劉 歡

（天門職業(yè)學(xué)院 湖北 天門 431700）

0 引言

科技的進(jìn)步為社會各領(lǐng)域提供了良好的發(fā)展空間和發(fā)展契機(jī)，高校也需抓住這一時機(jī)，通過對計算機(jī)技術(shù)的有效運用來進(jìn)一步推動智慧化校園建設(shè)，促使高校信息化建設(shè)方向逐步向“智能化”“智慧化”發(fā)展。 隨著我國教育現(xiàn)代化建設(shè)和統(tǒng)籌教育強(qiáng)國的不斷推進(jìn)，2018 年《教育信息化2.0 行動計劃》《智慧校園總體框架（GB/T/36342—2018）》等文件的相繼出臺為我國教育的信息化發(fā)展提供了新的發(fā)展引擎，而智慧校園依托于教育信息化，其體現(xiàn)形式更具實質(zhì)性特征。 因此，高校智慧化校園建設(shè)要與最先進(jìn)的軟件設(shè)計理念有效結(jié)合，在信息化和計算機(jī)技術(shù)的加持下為校園各類設(shè)施管理、教學(xué)活動方式、師生學(xué)習(xí)生活等創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)條件，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行科學(xué)、合理的整合重構(gòu)。 但是，在智慧化校園建設(shè)中對計算機(jī)技術(shù)的實際應(yīng)用效果并不理想，相關(guān)人員對其的作用范圍、價值等缺乏深入的認(rèn)知，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)在智慧化校園建設(shè)中的運用狀態(tài)缺乏適用性、高效性。 基于此，高校智慧化校園建設(shè)工作要與實際情況緊密結(jié)合，并對所應(yīng)用的計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，最終為高校智慧化校園建設(shè)難度的降低和信息化建設(shè)進(jìn)程的加速奠定基礎(chǔ)。

1 計算機(jī)技術(shù)在高校智慧化校園建設(shè)中的應(yīng)用價值

計算機(jī)技術(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)形式得以更為直觀地體現(xiàn)出其應(yīng)用價值，而校園環(huán)境智慧化發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)與計算機(jī)技術(shù)息息相關(guān)，海量數(shù)據(jù)信息以計算機(jī)技術(shù)為載體實現(xiàn)共享和傳遞，并為校園智能化系統(tǒng)的形成和構(gòu)建提供了推動力［1］。 計算機(jī)技術(shù)可對高校教學(xué)狀態(tài)進(jìn)行實時、動態(tài)監(jiān)測，有助于教學(xué)指標(biāo)整體化監(jiān)測的實現(xiàn)及其體現(xiàn)形式的宏觀性，促使教學(xué)形式由傳統(tǒng)的“經(jīng)驗式”逐漸向“數(shù)據(jù)化”“智能化”轉(zhuǎn)變，不僅能夠充分滿足學(xué)生多元化的教育需求，而且對提升教學(xué)質(zhì)量、合理配置與統(tǒng)籌教育資源有積極影響。 此外，依托于計算機(jī)技術(shù)，信息的傳遞、共享等更為便利、高效，信息篩選流程得以簡化的同時，處理效率也實現(xiàn)了顯著提升，進(jìn)而有效避免了高校不同部門之間出現(xiàn)重復(fù)勞動的情況。 在先進(jìn)技術(shù)的輔助下高校校園管理體系的構(gòu)建逐漸趨于多元化，以數(shù)據(jù)為依據(jù)制定的教育決策更加科學(xué)、合理、有效，通過采集和分析高校全樣本數(shù)據(jù)為高校智慧化治理能力的提升提供科學(xué)依據(jù)，最終為高校校園建設(shè)的智慧化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

2 高校智慧化校園建設(shè)中應(yīng)用的關(guān)鍵計算機(jī)技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息化發(fā)展的產(chǎn)物，該技術(shù)可使物體與網(wǎng)絡(luò)以信息傳感設(shè)備的約定協(xié)議內(nèi)容為載體進(jìn)行有效連接，而智慧化校園建設(shè)與該技術(shù)的結(jié)合有助于高校功能服務(wù)包括智能識別、跟蹤定位技術(shù)等作用的充分發(fā)揮，因此，在智慧化校園建設(shè)中要對該技術(shù)的構(gòu)成和應(yīng)用要點加以明確，以此達(dá)到作用及效果充分強(qiáng)化的目的。 依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的智慧系統(tǒng)功能主要由感知、網(wǎng)絡(luò)和運用3 個體系共同組成，智慧系統(tǒng)感知功能可記錄高校各類活動在物理世界所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，而信息數(shù)據(jù)的收集則需要傳感技術(shù)、射頻識別技術(shù)（radio frequency identification，RFID）一起共同發(fā)揮協(xié)同作用，后續(xù)對物體的精準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)可以此作為建設(shè)前提；對網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)用是基于智慧校園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的無線通信技術(shù)、WiFi6 及藍(lán)牙技術(shù)得以實現(xiàn)的，通過統(tǒng)計并分析智慧系統(tǒng)感知功能收集的信息數(shù)據(jù)，以此作為基礎(chǔ)完成對智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建。 其中WiFi6 技術(shù)的應(yīng)用場景密度較高，高校智慧化校園建設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸多以室內(nèi)場景為主，包括教室、圖書館、食堂、宿舍等，所使用的終端類型主要是移動終端、個人計算機(jī)（personal computer，PC）及機(jī)器對機(jī)器（machine to machine，M2M），其業(yè)務(wù)量相對較大且網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力較強(qiáng)，但在移動性方面的要求較低，所以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與WiFi6 的有效結(jié)合可提高終端設(shè)備在智慧化校園建設(shè)中的應(yīng)用適配性［2］。 此外，應(yīng)用系統(tǒng)的作用形式是依靠網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行呈現(xiàn)的，而終端設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作的高效開展離不開大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)的加持，在此基礎(chǔ)上跨系統(tǒng)和跨模塊技術(shù)的功能也可為信息資源共享提供服務(wù)。

2.2 云計算技術(shù)

云計算屬于分布式計算方法的一部分，其對海量數(shù)據(jù)信息的收集、分解、處理等一系列過程主要通過網(wǎng)絡(luò)“云”來實現(xiàn)，當(dāng)海量數(shù)據(jù)以若干小程序形式進(jìn)行劃分后，用戶對數(shù)據(jù)信息內(nèi)容的提取即可在服務(wù)器的幫助下完成。 云計算相關(guān)功能在高校中的有效運用有助于高校信息化建設(shè)彈性的增加和建設(shè)效率的提升，并促使資源獲取形式同時兼具集中化和規(guī)?；?，在智慧化校園環(huán)境中資源和數(shù)據(jù)壁壘被打破，用戶對各類信息資源的獲取途徑更加便捷，如登錄服務(wù)趨于一站式、數(shù)據(jù)的共享和存儲更為高效等。目前，云計算技術(shù)在高校智慧化校園建設(shè)中的應(yīng)用形式主要包括網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)、虛擬技術(shù)和計算機(jī)應(yīng)用3 種，通過對其技術(shù)優(yōu)勢的有效利用可實現(xiàn)向終端方向的擴(kuò)展、延伸，進(jìn)而為智慧化校園“云環(huán)境”的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。 此外，云環(huán)境融入到智慧化校園建設(shè)管理中，有助于身份驗證和智能支付服務(wù)水平的顯著提升；與高校智能安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，有助于室內(nèi)場景監(jiān)控布置的合理性和全面化；與校園內(nèi)全部信息服務(wù)相結(jié)合，有助于云計算中虛擬技術(shù)作為資源交互媒介作用的充分發(fā)揮，通過統(tǒng)一整合校園內(nèi)的軟硬件資源并按需分配，促使資源在空間上和互聯(lián)網(wǎng)中的局限性被打破，進(jìn)而使各類不同需求的資源服務(wù)得以充分滿足，最終使云端資源的整合和共享成為可能［3］。

2.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

高校智慧化校園建設(shè)中對大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用在校園體系建設(shè)方面體現(xiàn)得較多，包括數(shù)據(jù)處理、存儲、篩選等，其數(shù)據(jù)處理類型具體體現(xiàn)在3 個方面：

第一，Hadoop 數(shù)據(jù)處理架構(gòu)。 該框架包含的模塊有開源工具Sqoop、日志收集系統(tǒng)Flume、數(shù)據(jù)倉庫工具Hive等，可對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分布式處理。 其中Sqoop 的作用形式是Hadoop（Hive）和關(guān)系數(shù)據(jù)庫（MapReduce、HBase、Cassandra、Pig）服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的媒介，可實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計的批量化；Flume可對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的大規(guī)模日志數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率地采集、整合、處理、傳輸?shù)龋€可在任何集中存儲器中（HBase）存儲這些數(shù)據(jù)信息，且具有可定制能力，可靠性和容錯性都相對較高［4］。 此外，Pig 是以Hadoop 為基礎(chǔ)建立的大型數(shù)據(jù)集分析平臺， 其對數(shù)據(jù)信息的處理、 收集等可在MapReduce 任務(wù)編譯器的輔助下快速實現(xiàn)。

第二，分布式文件系統(tǒng)（hadoop distributed file system，HDFS）。 該系統(tǒng)是Hadoop 框架的核心設(shè)計之一，具有高容錯性、高吞吐量特征，面對大規(guī)模數(shù)據(jù)集有著很強(qiáng)的適用性，可通過HBase 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以節(jié)點狀態(tài)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，而節(jié)點主要由主節(jié)點和數(shù)據(jù)節(jié)點共同構(gòu)成，主節(jié)點的作用是管理元數(shù)據(jù)和DataNode 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)節(jié)點可對客戶端數(shù)據(jù)塊的操作處理內(nèi)容加以定義。

第三，Spark 并行計算框架。 Hadoop 中MapReduce 的全部優(yōu)越性能均集中體現(xiàn)在了Spark 上，Spark 的實現(xiàn)離不開Scala 語言，該語言與Java 編程語言較為相似。 Spark集群主要的構(gòu)成節(jié)點包括多個從節(jié)點和一個主節(jié)點，指令的傳達(dá)和信息的交互可利用交換機(jī)和數(shù)據(jù)采集單元來實現(xiàn)，而基于Spark 并行計算框架的數(shù)據(jù)計算促使系統(tǒng)所擁有的功能更多，也更完善，如數(shù)據(jù)查詢、學(xué)習(xí)指令、文本處理等，有助于系統(tǒng)運行過程中進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)時可能出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)的高載荷現(xiàn)象的有效規(guī)避和解決。

3 基于計算機(jī)技術(shù)的高校智慧化校園建設(shè)框架的構(gòu)建

智慧化校園建設(shè)是以現(xiàn)階段高校發(fā)展思路及自身實際發(fā)展需求為依據(jù)開展的，其建設(shè)目標(biāo)為個性化、智能化服務(wù)理念，建設(shè)基礎(chǔ)為“以人為本”原則。 計算機(jī)技術(shù)在智慧校園各個層面的深入滲透有助于校園設(shè)備的緊密連接和校園環(huán)境的實時監(jiān)控，并通過分層設(shè)計為校園網(wǎng)絡(luò)空間的完整性提供保障（如圖1 所示）。 技術(shù)支撐層中的人工智能技術(shù)為教育創(chuàng)新思路的拓展提供了技術(shù)支持；大數(shù)據(jù)技術(shù)有助于高校教學(xué)活動、管理、評估等各類業(yè)務(wù)更加精準(zhǔn)化、科學(xué)化、智能化；智慧化校園建設(shè)中的校園一卡通、人臉識別等服務(wù)都是依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的；虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在計算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬世界的創(chuàng)建，為學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新提供先進(jìn)工具；云計算技術(shù)可對海量網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行整合，以便于對其管理和調(diào)度的統(tǒng)一性，為高校信息資源池的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。 智慧校園的智能化運算和校園智能化治理服務(wù)是以數(shù)據(jù)平臺層為基礎(chǔ)實現(xiàn)的，該層的功能作用主要體現(xiàn)在采集、匯總、運算、處理數(shù)據(jù)等，有了數(shù)據(jù)支持智慧校園的各類應(yīng)用服務(wù)如管理、教學(xué)、資源等得以實現(xiàn)智慧化。 智能支持層是依托于大數(shù)據(jù)分析、信息交互、深度學(xué)習(xí)算法等將各種教學(xué)場景進(jìn)行有效融合，并為師生服務(wù)的科學(xué)性、精準(zhǔn)性及教學(xué)質(zhì)量的提升提供保障。 應(yīng)用服務(wù)層是以智慧化校園建設(shè)作為切入點，其智能服務(wù)架構(gòu)具有協(xié)同、整合、開放等特征，應(yīng)用終端體驗服務(wù)與師生的實際需求和認(rèn)知有著高度契合性，且操作更為簡單、智能響應(yīng)更為快速，有助于智慧化校園建設(shè)機(jī)制的進(jìn)一步完善［5］。

圖1 基于計算機(jī)技術(shù)的智慧化校園建設(shè)框架

4 高校智慧化校園建設(shè)中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實踐

4.1 基于計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

不同平臺部署需求各不相同，智慧化校園建設(shè)中運用的計算機(jī)系統(tǒng)大多為Java 2 平臺企業(yè)版（Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE）開源框架，即Struts 框架、Spring框架與Java 持久層應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）（JPA）的結(jié)合體。 智慧校園計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的操作平臺有Windows、Unix、Linux，J2EE開源框架的應(yīng)用使系統(tǒng)運行時的空間環(huán)境更具獨立性和聯(lián)動性，為使校園應(yīng)用的系統(tǒng)軟件服務(wù)實現(xiàn)智能化，須對軟件的集群方式和使用的虛擬技術(shù)進(jìn)行科學(xué)部署，以確保計算機(jī)系統(tǒng)的運行性能夠與智慧化校園的實際建設(shè)需求相匹配。 智慧化校園建設(shè)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)中心，計算機(jī)系統(tǒng)的運行和軟件平臺的構(gòu)建都是在數(shù)據(jù)中心服務(wù)的基礎(chǔ)上開展的，因此數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建要與智慧化校園建設(shè)中計算機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行有效結(jié)合，如教職工、學(xué)生、教材等的信息，教室、宿舍等的分布范圍，而數(shù)據(jù)庫對這些信息進(jìn)行錄入時要按照既定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范來操作。 此外，構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫還需具備整合、分析數(shù)據(jù)信息的功能，用戶在使用時還可對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢索、篩選等，進(jìn)而為系統(tǒng)工作效率的提升和維護(hù)性能的強(qiáng)化奠定基礎(chǔ)［6］。

4.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園一卡通體系

如圖2 所示，智慧校園一卡通建設(shè)的核心是服務(wù)學(xué)校師生，通過線上線下的緊密連接為開放平臺和應(yīng)用生態(tài)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)，并促使智慧化應(yīng)用場景能夠在教室、圖書館、餐廳、宿舍、校園安保等方面充分體現(xiàn)，為師生的金融、生活服務(wù)打造無卡化、自主化、一體化的良好體驗環(huán)境，進(jìn)而為智慧化管理、服務(wù)的信息化應(yīng)用水平的提升提供技術(shù)支撐。 在RFID 技術(shù)的幫助下，計算機(jī)系統(tǒng)在錄入教職工、學(xué)生個人信息時的速度更快、更準(zhǔn)確，RFID 讀取器設(shè)置完畢后，充值和消費行為即可隨時操作。 同時，數(shù)據(jù)信息向數(shù)據(jù)庫環(huán)境進(jìn)行傳遞的速度得以顯著提升，為智慧校園一卡通信息處理目標(biāo)的達(dá)成創(chuàng)造了良好的條件。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園一卡通架構(gòu)圖

4.3 基于云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)

智慧化校園建設(shè)與云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合有助于互聯(lián)網(wǎng)教育平臺、數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)等的實現(xiàn)，課堂教學(xué)工具更加先進(jìn)和教學(xué)內(nèi)容更加豐富，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)打破了時間、環(huán)境等因素的約束，同時互聯(lián)網(wǎng)的開放性、傳遞性促使學(xué)生通過借助互聯(lián)網(wǎng)平臺上的各類資源實現(xiàn)自身專業(yè)知識積累、自主學(xué)習(xí)能力等的進(jìn)一步深化。 云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧化校園建設(shè)中的應(yīng)用為其智能化學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)提供了切實保障，這兩種計算機(jī)技術(shù)可使物理環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境的融合和聯(lián)系更加有效、緊密，學(xué)生對學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)環(huán)境空間的選擇性更加多樣化。 比如智慧教室，突破了范疇問題的限制，為學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)時的互動交流創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

5 結(jié)語

綜上所述，高校智慧化校園建設(shè)中應(yīng)用到的關(guān)鍵計算機(jī)技術(shù)有物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，本文通過對不同類型計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容、作用方式的分析和掌握，為智慧化校園建設(shè)中數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、校園一卡通體系的應(yīng)用以及智能學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)提供了必需的技術(shù)支持，進(jìn)而推動了智慧校園逐步向現(xiàn)代化、信息化、智能化方向發(fā)展，最終為智慧化校園建設(shè)水平的提升奠定了基礎(chǔ)。