移动互联时代智慧校园的发展与思考

刘 葵，葛志游，李爱凤，史 洋

（广州大学 网络与现代教育技术中心，广东广州 510006）

【摘 要】移动互联网时代的到来，使得高校的教育、教学和管理的变革越来越离不开信息技术。本文深入分析了高校信息化建设的成效及面临的问题，在此基础上，以物联网和智能感知技术为物理基础、以大数据洞察提供决策支持、对移动应用快速发展的智慧校园建设进行了技术分析，提出了未来智慧校园的定义及其框架。最后，具体阐述了智慧校园建设的核心内容——大数据中心建设的技术参考模型，以及微服务架构在移动应用领域的发展优势。

【关键词】移动互联网；云计算；智慧校园；物联网

一、智慧校园概况

（一）对“智慧校园”的理解

智慧校园的概念源于2008 年IBM 公司提出的“智慧地球”理念，即把新一代云计算、物联网等新技术运用到各行各业中，在高校的信息化建设中，提出智慧校园概念，并随着该理念的不断发展，适逢国内高校经历几年的数字化校园的建设，面临的问题以及服务的提升亟待新的解决方案，智慧校园的建设也逐渐成为高校信息化建设的重要课题。国内各高校纷纷研究并探索智慧校园的建设之路，复旦大学宓詠主任、浙大的鲁东明教授对智慧校园进行了明确的定义，清华大学的蒋东兴主任提出了智慧校园的体系框架，设计了技术参考模型，以及相关的评价指标体系[1][2]。这些研究为笔者在课题探索以及实践经验方面提供了一定的指导和方向的借鉴。智慧校园即是以物联网和智能感知技术为物理基础、以大数据技术提供数据洞察，通过大力发展移动应用为师生提供智慧化的校园学习、工作和生活一体化环境，在高校的信息化管理、信息化教育教学、信息化科研以及校园服务方面全面提升。

（二）高校数字化校园的发展成效

经过几年的信息化发展，国内大部分高校都进行了不同程度的信息化建设，信息化建设基本从早期各自为政的孤立系统，建成统一信息门户平台和统一的数据中心，学生管理一条线和教师管理一条线的信息化管理模式，建设的应用系统覆盖学校的多项行政管理、教学管理、学生管理等业务。以笔者所在学校的建设情况为例，应用系统的建设基本涵盖了管理教学及科研，如: 协同办公系统、人事、科研、教研、教务、迎新、学工、资产管理、学报、档案、房屋、学校网站群、以及教学信息化的MOOC 平台以及资源管理平台甚至综合分析系统以及数据采集系统等。学校的主要业务基本实现统一身份认证以及统一门户访问的模式。几年数字化校园建设以及信息化的发展，促使学校的整体信息化服务在广度和深度上都有很大的提升，基础环境的建设，从单纯的服务器及网络的建设到整体规划、一体化战略的部署上，以及系统应用方面；从业务系统的独立功能运用到跨部门的协作及数据共享；从注重信息技术管理到业务流程管理以及业务数据分析上来；从学校管理信息化到教育信息化的渗透。业务部门对信息化的认识和理解上的变化，更是标志着高校信息化建设的阶段性成就[3]。

（三）高校信息化建设面临的困境

数字化校园建设经历了以上过程之后，面临的问题依然非常多，在真实的推行运用中，常常不尽如人意。高校自身管理流程有待优化，随着业务的扩展、需求的变更、应用系统不断增加，旧系统面临更新升级，与此同时，对应的数据交换流程、数据关联模式需要重新调整；基于应用系统集成的统一门户，因为业务系统的变更，也需要做出对应的调整，体现基于服务的信息集成缺乏个性，对系统的依赖度过高；因为信息化管理制度的不完善，数据源头的数据维护管理不规范，作为最终用户的师生与信息库之间存在信息获取、信息处理以及信息提供之间的巨大矛盾，各级各层对最终用户数据的关注度不同，缺乏全面的数据分析模型，导致数据的利用价值低下，数据分析和数据挖掘的潜力不大。学校迫切需要重新思考平台的整合、生态系统的建设以及管理规范的建立。

智慧校园确有其美好的愿景，但纵观目前我国高校的信息化建设，数字校园与智慧校园的建设有其不同的技术基础以及发展背景，这种过渡会带来阵痛，智慧校园的建设不能全盘否定以往建设，更不能一蹴而就。随着学校的管理模式优化以及信息化技术发展进程而向前推进，智慧校园是“互联网+ 教育”，是利用行业IT 技术去改变及影响学校师生工作、学习、生活模式的广度及深度的延伸。新技术的发展使信息化手段与教育深度融合，更加注重人才培养、科学研究和社会服务等方面的信息技术运用。在设定智慧校园建设目标的过程中，我们更应客观科学的分析自身建设的阶段特点，积极并有规划、有制度的按既定目标发展。实施过程中尽可能细化目标，尽可能明确阶段任务，顶层设计由上至下，有高度、有前瞻，制度建设由下而上，应可行，能落实[4][5]。

二、智慧校园建设中的新技术

信息技术的创新以及应用的发展，使“智慧”、“智能”无处不在。这种“智慧”和“智能”的广度和深度，随着计算技术、网络的泛在、数据的处理技术以及软件的无处不在而大力发展，催生了新理念、新应用和新产业，出现了云计算、大数据、物联网、移动互联等新的发展模式，为高校信息化的发展带来了新的机遇和挑战。

（一）云计算技术的成熟运用

云计算是一种新的IT 资源提供模式，是基于互联网的计算方式，是在并行计算、分布式计算和网格计算以及虚拟化技术的基础上发展起来的，是一种全新的服务模式，为网络用户提供弹性资源，按需分配计算、存储及网络资源的共享。其服务的三种模式是，基础设施作为服务IaaS、平台作为服务PaaS、软件作为服务SaaS。目前市场IaaS 的模式趋于成熟，并占主导地位，PaaS 正迅速发展，为互联网开发者提供开发平台和运行平台，将成为以后的主选模式，逐步演变成某种意义上的“虚拟云计算操作系统”。

目前，在各高校中利用成熟的云计算管理平台作为基础架构，已经得到良好的运用，比如笔者所在学校的云管理平台，基本将核心的资源进行智能管理，核心业务在统一平台运行，资源可灵活配置，系统可快速部署以及在线迁移，安全的备份机制，完全颠覆传统的系统管理模式。基于云计算的云基础框架使高性能运算和海量存储成为了可能，更多的智慧化应用更具想象力。如图1 所示，为IaaS 架构，将底层资源进行池化，通过整合与自动化，应用系统共享基础架构资源池，实现资源的高可用、弹性分配的智能化管理。

（二）物联网、移动互联及智能感知

物联网与云计算和3G 网络几乎同时出现，它融合了人工智能、无线遥感通信以及射频识别等多项技术，它是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，通过多种信息传感设备，按预先约定的相应协议，把物品与互联网相连接，进行信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

物联网的体系结构如图2 所描绘，物联网在工业化与信息化领域的高度融合（两化融合），衍生出数据的“泛在聚合”。[6] 这种融合在智慧校园的建设中，起到数据获取的源头作用，是获得智慧的物质基础，通过对这些数据或者数据状态的定义，传递各类信息。比如对校园环境、各种教学设施、教学工作，校园服务信息的获取都是通过各类感知设备（如校园一卡通、智能手机、摄像头等）采集信息，进而转换处理[7]。

（三）大数据洞察

随着社会的高速发展，云时代及物联网的发展，科技发达，信息流通，人们之间的交往模式、生活的方式都发生着变化，大数据便随之产生。大数据具备四个特征，数据量大（Volume）、类型繁多（Variety）、价值密度低（Value）、速度和时效性要求高（Velocity），人们需要通过运用新系统、新工具、新模型的挖掘，才能从中获得具有洞察力和新价值的东西[8]。大数据的意义不仅在于出现数据量的巨大，更核心是突破了传统的数据处理手段，人们掌握了处理如此海量数据的方法，能够在海量的数据中获取有价值的信息，透过这些隐藏的数据，能提供显性的信息，利用信息做出科学的判断。

与数字校园的特征相比，智慧校园更加强调通过各种智能终端、可感知设备、信息系统获取了校园内各类活动过程与状态数据（如学生上网状态数据、一卡通消费数据、图书借阅数据等），并且基于这些数据进行分析而掌握事物的规律，从而为高校的管理、科研，甚至变革教学过程提供良好的实施手段。智慧校园中，高校通过大数据挖掘学校运行规律实现智慧管理决策；开展基于大数据的教学评价，倡导智慧型人才培养，实现因材施教和个性化人才培养；建立智慧校园后勤管理及服务支撑平台，开展校园智慧型生活服务。

三、未来智慧校园建设框架

随着移动互联时代的到来，高校信息化发展出现新的情景：数据积累不断增长、大量非结构化数据产生、移动应用的需求增长、物联网与互联网的融合，决策领导越来越重视数据依据，学生移动应用的开发创新思维不断涌现等等，这一切的变化都与新技术发展密切关联，依靠新技术，智慧校园有了更多的想象。校园基础框架应基于云计算平台的支撑环境，搭建大数据中心，具备大数据存储和分析处理能力，提供高可用策略，数据服务的不间断能力；建设自适应各类移动终端的、无时空限制、学校师生、管理层可用、不断拓展迭代、基于用户服务的生态应用环境。图3 是蒋东兴在最近的论文《高校智慧校园参考模型设计》[9] 中给出的智慧校园参考模型，比较全面的描述出整个框架，鉴于智慧校园概念宽泛、涉及的系统庞大复杂，本文难以阐述完整，只对大数据中心的建设及移动应用建设框架两个方面进行阐述。

（一）智慧校园之大数据中心平台

智慧校园的建设核心是大数据中心平台，应以满足数据建设和数据运用为目标的框架设计。数据中心的规划从系统架构、计算框架、规范性、兼容性、开放性、安全性方面进行详细设计；规划好平台功能以及服务能力，使平台具有对大数据的存储处理能力、数据采集能力、数据治理能力、数据分析能力、科学计算、数据展示的能力。

与传统数据中心相比，为应对大数据处理的数据平台，更加强调数据的标准规范和定义，数据类型由结构化数据延伸到非结构化和半结构化数据，对于数据的处理分析、数据的清洗转换、分类加载等处理过程，更加依赖标准的定义。与以往的数据标准相比，更加注重高校为数据运用而建立的数据分类体系，为进行科学运算和数据挖掘进行规范数据类别，对于繁杂的数据来源以及数据使用的广泛、平台的接口规范以及交换标准需要有明确的定义。

大数据中心平台采用主流的分布式并行架构，如Hadoop，支持弹性集群扩展，搭建具备吞吐TB 级数据架构，并且能够对TB 级数据进行存储和分析处理；支持关系型数据库（如Mysql、PostgreSql、Oracle）和非关系型数据库（如Mongodb、Redis、Hbase），提供平台高可用策略。平台的开放性能使一些成熟的第三方工具得以发挥运用，兼容主流的数据可视化管理和展示工具，配备极强的计算能力，支持主流数据分析语言和技术，具有机器学习算法库，为科学计算和决策模型提供基础。在数据安全方面，主要考虑数据的不丢失策略以及访问的安全问题，数据不丢失可以通过冗余机制，支持数据即时备份和恢复；访问的安全应对API 访问试行审核，对数据接口指端级别的应用授权控制，对身份证号等敏感字段加密处理，对API 高频调用进行预警等安全机制[10]。

（二）移动应用之微服务架构

智慧校园另一个重大特征即是移动应用的大力发展及普遍应用。网络的泛在、智能终端的发展使移动应用得到了极大推广，移动终端不仅可以作为数据获取的源头，更多强调超越时空的便捷使用。校园的移动应用并非是传统数字校园向移动设备的照搬，而是从基础架构上发生了转变。以往的面向服务架构（SOA）或者MIS系统已经越来越难以适应当前信息化中对于服务的个性化、需求快速变更的发展需求，微服务架构的出现，是一种轻量级的通信模式，是利用服务来构建应用，服务独立部署在不同的进程中，可独立扩展伸缩。每个服务有自己的业务边界，可独立开发，甚至有不同的编程语言实现[11]。相比MIS 系统及面向服务架构，微服务架构在设计模式上、部署和开发方式上，都是为适应这种移动应用的发展需求而生，基于服务构建应用，业务功能颗粒度更细，边界更清晰，这种轻量化，易于开发、易于部署、易于替换，接口和数据的定义逻辑简单，易于理解，无业务依赖，与目前逐步成熟的HTML5 技术的结合，使应用移动化得以迅速的推广普及，也为高校的掌上校园、泛在学习提供了无限的可能。

四、结束语

随着IT 技术的发展，国内外高校都在不同程度的运用新技术，结合教育、人才培养、行政管理进行应用的尝试和探索，大多数是以数据的运用为方向的一些探索，在下一阶段，智慧校园的建设期，缺乏的是标准规范，尤其是技术标准规范，包括智慧校园的技术架构框架标准，大数据中心建设标准规范以及相应的移动应用标准。相信总结过去，展望未来，高校信息化建设能有一个辉煌的明天。

参考文献：

[1][9] 宓詠, 赵泽宇. 大数据创新智慧校园服务[J]. 中国教育信息化, 2013，(24):3-7.

[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] 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] 李征, 王璐. 云计算在智慧校园中的应用研究[J]. 计算机与现代化, 2012，(5):48-50.

[5] 朱力纬, 刘丽勤, 王健. 高校基于大数据时代的数字化校园建设探讨[J]. 华东师范大学学报自然科学版, 2015，(B03):104-110.

[6] 吕倩. 基于云计算及物联网构建智慧校园[J]. 计算机科学,2011, 38(S1):18-21.

[7] 张龙磊. 基于物联网、云计算、大数据的高校智慧校园建设的研究[J]. 科技致富向导, 2015，(14):125-125.

[8] 陈平, 刘臻. 智慧校园的物联网基础架构研究[J]. 武汉大学学报( 理学版), 2012，(S1):141-146.

[10] 王曦. “互联网+ 智慧校园”的立体架构及应用研究[J].中国电化教育, 2016，(10):107-111.

[11] 王健, 李冬睿. 从单一模式系统架构往微服务架构迁移转化技术研究[J]. 科教导刊, 2016,(27).

（文章来源：教育信息技术）

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