陳巖

（福建省科學(xué)技術(shù)信息研究所，福建 福州 350003）

教育是強(qiáng)國的重要組成部分，教育強(qiáng)則民族強(qiáng)。教育部2019 年工作要點中指出“推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合”“實施教育信息化2.0 行動計劃，研究中國智能教育發(fā)展方案?！保?］提出了充分運用信息化手段提高教育教學(xué)質(zhì)量的要求。為了適應(yīng)形勢的發(fā)展和教學(xué)業(yè)務(wù)的需要，各地中小學(xué)校都在積極地擴(kuò)建和延伸各類信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，落實各項適應(yīng)智能化教育發(fā)展的應(yīng)用，標(biāo)志著校園信息化建設(shè)步入了一個新時期和新起點。

一、建設(shè)智慧校園網(wǎng)的教育意義

（一）促進(jìn)“深度融合”

中小學(xué)校在教育教學(xué)中運用信息技術(shù)經(jīng)歷了三個階段，分別是信息技術(shù)輔助教學(xué)、信息技術(shù)與教學(xué)整合、信息技術(shù)與教學(xué)融合。從目前各地信息技術(shù)與課程融合實踐分析，由于受到信息技術(shù)發(fā)展限制，大部分教師在課堂教學(xué)中僅將信息技術(shù)作為教學(xué)輔助工具使用，這樣雖然提高教學(xué)容量和效率，但是教育管理水平和教學(xué)質(zhì)量并沒有得到實質(zhì)性的提高。建設(shè)智慧校園可以有效提高教育教學(xué)質(zhì)量：一是優(yōu)化教育資源，引入智能化教學(xué)模式，助力教師研制基于信息化的學(xué)科課程；二是促進(jìn)信息技術(shù)滲透于學(xué)科課程中，促進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，成為課程的有機(jī)部分，提高教學(xué)質(zhì)量；三是利用智能技術(shù)，形成信息技術(shù)與學(xué)習(xí)多維互動的學(xué)習(xí)環(huán)境，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法，學(xué)會學(xué)習(xí)。

（二）改革教育評價方式

中共中央國務(wù)院印發(fā)《深化新時代教育評價改革總體方案》指出“教育評價事關(guān)教育發(fā)展方向，有什么樣的評價指揮棒，就有什么樣的辦學(xué)導(dǎo)向。”［2］指出了深化改革現(xiàn)有不合理的教育評價體系。目前學(xué)校主要采用考試來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，方式單一。利用智慧校園的資源管理平臺，通過數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、大數(shù)據(jù)等算法，建成一系列合理規(guī)范的德智體美勞五育并舉的教育評價系統(tǒng)，實現(xiàn)具有個性化的、綜合性的、全面的教學(xué)評價方式。

（三）提高教育教學(xué)管理水平

教育教學(xué)管理現(xiàn)代化是提升教育教學(xué)質(zhì)量的保障，其主要管理內(nèi)容有教務(wù)管理、辦公管理、教學(xué)管理、后勤管理等。通過智慧校園，創(chuàng)建智能化教育教學(xué)管理分析系統(tǒng)，實現(xiàn)人、物、資源一體化管理。應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺，多維度、準(zhǔn)確、全面的采集數(shù)據(jù)，整合數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，準(zhǔn)確判斷數(shù)據(jù)特征，形成規(guī)范的分析報告，得出合理的建議和方案。

二、數(shù)字校園與智慧校園的比較

（一）應(yīng)用功能比較

智慧校園的功能有別于數(shù)字校園，與傳統(tǒng)的校園網(wǎng)也有本質(zhì)的區(qū)別。數(shù)字校園是基于互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，主要應(yīng)用于校園與因特網(wǎng)聯(lián)通，實現(xiàn)“校校通網(wǎng)、班班通、人人通”，校內(nèi)實現(xiàn)無紙化辦公，“一卡通”、輔助教學(xué)、教育管理等?！吨腔坌@總體框架》對“數(shù)字校園”的定義為“在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建一個數(shù)字空間，實現(xiàn)從環(huán)境信息（包括教室、實驗室等）、資源信息（如圖書、講義、課件等）到應(yīng)用信息（包括教學(xué)、管理、服務(wù)、辦公等）等全部數(shù)字化，從而為資源和服務(wù)共享提供有效支撐?！保?］

智慧校園系統(tǒng)是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的延伸與發(fā)展，是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺，應(yīng)用廣泛?！吨腔坌@總體框架》對“智慧校園”的定義為“智能化感知、控制、管理、互動、數(shù)據(jù)分析、視窗等功能為一體可以支持教學(xué)、科研活動的現(xiàn)實空間或虛擬空間環(huán)境。”［3］

（二）收集處理信息方式比較

智慧校園收集處理信息的方式與數(shù)字校園有明顯不同，減少了許多人工干預(yù)的收集處理信息形式。表1 是根據(jù)祝智庭教授的《智慧校園建設(shè)與應(yīng)用新發(fā)展》［4］論述整理，其中采集信息指計算機(jī)收集信息的方法，獲取信息指用戶獲取信息的方法。

表1 數(shù)字校園與智慧校園的比較

三、智慧校園建設(shè)方案分析

（一）改造升級基本原則

1.引用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

大力推進(jìn)智慧校園建設(shè)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)是重中之重。在一個大型網(wǎng)絡(luò)里，必然匯集了多種品牌的軟件和硬件，具有高度復(fù)雜性。為了實現(xiàn)各種產(chǎn)品兼容和軟件開放，準(zhǔn)確定位應(yīng)用功能，把握建設(shè)方向和內(nèi)容，需要建立建設(shè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。2018 年4月，教育部發(fā)布了《中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范（試行）》，指出了數(shù)字校園“建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)原則、建設(shè)模式和建設(shè)內(nèi)容”［5］，為實施智慧校園建設(shè)提供了正確的目標(biāo)導(dǎo)向和清晰的建設(shè)依據(jù)。

2.依托教育理論

智慧校園的教育意義在于引入先進(jìn)理念和文化，實現(xiàn)智能化教育，如果沒有現(xiàn)代教育理論引領(lǐng)和導(dǎo)向，只是一個空架子。要以信息化背景下的教育理論為指導(dǎo)，在“重構(gòu)環(huán)境、重塑結(jié)構(gòu)、重整評價、重建生態(tài)”［6］的視野下，關(guān)注新理論、新觀念，新動態(tài)、新發(fā)展、新方向，著眼未來，突出環(huán)境建設(shè)，有序的、規(guī)范的、在合乎自然的狀態(tài)下，建立人機(jī)和諧的應(yīng)用環(huán)境和文化氛圍，創(chuàng)新發(fā)展。

3.整合資源，保留擴(kuò)展空間

建立統(tǒng)一的教育教學(xué)資源平臺和管理平臺，整合分散的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理，減少重復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性。為了適應(yīng)發(fā)展需要，還要留出設(shè)備擴(kuò)展空間，為今后的擴(kuò)充發(fā)展留有足夠的余地，在不影響正常使用的條件下添加設(shè)備。

4.提高系統(tǒng)可靠性

為使網(wǎng)絡(luò)可靠、穩(wěn)定地運行，要選用性價比高、質(zhì)量好的產(chǎn)品，以減少故障率。采用雙電源、雙風(fēng)扇等設(shè)備冗余的方式，電源、風(fēng)扇故障不影響設(shè)備工作。選用支持模塊熱拔插的設(shè)備，單模塊故障不影響其他模塊的正常工作。選用支持熱修復(fù)功能的設(shè)備應(yīng)具有，當(dāng)設(shè)備的某些部件發(fā)生故障時，可以帶電更換而不影響設(shè)備其他部件工作，新更換部件可直接投入工作而不必重新引導(dǎo)整個設(shè)備。

5.保障系統(tǒng)安全

保障系統(tǒng)安全需要采用一系列措施。一要使用安全等級高，性能良好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以保障內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)正常運行；二要安裝防雷、防火、防盜等物理安全防范設(shè)備；三要安裝防火墻免受黑客攻擊，利用入侵檢測技術(shù)，建立防范策略；四要使用安全掃描技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全漏洞；五要采用身份認(rèn)證、數(shù)字簽名等加密技術(shù)，保證數(shù)據(jù)安全。

（二）基礎(chǔ)架構(gòu)

以往校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大部分采用星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一種基于小型局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸帶寬有限，不足以承擔(dān)智慧校園帶寬的需求。

支持智慧校園運行，必須有安全、穩(wěn)定、暢通、高速的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺，才能滿足綜合信息處理和應(yīng)用服務(wù)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)功能的延伸。圖1 為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)示意圖，其中核心主干和匯聚層均采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖1 智慧校園網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)示意圖

1.核心層

核心層是網(wǎng)絡(luò)通信的樞紐中心，它的性能對網(wǎng)絡(luò)的連通起到至關(guān)重要的作用。要采用高帶寬的交換機(jī)，雙機(jī)冗余熱備份，具備負(fù)載均衡功能及可擴(kuò)展性。建設(shè)時，可以在原有校園網(wǎng)的主干上并入一臺或多臺交換機(jī)，采用部分網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。根據(jù)校園規(guī)模，選擇多（單）光纖作為傳輸介質(zhì)。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點可能與多點進(jìn)行連結(jié)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為了提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高服務(wù)器響應(yīng)時間，在安裝多臺或集群服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)安裝負(fù)載均衡器，用于內(nèi)部負(fù)載平均。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 主干網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

2.匯聚層

匯聚層是接入層和核心層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的中介，其作用是緩沖來自接入層的數(shù)據(jù)，減輕核心層設(shè)備的負(fù)荷。由于匯聚層面向的是各種不同屬性的網(wǎng)絡(luò)，具有一定的復(fù)雜性，所以應(yīng)選用帶有定義策略功能的交換機(jī)，支持三層交換技術(shù)及虛擬局域網(wǎng)（VLAN）劃分，可管理及描述應(yīng)用策略，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)隔離和分段的目的。其結(jié)構(gòu)示意如圖3 所示。

圖3 匯聚層結(jié)構(gòu)示意圖

可以按照樓棟來設(shè)置匯聚層，也可按照應(yīng)用功能來劃分，按樓棟設(shè)置可以減少布線距離，按照應(yīng)用功能劃分，可以合理分配數(shù)據(jù)流量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

3.接入層

智慧校園智能化的終端設(shè)備大都采用射頻、紅外、激光等各種技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控的物體，實現(xiàn)實物的數(shù)字化。一般情況下，終端設(shè)備直接與接入層連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。終端設(shè)備的主要類型有傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器等，它們安裝在智慧教室、微格教室、智慧實驗室、智慧圖書館、各種專用教室以及各活動場所，其數(shù)量大，對交換機(jī)有極高可靠性要求。如圖4 所示是一種無源雙星型終端接入結(jié)構(gòu)示意圖，采用虛擬化交換，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便等特點，是一種較好的接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

圖4 雙星型結(jié)構(gòu)示意圖

總之，建設(shè)智慧校園，要根據(jù)學(xué)校實際條件實施，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，以應(yīng)用為本，突出地方特色。采用分模塊、分批、逐步建設(shè)，有利于設(shè)備更新，用上新一代的產(chǎn)品，而不會因為設(shè)備換代淘汰造成浪費和其他方面的不可預(yù)見的損失。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，各種智能設(shè)備將會不斷出現(xiàn)，智慧校園的應(yīng)用也將更加廣泛。