區域智慧教育大平臺建設的思考與實踐

張必華

摘要：當前，我國教育信息化發展已從1.0邁向2.0，區域智慧教育大平臺的建設是區域教育信息化2.0落地的重要基礎。蘇州高新區智慧教育時空云建設從強化頂層設計、優化中層規劃、細化底層實現，理清整體思路、創新建設內容、打造蘇高新范式，落實建設責任、不斷融合創新、注重應用落地等方面入手，探索出具有蘇州高新區特質的智慧教育新范式。

關鍵詞：智慧教育;時空云;教育信息化

中圖分類號：G40 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2019）12A-0025-05

近年來，隨著科學技術的不斷創新，智慧教育成為當代教育信息化發展的新趨向、新境界、新訴求。2018年8月，蘇州市高新區正式開始了以智慧教育時空云平臺為核心的智慧教育建設升級項目。通過一年多的探索與實踐，一個具有蘇州高新區特質的智慧教育新范式初見端倪。

一、強化頂層設計、優化中層規劃、細化底層實踐

（一）確立智慧教育時空云建設的基本理念與原則

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020 年）》明確提出：要把教育信息化納入國家信息化發展整體戰略，到2020年基本建成覆蓋城鄉各級各類學校的教育信息化體系。要充分利用優質資源和先進技術，整合現有資源，構建先進、高效、實用的數字化教育基礎設施，推進數字化校園建設。要加強優質教育資源開發與應用，加強網絡教學資源體系建設，建立開放靈活的教育資源公共服務平臺，促進優質教育資源普及共享。要鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習，增強運用信息技術分析問題和解決問題的能力。

隨著國家《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現代化2035》《加快推進教育現代化實施方案（2018-2022年）》等文件的推出，教育現代化的頂層設計和行動方案日漸清晰。我們在認真領會一系列綱領性文件精神的基礎上，確立了蘇州高新區智慧教育時空云的基本理念與建設原則，具體如下：

1.師生主體與學習為核相結合原則。圍繞“一切為了師生，為了一切師生”的核心理念，強調以人為本的建設思路，培養學生核心素養，提高教育教學質量，提升數據治教水平。

2.承上啟下與創新發展相結合原則。高新區智慧教育時空云建設應全面反思前期高新區教育信息化建設情況，系統分析周邊區（市）智慧教育項目特征，在融合高新區教育現狀、技術優勢和產業優勢的基礎上創新發展。

3.自主建設與購買服務相結合原則。高新區智慧教育時空云建設既要重點建設一批體現高新區特色的，且應用性程度高的系統和欄目，提高平臺黏性，又要走開放建設的道路。通過評估認證，引入在智慧教育領域成功的經驗、做法，并通過政府購買的方式獲取必要資源。

（二）確立智慧教育時空云建設總體目標

高新區智慧教育時空云服務對象廣泛，涉及區域內所有教育主管部門、學校、教師、學生、家長和其他教育工作從業人員。因此，開展需求調研，以問題為導向，是智慧教育時空云建設的必由之路。

我們先后發放調查問卷1000多份，走訪20多個學校和教育主管部門，召開數十次研討會，廣泛聽取意見，征求用戶需求。同時，我們還組織相關人員考察了區域外已建設或正在建設的教育類智慧教育平臺，注重吸取已有的經驗教訓。我們深刻認識到，高新區在智慧教育時空云建設上，不能搭花架子，不能搞假名目，要注重實效，真正解決現實問題。

根據教育部《教育信息化2.0行動計劃》文件精神，依照蘇州市教育“十三五”規劃總體目標和蘇州市、高新區兩級教育三年行動計劃，我們確定了蘇州高新區智慧教育時空云建設的總體目標。即通過兩年左右的時間基本建成蘇州高新區智慧教育創新體系，致力打造高新區教育新階段，使之成為高新區教育數據支教、數據治校、數據助學基礎性工程;師生資源共享、協同教育、教學創新的支撐平臺;教育教學管理、家校溝通、信息共享的融合平臺;安全校園、智慧校園、數字校園的服務平臺。具體目標如下：

1.教育管理可視化。教育行政部門運用管理空間，通過全息地圖、OA辦公系統、各處（室）定制功能模塊等，實現教育管理全息化、動態化、無紙化，同步實現教育教學質量監測數據化、可視化、智能化。

2.教學過程數據化。廣大教師運用教學空間，獲取海量備課資源、研訓資料、開展課堂教學和針對性輔導，實現分層作業和教學效果的實時數據分析。

3.學習模式創新化。廣大學生運用學習空間，通過學科地圖開展自主創新學習、課堂輔助學習、課后精準訓練提升，實現同步學情分析，實時掌握學習動態。

4.社會教育系統化。廣大社會公民運用社會空間，瀏覽海量社會教育資源，實現個人定制的碎片化學習，共享數字圖書資源，關注教育發展動態。

5.家庭教育網絡化。廣大家長運用家長空間，遠程接受家庭教育，實現家校溝通，關注教育發展動態。

（三）確立智慧教育時空云建設技術路徑

我們充分發揮落戶蘇州高新區的大院大所的技術優勢、資源優勢、人才優勢，實現既相互借鑒、為我所用，又創造創新、特色發展。地圖學家、中科院地理所周成虎院士，系統研究學科地圖與全息地圖10余年，擁有一系列發明專利和軟件著作權。蘇州高新區智慧教育時空云建設大膽采用了周成虎院士的學科地圖與全息地圖理論與技術。

教育大數據的全面化采集與深度挖掘分析，是區域教育大平臺建設的技術難點。與傳統教育數據相比，教育大數據的采集具有更強的實時性、連貫性、全面性和自然性，分析處理更加復雜和多樣，應用更加多元、深入。多年來，我們采集的教育數據主要以管理類、結構化、結果性的數據為主，這些數據具有易測量、顯性化等特點。而隨著大數據時代的到來，教育大數據的全面化采集與深度挖掘分析就變得越來越重要。我們認為，常規的結構化教育，大數據依舊重要，但非結構化數據將越來越占據主導地位。教育數據采集的重心應向非結構化的、過程性的數據逐步轉變。此類數據有難測量、隱性化等特點。因此，我們采用了非結構化的數據庫管理系統，即面向服務的大數據分析平臺的關鍵技術（如圖1）。

二、理清整體思路，創新建設內容，打造蘇高新模式

（一）總體描述

蘇州高新區智慧教育時空云總體上可概括為“一個中心、兩幅地圖、三大系統、四層模塊、五大空間”，即：蘇州高新區區域教育大數據中心，蘇州高新區教育全息地圖、學科地圖，區域教育地圖系統、統一認證系統、教育質量監控系統，核心模塊、基礎模塊、裝備模塊、應用模塊，學習空間、教學空間、管理空間、家長空間、社會空間，可簡稱“12345工程”，旨在創建多模態、多元素、多表達的智慧教育“蘇州高新模式”（如圖2）。通過集成與整合，分別打造若干個平行空間，形成集教育行政部門、科研機構、學校，教師、學生、家長，教學、研訓、學習等功能于一體的“人人通”云平臺。各類空間包含眾多應用功能窗口，相對獨立、相互協同構成整體，各類空間之間可以有條件（認證授權）穿越。

（二）部分模塊說明

1.高新區教育大數據中心。大數據中心建設旨在打通應用平臺的數據壁壘，建立數據標準，減少信息孤島，提供大規模的內容管理與服務，上下層應用的數據接口，使各種信息在區域范圍內實現共享，并對上一級機構進行數據傳輸及上報。主要做法是構建統一的數據標準、元數據管理及統一的數據服務與共享機制，規范數據的描述和存儲，減少數據的冗余和不一致性，改變原始數據傳遞的交換流程和方式，實現各應用系統之間數據的統一規范與管理。

2.學科地圖系統。學科地圖，是基于數學法則，運用符號系統與計算機圖形技術和圖像處理技術，整體表達學科知識“體系、結構、關系、應用”和學科“核心素養”與“知識來源、知識泛媒體存量、知識查詢可視化管理”而繪制的圖形，傳遞學科知識與核心素養的分布規律、發展態勢與應用價值。

主要做法是通過數據分析和新算法把學科知識結構、人腦神經元網絡結構、地圖空間結構和人的認知結構融合一起，并讓知識流動起來，產生知識流。學科地圖是學習的工具、記憶的工具、思維發展的工具、知識管理的工具、創新的工具。

3.教育全息地圖。教育全息地圖力圖實現教育信息的全視角、全要素、全表達。全視角，即制圖者、講解者和使用者視角，地圖內、外的觀察視角。全要素，指幾何信息、地理要素信息、地理綜合體信息、聲光電磁物理信息、泛在信息。全表達，指社會全信息，包括時間、地點、人物、事物、事件、現象、場景等。

4.平行空間集成。平行空間集成旨在統一規劃各類不同用戶的業務流程，解決用戶同一行為在不同頁面之間跳轉的問題，包括學習空間、教學空間、管理空間、家長空間、社會空間等。主要做法是結合現有的技術和軟硬件環境，同時運用經過驗證的創新技術，實現不同空間的功能不交叉、相對獨立，保證用戶同一類操作行為不跳轉，提升用戶體驗。

5.教學質量監測與學情分析。包括區域教學質量動態變化圖、對象化的學科素養分析圖、針對性的學業基礎診斷圖譜。

6.教育資源共享庫。引進廣泛認可的專業院校教學資源，征集區內課堂教學優質資源，支撐區內名師資源共享;建設全區圖書資源管理平臺，支持各學校下載圖書借閱管理客戶端。

（三）平臺架構

1.總體架構

蘇州高新區智慧教育時空云平臺系統采用微服務架構進行集中部署，并依據面向服務的思想與分層體系結構的原則進行設計。總體包括訪問層、服務提供層、服務支撐層、平臺支撐層、數據存儲層、云計算基礎設施層、標準規范體系以及安全與綜合管理體系等部分，其實現架構如圖3所示。

2.技術規范

①系統標準。系統設計必須遵循國家相關法律、法規，參照國家信息化建設標準，遵循教育信息化建設相關技術標準，尤其是計算機信息系統安全的有關標準、要求。主要包括：GB/T 11457-2006信息技術、軟件工程術語，GB8566-88 計算機軟件開發規范，GB/T 8566-2007 信息技術軟件生存周期過程，GB/T 15532-2008 計算機軟件測試規范，GB/T 8566-2007 信息技術軟件生存周期過程，GB/T 20918-2007 信息技術軟件生存周期過程風險管理，GB/T 12504-1990 計算機軟件質量保證計劃規范，GB/T 12505-1990計算機軟件配置管理計劃規范，GB/T 8567-2006 計算機軟件文檔編制規范。

②軟件開發。采用目前主流的軟件開發語言，保證系統具有開放的體系與接口，采用基于J2EE規范的總體技術路線，具有跨平臺性，支持Unix、Linux和Windows操作系統，支持Oracle、DB2、MySQL、SQL server等主流數據庫。系統整體體系結構采用B/S結構的三層/多層架構。主要客戶端為瀏覽器形式，支持360、谷歌、火狐、獵豹、IE8＼IE9＼IE10＼IE edge、Safari等多種瀏覽器，并支持各種手機端的瀏覽器。次要形式為手機、平臺電腦APP形式，要求支持IOS和Android客戶端。

③系統架構與連續性問題。系統架構和標準體系建設必須為未來的建設打下堅實的基礎，要求能夠集成現有的系統，能夠擴充新建的系統，在軟、硬件的建設上都能夠保持可持續的發展。在系統設計、新系統開發和業務系統集成整個流程中，要求盡量減少各應用系統在技術上的相互依賴，確保任一個應用系統（或功能模塊）在未來發生變化（減少、增加和變更）時，能夠快速方便地進行功能模塊組合或二次開發。提供可靠的數據或消息傳輸，確保消息傳輸的最簡化連接方式，如支持ActiveMQ，Redis，ZeroMQ等標準消息中間件。支持靈活和開放的協議支持，包括HTTP/HTTPS、JMS、FTP/FILE、SOCKET、POP3/SMTP、SOAP/HTTP、SOAP/JMS、COBRA等。支持Web 2.0，支持REST調用模式。

3.性能要求

①使用方便，界面直觀簡潔。②系統按照高可用、高性能、高迸發的特性進行構建，滿足百萬級用戶在線，萬級用戶迸發。③系統性能穩定，并具有保證系統和數據安全的可靠機制。正常環境下要求應用系統頁面響應時間不超過2秒，業務明細查詢時間不超過3秒，統計匯總查詢不超過5秒。系統正常使用后，應用系統bug最長排除時間不超過24小時。④系統應具有可擴展性，系統數據存儲滿足TB級空間大小，數據保存時間20年以上。

4.安全要求

①保證應用系統7×24小時正常運行。②保證數據的完整性與一致性，如果是長事務數據，可進行斷點恢復和數據的完整性檢驗。提供對系統運行故障（例如斷電或死機）所導致的數據不一致性的恢復和補償措施。③提供相應數據備份恢復功能，制定合理的備份策略。④操作日記。記錄對業務模塊的操作。軟件自動對業務操作人員的軟件使用信息進行記錄（包括用戶名、操作模塊、進入時間、退出時間、使用的計算機名稱等），從而健全對整個系統的監督、監察措施，并在出現意外時，可以作為參考依據之一。

三、落實建設責任，不斷融合創新，注重應用落地

（一）健全組織，明確職責

智慧教育時空云建設是一項新生事物，研究與實踐尚處于初級階段，其復雜性對實施進程的影響不可忽視，必須進行提前部署、靠前指揮。一是建設之初就成立智慧教育時空云建設領導小組，明確責任人，并協調好各承建單位，共同推進項目建設;二是積極爭取上級和相關職能部門在項目規劃立項、數據支撐、資金支出等各方面的支持;三是做好智慧教育時空云建設宣傳工作，統一思想認識，明確建設內容與目標;四是建立由項目監理、承建方、建設方共同參與的聯席會議制度，定期研討解決項目建設中的問題，確保項目按質按量按時進行。

（二）繼承發展，融合創新

教育時空云的建設以蘇州高新區多年來教育信息化發展的基礎為起點，以新的理念、新的模式、新的技術為支撐，依托落戶蘇州高新區的大院大所，走開放式發展路徑。教育時空云本質上是要為蘇州高新區提供了一個行之有效的智慧教育解決方案。從目前實施的初步效果看，該方案具有三大創新，一是首創學科地圖;二是創新應用教育全息地圖;三是切入學科素養的學情大數據分析落地方案。

（三）邊建邊用，以用促建

蘇州高新區智慧教育時空云建設的又一個特點是從“用”出發，邊建邊用、以用促建，真正把“用”落到實處。蘇州高新區智慧教育時空云在建設的過程中，始終把用戶需要放在功能設計的首位，把用戶體驗作為優化功能實現的主要指南。為此，在智慧教育時空云平臺正式上線運行前，我們先行在多所中小學進行試點工作，特別對多項新技術的運用進行進一步驗證，不斷革新，積累經驗，以期在更大范圍推廣。同時，在“用”的過程中，進一步發現智慧教育時空云建設中存在問題，實現以用促建，進而把推廣工作做活做細做實。

蘇州高新區智慧教育時空云建設自啟動以來，得到了高新區廣大師生和學生家長的大力支持及社會各界的關注，取得了階段性成果。路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。蘇州高新區智慧教育時空云還遠未到見規模、見成效的階段，仍須加倍努力、負重前行。

（在本文撰寫過程中，中科地理科學與技術研究院從衛兵研究員提供了大量相關資料，在此表示衷心感謝！）

責任編輯：顏瑩

Reflection on and Practice of Constructing Regional Smart Education Platform

ZHANG Bihua

（Suzhou Center for Hi-Tech Zone Education， Suzhou 215163， China）

Abstract： Currently， the development of educational informatization in China has changed from 1.0 to 2.0， and construction of regional smart education platform is the important foundation for implementing regional education informatization 2.0. Construction of time-space clouds of smart education in Suzhou High-Tech Zone has strengthened the top-level design， optimized the middle-level planning， and refined the underlying implementation. Meanwhile， we have clarified the overall thinking， created the contents of construction， and forged the new paradigm. Moreover， we have implemented construction responsibilities， constantly integrated and innovated， and accentuated application， having explored a new paradigm of smart education with Suzhou Hi-Tech Zone characteristics.

Key words： smart education; time-space cloud; education informatization