中小学智慧校园的整体架构研究

中小学智慧校园的整体架构研究智慧校园是充分利用各类信息技术，依托“互联网+教育”大平台，开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构的基础保障，智慧校园是直接服务于教师、学生和家长的智慧教育环境，面对教育改革深化和对公平而高质量教育的需求，思考和探索如何推进智慧校园建设愈发重要。本文在新型教育基础设施建设背景下，从简单明了、便于实施操作的角度出发，提出了中小学智慧校园建设的三层架构模型。引言当前，我国教育改革发展步入深水区，高质量教育体系建设的需求日益加大，以云计算、5G、IPV6等新型信息网络、VR/AR、人工智能、区块链为代表的新技术更新迭代速度迅猛，在此背景下，针对中小学校的特点，如何高质量建设中小学智慧校园值得深入研究和探索。智慧校园的整体架构智慧校园是综合运用云计算、物联网、大数据、虚拟现实等新兴的信息技术打造的智慧化教育教学环境，以实现教育主流业务的智慧化(智慧教与学、智慧管理)，实现以人为本的创新服务。智慧校园的架构是对智慧校园技术体系的总体规划，即从技术视角全面规划智慧校园的技术元素构成、技术元素之间的层级结构，以及技术元素间的逻辑关系。笔者从清晰简单、便于操作实施的角度出发，提出了中小学智慧校园建设的三层架构模型，三层架构分别为基础设施层、支撑服务层、应用服务层。1.基础设施层基础设施层是智慧校园的基础物理环境，是智慧校园实施的基础和保障，其主要包括泛在校园网络、智慧型功能教室、智慧型设备以及用于数据存储和计算的数据中心。（1）泛在校园网络是指借助WI-FI、5G等无线技术和有线技术实现的校园网络全覆盖。（2）智慧型功能教室包括融合视频直播录播、感知交互、仿真实验等技术的智慧教室、智慧实验室、智慧录播室等。（3）智慧型设备主要是建设基于通过射频识别（RFID）、各类感应器、全球定位系统等物联网技术的智慧型教育装备，使其能够实现各类设备与智慧校园业务系统的互联互通，以及智能化的数据传递服务。例如，可将RFID应用于学生行踪、门禁系统、图书管理等。（4）数据中心是为智慧校园提供计算和存储的基础设施。根据服务性质的不同，将云计算分为公有云、私有云和混合云。①公有云是指第三方提供商为用户提供的能够使用的数据存储、计算、网络等服务；②私有云是指为一个客户单独使用而构建的数据中心；③混合云是指混合使用私有云和公有云为用户提供服务。2.支撑服务层支撑服务层是一类基础性软件的集合，是面向智慧校园各类应用的公共服务支撑平台，是具备互联互通、应用齐备、协同服务特征的“互联网+教育”大平台，面向应用服务层提供共性服务支撑，主要包括数据库系统、统一认证系统、一卡通系统、开放API、应用管理系统、数据分析系统等。（1）数据库系统是为实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，我们使用的任何应用系统都包括前台的用户界面和后台的数据支撑，后台数据的存储、维护和为应用系统提供数据使用接口就是依靠数据库系统。（2）统一认证系统实现基础数据的管理和各业务系统的单点登录，实现统一的身份管理、权限管理和统一的分级授权机制。（3）一卡通系统是基于物理介质的身份识别系统。对终端用户而言，其将学生证、借书证、餐卡等的日常功能集合在一张卡片上，涉及的主要技术难点包括与统一认证系统的集成、与其他应用系统的集成等。（4）开放API为第三方应用接入提供标准接口，以实现第三方无缝接入，实现数据同步等。为实现更好的数据兼容性，各个应用系统的数据都将通过平台API接口进行交互和调用。通过统一的应用接口管理，应用可以遵照平台数据交互标准向任何平台上的其他应用提供数据调用接口，方便数据交互。（5）应用管理系统的主要功能是管理应用服务层的各种业务智慧应用系统，主要管理这些系统对数据的访问、各系统之间的逻辑关系、接入的方式、展现的形式等。（6）数据分析系统主要完成各类数据的全面收集、存储和分析，特别是利用大数据处理工具进行高层次的辅助决策，通过建立各种类型的数据分析系统，呈现更精确的分析报告，供用户决策使用，体现数据的决策价值。3.应用服务层智慧校园和智慧教育体系都是为教育提供服务，主要服务两大方面：智慧教与学和智慧管理。（1）智慧教与学是教师在泛在、灵活、智能的智慧教学环境下，利用各种先进信息化技术实施各种新型教学模式，构建生动直观形象的智慧型课堂（智慧型课堂对于教师来说是智慧地教，对于学生来说是智慧地学）。智慧地教体现在：课前，利用智能备课系统进行电子备课；课中，利用即时反馈系统监控学生的学习过程，了解其学习进展与困难，进行个性化指导；课后，通过智能作业批改系统，自动分析学生的作业成绩。智慧地学体现在：运用混合式、合作式、体验式、探究式的学习方法，具有泛在式、个性化、高效率、沉浸性、持续性、自然性等基本特征，能够帮助学生不断认识自己、发现自己和提升自己。（2）智慧管理主要是中小学校以信息技术理念和基础环境为基础架构支撑下的学校管理和服务，一般包括学校的教务管理、行政管理、财务管理、人事管理、学生管理、设备资产管理、校园安全及为师生、家长提供的便捷化、智能化服务。智慧管理是移动互联网、物联网、大数据、感知技术等新技术背景下学校办学条件的智慧升级，是学校传统教育教学管理事务的流程再造。框架的应用探索下面，笔者以秦皇岛市某智慧校园建设和应用试点小学为例，谈谈其如何以上述智慧校园整体建设框架为依托构建智慧校园。1.确定建设原则与思路建设原则：以学校特色发展为理念、需求为导向、易用好用常用为目标，不求一次性大而全地建设完成，而是采用循序渐进、逐层深入的方式进行建设。建设思路：深入剖析学校教育教学中亟待解决的问题，选取急于解决、易于用技术解决的问题，确定学校的智慧校园建设三年发展规划；根据学校需求抽象出具体的应用系统，整体谋划具体的建设；打造稳定而易于扩展的支撑服务层，做好各应用之间以及各应用与上级教育部门的相关系统的整合与对接；优化建设流程，软硬件建设同步推进，建设、使用、管理、培训同步开展。2.建设成果（1）基础设施层：建成了覆盖全校域的无线网络、校园一卡通系统等。（2）支撑服务层：在整合“秦皇岛市互联网+教育”平台、国家教育资源公共服务体系的基础上，扩展了基础数据库，打造了更多的开放API接口，建立了应用管理中心，实现了各种应用系统的统一管理。（3）应用服务层：智慧校园的所有功能都通过应用服务层为用户提供服务，主要包括智慧教学系统、教师专业成长陪伴系统等。①智慧教学系统是全面实现基于学生数字画像的教与学系统，对课程设置、实施、评价进行数字化管理和数据收集，运用教与学过程大数据，实现教情、学情的及时精准反馈，为学生提供个性化的学习路径和资源服务，实现个性化学习和因材施教；将课堂延展为课前、课中、课后和线上、线下一体化设计的混合式学习，探索翻转课堂、探究式学习等，构建自主、合作、探究的教学方式；基于支持O2O模式的在线学习和智能学习终端开展泛在学习、远程协作学习等开放学习。②教师专业成长陪伴系统运用教与学过程大数据的行为记录、分析和诊断，开展反思性教研；开展教师专业能力诊断、分析，为教师提供差异化、按需的专业培训和指引，开展主题化、系列化、课题化、项目化