校长视角下的中学智慧校园架构设计思考——以福州市第十一中学智慧校园建设为例

Posted 2021-04-10 福建基础教育研究

编者按

为贯彻国家和福建省关于推动新一代人工智能发展的工作部署，2018年7月福建省教育厅印发《关于义务教育阶段学校开展人工智能教育试点工作有关事项的通知》，启动中小学人工智能教育试点，推动并支持人工智能教育校本课程开发和实践探索工作；2019年8月，福建省教育厅又下发《关于遴选推荐义务教育阶段人工智能教育实验区和试点学校的通知》，启动第二批人工智能教育试点校和首批人工智能教育实验区的遴选工作，确定2个省级义务教育阶段人工智能教育实验区，选出17所试点校，并成立福建省中小学人工智能教育指导委员会。本期约请了部分实验区和试点校撰写相关文章，希望对福建省义务教育阶段人工智能教育的开展有所助益。

校长视角下的中学智慧校园架构设计思考

——以福州市第十一中学

智慧校园建设为例

摘要：当前中小学智慧校园建设由于缺少架构设计，成果不尽如人意。基于以人为本和分层思维的智慧校园架构设计，有助于推进校级应用平台、感知、数据、应用、触点等的多维融合，进而提高智慧校园的信息化水平和使用成效。

关键词：智慧校园；架构设计；以人为本；分层化；融合

随着“智慧+”的理念的提出及其实践的深入，智慧校园建设已成为教育现代化不可或缺的内容。教育部在《2016年教育信息化工作要点》中首次将数字校园与智慧校园以“数字校园/智慧校园”的组合形式出现，这标志着校园信息化建设逐步从数字校园转移到智慧校园上来。中小学智慧校园建设的主体是学校。如何进行智慧校园建设的架构设计，是摆在校长面前亟需考虑的时代课题。

一、智慧校园建设存在的问题分析

当前中小学智慧校园建设由于缺少架构设计，出现应用与应用之间耦合严重，造成系统数据相互孤立、末梢处重复建设或浪费等现象，智慧校园建设的成果不尽如人意。

1

无法互通，工作效益低

智慧校园的建设思路是基础设施建设，软硬件上了很多，但不同硬件设备和软件相互之间很难互通。这导致使用者在导入和汇总信息或数据时需要在不同系统间转换，有几个系统，就需要处理几套数据，导致工作量成倍增加，信息化所带来的便捷高效没有得到很好体现。

2

缺乏关联，积极性不高

智慧校园堆砌了数量众多的系统，每个系统都有各自的APP或网站，且每个系统也有自己的账号和密码。应用入口多而杂，相互之间缺乏关联，使用者无法一一记住每个APP或者网站的网址，系统的账号和密码也很容易混淆。久而久之，如果没有强制规定，使用者往往宁愿回到传统操作上来，而不愿意使用信息化系统。

3

没有解耦，容易被“绑架”

信息化系统可以从用途上进行拆分和定义，但学校的教学和管理流程有着极强的关联性，无法拆分。这就导致如果在某个教学领域选用了某个厂家的专业产品，会导致与这个业务相关联的其他业务容易被其“绑架”，也不得不使用该厂家的产品，而无法更换为更适合的其他厂家的产品。

以上问题相互纠缠，导致校园信息化陷入“不断建设、不断闲置”的怪圈，广大师生的信息化水平也陷入“能力提升困难、热情不断磨灭”的恶性循环。

二、智慧校园架构设计的基本思路

智慧校园是数字校园的应用升级。［1］建成了数字校园并不代表建成了智慧校园，只有在数字校园的基础上进行智慧化技术升级，以教师、学生为主体，围绕使师生的生活、学习更加高效的目标，才能称之为智慧校园。一个典型的智慧校园的雏形，是在数字校园的基础上，建设智慧型的教育云平台，解决数字校园中各种问题，体现出智慧特性。

为了让智慧校园能够更好的承接数字校园建设成果，衔接下一个时期的智慧教育，需要把它放在整个教育信息化2.0的大框架中考虑，树立以人为本的建设理念，建立分层化的架构思维，灵活运用融合化的平台手段。［2］

1

建设理念要从“添置设备”转变为

“以人为本”

教育信息生态发展中起决定作用的因素是人，所以在智慧校园的建设过程中，应该着重考虑信息化建设是否会造成广大师生的信息化负担增加，能否促进教师的专业发展，能否提高学生的学习效果和创新能力，而不是头痛医头脚痛医脚，为了信息化建设而盲目开工。数字校园是学校信息化发展的必经阶段，但也必须认识到，教育信息化已经从1.0时代对基础设施的关注转向为2.0时代对人的关注。

2

架构思维要从“孤岛架构”转变为

“分层架构”

传统的校园信息化建设，是建立一个一个孤立的信息化系统，即每一个应用系统都使用独立的数据库、独立的安全和管理标准、独立的服务器和独立的表现层，即“烟囱式”的孤岛架构。久而久之导致系统间互通性差，资源效率低，后续维护、改造困难。实际上，不同的信息化系统具有非常强的复用性，应当利用分成化的思维进行顶层架构的设计。例如用于获取终端数据的物联网设备可以进行复用，可以把它们定义为基础设施层；用于人员楼宇基础数据和身份认证服务可以进行复用，定义为平台支撑层；数字资源、应用入口也可以进行融合复用，定义为应用服务层。

3

工作重心要从“横向扩充”转变为

“平台化融合”

传统的校园信息化建设，一旦获得经费，立即考虑如何横向扩充信息化资产的数量，应用与应用之间缺乏有机融合。如教务管理、图书管理、资产管理等，各个应用系统都是站在自己的应用需求上独立的考虑应用系统。实际上，当数字校园建设到一定程度，最需要的不是信息化应用在“局部”和“数量”上的简单增加，而是需要一个具有“全局”作用和“质量”层面的融合提升。［3］

三、智慧校园架构设计的关键任务

智慧校园建设不是纯技术项目也不是纯业务系统，而是一个需要顶层规划和架构设计的系统性工程，校长在其中应当发挥关键的作用。校长把握以下几个关键，可以让智慧校园信息化系统服务于传统流程和业务优化再造，避免因为架构的局限性，让智慧校园走回基础设施建设的老路。

1

按分层化架构对智慧校园进行顶层设计

在智慧校园建设过程中，要摒弃模块化思维，按照基础设施、基础网络、数据管理、分析决策、应用生态、统一展示、接触终端的分层化架构对智慧校园进行顶层设计。［4］

一个按照分层架构思路设计的智慧校园如下图所示。

2

基于校级汇聚平台建立应用生态

智慧校园建设应结合整体规划，以分层的架构思路，建设一个校级应用汇聚平台，将处于智慧校园不同层次的要素串联起来，对校内提供统一的认证和异构的同步服务，对教育信息化厂家提供公开的标准和开放的生态，对上级主管部门提供一体化的互联互通接口。总体架构应保障系统与系统间的交互性与开放性，达到跨操作系统、数据库以及应用软件的三跨能力。在不需要修改智能感知层和学校应用服务软件等系统架构和数据结构的条件下，在用户界面、应用系统、业务流程、数据等多层次实现集成。通过这个校级应用汇聚平台，让各个教育信息化合作伙伴百花齐放，最终形成完整的校园大应用生态体系。包括六大功能模块：（1）用户界面集成。统一用户权限管理、统一信息发布、统一搜索引擎等；（2）应用服务集成。统一消息服务、统一日志服务等。能按需要提供不同程度的应用功能的封装，以适应不同规模、不同耦合程度、不同效率要求的应用集成需要；（3）业务流程集成。统一工作流引擎等；（4）信息资源集成。内部数据传输和交换、统一数据存储等；（5）开放接口服务。统一基础数据标准、统一开发接口等；（6）安全监管服务。建立完整的安全架构，其中包括物理安全、网络安全、应用安全、安全管理等各个方面的安全要求，统一安全监管服务等。［5］

3

进行智慧校园的感知共享

智慧校园的感知点，指的是各类传感器、RFID（射频标签）、二维码、蓝牙等设备。［6］它们获取物体的信息，能够像人的感官系统那样即时地为智慧校园识别和采集数据。智慧校园的感知点是根据场景进行布置的，但同一场景内经常需要完成不同业务范畴的信息化任务。

得益于人工智能技术的发展，目前最具有应用前景的人体感知载体是人脸。感知点融合工作，应当尽量选用人脸作为感知载体，从场景角度出发，建设支持多应用、多主体的感知体系，感知点所获取的数据，支持融入智慧校园大平台，并通过智慧校园大平台，让其他应用系统获取和处理，从根本上杜绝感知点的重复建设。

4

进行智慧校园的数据融合

智慧校园的数据融合其目的是建立一个学校信息数据标准及规范，使不同数据源的数据，能够融合、交换、共享。例如，建立校级数据标准，规定人、楼、物的唯一编码，定义数据更新和传递规范［7］。当有其他应用需要调用数据的时候，可以方便的从数据源处获取相应数据，并将自己处理的结果数据上交，完成数据融合的闭环操作。

一个典型的校级数据融合平台所要完成的工作如下图所示。

5

进行智慧校园的入口整合

四、智慧校园建设的学校实践

福州第十一中学是福建省现代教育技术实验校，2014-2019年信息化建设投入年均达200万以上。截至2019年12月，硬件方面已建成了万兆主干网，师机比达1:1配备标准，生机比数0.497，网络监控系统、门禁管理系统、用电管理系统、网络综合防护系统、设备维护管理系统，配备有1间录播教室、3间网络教室，36间普通教室均配备了交互式电子白板，同时配置26套智慧教室。软件方面，建设了教务管理、学生综合素质评价、网络教学教研平台、电子校务系统、成绩分析系统、德育管理系统、教学资源库系统、图书管理系统，实施校园一号通工程，逐步落实各应用系统，丰富校本资源。

在智慧校园建设中，福州第十一中学在2018年启动了智慧校园顶层设计的大讨论。摒弃了以往“烟囱式”孤立系统的低水平堆叠的建设思路，确定了“以人为本”面向信息化2.0时代的超前建设思路。［8］学校以分层化架构设计为前置任务，确定了以一个“校园应用汇聚平台”为核心的智慧校园建设方案和演进之路。

1

平台和应用相互分工不重叠

平台负责提供统一的门户展示，提供开放接口和协议规范，提供数据和认证的公共服务。应用则在平台所构建的开放生态之下，提供具体的校园信息化应用。

2

平台提供接入标准和对接服务

所有信息化新建项目的招投标中，加入平台的规范和标准，使项目建设与应用接入融为一体，确保智慧校园的新建项目不会形成新的信息孤岛。

3

启动校园“智慧化”改造

主要措施有：（1）校级应用汇聚门户。汇聚了全部当前的信息化应用，大部分应用实现了与校级应用汇聚平台的账号共享和认证授权，少数无法接入的也实现了快捷方式链接，降低了应用使用门槛。部分应用与校级应用平台实现了消息互通，体现出“教师空间”“学生空间”的多应用融合属性，体现了以人为本的建设思路；（2）学情数据分析。综合了智学网的学生成绩数据、海康威视的AI课堂助手的课堂行为数据，用大数据统计的方法，对学生进行优劣学科分析、班级之间总体成绩和学科教师间教学绩效的比较分析等功能，初步实现了成绩数据大数据沉淀和分析，还可以通过AI课堂助手的人工智能技术对学生的课堂行为表现和教师教学风格进行关联分析；（3）门禁道闸与德育系统联动。利用平台的数据融合功能，让道闸的通行日志与校园作息表联动，将迟到学生的数据自动推送给德育系统，德育系统对于数据平台传递的通信日志进行筛查，自动记录迟到学生，并启动相应的后续流程。大大降低了门卫和值日生的工作量，实现了学生迟到追踪的无纸化作业；（4）教室门禁与教务巡课相结合。利用平台的数据融合功能，将教室门禁的人脸识别时间，与学校课表相结合，利用教室门禁的人脸识别日志进行智能的教务巡课，实现教师到班时间的无感考勤；（5）“全校一张图”工程。利用数据融合平台，将智慧用电系统数据、门禁考勤数据、AI课堂助手数据进行融合展示，在一个平台上进行集中展示，实现异构系统的数据同步。

总之，智慧校园的架构实施还处在一个不断完善和不断优化的过程中，要不断分析和处理实践中发现的问题，用实践促进理论的优化，摸索到一条适合中学智慧校园建设之路。

参考文献

［1］陈琳，李佩佩，华璐璐. 论智慧校园的八大外部关系［J］. 现代远距离教育,2016（5）：3-8．

［2］蒋宇. 中小学数字校园建设与应用的现状与挑战——《中小学数字校园建设规范（试行）》的现实背景［J］. 中国电化教育，2018（10）：118-122．

［3］于长虹，王运武，马武. 智慧校园的智慧性设计研究［J］. 中国电化教育，2014（9）：7-12．

［4］刘邦奇，孙曙辉. 智慧校园的融合发展与技术实现［J］. 现代教育技术，2018（1）:73-79．

［5］张华. 基于操作系统思想的智慧校园架构设计［J］. 中国教育信息化，2020（5）:82-85．

［6］陈明选，徐旸. 基于物联网的智慧校园建设与发展研究［J］. 远程教育杂志，2012（4）：61-65．

［7］刘宝妹，陈美玲，白兴瑞. 智慧校园共享数据中心建设研究［J］. 中国教育信息化，2020（7）：70-73．

［8］邓永胜. 教育信息化2.0时代的智慧校园变革研究——以洛溪新城中学为例［J］. 中国教育信息化，2020（5）:94-96．

基金项目：福建省“十三五”中小学名校长培养人选课题“基于大数据的精准教学管理模式”（课题编号：13MXZ012）。

文章来源：福建基础教育研究2020年第7期

图片来源：网络

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