[9]，把知識管理的理念和方法引入信息化校園建設，采取“技術體系+知識體系，數據庫+知識庫，參與者雙重角色”的基本策略，形成了基于知識管理的數字校園架構。徐華斌[10]從知識循環的視角，提出了基于知識循環模型的智慧校園模式，認為高校作為創造、承載、傳播和應用知識的主體，智慧校園建設應面向知識管理，以促進知識創新和應用為特色，實現教育資源的整合和共享、實現智慧教育；該模型的關鍵應用系統為“知識管理系統+狀態監控系統+業務管理系統”，其中知識管理系統是智慧校園建設的核心系統，業務管理系統建設突出體現數據的自動生成和處理、數據挖掘和輔助決策，支持管理決策的智慧化應用。

4 融合驅動型模式

融合驅動型模式是指智慧校園建設以融合推動為主要特點，突出融合發展的帶動作用，包括技術的統合、應用的整合、技術與教育的融合等，并以融合發展為智慧校園建設的核心標志。如Boltman等[11]進行了技術沉浸（Technology Immersion，亦譯作“技術融合”）學習環境的構建與研究。在此基礎上，邵晰[12]提出了技術沉浸式的新型數字校園建設模型——在該模型中，技術并不是主角，技術的使用是為了讓學生能夠進入更佳的學習狀態，即“沉浸”狀態；該模型中最為核心的并不是硬件條件的建設，而是技術與課程的整合、與教育教學的融合。蔣東興等[13]明確提出，智慧校園建設是信息技術與教育教學的關系從組合、整合進入融合創新，基于信息技術解構、優化、重組和創新，形成智慧教育模式。智慧校園的建設有利于師生與教學資源、環境的智能交互和深度融合，促進了教學模式的變革創新。

由上可知，智慧校園建設的四種模式各有側重和優勢。但由于技術作為工具和手段自身沒有方向和目標，難以體現智慧校園發展的真正目的與價值，因而片面強調技術導向，對于正確把握智慧校園的發展方向是不利的；而單純強調應用驅動、知識驅動的作用，忽視技術的引領和推動作用，也帶有片面性。本研究贊同教育信息化專家楊宗凱[14]關于“教育信息化由應用驅動向融合驅動轉變”的觀點：融合驅動主要包括基礎設施環境的融合，技術、內容和方法的融合，規模化與個性化的融合，教學信息化與管理信息化的融合以及重塑教育等。筆者曾對基于融合創新的智慧校園信息生態進行了探討[15]，提出融合創新是打造智慧校園信息生態的關鍵和實現智慧教育的必然途徑。基于上述研究成果，本研究認為在智慧校園建設中，應把多種驅動模式有機結合起來，加強技術、數據、知識、業務等多要素的多維度融合，基于融合發展的理念與策略，推進校園信息化的建設與應用，實現智慧校園的融合創新發展。

二 智慧校園的融合發展及特點分析

1 從數字校園到智慧校園

當前，國內外校園信息化發展總體上處于整合集成和數據融合的階段，數字校園正逐漸轉型成為智慧校園。美國哈佛大學的Nolan教授提出了信息化發展演進的諾蘭模型[16]，將一個地區、行業或組織的信息化發展劃分為初始、推廣、控制、集成、數據管理、成熟等六個階段。數字校園的核心是集成和數據管理，通過整合集成消除“信息孤島”、實現信息共享和數據一致，進而采用數據融合和挖掘技術實現高級應用，邁入成熟的智慧校園階段。

從數字校園向智慧校園轉型的突出標志，就是從整合集成走向融合發展。在數字校園發展的基礎上，美國、英國、韓國、日本、新加坡等發達國家均已對智慧教育、智慧校園進行了布局和實踐[17]。如《美國2016教育技術規劃》指出，發展的焦點已經從科技是否需要與教育融合的問題轉向如何融合的探討[18]，教育信息化已進入融合與革新階段。在我國，《教育信息化“十三五”規劃》要求“通過融合創新提升教育信息化的效能”，《2016年教育信息化工作要點》明確提出要“引導各級各類學校建設和應用數字校園/智慧校園”，而中國教育技術協會技術標準委員會起草的“智慧校園整體框架（國家標準）”也即將發布。由此可見，智慧校園建設已成為校園信息化深度融合、創新發展的必然趨勢，是數字校園深化發展的高級階段和新的形態。

表1 智慧校園融合發展的特點分析

2 智慧校園融合發展的特點分析

智慧校園是一種基于物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的運用，通過與教育教學的深度融合而形成的校園信息化發展的新形態。智慧校園建設堅持以人為本、以學習為中心、融合創新的發展理念，利用“互聯網+”的思維方式和新一代信息技術手段，把學校各類信息化系統和資源整合為一個有機的整體，構建具有高度感知能力、協同能力和服務能力的新型信息化校園環境，深入融合滲透到教育教學的全過程，促進學校教育理念、教育模式和教育體系的變革與創新，全面提高教育教學的質量與效能，實現全體學生和教師的智慧發展。

融合發展是校園信息化深化發展的核心理念。智慧校園建設是將“互聯網+”的思維方式和新一代信息技術在學校教育領域進行創新應用，融合滲透到學校教育的全過程，構建富有智慧、個性化的學習環境和學習活動，支持智慧的教與學。融合發展既包括信息技術與教育的深度融合，也包括不同技術之間、不同教育業務之間的多向融合。如隨著信息技術的飛速發展，以及互聯網、物聯網、移動互聯網等多種網絡技術在學校的應用，多種網絡的融合互通、無縫連接成為了智慧校園信息基礎設施建設的必然要求。智慧校園建設要通過多向的深度融合，實現信息技術的創新應用，并實現信息化教育環境、教育模式和教育體系的創新。智慧校園融合發展在技術和應用上的特點分析如表1所示。

三 基于融合發展的智慧校園技術架構

基于融合發展的智慧校園建設與應用，首先需要構建融合驅動型智慧校園的技術架構。通過分析融合驅動型智慧校園建設模式的特征，結合云服務、大數據分析、網絡融合等新的技術理念，本研究設計了基于融合發展的智慧校園技術架構，如圖1所示。智慧校園技術架構的核心組成要素包括服務展現、業務應用、支撐平臺、數據中心、基礎設施等五個方面。與過去的數字校園建設所不同的是，智慧校園建設總體上以云服務模式為基礎，融入企業 ERP、多網絡融合、大數據分析等技術，各部分建設內容體現了從組合、整合走向融合的特點，這也是校園信息化建設中技術發展、技術應用、業務變革和融合創新的必然結果。

圖1 基于融合發展的智慧校園技術架構

①服務展現：是智慧校園統一的門戶展現平臺，通過服務融合提供一站式信息門戶。由于每一個用戶的角色不同，因此平臺應呈現符合其角色身份的個性化門戶，使用戶可以根據自己的個性需求和愛好進行定制，實現一站式登錄，并享受個性化的門戶服務。此外，平臺還應提供移動信息門戶，以實現任何時間、任何地點的訪問服務。

②業務應用：借鑒企業ERP的理念，劃分學校教育教學應用的業務域，包括教學域、教學管理域、學工管理域、科研域、辦公管理域、生活服務域等；梳理并分析各個業務域內業務系統間的數據流程和業務模型，通過業務融合，建立基于業務域的一體化管理應用；提供應用注冊、應用申請、應用審批、應用安裝、應用卸載等平臺管理功能。

③支撐平臺：主要為智慧校園建設提供統一的用戶管理服務、統一的身份認證服務、統一的權限管理服務和應用中間件的管理服務等。同時，通過平臺融合，提供各類應用開發的集成環境，構成智慧校園基礎平臺的統一管理和公共支撐服務環境。

④數據中心：建立高校大數據中心，主要進行基礎性的數據整合和治理工作，統一采集、存儲各類結構化數據和非結構化數據，并通過數據交換平臺進行相應數據的清洗、轉換、加載；基于數據融合、數據挖掘分析，提供高價值的數據服務。

⑤基礎設施：主要對校園現有的基礎設施環境升級改造，部署感知設備，構建校園感知環境；完善物聯網、無線網、互聯網建設，實現校園網絡無縫融合；增加云計算資源和存儲資源，實現虛擬化管理，提供資源智能彈性伸縮控制、智能功耗控制、網絡設備智能監控等服務。

四 實現智慧校園融合發展的技術策略

智慧校園技術系統建設是一項技術性、教育性和實踐性很強的工程，既涉及許多新技術、新方法的融合開發，又涉及大量業務流程的整合與重構，還涉及對眾多用戶需求的調查與統合，因此必須始終堅持智慧校園融合發展的核心理念，準確把握其技術和教育特征，精心設計并組織實施。以融合驅動的模式推進智慧校園技術系統建設，其核心技術策略是從網絡融合、數據融合、平臺融合、業務融合、服務融合等五個維度加強深度融合，實現智慧校園的創新發展。

1 網絡融合

網絡融合主要是指智慧校園的感知設備、網絡設施、云資源等基礎設施環境的整合相融，實現基礎網絡設施環境的無縫覆蓋。網絡融合是智慧校園建設的基礎，即綜合利用各種網絡接入手段，整合校園內的物聯網、有線網、無線網、移動互聯網等各種應用網絡，進行全網一致的智能管理與控制，并提供開放的網絡接口，實現網絡間的無縫連接和通信，將所有校園網絡設備連在一起，為智慧校園應用提供高速、穩定、全覆蓋的網絡基礎環境。目前，很多高校已建成基于IPv4/IPv6的寬帶網絡、基于ZigBee的無線傳感器網絡、基于RFID和WiFi的網絡等網絡環境，通過融合先進的網絡及傳感技術，構建了多網絡融為一體的智慧校園網絡基礎環境。

2 數據融合

數據融合是指對校園各類基礎數據、應用數據、感知信息等數據信息資源進行融合，并提供數據存儲、數據治理等融合服務。其中，基礎數據包括人員、設備、設施等基本數據，應用數據包括各類業務系統中的過程性數據、學習行為數據、用戶網絡行為數據等動態數據。數據融合是智慧校園建設的核心，主要涉及三個方面：①按照學校的不同業務域，對不同域的數據進行采集、存儲，開展交叉、關聯應用等數據融合；②對來自校園不同平臺、不同系統、不同結構的異構數據源進行集成整合和統一管理；③對基本數據和動態數據進行關聯分析和處理，開展大數據分析和挖掘。校園數據融合的實施包括制定和完善數據標準、規范，進行數據治理和數據質量提升，建立數據中心、數據交換及監控管理平臺，做好數據服務的應用及監管等。

3 平臺融合

平臺融合主要是指針對校園身份識別管理、數據統一管理、業務開發應用等需要，利用統一認證、云計算、SOA等技術進行整合建設，構建統一的校園基礎支撐服務平臺。平臺融合是智慧校園建設的關鍵，但目前在校園信息化建設中存在硬件設備分散配置管理、系統獨立建設與應用、C/S架構和B/S架構等多種系統架構混雜、部門之間服務難以統一調度、信息無法同步等問題，因此必須重點做好校園信息化支撐服務平臺的融合建設。平臺融合的實施主要通過SOA、云計算等技術來實現，即采用面向服務的SOA軟件架構體系和云管理平臺，提供統一的平臺化系統軟件支撐服務，為用戶的云應用提供統一的開發、運行和監控支持環境，并提供統一認證、權限管理、安全、訪問控制、單點登錄和開發測試等多項服務。

4 業務融合

業務融合是指打破傳統的圍繞特定部門、特定業務需求獨立建設業務系統的方式，逐步將核心業務應用轉移到智慧校園的“大平臺”上來，進而實現核心業務領域各應用系統之間的聯系、制約和融合。業務融合是智慧校園建設的核心標志。從過去分散的業務系統開發到應用集成再到業務融合，破解了跨部門業務流程打通的難題，實現了校園內智慧業務的應用。在智慧校園建設中，業務融合按照“大平臺小應用”的建設思路，利用共享數據和集成開發環境，基于統一的智慧校園平臺來整合各類業務系統，通過將建設粒度由“系統”級細化為“功能”級，不斷擴展個性化“小應用”，突破現有業務系統在支撐核心業務領域中存在的難題，實現跨職能域的業務應用對接和流程再造，最終從根本上解決長期存在的“信息孤島”、“應用孤島”問題。

5 服務融合

服務融合是基于網絡、數據、平臺、業務等融合，利用統一的信息門戶、豐富的信息展示和可視化呈現，實現一站式、個性化的校園融合服務平臺。服務融合是智慧校園建設的歸宿，體現了以人為本的理念。按照“自下而上、面向用戶”的思路，服務融合注重用戶體驗，優化服務流程，全面整合學校的教學、科研、管理、技術資源，支持無縫集成的智慧應用，提供全業務、全過程的“一站式”服務。秉承“服務碎片化”等設計理念，服務融合實現了以數據融合、業務融合為核心的校園服務碎片化，屏蔽了用戶的業務系統和業務邏輯，強調一個應用（APP）只完成一個事務；根據業務需求，服務融合提供靈活、方便、按需選取的“組件化”服務模塊，以及跨平臺和多終端的智能化、個性化服務，提升智慧校園的用戶體驗和使用價值。

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