基于云计算技术的智慧校园框架*

毛 睿

（云南交通职业技术学院）

一、研究背景

随着信息技术日新月异，职业教育迅猛发展，大数据、云计算等技术普及发展，使得注重开放、共享且更具有高效信息服务能力的智慧校园成为各高校提升自身教学、科研、管理服务水平的趋势，而云计算作为一种先进、科学的计算模式，在智慧校园建设的过程中必定改变传统的建设模式，发挥出至关重要的作用。根据国务院《中国教育现代化2035》、教育部《教育信息化 2.0行动计划》等文件的精神，高职院校正在经历由数字校园向智慧校园转型的阶段，利用大数据、云计算等信息技术助力高职院校信息化发展已经势在必行。

智慧校园是一个综合性的信息处理平台，它包含了海量的大数据，并且能够统一收集、分析、处理大数据，同时整合学校教学、工作、生活方方面面的事务应用，在各个不同的业务系统间共享、传输信息。智慧校园搭建统一的基础设施、网络体系、应用服务平台，提供开放、创新、共享的宽带网络校园环境。目前，国内的智慧校园平台大多承载着教务、学工、科研、办公、一卡通、图书馆、后勤服务等等业务。

近年来，云计算技术凭借其优秀的分布计算处理、灵活可扩展的特点，成为越来越多的高校用于整合连接海量的数据信息，部署扩展性强的云计算系统，搭建经济的云资源平台的强有力帮手。云计算服务主要提供三种模式：基础设施即服务（IaaS）提供服务器、存储等共享资源；平台即服务（PaaS）提供应用、数据平台等资源；软件即服务（SaaS）提供软件服务等资源。

将云计算技术应用于智慧校园建设中能够实现高职院校硬件资源重构整合和共享，借助云计算跨平台的信息传输手段确保智慧校园内外的信息得以高速传达、资源得以广泛的利用、设备得到有效链接。并且在云计算技术灵活可扩展特性的助力下，使得重新梳理业务，构建出更加有效、智能、易管理的智慧校园架构成为可能，不仅让师生可以感受到一种统一的信息化教学平台以及一站式综合性服务环境，也提高了教学、生活、办公、服务、管理决策的智能化水平。

本文针对在各高职院校如火如荼的信息化建设中出现的问题，如软硬件资源利用率不高、规划不合理、重复建设等，提出结合云计算技术，以师生实际需求为导向的智慧校园架构方案，有效组合计算资源，在共享基础上形成计算资源池，使得资源得到有效共享和充分利用，解决设备资源紧张问题，同时满足大数据挖掘和分析，提供决策支持。

二、现状分析

（一）信息化基础设施初现规模

近年来，随着各高职院校信息化投入，基础设施已经初步搭建完毕，校园网络已经改造完毕，几乎都实现了有线+无线网络全覆盖的安全网络体系；信息化教学平台的上线能够将教学过程从课堂延伸至课前、课后，初步实现学生在线交流反馈；加上一些信息化的管理平台，师生的工作、学习、生活等业务都已逐渐在由“线下”向“线上+线下”的模式过渡。

（二）缺乏统一的顶层规划

在建设智慧校园前期因为缺乏从顶层的统一规划，虽投入大量资金打造网络环境、添置硬件设备、上线信息业务平台，但软硬件利用效率不理想：

（1）缺乏明确的目标和整体规划。针对业务去建系统，先建的业务资源分配冗余，后来建的资源紧张。使用时，各部门都尽可能多的要求分配资源，学校的业务存在时间高低峰的规律，有的业务只在特定时间需求资源，平时需求不大，但因为缺乏专门的管理人员，对建成的资源监管不力，造成资源分配不合理，导致有的资源闲置，有的资源紧张。

（2）数据产生了却没有统一的数据标准，各部门业务系统缺乏共享和统一管理。在数字校园建设阶段，各业务部门往往已经建设了信息化的业务系统，但各部门之间缺乏总体考虑，未进行协同开发，导致系统之间缺乏共享和交互，数据不对等不同步。比如新建的教学诊断与改进系统想要打通教务系统中的数据通道实现教学评估和诊改信息化，可是教务系统却建成使用已久数据标准不一或接口打不通。

（3）在建设智慧校园前期仅仅是对业务做了规划，没有针对云计算技术的建设目标和具体方案，导致在建设时云计算技术和应用脱节，或者已经建成使用的业务系统无法利用云计算技术扩展和升级。例如在建设课程资源云平台时，仅仅只能导入课程资源进行单向授课，却无法与学生学情分析的应用打通，搭建成教学双向的教学系统。

在已经投入了大量资金建设软硬件的现状下，要重新进行顶层设计来梳理和重构业务难度很高，只能在现有的软硬件设施的基础上进行重构和再次建设。

（三）建设投入不平衡

智慧校园的有效运行，需要网络环境、硬件设施、虚拟化平台、数据处理算法等各部件的有效融合，同时还要保证数据安全。然而实际情况是，高校在建设时虽然投入大量的资金，但往往只重视看得见成效的部分例如网络改造、硬件设施等，智慧校园需要大量的数字化应用系统支撑，还有看不见的底层服务平台例如网络安全平台、虚拟化平台、统一身份认证、云平台等也需要大量的资金投入，这些应用和平台的建设没跟上，智慧校园的应用就会大打折扣。

（四）建设管理力量薄弱

大量的系统管理给技术人员带来了前所未有的管理压力，从相关调研的情况来看，各高校往往缺乏完善的专业建设技术人才。原因其一是缺乏完善的人才培养体系，学校还没有意识到技术人才在智慧校园建设中的重要地位，缺乏能够使用云计算技术的人才，也没有相应的培训机制，业务系统上线之后仅仅只有力量保证正常运转，并没有多余人力来建设和维护云计算平台，有了新的需求也很难再响应和扩展；其二是教师队伍信息技术水平需提高，再先进的业务系统也需要师生改变传统的教学工作模式，配合使用和推广，不断改进才能构造出良性的智慧校园生态，但高职院校的师生往往非常重视技能培养却会忽略信息技术的提高，在推广使用线上业务系统时障碍重重。

（五）应用的深度和广度不够

目前在高职院校中，智慧校园建设和使用似乎是信息中心的事，其他学院和部门在智慧校园系统的应用深度和广度上都远远不够，信息共享也不充分。业务部门仅仅停留在表面使用，如浏览通知、信息查询、资料上报等，建了种类繁多的系统和APP，但与实际需求不符，在运用时也只停留在一些表面，并没有深入，这也是数据源不全、数据中心数据不准确体量不够等问题的原因。而在使用系统中也会产生大量的数据，目前这些数据都没有有效利用，实现为教学、管理服务，未对数据进一步的挖掘和分析，提供决策支持等。

图1 以用户需求为中心的智慧校园框架

三、解决方案

（一）改革以构建适合高职院校的以用户需求为中心的智慧校园框架

充分调研高职院校的师生需求，有效组合现有计算资源，在云端统一部署，使得信息、数据得到有效收集共享和充分分析利用，同时从教学维度、管理维度、服务维度三个用户需求维度，助力智慧校园得到更多元化的应用，创造出更加高效、便捷的智慧校园环境。

以云计算为基础构建智慧校园框架，横向上分为基础设施、平台支撑、软件应用三层，梳理师生需求，在面向用户的软件服务层又分为教学、管理、服务三大维度。

1.基础设施层

基础设施层利用虚拟化技术搭建跨平台的物理资源池。虚拟化技术能够在物理硬件系统上运行一个虚拟化的系统，实现多个物理硬件资源映射成为一个资源池，另外，利用虚拟化技术可以实现系统的备份和迁移，这就减少了硬件层重构的成本，使得重新规划建设成为可能且易于实现的事。

因此，基础设施层应重新梳理已经建成的硬件资源，形成虚拟化的服务器集群、存储，为上层的业务系统提供环境，业务系统共享物理资源，提高资源利用率，避免重复投资，延长设备使用时限，并且统一监控管理、动态分配资源，做到资源平衡优化、减轻管理人员的工作负担，有效解决学校资源利用不均问题，满足学校资源使用高低峰的需求。

2.平台支撑层

云计算技术可以将多个计算机资源协调按需部署，并且不受空间限制，灵活性高扩展性强。因此平台支撑层负责利用云计算技术整合基础设施层资源，搭建提供业务支撑的系统平台和云平台，搭建用于统一数据处理的数据中心，收集所有业务系统的数据源统一标准、统一存储，并用统一的格式推送至各业务，彻底打通数据通道，为综合分析、领导决策搭建平台。

平台支撑层又分为安全平台、数据中心和管理平台，承担着安全管理、数据管理、设备管理的任务。数据中心就部署在这里，来源于基础设施的海量数据，为了保证其可用性和可靠性，收集至数据中心后用统一的数据标准进行转换和存储，再推送至需求数据的业务，以保证数据的完整、准确、唯一且可共享，供业务采用和决策分析。为了保障数据安全，采用统一身份认证、单点登陆、负载均衡、VPN、安全审计、态势感知、网页防篡改等安全措施保证整个数据中心的信息安全。

3.软件服务层

软件服务层面向用户，根据教学、管理、服务三大类型的需求梳理各业务，整合重复建设的系统，建立统一入口的门户及移动门户，规范业务流程和数据走向，形成一个数据共生产、共建设、共享用的良性生态。主要从教学、管理、服务三个维度通过各应用系统为用户提供服务支持：

（1）教学维度：学习平台共享学习资料，通过数据分析形成学习情况报告，并共享数据，为学生管理、校园安全管理提供数据源；网络教学平台作为课堂教学的辅助，结合虚拟实训室提供课余学习环境，创造更富余更开放更安全稳定的学习条件。

（2）管理维度：通过人脸识别进行校园安防管理，共享数据用于自动考勤，大数据分析结果用于决策支持，办公自动化利用在线流程减少重复的行政工作等。

（3）服务维度：数据都来源于数据中心，一站式的服务可以贯通全校，而用户的生活行动轨迹也可用于定制个性化的校园生活方案以及学生管理。云平台提供校内软件使用资源池，云杀毒、云办公、云绘图等等，统一正版化的服务不但十分便捷，也统一管理，满足国家对软件正版化的要求。

图2 云平台部署

（二）重新梳理整合业务，搭建以用户需求为主的业务平台

（1）智能教学平台：基于云计算的教学平台，除了提供课前+课中+课后的丰富学习资源外，还记录学情，进行大数据分析学生学习状态，支持学习评价收集学习反馈用于教学监督诊改，将信息化教学从课堂延伸到整个教学周期。

（2）虚拟实训平台：借助云计算资源，可以将复杂、庞大的实验室放到线上，既能满足学生不受时空限制的实训需求，也能智能化控制，收集实训数据还能为学生学情提供大数据分析。

（3）公共服务平台：将事务流程放到线上，例如智能宿舍管理、报修、申请等，实现“师生少跑路、数据多跑路”，不但大大提升了办事效率，更提升了学校整体的智慧化水平。

（4）资源云平台：云平台采用公有云+私有云的方式混合部署，教学、管理、生活类的数据具有保密性，部署在本地的私有云平台，提供给各应用系统共享使用，例如图书馆、一卡通、课程资源平台等，并提供正版化软件的平台以供软件服务层使用。这样不仅为全校师生提供便捷的资源服务，还给统一管理节约了人力、物力、财力。

需要通过互联网资源获得足够计算资源的业务部署在公有云，例如云防火墙、态势感知等安全业务，云计算服务器等本地部署太过昂贵的资源等等。

（5）管理平台：智能安防、决策支持、科研管理、资产管理等智能管理平台可以提升学校管理水平，结合物联网技术还能全面感知校园，收集数据进行分析挖掘，还能及时预警，提供决策支持等。

（三）建立统一完善的管理体制

1.自顶向下的统筹规划

智慧校园建设涉及多部门、多系统，需要进行顶层设计，这就需要建立自顶向下的组织机构负责统筹规划和协调，并由各业务部门配合推进各业务系统的建设，对现有业务系统改造统一数据标准，形成制度，新建或扩建时也遵循统一的原则。

2.制度保障资金优化投入

形成健全的制度，优化资金投入，科学地分配建设资金，同时也规范资金使用，形成制度化的可持续经费投入机制。

3.专业的信息化队伍保障

建立和完善一支专业的信息化队伍来保障和管理，加强对专业人才的培养，构建人才培养体系，同时深化校企合作，引进企业技术人才提供信息化的技术支持。

4.增强师生信息化水平

要积极宣传，通过线上+线下的培训增强师生的信息素养，充分发挥智慧校园的优势对师生的工作、学习、生活产生影响，采取多元化的方法让全校师生理解接纳并主动使用智慧校园。

四、结语

云计算灵活的服务能力是助力智慧校园体系的有效手段，在建设时更加要考虑如何有效利用，将已经建成的基础设施和云平台发挥出最大效力。但也要结合自身学校的特点，在建设时更加要考虑如何有效利用，将已经建成的基础设施和云平台发挥出最大效力。难点在于结合实际智慧校园建设情况，梳理硬件资源，利用虚拟化技术整合形成资源池；在平台支撑层建立数据中心，统一数据标准，收集并整理业务系统数据，推送至各个应用；并从学校管理层面以用户需求出发，从教学、管理、服务三个维度规划调整现有以及未来建设的业务系统。另外还要加强应用研究，不断改革不断创新，构建出一个最适合学校的云计算架构模型，这样才能避免投入却不能深度使用，技术杂糅不好整合，标准过多不能统一等问题。

智慧校园的建设是长期的，这个过程中会不断出现新的需求，还有些信息技术相对薄弱的教师无法适应，新的架构对网络环境的要求很高，如何保障基础设施的稳定也是不容忽视的问题。在建设时，不仅要参考先进的国内外经验，也要协调各部门和师生，创新改革、紧跟新技术的发展，积极学习并结合实际学以致用。