教育信息化 2.0背景下的智慧校园融合服务

时间:2020-10-14作者:动态浏览次数:2761

教育部在 2018 年 4 月印发《教育信息化 2.0 行动计划》。这 是首个关于教育信息化 2.0 的指导性文件, 也是贯彻 2015 年全 国教育信息化工作电视电话会议和 2016 年《教育信息化“十三 五”规划》精神的政策性文件。其中,智慧教育创新发展行动指 出,要以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础,依托各类 智能设备及网络,积极开展智慧教育创新研究和示范,推动新技 术支持下教育的模式变革和生态重构。智慧校园信息服务平台 正是符合上述要求的有效载体之一,它全面感知物理环境,识别 学习者个体特征和学习情景,提供无缝互通的网络通信,有效支 持教学过程分析、 评价和智能决策的开放教育教学环境和便利 舒适的生活环境,向师生全方位和个性化的信息服务。


背  景


21 世纪第一个十 年,随着计算机和互联网技术高速发展,国内高校教育信息化建 设体现出网络化、数字化特征。大多数高校建成信息资源整合、 应用模块集成的统一信息服务门户。这在一个时期内基本满足 了师生需求,提高了办事效率,但也产生诸多问题:


( 1 )交互性不强,用户与系统的联系停留在 PC 端,没有覆盖 到更广泛场景和设备。

( 2 )信息割裂,各应用模块间信息无法共享,导致用户重复 操作消耗时间。

( 3 )服务模式单一,以被动处理方式为主,难以满足用户精 细化需求。

( 4 )扩展性较差,集中式建设牺牲单一模块的专业性和扩展性。


智慧校园信息服务平台是顺应教育信息化发展趋势, 解决 以上校园信息门户瓶颈问题的最佳解决方案。它以大数据、物联 网、云计算、人工智能和移动互联技术为载体,在感知用户需求、 多维度反馈信息、资源组织与协同运维,以及信息交换与共享方 面,将人、物和事件紧密连接。它的特征包括:


( 1 )人物互联,利用物联网传感器和感知技术采集人、物和 环境信息,将其映射到网络中,构建多维辐射的应用环境。

( 2 )虚实映像,利用云计算、云存储和云服务等技术构建校 园网络空间,使信息结构化、标准化,实现虚、实对应与协同操作。

( 3 )深度认知,利用大数据技术对采集到的信息和虚实映射 信息分析,研判用户需求,结合人工智能技术高效调用资源。

( 4 )开放融合,管理系统内部使用标准模块与可扩展模块, 共享采集到的信息,根据不同用户使用权限,提供定制化、精细 化服务。


主要技术载体


大数据

Hadoop 是 大 数 据 开 发 的 重 要 框 架 , 其 核 心 是 HDFS 和 MapReduce , HDFS 为海量的数据提供存储, MapReduce 为海量的 数据提供计算。Hive 是基于 Hadoop 的一个数据仓库工具,可以 将结构化的数据文件映射为一张数据库表, 并提供简单的 SQL 查询功能。Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计 算引擎,其提供了一个全面、统一的框架用于管理各种不同性质 的数据集和数据源的大数据处理的需求。Python 是面向对象的 编程语言,拥有丰富的库,主要可用于数据采集、数据分析以及 数据可视化等。


云计算

“云”是一些能够自我管理的虚拟计算资源,通常是一些大 型服务器集群,包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计 算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展形态。它通过网络将庞大的程序自动分拆成许多个较小的子程序, 再交由多部服 务器所组成的庞大系统计算分析,然后将处理结果回传给用户。它可以在数秒之内,处理数千万计甚至亿计信息,达到类似“超 级计算机”的强大效能。云计算是虚拟化、效用计算、 IaaS 、 PaaS 和 SaaS 等概念混合演进并跃升的结果。


物联网

为满足设备的连接需求, 物联网这种低功耗广域网应运而 生。LPWAN 专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应 用而设计。它主要分为两类:一类是工作于未授权频谱的 LoRa 技术;另一类是工作于授权频谱下的 NB-IoT 。相比于 NB-IoT , LoRa 能够以较低功耗远距离通信,可以使用电池或其他能量收 集的方式供电,同时具有更好的穿透能力与避障能力。LoRaWAN 是由 LoRa 联盟推出的一个广域网规范,它能够提供双向通讯。


基本架构


智慧校园架构在技术载体之上,按照职能区别,由底层到高 层,主要分为以几个下层级:


( 1 )数据层。智慧校园信息服务平台采集到的各种数据汇聚 在一起。在线实时数据处理机制开展全局、群体及个体数据特征 分析,构建虚拟映像,形成统一、多维的数据空间。


( 2 )系统层。智慧校园信息服务平台的软件系统包括操作系 统及各类子系统,硬件系统包括中心服务器及终端分布式设备。它连通和支撑其他各层,是整个智慧校园的软硬件载体。


( 3 ) 网络层。该层为智慧校园各类信息传输和覆盖提供支 撑。它包括用户与系统联系的有线和无线网络;为人、物定位的 位置网络;支撑各类传感器数据传输的物联网络。


( 4 )应用层。该层包括标准化和定制应用,通过业务规则和 管理流程向用户提供交互服务,可实现新建功能融入,也可提供 开放的应用系统开发环境。


形态优势


智慧校园信息服务平台对比以往的校园信息服务平台具有 以下形态优势:


数据形态优势

以往的校园信息服务平台的数据采集大 多由管理者和用户被动完成, 智慧校园信息服务平台采集数据 依托物联网端设备。大量数据经过自动组合生成场景、活动、事 件或素材的高维度描述形式。这些数据传递迅速,更新周期短, 能自动剔除或预警异常值,人工只需在必要时审核即可。业务流 程时间缩短。


组织形态优势

以往的校园信息服务平台多采取信息化 管理部门统一管理,各职能部门运营子模块的形式。无论管理者 还是用户都存在大量重复性操作,如录入、变更信息等。智慧校 园信息服务平台以人、物和事件为中心,将相应操作和使用权限 分配给不同职能部门,用以管理人、物和事件的相关变量。各职 能部门分工协同效率提升。


关系形态优势

在以往的校园信息服务平台中,虽然用 户是服务对象,但实际上管理者获得了更多便捷,如纸质化办公时代,用户报送纸质版材料即可,而办公自动化时代,用户既要 报送纸质版材料还要提交电子版材料。在智慧校园信息服务平 台中,无论是用户还是管理者都能根据权限定制服务。固有角色 定位被打破,服务内涵更加丰富。



建设策略


完善制度建设

智慧校园建设是实现教育信息化 2.0 目标的重要抓手之一。高校要从战略上认识到建设智慧校园的必要性和迫切性, 充分 论证,合理制定近、中和远期规划。在细节设计上先选择小范围 试点,再大规模推进。软件系统功能短期试错,快速迭代,不断完 善。智慧校园体系下,数据量、涉及面和传播范围都会极大提升, 因此要制定升级版数据安全保障制度,加强软硬件安全保障,严 格监督管理员和用户权限。


组建专业管理团队

数据无处不在,但未经采集、整理、分析和传播的数据是无 法使用的。让智慧校园活起来,关键在人。需要建立专门的运维、 分析人员团队。当下大多数高校设置的信息化办公室职能以运 维为主,很难满足大数据体系下的分析任务,需要引入专业人才 和团队负责,处理好自身和外包任务衔接。可尝试设立首席信息 官,在各职能部门中设置信息专员。首席信息官、信息办和部门 信息专员形成的校园信息化管理的基地、网络与节点。


构建高校大数据库

智慧校园体系下的数据围绕学校核心资源,即人、物和事件 产生,这将打破以往职能部门收集、整理数据的传统。数据无处 不在,数据采集终端也应广泛分布,由此形成人、物、事件与数据 的虚实映射,改变数据割裂的、零散的弊端,形成系统的、多维的 优势。主管部门应收集用户对信息服务平台的建议,不断扩充和 完善数据库。倡导高校之间建立大数据库联盟,为数据在更广泛 领域互通、共享创造有利条件。



人类受到信息时代深刻影响,渴望结构化、高效率、多维度 和前瞻性的信息。对于身处高校的师生来说,智慧校园信息服务 平台能满足他们这一需求。该平台运用大数据、云计算和物联网 等先进技术,改变以职能部门汇集数据的形式,围绕高校核心资 源人、物和事件建立虚实映射的数据网络。为实现该平台功能, 除了要软硬件达标之外,还需在顶层设计、专业人员队伍等方面 下功夫。面向未来,它可以不断更新、迭代和扩展,有望形成依托 高校大数据库联盟,能够更广泛应用的智慧平台。



本文来源:CNKI,作者:赵真。