武汉大学面向师生的综合性、一体化、基础性的教学公共服务平台的顶层设计

【摘要】互联网的飞速发展，提升了知识获取的便利性，打破了传统教学模式下的空间限制和时间限制，也间接导致高校必须提升教学环境的智能化和教學服务的便捷性。文章结合武汉大学的现状，从问题入手，采用顶层设计方式，以实现综合性、一体化、基础性的教学公共服务为目标，从设计思路、系统架构、应用功能等多个层面对教学公共服务平台的建设进行介绍，希望能为高校教学环境升级改造、教学服务优化改进提供借鉴和参考。

【关键词】顶层设计 教学服务 智慧教室 视频结构化分析 教学模

互联网的飞速发展，引起知识获取方式的重大变革，尤其是在互联网、移动互联网下成长的新生代大学生，已习惯在互联网上快速、甚至系统的获取知识和技能，这使得传统课堂“系统性”、“讲授式”的授课模式，无法吸引学生的目光，急需对教学模式进行改革以适应新的要求和变化。

教学模式的改革，离不开基础教学环境的支持，离不开各类教学服务的支持。但近几年的智慧教室建设，更多还是一种探索和尝试。从成果上来看，提供了更好、更智能的教学环境，引入了更先进、更智慧的教学设施。但从老师反馈来看，智慧教室的使用体验、教学流程辅助等方面还需要不断的优化和提升。

一、遇到问题

武汉大学教育技术与教学服务中心，主要负责全校公共教学平台（包括教室、计算机机房、英语自主学习中心等）的建设、管理、维护，现代教育技术信息化应用、培训和推广，全校教学媒体、网络课程资源的制作、编辑、发布以及维护等工作，公共教室物业管理与日常维护，教材供应管理等教学服务工作，是学校直接面向师生的教学支撑、教学服务和管理的基础性、服务性职能部门。

作为学校本科教育信息化建设的主要部门之一，中心管理全校教室，拥有本科教学一线数据资源，对建设智慧教育、智慧校园、智慧教室等方面有着得天独厚的先决条件。在多年的建设过程中，遇到以下主要问题：

标准规范缺失：高校教室众多，过去、现在、将来都可能会是多种品牌设备、多家集成商共存局面，但在当前的建设过程中，在关键环节、关键设备上缺少相应的标准规范支撑，造成建成后的系统，用户体验难以一致、软件系统难以互通、数据资源难以共享。

应用软件功能满意度较低：前期的信息化建设，更多还是在环境、硬件层面，以改善教学环境、降低教室管理和维护的复杂性为主。信息化建设跟着硬件厂商走，硬件提供什么，软件就用什么。应用软件系统的功能并不完全是按照实际需求来开发和建设，而更多的是厂商配套的软件中有什么功能就用什么功能。

教学环境管控力度急需加强：当前的教学环境管控，主要以教室中多媒体教学设备管控为主。但随着新教学设备的不断涌现，现有的中控设备已经无法扩展，无法实现对新涌现的教学设备的接入和管控。此外，缺少对教室门禁、教室环境（灯光、窗帘、温湿度）、节能环保（无人情况下自动关电、关空调等）等方面的管理和自动控制。

二、顶层设计

1.设计思路

现状梳理、设定目标：多层面、多角度梳理当前业务现状、信息化现状，发现存在的问题和需要改进的地方。结合教改趋势、教育信息化发展趋势、以及学校的愿景和具体推进方案，设定基于技术和教学服务的业务目标、管理目标、信息化目标。

顶层设计、标准先行：对信息化建设进行整体规划，对应用系统进行顶层设计。从全局的角度考虑，而不是站在一域，或者仅仅解决某个问题的角度。在目标清晰的基础上，构建信息化蓝图、分解和设计具体项目、规划建设路径。并在关键环节、关键设备的选型采购上建立和完善相应的标准规范，作为硬件集成、应用集成、数据集成的基础要求和共识。

软硬分离、面向服务：树立硬件为软件服务，软件为应用服务，应用面向具体场景，解决具体问题的系统建设思路。要从“面向管理的信息化建设”升级到“面向服务的信息化建设”。在继续加强、改善内部信息化管理的基础上，加强面向老师、面向学生、面向学校管理者的服务型信息系统的建设。

分步实施、灵活调整：在整体规划基础上，分步建设系统。在建设和使用的过程中，在目标和规划不变的前提下，随时根据使用效果对建设内容和系统功能进行调整和优化，以确保系统的适用性和实用性。

2.业务规划设计

业务规划上（如图1），以围绕“教学服务的优化改进”为中心，实现教学环境与设备可集中管控，教学基础资源可统一管理，教学模式与过程可优化改良、教学评估可量化分析。

3.信息系统顶层设计

信息系统的规划设计（如图2），围绕以下重点进行：

“一个核心”：以围绕师生的教学服务优化改进为核心。

“两个转变”：从部门级应用向校级一体化应用转变;从面向内部工作人员的信息管理向面向全体师生的教学服务转变。

“三个统筹”：统筹考虑信息系统与信息系统之间的集成、协同共享关系;统筹考虑与校级信息化建设之间的集成、协同共享关系;统筹考虑逻辑集中、一体化设计开发的应用软件系统平台与各厂商、各品牌、各类型硬件之间的集成、协同共享关系。

“四个层面”：从教学资源、教学环境、教学服务、教学评估四个层面，实现教学基础资源可统一管理，教学环境与设备可集中管控，教学模式与过程可优化改良、教学评估可量化分析。

“五个统一”：统一访问、统一接入、统一体验、统一服务、统一架构。

教学公共服务平台是基于一个计算中心（云计算）、四张网络（办公网、教学网、视频网、无线WIFI）、两个资源库（结构化数据资源库、非结构化数据资源库）、四个支撑平台（应用门户、多渠道接入、应用集成、数据集成），通过整合、重构、完善、新建应用系统，建设教学服务与教学管理的三个中心（在线服务中心、应用访问中心、教学监控中心）、五个应用平台（教学资源平台、教室监控平台、教学服务平台、教学评估平台、协同管理平台）、三类服务渠道（PC端渠道、移动端渠道、自助设备端渠道），形成一个体系化的教学公共服务平台。

在系统设计上，以 SOA或微服务架构为基础，以平台化、组件化为系统设计、开发模式。尽量减少各层间、各系统间在技术上的相互依赖（软件对硬件、软件对系统、软件对平台、软件对数据、软件对软件、平台对平台等），使任一子系统未来的减少、增加和变更，不影响到其它子系统和总系统，从而最大限度地保护投资，减少对系统的维护和未来开发的投入。在系统整体化、功能化和规模化的同时，保证系统在技术上、经济上的可持续性发展。

4.标准规范的制定

复杂环境下的信息系统建设，离不开基础的标准规范。需要同步制定完善的标准规范包括：

（1）教室分类标准及各类型教室应具备功能。

（2）智慧教室建设的标准规范（控制面板交互规范、中控设备技术参数要求、集成施工要求等）。

（3）各种类型的课程视频（公开课、精品慕课、随堂录播等）的制作流程规范、视频标准规范。

（4）应用服务集成与数据集成共享规范。

5.应用系统功能

具体来说，建成后的系统功能应达到所有教室集中管控平台、集中监控中心，包括：

（1）面向师生的各类教学服务的展示中心、交付中心、管控中心。

（2）各类教学资源（结构化、非结构化）的集中管理和综合利用平台。

（3）基于上述各类教学资源的，面向教学过程、教学效果的数据分析平台。

（4）教学信息统一发布、教学支撑与保障的协同管控平台。

5.1教室管控平台

教室环境与设备的集中控制平台。

教室管控平台基于物联网、视频技术、流媒体技术等技术，一体化管理和控制教学楼及教室的各类相关设备资源，实现对教学楼、教室中各类基础设施（门禁、灯光、空调、窗帘、时钟、监控摄像头等）、教学设备（中控、投影仪、幕布、智慧黑板、互动大屏、视频切换矩阵、无线投屏设备、录播主机、音响、麦克风等）的集中一体化管理和控制。

5.2教学服务平台

面向师生的综合性教学服务平台。

教学服务平台的核心是服务于教学，以支撑教学、优化管理、提升质量为主要目标，通过软硬件的整体解决方案，将课堂教学延伸到在线教学、课下教学。通过对课前、课中、课后教学场景的梳理，重新定义符合教学流程和环节，让传统的教学方式变得更方便快捷，并可产生相关教学数据为教学评估分析提供数据支持。

教学服务平台提供如下的基础功能：

课下：课程体系、课程设计（大纲、知识点、知识图谱、资源库）、课程在线学习、课程学习互动、课程在线测验、课程在线咨询、课程作业与题库、课程学习统计、课程教学回顾等功能。

课中：教师插卡/刷脸/扫码上课、无感知点名、投屏共享、互动教学、随堂录课、课堂直播（含远程互动）等功能。

5.3教学资源平台

各类教学基础资源的存储、管理、处理平台。

教学资源主要分为两大类：结构化资源（分析建模后可结构化存储的数据）、非结构化资源（教学过程中产生的文件、影像、资料等，如：教学素材、教学课件、教学视频、录播视频、精品课慕课视频等）。

依据“少建库、多修渠”和“集中管理、分布应用”思路，将教学过程中产生的、贴近教学的数字资源进行统一的归档、管理，构建统一的、也是唯一的教学资源平台。教学资源平台更像是一个教学数据资源的管理工厂，提供多种通路实现数据资源采集和获取，按照类型和用途进行分类的存储和管理，通过数据系统的自动分析和加工、人工的分析和加工等方式，实现数据的标签化管理，为师生提供灵活多样的教学资源应用服务。

5.4分析平台

教学数据分析平台，分析结果为教学评估提供数据支撑。

现行的教学评价，主要是通过设立评价指标，提供教学评价表，由督导、学生定期或不定期对课堂教学的评分评价。但客观公正的教学评价不能局限在主观评价层面，需要多方面综合评价。从过去以人为主的主观评价，逐渐过渡到基于教学分析数据的多维度客观评价和主观评价相结合的方式。针对多种教学场景（课堂教学、在线视频教学、科研、实习实训等），贯穿教学全周期，针对不同阶段设立有针对性的数据采样点、数据分析指标，从培养计划（课件数量、课件多样性，知识点数量、知识点关联度、知识点延展度等）、教學过程（课堂教学选课人数，上课到课率、抬头率、互动次数、手机电脑上网时长、浏览内容，视频教学的点击数、收藏数、转发数、平均听课时长、平均互动交流次数等）等多角度、多维度的客观反映教学效果。

5.5协同管控平台

教学信息统一发布、教学支撑与保障的协同管控平台。

教学环境的改善，引入了越来越多、各种类型的交互屏幕，从宣传、管理和维稳的角度，需要加强对屏幕上展示内容、发布内容的管理，需要实现教学信息的集中、可控发布。同时，站在教学支撑和保障角度，教学空间的分散性、教学组织的松散性、教学模式的多样性、教学设备的复杂性，都离不开有序、高效、准确的支持和保障服务，教学空间的动态调配、教学设备的维修更换、课堂教学的远程协助等，需要一个统一平台实现跨地域、跨业务、跨时间的管理和协同，提供教学空间管理、教学设备管理、耗材配件管理、在线服务工单提交、服务流程跟踪监控、内控管理等多种基础支撑功能。

结束语

本文是结合武汉大学双一流建设，站在向师生提供一体化、综合性、基础性教学服务角度，以云计算、物联网、人工智能、视频结构化分析等技术为基础，对基础教学服务过程中涉及的教室集中管控、教学资源管理、教学综合服务、教学数据分析、协同管控支撑等五大领域进行的完整性顶层设计。该设计没有局限在某个领域，而是试图将教学服务的主要涉及领域一次性打通，变成一个整体系统，面向师生提供服务，实现教学服务的全方位覆盖，提供相对比较完整的、协同一体化的教学基础服务。未来随着信息化程度的深化， 需要不断对顶层设计进行调整和完善， 通过持续不断的建设、改进和优化， 以满足最新的教学管理与服务的需要。

参考文献：

[1]瞿诗齐 刘少江 李昀 余庆茂.高校以教学为导向的智慧教室的设计与构建[J].福建电脑，2019， 35（2）： 48-51

[2]王文莉，刘开茗.高职院校智慧校园设计规划研究[J].信息通信，2019（01）：107-108.

作者简介：姚中喜（1963- ），男，硕士，高级工程师，六级职员，研究方向;高校教育信息化。