基于流程驅動的高校智慧校園基礎架構研究與實踐*

劉革平，鐘 劍，謝 濤

(1.西南大學 西南民族教育與心理研究中心，重慶 400715；2.西南大學 信息中心，重慶 400715)

一、引言

一般認為，我國高校信息化建設與應用經歷了三個階段：一是從20世紀90年代起步的以校園網絡為主的信息化硬件設施建設階段；二是從2000年左右開始普及的以業務信息化和數據資源共享為主的數字校園階段；三是從2015年左右開始的以智能化應用和一站式服務為核心的智慧校園階段[1][2]。

智慧校園的概念是在IBM公司原首席執行官Samuel J.Palmisano提出的“智慧地球(Smart Planet)”設想基礎上發展起來的，他在2008年提出，地球上幾乎所有的物體都將能夠被感知(Instrumented)、相互聯接(Interconnected)和具備智能(Intelligent)，“智慧城市”“智慧街區”“智慧校園”等將推動“智慧地球”的形成[3]。智慧校園的概念一經提出，即引起了教育信息化領域的極大關注。然而，智慧校園涉及面廣，概念的內涵與外延尚未明確界定，社會上冠以“智慧”的教育產品種類繁多、魚龍混雜，不免給高校信息化從業者帶來迷茫[4][5]。本文將基于高校的核心業務需求，從體系結構、基礎架構的角度，給出基于業務流程驅動的高校智慧校園建設案例。

二、高校信息化的困境

從數字校園階段開始，高校信息化的側重點逐漸從信息基礎設施建設轉向于各類信息系統建設，各高校先后開發了人事管理、財務管理、教務管理、科研管理等一系列管理信息系統和以身份認證、數據交換、集成門戶為特征的數字校園運行管理平臺。這些系統和平臺應用于各個校務管理領域，在提高管理效率、確保數據準確、實現資源共享等方面發揮了重要作用。

然而，調研發現，目前高校數字校園存在著“重管理、輕服務”“重功能實現、輕應用實踐”、難融入學校核心業務等諸多問題，陷入了無法適應高等教育快速發展的困境，主要表現在：

(1)數字校園難以與學校業務深度融合。高校業務實際是眾多基本服務按照流程排列而成，而數字校園僅能提供信息和數據資源服務，未能真正涉及業務層次，這就導致數字校園不能滿足與業務深度融合的需求。

(2)數字校園難以適應高校綜合改革帶來的業務流程變化。高校深化綜合改革會導致業務流程經常變化，而數字校園固定化的流程模式難以適應這些變化，難以從技術上靈活支撐學校管理和發展戰略的需要。

(3)數字校園難以做到以人為本。數字校園的建設通常以管理者為核心視角進行建設，更多是為管理者服務而不是為教師和學生服務，師生要辦理某個特定業務時(如請假、職稱評審等)時需要進入多個系統才能完成。

(4)數字校園難以實現開放生態和萬物互聯體系。人工智能、移動互聯網、物聯網等技術正在構建一個開放的、萬物互聯的信息化生態體系。而數字校園的基礎架構主要考慮的是管理信息系統之間以數據為核心的連接，對于人、物、位置等方面的需求缺乏考慮，難以融入新的信息化生態體系。

(5)數字校園難以確保動態數據的權威性。數字校園中的權威數據大都只具有靜態的權威性，而數據總是隨著業務流程的推進而呈現跨系統、跨部門地動態變化，如招生、教務和學工的學生數據很難一致。

高校信息化應如何擺脫所面臨的困境？綜合應用人工智能、大數據、物聯網等新興信息技術的、注重服務師生的智慧校園成為當前最合適的解決方案。

三、智慧校園及其特征

蔣東興等認為，智慧教育、智慧校園等概念是我國學者和從業者“基于我國教育實際狀況而提出的具有中國特色的教育信息化發展思路與解決方案”[6]。當前，無論是中小學、職業院校，還是高等學校都在積極開展智慧教育研究、推動智慧校園建設。

在智慧教育理論方面，祝智庭等給出了“智慧教育”的基本圖式，描述了智慧教育、智慧環境和智慧教學的關聯性，認為可以在學校設計不同的學習空間，如智慧終端、智慧教室、智慧教育云和智慧校園等[7]。黃榮懷等提出了“智慧學習環境”的概念，認為智慧校園具有環境感知、網絡互通、數據支撐、開放學習環境、師生個性服務等五個方面的特征[8]。在智慧校園構想方面，胡欽太等認為，智慧校園是學校信息化注重“以人為本”的一個新階段，強調智能感知、資源組織、信息交換、管理邏輯與科學決策等[9]。

關于智慧校園概念界定，蔣東興等提出：高校智慧校園是高校信息化的更高級形態，是對數字校園的擴展與升級；綜合運用物聯網、人工智能、大數據、移動互聯等新一代信息技術；智能感知、有效銜接校園現實空間和數字空間，為師生建立智能的教育教學環境和生活環境；優化師生與學校環境、資源的交互方式，實現以人為本的舉措，支持學校開展智慧教育[10]。

筆者認為，高等學校的智慧校園應以用戶為中心，突出對教學、科研、管理的重要支撐作用。高校智慧校園應具備以下特征：

(1)以方便用戶為基礎。在智慧校園環境中，學校里的教師、學生、管理人員、工作人員可以方便獲得信息服務。用戶不再重復填報信息、不再反復進入不同的信息系統，而是以所辦理的業務為目標驅動不同信息系統的相應流程。在智慧校園時代，以“網上辦事大廳”為載體的一站式服務、普適服務被廣泛應用。

(2)以變革教學為突破。智慧校園環境是實現智慧教育、智慧學習的理想環境。高等學校的首要任務是人才培養，這也是智慧校園應當服務的重點領域。智慧教育、智慧學習強調學習者主體作用的發揮，突顯對傳統教學模式的變革，智慧校園應當在教學/學習環境、教學/學習工具、教學/學習實踐等方面提供支持。

(3)以協助科研為紐帶。借助智慧校園環境和工具，科研人員可以實現更加高效的研究工作和協同創新。建立支持科研的知識倉庫、以知識生產與知識傳播為焦點的校內外知識網絡，打破資源壁壘，有效地發掘和整合知識資源；構建云協作平臺、技術創新與成果轉化平臺，實現學校內部、學校之間、校企之間的溝通和在線協作。

(4)以支撐管理為抓手。智慧校園是高等學校實施有效的管理和決策的重要手段。在智慧校園中，將實現信息和流程的無縫對接，打破業務數據流通壁壘，優化業務流程，提高信息化服務與數據管理水平。智慧校園提供的工具和手段，將為決策層、管理層、操作層提供數據服務，實現精細化管理、科學化決策。

四、高校智慧校園的體系結構研究

(一)高校信息化系統的體系結構分析

通常，高校信息化系統的體系結構沿用行業信息系統的結構模型，即三層結構模型：基礎環境層、數據層、業務應用層。基礎環境層主要包含有線/無線校園網、計算資源、存儲資源以及各類終端等；數據層主要包括中心數據庫、各類專項業務數據庫等；業務應用層主要有各類校務信息管理系統、教學支持系統、科研支持系統等。在高校數字校園建設的十余年時間里，三層結構模型發揮了重要的作用，支持了大多數高校的信息化管理與運行。其主要優點有：層次清晰，軟硬件相對分離，各司其職，實現了學校信息化的平穩發展。

然而，隨著技術的進步、高校業務快速發展、師生對信息化需求的不斷提高，三層結構模型的缺點逐漸顯現：一是開發周期長、修改困難，每個信息系統都涵蓋了某領域的全部業務流程，系統龐大、牽涉面廣，難以應對快速變化的業務需求；二是用戶體驗不好，師生需辦理的業務往往隱藏在很深的菜單中，還需要在多個系統間頻繁切換，對移動應用的支持不夠；三是真正的數據同步難以實現，數據交換只能解決跨應用系統的“讀”數據，難以實現跨系統“寫”數據，導致廣大師生常常陷入重復填表的怪圈。

(二)智慧校園體系結構的設計思想

王燕等認為，在智慧校園中需要建立以大數據為核心、以移動互聯為神經網絡、以智能感知為神經末梢、以智慧應用為依托、以個性化用戶交互為目標的智慧校園支撐平臺，實現高校各項業務的智慧運行[11][12]。結合高校師生對信息化服務的現實需求，我們提出智慧校園體系結構的設計思想：

1.以服務師生為核心訴求

以人為本、方便用戶是智慧校園的重要理念，智慧校園的體系結構應該踐行這一理念。該結構應該避免采用復雜的菜單模式，而采用把師生常用功能展示在同一界面的“一站式服務平臺”模式。同時，應滿足用戶移動辦公、移動教學、移動學習的需求，同步實現智慧校園的電腦版和移動終端版。

2.靈活定制業務應用

為克服開發周期長的缺點、適應高校不斷變化的業務發展需求，智慧校園的體系結構應該避免采用大型信息系統開發模式，而采用能快速響應業務需求的拖拽式流程配置模式。這就要求智慧校園平臺配備業務流程管理(Business Process Management，BPM)模塊，實現方便的流程編排功能。

3.全面掌握校園情境

為實現校園物理空間和數字空間的銜接，需要在智慧校園的基礎設施中增加各類傳感器和監控設備，以實現對校園內的建筑、道路、物品、人員狀態的了解；還需要數據中心具備處理傳感數據、視頻數據等非結構化數據的能力。

4.支持基于大數據的決策

實現科學的、基于大數據的教育決策支持，是智慧校園必不可少的重要功能。這要求智慧校園的體系結構能夠支持不同類型數據的采集、整合、分析與展示，能夠實現不同維度數據的聚合與關聯，能夠實現不同算法的預測與挖掘。

5.兼容原有信息系統

數字校園階段，高校紛紛開發了大量的信息系統。智慧校園應該兼容這些信息系統及其數據，而不是簡單的廢棄。這需要在智慧校園體系結構引進先進的技術框架，消除不同應用系統間的技術差異、實現不同系統之間的通信，以便把原有系統包容進來。

(三)智慧校園體系結構的設計

為實現上述設計思想，筆者在研究《重慶市智慧校園建設基本指南(試行)》[13]過程中提出，借鑒“企業服務總線”(Enterprise Service Bus，ESB)等技術，在高等學校智慧校園體系結構中增加“業務支撐層”，主要包含流程引擎、服務總線、“一站式服務門戶”等模塊，用于實現不斷變化業務的靈活定制、方便師生使用等功能；業務支撐層的數據總線模塊增加非結構化數據處理能力，用于實現對全校物聯傳感數據、監控視頻數據的處理，實現對校園情境的全面掌握、基于大數據的決策；利用ESB技術差異的過濾能力，業務支撐層能夠實現對原有信息系統的兼容。

這樣，高等學校智慧校園平臺被設計為“4+1”層次化體系結構：由基礎設施層、數據與資源層、業務支撐層、智慧應用層四個層級構成智慧校園的主體，支撐保障體系作為必不可少的政策與資源條件。所設計的高等學校智慧校園體系結構如圖1所示。

圖1 高等學校智慧校園體系結構

1.基礎設施層。包含4個方面內容：網絡設施、云服務能力、智能終端系統、基礎設施運維平臺。智慧校園基礎設施宜采用云計算、云服務架構部署。云計算采用網絡存儲、虛擬化、分布式計算等技術，實現透明的基礎設施云服務，為智慧校園的主機虛擬映像構建、大數據處理、應用服務提供基礎的計算和存儲支撐。網絡設施指的是學校的有線/無線網絡環境，能滿足及時傳輸各種數據，實現隨時隨地接入、高速全面互聯、隨需隨意應用的要求，為智慧校園提供寬帶泛在的網絡基礎。智能終端系統是智慧校園海量數據采集與實時反饋控制的物質基礎，實現了對師生的教與學活動、儀器設備運行、生活環境互動等狀態的全面感知。另外，還需制定完善的運維管理制度并建設可靠的運維管理系統，對設施設備、網絡流量、系統運行進行方便、高效的監控管理。

2.數據與資源層。要設立標準化的能全面覆蓋學校教學、科研、管理和服務的基礎數據庫，用于記錄、管理學校在日常業務活動中產生的過程數據及結果數據。構建能滿足師生開展教學、科研等活動的教學資源庫和圖情資源庫，以及用于生活、娛樂等活動的服務資源庫。

3.業務支撐層。智慧校園基礎服務平臺用于協調、聯通學校內的教學、科研、管理和服務各領域應用系統和數據庫，采用流程抽取、流程裝配等技術實現以用戶為中心的服務模式，實現既有完善的業務管理、又有靈活的用戶服務，構建“一站式信息門戶”，為智慧校園的智慧應用提供堅實的業務運行基礎。業務支撐層還應具備對學校所有數據的有效管理能力，這是智慧校園進行大數據分析和提供各類智慧應用的數據基礎。

4.智慧應用層。主要包括各種智慧型的校園信息化業務應用，如教學、科研、服務、管理決策、文化傳承等各類應用，是智慧校園發揮作用的關鍵，也是智慧校園與用戶交流的界面。

5.保障體系。包括組織保障體系、機制保障體系和網絡空間安全，為智慧校園穩定、高效、安全地運行提供切實的保障。

五、基于流程驅動的高校智慧校園基礎支撐平臺架構設計

如上所述，“業務支撐層”包含了智慧校園的核心功能。那么，如何實現這一核心功能呢？本研究提出構建基于流程驅動的智慧校園基礎支撐平臺，將其作為整個智慧校園的核心架構。在該架構中，通過物聯網平臺實現對現實世界的全面感知，通過普適集成平臺來連接數字空間，用大數據底層來承載海量數據和資源，然后通過SOA微服務平臺和總線平臺將他們有機銜接起來，讓它們能夠協同一致地工作，最后通過流程引擎實現與學校業務的深度融合，再運用大數據分析技術為使用者提供智能化、個性化的服務，從而構造出智能開放的環境，實現智慧校園的相應功能，如圖2所示。

圖2 智慧校園基礎支撐平臺架構

(一)流程驅動的內涵

一般認為，信息化的本質是對流程的重構。在教育信息化領域，流程驅動的本質是：通過對學校內部的各種業務流程進行梳理和再造形成優化后的業務流程集合，結合數據總線、流程引擎和規則引擎等軟件工具，以流程驅動數據流轉和服務定制，實現學校內垂直管理線路和水平管理線路的規范化、標準化和自動化，從而有效地提高業務運作效率、降低成本，為實現學校的教學、科研、管理提供保障。

(二)流程驅動的優勢

1.有利于真正實現以人為本的“一站式”服務

隨著高校業務的快速發展，內部各部門的分工越來越細，幾乎所有的職能部門均按照分工理論把其自身的各種管理業務活動區分為相對獨立的板塊來進行運作。這雖然極大地提高了部門管理活動的效率，但卻大大增加了跨部門的業務或任務的復雜度和運行成本。然而，高校的許多業務或任務都需要跨多個職能部門才能完成，這種專業化分工和協同任務完成之間的矛盾造成了師生經常在多個部門間奔波。流程驅動的信息化平臺能有效解決這個問題，其通過流程引擎和數據集成等工具，以Internet方式實現各種業務流程的自動化權限管理、信息傳遞、數據同步和業務監控，有效解決了各個職能部門之間壁壘和協同問題：專業化分工由業務系統來實現，部門之間的協同通過數據集成來解決，用戶事務借助重新定制流程的“一站式”界面來辦理。

2.有利于打破數據孤島壁壘并形成高質量的大數據

高校中面向職能部門的專用信息系統具有專業化程度高、能有效提升部門的工作效率特點。但這也是形成數據孤島壁壘和業務數據低質量的根源。主要原因如下：(1)專用系統采用的數據格式、數據標準、計量口徑等各不相同，導致數據交換共享困難；(2)專用信息系統往往只注重處理專門的事務，不會考慮跨部門業務需要的很多重要數據，導致跨部門業務無法獲得足夠的數據支撐；(3)跨部門業務處理的中間數據和業務知識無法有效收集，難以形成高質量的大數據；(4)難以形成大數據治理標準和規范，使得大量堆積的數據難以有效發揮作用。流程驅動的信息化平臺從全業務視角對業務流程的所有環節進行精細化管理，各個環節既有明確的數據輸入和輸出規范，又能收集每個環節產生中間數據和處理情況，這使得大數據采集工作不會變成一個業務流程額外附加的工作，而是流程環節上一個自動化的過程。因此，流程驅動的信息化平臺不但能有效打破數據孤島壁壘、形成高質量大數據和業務處理知識，而且還為大數據治理提供了依據和標準。

3.有利于流程驅動和數據驅動相互促進

由于流程驅動的信息化平臺中收集的各類數據都與高校的日常管理服務活動直接相關，隨著時間的推移，這些數據就會形成高質量的數據源。通過大數據分析和挖掘技術，既能為各類業務流程優化提供依據，又能發現創新的業務流程，從而使得業務流程的優化和創新能可持續地進行。反過來，這些優化或創新后的流程又能持續不斷地產生更多、更好的數據，因而形成流程驅動和數據驅動相互促進的模式。

(三)基于流程驅動的智慧校園基礎支撐平臺的功能

1.實現與學校業務的深度融合

在高校深化綜合改革的背景下，呈現了對跨部門業務辦理需求越來越多的趨勢，對業務流程敏捷改造的要求也越來越高。數字校園以部門業務管理為核心的思路，難以適應業務融合的迫切需要。而智慧校園基礎支撐平臺在不改變原有業務系統工作模式的基礎上，通過總線平臺將業務系統中最小業務單元(即原子服務)抽取出來，然后用流程引擎來完成跨部門業務的邏輯編排，再將總線上相關的原子服務逐一掛載到相應流程節點上，串聯起來，從而完成一個跨部門業務流程的敏捷開發。這種方式，打破了數字校園時代的“業務孤島”，能使各個業務系統的原子服務根據業務流程的需要而任意組合及再造。

2.實現真正意義上的數據交換與共享

在數字校園時代，通過數據中心實現了數據的交換與共享，打破了“數據孤島”。但這種交換共享是由數據中心來調度的，實際上數據的流通與業務流程是脫節的，經常出現數據先于業務流程到達業務系統的情況。例如在迎新流程中，招生數據首先應該進入迎新系統，迎新系統進行數據匹配整理后再進入教務系統和宿舍管理系統，之后才進入其他相關系統。但是，數據中心不具備流程與數據配合的能力，導致數據可能因為提前進入造成業務系統之間數據和業務流程的混亂。智慧校園基礎支撐平臺在先天上就避免了這種情況的出現，因為業務流程是由流程引擎驅動的，而各業務系統的原子服務和數據交換服務掛載于流程的各個節點上，流程引擎會嚴格按照業務的邏輯順序來執行業務動作，并驅動各個流程節點上的數據交換和共享。總的來說，智慧校園平臺能使數據由業務流程驅動進行交換共享，實現數據的有序傳導，如圖3所示。

圖3 流程驅動的數據交換共享示例

3.提供個性化創新服務

數字校園著眼于通過信息化手段提升工作效率，業務系統主要圍繞管理部門的角度來建設，師生員工為辦理某個業務需進入多個業務系統，導致用戶體驗差。智慧校園基礎支撐平臺具備對校園現實空間的全面感知能力，并運用大數據技術來建立和推送個性化的教育教學環境、業務辦理環境和生活娛樂環境，可以改變師生與學校資源、環境的交互方式，可以提供師生視角的信息化服務，促使各個部門和師生員工形成一個有機整體并為了統一的目標協同控制和行動，實現了以用戶為中心的個性化創新服務。

六、智慧校園應用案例

職稱評審是高校教師普遍關注的一項業務。下面以“高校職稱評審”為例，說明智慧校園基礎支撐平臺如何提供“以人為本”的個性化服務。如圖4所示，在數字校園時代，“職稱評審”這種需要跨部門整合數據的業務流程，必須通過數據中心將人事、科研、教務等系統的數據抽取整合到人事系統的職稱評審模塊中，這種模式在實際使用過程中將面臨諸多棘手的問題：第一，由于數據交換接口是事先約定并固化的，當業務系統發生變動時，需重新調整數據接口及職稱評審模塊來適應業務系統數據結構的改變；第二，因為業務系統一般并不具備柔性的流程再造能力，當職稱評審的業務規則發生改變時，只能對職稱評審模塊重構。這些問題會迫使人事系統不斷地更新，而教師們也只能不停地去適應這種變化。

圖4 “職稱評審”業務示意

智慧校園基礎支撐平臺通過服務總線和流程引擎解決了這些問題：服務總線將各業務系統相關子模塊(人事信息查詢、教學成果查詢、科研成果查詢、評審結果錄入等)抽取出來，流程引擎根據用戶角色(申請者、管理人員、評委)將這些子模塊串聯成不同的業務辦理流程。例如，在服務總線抽取教學科研成果數據的基礎上，流程引擎為申請者組裝成“一站式”申報界面，整合申請者的申報材料，申請者只需自行將教學科研成果排序即完成了申報；評委們通過類似的流程就可以了解申報者的所有信息，最后只需錄入評審結果，即完成了評審。在此過程中，如果業務系統發生了改變，只需用業務系統提供的新服務在服務總線上替換掉舊服務既可，而對用戶來說，則完全感覺不到業務系統的變化；在流程引擎的幫助下，只需動態調整相關的流程節點，就可以柔性地消化掉業務規則改變對整個職稱評審過程的沖擊。這種工作機制，充分體現了智慧校園“以人為本”的核心思想，實現了用戶“一站式”業務辦理。

七、結語

針對高校數字校園存在的問題，本研究提出了智慧校園體系結構和基于流程驅動的智慧校園基礎支撐平臺建設思路。基于這個設計，筆者所在學校建設完成了智慧校園一期工程，實現高校業務流程的敏捷裝配，師生初步感受到了“一站式”信息化服務帶來的便利。眾所周知，智慧校園涵蓋面廣、系統特別復雜、建設思路尚不成熟，筆者所做的工作僅僅是智慧校園眾多實現模式中的一種，供各位同行進一步討論、研究。