智慧校園建設研究

楊鳳 張改紅 楊瑞

摘? 要： 智慧校園是指以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析等新技術為核心技術，提供智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化、協(xié)作一體化的教學、科研、管理和生活等各類服務，促進信息技術與教育教學有效深度融合，提高學生學習效果，最終實現(xiàn)智慧化教學和管理的校園模式。文章探討了智慧校園的建設，智慧校園的架構設計以及智慧校園的應用場景，可為智慧校園建設提供參考。

關鍵詞： 智慧校園; 應用場景; 智能教育; 創(chuàng)新

中圖分類號：TP399? ? ? ? ? 文獻標識碼：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)、云計算、大數(shù)據(jù)分析等新技術為核心技術，提供智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化、協(xié)作一體化的教學、科研、管理和生活等各類服務，促進信息技術與教育教學有效的深度融合，提高學生學習效果，最終實現(xiàn)智慧化教學和管理的校園模式。

有學者認為，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生提供智能感知環(huán)境和綜合服務平臺，并制定配套服務;二是進一步實現(xiàn)校園網(wǎng)的互聯(lián)與合作;三是利用智能傳感環(huán)境，讓學校與外界形成互動傳感界面[1]。也有學者認為，智慧校園是將人、社會、資源、技術設備進行信息化有機整合的一種獨特校園系統(tǒng)，并通過信息交流手段提供雙向交流平臺，以便構建更智能的校園[2]。從根本上看，建設智慧校園不應只是物聯(lián)網(wǎng)技術上的應用，應該整合更多新技術，以有效突出應用和服務[3]。

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

1 智慧校園建設中應考慮的難點

隨著智慧校園在我國的探索式推進，在結合多種技術并實際應用到現(xiàn)實之后發(fā)現(xiàn)，智慧校園的建設還存在一定的問題[4]，如習慣以技術和管理為中心而不是以用戶為中心、設計與構建時偏向簡單化和理想化、信息技術與學校核心業(yè)務結合不夠密切等。結合5G技術應用于學校管理的實際情況，目前建設智慧校園應考慮如下幾個問題。

1.1 傳輸效率問題

首先，雖然5G使得網(wǎng)速得到顯著提升，但如果校內資源訪問需繞道運營商網(wǎng)絡后再返回校園網(wǎng)絡，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)絡帶寬的極大壓力;最后，一些特殊的寬帶設備問題，如果其網(wǎng)絡系統(tǒng)和其他專業(yè)混用，將會大量占用網(wǎng)絡帶寬，而造成不利影響。所以基于5G的智慧校園建設時，應考慮以上網(wǎng)絡傳輸問題，爭取得到更加高效、穩(wěn)定的傳輸。

1.2 實時性問題

目前云計算技術在系統(tǒng)部署時已經(jīng)非常普及，但傳統(tǒng)的云計算框架更多偏重于非實時性的策略性分析，更重視計算能力而不是網(wǎng)絡通訊和控制的即時性，當傳輸數(shù)據(jù)量過大時，如果應用到智慧校園建設，可能產(chǎn)生網(wǎng)絡延遲，會相應的對管理領域造成影響，因此，如何實現(xiàn)真正的實時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技術為代表的分布式并行計算系統(tǒng)保障存儲和計算效率，但分布式計算的高頻數(shù)據(jù)分析方法和技術，與傳統(tǒng)的表結構數(shù)據(jù)有顯著區(qū)別，在未來一段時期內，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算系統(tǒng)來應對全場景的智慧校園建設。此外，在智慧校園建設時，缺乏可供使用的統(tǒng)一應用平臺，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)需要重復錄入到不同的應用系統(tǒng)，導致人力浪費，并且容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)質量問題。

1.4 數(shù)據(jù)安全問題

在智慧校園建設時，存在很多專業(yè)領域，而各個領域對數(shù)據(jù)安全的要求不盡相同。一些特殊行業(yè)，如消防、財務，存在行業(yè)特有的專用網(wǎng)絡安全和特殊數(shù)據(jù)安全要求，不能與其他領域混同。

另外，根據(jù)我國“網(wǎng)絡安全法”和教育部“2019年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點”的要求，各高校各級部門都應落實網(wǎng)絡安全崗位責任制和數(shù)據(jù)分級保障制度，如何在云計算和大數(shù)據(jù)集中存儲的架構中，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當考慮的問題。

2 智慧校園建設的探索

高校在建設智慧校園時，應結合自身軟硬件的實際情況，掌握外部信息科技發(fā)展水平，統(tǒng)籌做好智慧校園項目的總體規(guī)劃，并注意以下幾點。

2.1 統(tǒng)籌安排智慧校園建設

智慧校園建設是一項綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性的工程，是技術與管理互相結合的項目，需要管理層統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一協(xié)調。由于智慧校園的建設牽涉面廣。需要人力、物力、財力的支持。因此，學校管理者應加強信息化意識和創(chuàng)新意識，加大建設資金投入，并廣泛吸納既懂信息技術，又掌握教學管理的人才，全面負責智慧校園建設，并充分聽取師生和行政人員的意見，切實滿足廣大師生的需求，提高教學管理質量。

2.2 實現(xiàn)系統(tǒng)集成和資源共享

智慧校園不是一個單獨的平臺建設，而應實現(xiàn)校園所有系統(tǒng)的統(tǒng)一調度和控制。統(tǒng)一身份認證，實現(xiàn)系統(tǒng)的標準化、模塊化和開放性，將校園內原有的不同系統(tǒng)子平臺連接到主平臺上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。共享數(shù)據(jù)庫中心和應用服務，實現(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，實現(xiàn)平臺各應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

大數(shù)據(jù)管理平臺規(guī)范共享數(shù)據(jù)接口、為各應用場景提供統(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，管理數(shù)據(jù)服務授權，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、信息標準管理、數(shù)據(jù)服務管理及其他系統(tǒng)管理。建設統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)中心，進行統(tǒng)一管理和應用，并從全局的角度對各類資源進行統(tǒng)一管理和調度，充分考慮數(shù)據(jù)安全和不同技術架構下數(shù)據(jù)的交互問題。

3 智慧校園應用場景

結合學生日常生活學習以及校園管理需求，智慧校園應用可分為如下幾個場景。

3.1 智慧教學

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

課堂直播課對于網(wǎng)絡技術的要求極高，即便使用光纖網(wǎng)絡，依舊會造成直播有時延、卡頓等問題。而5G的零時延、高速率和建設成本更低的優(yōu)勢，剛好能夠解決當前課堂直播的困境，從而打破課堂的時空界限，為用戶提供更多優(yōu)質的學習資源，也能夠將教育資源很好的傳送到偏遠地區(qū)，將傳統(tǒng)的線下教學課堂變?yōu)榱诉h程互動課堂。智慧課堂的出現(xiàn)，極大的提高了學生學習的積極性和主動性，打破了傳統(tǒng)課堂中的教學壁壘，使教學更具針對性與高效性，也提高了學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時監(jiān)測運動或醫(yī)療信息的物聯(lián)網(wǎng)設備收集各類數(shù)據(jù)，開發(fā)掌握醫(yī)療、運動信息，并有針對性的提供建議的應用模塊，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備的高效連接，實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析報告來加強師生的自我健身管理，如檢測師生體質體能，得到精準的用戶數(shù)據(jù)，根據(jù)不同情況，有針對性的提供體質體能鍛煉課程，或者自動推送有針對性的體育鍛煉作業(yè)，培養(yǎng)其養(yǎng)成體育鍛煉的習慣。還可以增加如心率指數(shù)、運動數(shù)據(jù)、體育場館查詢、在線約校友一起運動、運動打卡等信息服務，為師生的健康保駕護航。

智慧校醫(yī)模塊是指與學校醫(yī)院的管理系統(tǒng)結合，如果學生出現(xiàn)緊急嚴重疾病，可以借助5G的高速度連接知名醫(yī)院中的急診醫(yī)生，在線為學生診治，實現(xiàn)遠程在線醫(yī)療。還可以記錄學生的個人體檢和就醫(yī)情況，有針對性的為學生推送合適的飲食、運動計劃，或實現(xiàn)學生健康信息監(jiān)管、統(tǒng)計、記錄等工作的電子化，減少校醫(yī)的繁瑣工作，不僅學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

智慧安防是指結合5G等新興技術，實現(xiàn)校園安防智能化，如在教學樓設置智能報警、節(jié)能燈控等，利用基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測技術，在檢測到災難信號時，系統(tǒng)自動報警，提高學校安防的迅速反應能力。在宿舍樓設置人臉識別的智能門禁系統(tǒng)，加強學生出入管理，減少安全隱患。或配合智能攝像頭的檢測系統(tǒng)，結合人工智能的安全檢測模型，如果學生出現(xiàn)緊急情況，及時通知管理人員化解危險。疫情當下，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、學生擅自離校等問題。而校園安防技術支撐的系統(tǒng)可有感知的準確識別出入人員的身份信息，自動保存人員出入的時間、地點，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)是指將學校的社區(qū)活動功能整合到同一個服務平臺上，提供如社團活動、二手轉賣、在線交友等功能，豐富學生的校園生活。

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

二手轉賣和在線交友功能，可基于智慧校園的實名認證功能，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 智慧校園架構設計

智慧化校園的建設是現(xiàn)代管理技術與信息技術相融合的復雜系統(tǒng)工程[5]，其建設總體架構模型主要包括以下內容。

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

⑵ 校園網(wǎng)絡基礎設施：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，實現(xiàn)人與物之間的全面對接，并在5G網(wǎng)絡基礎設施輔助下增強用戶獲取信息與服務的能力。

⑶ 數(shù)據(jù)層：主要是對數(shù)據(jù)進行收集分析的功能。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)庫以及教學數(shù)據(jù)庫等。利用5G技術，結合物聯(lián)網(wǎng)技術讓智慧校園平臺實現(xiàn)大范圍的數(shù)據(jù)分析功能，使校園成為全面感知、服務高效的智慧型校園。還包括根據(jù)應用服務層傳輸過來的數(shù)據(jù)，在云計算平臺通過分布式邊緣計算對數(shù)據(jù)進行分析處理。

⑷ 應用層：提供個性化服務以及智能決策的功能，如前所述的各類應用場景，將其進行高度融合，構建開放式學習環(huán)境等智能化應用服務。

⑸ 云服務層：利用Hadoop、Hive、Spark、Storm等大數(shù)據(jù)技術進行服務器搭建，并對網(wǎng)絡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)絡通信層傳遞給網(wǎng)關，然后在服務器云端根據(jù)得出的分析結果進行匯總處理，并與應用層進行信息交互。

⑹ 網(wǎng)絡通信：利用萬物互聯(lián)傳感網(wǎng)絡，構造低時延、高速率、高可靠性網(wǎng)絡。運用計算機與通訊設備使信息達到充分共享和快速傳輸。

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

5 結束語

智慧校園的根本目的是方便學生學習與生活，方便學校管理，結合5G技術，可實現(xiàn)及時化、虛擬化與智能化的應用，讓學校的教學管理工作、教學工作、個人成長與發(fā)展更高效和順暢。智慧校園在管理規(guī)范上還需要進一步完善。

參考文獻（References）：

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