智慧校园建设的关键技术与发展展望探讨

2023-02-23

一、引言

智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合、提高学与教的效果为目的, 以物联网、云计算、大数据等先进技术为核心技术, 提供一种环境全面感知、智慧型、数据化、网络化、协作型一体化教学、科研、管理和生活服务, 并能对教育教学、教学管理进行洞察和预测的智慧学习环境。[1]

智慧校园是基于先进信息技术建设的一种新型的校园形态, 主要体现在空间的拓展和对网络的应用, 具体表现在校园环境、教学科研、学习生活、校务管理等多个方面, 其目的是提高教育教学水平、日常管理的效率。

二、智慧校园建设的关键技术

智慧校园的核心是利用先进信息技术, 如物联网、云计算、大数据等, 推动教育教育改革和学习的创新发展, 这些先进技术支撑着智慧校园的设计建设与创新应用。

(一) 物联网技术

物联网作为基础设施, 基于可互操作的信息及通信技术, 通过虚实相联来提供服务。智慧校园内所有物的数据化及其数据采集、传输与物联网密切相联, 物联网在创建智慧学习环境过程中发挥着重要作用, 能依据用户的地理位置, 扩展其知识能力, 以便推送相关的学科知识, 进而构建超级学习环境, 借助情景感知, 学习相关体可在此环境中相互交流、互动。物联网技术在智慧校园建设中的应用, 可优化教学环境、提升实验教学、维护校园安全及管理、缩小区域间的差距等[2]。

(二) 云计算

云计算是指用户依据一定条件, 在众多计算设备组成资源池上按需获取存储空间、计算力和信息服务。智慧校园中基于云计算建设的数据中心, 提供以前难以满足的用户对稳定的高性能服务器环境、存储空间, 以及对高价正版应用软件的需求服务, 还可搭建私有云平台, 给校内各部门及个体研究者提供完善的虚拟化服务器, 为他们搭建属于自己的服务器环境, 以便提供个性化服务。在智慧校园建设中应用云计算, 可整合教育资源、降低教育成本、转变教育方式、提高管理效率等[2]。

(三) 大数据

大数据具有规模性、高速性、多样性的特征, 这些特征决定了大数据在智慧校园中的应用价值和会对教育信息化发展的巨大影响。在智慧校园建设中, 大数据的使用体现了一种新的理念, 即大数据是一种至关重要的基础资源;它更关注事物间的关联性, 在教育领域可揭示教育教学各元素间的相关性, 具有统计学特点;可用于事物预测, 洞察其发展方向为教学提供巨大的价值。同时, 大数据来源广泛, 结构多样, 规模庞大, 时间空间的延续性保证了它客观性更强, 应用前景广阔。大数据在智慧校园建设中的应用, 可促进教与学的有效性、实现教育的普惠化和个性化、促进教育评价的全面化、推进教育决策的科学性、完善教育质量监控体系、加速构建智慧教育生态圈等[2]。

(四) 先进组网技术

WLAN、移动互联网、WPAN、WBAN、无源光网络、10G以太网等先进组网技术的应用, 确保智慧校园在时间和空间上的网络无缝覆盖, 实现个人或人群间智能终端的相互连接、通信和资源的共享, 满足智慧校园建设的内容传输承载监管要求, 保证多媒体教学、资源传输等高带宽需求, 它们共同营造了一个智慧网络环境, 是智慧校园建设的重要支撑。先进组网技术对智慧校园建设的影响:教育资源碎片化、教育场景移动化、教育模式按需化、教育形式互动化等[2]。

(五) 教育仿真技术

目前, 教育仿真技术主要集中在软件、工具等方面, 如仿真实验室、仿真教学环境、仿真教具等, 这也是目前智慧校园建设的重点。但未来智慧校园的建设应更关注教育系统的仿真研究及应用。它是教育技术学领域中的一项关键技术, 将会成为推动教育事业发展的利器。教育系统仿真的目的是对教育系统发展演变过程进行再现, 分析教育现象及其过程, 发现教育发展中的问题, 以便为教育决策者制定合理的决策提供有效支持, 或对教学进行正面干预以促进学生的发展。

(六) 其他先进技术

(1) 虚拟化技术。虚拟化技术主要用于智慧校园数据中心的建设, 主要有指存储虚拟化和服务器虚拟化两种, 其目的是简化管理工作、提高资源利用率、优化存储性能、保证数据的连贯性和完整性、降低建设及运营成本等。云计算与虚拟化相结合, 用于构建智慧数据中心, 并提供安全、高效、优质的服务。

(2) 学习分析技术。学习分析技术是测量、收集、分析和报告有关学生及其学习环境的数据, 用以理解和优化学习及其产生的环境的技术, 以便更好地理解和优化学习及学习发生的情景, 从而提高学习效率和教学效果。它的应用使智慧校园建设中的各主体, 如教师、学生、教育管理者, 可根据自身定位来完善自身行为, 提供效率。大数据支持的学习分析技术将会使未来学习、教学和管理更精准化、高效化。

(3) 3D/4D打印技术。3D/4D打印技术促进了教学和学习创新, 有利于提高学生的动手能力、激发学生的学习兴趣、培养学生的创造力。尤其是4D打印技术, 它颠覆了人们对打印的传统认识, 打印不再是创造过程的终结, 而仅仅是一条路径, 打印的产品可以进化, 使其具有智慧的属性。它将会激发教育中的很多创新, 可设计出具有自我修复功能的产品。3D/4D打印技术应用在智慧校园建设中, 推动教学创新。

(4) 可穿戴技术。可穿戴技术是探索和创造能把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入人们衣着中, 可支持手势、眼动操作等多种交互方式的创新技术。可以跟踪使用者的心率、血压等生命指标、专注、疲劳等大脑状态, 还可检测学习过程中的情绪变化, 为个性化学习提供支持。可穿戴技术将会使未来学习和生活更具智能化, 是未来智慧校园建设的方向之一。

三、智慧校园发展展望

(一) 着眼智慧内在, 加强建用协调

“智慧-体现在何处, 如何体现”将是未来智慧校园发展的关键所在, 尤其是在“节能减排、生态文明、效益最大化”等理念下, 设计建设实用性强、个性化鲜明、智慧化显著, 用户满意度高的智慧校园。这就要求建用各方人员加强协调, 依据需求, 缩小建用差距, 共同促进智慧校园的建设使之满足用户的要求[3]。

(二) 以用户为中心, 强化内涵建设

对信息化深入认识的教学信息化进程要求, 智慧校园建设必须在教育目的及先进理念的指引下强化内涵建设:以用户为中心, 以人为本、学与教为中心, 优先应用和服务提供。将信息技术融入教学中, 在满足用户需求的前提下, 综合考虑技术和管理方案, 并涵盖校园管理的方方面面, 以此构建稳定、灵活、便捷、安全、科学、广泛参与的智慧校园。

(三) 以开放姿态, 转向创新型人才培养

智慧校园的核心是服务与协作, 它的建设和应用应该是开放性的, 各方共同参与探索智慧教育。智慧校园构建智慧学习环境, 为具有创新意识、思维、能力的人才培养提供有力支撑, 促使师生从知识的消费者转向知识的创造者。支持教育由培养知识人转向培养智慧人、培养创造之人, 促进创新型国家建设, 实现中国的伟大复兴。

(四) 依据理论研究, 强化顶层设计

智慧校园建设的科学性与可行性, 需要理论高度的指导与分析, 通过诸多理论分析研究来构建智慧校园自身的设计和建设理论。对做好顶层设计对智慧校园建设至关重要, 它是促进智慧校园建设、提高教育教学效果、效率与效益最大化的基础和保证。同时, 智慧校园的智慧型设计需要理论层面的探究, 需要教育学、设计学、教育信息化等理论的指导。

摘要：从智慧校园的定义及表现入手探讨智慧校园建设的关键技术, 智慧校园建设离不开云计算、大数据、物联网等先进技术的支撑。智慧校园作为智慧教育的重要一环, 未来的发展应以用户为中心强化内涵建设, 以开放姿态强化协调合作, 做好顶层设计, 构建创新人才培养环境。

关键词：智慧校园,关键技术