楊鳳 張改紅 楊瑞

摘? 要： 智慧校園是指以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心技術(shù)，提供智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作一體化的教學(xué)、科研、管理和生活等各類服務(wù)，促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)有效深度融合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，最終實(shí)現(xiàn)智慧化教學(xué)和管理的校園模式。文章探討了智慧校園的建設(shè)，智慧校園的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及智慧校園的應(yīng)用場景，可為智慧校園建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞： 智慧校園; 應(yīng)用場景; 智能教育; 創(chuàng)新

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）12-125-04

Abstract： Smart campus refers to a campus model that takes new technologies such as Internet of Things， cloud computing and big data analysis as the core technology， provides intelligent， digital， networked and collaborative integrated services for teaching， scientific research， management and life， promotes the effective and in-depth integration of information technology and education and teaching， improves students' learning effect， and finally realizes intelligent teaching and management. This paper discusses the construction of smart campus and the architecture design of smart campus， as well as the application scenarios of smart campus， which can provide reference for the construction of smart campus.

Key words： smart campus; application scenarios; intelligent education; Innovation

0 引言

智慧校園是指以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心技術(shù)，提供智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作一體化的教學(xué)、科研、管理和生活等各類服務(wù)，促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)有效的深度融合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，最終實(shí)現(xiàn)智慧化教學(xué)和管理的校園模式。

有學(xué)者認(rèn)為，智能校園的核心特征主要有三個層次：一是盡可能為教師和學(xué)生提供智能感知環(huán)境和綜合服務(wù)平臺，并制定配套服務(wù);二是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)的互聯(lián)與合作;三是利用智能傳感環(huán)境，讓學(xué)校與外界形成互動傳感界面[1]。也有學(xué)者認(rèn)為，智慧校園是將人、社會、資源、技術(shù)設(shè)備進(jìn)行信息化有機(jī)整合的一種獨(dú)特校園系統(tǒng)，并通過信息交流手段提供雙向交流平臺，以便構(gòu)建更智能的校園[2]。從根本上看，建設(shè)智慧校園不應(yīng)只是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上的應(yīng)用，應(yīng)該整合更多新技術(shù)，以有效突出應(yīng)用和服務(wù)[3]。

第五代移動通訊技術(shù)（5G）具有更寬的帶寬、更高的速率和更低的延時(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)無卡頓傳輸，極大提升了用戶的體驗(yàn)感，為智慧校園的建設(shè)提供新技術(shù)支持和新機(jī)遇，通過5G構(gòu)建智能感知環(huán)境和綜合服務(wù)平臺，可以建立新的課堂空間，智能識別老師和學(xué)生的學(xué)習(xí)、工作情況，能夠促進(jìn)教學(xué)、管理和生活流程優(yōu)化與系統(tǒng)重構(gòu)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，建立新式校園生態(tài)，本文結(jié)合5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，對智慧校園的建設(shè)進(jìn)行探索。

1 智慧校園建設(shè)中應(yīng)考慮的難點(diǎn)

隨著智慧校園在我國的探索式推進(jìn)，在結(jié)合多種技術(shù)并實(shí)際應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)之后發(fā)現(xiàn)，智慧校園的建設(shè)還存在一定的問題[4]，如習(xí)慣以技術(shù)和管理為中心而不是以用戶為中心、設(shè)計(jì)與構(gòu)建時(shí)偏向簡單化和理想化、信息技術(shù)與學(xué)校核心業(yè)務(wù)結(jié)合不夠密切等。結(jié)合5G技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校管理的實(shí)際情況，目前建設(shè)智慧校園應(yīng)考慮如下幾個問題。

1.1 傳輸效率問題

首先，雖然5G使得網(wǎng)速得到顯著提升，但如果校內(nèi)資源訪問需繞道運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)后再返回校園網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生的網(wǎng)間切換可能影響傳輸效率;其次，物聯(lián)網(wǎng)中海量的邊緣設(shè)備會產(chǎn)大量數(shù)據(jù)，只是簡單傳輸?shù)接邢薜脑贫藭斐删W(wǎng)絡(luò)帶寬的極大壓力;最后，一些特殊的寬帶設(shè)備問題，如果其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和其他專業(yè)混用，將會大量占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，而造成不利影響。所以基于5G的智慧校園建設(shè)時(shí)，應(yīng)考慮以上網(wǎng)絡(luò)傳輸問題，爭取得到更加高效、穩(wěn)定的傳輸。

1.2 實(shí)時(shí)性問題

目前云計(jì)算技術(shù)在系統(tǒng)部署時(shí)已經(jīng)非常普及，但傳統(tǒng)的云計(jì)算框架更多偏重于非實(shí)時(shí)性的策略性分析，更重視計(jì)算能力而不是網(wǎng)絡(luò)通訊和控制的即時(shí)性，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量過大時(shí)，如果應(yīng)用到智慧校園建設(shè)，可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲，會相應(yīng)的對管理領(lǐng)域造成影響，因此，如何實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)控制也是需要考慮的問題。

1.3 資源存儲問題

萬物物聯(lián)帶來了數(shù)據(jù)量的爆發(fā)增長，因此簡單建立集中的數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)分析的客觀要求，而工業(yè)級的大數(shù)據(jù)分析需要以Hadoop和Spark技術(shù)為代表的分布式并行計(jì)算系統(tǒng)保障存儲和計(jì)算效率，但分布式計(jì)算的高頻數(shù)據(jù)分析方法和技術(shù)，與傳統(tǒng)的表結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)有顯著區(qū)別，在未來一段時(shí)期內(nèi)，兩種數(shù)據(jù)系統(tǒng)還將長期共存，很難以單一的存儲和計(jì)算系統(tǒng)來應(yīng)對全場景的智慧校園建設(shè)。此外，在智慧校園建設(shè)時(shí)，缺乏可供使用的統(tǒng)一應(yīng)用平臺，無法統(tǒng)一共享資源和數(shù)據(jù)，原本可以共享給各系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)需要重復(fù)錄入到不同的應(yīng)用系統(tǒng)，導(dǎo)致人力浪費(fèi)，并且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。

1.4 數(shù)據(jù)安全問題

在智慧校園建設(shè)時(shí)，存在很多專業(yè)領(lǐng)域，而各個領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)安全的要求不盡相同。一些特殊行業(yè)，如消防、財(cái)務(wù)，存在行業(yè)特有的專用網(wǎng)絡(luò)安全和特殊數(shù)據(jù)安全要求，不能與其他領(lǐng)域混同。

另外，根據(jù)我國“網(wǎng)絡(luò)安全法”和教育部“2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)”的要求，各高校各級部門都應(yīng)落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全崗位責(zé)任制和數(shù)據(jù)分級保障制度，如何在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)集中存儲的架構(gòu)中，滿足規(guī)章制度也是一個值得考慮的問題。

最后，智慧校園中存儲著大量用戶隱私數(shù)據(jù)，師生的相關(guān)信息，集中的上傳、儲存、分析是否會帶來隱私信息泄露也是應(yīng)當(dāng)考慮的問題。

2 智慧校園建設(shè)的探索

高校在建設(shè)智慧校園時(shí)，應(yīng)結(jié)合自身軟硬件的實(shí)際情況，掌握外部信息科技發(fā)展水平，統(tǒng)籌做好智慧校園項(xiàng)目的總體規(guī)劃，并注意以下幾點(diǎn)。

2.1 統(tǒng)籌安排智慧校園建設(shè)

智慧校園建設(shè)是一項(xiàng)綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性的工程，是技術(shù)與管理互相結(jié)合的項(xiàng)目，需要管理層統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。由于智慧校園的建設(shè)牽涉面廣。需要人力、物力、財(cái)力的支持。因此，學(xué)校管理者應(yīng)加強(qiáng)信息化意識和創(chuàng)新意識，加大建設(shè)資金投入，并廣泛吸納既懂信息技術(shù)，又掌握教學(xué)管理的人才，全面負(fù)責(zé)智慧校園建設(shè)，并充分聽取師生和行政人員的意見，切實(shí)滿足廣大師生的需求，提高教學(xué)管理質(zhì)量。

2.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成和資源共享

智慧校園不是一個單獨(dú)的平臺建設(shè)，而應(yīng)實(shí)現(xiàn)校園所有系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和控制。統(tǒng)一身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和開放性，將校園內(nèi)原有的不同系統(tǒng)子平臺連接到主平臺上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。共享數(shù)據(jù)庫中心和應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)分散在各平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)整合、交換與共享，實(shí)現(xiàn)平臺各應(yīng)用場景之間以及與外圍系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)及信息交換。

2.3 智慧大數(shù)據(jù)中心建設(shè)

大數(shù)據(jù)管理平臺規(guī)范共享數(shù)據(jù)接口、為各應(yīng)用場景提供統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)推送、數(shù)據(jù)查詢接口和數(shù)據(jù)服務(wù)，管理數(shù)據(jù)服務(wù)授權(quán)，提供大數(shù)據(jù)的訪問控制、數(shù)據(jù)接口管理、元數(shù)據(jù)管理、信息標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)管理及其他系統(tǒng)管理。建設(shè)統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行統(tǒng)一管理和應(yīng)用，并從全局的角度對各類資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，充分考慮數(shù)據(jù)安全和不同技術(shù)架構(gòu)下數(shù)據(jù)的交互問題。

3 智慧校園應(yīng)用場景

結(jié)合學(xué)生日常生活學(xué)習(xí)以及校園管理需求，智慧校園應(yīng)用可分為如下幾個場景。

3.1 智慧教學(xué)

智慧教學(xué)是利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化的技術(shù)特點(diǎn)以及開放、共享、交互、協(xié)作的基本特征，應(yīng)用在教學(xué)管理中，主要是以課堂在線直播的形式提供課程，并在線收集教學(xué)信息和學(xué)生學(xué)習(xí)信息，采用大數(shù)據(jù)挖掘的方法了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，為更好的教學(xué)提供智慧支持。

課堂直播課對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求極高，即便使用光纖網(wǎng)絡(luò)，依舊會造成直播有時(shí)延、卡頓等問題。而5G的零時(shí)延、高速率和建設(shè)成本更低的優(yōu)勢，剛好能夠解決當(dāng)前課堂直播的困境，從而打破課堂的時(shí)空界限，為用戶提供更多優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源，也能夠?qū)⒔逃Y源很好的傳送到偏遠(yuǎn)地區(qū)，將傳統(tǒng)的線下教學(xué)課堂變?yōu)榱诉h(yuǎn)程互動課堂。智慧課堂的出現(xiàn)，極大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，打破了傳統(tǒng)課堂中的教學(xué)壁壘，使教學(xué)更具針對性與高效性，也提高了學(xué)生與教師的信息素養(yǎng)。

3.2 智慧健康

智慧健康是指通過實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)動或醫(yī)療信息的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集各類數(shù)據(jù)，開發(fā)掌握醫(yī)療、運(yùn)動信息，并有針對性的提供建議的應(yīng)用模塊，可分為體育健康和智慧校醫(yī)。

體育健康模塊是指通過與智慧化設(shè)備的高效連接，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析報(bào)告來加強(qiáng)師生的自我健身管理，如檢測師生體質(zhì)體能，得到精準(zhǔn)的用戶數(shù)據(jù)，根據(jù)不同情況，有針對性的提供體質(zhì)體能鍛煉課程，或者自動推送有針對性的體育鍛煉作業(yè)，培養(yǎng)其養(yǎng)成體育鍛煉的習(xí)慣。還可以增加如心率指數(shù)、運(yùn)動數(shù)據(jù)、體育場館查詢、在線約校友一起運(yùn)動、運(yùn)動打卡等信息服務(wù)，為師生的健康保駕護(hù)航。

智慧校醫(yī)模塊是指與學(xué)校醫(yī)院的管理系統(tǒng)結(jié)合，如果學(xué)生出現(xiàn)緊急嚴(yán)重疾病，可以借助5G的高速度連接知名醫(yī)院中的急診醫(yī)生，在線為學(xué)生診治，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線醫(yī)療。還可以記錄學(xué)生的個人體檢和就醫(yī)情況，有針對性的為學(xué)生推送合適的飲食、運(yùn)動計(jì)劃，或?qū)崿F(xiàn)學(xué)生健康信息監(jiān)管、統(tǒng)計(jì)、記錄等工作的電子化，減少校醫(yī)的繁瑣工作，不僅學(xué)生的健康得到了保障，還大大提高了校醫(yī)的工作效率。

3.3 智慧安防

智慧安防是指結(jié)合5G等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園安防智能化，如在教學(xué)樓設(shè)置智能報(bào)警、節(jié)能燈控等，利用基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)，在檢測到災(zāi)難信號時(shí)，系統(tǒng)自動報(bào)警，提高學(xué)校安防的迅速反應(yīng)能力。在宿舍樓設(shè)置人臉識別的智能門禁系統(tǒng)，加強(qiáng)學(xué)生出入管理，減少安全隱患?；蚺浜现悄軘z像頭的檢測系統(tǒng)，結(jié)合人工智能的安全檢測模型，如果學(xué)生出現(xiàn)緊急情況，及時(shí)通知管理人員化解危險(xiǎn)。疫情當(dāng)下，傳統(tǒng)的門衛(wèi)管理、視頻監(jiān)控手段并不能有效解決外來人員隨意入校、學(xué)生擅自離校等問題。而校園安防技術(shù)支撐的系統(tǒng)可有感知的準(zhǔn)確識別出入人員的身份信息，自動保存人員出入的時(shí)間、地點(diǎn)，為家校溝通建立了橋梁。也大大降低了校園安全管理隱患。

3.4 智慧社區(qū)

智慧社區(qū)是指將學(xué)校的社區(qū)活動功能整合到同一個服務(wù)平臺上，提供如社團(tuán)活動、二手轉(zhuǎn)賣、在線交友等功能，豐富學(xué)生的校園生活。

社團(tuán)活動是指學(xué)校內(nèi)各類社團(tuán)活動的統(tǒng)一管理，包括新生招募、社團(tuán)互動、活動信息發(fā)布、在線社團(tuán)活動等功能。尤其是開發(fā)基于5G技術(shù)的在線社團(tuán)活動，將必須集體固定的社團(tuán)活動在線實(shí)現(xiàn)，節(jié)省了場地空間，提高了學(xué)生的參與數(shù)量，豐富學(xué)生的課外日常生活。

二手轉(zhuǎn)賣和在線交友功能，可基于智慧校園的實(shí)名認(rèn)證功能，減少師生通過閑魚、微信群、qq群、校園表白墻等非官方認(rèn)證方式，防止不法詐騙分子鉆空子，保證師生的個人安全以及校園秩序。

4 智慧校園架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧化校園的建設(shè)是現(xiàn)代管理技術(shù)與信息技術(shù)相融合的復(fù)雜系統(tǒng)工程[5]，其建設(shè)總體架構(gòu)模型主要包括以下內(nèi)容。

⑴ 校園泛在互聯(lián)：包括人與物、物與物之間設(shè)備連接，及資源的共享與應(yīng)用。

⑵ 校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施：包括物聯(lián)網(wǎng)、移動終端、校園網(wǎng)以及延伸的視頻通話、視頻會議等，實(shí)現(xiàn)人與物之間的全面對接，并在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施輔助下增強(qiáng)用戶獲取信息與服務(wù)的能力。

⑶ 數(shù)據(jù)層：主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析的功能。其中涵蓋了教育數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫、科研數(shù)據(jù)庫以及教學(xué)數(shù)據(jù)庫等。利用5G技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓智慧校園平臺實(shí)現(xiàn)大范圍的數(shù)據(jù)分析功能，使校園成為全面感知、服務(wù)高效的智慧型校園。還包括根據(jù)應(yīng)用服務(wù)層傳輸過來的數(shù)據(jù)，在云計(jì)算平臺通過分布式邊緣計(jì)算對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

⑷ 應(yīng)用層：提供個性化服務(wù)以及智能決策的功能，如前所述的各類應(yīng)用場景，將其進(jìn)行高度融合，構(gòu)建開放式學(xué)習(xí)環(huán)境等智能化應(yīng)用服務(wù)。

⑸ 云服務(wù)層：利用Hadoop、Hive、Spark、Storm等大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器搭建，并對網(wǎng)絡(luò)通信層上傳的師生信息分析和存儲，將所采集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)通信層傳遞給網(wǎng)關(guān)，然后在服務(wù)器云端根據(jù)得出的分析結(jié)果進(jìn)行匯總處理，并與應(yīng)用層進(jìn)行信息交互。

⑹ 網(wǎng)絡(luò)通信：利用萬物互聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造低時(shí)延、高速率、高可靠性網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)與通訊設(shè)備使信息達(dá)到充分共享和快速傳輸。

⑺ 展現(xiàn)層：通過系統(tǒng)門戶、學(xué)校門戶網(wǎng)或手機(jī)客戶端，為用戶提供有各類展示服務(wù)。

5 結(jié)束語

智慧校園的根本目的是方便學(xué)生學(xué)習(xí)與生活，方便學(xué)校管理，結(jié)合5G技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)及時(shí)化、虛擬化與智能化的應(yīng)用，讓學(xué)校的教學(xué)管理工作、教學(xué)工作、個人成長與發(fā)展更高效和順暢。智慧校園在管理規(guī)范上還需要進(jìn)一步完善。

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