楊威+楊陟卓

摘 ? 要：本文簡要介紹了大學(xué)云架構(gòu)與大數(shù)據(jù)處理的目的與意義。以山西師大園區(qū)云為例，概要介紹了大學(xué)云架構(gòu)的方法，提出了一種支持大數(shù)據(jù)處理的校園云模型。重點(diǎn)討論校園大數(shù)據(jù)處理建模，大數(shù)據(jù)分析在學(xué)生成長、教師發(fā)展，以及提升學(xué)校服務(wù)能力等方面的作用。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算;大數(shù)據(jù);學(xué)生成長;教師發(fā)展;智慧校園

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2015）01-0016-04

一、引言

大學(xué)云（Universities Cloud）是一種采用云計(jì)算技術(shù)，對(duì)教學(xué)、科研、行政、后勤等各種業(yè)務(wù)流程辦理和職能服務(wù)的園區(qū)云，也是學(xué)校各級(jí)部門可靠的基礎(chǔ)信息化服務(wù)平臺(tái)。大學(xué)云服務(wù)將產(chǎn)生大量的各種數(shù)據(jù)，云計(jì)算目前是大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)技術(shù)[1]，采用云計(jì)算處理海量數(shù)據(jù)，提高管理與決策水平，是大學(xué)云架構(gòu)的重點(diǎn)工作。

顯然，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)已成為高校生存與發(fā)展的基礎(chǔ)。大學(xué)云架構(gòu)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2]，不僅利于各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用系統(tǒng)互連互通，避免產(chǎn)生“信息孤島”，也利于避免計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源重復(fù)建設(shè)[3]，節(jié)約資金及提高收益，還利于大數(shù)據(jù)處理，改善辦學(xué)績效及增強(qiáng)高校創(chuàng)新能力。

因此，大學(xué)云架構(gòu)的關(guān)鍵問題是全面整合資源，優(yōu)化云計(jì)算模型。也就是構(gòu)建一種支持資源集約、信息共享、應(yīng)用協(xié)同，以及大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理及檢索使用的大學(xué)云。最優(yōu)架構(gòu)的大學(xué)云，是云計(jì)算、大數(shù)據(jù)與教育信息化的融合。這種融合，一方面規(guī)定了智慧校園高層劃分及各部分間的交互[4]，另一方面決定了智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)施能力和發(fā)展空間。本文以山西師大園區(qū)云建設(shè)為背景，重點(diǎn)討論大學(xué)云架構(gòu)與大數(shù)據(jù)處理建模等問題的解決方法。

二、大學(xué)云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)與功能

大學(xué)云是智慧校園建設(shè)的核心部分，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。該工程側(cè)重六個(gè)方面：第一，優(yōu)化整合學(xué)校各種管理信息系統(tǒng)和協(xié)同辦公系統(tǒng)，建立統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、統(tǒng)一信息門戶及統(tǒng)一身份認(rèn)證等[5]，消除信息孤島。第二，完善高校決策支持系統(tǒng)的模型庫、數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫建設(shè)，通過大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)學(xué)校發(fā)展的智能決策。第三，優(yōu)化整合網(wǎng)絡(luò)課程、精品資源共享課和視頻公開課及微課等資源，構(gòu)建網(wǎng)上網(wǎng)下有機(jī)協(xié)同的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。第四，優(yōu)化整合飯卡、洗浴卡、水卡、門禁卡、借閱證、上機(jī)卡等校園各類卡片，實(shí)現(xiàn)校園一卡通。第五，完善圖書館資源數(shù)字化管理，支持師生泛在數(shù)字化閱讀與在線討論。第六，優(yōu)化整合多媒體視聽教學(xué)與微格教學(xué)設(shè)施，支持MOOC的開發(fā)與應(yīng)用。按照以上要求，大學(xué)云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)與功能，如圖1所示。

從圖1可以看出，大學(xué)云主要由基礎(chǔ)設(shè)施、資源平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)和服務(wù)門戶構(gòu)成?；A(chǔ)設(shè)施包括了各種服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換、路由、安全等）和操作系統(tǒng)及工具軟件等設(shè)施。采用虛擬化軟件（如VMware vSphere 5.5），對(duì)云基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行集群架構(gòu)與管理[6];按照業(yè)務(wù)所需資源量，將虛擬服務(wù)器與虛擬存儲(chǔ)器彈性適配與調(diào)度[7]，由此形成大學(xué)云資源平臺(tái)。在資源平臺(tái)部署校園應(yīng)用軟件，包括教務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、教工管理系統(tǒng)、資產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、后勤服務(wù)管理系統(tǒng)、圖書文獻(xiàn)管理系統(tǒng)、教學(xué)信息化與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、平安校園監(jiān)管系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)、上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維支持系統(tǒng)等。這些校園應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)成了大學(xué)云應(yīng)用平臺(tái)。

大學(xué)云應(yīng)用平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（多個(gè)虛擬主機(jī)）接口，將各種數(shù)據(jù)庫與各種應(yīng)用系統(tǒng)適配連接，實(shí)現(xiàn)了資源集約、信息共享及應(yīng)用協(xié)同。云應(yīng)用，一方面通過面向師生信息服務(wù)接口，建立了一站式校園信息服務(wù)門戶。師生可通過該門戶，依據(jù)本人權(quán)限進(jìn)行各種功能操作。另一方面，通過面向大數(shù)據(jù)分析與智能決策服務(wù)接口，建立了一站式校園決策支持門戶。學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)（或相關(guān)責(zé)任人），依據(jù)本人權(quán)限進(jìn)行各種大數(shù)據(jù)分析操作。通過大數(shù)據(jù)分析，實(shí)施教學(xué)、科研與后勤服務(wù)等事務(wù)處理的決策支持。

三、校園大數(shù)據(jù)特征與處理方法

隨著大學(xué)云建設(shè)與應(yīng)用，大量數(shù)據(jù)來源于管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與日志庫、圖書文獻(xiàn)庫與日志庫、校園一卡通數(shù)據(jù)庫與日志庫、網(wǎng)絡(luò)行為與管理日志庫、平安校園視頻庫與日志庫、多媒體及微格教學(xué)視頻庫與日志庫、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源庫與日志庫、辦學(xué)決策知識(shí)庫和模型庫及決策支持日志庫等。數(shù)據(jù)類型繁多，主要有文本、數(shù)值、圖形、圖像、標(biāo)簽等。數(shù)據(jù)處理速度快，如管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、一卡通數(shù)據(jù)庫等，數(shù)據(jù)處理均有較高時(shí)效性。很多數(shù)據(jù)表現(xiàn)出低價(jià)值密度，如各種視頻庫、日志庫等。這些數(shù)據(jù)完全符合大數(shù)據(jù)的4V（Volume，Variety，Velocity和Value）特征[8]。

校園大數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)兩類。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括各種管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（關(guān)系數(shù)據(jù)模型）、能夠變換為關(guān)系數(shù)據(jù)表單的各種日志庫。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括圖形圖像、音視頻（微格教學(xué)視頻、精品資源共享視頻課、微課程視頻、校園監(jiān)控視頻等）、Web文檔（HTML與XML網(wǎng)頁）、課件文檔（瀏覽器可打開的Word、PPT、PDF等）、工作文檔（如年度計(jì)劃、工作總結(jié)、項(xiàng)目研究、成果報(bào)告等電子文檔）。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理，常用數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型與算法（如回歸分析，最小顯著差數(shù)法、最小顯著極差法等）。非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理，常用文檔語義表示與索引、文本處理與分析[9]、內(nèi)容摘要等工具。校園大數(shù)據(jù)處理建模，直接影響著學(xué)校發(fā)展決策的水平。

四、支持學(xué)生成長的大數(shù)據(jù)分析

在校園云的環(huán)境中，如數(shù)字化迎新、數(shù)字化學(xué)習(xí)（網(wǎng)上選課、學(xué)籍管理、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、在線討論等）、數(shù)字化生活（校園刷卡吃飯、洗浴、用水、進(jìn)門、借書、上機(jī)、體育運(yùn)動(dòng)，以及社團(tuán)與學(xué)術(shù)活動(dòng)等）的每一個(gè)過程中，均有大量的數(shù)據(jù)記錄了學(xué)生成長。如圖2所示。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，對(duì)學(xué)生成長及改善學(xué)校決策績效[10]，具有以下作用。

（1）學(xué)生入學(xué)與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析。整合學(xué)生入學(xué)情況和在校學(xué)習(xí)情況等數(shù)據(jù)，深入分析與了解不同生源地、不同單科成績、不同專業(yè)、不同個(gè)性特征的學(xué)生在校期間學(xué)習(xí)表現(xiàn)，為招生部門優(yōu)化招生措施提供決策支持。

（2）學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析。整合能夠反映學(xué)生在校的學(xué)習(xí)、研究和參加活動(dòng)（如課程學(xué)習(xí)、校園學(xué)術(shù)活動(dòng)等）等多種數(shù)據(jù)，持續(xù)、系統(tǒng)地分析每個(gè)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)行為、課程測(cè)驗(yàn)與作業(yè)完成、課程考試成績、項(xiàng)目申請(qǐng)與結(jié)題、學(xué)習(xí)興趣與意見等數(shù)據(jù)，深入了解學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)中的問題，為學(xué)習(xí)績效改善提供個(gè)性化服務(wù)，為優(yōu)化人才培養(yǎng)方案提供決策支持。

（3）學(xué)生在線學(xué)習(xí)與圖書借閱數(shù)據(jù)分析。完善“在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)軌跡記憶功能，能夠跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。深入分析學(xué)生在觀看課程視頻、網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)資源瀏覽、在線討論發(fā)言、完成電子作業(yè)等項(xiàng)目上花費(fèi)的時(shí)間差異。為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源開發(fā)與購置提供決策依據(jù)。統(tǒng)計(jì)學(xué)生訪問圖書館、借閱圖書與文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)，分析學(xué)生網(wǎng)上、網(wǎng)下學(xué)習(xí)時(shí)間分配情況，分析網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源與館藏圖書文獻(xiàn)資源配置情況，為優(yōu)化電子與紙質(zhì)資源最佳互補(bǔ)提供決策依據(jù)。

（4）學(xué)生就業(yè)與深造數(shù)據(jù)分析。整合專業(yè)教育、教育實(shí)習(xí)、校園招聘、社會(huì)招考、考取研究生、用人單位反饋意見等各類數(shù)據(jù)，深入剖析專業(yè)人才培養(yǎng)方案、學(xué)生就業(yè)或考研意圖及市場(chǎng)對(duì)人才需求等數(shù)據(jù)，優(yōu)化人才與市場(chǎng)對(duì)接機(jī)制、完善專業(yè)課程學(xué)習(xí)與考研對(duì)接機(jī)制，與為學(xué)生考研提供個(gè)性化指導(dǎo)服務(wù)，為畢業(yè)生提供個(gè)性化就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)。

五、支持教師發(fā)展的大數(shù)據(jù)分析

教師是學(xué)校發(fā)展的中堅(jiān)力量，教師的教學(xué)、科研能力高低，直接關(guān)系到專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量與水平。在校園云的環(huán)境中，教師的教學(xué)、科研活動(dòng)密切與數(shù)字化關(guān)聯(lián)，如人事檔案管理、綜合教務(wù)管理、科研管理等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均記錄了教師發(fā)展的大量數(shù)據(jù)。建立支持教師發(fā)展的大數(shù)據(jù)處理模型，是提升教師能力、促進(jìn)教師發(fā)展的有效途徑。如圖3所示。

（1）教師基本數(shù)據(jù)分析。建立健全教師入職與從業(yè)檔案數(shù)據(jù)庫。深入分析教師的學(xué)歷教育背景、學(xué)習(xí)專業(yè)與學(xué)緣狀況（學(xué)士、碩士、博士的畢業(yè)院校，以及專業(yè)銜接與研究方向等），教師從事專業(yè)與學(xué)習(xí)專業(yè)的關(guān)系（一致、相近、跨專業(yè)等），以及教師專業(yè)職稱與學(xué)習(xí)專業(yè)、從事專業(yè)及興趣愛好之間的相關(guān)性等，優(yōu)化教師招聘策略與措施，為學(xué)校人力資源部門招聘教師提供決策支持。

（2）教學(xué)信息化數(shù)據(jù)分析。按照教師信息化教學(xué)情況，整合綜合教務(wù)管理系統(tǒng)、課堂教學(xué)日志（學(xué)生填寫）、聽課日志（領(lǐng)導(dǎo)和專家填寫）等相關(guān)數(shù)據(jù)。深入分析教師制定課程教學(xué)計(jì)劃、編寫教案、課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、編寫教材、制作課程資源、承擔(dān)校本研究課題、獲得教學(xué)成果與獎(jiǎng)勵(lì)等數(shù)據(jù)，了解教師教學(xué)能力發(fā)展中的優(yōu)勢(shì)與不足，為提升教師教學(xué)能力提供個(gè)性化服務(wù)。優(yōu)化教師教學(xué)考核機(jī)制，為學(xué)校修訂教師及課程組教學(xué)能力提升措施提供決策支持。

（3）科研與服務(wù)社會(huì)數(shù)據(jù)分析。深入分析教師承擔(dān)科研項(xiàng)目（題目，級(jí)別、主要研究問題、方法措施，結(jié)題、結(jié)論等）、發(fā)表論文（題目、刊物級(jí)別、檢索、社會(huì)反響等）、出版著作（名稱、出版級(jí)別、發(fā)行量、社會(huì)反響等）、獲得科技成果獎(jiǎng)勵(lì)、學(xué)術(shù)榮譽(yù)，以及進(jìn)行的學(xué)術(shù)報(bào)告和外出學(xué)術(shù)會(huì)議等數(shù)據(jù)。深入分析教師科研能力、技術(shù)專長與社會(huì)兼職、承擔(dān)橫向課題、服務(wù)領(lǐng)域及業(yè)績等之間的相關(guān)性，了解教師科研與社會(huì)接軌，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的情況。優(yōu)化教師科研考核機(jī)制，為提升教師科研能力提供個(gè)性化服務(wù)，為學(xué)校修訂教師及團(tuán)隊(duì)科研能力提升措施提供決策支持。

通過以上三方面數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化高校個(gè)人與團(tuán)體的教學(xué)、科研績效考評(píng)機(jī)制。為教師職稱評(píng)聘提供考評(píng)依據(jù)，為學(xué)校修訂師資隊(duì)伍建設(shè)的政策與措施提供決策支持。

六、支持提升服務(wù)能力的大數(shù)據(jù)分析

校園后勤服務(wù)、資產(chǎn)設(shè)備使用，圖書文獻(xiàn)使用，以及網(wǎng)絡(luò)使用等領(lǐng)域，均與學(xué)校服務(wù)師生的能力密切相關(guān)。而服務(wù)能力提升直接與領(lǐng)導(dǎo)干部執(zhí)行力相關(guān)。如圖3所示。因此，在這些領(lǐng)域開展大數(shù)據(jù)的分析，可助推學(xué)校服務(wù)能力提升。

（1）領(lǐng)導(dǎo)干部管理數(shù)據(jù)分析。完善黨政干部管理系統(tǒng)功能，深入分析干部任職時(shí)間、職務(wù)變動(dòng)、年度計(jì)劃、工作總結(jié)、工作業(yè)績、取得成果與獎(jiǎng)勵(lì)等數(shù)據(jù)。優(yōu)化干部考核機(jī)制，為學(xué)校選拔、培養(yǎng)青年干部提供決策支持。

（2）校園后勤服務(wù)數(shù)據(jù)分析。后勤服務(wù)是智慧校園的重要組成部分，動(dòng)態(tài)采集校園生活、安防、環(huán)保、資源與能耗等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，建立后勤服務(wù)保障系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，深入分析校園日常水電計(jì)量數(shù)據(jù)與水電節(jié)約數(shù)據(jù)，挖掘節(jié)能空間，完善節(jié)能管理措施。深入分析樓宇、房屋、設(shè)備、道路等日常修繕維護(hù)資源消耗與費(fèi)用開支等數(shù)據(jù)，參考經(jīng)驗(yàn)，完善修繕管理措施。深入分析學(xué)生刷卡吃飯與餐飲管理數(shù)據(jù)，普查學(xué)生餐飲問題，如飯量持續(xù)減少是否身體不適、每日三餐與每周營養(yǎng)搭配是否符合科學(xué)飲食，飯菜價(jià)格波動(dòng)是否合理等問題，及時(shí)優(yōu)化健康餐飲管理措施。深入分析師生在校體檢與醫(yī)療數(shù)據(jù)，普查師生身體不適，及時(shí)提供進(jìn)一步醫(yī)療建議。深入分析平安校園（所有樓宇內(nèi)外、公共場(chǎng)所、道路、校園進(jìn)出通道等）視頻數(shù)據(jù)與操作日志數(shù)據(jù)，依據(jù)事件發(fā)生，普查電子眼密度與位置是否符合平安校園的需求，及時(shí)提供電子眼維護(hù)與增補(bǔ)建議。

（3）資產(chǎn)設(shè)備使用數(shù)據(jù)分析。建構(gòu)資產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)，完善儀器設(shè)備臺(tái)帳與使用日志管理，深入分析教學(xué)、科研儀器設(shè)備（含材料）用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)、師生科研和協(xié)同創(chuàng)新攻關(guān)實(shí)驗(yàn)中，儀器設(shè)備使用完好與損害數(shù)據(jù)、夠用與缺少數(shù)據(jù)。深入分析專業(yè)課驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施與儀器設(shè)備使用率數(shù)據(jù)。深入分析實(shí)驗(yàn)室占地面積與配套設(shè)施使用率數(shù)據(jù)。綜合以上三類數(shù)據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、儀器設(shè)備維修與更新管理機(jī)制，為資產(chǎn)與設(shè)備科學(xué)、合理使用提供決策依據(jù)。

（4）圖書文獻(xiàn)使用數(shù)據(jù)分析。整合校圖書館和學(xué)院、所資料室的圖書文獻(xiàn)資源，構(gòu)建圖書文獻(xiàn)閱讀管理系統(tǒng)。通過學(xué)科資源服務(wù)系統(tǒng)，聚合與分享海量學(xué)科信息資源，精細(xì)化篩選適合讀者需要的資源。采用RFID裝置、紅外感應(yīng)器和激光掃描器等技術(shù)構(gòu)建智能書架與書桌，智能抓取數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀者行為學(xué)分析，獲取其閱讀喜好，為讀者推薦感興趣的資源。綜合以上兩類數(shù)據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化圖書文獻(xiàn)流通管理機(jī)制，提高圖書文獻(xiàn)有效使用率，為滿足讀者需求購置圖書、期刊等資源提供決策依據(jù)。

（5）網(wǎng)絡(luò)行為數(shù)據(jù)分析。整合校園網(wǎng)流量控制、網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理、用戶管理、上網(wǎng)行為管理及Web服務(wù)器等日志數(shù)據(jù)，建立網(wǎng)絡(luò)綜合日志管理系統(tǒng)。深入分析各類行為數(shù)據(jù)，包括用戶訪問外網(wǎng)的各種協(xié)議占用帶寬、持續(xù)時(shí)長數(shù)據(jù)，用戶連接與斷開網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，用戶訪問網(wǎng)址、內(nèi)容與持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)交換、路由設(shè)備工作正常、故障及恢復(fù)時(shí)間數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)交換與路由設(shè)備、服務(wù)器與主機(jī)系統(tǒng)等安全服務(wù)、遭受攻擊及修復(fù)時(shí)間數(shù)據(jù)，以及服務(wù)器運(yùn)行的行為數(shù)據(jù)。綜合以上多種數(shù)據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理機(jī)制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議帶寬分配策略，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)安全管控措施，優(yōu)化節(jié)能管理措施，為校園網(wǎng)技術(shù)升級(jí)、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可用性提供決策依據(jù)。

七、結(jié)束語

我們?cè)诖髮W(xué)云架構(gòu)與大數(shù)據(jù)處理方面進(jìn)行了有益的初步嘗試。但仍有很多問題需要研究，如數(shù)據(jù)安全保護(hù)、個(gè)人隱私保護(hù)，挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則[11]、構(gòu)建預(yù)測(cè)模型等，我們要從深層次推進(jìn)智慧校園可持續(xù)發(fā)展，使師生能夠如影隨形地感知與體驗(yàn)教育信息化的魅力。

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（編輯：王曉明）