面向智慧幼儿园的应用设计与实现

刘景容 刘淼

摘要：“互联网+”时代的全面来临，使智慧幼儿园建设成为必需，但现实是幼儿园信息化建设相对滞后，存在幼教工作者信息化素养不高而缺乏接受信息技术的主动性、已有应用系统缺乏互联互通而导致使用困难等问题。智慧幼儿园体系结构适宜采用分层架构，分层架构从下到上依次为智慧感知层、网络通信层、数据存储和访问层、智慧应用层和用户交互层，各层都可以在未来进行扩充建设。面向智慧幼儿园的应用可以分为教学类、内部管理类、家园合作类和社会宣传类。智慧幼儿园应用部署架构采用公有云和私有云混合架构，并与第三方平台互联互通。智慧幼儿园的建设是一个长期的过程，应分阶段实施。

关键词：智慧幼儿园;应用设计;应用融合;软件体系结构

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）S1-0060-06

引言

当前，中小学智慧校园建设正如火如荼，信息技术和教育教学深度融合，各种应用融合创新。[1-2]智慧幼兒园建设与中小学智慧校园建设相比，在建设路径和建设内容方面存在较大差异。[3]这主要是因为幼儿园与大中小学校园相比，存在三个方面的区别：一是规模小。 无论是师生人数，还是建筑面积，和大中小学相比幼儿园都不在一个数量级上，规模要小得多。 二是幼儿学习方式有别于大中小学学生。幼儿学习是以直接经验为基础，在游戏和日常生活中学习，强调直接感知、直接操作和亲身体验。大中小学学生要进行系统的学科知识学习，主要是间接经验知识的学习。三是幼儿园区域划分细致、房间种类多。区域有大门区、前厅接待区、家长等待区、办公区、休息饮水区、自由阅读区、活动演出区、通道区、室外公共活动区及各种游戏活动区等;房间有课程教室、多功能活动教室、幼儿休息室、阅读教室、音乐教室、舞蹈教室、美术教室、动手创作教室、库房、教具室、厨房、消毒室和食品储藏室等。

目前，很多幼儿园都在积极进行信息化建设，投入了大量资金，建立了各种应用软件系统，这些系统覆盖了幼儿园大部分日常工作。有了这些系统，幼儿园信息化建设似乎已经达到很高水平了。但对信息化产品互联互通的价值认识不到位所带来的多个不兼容的系统在运行中相互影响、牵制的问题也时常出现。因此，智慧幼儿园的建设绝不是各种应用系统的简单叠加，应该全面分析，统筹规划。智慧幼儿园要把幼儿园各个方面的工作与各种现代信息技术进行融合，融合的广度和深度决定了智慧幼儿园的智慧程度。智慧幼儿园的核心特征主要表现在四个方面：一是各种应用融合，管理高效率;二是打通在园教育和家庭教育，家园联系深度化;三是幼儿园物理环境智能感知可调，使幼儿倍感舒适;四是技术融合创新，能识别幼儿个体特征和学习情境，提供优质学习资源，记录和评价学习效果，使幼儿身心愉悦。

智慧幼儿园体系结构

从常用软件体系结构模式来看，按照《智慧校园总体框架》标准，智慧幼儿园适宜采用分层的层次架构。[4]在层次架构中，每层为其直接上层提供服务，各层之间的服务调用都通过公开的接口进行。这样一来，只要接口不变，各层本身的内容可以进行增减变化，不会引起上层的变化。智慧幼儿园体系结构如图1所示。

智慧感知层是智慧幼儿园的数据采集层，通过运用网络摄像机、无线射频技术、移动终端及各种传感器等技术手段，采集幼儿园环境、人员、设备及物品等多种要素的实时数据，如活动室的温湿度、幼儿位置和体温等数据。智慧感知层是分析调节环境参数、人员或重要物品定位寻找、监测管理各种设备及幼儿健康检测服务的基础数据源，采集的数据通过网络通信层进入数据存储和访问层。

网络通信层承担了智慧幼儿园的无缝通信任务，通过有线和无线通信设备，确保幼儿园网络全覆盖，无通信盲区。网络通信层是智慧幼儿园物理环境、设备、人员和各种智慧应用之间互联的基础，主要通过搭建覆盖全园的网络来实现。一般说来，幼儿园园区范围小，建筑物不多，可以通过在幼儿园建设高速有线主干网络，联通主要建筑物，并有高带宽的通信链路与互联网相通。在其他区域搭建无线WIFI，接入园内主干网络，这样既可省去布线成本，又实现了网络全园覆盖。

智慧感知层实时采集大量数据，各种智慧应用在使用过程中也会生成大量数据，同时也需要访问各种已有数据。数据存储和访问层是整个架构的核心，担负数据存储和提供访问服务的功能。幼儿园数据分为结构化数据和非结构化数据两大类。结构化数据包括员工、幼儿基本信息，教玩具和设备等信息，这些数据属于基础数据，应存储在核心数据库中，方便各种智慧应用共享。智慧感知层采集的各种数据和单个应用生成的部分结构化数据，具有更新快、使用范围小等特点，应存储在扩展数据库中。非结构化数据主要包括生成的各种文档、图片、音视频等教学资源，这类数据存储在资源库或档案库中，方便查找和访问。

智慧应用层涵盖了各类幼儿园应用，包括教学类、内部管理类、家园合作类和社会宣传类应用。智慧应用层是智慧幼儿园建设的主要内容，幼儿园的智慧程度主要由各种智慧应用来体现。用户交互层包括移动APP、微信和门户网站。移动APP和微信支持随时随地使用各种智慧应用。门户网站支持单点登录，一站式使用各种智慧应用。

图1的左边是通用标准和协议，右边是网络安全技术，这两部分内容是贯穿上述五层的，也就是各层建设都需要遵循通用标准和协议，都要采用各种网络安全技术。在建设智慧幼儿园过程中，要注意采用遵循这些通用标准、实现各种通信协议和网络安全技术的软件和硬件设备。在开发各种智慧应用时，需要采用安全编程技术，进行安全测试，确保各种应用的使用安全;要遵循各种行业标准，方便应用之间互联互通。

应用分类及部署架构

1.应用分类

根据智慧幼儿园应用所处的问题领域，可以将幼儿园应用软件系统划分为四大类：教学类、内部管理类、家园合作类和社会宣传类。[5]

教学类主要指在幼儿园教学活动中，应用多媒体和网络技术的各种教学类应用系统。网络技术在幼儿教学中主要用来实现交互式软件的访问、教学资源库的共享。多媒体技术集声音、图像于一体，生动形象，具有丰富的表现力和交互性，是幼儿喜欢的一种教学方式。多媒体技术既可以体现在传统视频录像中，也可以体现在交互性更强的学习类软件中，如AR/VR类应用。这类应用能使幼儿沉浸式学习，提升幼儿体验效果。

内部管理类主要指视频监控系统、办公系统、考勤与接送管理系统、资产管理系统、财务管理系统、幼儿膳食营养与卫生保健管理系统等。这类系统主要在幼儿园内部使用，方便各种资料的收集、统计、归档，降低管理的劳动量，提高工作的准确度和效率，促进幼儿园现代化管理。

家园合作类主要指校讯通、幼儿成长档案等系统。这类系统主要是加强家园沟通，使家长/教师全天候了解幼儿在家或在园的表现，家园协同，有针对性地开展合作性教育。

社会宣传类主要指幼儿园站点、微信公众号和论坛等系统。这类系统为幼儿园提供了展示园所风采、普及推广科学育儿知识及密切家园联系的途径，起到社会宣传的作用，扩大幼儿园的知名度，提升美誉度。

2.应用部署架构

智慧幼儿园的应用繁多，最好能部署在云计算平台上，这样就能随着部署应用的增加，灵活调配云计算资源。智慧幼儿园可以在园内建设私有云，在互联网上租用公有云。有些应用只能部署在幼儿园内，如智慧感知层的各种智能设备和应用、视頻监控系统、签到签退系统、访客登记系统和配餐系统等;有些因为保密性要求高，或因为要求很高的访问带宽，工作时间访问量大，最好能部署在幼儿园内，如财务管理系统、档案管理系统和智慧课程资源库等，这些应用适合部署在幼儿园私有云上;有些应用因为需要保证随时随地都能访问，部署在公有云端，如协同办公系统、门户网站和幼儿成长档案系统等。随着微信应用的普及，有些还需要部署在微信平台上，如以微信小程序形式存在的应用和微信移动办公平台等。智慧幼儿园应用部署架构如图2所示。

图2中的公有云平台和私有云平台及微信平台之间通过互联网连接起来。同一平台上的应用之间互联互通，微信平台和私有云平台上的应用通过公有云上的应用互联互通，真正做到应用融合、技术融合创新。

主要应用的设计与实现

1.在线幼儿成长档案袋

笔者根据新西兰国家课程评价形式中“学习故事”的基本理念“爱与信任”设计和实现了一套在线幼儿成长档案袋系统。[6]该档案袋建设的最终目标是以网络为平台，家长和教师共同记录、评价幼儿的成长过程，并藉此增进家园互动、平等对话，进而实现深度合作，为幼儿健康成长营造良好环境。档案袋由封面、目录、内页、封底四部分构成。内页按照托班、小班、中班和大班的年龄特点分别设计了16～20个栏目，同一栏目在不同年龄段的档案中拥有不同的命名，内容与操作要求也相应地有所调整。这种设计使整套档案既具有系统性、完整性，又突出了不同年龄段的不同要求和特点。

档案袋内容设计可以归纳为基本信息、在园活动、家庭活动、幼儿作品、幼儿言语、纪念栏、成长报告和评语等8大模块，以图文结合，穿插音频、视频的形式呈现。“基本信息”有个人、家庭、幼儿园和班级的常规信息;“在园活动”包括一日活动的典型环节、功能室与区域活动、大型活动和主题活动等;“家庭活动”包括家庭中的日常活动、非常规活动和外出活动等不同类型的值得记录的活动;“幼儿作品”包括幼儿在园、在家庭与社区中进行创作的各类具有代表性的作品照片、录像和录音，包括画作、手工制品、建构作品、自编歌曲、舞蹈、故事、儿歌和游戏等;“幼儿言语”是反映幼儿思维与认知特点的有趣的具有纪念性的言行，可以是成人的文字记录或幼儿的录音、录像片段;“纪念栏”包括生日活动、毕业活动和好友记录等;“成长报告”是根据教育部颁布的《3～6岁儿童学习与发展指南》设计的11页模糊等级评价表，结合“指南”的教育建议，配备了约69000字的测评指导意见，针对每一条具体目标分别面向教师和家长提出了不同的观测建议，使教师和家长在园、在家的日常观察与评价更具操作性;“评语”包括父母、教师、亲朋好友在幼儿生日或学年末撰写或录音的总体评价性语言和寄语，还包括教师和家长以学习故事、教育故事为形式的轶事记录文本。

该系统促进了家庭与幼儿园的深度合作，实现了“合伙人”式的家园共育。[7]教师定期逐份阅读档案，深入了解每名幼儿及其家庭对他的理解、期望、评价等信息，对比幼儿在园的表现，对每名幼儿进行专业分析，并以此为基础对本班的教育实效进行全面的自我评价，以便有针对性地拟定班级下一阶段的保教工作计划和开展个案教育。家长随时查阅教师上传的信息，及时了解幼儿在园活动和班级工作情况，客观评价幼儿发展现状，主动配合教师完成保教工作计划。

2.协同办公系统

协同办公功能极大地提高园所内部的办公实效，并为留存电子版资料、档案提供便利条件。应用系统功能全面，包括消息中心、在线申请与审批、人员管理、教学管理、网上教研、资产管理、招生招聘、在线调查、规章制度、留言墙等，总计有15个功能模块，60多项功能。

幼儿园可向员工、家长发布通知，教师可在消息中心互发消息，也可向所在班的家长发通知。教师和家长可通过手机端阅读和回复，园长和管理员可查看员工和家长的阅读、回复等情况。带班教师可制订和发布教学周计划，园医可发布每周食谱，仓库管理员可在线管理教玩具、物品等，员工可共享同事的文档资源，管理人员根据权限可进行各种审批。由于每个幼儿园内部管理不尽相同，各种审批流程也各不相同。同一家幼儿园同一事项的审批流程，也会不断演化。协同办公系统内置人员管理权限子系统和工作流引擎，方便配置使用。当人员工作岗位变动，只需修改相应角色即可。当工作流程发生变化，只需修改原工作流定义，无需编程。

协同办公系统与档案管理系统和门户网站互通，最大限度减少重复劳动。办公过程中产生的各种文档资料，可以在审核通过后，直接发布到幼儿园的门户网站、电子班牌，也可以直接通过微信推送给家长。管理员在协同办公系统中指定要归档的文档资料，档案管理系统就会及时同步到档案资料库中。协同办公系统与微信平台互通，支持随时随地的移动办公，方便快捷，提升了园所的办公效率。

3.幼儿接送系统

幼儿接送系统使用条码或刷脸识别，方便快捷。当接送幼儿时，只需出示条码或刷脸，系统将进行接送人信息查询，并将接送人信息发至接送一体机上，供接送时进行信息核对。放学时间，家长直接在接送系统上扫码，然后对应班上的电子班牌会提示教师。班任教师根据提示信息，把小朋友送到门卫处，跟家长交接。当幼儿接送人发生变化时，家长只需登录系统，删掉不再接送幼儿的接送人信息，增加新的接送人信息，系统自动产生对应接送人的条码。系统流程图如图3所示。

条码不包含幼儿的任何信息，相比传统卡片，不存在信息泄露问题。幼儿接送系统产生的条码相对于每个幼儿的每个接送人来说，都是唯一的。传统卡片做不到这点，同一个幼儿的多张卡片信息往往是相同的，上面还有幼儿的个人信息，一旦丢失，容易被坏人利用。

在接送的同时，接送系统对接送人进行拍照，并将所拍照片发送到幼儿父母微信上。所有幼儿的出勤数据包括体温数据等，都同步到协同办公系统上，可以直接在协同办公系统上进行统计与导出。即使在无网络的情况下，系统也可以进行接送考勤，等网络恢复后，数据会同步到云端的协同办公系统。家长在送幼儿到园时，也可在系统或微信上登记各种在园注意事项。这些信息会自动发送到配餐间的APP上，精确显示各班在园人数和注意事项，实现精准配餐，避免浪费。

4.幼儿园门户网站

幼儿园门户网站适合采用内容管理系统来实现，要求能为每所幼儿园单独设置域名，避免了园所独立申请网站要面临的烦琐申报手续。内容管理系统方便配置门户网站样式，设有丰富的板块和各种栏目，具有留言、在线调查、在线招生与招聘等功能。

幼儿园管理员登录内容管理系统后，可设置或修改幼儿园站点栏目和板块的数量、名称和排列样式，发布各种信息。设置或发布的信息都会在幼儿园门户网站上实时展示。每所幼儿园可根据本园实际情况，设置不同栏目和板块，选择不同的设计风格，避免各幼儿园门户网站千篇一律、千园一面的问题，实现站点个性化的需求。幼儿园门户网站实现了单点登录功能，用户一旦登录门户网站，可直接访问智慧幼儿园的各种应用系统。

5.幼兒园档案管理系统

幼儿园档案数量巨大，归档整理工作量大，人工查询分类费时费力，工作效率低下，而且实物的档案原件受制于保存环境，并且利用者的重复使用也很有可能造成原件档案的损坏，这给档案的管理带来极大的困难。档案管理系统是一个直接部署在幼儿园内，为整个幼儿园的档案资料提供电子化、信息化管理的一套系统，员工在内部网可以直接快速地上传和管理文件，对文件进行授权、浏览、归档等。档案管理系统使得幼儿园的档案管理更加规范，不仅提高了文档的安全性，而且大大提高了档案资料的重用性，减少了幼儿园在档案管理方面的风险与工作量。

档案管理系统尽管部署在幼儿园内部网中，但也与协同办公系统互联互通，可以直接把协同办公系统中日常办公文件、资料、视频、图像归档到档案管理系统中，简单、快捷，实现了在日常办公的同时，归档留存资料，无需二次劳动。

幼儿园开发的各种园本课程教学资源，也可存放在档案管理系统中。档案管理系统可以为这些园本教学资源生成访问二维码，教师在对应实物上贴上访问二维码。幼儿使用平板电脑扫描后，就能展现生动的音像资料，支持幼儿自主地进行探究式学习。

结论

实践证明，建设智慧幼儿园是可行的，也是有价值的。政府应加大对幼儿园信息化建设的经费投入，提高学前教育工作者的信息化素养，打造一批具有示范性的智慧幼儿园，引领行业发展，加快学前教育现代化进程。

智慧幼儿园建设范围广，采用技术多样，这决定了智慧幼儿园的建设是一个长期的过程，不可能一蹴而就。员工和家长也需要时间逐步适应，在使用过程中提高信息化素养。智慧幼儿园建设可以分为三个阶段进行：第一阶段侧重智慧管理和智慧家园合作建设，各种智慧应用融合，深化家园合作，提高工作效率;第二阶段侧重智慧环境建设，全面建设智慧感知层，创造舒适安全的园内环境;第三阶段侧重智慧课程建设，融合新技术，创新课程建设。

参考文献：

[1] 谢幼如，黎佳，邱艺，等.教育信息化2.0时代智慧校园建设与研究新发展[J].中国电化教育，2019（05）：63-69.

[2] 杨萍，姚宇翔，史贝贝，等.智慧校园建设研究综述[J].现代教育技术，2019，29（01）：18-24.

[3] 刘景容，刘淼.“互联网+”时代的智慧幼儿园建设探索[J].中国教育信息化，2020（03）：64-67.

[4] 黄建林.从智慧校园到“智慧育人”——以宜兴市湖滨实验学校智慧校园建设应用为例[J].中国信息技术教育，2021（13）：5-7.

[5] 刘景容.互联互通的幼儿园信息化建设实践探索[J].幼儿教育，2016（33）：22-26.

[6] 刘景容.基于网络平台的幼儿成长档案袋构建的实践探索[J].教育导刊（下半月），2016（10）：13-16.

[7] 陈琦.智慧校园下的“合伙人”式家校共育[J].中国信息技术教育，2021（13）：13-15.

作者简介：刘景容，广东省教育研究院研究员，研究方向为学前教育评估与评价、幼儿园课程建设及教育信息化;刘淼，广州大学计算机科学与网络工程学院副教授，研究方向为语义Web、网络安全及教育信息化。