智慧校园的融合发展与技术实现*

刘邦奇 孙曙辉

（1．首都师范大学 教育学院，北京 100048；2．讯飞教育技术研究院，安徽合肥 230088）

融合发展是推进教育信息化发展的核心理念。自21世纪初以来，信息技术在教育领域得以广泛应用，教育信息化进入深度融合、创新发展的新阶段。随着教育信息化的不断发展，校园信息化也经历了一个从早期的校园网应用到整体的数字校园建设再到融合发展的智慧校园建设的发展过程。智慧校园是“互联网+”时代校园信息化发展的新形态，是数字校园发展的高级阶段。目前，有关智慧校园的概念、特征及应用需求方面的研究比较多，而智慧校园的具体建设方法、技术策略及建设模式等研究还有待深化。本研究从信息技术与教育全面深度融合的视角，构建了基于融合发展的智慧校园技术架构，并提出了实现智慧校园融合发展的技术策略。

一 智慧校园建设模式分类

国内外许多知名高校早已开始进行智慧校园建设与应用的实践探索[1]，如早期有美国的卡内基梅隆大学、普渡大学，以及我国的北京师范大学、浙江大学、南京邮电大学等。近几年来，开展智慧校园建设的高校越来越多，与此同时，不少专家学者纷纷就智慧校园的建设与发展进行了理论探索。从已有的研究成果来看，实施智慧校园建设的模式类型复杂，如有以物联网、云计算、大数据、微信等新技术为引领的技术导向型模式，有以管理、教学、URP等需求为导向的应用驱动型模式，也有以知识管理、综合集成、一卡通服务等为核心的其它驱动模式。参考相关研究成果，本研究将智慧校园建设模式概括为以下四种类型：

1 技术驱动型模式

技术驱动型模式是指以技术推动为主要特点，突出技术在智慧校园建设中的引领作用，以技术及技术装备的应用为智慧校园建设的关键。如宗平等[2]提出基于物联网技术，构建泛在感知、互联互通、共享协作的智能化校园环境；蒋家傅等[3]提出建设基于云计算的智慧校园，采用云服务的方式和面向服务的多层架构模式，构建适应性、扩充性、易用性和维护性强的校园服务平台；罗丹等[4]提出利用大数据构建智慧校园，基于信息互通、数据共享，打造能提供高效、实时、个性化服务的信息化校园环境；张雅彬[5]提出基于微信开发与建设的智慧校园服务平台；黄荣怀等[6]提出基于情境感知、移动互联、社会网络、学习分析、数字资源组织和共享等多种技术，构建智慧校园。随着新一代信息技术的迅猛发展及广泛应用，技术驱动型模式成为学校智慧校园建设的常见模式之一。

2 应用驱动型模式

应用驱动型模式是指智慧校园建设以应用推动为主要特点，在建设过程中突出问题导向作用，以满足应用需求和解决实际问题为智慧校园建设的标志性特征。校园信息化发展早期存在重硬件轻软件、重技术轻应用的现象，为克服这一不足，必然要求“以应用需求牵引建设”，应用驱动型模式由此出现，“需求牵引、应用驱动”成为了高校智慧校园建设的重要原则。典型的有基于大学资源计划（University Resource Planning，URP）构建智慧校园的模式[7]，即采用松散耦合的体系结构实现各类应用系统的集成，实施“1+N+1”策略——由1个基础平台、N个应用系统和1个门户构成URP体系，为用户提供统一的访问服务。王运武[8]提出，传统数字校园的功能结构偏离了学校的核心业务，只注重教育管理需求，对高校的创新性人才培养、知识创新和服务社会发展等核心业务的支持不够，因此智慧校园的建设应向支持学校教学、科研、管理、服务的全面应用转变。

3 知识驱动型模式

知识驱动型模式是指以知识推动为主要特点，在智慧校园建设中突出知识的决定性作用，以知识和知识管理的应用为重要标志。清华大学教育技术研究所最早提出基于知识管理的数字化校园模式[9]，把知识管理的理念和方法引入信息化校园建设，采取“技术体系+知识体系，数据库+知识库，参与者双重角色”的基本策略，形成了基于知识管理的数字校园架构。徐华斌[10]从知识循环的视角，提出了基于知识循环模型的智慧校园模式，认为高校作为创造、承载、传播和应用知识的主体，智慧校园建设应面向知识管理，以促进知识创新和应用为特色，实现教育资源的整合和共享、实现智慧教育；该模型的关键应用系统为“知识管理系统+状态监控系统+业务管理系统”，其中知识管理系统是智慧校园建设的核心系统，业务管理系统建设突出体现数据的自动生成和处理、数据挖掘和辅助决策，支持管理决策的智慧化应用。

4 融合驱动型模式

融合驱动型模式是指智慧校园建设以融合推动为主要特点，突出融合发展的带动作用，包括技术的统合、应用的整合、技术与教育的融合等，并以融合发展为智慧校园建设的核心标志。如Boltman等[11]进行了技术沉浸（Technology Immersion，亦译作“技术融合”）学习环境的构建与研究。在此基础上，邵晰[12]提出了技术沉浸式的新型数字校园建设模型——在该模型中，技术并不是主角，技术的使用是为了让学生能够进入更佳的学习状态，即“沉浸”状态；该模型中最为核心的并不是硬件条件的建设，而是技术与课程的整合、与教育教学的融合。蒋东兴等[13]明确提出，智慧校园建设是信息技术与教育教学的关系从组合、整合进入融合创新，基于信息技术解构、优化、重组和创新，形成智慧教育模式。智慧校园的建设有利于师生与教学资源、环境的智能交互和深度融合，促进了教学模式的变革创新。

由上可知，智慧校园建设的四种模式各有侧重和优势。但由于技术作为工具和手段自身没有方向和目标，难以体现智慧校园发展的真正目的与价值，因而片面强调技术导向，对于正确把握智慧校园的发展方向是不利的；而单纯强调应用驱动、知识驱动的作用，忽视技术的引领和推动作用，也带有片面性。本研究赞同教育信息化专家杨宗凯[14]关于“教育信息化由应用驱动向融合驱动转变”的观点：融合驱动主要包括基础设施环境的融合，技术、内容和方法的融合，规模化与个性化的融合，教学信息化与管理信息化的融合以及重塑教育等。笔者曾对基于融合创新的智慧校园信息生态进行了探讨[15]，提出融合创新是打造智慧校园信息生态的关键和实现智慧教育的必然途径。基于上述研究成果，本研究认为在智慧校园建设中，应把多种驱动模式有机结合起来，加强技术、数据、知识、业务等多要素的多维度融合，基于融合发展的理念与策略，推进校园信息化的建设与应用，实现智慧校园的融合创新发展。

二 智慧校园的融合发展及特点分析

1 从数字校园到智慧校园

当前，国内外校园信息化发展总体上处于整合集成和数据融合的阶段，数字校园正逐渐转型成为智慧校园。美国哈佛大学的Nolan教授提出了信息化发展演进的诺兰模型[16]，将一个地区、行业或组织的信息化发展划分为初始、推广、控制、集成、数据管理、成熟等六个阶段。数字校园的核心是集成和数据管理，通过整合集成消除“信息孤岛”、实现信息共享和数据一致，进而采用数据融合和挖掘技术实现高级应用，迈入成熟的智慧校园阶段。

从数字校园向智慧校园转型的突出标志，就是从整合集成走向融合发展。在数字校园发展的基础上，美国、英国、韩国、日本、新加坡等发达国家均已对智慧教育、智慧校园进行了布局和实践[17]。如《美国2016教育技术规划》指出，发展的焦点已经从科技是否需要与教育融合的问题转向如何融合的探讨[18]，教育信息化已进入融合与革新阶段。在我国，《教育信息化“十三五”规划》要求“通过融合创新提升教育信息化的效能”，《2016年教育信息化工作要点》明确提出要“引导各级各类学校建设和应用数字校园/智慧校园”，而中国教育技术协会技术标准委员会起草的“智慧校园整体框架（国家标准）”也即将发布。由此可见，智慧校园建设已成为校园信息化深度融合、创新发展的必然趋势，是数字校园深化发展的高级阶段和新的形态。

表1 智慧校园融合发展的特点分析

2 智慧校园融合发展的特点分析

智慧校园是一种基于物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的运用，通过与教育教学的深度融合而形成的校园信息化发展的新形态。智慧校园建设坚持以人为本、以学习为中心、融合创新的发展理念，利用“互联网+”的思维方式和新一代信息技术手段，把学校各类信息化系统和资源整合为一个有机的整体，构建具有高度感知能力、协同能力和服务能力的新型信息化校园环境，深入融合渗透到教育教学的全过程，促进学校教育理念、教育模式和教育体系的变革与创新，全面提高教育教学的质量与效能，实现全体学生和教师的智慧发展。

融合发展是校园信息化深化发展的核心理念。智慧校园建设是将“互联网+”的思维方式和新一代信息技术在学校教育领域进行创新应用，融合渗透到学校教育的全过程，构建富有智慧、个性化的学习环境和学习活动，支持智慧的教与学。融合发展既包括信息技术与教育的深度融合，也包括不同技术之间、不同教育业务之间的多向融合。如随着信息技术的飞速发展，以及互联网、物联网、移动互联网等多种网络技术在学校的应用，多种网络的融合互通、无缝连接成为了智慧校园信息基础设施建设的必然要求。智慧校园建设要通过多向的深度融合，实现信息技术的创新应用，并实现信息化教育环境、教育模式和教育体系的创新。智慧校园融合发展在技术和应用上的特点分析如表1所示。

三 基于融合发展的智慧校园技术架构

基于融合发展的智慧校园建设与应用，首先需要构建融合驱动型智慧校园的技术架构。通过分析融合驱动型智慧校园建设模式的特征，结合云服务、大数据分析、网络融合等新的技术理念，本研究设计了基于融合发展的智慧校园技术架构，如图1所示。智慧校园技术架构的核心组成要素包括服务展现、业务应用、支撑平台、数据中心、基础设施等五个方面。与过去的数字校园建设所不同的是，智慧校园建设总体上以云服务模式为基础，融入企业 ERP、多网络融合、大数据分析等技术，各部分建设内容体现了从组合、整合走向融合的特点，这也是校园信息化建设中技术发展、技术应用、业务变革和融合创新的必然结果。

图1 基于融合发展的智慧校园技术架构

①服务展现：是智慧校园统一的门户展现平台，通过服务融合提供一站式信息门户。由于每一个用户的角色不同，因此平台应呈现符合其角色身份的个性化门户，使用户可以根据自己的个性需求和爱好进行定制，实现一站式登录，并享受个性化的门户服务。此外，平台还应提供移动信息门户，以实现任何时间、任何地点的访问服务。

②业务应用：借鉴企业ERP的理念，划分学校教育教学应用的业务域，包括教学域、教学管理域、学工管理域、科研域、办公管理域、生活服务域等；梳理并分析各个业务域内业务系统间的数据流程和业务模型，通过业务融合，建立基于业务域的一体化管理应用；提供应用注册、应用申请、应用审批、应用安装、应用卸载等平台管理功能。

③支撑平台：主要为智慧校园建设提供统一的用户管理服务、统一的身份认证服务、统一的权限管理服务和应用中间件的管理服务等。同时，通过平台融合，提供各类应用开发的集成环境，构成智慧校园基础平台的统一管理和公共支撑服务环境。

④数据中心：建立高校大数据中心，主要进行基础性的数据整合和治理工作，统一采集、存储各类结构化数据和非结构化数据，并通过数据交换平台进行相应数据的清洗、转换、加载；基于数据融合、数据挖掘分析，提供高价值的数据服务。

⑤基础设施：主要对校园现有的基础设施环境升级改造，部署感知设备，构建校园感知环境；完善物联网、无线网、互联网建设，实现校园网络无缝融合；增加云计算资源和存储资源，实现虚拟化管理，提供资源智能弹性伸缩控制、智能功耗控制、网络设备智能监控等服务。

四 实现智慧校园融合发展的技术策略

智慧校园技术系统建设是一项技术性、教育性和实践性很强的工程，既涉及许多新技术、新方法的融合开发，又涉及大量业务流程的整合与重构，还涉及对众多用户需求的调查与统合，因此必须始终坚持智慧校园融合发展的核心理念，准确把握其技术和教育特征，精心设计并组织实施。以融合驱动的模式推进智慧校园技术系统建设，其核心技术策略是从网络融合、数据融合、平台融合、业务融合、服务融合等五个维度加强深度融合，实现智慧校园的创新发展。

1 网络融合

网络融合主要是指智慧校园的感知设备、网络设施、云资源等基础设施环境的整合相融，实现基础网络设施环境的无缝覆盖。网络融合是智慧校园建设的基础，即综合利用各种网络接入手段，整合校园内的物联网、有线网、无线网、移动互联网等各种应用网络，进行全网一致的智能管理与控制，并提供开放的网络接口，实现网络间的无缝连接和通信，将所有校园网络设备连在一起，为智慧校园应用提供高速、稳定、全覆盖的网络基础环境。目前，很多高校已建成基于IPv4/IPv6的宽带网络、基于ZigBee的无线传感器网络、基于RFID和WiFi的网络等网络环境，通过融合先进的网络及传感技术，构建了多网络融为一体的智慧校园网络基础环境。

2 数据融合

数据融合是指对校园各类基础数据、应用数据、感知信息等数据信息资源进行融合，并提供数据存储、数据治理等融合服务。其中，基础数据包括人员、设备、设施等基本数据，应用数据包括各类业务系统中的过程性数据、学习行为数据、用户网络行为数据等动态数据。数据融合是智慧校园建设的核心，主要涉及三个方面：①按照学校的不同业务域，对不同域的数据进行采集、存储，开展交叉、关联应用等数据融合；②对来自校园不同平台、不同系统、不同结构的异构数据源进行集成整合和统一管理；③对基本数据和动态数据进行关联分析和处理，开展大数据分析和挖掘。校园数据融合的实施包括制定和完善数据标准、规范，进行数据治理和数据质量提升，建立数据中心、数据交换及监控管理平台，做好数据服务的应用及监管等。

3 平台融合

平台融合主要是指针对校园身份识别管理、数据统一管理、业务开发应用等需要，利用统一认证、云计算、SOA等技术进行整合建设，构建统一的校园基础支撑服务平台。平台融合是智慧校园建设的关键，但目前在校园信息化建设中存在硬件设备分散配置管理、系统独立建设与应用、C/S架构和B/S架构等多种系统架构混杂、部门之间服务难以统一调度、信息无法同步等问题，因此必须重点做好校园信息化支撑服务平台的融合建设。平台融合的实施主要通过SOA、云计算等技术来实现，即采用面向服务的SOA软件架构体系和云管理平台，提供统一的平台化系统软件支撑服务，为用户的云应用提供统一的开发、运行和监控支持环境，并提供统一认证、权限管理、安全、访问控制、单点登录和开发测试等多项服务。

4 业务融合

业务融合是指打破传统的围绕特定部门、特定业务需求独立建设业务系统的方式，逐步将核心业务应用转移到智慧校园的“大平台”上来，进而实现核心业务领域各应用系统之间的联系、制约和融合。业务融合是智慧校园建设的核心标志。从过去分散的业务系统开发到应用集成再到业务融合，破解了跨部门业务流程打通的难题，实现了校园内智慧业务的应用。在智慧校园建设中，业务融合按照“大平台小应用”的建设思路，利用共享数据和集成开发环境，基于统一的智慧校园平台来整合各类业务系统，通过将建设粒度由“系统”级细化为“功能”级，不断扩展个性化“小应用”，突破现有业务系统在支撑核心业务领域中存在的难题，实现跨职能域的业务应用对接和流程再造，最终从根本上解决长期存在的“信息孤岛”、“应用孤岛”问题。

5 服务融合

服务融合是基于网络、数据、平台、业务等融合，利用统一的信息门户、丰富的信息展示和可视化呈现，实现一站式、个性化的校园融合服务平台。服务融合是智慧校园建设的归宿，体现了以人为本的理念。按照“自下而上、面向用户”的思路，服务融合注重用户体验，优化服务流程，全面整合学校的教学、科研、管理、技术资源，支持无缝集成的智慧应用，提供全业务、全过程的“一站式”服务。秉承“服务碎片化”等设计理念，服务融合实现了以数据融合、业务融合为核心的校园服务碎片化，屏蔽了用户的业务系统和业务逻辑，强调一个应用（APP）只完成一个事务；根据业务需求，服务融合提供灵活、方便、按需选取的“组件化”服务模块，以及跨平台和多终端的智能化、个性化服务，提升智慧校园的用户体验和使用价值。

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