王 智，劉 源（中國聯通河北分公司，河北石家莊 050000）

1 概述

教育信息化是我國國民經濟和社會信息化的重要組成部分，目前教育信息化建設正在從學校向區(qū)域提升。傳統(tǒng)的學校管理主要表現在對學校各種物質資源和人力資源的合理配置，這與以學校為基礎的管理體制基本是相適應的。而教育信息化不僅需要對物質資源和學科教師資源進行合理配置，更需要對信息資源和網絡管理技術人員進行合理配置。因此，改變以學校為單位孤立地進行教育信息化建設的局面，提升決策、管理層次，推動區(qū)域教育信息化整體、協(xié)同發(fā)展，已成為目前全國教育信息化的戰(zhàn)略重點和關鍵環(huán)節(jié)［1-4］。

信息技術推進教育模式創(chuàng)新。近年來，云計算、移動互聯網、大數據以及社交網絡等熱點領域的興起對于我國教育信息化的迅猛發(fā)展起到了巨大的推動作用。云計算作為第3 次IT 革命，將IT 產業(yè)基礎設施轉變?yōu)楣没A設施，降低了學校的教育信息化建設成本和運維成本；移動互聯網技術將應用泛在化、復合化，驅動IT 服務產業(yè)發(fā)展，移動互聯網業(yè)務無所不在，大大豐富了學生學習方式，提高了校園生活質量；同時，社交網絡產生了大量的、實時的、真實的行為數據，學?？梢酝ㄟ^收集分析該類數據，發(fā)掘學生感興趣的信息和習慣性的學習方式等，推進學校管理模式的創(chuàng)新［5-6］。

2 區(qū)域教育信息化面臨的問題

區(qū)域教育云是面向省、市、縣（區(qū)）教育主管部門/各級各類學校打造的云網一體化產品解決方案，可以提供多場景下不同用戶的信息化應用服務，多采用系統(tǒng)集成方式建設區(qū)域教育的私有云或混合云。教育信息化經過近些年的建設，雖然成效顯著，但也暴露出一些問題。

a）信息化孤島問題：區(qū)域內應用系統(tǒng)分散建設，缺少統(tǒng)一規(guī)劃；應用系統(tǒng)涉及廠家多，內容孤立；多入口、多客戶端、多賬號造成使用不便捷；應用系統(tǒng)集成度低，管理難。

b）教育資源問題：優(yōu)質教育資源集中在中心學校，無法覆蓋偏遠地區(qū)；缺少資源匯聚渠道，導致區(qū)域優(yōu)質教育資源流失；師生教學活動缺少優(yōu)質素材［11］。

c）教育管理問題：決策者層面缺少決策數據支撐；教務、辦公等環(huán)節(jié)占用教師大量時間；管理者難以獲知信息化開展情況。

d）教學應用缺失問題：缺乏學習交流渠道讓老師交流分享教學心得；教師教學過程中缺乏好用的教學工具，影響教學水平；學生課下自學困難，家長難以掌握學生在校所學知識［12-13］。

3 詳細技術內容

基于云計算的教育信息化建設體系，是以“云+網+端”創(chuàng)新模式為指導，打造全國最先進的數字教育示范區(qū)。教育信息化體系主要包括1個智慧教育云數據中心、1 個教育城域網和一系列端應用（1 套教學業(yè)務子系統(tǒng)及1 套教學服務子系統(tǒng)）。區(qū)域教育信息化建設整體方案體系架構如圖1所示。

3.1 智慧教育云平臺子系統(tǒng)

智慧教育云平臺是能夠實現各級各類教育運行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測、全面管理、科學決策、合理布局、優(yōu)化資源配置、創(chuàng)新教育教學、匯聚和共享教學智慧的信息化支撐平臺。同時教育云平臺能夠構建人人皆學、處處能學、時時可學的數字化學習環(huán)境，讓學生主動、個性化學習，提升創(chuàng)新思維能力，提升教育質量，促進教育公平［16］。

圖1 區(qū)域教育信息化建設整體解決方案體系架構圖

教育云平臺主要由軟件和硬件2 部分組成，硬件是基礎，軟件是核心，硬件設備主要由Web 服務器、視頻服務器、數據庫服務器、管理服務器、存儲磁盤陣列、虛擬化軟件、備份系統(tǒng)等主要設備構成，穩(wěn)定的系統(tǒng)運行需要有一個良好的機房環(huán)境，該項目機房設置在河北聯通專業(yè)機房內，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行打下良好的基礎。軟件部分是由4個子系統(tǒng)，20多個子模塊構成。

智慧教育云平臺采用云計算模式進行集中部署，并依據面向服務的思想與分層體系結構的原則進行設計?？傮w包括訪問層、服務提供層、服務支撐層、平臺支撐層、數據存儲層、云計算基礎設施層、標準規(guī)范體系以及安全與綜合管理體系等部分。

智慧教育云平臺整體架構分為以下3部分：

a）云平臺：最底層是提供IaaS 服務的云計算中心IDC 機房，包含了運營所需的網絡、服務器、存儲等設施，也包含了按需提供的IDC管理服務，再上一層是提供基礎服務支撐的PaaS 層，最上面是提供給各類行政管理人員、教師、學生、家長、社會公眾等用戶的核心應用層，包含云備課與教學支撐、云學習支撐、教育管理支撐等多項服務應用。

b）云終端接入層：云平臺為各類用戶提供多種終端訪問門戶網站及個性化服務門戶，終端設備支持PC、手機等移動設備、平板電腦（電子書包）及電子白板等。

c）信息化標準與安全體系：教育信息化標準規(guī)范體系包括總體標準、信息資源標準、應用標準、接口標準、基礎設施標準、管理標準等；信息安全與容災應急管理體系包括物理安全、網絡安全、應用安全和安全制度。

云平臺的整體技術架構設計如圖2所示。

云平臺的功能特點如下：

a）在教與學方面實現3 種模式，包括講授式教學模型服務支撐體系、認知自主協(xié)作式教學模型服務支撐體系、探究自主協(xié)作式教學模型服務支撐體系。

圖2 教育云平臺技術架構設計圖

b）在教師研修及區(qū)域均衡方面，通過創(chuàng)新教學模型，以學生為中心，來提升教學質量；通過大規(guī)模共享優(yōu)質課，完善教學方法，促進教育公平（見圖3）。

圖3 教師研修及區(qū)域均衡方面實現效果導圖

c）在業(yè)務管理與決策方面，提供一套有效支撐教育局、學校開展教育業(yè)務管理和決策分析的軟件支撐系統(tǒng)。平臺提供智慧管理服務，支持各類教育數據的采集、匯聚、管理和分析，實現各級各類教育運行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測、全面管理、科學決策、合理布局、優(yōu)化資源配置，提供規(guī)范的教育管理業(yè)務流程。實現效果導圖如圖4所示。

3.2 教育城域網子系統(tǒng)

教育城域網是構建“三通兩平臺”信息化建設的基礎“橋梁”［7-9］，通過寬帶骨干網連接教育局內部網和校園網的傳輸網絡，以網絡技術為依托，以各種信息設施為支持，以教育軟件和資源為基礎，以實現現代化教育和管理為目的，為區(qū)域教育提供全方位信息化應用服務。教育城域網是一個對上連接省、市有關單位和CERNET、Internet 主干網，對下連接各區(qū)/縣教育局、學校，溝通全市教育系統(tǒng)各事業(yè)單位和學校，對外面向全社會服務的大型綜合性信息網絡，其目的是要構建一個學校、縣（市、區(qū)）教（體）育局、市教育局3 級教育信息網絡系統(tǒng)，形成輻射全市各縣（市、區(qū)）和所有中小學、幼兒園、職業(yè)技術學校、各類成人教育培訓機構，面向社會開放的、具有現代遠程教學功能、教育信息資源共享功能以及教育教學管理信息交換功能，實現實時視頻信息傳輸的高帶寬的教育信息化網絡系統(tǒng)［10］。教育城域網整體架構如圖5所示。

圖4 業(yè)務管理與決策方面實現效果導圖

圖5 教育城域網整體架構

教育城域網整體采用三層架構：市局教育城域網核心層、鄉(xiāng)級教育城域網匯聚層和各中小學接入層，教育城域網整體解決方案的特點如下。

a）整個教育城域網以2 臺交換機為核心，保證核心網絡的穩(wěn)定性。

b）在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大型中小學放置1 臺防火墻設備，作為鄉(xiāng)鎮(zhèn)的三層邏輯匯聚節(jié)點。

c）中小學辦公區(qū)域的電腦可通過交換機接入網絡，然后匯聚到匯聚交換機或者學校出口設備側。

d）核心交換機具備統(tǒng)一用戶管理功能，可實現5級QoS 精細化流量控制，可有效控制Internet 出口帶寬，降低出口成本，同時優(yōu)先調度視頻語音，保障業(yè)務高質量體驗。

e）中小學出口、區(qū)縣匯聚、市核心部署iPCA，網絡丟包輕松感知，秒級定界網絡故障。

f）通過網管統(tǒng)一管理教育城域網絡。

g）各校區(qū)之間、校區(qū)與教育局之間通過三層OSPF 路由協(xié)議進行數據通信，縣教育局與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)邏輯匯聚防火墻組成中心域（area0）；各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小學路由器與鄉(xiāng)鎮(zhèn)內中小學出口路由器組成本鄉(xiāng)鎮(zhèn)域。

3.3 教學業(yè)務子系統(tǒng)

3.3.1 智慧教室

智慧教室硬件部分主要由多媒體智能終端、教學觸控一體機、推接黑板構成。交互智能平板置于黑板的中間，兩旁各有一塊固定式的綠板，前面一層設有2塊可推拉式綠板，通過上下導軌左右滑動。教學的時候可以將2 塊推拉綠板推至左右兩旁，完全展示出交互智能平板，用于多媒體教學。不需要交互智能平板時，則可以將2 塊推拉綠板往中間推，蓋住平板，并可以鎖定保護，進行傳統(tǒng)教學。

軟件部分主要是指互動電子白板軟件，其界面為護眼磨砂綠背景，簡潔大方，人性化交互式UI設計，操作簡單，功能豐富，完全可以滿足教學使用需求?？蓪崿F書寫、擦除、編輯、批注等功能，能輕松實現手勢識別、記錄回放、動態(tài)視頻全操控、書寫屏變自動調節(jié)，且搭載海量教學資源，真正打造智能高效的教學課堂。

3.3.2 互動錄播教室

互動錄播教室將錄播系統(tǒng)與互動系統(tǒng)進行了深度融合，以城域網為載體，實現跨班級、跨校區(qū)、跨區(qū)域互動教學，區(qū)教育局、各個學校遠程互動教學，名師教學錄制與直播，名師教學資源共享，跨區(qū)域教學合作/學術交流。該系統(tǒng)能夠有效解決目前教育資源分配不均衡的問題，實現教育扶貧?；愉洸ハ到y(tǒng)拓撲圖如圖6所示。

互動錄播系統(tǒng)的功能特點如下。

a）智能跟蹤拍攝：將鏡頭表達規(guī)則與自動跟蹤策略結合，實現全景、教師、板書、學生、電子課件等多鏡頭間準確化、合理化、自動化、智能化地組接，將簡單的課程實錄升級為符合電視語言表達規(guī)范的電視節(jié)目級別的精品課。

圖6 互動錄播系統(tǒng)拓撲圖

b）展現小組討論實況：通過在4K 畫面上設定鏡頭軌跡點，模擬出學生巡視拍攝畫面，展現學生自主學習的過程。

c）急速特寫制作：導切人員可以看到全景大畫面，提前獲知特寫鏡頭的位置，通過鼠標圈選的方式完成特寫制作，記錄課堂中的精彩瞬間。

d）其他特點：擁有旗艦級4K 專遞課堂互動系統(tǒng)，教師可以在此教室完成本地和遠程互動教學，同時教學過程可以被同步錄制和直播。

3.3.3 新中考走班排課系統(tǒng)

新中考改革背景下的走班排課系統(tǒng)從眾多高中學校在教育管理過程中的實際需求出發(fā)，輔助教務人員管理教務工作，并且發(fā)揮了計算機的優(yōu)勢，存儲大量信息數據，使教務工作變得更簡單、可靠、方便。走班排課系統(tǒng)的建設改進了校園教育生態(tài)系統(tǒng)，引進了先進排課策略，推進了走班教學教育生態(tài)的發(fā)展，促進學生自主學習、協(xié)作學習能力的提高，實現信息技術與教育教學的深度融合。

新中考改革背景下的課程設置、考試安排、教室分配等教務管理工作較以往發(fā)生了很大變化。教務管理平臺能夠為學校教師提供一個高效便捷的管理環(huán)境，在走班選課中，學生從固定班轉變成走班，跟隨學科的變化而變化，所以教室的管理也比以前更復雜，教務管理平臺為學校實施走班制教學提供一個良好的信息化輔助工具。

走班排課系統(tǒng)能夠完全支撐從規(guī)劃學校課程方案、設置任課計劃、每學期（半學期）自動排課、調課，到學生6 選3 選課、6 選3 分班、校本選修課選課等流程，滿足學校教務管理全部核心需求。

走班排課系統(tǒng)與選課系統(tǒng)關聯，實現學校限定件下的智能排課，做到一生一課表、一師一課表、一室一課表。

該走班排課系統(tǒng)具有以下功能特點：

a）支持排課規(guī)則的維護：分為學校規(guī)則和課節(jié)規(guī)則2類（學校的課程規(guī)則：不授課、連續(xù)授課、每天安排課程上限、課程同時授課上限等約束，課節(jié)規(guī)則：不排課、必須排某科課程等），滿足學校的個性化排課需求。

b）支持手動排課和自動排課2種方式。

c）支持手工調課，選擇某節(jié)待調整課程后，系統(tǒng)會自動給出提示，哪些課節(jié)可以與之進行調換。

d）支持一生一課表、一師一課表、一室一課表的課表查詢。

3.4 教學服務子系統(tǒng)

3.4.1 校園云安防

為了有效維護校園秩序，保障學校教學、科研工作的順利進行，并為中小學生上下學創(chuàng)造更為舒適安全的出行環(huán)境，方案根據學校需求建立多級構架的數字化校園綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)，并實現各種報警聯動。該安防監(jiān)控系統(tǒng)保證了師生校內人身財產安全，營造了一個安全、穩(wěn)定、文明、健康的育人環(huán)境，建成了標準的“市局中心-中心學校-學?！比壜摼W模型：其中學校一級負責視頻監(jiān)控的前端采集和分布存儲，中心學校一級負責區(qū)域下屬學校的匯聚和統(tǒng)一管理，局中心一級直接監(jiān)管各區(qū)域平臺的匯聚中心學校和直屬學校。該模型定位清晰、職責明確、布局合理，也是目前主流的三級聯網模型。

校園云安防監(jiān)控系統(tǒng)基于先進的人臉識別技術，可實現多路人臉識別，也可實現標記或非標記任務的軌跡追蹤等功能。另外，基于人臉識別的安防系統(tǒng)也可建立智能考勤系統(tǒng)，實現學生、教師人臉考勤打卡簽到等。

同時，安防系統(tǒng)基于多維的校園終端設備信號采集及大數據分析結果，可動態(tài)展現管理者關心的核心數據，例如可形成視頻告警統(tǒng)計、人員管控數據統(tǒng)計、考勤數據統(tǒng)計、園區(qū)車輛數據統(tǒng)計等。

3.4.2 視頻會議系統(tǒng)

高清視頻會議系統(tǒng)實現市教育局與各區(qū)縣之間交互式應急調度、教育協(xié)商、教育決策等功能。此系統(tǒng)應實現主會場和各個分會場召開高清晰度遠程集中化業(yè)務展示、視頻會議研討、遠程交流培訓、圖像資料傳輸等功能。該集中化業(yè)務展示系統(tǒng)應是一個技術先進、成熟可靠、性能優(yōu)秀、擴展靈活、標準開放的系統(tǒng)，并且能夠綜合考慮該系統(tǒng)的中長期發(fā)展計劃，在網絡結構、網絡應用、網絡管理、系統(tǒng)性能等各個方面適應未來集中化業(yè)務展示和多媒體應用的發(fā)展，最大程度地保護已有投資。

3.4.3 電子備課室

市轄區(qū)中小學建設電子備課室，教師可集中辦公，為每位教師配備辦公工位和電腦，將電子備課室、教師辦公室合二為一，方便教師集體備課和辦公。工位采用1.2×1.4 m L 型工位，L 型工位三邊處于流線形狀，職員工作時，可以隨意選擇工作方向，使臺面板空間利用率達到最大。每個辦公工位配備一個底柜，方便教師存放物品。電腦采用主流配置，能夠滿足教師平時辦公和備課需要。

4 “區(qū)域教育云”建設價值

區(qū)域教育云打造“云+網+端”（基于分場景的教育信息化應用）整體解決方案，對于教育局、學校、教師、學生及家長具有不同的價值，可實現區(qū)域教育均衡發(fā)展［14-15］。

a）教育局：形成統(tǒng)一公共服務體系，提供三通兩平臺建設方案，提升區(qū)域資源匯聚及管理能力。

b）學校：促進教育均衡發(fā)展，破除信息孤島，降低成本，緩解擇校熱、優(yōu)質師資短缺等問題。

c）教師：改善教學水平，提升備課效率及備授課能力，師師、師生互動更便捷、順暢。

d）學生：創(chuàng)新教學提升學習興趣，創(chuàng)造優(yōu)質自主學習環(huán)境。

e）家長：實現家校互動、協(xié)作教育，全面了解本區(qū)域教育動態(tài)。

5 應用效果與總結

通過“云+網+端”區(qū)域教育信息化建設方案實踐，一是形成了運營商立體教育產品模式，達到云、網相互促進，端應用部署數量迅速增長；二是建立了運營商級絕對優(yōu)勢，打造行業(yè)空白產品，基于先進、靈活、開放的區(qū)域教育云架構，采用“云服務+網絡+應用”三位一體的智慧教育創(chuàng)新模式，形成全方位、多層次、立體化的智慧教育新格局；三是建立基準模型，推廣項目模型，形成末梢菜單式解決方案，從而將應用范圍拓展到全行業(yè)。