智慧校園大數(shù)據(jù)一體化平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賀家興 黃斯惠

(湖南軟件職業(yè)學(xué)院(本科),湖南湘潭 411100)

0 引言

校園管理系統(tǒng)主要作用是輔助管理師生。當(dāng)前,很多校園已經(jīng)建立了校園管理系統(tǒng),包括基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng),基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)如教務(wù)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)或科研招標(biāo)系統(tǒng)等,但各個(gè)系統(tǒng)彼此獨(dú)立,設(shè)計(jì)架構(gòu)多樣化,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不同步,系統(tǒng)之間的相關(guān)性不大,處理效率難以提升,在大數(shù)據(jù)時(shí)代下,迫切需要更準(zhǔn)確,嚴(yán)格和可靠的數(shù)據(jù)處理技術(shù)[1]。智慧校園大數(shù)據(jù)一體化平臺依靠校園現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)更深入地挖掘大量數(shù)據(jù)資源,并對它們進(jìn)行優(yōu)化和整合,從而使校園的數(shù)據(jù)處理過程更加簡單高效,同時(shí)可以加快校園信息化建設(shè)步伐,智慧校園大數(shù)據(jù)一體化平臺建設(shè)的核心是標(biāo)準(zhǔn)化和智能數(shù)據(jù)處理。因此,在本文中將基于大數(shù)據(jù)技術(shù)探討智慧校園數(shù)據(jù)一體化平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 智慧校園平臺需求分析

智慧校園的建設(shè)主要包括四種方式:合并、集成、升級和新建,其一體化平臺是基于原始業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)使用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的,建設(shè)主要目標(biāo)是滿足以下五個(gè)需求。

1.1 消除信息孤島

在建立智慧校園之前校園就擁有許多業(yè)務(wù)處理系統(tǒng),單獨(dú)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫分布在多個(gè)地點(diǎn),不同的歷史數(shù)據(jù)、登錄帳戶和操作方式,底部架構(gòu)難以深度集成,形成信息孤島。這些信息孤島消耗大量資源以及管理成本,并且難以應(yīng)用和維護(hù),因此,消除信息孤島是智慧校園平臺建設(shè)的主要需求。

1.2 數(shù)據(jù)全滲透

智慧校園是學(xué)校信息化達(dá)到一定水平的必然要求,并通過服務(wù)器虛擬化、容器、微服務(wù)和云桌面技術(shù)來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心,無需完全停止原始業(yè)務(wù)系統(tǒng)或清除歷史數(shù)據(jù),可以無縫移植到新平臺構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心中,以實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)滲透和集成管理。

1.3 集成門戶、單點(diǎn)登錄

為用戶提供唯一的用戶ID和密碼,并提供統(tǒng)一的初始用戶界面,將所有松散耦合的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都集成到一個(gè)系統(tǒng)中,用戶只需要登錄一次即可靈活切換功能模塊,避免多次登錄到不同的系統(tǒng)。用戶登錄后系統(tǒng)可以自動(dòng)識別用戶的角色并分配不同的權(quán)限以創(chuàng)建不同的工作界面,界面顯示的內(nèi)容和可以執(zhí)行的操作取決于用戶的類型和權(quán)限。

1.4 記錄全過程數(shù)據(jù),開展數(shù)字化考核

用戶可以從電腦、APP或微信平臺登錄智慧校園平臺以發(fā)布消息、關(guān)注其他用戶、在線討論、上傳和下載資源、觀看視頻、在線練習(xí)、在線考試以及線上辦公,整個(gè)過程基本上不需要用到紙張,簽名一律通過電子圖章進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證。在整個(gè)過程中,信息記錄在數(shù)據(jù)庫中。學(xué)生的家庭作業(yè)、課程學(xué)習(xí)、考試復(fù)習(xí)狀態(tài),教師的年度考核、評優(yōu)評先會(huì)根據(jù)指標(biāo)系統(tǒng)自動(dòng)生成,有效防止人為干擾。

1.5 助力學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)決策

通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),收集過程數(shù)據(jù),經(jīng)過大數(shù)據(jù)一體化平臺的大數(shù)據(jù)分析,根據(jù)決策需求因素及相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,包含過程數(shù)據(jù)分析,展現(xiàn)學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的信息點(diǎn),利用大數(shù)據(jù)分析綜合校情,為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支撐,助力決策。

2 智慧校園大數(shù)據(jù)一體化平臺架構(gòu)

基于大數(shù)據(jù)構(gòu)建的校園智慧校園需要集成各個(gè)系統(tǒng)形成綜合管理平臺,滿足智慧校園的一站式服務(wù)需求,將學(xué)校教育、科學(xué)研究、管理服務(wù)等相關(guān)系統(tǒng)高度集成。智慧校園數(shù)據(jù)中心平臺使用專有的基于Hadoop的分布式存儲(chǔ)和計(jì)算技術(shù),其架構(gòu)如圖1所示。

圖1展示了更完善的大數(shù)據(jù)一體化平臺架構(gòu)。該平臺由硬件層、存儲(chǔ)層、計(jì)算層、數(shù)據(jù)層、算法和模型層,數(shù)據(jù)訪問和共享層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層,并輔以學(xué)校管理和控制體系和數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)可以確保校園相關(guān)信息的機(jī)密性和安全性,并更好地管理校園。

數(shù)據(jù)支持層:借助大數(shù)據(jù),物聯(lián)網(wǎng),虛擬化,云計(jì)算等技術(shù)對高級業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),應(yīng)用程序、中間件等進(jìn)行集成管理,實(shí)現(xiàn)對外集中管理,提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)支撐;進(jìn)行資源管理和狀態(tài)監(jiān)視,動(dòng)態(tài)資源分配和安全管理;建立統(tǒng)一的政策法規(guī)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),以確保智慧校園建設(shè)的順利進(jìn)行,建立符合信息標(biāo)準(zhǔn)的綜合信息安全和運(yùn)維體系。

數(shù)據(jù)資源層:提供大數(shù)據(jù)支持和集成數(shù)據(jù)接口,包括智慧校園數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)交換中心、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、中間件、文件數(shù)據(jù)等以支持學(xué)校決策數(shù)據(jù)的構(gòu)成。基于基礎(chǔ)平臺將現(xiàn)有的應(yīng)用程序系統(tǒng)與將來需要在學(xué)校中構(gòu)建的業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)集成在一起,從而實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)集成,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù),身份驗(yàn)證,信息共享以及用戶管理和授權(quán)。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層:各種校園業(yè)務(wù)應(yīng)用程序系統(tǒng),包括現(xiàn)有的教育資源,教育管理,教育空間以及現(xiàn)有的模塊和應(yīng)用系統(tǒng),例如IT操作和維護(hù)系統(tǒng),提供統(tǒng)一身份認(rèn)證和單點(diǎn)登錄信息聚合和顯示服務(wù)的智慧校園綜合信息服務(wù)門戶支持個(gè)性化頁面設(shè)置,統(tǒng)一的登錄界面以及針對所有類型用戶的各種操作和管理。

3 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心是智慧校園中的各個(gè)業(yè)務(wù)模塊生成的數(shù)據(jù)收集和分發(fā)中心,也是智慧校園和數(shù)字化校園最大的區(qū)別。數(shù)據(jù)中心的主要作用是通過網(wǎng)絡(luò)和傳感器等設(shè)備收集各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),將其存儲(chǔ)在服務(wù)器上,然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工,從而得到能夠輸出到應(yīng)用程序軟件的數(shù)據(jù)[2]。

智慧校園的基本數(shù)據(jù)包括各種帳戶登錄到Internet后生成的信息,發(fā)送和接收的電子郵件、上傳的文檔、聊天記錄、問題回答、原始業(yè)務(wù)模塊數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及設(shè)備獲得的信息。在進(jìn)行統(tǒng)一的ID身份驗(yàn)證后,將不必要的信息排除在外,并執(zhí)行數(shù)據(jù),消息、內(nèi)容的集成處理之后,將數(shù)據(jù)聚類并存儲(chǔ)在分類數(shù)據(jù)庫中,以形成過程數(shù)據(jù)庫和最終數(shù)據(jù)庫,并將數(shù)據(jù)提供給應(yīng)用程序系統(tǒng)、中間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以同時(shí)向多個(gè)應(yīng)用程序提供,并根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)生成。

圖1 基于大數(shù)據(jù)的智慧校園平臺架構(gòu)Fig.1 Smart campus platform architecture based on big data

4 智慧校園數(shù)據(jù)中心一體化平臺的應(yīng)用

4.1 改進(jìn)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教育模式主要基于課堂上教師的講解,而智慧校園中的教學(xué)模式主要將在線教育和離線教育這兩個(gè)教育過程置于同等重要的地位,教師可采用混合式教育和個(gè)性化教育相結(jié)合的方法教學(xué),學(xué)生一入學(xué)就可以獲得與唯一的“ID卡”。通過智慧校園資源建設(shè)實(shí)現(xiàn)知識的轉(zhuǎn)移,真實(shí)教室和虛擬教室的有效結(jié)合,教師和學(xué)生共同參與,教導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)并將知識應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。依賴大數(shù)據(jù)的課程管理系統(tǒng)可以記錄整個(gè)過教學(xué)過程,并在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中及時(shí)回答各種問題,可以幫助教師創(chuàng)建課件的基本內(nèi)容,以便他們可以將更多精力投入到課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中,從而提高課堂教學(xué)的整體質(zhì)量。根據(jù)學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)知識點(diǎn),上傳/下載文檔,觀看視頻等各種學(xué)習(xí)過程,進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,根據(jù)所涉及專業(yè)的大數(shù)據(jù)分享的知識結(jié)構(gòu)特征有目的推送相關(guān)教育資源,方便教師制定學(xué)生的個(gè)性化教育計(jì)劃。便于教師根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況制定個(gè)性化的教育計(jì)劃,針對性地推送相應(yīng)的教育資源,實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化教學(xué)。

4.2 優(yōu)化評價(jià)考核模式

基于大數(shù)據(jù)的智慧校園平臺可以借助指標(biāo)系統(tǒng)對教師進(jìn)行更科學(xué)地評價(jià)考核,可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)地記錄和自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析,以獲得更加合理地考核排名,評估考核結(jié)果可以使用大數(shù)據(jù)平臺實(shí)時(shí)輸入并及時(shí)更新結(jié)果[3]。此外,智慧校園中為所有師生設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一身份帳戶,全過程的實(shí)時(shí)記錄教師的教學(xué)管理情況,及學(xué)生在校的學(xué)習(xí)活動(dòng)和生活情況,為評估師生在校的綜合情況提供科學(xué)手段和數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.3 提高管理服務(wù)質(zhì)量和辦事效率

通過智慧校園數(shù)據(jù)中心一體化平臺可以采集校園各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)的特征結(jié)構(gòu),基于數(shù)據(jù)對校園管理進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),提高管理服務(wù)質(zhì)量和辦事效率。例如,通過平臺可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生,教職員工一卡通中的消費(fèi)金額、校園食堂中最受歡迎的食物等,方便學(xué)校食堂調(diào)整菜譜,同時(shí)可以招聘更加符合學(xué)生口味的廚師;還可以基于平臺實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理工作的辦公自動(dòng)化,各種文檔在線分發(fā),在線審批等;此外,基于平臺構(gòu)建的智慧辦公室、智慧教室可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測溫度、濕度,空調(diào)、照明、門窗的自動(dòng)控制;在平安校園管理還可以基于平臺實(shí)現(xiàn)臉部識別,有效防止陌生人員進(jìn)入校園,防范校園安全事故。利用大數(shù)據(jù)分析可以隨時(shí)以圖表或AI的形式呈現(xiàn)教師、學(xué)生的綜合情況,為校園用戶提供個(gè)性化服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述,以大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)的智慧校園建設(shè)可以更合理分配和利用資源,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升,優(yōu)化評價(jià)考核體系,為師生提供更好的服務(wù),提高辦事效率。但目前智慧校園的建設(shè)與實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)。接下來需要著重于數(shù)據(jù)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)挖掘,將理論與實(shí)踐相結(jié)合,開發(fā)更加完善的智慧校園數(shù)據(jù)一體化平臺,使數(shù)據(jù)更有效,挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值,以提高校園信息化建設(shè)水平,讓校園更智慧。