云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術下高校智慧校園的建設框架及路徑

何婉均

摘要：本文對智慧校園的基本概念進行了闡述，通過查閱相關文獻發(fā)現(xiàn)目前高校建設智慧校園面臨信息共享不足、對數(shù)據(jù)應用的深度和廣度不高，以及現(xiàn)代技術融合度低等困境?；诖死Ь?，在明確云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術的相關概念及其具備的三大優(yōu)勢后，作者采用以用戶需求為中心的設計理念，構建出智慧校園建設的總體框架，并分析其內在的基礎設施層、數(shù)據(jù)平臺層、應用服務層這三大系統(tǒng)架構，提出了基于云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術在高校建設智慧校園的關鍵路徑。

關鍵詞：智慧校園;云計算;物聯(lián)網(wǎng);困境;建設框架

中圖分類號：G642 ?文獻標識碼：B ?論文編號：1674-2117（2021）07-0109-04

近年來，信息技術的不斷完善和創(chuàng)新為我國教育信息化的發(fā)展提供了巨大的力量。其中，云計算和互聯(lián)網(wǎng)技術在高校智慧校園建設過程中發(fā)揮了重大的作用，推動了高校在教學手段、教學管理、教學環(huán)境和教學媒介等方面實現(xiàn)優(yōu)化和創(chuàng)新。

高校智慧校園建設面臨的困境

1.信息共享不充分

根據(jù)沈宮新和王永紅在《江蘇省高校智慧校園建設分析研究》一文中的分析可以發(fā)現(xiàn)，在其調查的39所和14所高職院校中普遍存在的問題是，部分高校建設的智慧校園統(tǒng)一認證門戶數(shù)據(jù)融合不足，各系統(tǒng)相對獨立，信息共享不充分。[1]

2.對數(shù)據(jù)應用的深度和廣度不高

據(jù)房月華等人撰寫的《大數(shù)據(jù)背景下衡水高校智慧校園建設對策研究》的文獻中發(fā)現(xiàn)，大部分的衡水高校在智慧校園系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)應用在深度和廣度上都遠遠不夠。[2]智慧校園系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)高校只針對數(shù)據(jù)進行淺層的采集和應用，并未針對數(shù)據(jù)進行進一步挖掘和分析，沒有找到數(shù)據(jù)背后所蘊含的信息，為師生、教職工提供個性化、本土化、智能化的服務。

3.現(xiàn)代技術融合度低

盡管多所高校對智慧校園的建設投入了大量資金，但目前結果并不理想，師生以及教職工在智慧校園系統(tǒng)中尚未享受到其帶來的智能化便利。例如，在教學層面，智慧教學平臺等相關教學設備與師生的期望相差甚遠，教師期待智慧教學平臺能夠為其進行教學資源的智能推送、學情檢測以及自動化評測等，學生期待其能為自己定制個性化的學習方案等。然而，部分高校對智慧校園的認識不到位，對云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術沒有足夠的重視，僅將資金投入到新興設備的購買當中，難免會使想象的智慧校園與實際建設出來的差距甚遠。

云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術下的智慧校園優(yōu)勢

1.信息的高速傳達、共享互通

智慧校園是以數(shù)字校園為基礎的，是數(shù)字校園進一步優(yōu)化的升級版。因此，它具備數(shù)字校園數(shù)字化和網(wǎng)絡化的特征，但又比數(shù)字校園有著更高的要求。相比數(shù)字校園，智慧校園擁有高速有效的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，這是整個智慧校園功能體系得以運行的基礎。在高速的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的支持下，智慧校園內的數(shù)字化設備能夠得到有效的鏈接，從而實現(xiàn)校園內信息的高速傳達、共享互通。

2.集成化和智能化的校園環(huán)境

智慧校園依托物聯(lián)網(wǎng)技術對校園環(huán)境中的信息進行全面捕捉和感知。物聯(lián)網(wǎng)技術通過紅外線感應器、傳感器等傳感設備對校園環(huán)境中的“物”進行掃描，從而獲取用戶所需的數(shù)據(jù)和信息，繼而將這些數(shù)據(jù)和信息傳送給校園環(huán)境中的“人”和“物”，實現(xiàn)校園內物與物、人與物、人與人之間的信息交互?？梢姡谥腔坌@中“物”被賦予智能化，并且能與智慧校園系統(tǒng)中“人”與“物”有機地集成一個整體，為廣大師生創(chuàng)設集成化和智能化的校園環(huán)境。

3.強大的數(shù)據(jù)分析和處理能力

云計算平臺有著強大的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)，該平臺能夠分析和處理智慧校園中產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)、信息，并且能夠保障數(shù)據(jù)的準確性，將處理后的數(shù)據(jù)結果返回給用戶，具有性能強、效率高等優(yōu)點。[3]在智慧校園系統(tǒng)中借助云計算技術，能夠對在校園環(huán)境中感知到的對象所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析和處理，為教學管理和教學決策等各方面做出科學正確的決策和判斷。

云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術下高校智慧校園的建設框架

1.高校智慧校園的設計思路和用戶需求

設計思路能為高校智慧校園框架的搭建指明了方向。經(jīng)過相關研究的分析，智慧校園建設框架的設計主要有兩種方式，一種為基于分層思想的模型設計，另一種是以用戶需求為中心的設計理念。基于分層思想的模型設計主要是以物聯(lián)網(wǎng)的參考模型為基礎，大多是在利用物聯(lián)網(wǎng)搭建智慧校園時所采用的模型設計，通過搭建相應的感知層、網(wǎng)絡層和應用層并在這個基礎上進行增添或刪減部分層次。[4]目前，大多數(shù)高校沿用分層思想來構建智慧校園，但因其過多地關注技術和管理層面的應用，造成高校在智慧校園的建設中陷入了困境。這種設計思路忽略了智慧校園建設的真正目的是為人服務，為身處智慧校園環(huán)境內的廣大師生提供便捷、安全、智慧的學習科研和生活服務。因此，基于智慧校園建設的最終目的，此次智慧校園建設的設計思路選用以用戶需求為中心的設計理念，改變舊的有以云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術搭建智慧校園所采用的分層思想的模型設計，更多地考慮校園環(huán)境內人的需求。

處于高校智慧校園內的人是要關注的對象和用戶。首先，教育教學活動是校園活動的核心，廣大師生的需求自然是考慮的重點。其次，教育教學的有效開展離不開教育管理者和家長的支持，因此，教育管理者和家長也是師生以外的重要主體。最后，管理校園設備安全運行的技術人員和保障校園生活有序運作的工作人員也是高校智慧校園建設的主體之一，也應考慮他們的需求。綜上所述，云計算和物聯(lián)網(wǎng)下智慧校園的建設需關注的主體有師生、教育管理者、家長、技術人員和工作人員等，各主體的關系如下頁圖1所示。

分析用戶需求能夠很好地解決用戶痛點，針對其痛點構建的云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術下的智慧校園才能真正地實現(xiàn)“智慧”校園。云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術下的智慧校園，從教師層面來說應能滿足精準地把握學生對知識的掌握程度、監(jiān)測學生的學習進程、自動評測學生行為和減少重復的行政工作負擔等方面的需求;從學生層面來說，應滿足沉浸式的互動學習、前沿學習資源的推送、個性化學習方案制定和一站式的生活服務等需求;從家長層面來說，應更能滿足關注孩子的學習進程、校園內的行為表現(xiàn)、及時的校園資訊、家校合作等方面的需求;從教育管理者層面來說，應滿足對師生教育數(shù)據(jù)和學校工作數(shù)據(jù)的收集和深度分析、信息門戶的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)的實時共享等方面的需求;從校內技術人員和工作人員層面來說，應更關注設備的使用及運行情況、校園安全的風險預警、出入人員的登記管理等需求。

2.高校智慧校園建設的總體框架和系統(tǒng)架構

針對上述不同主體的需求，采用以用戶需求為中心的設計理念，將用戶的需求分為教育教學、智能管理、生活服務三大方面，輔以適當?shù)姆謱釉O計思想，構建出以云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術為核心的高校智慧校園總體框架（如圖2）。在總體架構上細分為三個小的系統(tǒng)架構，分別為基礎設施層、數(shù)據(jù)平臺層、應用服務層。

（1）基礎設施層

基礎設施層是數(shù)據(jù)平臺層和應用服務層運行的前提和基礎?；A設施中包括硬件設施、資料服務器、軟件系統(tǒng)三大方面。硬件設施主要作用是提供軟件系統(tǒng)運行和校園應用服務的物質載體，如傳感器、RFID讀寫器、高清攝像機等。軟件系統(tǒng)是基礎設施層的核心部分，包括物聯(lián)網(wǎng)、語音識別系統(tǒng)、GPS、5G等方面，通過這些軟件系統(tǒng)捕捉到校園的數(shù)據(jù)信息進而傳送到數(shù)據(jù)平臺層中，通過數(shù)據(jù)平臺層實現(xiàn)智慧校園中的各種個性化、智能化服務。最后，資料服務器的主要作用是將云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術下智慧校園產(chǎn)生的海量信息資料進行匯總和存儲，如校園內的用戶資料、行政工作資料、訪客資料、教學資源等，相當于一個巨大的信息“倉庫”，通過一個統(tǒng)一的信息“倉庫”，能夠很好地解決高校智慧校園建設中信息共享不充分的問題。

（2）數(shù)據(jù)平臺層

數(shù)據(jù)平臺層是云計算和互聯(lián)網(wǎng)技術下智慧校園建設的“最強大腦”，主要承擔智慧校園中生產(chǎn)出來的龐大數(shù)據(jù)信息的收集、分析、管理以及提供定制化服務的功能。主要借助云計算技術得以實現(xiàn)，在云計算環(huán)境下使用學習分析、聚類算法、自然語言處理、知識圖譜、貝葉斯算法等各類算法技術深入挖掘有價值的信息并對其組織、歸納管理后發(fā)送到應用服務層。各種算法的組合應用在數(shù)據(jù)分析的廣度和深度上得到提高，能夠滿足不同主體對數(shù)據(jù)分析的需求。

（3）應用服務層

應用服務層是云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術下智慧校園建設的起點和終點，主要包括教育教學、智能管理和生活服務三個方面，這三方面的信息會通過各種形式的智能終端傳送到不同主體的手中。第一，在教育教學方面，通過各種算法的組合應用，生成智能的學習報告，提供具有個性化的學習方案，并且能夠依據(jù)不同的用戶需求推送相應的教育教學資料信息等。第二，在智能管理方面，可分為教學數(shù)據(jù)、校園安全、設備儀器、人員管理等方面的智能管理層，這幾個管理層在運作時保持相對獨立，在需要聯(lián)動時又能實現(xiàn)信息的共享互通。第三，在生活服務方面，其目的是打造一站式的服務，聯(lián)通校園生活的各個方面，對用戶的生活軌跡進行追蹤，提供最適宜用戶的個性化校園生活方案。

基于云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術在高校智慧校園建設的關鍵路徑

1.創(chuàng)新高校內部的組織管理結構

高校智慧校園的建設跟不上時代發(fā)展的需求，究其原因，除了缺乏技術層面的支持，高校內部的組織管理結構不合理也是阻礙其發(fā)展的原因之一。在云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術環(huán)境下，高校智慧校園建設必須充分認識到其內部組織管理結構不合理帶來的弊端，如教育科研、校園治理、行政管理等各系統(tǒng)分屬不同的部門管理，這在一定程度上限制了各種數(shù)據(jù)信息在不同主體之間的流動和傳遞，容易形成“信息孤島”的現(xiàn)象。因此，高校要解決信息共享不充分的問題，除了有效利用云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術外，也要加強創(chuàng)新高校內部的組織管理結構，加強對管理機制的改革，為高校智慧校園的建設打下堅實的組織基礎。

2.融合新一代信息技術，創(chuàng)設智能服務型的教育環(huán)境

基于5G的高寬帶、低時延、大連接特點，以及其邊緣計算、網(wǎng)絡切片技術，可以很好地支持智慧校園的建設，借助5G建設教育專網(wǎng)，搭建靈活、穩(wěn)定、便捷、智慧的教育網(wǎng)絡環(huán)境。[5]在云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術下，基于AR/VR和人工智能等相關技術的智慧校園建設不僅可以突破地理限制，創(chuàng)設沉浸式的學習環(huán)境，還可以實時動態(tài)監(jiān)測學生學習時的注意力，改善教育教學質量，為師生提供個性化、智能化服務，從而營造良好的學習氛圍和教育環(huán)境。

3.優(yōu)化安全保障技術及建立倫理規(guī)范體系

智慧校園建設是構建一個龐大的網(wǎng)絡系統(tǒng)工程，在云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術下，智慧校園建設必然會產(chǎn)生巨大的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息。因此，非常有必要優(yōu)化安全保障技術及建立倫理規(guī)范體系，以便最大限度地保障用戶的隱私安全。第一，優(yōu)化安全保障技術。學?？梢耘c相關的技術專業(yè)人員、技術開發(fā)商等定期開展交流學習活動和培訓活動，學習先進的安全保障技術，提高校園網(wǎng)絡隱私安全的級別。第二，建立倫理規(guī)范體系。基于用戶需求建設的智慧校園，可由學校、家長、教育管理者等核心參與者共同組建倫理審查委員會，消解不同利益訴求沖突帶來的倫理風險。

結語

智慧校園的建設不能一味地追求基礎設施的投入和技術的應用，忽略了“人”才是智慧校園建設圍繞的核心。在未來教育中，智慧校園的建設將會與更多的新技術融合，助力智慧校園的發(fā)展，構建更加智能的人性化的校園，但在這背后，需要引起注意的是數(shù)據(jù)倫理、隱私安全等問題給智慧校園建設帶來的極大挑戰(zhàn)。

參考文獻：

[1]沈宮新，王永紅.江蘇省高校智慧校園建設分析研究[J].中國教育信息化，2018（19）：49-51+96.

[2]房月華，李偉達，閆帥領，等.大數(shù)據(jù)背景下衡水高校智慧校園建設對策研究[J].南方農機，2020，51（08）：95+131.

[3]于長虹，王運武，馬武.智慧校園的智慧性設計研究[J].中國電化教育，2014（09）：7-12.

[4]余勝泉，陳璠，李晟.基于5G的智慧校園專網(wǎng)建設[J].開放教育研究，2020，26（05）：51-59.

[5]趙磊磊，代蕊華，趙可云.人工智能場域下智慧校園建設框架及路徑[J].中國電化教育，2020（08）：100-106+133.