基于“一人一课表”的新一代智慧校园解决方案

建设背景背景为推进教育的信息化发展，2010年7月29日，中共中央、国务院颁布实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，明确指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视；到2020年要基本实现教育现代化的战略目标。《纲要》把“加快教育信息化进程”作为实现战略目标的重要保障措施之一。2012年3月13日，国家教育部又印发了《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，进一步细化了《教育规划纲要》所提出的教育信息化目标任务。2016年6月7日，为深入贯彻落实党的十八大和十八届三中、四中、五中全会精神，学习贯彻习近平总书记系列重要讲话精神，根据第二次全国教育信息化工作电视电话会议的工作部署，教育部研究制定了《教育信息化“十三五”规划》，教育信息化“十三五”期间，要坚持“四个全面”战略布局，牢固树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以“构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系”。当前，云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术被广泛应用，经济社会各行业信息化步伐不断加快，社会整体信息化程度不断加深，信息技术对教育的革命性影响日趋明显。党的十八大以来，特别是中央网络安全和信息化领导小组成立后，党中央、国务院对网络安全和信息化工作的重视程度前所未有，随着《“互联网+”行动计划》、《促进大数据发展行动纲要》等有关政策密集出台，信息化已成为国家战略，教育信息化正迎来重大历史发展机遇。《十三五规划》中提出要坚持融合创新，要通过融合创新提升教育信息化的效能，聚焦教育改革发展过程中困扰学校的问题和难点，将信息技术融入到教学和管理模式创新的过程中，以创新促发展，推动教育服务供给方式、教学和管理模式的变革，形成中国特色的教育信息化发展路径。早在2014年，教育部发布政策，在上海、浙江启动史上幅度最大的一次高考改革。2014年12月教育部发布了《关于普通高中学业水平考试的实施意见》和《关于加强和改进普通高中学生综合素质评价的意见》两项高考改革配套方案。在此政策文件的背景下，截止到2016年5月28日，全国已有25个省份公布了高考改革方案。2017年考试招生改革将全面推进，到2020年基本形成分类考试、综合评价、多元录取的考试招生模式。与以往的改革相比，此次高考改革更多地来自于国家层面的推动，甚至改革进度写进了党的十八届三中全会的报告。国务院出台文件直接推动，这在以往的改革中是前所未见的。本次改革突出了学生在课程学习中的基础性、选择性和多多样性需求。通过必考、选考结合，统考、学考结合，分评与综评的结合的方式，彻底打破千人一卷、分数至上、一考定终身的应试教育定式，以考试改革推进课程改革，使多元化教学、个性化教学、走班教学成为必然。晓羊教育依托教育信息化十三五发展规划的指导思想，运用自身先进的互联网技术，结合对高考改革政策的深刻理解，将最前沿的科学技术应用于新一代智慧校园的建设中，研发的《基于“一人一课表”的新一代智慧校园》系统，优化整合学校整体信息化资源，真正做到让科技服务于教育，服务于学校，服务于师生。现状分析目前教育信息化建设具有了一定的基础并且发挥了重要作用，但信息系统建设分散，信息孤岛和数据不一致等问题比较突出。教育决策和监管缺乏完整、准确的数据支持，远不能满足教育决策、教育监管和重大改革项目实施的需要。重建设、轻应用和服务的思想观念依然存在；信息系统分散建设、重复建设和“信息孤岛”的状况普遍存在。十三五规划对教育信息化建设提出了更高的要求，而由于历史和技术发展的原因，很多学校现有的教育信息化系统，是“按需、逐个、独立”建设，是“孤岛架构”，各应用系统因缺乏统一的标准和规范，自成一套体系，形成了“数据孤岛、应用孤岛、硬件孤岛”三大孤岛；架构陈旧，性能很难满足大规模并发应用需求。数据孤岛数据无法实时提取、缺乏对业务数据的再分析；数据不能实现共享、交换。应用孤岛各软件系统功能重复堆砌；缺乏统一的建设标准及数据交换准则；信息技术的应用对推动实际教学工作的作用不显著。硬件孤岛高投入、难管理、低效率、高能耗、低可用问题。晓羊教育针对目前教育信息化建设存在的问题，结合最新教育信息化政策、高考改革方针，对新一代智慧校园建设进行了深入的探索研究。在学校实地调研过程中，我们发现学校普遍存在数据信息不对等问题，通过使用“一人一课表”系统可以帮助学校获取真实的数据，但学校核心业务数据（如：考勤、成绩等）的统计也随着“一人一课表”系统的使用而发生了改变，前期建设的数字校园无法帮助学校解决教育改革政策下的信息化问题，晓羊教育在“一人一课表”技术平台的支撑下建设新一代的智慧校园，用最优的算法实现资源利用最大化，整合学校核心业务数据，实现基础数据的流转，从而解决了数据孤岛问题；利用目前最先进的研发技术解决大规模并发问题；通过建设统一的数据标准，整合学校已经取得的教育信息化的成果，解决应用孤岛，实现资源整合；通过云平台集群、虚拟化部署服务器配置解决硬件孤岛问题。总体规划建设目标强化资源整合为促进教育教学质量的提高搭建平台；紧紧围绕先进务实的理念为学校高效管理提供交流平台。通过“一人一课表”大数据的集合与分析，构建新一代智慧校园系统，解决传统智慧校园的诸多弊端，打破学校现代化管理的瓶颈，改进校园教育信息生态系统，引进先进排课策略，推进走班教学教育生态发展；促进学生自主学习、协作学习能力的提高和学习方式的改变；培养集教学能力和课程开发能力于一身的复合型教师队伍；构建“便捷高效、互动智慧、互联开放”的教育教学体系，实现信息技术与教育教学的深度融合；为学校打造新高考改革下全新教育体系，助力学校教育特色、教育品牌建设，塑造品牌学校、品牌校长、品牌教师，吸引优质生源，实现跨越式发展。校园智慧化将渗透在学校办公管理、教学教务、教育科研管理、心理健康辅导、家校互动等各个领域中，新一代智慧校园的建设工作将以“一人一课表”的大数据处理为中心，围绕着学校整体发展规划的总体要求和中高考改革的新政策而展开。围绕教育资源建设，实现与市、区资源系统的互动，实现各校区之间的资源互动；围绕学校特色构建新一代智慧校园软硬件环境，整合现有的各个应用系统，完成数据交换与共享；围绕学校各项管理，围绕办学，集约式管理，构建数字管理平台，利用科学的管理办法提升管理品质；改进校园教育生态系统，引进先进排课策略，推进走班教学教育生态发展。促进学生自主学习、协作学习能力的提高和学习方式的改变。建设理念新一代智慧校园将实现对校园大数据的统一采集、挖掘、分析；大数据产生于智慧校园，经过分析后的大数据又可服务于智慧校园、让用户真正受益；同时也为将来区域云平台的建设做好了对接准备；新一代智慧校园提供丰富的、高质量的、可用性的资源使用环境；新一代智慧校园关注支持学生学习，创新和转变教学方式，优化教学、教研、管理和服务等过程；各类业务能够有机集成，以支持上层业务的高度整合；满足新一代智慧校园的可持续性发展的需求；拓展校园时空纬度，丰富校园文化。设计原则实用性和可行性可靠性与稳定性可扩展及易升级安全性和保密性先进性和成熟性封装功能和松散变化可装卸和可配置标准化与开放性易管理和易维护最佳性能价格比技术特点与优势晓羊教育经过实践经验积累，能够做到在成熟解决方案基础上快速、稳定搭建系统，实现网络无缝覆盖、资源按需服务、应用深入创新、信息素质优良、服务体系健全、机制协调高效。新一代智慧校园解决方案的优势包括：资源数字化、数据标准化、业务信息化、服务体系化的全面网络化建设服务；教育基础环境、基础管理、基本应用服务体系的建设服务；支持应用业务模块的个性化定制服务；教育信息化服务体系及运行机制的建设服务；合理优化教育信息资源的配置，实现用户多终端灵活化服务。稳定的大数据运行平台新一代智慧校园平台采用多层次的软件集群架构，可承载百万级数的并发量，确保平台在高峰时段的超高性能以及大数据流对接时的平稳运行；平台采用完善的数据加密技术，保证学校核心基础数据的真实性、完整性以及在各个应用流转中的安全性；开放的API接口使平台与一卡通、电子班牌等学校现有软硬件系统进行无缝对接，实现校园基础数据的动态流转；师生及家长可以在手机、电脑等多种终端便捷查询相关信息，教育管理者可以随时随地查询师生的课程安排和教学资源的使用情况；平台拥有人性化的操作界面，页面布局采用目前最流行的UI设计，界面功能清晰明了，整个排课流程采用引导式的排课方式，简便易用。“一人一课表”系统的技术优势“一人一课表”基于美国普渡大学提供的核心优化算法，通过打分机制实现课时均衡，切实为教务老师减负增效，帮助学校以最少的人力、用最短的时间，排出一套能够体现学生个性化选择的走班教学课表；全面支持以行政班、套餐式及混合式等多种模式展开排课任务，最优化地使用学校资源；同时通过先到先得、志愿申报等多样化的选课模式，为学校提供试选、重选、二次选、预选等多种选课实施方案，最大化地满足学生的个性化意愿；通过灵活配置教师、教室、课程等资源，以及多种排课方式和选课方式，全面满足学校个性化的走班策略和排选课需求；基于学校排选课流程中积累的大量数据生成多种数据分析报表，帮助教育管理者从多个维度实时了解学生的选课状况，把握关键信息，为决策提供科学依据。完备的服务体系晓羊教育为用户提供各类形式的支持服务，包括系统安装调试、系统升级、技术和应用问题诊断、系统运维培训、系统安全保障等各个方面的服务内容。尤其是，晓羊教育服务团队能够根据学校的具体情况提供有关高考改革、走班教学课程规划的策略及咨询服务，帮助学校构建适宜本校的走班策略及排选课实施方案。同时，依据国家教育政策的调整和学校课程改革的不断深入，新一代智慧校园平台将做出相应的调整和持续的更新，确保学校实时应对教育教学改革的最新要求。建设内容基础平台基础数据完成系统初始化的基础数据的设置，包括学年学期的设置、届维护、校区维护、年级维护、班级维护，系统管理员或教务（系统同时支持多校区、多校区的数据录入），在上述设置完成后新一代智慧校园的基础数据就设置完成了。系统概述学年与学期管理学年与学期是学校业务安排的基础信息，学校需要安排每个学年以及学期的开始日期和结束日期。学校的所有数据都需要以时间为单位汇总。新一代智慧校园平台可以设置学年与学期的时间，每个学期下每天最大课时数量，学段的开始时间和结束时间和学期的节假日。校区管理新一代智慧校园平台支持学校管理校区。通过校区管理，能够把学校的信息更新清楚地展现，也方便老师能够通过校区查询各种信息。设计示例用户管理系统系统概述支持部门组织结构管理，主要是帮助学校能够根据实际情况建立自己的行政组织和学生组织，行政组织可以设置每个组织的管理者，学生组织可以设置导师，帮助学校有效地管理教师和学生。用户管理对用户的基本信息进行维护，包括姓名、登录用的用户名、角色等。支持一个用户有多种角色的身份。对于学生身份的用户，列表只显示正常在校状态的学生。可查找非正常在校状态的学生。行政组织管理行政组织管理以学校行政组织架构为基础可以添加、编辑、删除某个组织，也可以为该组织创建一个子组织。某个组织可添加该组织下的教师。教师组织管理教师组织管理，以学科研讨为基础建立，可添加、编辑、删除某个组织，也可以为该组织创建一个子组织，可添加某个组织下的教师。学生组织管理学生组织管理可添加班级，某班级可添加学生，可查看往届学生组织。设计示例教室基本信息配置系统概述教室基础信息管理对于走班制教学非常重要，学校的排课、选课活动场地安排等方方面面的工作都需要教室信息。系统把每个教室的基础信息进行收集汇总，并提供给多个系统进行使用。设计示例对于走班制教学模式，教室的使用与管理至关重要，新一代智慧校园平台的教室管理能够为学校教师提供一个高效便捷的管理环境，为学校实施走班制教学提供一个良好的信息化辅助工具。在走班选课改革中，学生从固定班转变成走班，跟随学科的变化而变化，所以教室的管理也比以前相对复杂，合理的安排教室对排课来说非常重要。新一代智慧校园平台可以提供教室管理工具，管理者无需担心教室使用的问题。教室的使用分为：选课排课占用、社团活动占用、学校活动占用及其他日程占用。学校通过平台对教师、教室、学生进行系统计划安排。平台把选课排课系统汇总的信息进行分析处理，把每一间教室的使用情况进行总结。用户可以根据教室的信息快速的查询当前教室的授课使用情况，并根据具体的需求快速的进行管理。新一代智慧校园平台可记录资源的使用情况，包括时间、地点等信息。这些信息汇总到平台之内，平台根据时间、地点总结出教室的使用情况，并可通过不同维度查询、展示在用户面前。用户可以根据新一代智慧校园平台提供的教室管理快速的查询教室的使用情况，并做出相应调整。如学校遇到一次特殊的事件和活动安排，活动在学期排课时没有预先设置。这时需要快速的找到某个时间段可以使用的场地和教室。通过新一代智慧校园平台综合查询功能，可以准确查询到教室的使用情况，方便快速做出决策。基于LDAP的统一身份认证平台支持基于LDAP的统一身份认证，可以无缝接入XXX的现有用户系统，同时也可以整合其他支持LDAP的系统。LDAP即为轻量级目录访问协议，基于X.500标准，是跨平台和标准的协议，支持TCP/IP。在校园范围内实现LDAP，可以让运行在所有计算机平台上的应用程序从LDAP目录中获取信息，LDAP目录中可以存储各种类型的数据，包括电子邮件地址、邮件路由信息、联系人列表等。在平台上的系统只要支持LDAP协议，就可以实现在整个平台上的单点登录。一站式登录平台实施一站式登录功能，以登录用户为切入点，通过多种认证和授权技术手段，搭建起统一身份管理、统一授权管理的安全管理中心。用户只需一次登录就可以根据相关的规则去访问不同的应用系统，提高信息系统的易用性、安全性、稳定性。在前台可以直接登录列出所有一站式登录的系统，无需再次登录可直接进入。自定义开发工具平台（API）提供了丰富和完善的服务，为实现深度数据整合打下了坚实的基础。平台（API）正处于变革之中，正向着更标准化和通用化的方向发展，旨在更好的满足开发者的需求，提供功能上更丰富、使用上更高效、文档上更规范、管理上更可控的接口。1）根据对资源的CRUD，区分POST和GET请求；2）接口名称全部采用“/版本名称[/数据操作/]操作名称或值”的格式；3）接口名称全部采用“/版本名称[/数据操作/]操作名称或值”的格式；4）对于某一类接口，也就是接口名称以相同的名称开头的接口，返回数据是统一的，都是该资源的类型，并且所有的资源类型都是标准化的，保证不同接口中返回数据的一致性。基于分布式的云部署传统的数据存储方案无法满足不断增加的并发访问量。当并发访问量达到预先规划的极限时，就需要更换当前的存储方案并应用更加高端的存储解决方案，而且很容易达到瓶颈。因此传统存储方案无法提供云环境下不断增加的访问请求。分布式存储方案可以在初期以较小的成本实现高并发的存储服务，并可以在访问量增加的情况下，对存储服务进行水平扩展，不断的增加其存储能力和服务能力。平台包括一整套的云应用和服务（包括系统现有APP和专门开发的APP），实现一体化的级联管理，并提供具有国际水准又能体现自身风格与特色的统一信息架构设计，提高影响力，增强单位的凝聚力，创建一个和谐智慧云平台。同时在云平台上，学校内部的教育资源信息能够自由流动，从根本上解决信息孤岛和重复建设的痼疾，节约成本、提升管理效率。“一人一课表”排选课系统课程信息管理系统概述课程管理人员可以设置课程的基本信息，使用录入或导入的方式存入排选课系统，即可开始排选课。课程的基本信息包括：课程名称、课程介绍、课程设置时间、课程性质等。设计示例创建选课任务系统概述教师可以创建选课任务，包括：设置选课时间，设置课时，设置选课对象，添加选课课程。设计示例在线选课系统概述学生登录选课系统进行预选，选择完所有课程后将看到已选择课程的列表，如不满意可返回修改选课结果。学生在最终确定选课结果前，可以在规定的选课时间内再次进入选课系统，进行重选。设计示例选课结果系统概述选课结束后教师可查看学生选课结果，为实施走班策略、排课做准备。设计示例完善课程计划系统概述根据学生选课结果，进行分班、分配教师的设置。包括：课程的基本信息、时间规则、辅助规则、互斥规则、学段、单双周和连排规则等；设计示例智能排课系统概述课程基本信息完善后，所有的数据都会存储在排课系统内，根据设置的各种特殊要求及特定的条件，系统就会根据设定的条件进行自动排课。最终生成一套课表，所有的课程安排都在课表内显示出来，例如课程的信息，教室的信息，教师的信息等。学校领导可以看到整个学期的课程安排，教师可以看到自己这个学期的授课表，学生可以根据这个学期的课程表进行课程的选择。设计示例课表调整系统概述系统支持对比调课、课程框调课、对调等多种调课模式，所有的调课过程都会被记录下来，可以一步一步恢复，排课管理员可以根据实际的情况进行排课结果的调整。设计示例导师管理系统：系统概述导师管理系统主要是帮助学校实现导师、学生的双向选择，导师能够查看自己导生的学生家庭情况登记表，填写自己的导师工作计划、家访记录、导师阶段总结、导师沙龙笔记、师生谈心记录，导师可以下载公用资源使用，管理员可以查看导师的工作量，把导师的工作进行量化，作为导师评价的依据。设计示例成绩管理系统：系统概述成绩管理可以轻松地查询所有成绩及检查所有教师录入的结果及各种分析报表，同时还能设置成绩指标、期评、成绩类型、小分题型、课程和有效编辑时间。学生可以随时随刻关注及查询自己的成绩，了解自己的成绩走向。设计示例教师预约系统：系统概述教师预约系统主要是帮助学生实现各种预约。通过教师预约系统，教师可以自己创建可被预约的时间，学生可以在教师已推出的时间内预约答疑、导师、心理咨询。设计示例过程性评价系统：系统概述过程性评价系统主要是帮助教师记录每个学生每节课的情况，教师在课堂教学结束后根据学生的上课情况及时进行在线评价，促进学生学习，也为学期结束时进行的学生总评提供依据。学校可以根据不同的课程设置不同的评价维度，以及单门课程每个维度的评价周期。设计示例场馆预约系统：系统概述场馆预约系统能够帮助学校合理有效地使用场馆资源，实现在线预约、在线审批。教师能够方便快捷地了解需要预约场地的信息以及可预约的时间。设计示例学生请假系统：系统概述学生请假系统能够帮助学生实现在线请假，教师能够实现在线审批，同时学生的请假信息会发送给相关的任课教师和班主任，教师能够及时获取学生请假信息。设计示例德育管理系统：系统概述德育管理系统主要是帮助学校管理学生的德育常规课程学分。学校可以根据学生德育管理的实际情况，设置各种维度。老师可以通过填写通知单给学生加分或减分。设计示例考勤管理系统：系统概述考勤管理系统主要是针对学生课堂的考勤，通过课堂，不仅让教师了解本课堂下每个学生的出勤情况，还可以使教师和学生通过这种方式互相认识，从某种程度上督促学生积极学习。设计示例消息推送系统：系统概述消息推送系统主要帮助学校实现微信、短信及邮箱的消息推送。教师可以通过平台编辑内容，实现点对点、多对多、点对多的多种模式的消息推送。设计示例课程申报系统：系统概述课程申报系统主要是帮助学校实现校本课程的申报，教师可以实现在线申报课表，管理员可以直接在线审批；设计示例社团管理系统：系统概述社团管理系统主要是帮助学校实现社团的管理，包括社团的选报、社团的评价、社团活动的管理、社团成员的考勤、各种社团报表的查询。设计示例学生信息管理系统：系统概述学生信息管理系统主要是帮助学校管理学生的信息，包括学籍信息、学生在校状态等一系列关于学生的信息，老师能够便捷的查询学生信息，实现学生数据的有效归档。设计示例基础支撑环境硬件支持系统设计搭建具有高可用性、高扩展性、高I/O、高数据安全性的虚拟架构云平台；搭建具有高安全易管理特性的云平台；搭建具有可扩展性的云平台，例如扩展宿主机数量、宿主机内存、存储、云主机；优化公有云及私有云的资源部署，充分利用学校的带宽资源，最大化云平台响应性能。基础硬件配置云平台集群、虚拟化部署服务器配置服务器名称配置WEB服务器CPU：E5系列4核、内存：8G、硬盘：系统盘100GSQL服务器CPU：E5系列4核、内存：8G、硬盘：系统盘100G、数据盘500GFile服务器CPU：E5系列