县域中小学数字化校园建设与应用模式的研究和实践*

2019-06-03李学军张殿兵查满玲

中国教育信息化 2019年9期

李学军，张殿兵，查满玲

（1.天长市教育体育局，安徽天长 239300；2.天长市实验中学，安徽天长 239300）

一、引言

在教育信息化的发展历程中，建设和应用始终是核心关键词。2.0时代 “三全两高一大”的实现更离不开它们。建设是学校或教育行政部门主导的，各种信息化基础设施软硬件设备采购、安装及系统集成的过程；应用是学生、老师及教育管理者使用各种信息化设施改变教学模式，融合创新实现教育现代化的过程。建设围绕着发展方向、以应用需求为导向展开，应用又推动着基础设施建设与更新的步伐，两者相辅相成、相得益彰。县域中小学数字化校园建设与应用模式是在县域范围内整体推进信息化水平，实现教育现代化的一种适用方法。

二、中小学数字化校园建设与应用的一般方法论

1.一般方法

一般方法是指中小学校主导规划、建设、运维本校的信息化系统，开展具有学校特色的教育教学管理应用，从而实现校园数字化的一种适用方法。采用该方法，学校需要建设和运维一个完整信息化系统所要求的所有部件，包含学校应用服务系统、校园内部网络、应用终端。该方法建成的数字化校园是一个孤立的信息化生态体系，系统内部各应用模块难以整合、互通、衔接和开放，校际之间不能实现共建共享和互联互通，县域范围内无法形成教育大数据，不符合教育信息化的发展方向。一般方法建成的数字化校园系统结构如图1所示。

图1 中小学校数字化校园系统结构图

2.前置条件

一般方法中，学校在信息化建设与应用中占主导地位，要求具备以下几项前置条件：

第一，校长具有较高的信息化素养，在理念上具有前瞻性，能够重视并大力推动数字化校园建设和应用。

第二，学校具有一支能正确把握教育信息化发展方向、执行力强、技术过硬的组织机构，能切实做好数字化校园的规划、设计、建设、应用及运维工作。同时，学校还需具有较强的资金实力，能够保证数字化校园建设和应用所需的资金投入，并能维持持续发展的动力。

第三，师生具有较高的信息素养，能把信息技术与教育教学管理相融合，实现教育教学管理的信息化和现代化。

数字化校园是一个集成多学科的复杂系统，建设者必须充分挖掘并整合多种外部力量，发挥各自所长，通力配合，才能达到预期的效果。在多年的教育信息化工作中，我们发现，大多数中小学校，特别是农村中小学校的综合实力离上述条件还存在一定的距离。

三、县域中小学数字化校园建设与应用的“五统模式”

1.“五统模式”

“五统模式”就是指由县域教育主管部门主导，统筹制订县域教育信息化发展规划，统一建设和优化信息化基础环境，统理并构建信息化应用生态系统，统管信息化系统的运行和维护，统揽信息技术素养的提升，在整体发展的基础上，实施县域中小学数字化校园建设与应用的方法。

（1）统筹规划

统筹规划是指由县域教育主管部门站在县域的角度，统筹制订本县域数字化校园建设与应用的整体发展规划。作为发展蓝图，规划应明确发展目标、机制体制、资金保障、人才队伍建设、实施方案、信息技术素养提升、应用推广等内容，指导一段时间内县域教育信息化的工作内容。

（2）统一建设

统一建设是指由县域教育主管部门主导，以“一片云”为中心、以“一张网”为基础建设县域教育信息化核心基础设施，以相同的标准体系建设学校信息化应用的“N台终端”，形成县域教育信息化“1+1+N云网端”体系。

第一，“一片云”：县域教育私有云。它通过云技术和虚拟化技术为所有学校提供资源、计算及存储服务，通过各类信息化应用系统为所有学生、老师及教育管理者提供教育教学管理服务，如图2所示。“一片云”把一般方法中各校自行建设、彼此孤立的“学校应用服务系统”及应用数据集中起来，形成了县域应用资源池和大数据仓库，为后续发展提供了强劲动力。私有云应由教育主管部门主导，采取自主建设、政府统一建设、以租代建等多种方式建设，其中以租代建的方式更具可行性。

第二，“一张网”：教育城域网。它采用虚拟以太网技术，通过物理线路或逻辑链路将所有学校及教育私有云连接起来，形成一个覆盖全县域的高速教育专用网络，如图3所示。“一张网”打破了学校间的网络壁垒，把一般方法中彼此割裂的学校校园网融合成一体，实现所有学校间及学校与私有云间高速互联互通。教育城域网只能由当地网络服务商，通过以租代建的方式建设。

图2 县域教育私有云结构图

图3 教育城域网拓扑结构图

第三，“N台终端”：学校信息化应用终端。它包含电脑及移动终端、联网多媒体设备、智能感知和识别设备等。作为信息化应用的重要抓手，教育主管部门应制订应用终端统一的建设标准，包含建设内容、技术路线、接口规范、建设标准、施工工艺等。建设方式应以教育主管部门集中招标采购为主。

（3）统理应用

统理应用是指由县域教育主管部门统一梳理各级各类信息化应用，把各种应用划分为国家级核心及省级通用应用系统、区域通用及特色应用系统和学校通用及特色应用系统三大类，融合进县域私有云，通过统一的身份认证和单点登录为用户提供应用服务，并打通本级云平台与省级云平台的低层数据通道，实时或定时交换数据，形成县域教育信息化应用生态环境，如图4所示。

（4）统管运维

统管运维是指由教育主管部门主导建立全域统一的信息化运维体系。

图4 县域教育信息化应用生态环境

第一，依靠内部力量，建立县域三级运维体系，采取自行维护的方式完成运维工作。即在教育系统内部建立区县、学区、学校三级运维保障体系，其中学校级负责终端设备基本运维工作，学区级负责技术难度较大、学校无力完成的终端设备运维工作，区县级负责县域信息化系统级运维及技术难度极大、学区及学校级无力完成的终端设备运维工作。采取该方法需建立健全人员技术培训及考核、运维经费及保障等机制，特别是运维人员技术能力提升及工作量认定办法等。

第二，依靠外部力量，采取购买服务的形式完成运维工作。即通过购买服务，把学校、县域所有信息化终端、信息化系统的运维、保障工作外包给专业公司。该方法可以大大减轻学校的运维工作量，提高运维质量，但需要对外包公司的运维质量进行定量考核。

（5）统揽提升

统揽提升是指在教育主管部门的主导下，全面提升校长、教师、学生的信息技术素养，提升信息技术专业人员的综合能力。

第一，依托中小学校长信息化领导力提升工程，加大对中小学校校长的培训力度，重点提升他们 “评价推动”的能力，使学校主导的信息化应用能有效开展。

第二，依托中小学教师信息技术应用能力提升工程，提升教师信息技术应用能力，重点提升他们应用信息技术改革教学模式、转变学习方式的能力。

第三，根据《中小学信息技术课程指导纲要》开足开齐信息技术课程，让学生了解和掌握信息技术基本知识和技能，开设创新实践课程，重点提升学生的创新能力。

第四，扎实开展信息技术专业人员的培训工作，重点提升他们指导信息化应用、维护信息化终端的综合能力。可采取外派系统性集中培训、针对性突击培训等多种方式相结合。

“五统模式”下，县域中小学数字化校园建设与应用模式如图5所示。

图5 “五统模式”模式图

2.优越性

（1）易于推动县域教育信息化的整体发展

第一，“五统模式”突出了县域教育主管部门在数字化校园“建设”中主导地位，降低了一般方法中“建设”对学校综合实力的要求，屏蔽了不同学校综合实力的差异。教育主管部门可以充分发挥其自身优势，整合各种资源，克服各种困难，高标准、严要求地全面推进县域数字化校园建设，实现县域教育信息化的均衡发展。

第二、“五统模式”突出了学校在数字化校园“应用”中主导地位，学生、老师和学校可以发挥自身特长，专注于统一的、可用的、易用的信息化生态环境，提高学生兴趣，提高工作效率和教学效果，提高管理水平，深刻体会信息技术对教育教学管理的促进作用，易于推动信息技术与教育教学管理的融合创新，实现教育现代化。

第三，唯物辩证法认为：“世界上一切现象和过程，内部都包含着两个互相关联、互相排斥的对立方面。这两个方面既统一又斗争，由此推动事物的转化和发展。”“五统模式”把“建设”和“应用”视为信息化发展过程中的两个基本对立面，“建设”与“应用”间具有既统一又斗争的关系，即“建设”的目的是“应用”，起着决定作用，“应用”是“建设”的动力，起着反向的推动作用，有利于推动着教育信息化的发展进程。

（2）降低县域教育信息化建设的资金投入

“五统模式”强调建设一个区域化数字化校园信息系统，可以有效地降低县域教育信息化的资金投入。

第一，通过建设教育私有云，统一为学校提供资源、计算及存储服务，避免各校网络中心应用服务器等设备及软件的过度重复建设，在提高应用系统安全性、可靠性、稳定性的情况下大幅度降低了投入，降低了公共能耗。

第二，通过建设教育城域网，统一各校的互联网出口，避免各校在互联网出口带宽、安全及管理设备等方面大量的重复建设，在不降低网络性能及安全性的前提下，有效地降低了投入。

第三，通过教育主管部门集中采购学校的应用终端，利用规模优势有效地降低了投入。

第四，通过统管的运维模式，大幅度减少了信息化设备运维成本，在保证可持续发展的情况下有效地降低了投入。

（3）符合教育信息化2.0时代的要求

《教育信息化2.0行动计划》指出：数字校园建设覆盖全体学校；建成“互联网+教育”大平台；引入“平台+教育”服务模式，逐步实现资源平台、管理平台的互通、衔接与开放。

一般方法中，各校自主建设的数字化校园是彼此孤立的、封闭的单个信息化系统。“五统模式”强调“县域教育大平台”建设，通过教育城域网实现所有学校间的互联互通，通过教育私有云实现区域化的教育教学管理并形成教育大数据，通过分析和挖掘大数据，为决策提供科学依据，符合教育信息化2.0时代的要求。

3.可行性

第一，县域教育主管部门能正确把握教育信息化的发展方向，能充分理解上级的发展要求，能有效执行上级部门的方针政策。

第二，县域教育主管部门能通过多种方式争取到上级机关及外部专业人员的支持，能整合各类资源并站在更高的角度做好本县域教育信息化的规划、建设、应用和运维等工作，如外聘专家、购买服务等。

第三，县域教育主管部门能充分发挥其管理职能，采取各种政策、措施提高学校各类人员的信息技术素养，维持发展的持续动力，如外出学习、集中培训等。

第四，县域教育主管部门能采取一定的方式筹措信息化建设所需的资金，如学校信息化经费县域统筹使用、提高教育经费中信息化经费支出比例、争取政府额外的专项拨款等。

四、县域“五统模式”实践案例及成效

天长市位于安徽省滁州市东部，全市总人口63万人，现有民办幼儿园51所、公办中小学66所、职业中学1所，在校学生约6万人，班级数1493个，在职教职工约5600人。

1.实践案例

（1）统筹规划，高点定位

2014年，天长市统筹规划，印发了《天长市基础教育信息化发展规划（2014-2018年）》。在规划的指引下，在多部门专业技术专家反复论证后，天长市教体局编制了《天长市教育私有云建设方案》《天长市区域数字化校园平台软件建设方案》《天长市教育城域网建设方案》等多个建设方案，印发了《天长市中小学校园网建设与改造指导意见》《天长市中小学信息化设备及人员配备标准》等多个文件，高标准、严要求，积极推动县域教育信息化的整体发展。

（2）统一建设，分步实施

2015年12月，天长市采用以租代建的方式建成了教育城域网，学校校园网标准化改造也陆续完成。教育城域网采用物理光纤链路把所有学校连接起来，形成一个覆盖全市的高速教育城域专用网络。改造后的校园网均实现了千兆主干、百兆接入，并通过千兆专线连接城域网。教育城域网统一了所有学校的互联网出口，通过1000M电信专线和100M移动专线接入互联网，通过实名认证实现了用户上网的全程监管，通过流量控制实现了网络应用的精细化管理。整个教育系统“一张网”，形成了县域数字化校园的神经网络。

2016年8月，天长市采用自主建设的方式建成了县域教育私有云基础设施。私有云共提供了224个CPU计算核心、1280G服务器内存和20T的存储空间，通过万兆线路连接至教育城域网，为县域教育信息化提供了丰富的计算、资源及存储服务。2017年12月，区域数字化校园平台软件通过初步验收并陆续投入使用，该平台软件共划分为16项县级通用及特色应用系统和7项校级通用及特色应用系统，涵盖教育主管部门对学校日常业务管理及学校开展内部业务管理等诸多方面的管理需求。整个系统构成“一片云”，成为县域数字化校园的神经中枢。

2014起，天长市通过集中采购的方式，逐年采购各校信息化终端设备。截至2018年底，校园网建有率达100%，互联网出口带宽全部满足要求，多媒体教学设备覆盖率达 100%，生机比达 7.4∶1，师机比达 0.97∶1，各校功能教室也达到了标准要求。丰富的“N台终端”为县域数字化校园添加了更多神经元。

（3）统理应用，特色鲜明

天长市把国家级核心及省级通用应用系统、区域通用及特色应用系统和学校通用及特色应用系统集中在区域数字化校园平台中，实现了各应用系统的单点登录，提供了良好的用户体检，提高了使用率。

天长市还建成了多项有地方特色的专项应用系统，如“集中视频监控系统”、“县域图书管理系统”、“德育影音教育系统”等。其中，集中视频监控系统实时采集各学校重点位置的摄像头信号，转发并融入市平安城市系统，实现了平安校园；采集各学校食堂摄像头信号，转发到市场监督管理局，实现了“明厨亮灶”的管理要求；采集各学校功能教室的摄像头信号，通过画面分析加强学校实验课程开设管理等。县域图书管理系统提供各校图书馆藏查询、图书借还登记等服务，形成县域图书大数据。德育影音教育系统通过教育城域网，向分布在各校的终端设备发送央视传媒制作的社会主义核心价值观等24大类德育教育视频，利用碎片时间对学生开展德育教育。

（4）统管运维，保障有力

天长市依靠自身力量，成立了“县域数字化校园技术与保障组织”，建成区县级、学区级、学校级三级运维体系，做好信息化终端设备及校园内部网络的日常维护工作。同时，主管部门配合网络运营商做好城域网的运行维护工作，配合承建方做好私有云系统的运行维护工作。在各方的通力配合下，天长市县域数字化校园“云网端”系统运行状态良好。

（5）统揽提升，素养提升

天长市通过校长信息化领导力提升工程、信息技术应用能力提升工程提高校长和老师的信息化素养，通过信息技术课程和课外活动相结合提高学生的信息化素养，通过不定期通用技术及专项应用培训、QQ群及微信群实时交流等多种方式，提高信息技术维护人员的综合素质，取得了良好的效果。同时，天长市还不定期组织校长、老师和信息技术维护人员，参加各类教育装备展览、教育信息化论坛、新媒体新技术教学应用研讨、创新课堂教学实践观摩等活动，拓宽视野，进一步提升素养。

2.成效分析

（1）社会效益明显，起到了辐射和示范作用

第一，天长市屏蔽了学校在城乡、规模、实力方面的差异，按照统一的标准全面推进各校数字化校园建设，实现了教育装备的标准化和现代化，使县域内的每一名师生都能平等享受到信息化带来的成果，实现了县域教育信息化的均衡发展和教育公平。

第二，天长市通过区域通用及特色应用系统和学校通用及特色应用系统，全面、准确、及时、有效地掌握着学校教育教学管理的多项信息，实现教育教学管理的精细化，为教育管理者提供了科学的决策依据，提高了决策的科学性和有效性。

2017年度，天长市 “五统模式”推进县域数字化校园建设与应用案例，在安徽省教育厅基础教育信息化应用典型示范案例评选中荣获区域案例第二名。同年，滁州市教育信息化工作现场会在天长市召开，该模式作为典型经验被会议推广。

（2）经济效益明显，提高了投入产出比

第一，通过减少学校信息化系统的重复建设，降低了建设投入。根据《安徽省中小学校信息化基本标准》要求，在电子产品的6年使用周期内，在“一般方法”下，天长市所有公办中小学在“云网”建设中的基本软硬件投入约需2004万元，而采用“五统模式”，实际投入仅685万元，如表1所示。不仅如此，在教育教学管理应用软件及教学资源采购上，“五统模式”比“一般方法”更能降低无法估量的重复建设投入。

表1 一个周期内两种方法部分建设投入对比

第二，通过减少设备数量和统管运维，降低了运维投入。如表1所示，学校云网基本硬件设备计298台，每天总耗能1072.8度，而该市数据与计算中心所有云网设备每天耗能180度，不仅有效降低了运维投入，每年还减少了约255809千克碳排放量。同时，设备的维修维护、辅助设施等运维费用也大幅度下降。

第三，通过县域应用系统及专项特色应用系统建设，降低了教育教学管理投入。通过系统应用，原先需要赴现场开展的业务管理工作逐步被信息化手段代替。例如，多年来，该市每年都要组织大量的人力、财力，赴学校实地检查实验课程的授课情况。全市集中视频监控系统建成后，系统利用AI技术，通过安装在各校实验室的监控摄像头，自动分析并生成各校实验课授课情况报表。诸如此类的应用还有数据填报系统、财务核算系统等。

（3）促进效益明显，提升了县域教育信息化水平

第一，促进了教师信息化素养的提升。在2018年滁州市第三届中小学教师多媒体课堂教学技能竞赛中，天长市随机抽取参赛的20名教师团体总分位居8个区县榜首。天长市工业学校教师更是在全国各类信息化大赛中屡获殊荣。

第二，促进了学生信息化素养的提升。在安徽省第十六届中小学电脑制作活动中，天长市共有6人获奖，其中一等奖2人，为近年来最好成绩。

第三，促进了学校信息化水平的提升。《安徽省2017年教育信息化发展报告》显示，天长市在教学应用、教学资源和教学管理三个方面均达到第二类水平，其中教学应用方面，在全省115个区县中排列第17位。