基于大数据的中小学智慧校园建设研究
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作者:李军
摘要：随着云计算、物联网等新一代计算机技术的兴起，国内外纷纷依托这些新兴技术开始投入"智慧校园"平台的应用研究和建设开发。智慧校园平台可以实现校园的数字信息化、管理智能化和服务全面化等优势。本文充分借鉴国内外先进地区的经验，分别从信息的融合、关联，以及存储应用等方面来探究平台建设的可操作性，让广大师生享受互联网技术给学校的教学、管理、交流、生活和服务等带来的进步。
关键词：智慧校园;大数据; 融合;体系
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）08-0120-02
1 引言
随着科技的迅速发展和时代的不断进步，中小学校校园建设逐渐由数字化校园建设转化为智慧校园建设方向转变。教育部的信息化工作要点（2016）也明确指出：“应加大教育信息化培训和典型示范推广力度，引导各级各类学校开展利用信息技术转变教学模式、改进教学管理的智慧校园应用”。可以说，智慧校园平台的建设对于促进校园信息处理水平，改进信息服务质量，打造开放式、协同性和智能化的综合管理服务平台，完善各个体系间信息资源的互联互通、共享融合，提高校园管理效率等具有极大的研究价值。
2 智慧校园平台应用的现状
近年来，“智慧校园”已成为一个热点词汇，研究和实践的案例层出不穷。当然，英、美等国外发达国家和地区以及我国的香港特别行政区因为文化底蕴和经济条件的历史原因影响，研究条件更为成熟，也取得了令人瞩目的成果。美国宾夕法尼亚大学推出的集手机卡与银行卡功能为一体的“Penny Card 4”校园卡;加利福尼亚大学推出的能对各方获取信息进行价值分析、智能整理、加工和处理的领导决策系统;英国的诺丁汉大学提供的涵盖了教育教学、科学研究、校园生活和校务管理等各个方面服务为一体的“校园呼叫中心”以及香港浸會大学自主设计和开发的“e板书在线教学系统”等。校园智慧化主要体现在以下几个方面。
人工智能集合大数据来构建智慧教育体系。邓小平同志早在20世纪80年代就指出“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”。而目前改进和提高教育水平的一个有效手段就是能实现全场景过程化的数据采集，通过科学分析来做到减少备课环节中重复性的工作，以实现精准教学的目的。同时有了全学科海量数据分析的支撑，学生重复学习知识点的时间也可以显著减少，保障个性学习的高效。
AI创新为学生提供智能化的开放平台。随着技术的不断开拓，目前出现了很多能实现辅助教学的人工智能学习工具，为学生提供唾手可得的教育教学资源。通过平台等可以设计出提供语音合成 、文字测评、物体识别等多功能信息传导模式，以实现对AI的创新实践应用。
搭建以服务为核心的可持续发展教育资源供给生态。当今很多教研形式都出现了教与学、教育机构与企业、专家与普通教育者、学校与社会之间脱节的现象。很多先进的理念缺乏得以付诸实施的空间与渠道。有了开放平台的承载，则可以解决课程、资源、师资和工具等多维体系的实践性难点。创新性课程和实践性课程有了实施土壤，技术专家与行业代表有了交流的空间，广义学习者利用移动终端设备在线上学习平台使可持续性学习生态成为可能。
未来虚拟环境与实体学校的无缝融合变革了未来学校的形态。校园物联平台使现实管理虚拟化，校园网关保障了互联互通和随时随地学习的便捷，人脸识别使电子芯片卡成为摆设，智能环境监测节省了大量的人力。虚拟图书馆、虚拟实验室、虚拟学习社区等也让更多的学习者可以体验项目式学习或MOOC学习等方式的魅力。
3 智慧校园平台技术架构的总体要求
国内目前还没有形成对智慧校园定义的统一标准。不同专家见解的侧重点也不一样。北京师范大学黄荣怀教授认为智慧校园能够有效支持教与学， 丰富学校的校园文化， 真正拓展学校的时空维度[1] 。基本理念是以服务为对象，通过新型网络通信技术来搭建一个智能化的教育环境平台，标准是能满足业务流程办理、资源实现共享、智能反应灵活。清华大学蒋东兴等认为智慧校园是学校信息化的高级形态，是对数字校园的进一步深化与提升[2]。它着重强调校园物理空间和数字空间的有机衔接。运用物联网和社交网络等智能识别师生群体工作和学习的个体特征，运用大数据、云计算和人工智能等建立校园虚拟映像，完成教学的虚拟现实应用和常规管理。
目前国内应用于智慧校园实践的推广案例不多，屈指可数的案例实施要求主要在以下几个方面。
3.1 智安校园环境打造
保障校园环境安全性、校园安防建设、依托高清视频监控和智能图像分析实现人脸识别、车牌识别、NFC与报警管理等物联设备和物联感知技术。通过对整个校园的综合监管，实现全网调度管理及智能化应用。融合多维数据，建立高效指挥中心，深度串联人、车、事三类管控对象。对人员智能管理、车辆智慧管控、事件有效处置，整合智慧消防，形成安消一体，实现从技防到智防的跨越，打造智慧型平安校园。
3.2 便捷校园打造
基于校园全场景物联设备覆盖，实现校园全节点、全场景的数字化和物联化。同时在基于数字化的基础上融合校园信息网络系统应用数据，通过物信融合实现数据统一管理，提供颗粒度更精细、服务方式更便捷的校园师生服务。AI赋能校园业务系统，实现校园全场景“一脸通”式体验。聚焦校园特色场景，结合AI视频智能分析，深化场景应用。为师生提供便捷、优质的校园服务。
3.3 绿色校园打造
践行绿色校园文化，推进校园可持续发展。以学校校园物联网平台为基础，推动能源管理与后勤信息化、校园信息化的深度融合。推进节约型校园建设，引导向绿色校园迈进。实现物联感知设备信息化运维，结合AI视频分析，对校园能耗管理提供节能减排调优策略，构建绿色节约校园。为智慧校园建设添加动力。 4 智慧校园平台建设不能忽视的挑战
数字化校园给中小学校的信息化变革带来了便利，能够提高中小学校的整体信息化水平。但是近几年云计算、物联网、大数据技术等新兴技术的广泛应用，也给数字化校园带来了新的挑战。
4.1 如何促进学生、老师和校园的深度融合
大数据时代，信息的获取渠道和种类非常多样，人们也乐于接受数据的纷繁复杂。但数据量的大幅增加也会造成数据的精确性降低。智慧校园平台的搭建可以收集到学生、教师和校园内各个方面的海量信息，为了使结果更加准确，往往都要致力于优化测量的工具，发展可以准确搜集、记录和管理数据的方法。事实证明，通常传统的统计方式都很难容忍错误数据的存在，在处理样本时，他们都会用一整套的策略来减少错误发生的概率。如今在信息时代，人们掌握的数据库也越来越全面。人们不再需要过多担心某个数据点对整套分析的不利影响。这也使各方数据在系统端实现高度融合成为可能。
4.2 如何实现网络信息的高度关联
据统计，在传统海量的数据信息中，往往只有5%的数字数据是结构化的，且能适用于传统的数据库，而剩下的95%的非结构化数据大多都无法被利用。而在大数据的背景下，通过运用相关关系，人们可以比以前更容易、更快捷、更清楚的分析事物规律。这也保障了海量網络信息之间识别其关联数据的有效性，确保大数据的核心始终建立在基于相关关系分析法的基础预测。大数据时代，一系列飞速发展的新技术和新软件，也从多方面提高了相关关系分析工具发现信息间非直接因果关系的能力[3]。这些新的分析工具和思路，为信息数据间的融合应用展现了一系列新的视野。
4.3 如何处理好海量数据信息平台的存储
相对于传统的存储系统，大数据存储一般与上层的应用系统结合得更紧密。很多新兴的大数据存储都是专门为特定的大数据应用设计和开发的，比如专门用来存放大量图片或者小文件的在线存储，或者支持事务的高性能存储等。不同的应用场景，其底层大数据存储的特点也不尽相同。随着大数据导致的数据量的爆发式增长，传统的集中式存储方式在容量和性能上不一定能较好地满足大数据的需求。因此，具有优秀的可扩展能力的分布式存储成为大数据存储的主流架构方式。但是，根据分布式系统设计的CAP理论可知，一个分布式系统不可能同时保证数据存储的一致性、可用性和分区容忍性[4]。所以作为第三方运营商提供的在线云存储系统成为另一种选择。云存储作为云计算的延伸和重要组件之一，提供了按需分配、按量计费的数据存储服务。它使用户不需要搭建自己的数据中心和基础架构，也不需要关心系统的管理和维护，还可以根据其业务需求动态的扩大或减小其对存储容量的需要。
5 总结
智慧校园利用物联网、云计算、大数据构建大数据分析平台，完成中小学校日常管理、学习、对外服务的有机结合。传统的数字校园大多存在信息独立、延时、获取信息被动、互动性不强等缺点，而智慧校园则通过网络互通关联校园的各个部门，如教务管理、学籍管理、后勤保障管理等，将这些部门的数据及时互联互通，形成局域物联网，并将采集到的数据通过分布式或云管理方式存储起来，再通过大数据技术进行数据的清洗、分析、处理，将教学、管理、活动等整合到一起，形成一个新型的网络体系。以便于对在校学生、教师、校园、教务等信息的全面了解，形成智慧化的校园管理模式。
参考文献：
[1] 黄荣怀，张进宝，胡永斌，等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012，18（4）：12-17.
[2] 蒋东兴，付小龙，袁芳，等.高校智慧校园技术参考模型设计[J].中国电化教育，2016（9）：108-114.
[3] 周苏.大数据时代管理信息系统[M].北京：中国铁道出版社，2017.
[4] 乔沛昕，李红波，魏冬雨.互联网+智慧校园：教育信息化2.0时代智慧校园新形态[J].教育探索，2019（5）：63-68.
【通联编辑：闻翔军】
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