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教育信息化 2.0背景下的智慧校園融合服務

教育部在 2018 年 4 月印發《教育信息化 2.0 行動計劃》。這 是首個關于教育信息化 2.0 的指導性文件, 也是貫徹 2015 年全 國教育信息化工作電視電話會議和 2016 年《教育信息化“十三 五”規劃》精神的政策性文件。其中,智慧教育創新發展行動指 出,要以人工智能、大數據、物聯網等新興技術為基礎,依托各類 智能設備及網絡,積極開展智慧教育創新研究和示范,推動新技 術支持下教育的模式變革和生態重構。智慧校園信息服務平臺 正是符合上述要求的有效載體之一,它全面感知物理環境,識別 學習者個體特征和學習情景,提供無縫互通的網絡通信,有效支 持教學過程分析、 評價和智能決策的開放教育教學環境和便利 舒適的生活環境,向師生全方位和個性化的信息服務。

背  景

21 世紀第一個十 年,隨著計算機和互聯網技術高速發展,國內高校教育信息化建 設體現出網絡化、數字化特征。大多數高校建成信息資源整合、 應用模塊集成的統一信息服務門戶。這在一個時期內基本滿足 了師生需求,提高了辦事效率,但也產生諸多問題:

( 1 )交互性不強,用戶與系統的聯系停留在 PC 端,沒有覆蓋 到更廣泛場景和設備。

( 2 )信息割裂,各應用模塊間信息無法共享,導致用戶重復 操作消耗時間。

( 3 )服務模式單一,以被動處理方式為主,難以滿足用戶精 細化需求。

( 4 )擴展性較差,集中式建設犧牲單一模塊的專業性和擴展性。

智慧校園信息服務平臺是順應教育信息化發展趨勢, 解決 以上校園信息門戶瓶頸問題的最佳解決方案。它以大數據、物聯 網、云計算、人工智能和移動互聯技術為載體,在感知用戶需求、 多維度反饋信息、資源組織與協同運維,以及信息交換與共享方 面,將人、物和事件緊密連接。它的特征包括:

( 1 )人物互聯,利用物聯網傳感器和感知技術采集人、物和 環境信息,將其映射到網絡中,構建多維輻射的應用環境。

( 2 )虛實映像,利用云計算、云存儲和云服務等技術構建校 園網絡空間,使信息結構化、標準化,實現虛、實對應與協同操作。

( 3 )深度認知,利用大數據技術對采集到的信息和虛實映射 信息分析,研判用戶需求,結合人工智能技術高效調用資源。

( 4 )開放融合,管理系統內部使用標準模塊與可擴展模塊, 共享采集到的信息,根據不同用戶使用權限,提供定制化、精細 化服務。

主要技術載體

大數據

Hadoop 是 大 數 據 開 發 的 重 要 框 架 , 其 核 心 是 HDFS 和 MapReduce , HDFS 為海量的數據提供存儲, MapReduce 為海量的 數據提供計算。Hive 是基于 Hadoop 的一個數據倉庫工具,可以 將結構化的數據文件映射為一張數據庫表, 并提供簡單的 SQL 查詢功能。Spark 是專為大規模數據處理而設計的快速通用的計 算引擎,其提供了一個全面、統一的框架用于管理各種不同性質 的數據集和數據源的大數據處理的需求。Python 是面向對象的 編程語言,擁有豐富的庫,主要可用于數據采集、數據分析以及 數據可視化等。

云計算

“云”是一些能夠自我管理的虛擬計算資源,通常是一些大 型服務器集群,包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等。云計 算是并行計算、分布式計算和網格計算的發展形態。它通過網絡將龐大的程序自動分拆成許多個較小的子程序, 再交由多部服 務器所組成的龐大系統計算分析,然后將處理結果回傳給用戶。它可以在數秒之內,處理數千萬計甚至億計信息,達到類似“超 級計算機”的強大效能。云計算是虛擬化、效用計算、 IaaS 、 PaaS 和 SaaS 等概念混合演進并躍升的結果。

物聯網

為滿足設備的連接需求, 物聯網這種低功耗廣域網應運而 生。LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應 用而設計。它主要分為兩類:一類是工作于未授權頻譜的 LoRa 技術;另一類是工作于授權頻譜下的 NB-IoT 。相比于 NB-IoT , LoRa 能夠以較低功耗遠距離通信,可以使用電池或其他能量收 集的方式供電,同時具有更好的穿透能力與避障能力。LoRaWAN 是由 LoRa 聯盟推出的一個廣域網規范,它能夠提供雙向通訊。

基本架構

智慧校園架構在技術載體之上,按照職能區別,由底層到高 層,主要分為以幾個下層級:

( 1 )數據層。智慧校園信息服務平臺采集到的各種數據匯聚 在一起。在線實時數據處理機制開展全局、群體及個體數據特征 分析,構建虛擬映像,形成統一、多維的數據空間。

( 2 )系統層。智慧校園信息服務平臺的軟件系統包括操作系 統及各類子系統,硬件系統包括中心服務器及終端分布式設備。它連通和支撐其他各層,是整個智慧校園的軟硬件載體。

( 3 ) 網絡層。該層為智慧校園各類信息傳輸和覆蓋提供支 撐。它包括用戶與系統聯系的有線和無線網絡;為人、物定位的 位置網絡;支撐各類傳感器數據傳輸的物聯網絡。

( 4 )應用層。該層包括標準化和定制應用,通過業務規則和 管理流程向用戶提供交互服務,可實現新建功能融入,也可提供 開放的應用系統開發環境。

形態優勢

智慧校園信息服務平臺對比以往的校園信息服務平臺具有 以下形態優勢:

數據形態優勢

以往的校園信息服務平臺的數據采集大 多由管理者和用戶被動完成, 智慧校園信息服務平臺采集數據 依托物聯網端設備。大量數據經過自動組合生成場景、活動、事 件或素材的高維度描述形式。這些數據傳遞迅速,更新周期短, 能自動剔除或預警異常值,人工只需在必要時審核即可。業務流 程時間縮短。

組織形態優勢

以往的校園信息服務平臺多采取信息化 管理部門統一管理,各職能部門運營子模塊的形式。無論管理者 還是用戶都存在大量重復性操作,如錄入、變更信息等。智慧校 園信息服務平臺以人、物和事件為中心,將相應操作和使用權限 分配給不同職能部門,用以管理人、物和事件的相關變量。各職 能部門分工協同效率提升。

關系形態優勢

在以往的校園信息服務平臺中,雖然用 戶是服務對象,但實際上管理者獲得了更多便捷,如紙質化辦公時代,用戶報送紙質版材料即可,而辦公自動化時代,用戶既要 報送紙質版材料還要提交電子版材料。在智慧校園信息服務平 臺中,無論是用戶還是管理者都能根據權限定制服務。固有角色 定位被打破,服務內涵更加豐富。

建設策略

完善制度建設

智慧校園建設是實現教育信息化 2.0 目標的重要抓手之一。高校要從戰略上認識到建設智慧校園的必要性和迫切性, 充分 論證,合理制定近、中和遠期規劃。在細節設計上先選擇小范圍 試點,再大規模推進。軟件系統功能短期試錯,快速迭代,不斷完 善。智慧校園體系下,數據量、涉及面和傳播范圍都會極大提升, 因此要制定升級版數據安全保障制度,加強軟硬件安全保障,嚴 格監督管理員和用戶權限。

組建專業管理團隊

數據無處不在,但未經采集、整理、分析和傳播的數據是無 法使用的。讓智慧校園活起來,關鍵在人。需要建立專門的運維、 分析人員團隊。當下大多數高校設置的信息化辦公室職能以運 維為主,很難滿足大數據體系下的分析任務,需要引入專業人才 和團隊負責,處理好自身和外包任務銜接。可嘗試設立首席信息 官,在各職能部門中設置信息專員。首席信息官、信息辦和部門 信息專員形成的校園信息化管理的基地、網絡與節點。

構建高校大數據庫

智慧校園體系下的數據圍繞學校核心資源,即人、物和事件 產生,這將打破以往職能部門收集、整理數據的傳統。數據無處 不在,數據采集終端也應廣泛分布,由此形成人、物、事件與數據 的虛實映射,改變數據割裂的、零散的弊端,形成系統的、多維的 優勢。主管部門應收集用戶對信息服務平臺的建議,不斷擴充和 完善數據庫。倡導高校之間建立大數據庫聯盟,為數據在更廣泛 領域互通、共享創造有利條件。

人類受到信息時代深刻影響,渴望結構化、高效率、多維度 和前瞻性的信息。對于身處高校的師生來說,智慧校園信息服務 平臺能滿足他們這一需求。該平臺運用大數據、云計算和物聯網 等先進技術,改變以職能部門匯集數據的形式,圍繞高校核心資 源人、物和事件建立虛實映射的數據網絡。為實現該平臺功能, 除了要軟硬件達標之外,還需在頂層設計、專業人員隊伍等方面 下功夫。面向未來,它可以不斷更新、迭代和擴展,有望形成依托 高校大數據庫聯盟,能夠更廣泛應用的智慧平臺。

2019年5月28日 08:19
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