張翠紅

基于云平臺的智慧校園建設與應用研究初探

張翠紅

隨著物聯網、云計算、虛擬化、移動互聯等新型信息技術的應用，學校信息化正從“數字校園”快速邁入“智慧校園”建設階段。智慧校園主要是通過綜合信息服務平臺，依托物聯網、云計算、移動互聯、社交網絡、大數據等關鍵技術支持，提供智能化信息服務。結合學校智慧校園建設情況，提出智慧校園建設的總體架構模型。關鍵詞：智慧校園建設；關鍵技術；總體架構；數據挖掘；云平臺

一、智慧校園的內涵與特征

“智慧”，緣于“智慧地球”，2008年，美國IBM總裁兼首席執(zhí)行官彭明盛提出智慧地球的概念。[1]在“智慧地球”的概念后，國內不少學者提出了“智慧校園”的概念和建設思路。黃榮懷提出了“智慧學習環(huán)境”的概念，認為智慧校園是基于新型通信網絡技術，構建業(yè)務流程、資源共享、智能靈活的教育教學環(huán)境,以面向師生個性化服務為理念，提供無縫互通的網絡通信，具有開放學習環(huán)境、環(huán)境全面感知、海量數據支撐等特征。紀佩宇認為，智慧校園具有互聯網絡無處不在、校園環(huán)境全面感知、學習環(huán)境廣闊開放、數據處理智能化和應用服務個性化等五個方面的特性。[2]周彤等認為，智慧校園是以物聯網為基礎的智慧化的校園工作、學習和生活一體化環(huán)境，這個一體化環(huán)境以各種應用服務系統(tǒng)為載體，將教學、科研、管理和校園生活進行充分融合?？偨Y上述專家的觀點并結合學校的實際應用，智慧校園具有以下五大特征。

（一）寬帶互聯網絡高速泛在

智慧校園在建設過程中更加注重移動互聯網和物聯網，為校園中的人與人、物與物、人與物之間實現全面的互聯、互通，為各種隨時、隨地、隨需的應用提供寬帶、高速、泛在的基礎網絡環(huán)境。

（二）智能感應終端廣泛應用

智能手機、ipad等在師生中日益普及，學校數字裝備日益普遍，此外，各種智能感應技術，包括方位、光線、影像、紅外、溫度、濕度等得到了廣泛應用，從而使得各種監(jiān)測信息能夠實時獲取。[3]

（三）智能挖掘分析海量數據

依托于數字校園海量數據的收集和存儲基礎，智慧校園將建構出各類實用的數據挖掘模型，設計合理的分析及預測方法，同時，智慧校園能夠綜合各方面數據信息，通過智能推理和挖掘分析做出快速反應，突出智能化特點。

智慧校園實行開放、協(xié)同、整合的信息化架構，充分發(fā)揮整體效能。運用智能融合技術實現對海量數據信息的存儲、計算和分析，特別是通過人的“智慧”參與，進一步提高決策支持能力。

（四）廣闊開放的學習環(huán)境

智慧校園將為校內師生提供海量的學習資源，支持全天候在線學習，使得知識的獲取不再局限于課本和課堂。

（五）師生個性服務友好便利

智慧校園環(huán)境及其功能均以個性服務為理念，應用各種關鍵技術，以有效解決師生在校園生活、學習、工作中的諸多實際需求。

二、實現智慧校園的關鍵技術及載體

智慧校園強調以人為本、互動參與的先進理念，技術發(fā)展是智慧校園建設的基礎。近年來，云計算、數據挖掘、虛擬化、物聯網、移動互聯及社交網絡等技術被深入研究與推廣應用，為構建支持智慧教育發(fā)展的信息化環(huán)境提供了條件。

（一）物聯網

物聯網作為互聯網的延伸，其實質上是物物相連的互聯網。其通過信息感知技術已經在智慧校園的教學科研、校園生活、節(jié)能安保等方面逐步投入應用，如圖書資料管理、校園一卡通、節(jié)能安保的智能應用等。

（二）數據挖掘

信息時代，大數據受到越來越多的關注，大數據通常指生成的大量半結構化和非結構化的數據。隨著云教育平臺建設，學校的數據尤其是非結構化數據增長很快，對數據資源進行深入挖掘與建模分析，將為學校進行管理決策提供科學依據，從而用智慧的計算構建智慧的校園。

（三）校園移動互聯技術

移動互聯是移動通信技術和互聯網的結合統(tǒng)一，體現智慧校園的“開放化”特征。它為廣大師生提供無處不在、穩(wěn)定、安全和易于管理的無線網絡環(huán)境，便于交流互動與自主網絡學習，是構建智慧校園的基本條件。

（四）社交網絡

隨著移動互聯技術的興起，社交網絡（Social Network Service）成為一種社會化的網絡服務方式，社交網絡提供了新型的開放式的交流溝通和信息服務模式。社交網絡以其成本低、互動性強、傳播速度快等特點，成為最有效的學習協(xié)作和工作協(xié)作工具，是學生維系實體社會關系、展示自我和互動交流的首選方式。

（五）智慧課堂與未來教室

智慧課堂是指以“共享、融合、交互”為特征的教學信息化環(huán)境。智慧課堂鼓勵教師、學生在課堂內使用移動設備和WiFi接入校園網和互聯網，以方便地獲取學習資源。教師利用多媒體教學設備，如電子講臺、電子白板和短焦投影儀，可以隨時查看學生的學習情況，實現師生、生生間的實時討論與協(xié)作。

未來教室在智慧課堂的基礎上，又增加了更多的虛擬情境、人工智能等技術因素，以突出教室模擬現實世界的能力。智慧課堂與未來教室的目的是把信息化運用于課堂教學，從而創(chuàng)新教育模式和學習方式，提高教學效果和質量。近年來，在課堂教學方面涌現了許多技術與產品，雖然，它們的技術基礎已逐步趨于一致，但是，在接口標準、開發(fā)理念和實現能力方面，各產品還是參差不齊。

三、智慧校園建設總體架構模型

（一）搭建云技術支持智慧校園支撐平臺

基于云計算技術，設計搭建智慧校園支撐平臺，將校園內學生、家長、教師、學校、教育管理者、社會和社區(qū)等互通互聯。該平臺是一個在物理上能夠進行工作的云計算平臺，主要涉及服務器、網絡連接、信息存儲設計以及系統(tǒng)安裝、調試等工作內容，并同時輔以采取相應的平臺軟件，在安裝、設置之后，就可以確保智慧校園支撐平臺的實際功用。

（二）構建智慧校園架構模型

智慧校園的邏輯架構設計為網絡基礎設施、數據支持平臺和智慧應用服務層。在數字校園架構模型的基礎上進行智慧校園架構模型構建，其總體架構模型如圖1所示。從下至上依次分為基礎網絡設施層、數據層、云服務業(yè)務應用層和信息服務層?；A設施層，在校園網內融入移動網絡和物聯網絡；大數據中心是以大數據概念進行構建，所有數據通過Hive—Hadoop集群進行深度挖掘分析，為客戶所調用；云服務業(yè)務應用層在各業(yè)務系統(tǒng)的基礎上，突出校園學習環(huán)境的建設，利用云計算技術手段構建基于云服務的互動學習及數字資源共享平臺；信息服務層新增個性服務平臺，終端服務包括固定終端和移動終端服務。

1.構架支持多業(yè)務的網絡基礎設施。泛在網絡基礎設備包括計算機網絡、物聯網、電話網和廣播電視網等。用戶通過云計算中心對系統(tǒng)進行訪問，網絡架構包括交換機、應用服務器、平臺服務器和存儲服務器。通過交換機訪問應用驅動，通過應用服務器自動鎖定對應VM虛擬應用，通過平臺服務器和存儲服務器，找到對應的服務內容，從而完成用戶對應用系統(tǒng)的訪問和信息的獲取。

2.基于云計算的大數據中心構建。基于云計算的大數據中心是支撐智慧校園高效運行的數據平臺。大數據中心的構建將是智慧校園構建的重點和難點，不僅需要實現全?；A數據、業(yè)務信息和教學資源的集中存儲，還將充分利用虛擬化等技術實現IT資產的集中管控和靈活分配，提供基礎設施、運行平臺和應用軟件三種層次的資源共享服務，從而降低校園信息化運營成本?；ヂ摼W時代，完全的關系型數據庫已越來越無法適應當前的形勢。在大數據中心內的交互區(qū)有綜合應用關系型和非關系型兩種方式的數據庫存儲，所有的業(yè)務系統(tǒng)根據各自需求進行選擇性存儲。交互區(qū)內的數據再經過訂閱抽取，歸入大型數據倉庫系統(tǒng)中，按照主題分類建立深度分析模型。這里的大型數據倉庫系統(tǒng)是基于Hadoop（分布式系統(tǒng)基礎架構）技術的Hive（Hadoop下的SQL解析引擎）系統(tǒng)，經過Hive—Hadoop集群深度挖掘分析之后的數據和分析結果，重新導入專用關系數據庫中，供系統(tǒng)和用戶使用，以突出“智能化”特點，實現查詢統(tǒng)計、分析預測、自動控制等功能。

圖1 智慧校園建設架構模型

3.智慧校園應用平臺。智慧校園應用平臺的建設將貫穿整個建設周期，并不斷完善和優(yōu)化。它分為智慧教育、智慧科研和智慧管理三個層面，包括教學服務系統(tǒng)、科研支持系統(tǒng)、校務管理系統(tǒng)、互動學習和數字資源共享平臺、公共服務系統(tǒng)等。互動學習和數字資源共享平臺以云服務的方式，融合所有與學習和科研相關的系統(tǒng)的資源，再經過優(yōu)化的檢索處理，采用SOA架構，通過組件方式靈活組合和調用各類資源，通過各類終端以個性化的方式提供給不同的用戶，將能最大程度地滿足師生的學習需求和表達需求。

[1]黃榮懷.智慧校園：數字校園發(fā)展的必然趨勢[J].開放教育研究，2012，18（4）：12-17.

[2]紀佩宇，聶明輝.江蘇警官學院：打造智能化智慧校園[J].中國教育網絡，2014（2）：65-67.

[3]蔣東興.“云端一體化”高校智慧校園暢想[J].中國教育網絡，2014（1）：49-52.

[責任編輯盛艷]

張翠紅，女，南京財經學校高級講師，主要研究方向為職業(yè)教育、信息技術教學。

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1674-7747（2017）06-0071-03