胡伏湘
(長(zhǎng)沙商貿(mào)旅游職業(yè)技術(shù)學(xué)院 科研與發(fā)展規(guī)劃處,湖南 長(zhǎng)沙 410116)
基于大數(shù)據(jù)的智慧校園平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
胡伏湘
(長(zhǎng)沙商貿(mào)旅游職業(yè)技術(shù)學(xué)院 科研與發(fā)展規(guī)劃處,湖南 長(zhǎng)沙 410116)
智慧校園是依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代IT技術(shù)搭建的實(shí)施智慧教育的信息化平臺(tái)。文中從智慧校園的內(nèi)涵入手,分析了智慧校園的需求,研究了以大數(shù)據(jù)為關(guān)鍵技術(shù)的智慧校園總體框架和數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)方法,并探討了智慧校園平臺(tái)的五種典型應(yīng)用:線上線下混合式教育、量身定制個(gè)性化培養(yǎng)、促進(jìn)教師學(xué)術(shù)水平的提升、教學(xué)質(zhì)量的智能考核與評(píng)價(jià)、管理質(zhì)量和管理效率的提升。
大數(shù)據(jù);智慧校園;智慧教育;教學(xué)模式
以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為典型代表的新型IT技術(shù)極大地推動(dòng)了社會(huì)的變革,人們的工作、生活方式發(fā)生了巨大的變化。獲取知識(shí)的途徑從課堂和課本走向多元化,利用網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端進(jìn)行學(xué)習(xí)逐漸成為信息時(shí)代的主要方式。傳統(tǒng)教育模式面臨前所未有的挑戰(zhàn),以信息化帶動(dòng)教育的現(xiàn)代化已經(jīng)上升到國家策略的高度[1],因材施教,充分激發(fā)學(xué)習(xí)者的潛能,讓教育教學(xué)更具智慧,讓學(xué)習(xí)過程更有個(gè)性;讓管理更加高效,讓質(zhì)量評(píng)價(jià)更加精細(xì)化,這既是技術(shù)進(jìn)步的必然產(chǎn)物,也是時(shí)代賦與教育的使命。依托大數(shù)據(jù)技術(shù),將互聯(lián)網(wǎng)資源和校內(nèi)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)貫通起來,搭建智慧校園平臺(tái),實(shí)施智慧教育成為可能。
智慧校園是在數(shù)字校園的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,但不只是技術(shù)的簡(jiǎn)單升級(jí),是信息技術(shù)支持下的新型教育環(huán)境,是將Internet/Intranet、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)連接起來形成的教育生態(tài)系統(tǒng)[2],是促進(jìn)教學(xué)理念、學(xué)習(xí)方式和管理模式變革的智慧教學(xué)環(huán)境。黃榮懷[3]、余勝泉[4]、祝智庭[5]等學(xué)者從不同的角度提出了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境和智慧教育環(huán)境的構(gòu)想,是支持教育共同體的組建并協(xié)同開展教育活動(dòng)的智能化空間和條件,它以學(xué)習(xí)者為中心,通過技術(shù)手段智慧感知教學(xué)主體和管理情境,為開展教學(xué)活動(dòng)提供個(gè)性化的資源、工具和服務(wù),為教育共同體的生成輸送智能組件。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智慧校園具有五個(gè)方面的特征[6]:
(一)每個(gè)參與者有具體的定位
智慧校園的出口包括學(xué)生、老師、職能部門、決策者和社會(huì)相關(guān)人員,也就是說,與人才培養(yǎng)相關(guān)的每一種人都可以在智慧校園中找到合適的位置,其中師生是最核心的角色,以學(xué)生(學(xué)習(xí)者)為主體,以老師(教育者)為主導(dǎo),提供教學(xué)資源和教育引導(dǎo),以職能處室為支撐,為教學(xué)提供保障,為決策層提供統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),為決策提供宏觀信息,同時(shí)為社會(huì)提供人才培養(yǎng)需求和選拔相關(guān)信息。
(二)全面感知
具備智能是智慧校園的核心,通過云桌面、傳感器、射頻RFID、監(jiān)控、二維碼等技術(shù)以及各種嵌入式和穿戴式設(shè)備,感知物理、情境和社會(huì)等教育環(huán)境,為各級(jí)各類人員智慧推送相關(guān)信息,用戶不同,則權(quán)限不同,得到的數(shù)據(jù)和可以操作的內(nèi)容也不一樣。
(三)泛在教學(xué)活動(dòng)
支持教育共同體各方在任意時(shí)間、任何地點(diǎn)、任意方式進(jìn)行無縫接續(xù)的教育、學(xué)習(xí)與管理接口[7],APP、微信、PC端登錄均可成為有效方式,提供無處不在的教育支持,碎片化時(shí)間和微學(xué)習(xí)過程得到充分利用。
(四)個(gè)性化
智慧校園依靠泛在網(wǎng)絡(luò)與學(xué)生的全部上網(wǎng)行為連通,其學(xué)習(xí)過程、消費(fèi)情況、聊天信息、社交活動(dòng)都被全部記錄在數(shù)據(jù)中心,容易利用數(shù)據(jù)挖掘算法對(duì)其活動(dòng)軌跡和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行畫像,因材施教、個(gè)性培養(yǎng)成為可能,量身定制不再困難。
(五)虛實(shí)結(jié)合
在行政班級(jí)、實(shí)體課堂、師生面對(duì)面交流等傳統(tǒng)教育的基礎(chǔ)上,虛擬社區(qū)、虛擬班級(jí)、云課堂、跨專業(yè)學(xué)習(xí)共同體成為良好補(bǔ)充,通過網(wǎng)絡(luò)資源和課堂管理系統(tǒng),即使從未謀面的人也可以是同學(xué),老師不一定要見面,考核可以在網(wǎng)上進(jìn)行,成績(jī)單是電子的,校際學(xué)分互認(rèn),這些都在智慧校園平臺(tái)上得到實(shí)現(xiàn)。
智慧校園通常是采用集成、合并、升級(jí)改造、新建業(yè)務(wù)模塊四種途徑,在原有業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)或信息化校園的基礎(chǔ)上利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)而成,主要包括五個(gè)方面的需求。
(一)信息孤島的消除
智慧校園建成之前,學(xué)校存在有大量的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng),設(shè)有單獨(dú)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫,分散在不同地理位置,歷史數(shù)據(jù)獨(dú)立保存,登錄賬號(hào)和操作風(fēng)格各不相同,底層架構(gòu)無法統(tǒng)一,這些信息孤島耗費(fèi)了大量的軟硬件資源和管理成本,應(yīng)用和維護(hù)難度大,消除信息孤島是智慧校園平臺(tái)首先要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
(二)數(shù)據(jù)的貫通
智慧校園是學(xué)校信息化達(dá)到一定程度的內(nèi)生需求,原有的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)并不能廢除,歷史數(shù)據(jù)不能清空,而是要無縫移植到新的平臺(tái)上,通過服務(wù)器虛擬化和云桌面技術(shù)建立數(shù)據(jù)中心,各獨(dú)立系統(tǒng)集中在中心機(jī)房匯聚,以虛擬存儲(chǔ)的方式共享服務(wù)器硬盤資源,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全線貫通和統(tǒng)一管理。
(三)統(tǒng)一門戶,單點(diǎn)登錄
智慧校園為每個(gè)用戶配備唯一的登錄賬號(hào)和密碼,并提供相同的初始界面,使各個(gè)松耦合的業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成為統(tǒng)一的整體,一次性登錄后即可自由切換到不同的信息處理模塊,避免多次登錄不同系統(tǒng)的麻煩。用戶登錄后,系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別用戶的角色,分配不同的權(quán)限,從而產(chǎn)生不同的工作界面,所能看到的內(nèi)容和執(zhí)行的操作會(huì)因用戶的類型不同而不同。智慧校園的用戶通常設(shè)計(jì)為學(xué)生、教師、部門負(fù)責(zé)人、校領(lǐng)導(dǎo)和社會(huì)訪客五種類型,還可以添加教研室主任、班組長(zhǎng)、主辦干事等類型。
(四)數(shù)據(jù)全程記錄,考核評(píng)價(jià)用數(shù)字說話
用戶可以從PC端、APP和微信三種方式登錄進(jìn)智慧校園平臺(tái),發(fā)帖、跟帖、討論、資源上傳與下載、觀看視頻、練習(xí)和考試、申請(qǐng)與批復(fù)全部在網(wǎng)上進(jìn)行,基本不再需要紙質(zhì)文稿,簽名采用電子印章統(tǒng)一授權(quán)認(rèn)證,這些信息被全程記錄到數(shù)據(jù)庫,作業(yè)批閱情況、課程學(xué)習(xí)和考試、成績(jī)?cè)u(píng)定、教師年度考核、評(píng)先評(píng)優(yōu)均根據(jù)指標(biāo)體系自動(dòng)生成,一切用數(shù)字說話,從機(jī)制上杜絕了人情分和印象分等不合理現(xiàn)象。
(五)促進(jìn)教育教學(xué)模式的改革和管理手段的智能化
以學(xué)生為中心的教學(xué)方式,通過多元取向激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),隨時(shí)隨地讓學(xué)生接觸學(xué)習(xí)入口,提供豐富的學(xué)習(xí)資源以及技術(shù)支持與服務(wù)教學(xué),突破傳統(tǒng)教學(xué)過程中局限于教室和課堂的限制[8-9]。利用電子書包以及泛在的網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn),形成興趣導(dǎo)向的學(xué)習(xí)理念,結(jié)合個(gè)人職業(yè)生涯規(guī)劃、學(xué)習(xí)計(jì)劃,依托智能教室以及大數(shù)據(jù)平臺(tái),建立以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的多元化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新模式,形成資源共享與教學(xué)交互的良性循環(huán)[10]。依托教育大數(shù)據(jù)信息管理平臺(tái)有效地對(duì)學(xué)生、班級(jí)、教職員工、部門進(jìn)行管理,能智慧分析學(xué)生的特長(zhǎng)愛好以及教師的研究方向,定制或者推送個(gè)性化信息,促進(jìn)專業(yè)水平的提升。
智慧校園包含許多模塊,最重要的部分是總體框架和數(shù)據(jù)中心,其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)具體需求采用不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
(一)總體框架設(shè)計(jì)
智慧校園總體框架由底層到應(yīng)用可以分為五層,如圖1所示。
基礎(chǔ)設(shè)施層:主要是由硬件組成,用于完成數(shù)據(jù)的采集,信息來源包括校園網(wǎng)(已經(jīng)連接因特網(wǎng))、物聯(lián)網(wǎng)、無線WIFI、傳感器網(wǎng)絡(luò)等,這些原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的服務(wù)器中,通過云存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù),將不同業(yè)務(wù)模塊得到的數(shù)據(jù)存放在不同的區(qū)域中,雖然相互連通,但在過濾清洗之前,不能向用戶開放。
圖1 智慧校園總體框架
數(shù)據(jù)支撐層:利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)等,將底層基礎(chǔ)支撐和上層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)用、中間件進(jìn)行統(tǒng)一整合服務(wù),對(duì)外提供統(tǒng)一管理、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一業(yè)務(wù)支撐;完成所有資源管理和狀態(tài)監(jiān)控,資源動(dòng)態(tài)調(diào)配和安全管理?;A(chǔ)支撐層和數(shù)據(jù)資源層是學(xué)校將建立統(tǒng)一的政策法規(guī)與信息標(biāo)準(zhǔn)體系信息安全與運(yùn)行維護(hù)體系,為建設(shè)數(shù)字化校園提供相關(guān)保障,實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理,保障信息化建設(shè)順利進(jìn)行。
數(shù)據(jù)資源層:包含智慧校園統(tǒng)一數(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,為整體智慧校園提供大數(shù)據(jù)支持和統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口,為形成學(xué)校特色決策數(shù)據(jù)提供支撐。通過基礎(chǔ)平臺(tái)將已有應(yīng)用系統(tǒng)及將來學(xué)校陸續(xù)建設(shè)的業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行集成整合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、認(rèn)證、信息的共享,包含用戶管理與授權(quán)和用戶數(shù)據(jù)集成,為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用間的單點(diǎn)登錄提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
業(yè)務(wù)用戶層:學(xué)校的各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng),包括學(xué)校已有的教學(xué)與資源、教務(wù)行政、教育空間等,包括現(xiàn)有模塊和待建的IT運(yùn)維等應(yīng)用系統(tǒng),涵蓋了學(xué)校教學(xué)、科研、管理、服務(wù)等多方面的應(yīng)用服務(wù)。
綜合瀏覽層:智慧校園綜合信息服務(wù)門戶,是基于統(tǒng)一身份認(rèn)證和單點(diǎn)登錄的信息聚合和展現(xiàn)服務(wù),支持個(gè)性化的頁面設(shè)置,為各類各種用戶提供統(tǒng)一登錄界面和不同的運(yùn)行操作管理視窗。
(二)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)中心是智慧校園的各個(gè)業(yè)務(wù)模塊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集散地,這也是它與數(shù)字校園的本質(zhì)區(qū)別,其功能是將各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)及傳感器等設(shè)備采集起來,存儲(chǔ)在服務(wù)器中,利用數(shù)據(jù)篩選和清洗加工,形成可以向應(yīng)用軟件輸出的二次數(shù)據(jù),如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)中心框架
智慧校園的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括各類賬號(hào)登錄上網(wǎng)后產(chǎn)生的信息、聊天記錄、帖子、問題的發(fā)起和解答、原有業(yè)務(wù)模塊數(shù)據(jù)、收發(fā)的郵件、上傳的文檔資料、移動(dòng)終端相關(guān)記錄、音頻和視頻等。這些信息是非結(jié)構(gòu)化的或者半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),加上數(shù)據(jù)采集設(shè)備得到的信息,構(gòu)成原始數(shù)據(jù),在統(tǒng)一身份認(rèn)證后,過濾掉無用的那一部分,再經(jīng)過數(shù)據(jù)集成、消息集成和內(nèi)容集成等融合處理后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類操作,存儲(chǔ)到分類數(shù)據(jù)庫中,形成臨時(shí)庫、最終庫,提供給應(yīng)用系統(tǒng),中間庫的數(shù)據(jù)可以同時(shí)向多個(gè)應(yīng)用開放,是根據(jù)業(yè)務(wù)的需要?jiǎng)討B(tài)產(chǎn)生的。
以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智慧校園為智慧教育提供了硬件平臺(tái),也為教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新搭建了軟件環(huán)境,有力促進(jìn)了信息技術(shù)與教育技術(shù)的融合,推動(dòng)著管理理念的變革。
(一)線上線下混合式教育
傳統(tǒng)教育以講授為主,而智慧教育將教與學(xué)的互動(dòng)放在同等重要的地位,教師不僅傳授知識(shí),更重要的是教會(huì)學(xué)生獲取知識(shí)的能力。線上線下聯(lián)動(dòng),實(shí)體課堂與虛擬課堂相配合,行政班級(jí)與跨專業(yè)學(xué)習(xí)共同體互補(bǔ),通過大數(shù)據(jù)課程管理系統(tǒng),全程記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)、練習(xí)、疑問和測(cè)試情況。備課的內(nèi)涵得到充分的擴(kuò)展,制作課件只是最基礎(chǔ)的工作,教師用更多的精力進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到如何激發(fā)學(xué)生的興趣,如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并尋找最佳解決方案,組織他們通過觀察、交流、演講、辯論等方式,掌握知識(shí)和技能,變被動(dòng)接受為主動(dòng)要求,提高教學(xué)質(zhì)量。
(二)量身定制,個(gè)性化培養(yǎng)
學(xué)生從入校開始,就分配了一個(gè)認(rèn)證ID,相當(dāng)于智慧校園的網(wǎng)絡(luò)身份證號(hào),其所有學(xué)習(xí)情況、上傳與下載的文件、觀看過的視頻、各種表格等上網(wǎng)行為被全部記錄到數(shù)據(jù)庫中,通過對(duì)不同來源同一主題的關(guān)聯(lián)分析,從指定姓名的相關(guān)信息中確定其特長(zhǎng)和愛好以及存在的問題,作為個(gè)性化培養(yǎng)的依據(jù),教師為他專門設(shè)計(jì)成長(zhǎng)計(jì)劃和導(dǎo)學(xué)方案,定期或不定期推送學(xué)習(xí)資源,在云班級(jí)和學(xué)習(xí)共同體的帶動(dòng)下,讓其個(gè)人優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮,順利成才。
(三)促進(jìn)教師學(xué)術(shù)水平的提升
依托大數(shù)據(jù)智慧校園平臺(tái),為教師聚焦行業(yè)最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì),定制行業(yè)新聞和參考文獻(xiàn)提供了便利,為在研課題和申報(bào)課題提供研究參考,研究團(tuán)隊(duì)不用再頻繁進(jìn)出圖書館,也不必下載大量的文檔資料,在數(shù)據(jù)中心和云圖書館中搜索關(guān)鍵詞,即可預(yù)訂來自世界各國的最新進(jìn)展和行業(yè)動(dòng)態(tài),虛擬實(shí)驗(yàn)室讓理論的驗(yàn)證變得極為方便,研究成果的發(fā)布和推廣快速完成。
(四)教學(xué)質(zhì)量的智能考核與評(píng)價(jià)
考核是指南針,為下一年度的努力方向提供目標(biāo),通過設(shè)定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,將教師的年度評(píng)優(yōu)評(píng)先運(yùn)用到智慧校園平臺(tái)上,依托教師評(píng)價(jià)管理系統(tǒng),引用教學(xué)與科研子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)得分并排序,這種評(píng)價(jià)方法有效避免了遺漏等現(xiàn)象的發(fā)生。課程成績(jī)的評(píng)定,通過大數(shù)據(jù)平臺(tái),將學(xué)習(xí)過程納入課程考核過程,強(qiáng)化過程考試的作用,用數(shù)字說話。在智慧校園中為每個(gè)學(xué)生分配空間賬號(hào),開發(fā)課程學(xué)習(xí)與考試軟件,每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)均設(shè)計(jì)有闖關(guān)式考試,這樣,學(xué)生的上網(wǎng)閱讀時(shí)間和測(cè)試成績(jī)都由系統(tǒng)自動(dòng)記錄,最后創(chuàng)建每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡和小考成績(jī)統(tǒng)計(jì)圖表,期末考試可以設(shè)計(jì)項(xiàng)目講解環(huán)節(jié),這樣得到的總評(píng)成績(jī)既沒有忽視最終的學(xué)習(xí)結(jié)果,也充分反映了平時(shí)知識(shí)的形成過程,避免了抄襲和突擊備考現(xiàn)象,更加科學(xué)和公正。
(五)管理質(zhì)量和管理效率的提升
工作流辦公自動(dòng)化的應(yīng)用、各級(jí)各類文檔的簽收和下發(fā)、請(qǐng)示和審批均在網(wǎng)上進(jìn)行,紙質(zhì)稿被取代,智能辦公室和智能教室會(huì)自動(dòng)檢測(cè)溫度和濕度并開啟空調(diào)及燈光門窗,刷臉和指針考勤系統(tǒng)會(huì)拒絕陌生人進(jìn)入,防止盜竊事情發(fā)生。教師情況、學(xué)生情況、后勤管理人員情況及統(tǒng)計(jì)表隨時(shí)可以以圖表形式呈現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)輿情及異常動(dòng)態(tài)隨時(shí)可查,目前進(jìn)度與趨勢(shì)預(yù)測(cè)隨時(shí)提供,每個(gè)用戶均可以由智慧校園平臺(tái)推送專屬服務(wù)。
以大數(shù)據(jù)為核心技術(shù)的智慧校園是實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧科研、智慧評(píng)價(jià)、智慧服務(wù)和智慧管理的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)支撐平臺(tái),三分在建,七分在用,要從信息化教育轉(zhuǎn)型為智慧教育,一方面需要使用者學(xué)會(huì)足夠的教育技術(shù),如移動(dòng)課件制作技術(shù)、海量信息篩選技術(shù)、導(dǎo)學(xué)方案設(shè)計(jì)技術(shù)、翻轉(zhuǎn)課堂組織技術(shù)等;另一方面,教學(xué)的理念需要更新,管理的流程需要優(yōu)化和重組,這些不是技術(shù)能夠解決的問題。本文僅僅從平臺(tái)構(gòu)建的角度,做了一些探索,并未涉及到教學(xué)方法和課程建設(shè)方法,作為智慧教育無法回避的問題,是將來要研究的方向。
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G40-057
A
1671-5136(2016)04-0128-04
2016-11-18
胡伏湘,男,長(zhǎng)沙商貿(mào)旅游職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研與發(fā)展規(guī)劃處教授、博士、碩士生導(dǎo)師。
長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2016年4期