高校智慧校園的技術(shù)承載與應用融合研究

高校智慧校園的技術(shù)承載與應用融合研究

教育電腦化是一個長期的發(fā)展過程，它具有客觀的路徑和規(guī)律，并具有逐步發(fā)展的特點。諾蘭模型認為,信息化發(fā)展必須經(jīng)過初始、推廣、控制、集成、數(shù)據(jù)管理和成熟六個階段。聯(lián)合國教科文組織把信息技術(shù)應用于教育的過程分為起步、應用、融合、創(chuàng)新四個階段。上述理論揭示了教育信息化發(fā)展的客觀規(guī)律,表明發(fā)展階段間存在相互聯(lián)系、依次遞進的關(guān)系,由于實際應用需求和外部環(huán)境變化使信息化不斷向更高階段推進,階段之間是不能隔斷或超越的。經(jīng)過一個周期的教育信息化建設(shè),當前教育信息化又衍生和積累了一些新現(xiàn)象和新問題,信息化外部環(huán)境發(fā)展演進活躍,新理念與新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在此背景下,教育信息化發(fā)展已清晰地呈現(xiàn)出智能化、開放化、個性化與社交化等特征?！爸腔坌@”逐漸取代“數(shù)字校園”,成為當前信息化發(fā)展的主題與潮流。一、學校信息化建設(shè)專網(wǎng)保護的必要性分析本世紀初的第一個十年,國內(nèi)學校圍繞著數(shù)字校園的醞釀、規(guī)劃、建設(shè)和應用展開教育信息化工作。數(shù)字校園建設(shè)的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)整合與應用集成兩個方面,其目標是實現(xiàn)學校信息資源整合、信息應用集成,構(gòu)建基于統(tǒng)一標準、各類信息充分共享和流通的學校統(tǒng)一數(shù)字平臺?；仡?、總結(jié)、重新審視數(shù)字校園的建設(shè)過程與應用效果,我們發(fā)現(xiàn),數(shù)字校園還遠非學校信息化發(fā)展的終極目標,甚至還沒有達到信息化發(fā)展的高級階段。數(shù)字校園在一段時期確實對學校的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程及教與學模式產(chǎn)生了一些變革,但這種變革仍然是被動、緩慢的,沒有產(chǎn)生顯著、可持續(xù)的影響。究其原因,江蘇師范大學的王運武以系統(tǒng)思維的視角論述了數(shù)字校園建設(shè)過程中的系統(tǒng)思維缺失現(xiàn)象,北京師范大學黃榮懷等從學習環(huán)境的變革趨勢視角分析了由數(shù)字校園向智慧校園演進的必然性。當前數(shù)字校園的建設(shè)與應用主要存在以下問題:1.數(shù)字校園建設(shè)主要聚焦信息門戶平臺與部門管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)整合和數(shù)據(jù)集成,在最根本的教與學方面融合度不夠,難以推動教學模式的變革。2.大集中式、并發(fā)式的建設(shè)犧牲了業(yè)務(wù)部門管理信息系統(tǒng)的專業(yè)性、復雜性和可擴展性,導致許多管理系統(tǒng)的應用效果不如預期。3.數(shù)字校園整體上體現(xiàn)的仍是管理思維,服務(wù)模式單一,主要依賴被動處理,對最終用戶的服務(wù)支撐能力依然偏弱。4.訪問方式在時空特性上存在局限,校園內(nèi)外信息化環(huán)境相互“割裂”,交互性不強,難以形成覆蓋學校內(nèi)外各項活動的整體聯(lián)動的信息化應用環(huán)境。技術(shù)并非產(chǎn)生上述問題的主要原因,其原因可以歸為兩個層面。第一個層面出現(xiàn)在數(shù)字校園建設(shè)理念與整體規(guī)劃上。數(shù)字校園建設(shè)初期,大部分學校都建成并應用了基本覆蓋學校工作的辦公自動化系統(tǒng)與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。學校的數(shù)字校園規(guī)劃基本上都圍繞著實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)整合、交換以及業(yè)務(wù)流程貫通展開,但這些系統(tǒng)是為了方便業(yè)務(wù)部門的日常管理建設(shè)的,并沒有很好地體現(xiàn)向最終用戶的服務(wù)理念,在使用上往往以用戶的不便來換取管理的便利。在這種建設(shè)理念下,即便是數(shù)字校園建設(shè)與應用效果較好的學校,信息化應用與最終用戶的緊密度和親和度仍存在很大距離。第二個層面出現(xiàn)在數(shù)字校園建設(shè)實踐過程中。數(shù)字校園建設(shè)是一個龐大的系統(tǒng)工程,涉及到學校工作的方方面面,因此,協(xié)調(diào)與合作成為數(shù)字校園建設(shè)實踐中遇到的一個最大的難題。多數(shù)情況下,參與數(shù)字校園建設(shè)的學校各部門,由于角色、視角、能力的不同,容易產(chǎn)生校內(nèi)群體的利益博弈。在平衡與協(xié)調(diào)校內(nèi)利益過程中,學校很難形成一股保證數(shù)字校園正向進化與協(xié)同發(fā)展的合力。因此,學校信息化迫切需要從數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)型。而云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動技術(shù)和社交網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應用,也為這種轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境與實現(xiàn)手段。二、智慧校園模式2010年,浙江大學在信息化“十二五”規(guī)劃中,提出建設(shè)一個令人激動的“智慧型校園”。這幅藍圖描繪的是無處不在的網(wǎng)絡(luò)學習、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。簡而言之,智慧型校園建設(shè)的目標是建設(shè)“綠色節(jié)能型、平安和諧型、科學決策型、服務(wù)便捷型”的大學校園。南京郵電大學、西南大學、同濟大學等高校也開始籌劃和實施學校的智慧校園建設(shè)。就智慧校園的內(nèi)涵與特征,不同研究領(lǐng)域的專家學者給出了各有側(cè)重的定義。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專家突出智慧校園的智能感知功能,認為智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的、以感知或挖掘的信息相關(guān)性為核心的信息化應用模式。教育技術(shù)學專家側(cè)重智慧學習環(huán)境與智慧課堂等教學方式改革的角度,認為智慧校園是基于新型通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建業(yè)務(wù)流程、資源共享、智能靈活的教育教學環(huán)境。學校信息化建設(shè)專家則側(cè)重智慧校園的應用和服務(wù),認為智慧校園的建設(shè)不僅是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,那只是感知部分,應更多考慮技術(shù)的特點,突出應用和服務(wù)。綜合上述觀點,我們認為,智慧校園首先是學校信息化回歸“以人為本”的一個新的發(fā)展階段。智慧校園強調(diào)“以服務(wù)為核心,以管理為支撐”的理念,智能感知、資源組織、信息交換、管理邏輯與科學決策等。智慧校園環(huán)節(jié)最終目的都是向用戶提供更好的服務(wù)。其次,智慧校園需要體現(xiàn)校園活動的“深度融合”。“深度融合”包括學校信息化工作與學校各項常規(guī)工作在機制與機構(gòu)等層面的融合、信息化平臺資源的融合與集約化利用、信息化業(yè)務(wù)流程與消息數(shù)據(jù)的融合、信息化基于所有校園活動以及與外部環(huán)境(如智慧城市)的融合等四個層面。簡言之,智慧校園的內(nèi)涵可以用“以人為本、深度融合”進行表述。智慧校園的特征是其內(nèi)涵的具體化與形象化,其基本特征包括:1.具備對現(xiàn)實中人、物、環(huán)境等因素特征、習慣的感知能力,并能依據(jù)建立的模型智能地預測一般規(guī)律與發(fā)展趨勢。2.以高速多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系支持各類消息、數(shù)據(jù)、信息的實時傳遞,最大程度上消除時空限制。3.實現(xiàn)信息化平臺的整合與集約化利用,體現(xiàn)資源的良好組織與優(yōu)化存儲。4.基于“大數(shù)據(jù)”理念的資源挖掘與資源推薦,實現(xiàn)智能化的決策、管理與控制。5.構(gòu)建開放的、多維度的學習與科研空間,具備支持多模式、跨時空、跨情境的學習科研環(huán)境。6.信息化應用體現(xiàn)面向最終用戶的個性化、綜合化與社會化,信息化應用真正與社會整體信息化應用環(huán)境實現(xiàn)融合。三、息化新技術(shù)的營造技術(shù)是教育信息化發(fā)展的支撐與載體,近年來信息化新技術(shù)呈現(xiàn)出井噴的態(tài)勢。云計算、大數(shù)據(jù)、移動技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及社交網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)被深入研究與推廣應用,為智慧校園的實施打下了堅實的基礎(chǔ)。1.環(huán)境感知技術(shù)在智慧校園中的應用從網(wǎng)絡(luò)角度看物聯(lián)網(wǎng)是一個泛在網(wǎng)絡(luò),如何高效、可靠、完全、智能地在泛在網(wǎng)絡(luò)中進行信息傳感、感知與處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心問題。從本質(zhì)上看,物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞平臺仍然是網(wǎng)絡(luò)(包括有線和無線),但物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)終端增加了信息感知與處理功能,主要的感知技術(shù)包括射頻識別(RFID,Radio?Frequency?Identification)、紅外感應、視頻監(jiān)控、全球定位、激光掃描等。與傳統(tǒng)終端到人的網(wǎng)絡(luò)不同,物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與物、物與物之間的智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理,能夠體現(xiàn)智慧校園的“智能化”特征。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在智慧校園的教學科研、校園生活、節(jié)能安保等方面逐步投入應用,如教學科研的實驗室管理、圖書識別與借還等,校園生活的一卡通、考勤管理、水電自動計費等,節(jié)能安保的智能照明、智能插座等。但目前物聯(lián)網(wǎng)在高校仍未得到體系化的部署與應用。環(huán)境感知技術(shù)是與物聯(lián)網(wǎng)類似的感知技術(shù),主要應用在教學與科研場景。環(huán)境感知技術(shù)通過主動感知學習者、科研人員所處的學習科研環(huán)境的特征,建立和識別其所處的學習科研的模式和類型,智能地適配并提供各類教學科研資源。環(huán)境感知技術(shù)是一個復雜的跨學科技術(shù),目前仍處于研究階段,缺少典型的應用案例。2.多平臺支撐的移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動互聯(lián)技術(shù)包括3G、4G、Wifi、自組織網(wǎng)等移動接入技術(shù),移動互聯(lián)突破了校園有線網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)接入的空間限制,體現(xiàn)了智慧校園的“開放化”特征。無線網(wǎng)絡(luò)支撐智慧校園的校園移動互聯(lián)環(huán)境必須兼具“規(guī)模、高速、融合、擴展”4個特點?！耙?guī)?！敝敢苿有盘柕母采w范圍和接入數(shù)量,“高速”指移動互聯(lián)的傳輸容量與質(zhì)量,“融合”指移動網(wǎng)絡(luò)與校內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)的相互貫通與認證一體化,“擴展”指移動網(wǎng)絡(luò)承載新業(yè)務(wù)的擴展能力以及與校外網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應性。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比,移動網(wǎng)絡(luò)還有接入終端多樣化的特點。智慧校園必須建設(shè)適應智能手機、PDA、平板電腦等多類型終端接入的移動應用平臺。智慧校園應從提高信息服務(wù)的便捷性、簡易性和集成性著手,開發(fā)輕量級的移動應用,并引入社交化、可運營、自我發(fā)展等新的特點。最近,國內(nèi)高校紛紛建立起校園移動應用體系,但目前應用熱點集中在消息獲取、生活服務(wù)和應用查詢等方面,仍缺少社交化、可運營方面的考慮。3.資源組織與資源整合為實現(xiàn)信息化新的發(fā)展時期信息資源共享、信息應用互通的目標,滿足教育信息化的多樣化、個性化、可持續(xù)發(fā)展的需求,《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》提出了“搭建國家教育云服務(wù)平臺。包括云基礎(chǔ)平臺、云資源平臺和云管理服務(wù)平臺”的建設(shè)目標。?教育資源與云平臺的融合,有利于資源的聚類、共享、升級、推送,解決教育資源分布不均,更新速度慢,共享程度低等問題,從而促進教育資源的均衡發(fā)展。數(shù)字校園主要完成了教育資源的初步整合和靜態(tài)組織。受平臺限制,這種資源整合主要體現(xiàn)在物理存儲方面,資源本身在邏輯上很難體現(xiàn)良好的關(guān)聯(lián)性。云平臺“虛擬化、按需分配和易擴展”的特點為挖掘與關(guān)聯(lián)教育信息化資源之間隱含關(guān)系創(chuàng)造了條件,從而能夠形成教育資源云中信息化資源的全局拓撲關(guān)系,更大程度發(fā)揮教育信息化資源的效益,避免重復建設(shè)。數(shù)字校園的資源組織多采用人工構(gòu)造的靜態(tài)的元數(shù)據(jù)技術(shù),組織形式缺乏主動性與動態(tài)變化能力?；谠破脚_的資源組織將利用教育資源云在資源廣度和深度方面的優(yōu)勢,感知并建模學習者在學習過程中的行為與興趣,借助語義Web與本體技術(shù)根據(jù)學習者需求從多個維度形成教育資源的組織形態(tài),充分體現(xiàn)教育與學習過程的個性化。4.社交網(wǎng)絡(luò)的興起社交網(wǎng)絡(luò)(Social?Network?Service)可理解為社會性或社會化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),是為方便人際交往而形成的虛擬化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。社交網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當前信息技術(shù)發(fā)展的潮流,成為互聯(lián)網(wǎng)向現(xiàn)實世界推進的關(guān)鍵力量。“社交網(wǎng)絡(luò)以它開放式的聯(lián)絡(luò)方式、低成本的交際費用、迅速的信息更新等等優(yōu)勢成為大學生們維系社會實體關(guān)系、展現(xiàn)自我個性、表達利益訴求的首選方式”。從早期的電子郵件、BBS到近年來應用廣泛的微博、微信,隨著移動互聯(lián)技術(shù)的興起,社交網(wǎng)絡(luò)的信息傳播方式已經(jīng)完成由“一對多”到多元化傳播模式的轉(zhuǎn)變,成為最有效的學習協(xié)作和工作協(xié)作工具。如何在智慧校園建設(shè)中充分利用社交網(wǎng)絡(luò)在協(xié)作方面的優(yōu)勢,是體現(xiàn)智慧校園“社交化”、拉近智慧校園與用戶粘合度的重要課題。5.學校數(shù)據(jù)資源用智慧的計算構(gòu)建智慧的校園,是智慧校園的重要特征。智慧的計算,就是在大數(shù)據(jù)環(huán)境下利用數(shù)據(jù)庫、智能計算與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),實現(xiàn)信息化體系對用戶的理解,對趨勢的把握。大數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)分析的前沿技術(shù),它具有從多樣的數(shù)據(jù)庫和海量數(shù)據(jù)中快速獲取有價值信息的能力。大數(shù)據(jù)的特點體現(xiàn)在4個“V”,即大量化(Volume)、多樣化(Variety)、快速化(Velocity)和高價值(Value)。隨著云教育平臺建設(shè),學校的數(shù)據(jù)尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)增長很快,校園數(shù)據(jù)資源逐漸成為高校的寶貴財富。對學校的數(shù)據(jù)資源進行深入挖掘與分析,將為學校的政策制定提供更有說服力的數(shù)據(jù)支持,同時可以在因材施教、生活服務(wù)、輿情監(jiān)控等方面發(fā)揮巨大作用。雖然大數(shù)據(jù)在智慧校園中有光明的應用前景,但目前仍有個人隱私保護、數(shù)據(jù)的可信度等問題,還需進一步的研究與探索。6.突出實現(xiàn)智慧課堂、生活實訓內(nèi)容與產(chǎn)品的融合與一體化應用智慧課堂是指以“共享、融合、交互”為特征的教學信息化環(huán)境。智慧課堂鼓勵教師、學生在課堂內(nèi)使用移動設(shè)備和Wifi接入校園網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng),方便地獲取學習資源。教師利用多媒體教學設(shè)備,如電子講臺、電子白板和短焦投影儀隨時查看學生的學習情況,實現(xiàn)師生、生生間的實時討論與協(xié)作。未來教室在智慧課堂的基礎(chǔ)上,增加了更多的虛擬情境、人工智能等技術(shù)因素,突出教室模擬現(xiàn)實世界的能力。智慧課堂與未來教室的目的是把信息化運用于課堂教學,從而創(chuàng)新教育模式和學習方式,提高教學效果和質(zhì)量。近年來,在課堂教學方面涌現(xiàn)了許多技術(shù)與產(chǎn)品,雖然技術(shù)基礎(chǔ)已逐步趨于一致,但接口標準、開發(fā)理念和實現(xiàn)能力方面各產(chǎn)品還是參差不齊。實現(xiàn)智慧課堂技術(shù)與產(chǎn)品的融合與一體化應用,仍有很長的路要走。下圖給出了智慧校園內(nèi)涵、特征與主要技術(shù)載體之間的聯(lián)系。四、數(shù)字校園建設(shè)的策略發(fā)展智慧校園,必然要有一個全面、正確的策略,在數(shù)字校園的基礎(chǔ)中引領(lǐng)教育信息化繼續(xù)向前發(fā)展。當前,發(fā)展智慧校園要重點考慮五個要素。1.加強頂層設(shè)計,形成智慧校園目前,部分學校對信息化工作的認識和定位仍不夠到位,信息化部門仍處于輔助甚至邊緣的角色。發(fā)展智慧校園,必須進一步提高信息化部門的管理、監(jiān)督與統(tǒng)籌能力,加強頂層設(shè)計,把智慧校園納入學校發(fā)展戰(zhàn)略中。同時,學校要充分整合信息化發(fā)展資源,加強凝聚力與協(xié)同力,徹底改變多頭建設(shè)、各自為戰(zhàn)的工作局面。2.信息技術(shù)的研究現(xiàn)狀智慧校園中云計算、移動計算、大數(shù)據(jù)和智慧課堂等主要技術(shù)載體是當前信息技術(shù)的研究熱點,許多學校在學科建設(shè)和科研項目中均積累了不同程度的研究成果。學校要注重學科、科研發(fā)展與智慧校園建設(shè)的相互促進、相互轉(zhuǎn)化,這對形成學校自身的智慧校園發(fā)展優(yōu)勢與特色是大有裨益的。3.對教育教學模式的整合開發(fā)對比高校的智慧校園與智慧城市、智慧社區(qū)等概念,最根本的區(qū)別就是智慧校園的教育特色,因此,教育教學模式的創(chuàng)新與變革是智慧校園應用的基本點。數(shù)字校園注重對校務(wù)系統(tǒng)應用的整合,對教育教學模式發(fā)展的推動是