周化鋼 黃志昌 彭越

摘? ?要：大數(shù)據(jù)正在改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，新學(xué)習(xí)方式的多樣性是引發(fā)智慧教育的必然結(jié)果。文章首先對(duì)基于大數(shù)據(jù)的智慧教育進(jìn)行了可行性分析，提出智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的理念。然后從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信息反饋等方面分析了構(gòu)建智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的功能需求，并提出了基本設(shè)計(jì)原則來構(gòu)建基于第三方云服務(wù)的分布式數(shù)據(jù)智慧教育生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)。該架構(gòu)具有數(shù)據(jù)接口、應(yīng)用接口和多技術(shù)融合的開放性特征，還具有智能收集教學(xué)信息、學(xué)習(xí)資源和社交媒體信息的共享性特征，并不斷迭代優(yōu)化智慧庫的行為。該系統(tǒng)還可以提供實(shí)時(shí)智能數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)可視化提供監(jiān)測預(yù)警能力及個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的推送，實(shí)現(xiàn)智慧教育交互、協(xié)作和泛在的特征，最終目的是構(gòu)建具有可持續(xù)性和平衡性的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智慧教育;需求分析;架構(gòu)設(shè)計(jì);大數(shù)據(jù);軟件生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）11-0071-05

一、引言

人類進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，智慧教育也悄然興起和蓬勃發(fā)展。張茂聰?shù)萚1]通過2010—2018年的文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，智慧教育的研究熱點(diǎn)主要集中在三個(gè)方面：智慧學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)的研究、智能技術(shù)支持下的智慧教學(xué)研究和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)支持下的個(gè)性化學(xué)習(xí)研究。國內(nèi)研究主要由國家級(jí)的政策引導(dǎo)，分為四個(gè)階段：2010年國務(wù)院印發(fā)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》;2012年教育部印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》;2015年國務(wù)院印發(fā)《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》;2017年國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》。這些國家級(jí)層面的規(guī)劃和指導(dǎo)意見，引發(fā)了教育領(lǐng)域?qū)Α爸腔劢逃薄爸腔坌@”“智慧課堂”“教育大數(shù)據(jù)”“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的研究熱潮。尤其是大數(shù)據(jù)、人工智能和云計(jì)算技術(shù)的成熟，引發(fā)了智慧教育研究的新熱點(diǎn)。但目前的研究大多聚焦于局部的智慧教育系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)和應(yīng)用，并存在很多問題。例如，開發(fā)的系統(tǒng)很難與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容和數(shù)據(jù)共享，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)也較難接入、更新和升級(jí)到系統(tǒng)中。因此，本研究首先從大數(shù)據(jù)引發(fā)的學(xué)習(xí)方式改變?nèi)胧?，重新?duì)智慧教育主體進(jìn)行需求分析，提出一種基于人工智能云基礎(chǔ)架構(gòu)上的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)，以解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題。

二、 大數(shù)據(jù)背景下的學(xué)習(xí)革命與智慧教育的形成

大數(shù)據(jù)給傳統(tǒng)教育領(lǐng)域帶來新的變革，主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)方式的改變。

1.泛讀與碎片化學(xué)習(xí)

通過泛讀和碎片化學(xué)習(xí)的方式來適應(yīng)大數(shù)據(jù)下的知識(shí)爆炸問題。碎片化學(xué)習(xí)有利于學(xué)習(xí)者運(yùn)用全新的思維方式，從海量信息中提取有意義的知識(shí)碎片，再結(jié)合原有知識(shí)，形成新知識(shí)體系[2]。所謂最新知識(shí)，如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，其知識(shí)體系結(jié)構(gòu)還在不斷變化，信息量大。這些海量資源不進(jìn)行優(yōu)化提煉，就只能像快餐文化一樣，通過泛讀來獲取新知識(shí)。

2.泛在學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)方式多樣性

數(shù)字化、多媒體、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和智能移動(dòng)設(shè)備讓學(xué)習(xí)方式呈現(xiàn)多樣性。在線學(xué)習(xí)營造出隨時(shí)隨地的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境。泛在學(xué)習(xí)在外語學(xué)習(xí)方面體現(xiàn)出較大優(yōu)勢，有學(xué)者通過大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)的上下文分析，為學(xué)習(xí)者推測出更準(zhǔn)確的單詞含義[3]。

3.經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)

大數(shù)據(jù)的簡單算法比小數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法更有效[4]。今天的人工智能就是通過大數(shù)據(jù)提取經(jīng)驗(yàn)、獲取知識(shí)。正如計(jì)算機(jī)文字處理通過大量的語料庫來替代早期推理算法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器翻譯和語法檢查。Google的AlphaGo通過大量棋譜學(xué)習(xí)獲取技能，最終戰(zhàn)勝人類專業(yè)圍棋選手。更為奇特的是，2.0版本的AlphaGo是通過自身產(chǎn)生的大量自我對(duì)弈棋局來提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本[5]。因此，基于大數(shù)據(jù)的“經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)”將改變傳統(tǒng)案例教學(xué)法中的特定案例方式，從更多的案例分析中提取經(jīng)驗(yàn)來促進(jìn)學(xué)習(xí)。

大數(shù)據(jù)產(chǎn)生新的學(xué)習(xí)方式，也促進(jìn)智慧教育在開放、共享、交互、協(xié)作和泛在方面趨于成熟，讓智慧教育從愿景走向現(xiàn)實(shí)。

三、智慧教育生態(tài)系統(tǒng)可行性分析

美國的帕克（Geoffrey G. Paker）[6]將商業(yè)系統(tǒng)的模式分為應(yīng)用級(jí)、平臺(tái)級(jí)和生態(tài)級(jí)。應(yīng)用級(jí)系統(tǒng)僅提供一個(gè)產(chǎn)品服務(wù)給單一用戶群體;平臺(tái)級(jí)相當(dāng)于一個(gè)集市，允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者進(jìn)行價(jià)值互動(dòng)，只做平臺(tái)的構(gòu)建和管理服務(wù)，沒有相關(guān)的產(chǎn)品;生態(tài)級(jí)是眾多利益相關(guān)者及相關(guān)事物構(gòu)成的整體[7]，通過開放和優(yōu)惠策略吸引更多的參與者來形成利益共享，參與者通過價(jià)值鏈來降低商業(yè)成本，形成共同治理、相互依賴和協(xié)作關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)。

構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用或平臺(tái)系統(tǒng)牽涉到的技術(shù)越來越復(fù)雜，早期的智慧教育系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)新環(huán)境、新技術(shù)的要求。由于基本支撐條件已經(jīng)成熟，本文提出從更高層次構(gòu)建智慧教育生態(tài)系統(tǒng)。

1.智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善

網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)智能設(shè)備成本越來越低，如蘋果公司推出100美元的教育版iPad、谷歌公司推出基于Chrome OS的廉價(jià)筆記本電腦及100美元左右的智能手機(jī)，這些產(chǎn)品加速了智慧教育時(shí)代的到來。

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信就像水、電、交通一樣，成為社會(huì)民生的基礎(chǔ)設(shè)施，而國家的校園網(wǎng)政策，也為智慧教育的實(shí)現(xiàn)鋪墊了良好基礎(chǔ)。

2.在線教育的普及

在線課程學(xué)習(xí)經(jīng)歷了四個(gè)階段的發(fā)展過程（如圖1所示）。在網(wǎng)絡(luò)電視時(shí)代，早期的遠(yuǎn)程電視教育興起，學(xué)生可以在家里完成課程學(xué)習(xí)并取得學(xué)位，其缺點(diǎn)是課程時(shí)間固定，學(xué)生必須依靠電視機(jī)學(xué)習(xí)，且學(xué)習(xí)內(nèi)容不可回放，容易錯(cuò)過學(xué)習(xí)時(shí)間。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，學(xué)校開始將傳統(tǒng)課程從教室遷移到線上。例如，從2007年流行的在線課程管理系統(tǒng)Moodle、Blackboard[8]及分布在互聯(lián)網(wǎng)上零散的學(xué)習(xí)視頻課程，到2012年北美大學(xué)發(fā)起的慕課（Massive Open Online Courses，簡稱MOOC）。進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上的課程資源和進(jìn)行在線學(xué)習(xí)的學(xué)生越來越多，大規(guī)模在線課程演變出大量泛MOOC，包括微課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、O2O線上線下混合教學(xué)、SPOC平臺(tái)等模式[9]。

3.大數(shù)據(jù)的形成與價(jià)值

在線教育除了創(chuàng)建大量的課程內(nèi)容，還產(chǎn)生大量的師生互動(dòng)交流數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括教師發(fā)布的學(xué)習(xí)資源、線上測驗(yàn)、討論、線上作業(yè)的提交反饋情況以及碎片化學(xué)習(xí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等[10]。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程形成了大數(shù)據(jù)資源，這是實(shí)現(xiàn)智慧教育基礎(chǔ)。例如，東臺(tái)開放大學(xué)印志勇[11]通過“MOOC平臺(tái)教學(xué)+大數(shù)據(jù)分析”，實(shí)現(xiàn)了個(gè)體差異化教學(xué)，并改進(jìn)了教學(xué)評(píng)價(jià)方式。

四、智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的需求分析

智慧教育環(huán)境應(yīng)包括教師、學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)方式、管理、課程、教學(xué)、教育資源、教與學(xué)評(píng)價(jià)、校園環(huán)境和教育模式等方面的智慧化[12]。有學(xué)者認(rèn)為，智慧教育的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)支持服務(wù)體系，該服務(wù)體系分為資源支持、技能支持、管理支持、交互支持和評(píng)價(jià)支持5個(gè)范疇[13]。本文認(rèn)為，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，構(gòu)建智慧教育生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)關(guān)注師生的核心功能需求，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)：

1.數(shù)據(jù)采集

（1）知識(shí)的提煉與優(yōu)化

大數(shù)據(jù)具有Volume（量大）特征，而人類畢生也無法學(xué)習(xí)所有海量的互聯(lián)網(wǎng)資源。此外，大數(shù)據(jù)還具有Value（價(jià)值）特征，其價(jià)值密度低，所以需要根據(jù)相應(yīng)課程提煉優(yōu)質(zhì)資源并區(qū)分優(yōu)質(zhì)資源的屬性。例如，可從發(fā)布資源學(xué)校的排名、教師名氣、學(xué)習(xí)者對(duì)課程的評(píng)價(jià)、閱讀或觀看率等權(quán)重分析過濾出所需課程。

（2）智慧庫構(gòu)建

將海量數(shù)據(jù)提煉分類，構(gòu)建成智慧庫。有學(xué)者提出，學(xué)習(xí)資源庫是教師和學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)資源，開放課程庫是服務(wù)社會(huì)大眾的資源，管理信息庫是產(chǎn)學(xué)研業(yè)務(wù)管理的資源[14]。筆者認(rèn)為，智慧庫建設(shè)是一個(gè)數(shù)據(jù)資源不斷迭代提煉、優(yōu)化的過程，只有優(yōu)良的數(shù)據(jù)支持，才能構(gòu)建出智慧的教育體系。

2.數(shù)據(jù)分析

（1）差異化、個(gè)性化學(xué)習(xí)資源定制與推送

通過大數(shù)據(jù)分析，可以精確了解學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、情感結(jié)構(gòu)、能力傾向和個(gè)性特征，以此為基礎(chǔ)來提供全面的、個(gè)性化的與精準(zhǔn)的教育服務(wù)。如及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)盲區(qū)、完善學(xué)習(xí)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)科優(yōu)勢與特長[15]。 大數(shù)據(jù)環(huán)境下的個(gè)性化學(xué)習(xí)主要有兩方面優(yōu)勢：第一，豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。學(xué)生可以根據(jù)自身喜好和能力選擇學(xué)習(xí)任務(wù)。第二，改善學(xué)習(xí)效率。通過大數(shù)據(jù)對(duì)高頻錯(cuò)題進(jìn)行分析，列出知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)不同學(xué)習(xí)者推送類題與錯(cuò)題，再擬定個(gè)性化學(xué)習(xí)方式[16]。差異化與個(gè)性化學(xué)習(xí)一直是教育工作者力圖解決的問題，而大數(shù)據(jù)讓這個(gè)問題“迎刃而解”。

所以，智慧教育應(yīng)該能夠根據(jù)課程教學(xué)大綱要求，智能地從互聯(lián)網(wǎng)搜索學(xué)習(xí)資源，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，再根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)理解力進(jìn)行評(píng)級(jí)。例如，可以分為高、中、低級(jí)，同時(shí)對(duì)收集的學(xué)習(xí)資源難度再進(jìn)行高、中、低分類，最后再按學(xué)生的理解力級(jí)別推薦學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)差異化與個(gè)性化學(xué)教學(xué)。

（2）學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)因子分析

傳統(tǒng)學(xué)習(xí)通過考試來測試知識(shí)的掌握程度，根據(jù)上課考勤、平時(shí)作業(yè)、課堂回答問題來判斷和監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。而在大數(shù)據(jù)時(shí)代，通過學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上留下的大數(shù)據(jù)痕跡，可以發(fā)現(xiàn)和分析更多的學(xué)習(xí)因子。例如，有學(xué)者對(duì)北京市民終身學(xué)習(xí)網(wǎng)（京學(xué)網(wǎng)）的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取了與學(xué)習(xí)指標(biāo)相關(guān)的大數(shù)據(jù)，再利用因子分析方法構(gòu)建了包括學(xué)習(xí)行為指數(shù)、學(xué)習(xí)滿意指數(shù)和學(xué)習(xí)結(jié)果指數(shù)的多維度監(jiān)測預(yù)警指數(shù)系統(tǒng)[17]。

“不是因果關(guān)系，而是相關(guān)關(guān)系”[18]，應(yīng)用到教育領(lǐng)域中，可以得出影響學(xué)生學(xué)習(xí)的一些相關(guān)因素。例如，玩游戲時(shí)間與學(xué)習(xí)成績的相關(guān)性、運(yùn)動(dòng)場上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和學(xué)習(xí)成績的關(guān)系、圖書館圖書借閱量與學(xué)習(xí)成績的關(guān)聯(lián)性等。

3.信息反饋

數(shù)據(jù)是“死”的，只有通過優(yōu)化分析，提供數(shù)據(jù)可視化的預(yù)測、推薦及預(yù)警能力，才能稱之為智慧系統(tǒng)。可視化技術(shù)包括標(biāo)簽云、歷史流以及空間信息流等。把數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理，可以發(fā)現(xiàn)一些隱藏的關(guān)聯(lián)性，并以直觀觀測形式來指導(dǎo)決策[19]。智慧教育可以提供多種數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控預(yù)警。

（1）位置監(jiān)控

觀察學(xué)生不同時(shí)段在校園的地理位置信息圖，可以讓輔導(dǎo)員了解學(xué)生的日常生活學(xué)習(xí)情況，保證學(xué)生的安全。

（2）學(xué)習(xí)監(jiān)控

學(xué)生在線學(xué)習(xí)資源的瀏覽閱讀分析圖，可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生的閱讀活動(dòng)，不斷優(yōu)化更新學(xué)習(xí)信息資源?？梢酝ㄟ^多種學(xué)習(xí)因子的人工智能分析來預(yù)測學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況分析圖，讓相關(guān)教師調(diào)整教學(xué)進(jìn)度或教學(xué)方法，以改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。

（3）學(xué)生輿情監(jiān)控

可以通過校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源和社交媒體資源預(yù)測學(xué)生群體的思想狀況，提供對(duì)學(xué)校管理和教學(xué)的滿意度分析圖。為學(xué)校管理者和教師提供改進(jìn)措施。

4.其他

（1）智能改卷

目前，在線考試基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)批改，但問答題等其他主觀題還需要教師手工批改。隨著自然語言處理和人工智能的不斷發(fā)展，智能改卷在今后幾年內(nèi)將成為可能。

（2）其他新技術(shù)應(yīng)用

新技術(shù)應(yīng)用不僅僅能降低智慧教育的成本，還能豐富數(shù)據(jù)的采集方式。例如：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓學(xué)生能夠真實(shí)地體驗(yàn)各種建筑結(jié)構(gòu)，節(jié)省了到現(xiàn)場的觀摩費(fèi)用;基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的攜帶式智能設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)攝像頭及無接觸門禁系統(tǒng)等，可以實(shí)時(shí)采集學(xué)生的生活起居、學(xué)習(xí)研究及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，分析學(xué)生行為與學(xué)習(xí)的相關(guān)性。

五、智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

丹麥哥本哈根大學(xué)的康斯坦?。↘onstantinos Manikas）[20]通過對(duì)2007—2014年文獻(xiàn)的分析發(fā)現(xiàn)，基于軟件架構(gòu)的平臺(tái)開始逐步向軟件生態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)過渡，軟件生態(tài)系統(tǒng)研究也趨于成熟，并提出了軟件生態(tài)系統(tǒng)的組成定義為“軟件工程+商業(yè)管理模式+關(guān)系”。2020年，董瑞志等[21]在軟件生態(tài)系統(tǒng)的研究綜述中認(rèn)為，軟件生態(tài)系統(tǒng)是軟件企業(yè)、開發(fā)者、技術(shù)社區(qū)等涉眾群體，以軟件產(chǎn)品、服務(wù)、數(shù)據(jù)和知識(shí)為媒介相互作用形成的復(fù)雜系統(tǒng)。

所以，早期的智慧教育應(yīng)用或平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)是針對(duì)學(xué)校、（城市）區(qū)域來構(gòu)建的。例如：李森[22]在2013年提出了電子書包和教育云系統(tǒng)架構(gòu)方案，該方案借助云計(jì)算技術(shù)、多租戶技術(shù)、SOA面向服務(wù)的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)智慧教育應(yīng)用系統(tǒng);閆羽中[23]為大連市1034所中小學(xué)校統(tǒng)一構(gòu)建了一個(gè)基于大數(shù)據(jù)的市級(jí)智慧教育平臺(tái);在寧波市智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)上，尹天鶴[24]構(gòu)建了一個(gè)面向市民的智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)。

針對(duì)智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，有學(xué)者提出將政府、學(xué)校、云服務(wù)商、資源提供商、第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)等區(qū)域內(nèi)外結(jié)合，來構(gòu)建智慧教育云服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)方案。其設(shè)計(jì)思路是從底層的基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）開始構(gòu)建，通過使用虛擬化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和云存儲(chǔ)體系，對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施資源完成整合和應(yīng)用交付[25]。但是，每一層的基礎(chǔ)服務(wù)（IaaS）和應(yīng)用服務(wù)（SaaS）都是自主開發(fā)，設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，成本和風(fēng)險(xiǎn)高，難以形成系統(tǒng)生態(tài)圈。

因此，智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與一般意義上的智慧教育服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念完全不同。后者只是針對(duì)某一個(gè)用戶群體定制好的具體產(chǎn)品，而前者是參與者多樣性的生態(tài)系統(tǒng)[26]。為此，本文提出了智慧教育生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)思路，從軟件工程視角設(shè)計(jì)了一個(gè)具有可持續(xù)性的系統(tǒng)架構(gòu)，從商業(yè)視角解決生態(tài)系統(tǒng)的治理，從關(guān)系視角平衡生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)角色之間的利益關(guān)系。

1.智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

智慧教育生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則：

（1）數(shù)據(jù)分布性

去中心化，開放數(shù)據(jù)接口。大數(shù)據(jù)具有Velocity（快速）特征，數(shù)據(jù)產(chǎn)生快速，具有時(shí)效性。從現(xiàn)實(shí)角度看，互聯(lián)網(wǎng)和校園網(wǎng)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的主要來源，采集的是分布式數(shù)據(jù)。但是，有些學(xué)者提出整合、統(tǒng)一多個(gè)服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)方案。如張洋[27]提出通過統(tǒng)一平臺(tái)管理、實(shí)現(xiàn)信息共享來整合學(xué)校各個(gè)服務(wù)平臺(tái)的方案;還有學(xué)者提出把國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)、教育管理公共服務(wù)平臺(tái)匯聚形成教育大數(shù)據(jù)中心[28]。這些將現(xiàn)有系統(tǒng)重構(gòu)為一個(gè)數(shù)據(jù)中心的想法，實(shí)現(xiàn)難度大，不切合實(shí)際。具有可行性的方法是在原有分布式數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，由政府制定政策，讓企業(yè)、學(xué)校和社交等相關(guān)應(yīng)用平臺(tái)開放數(shù)據(jù)接口，使每一個(gè)智慧教育平臺(tái)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)資源擁有者互聯(lián)，形成智慧教育數(shù)據(jù)生態(tài)圈。

（2）功能可擴(kuò)展性

多技術(shù)融合，開放應(yīng)用接口。王曉燕、余東先[29]提出通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)能夠支持多種教學(xué)模式、存儲(chǔ)教學(xué)數(shù)據(jù)、智能數(shù)據(jù)分析、持續(xù)改進(jìn)的學(xué)習(xí)環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)通過統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。所以，通過整合統(tǒng)一的應(yīng)用接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如RESTful和微服務(wù)等流行的Web服務(wù)接口方式，實(shí)現(xiàn)功能可擴(kuò)展的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建。

（3）跨平臺(tái)性

由于平臺(tái)底層基于云服務(wù)架構(gòu)，而云服務(wù)平臺(tái)最大的特點(diǎn)是PaaS（平臺(tái)即服務(wù)），其中的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢是Web Service，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言的服務(wù)?；贖TTP協(xié)議和Web服務(wù)接口（REST API+JSON數(shù)據(jù)格式）實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)和跨域應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。

（4）可持續(xù)性

軟件生態(tài)系統(tǒng)的形成更多得益于開源軟件社區(qū)的奉獻(xiàn)。所以，系統(tǒng)核心模塊的開源可以吸引更多軟件開發(fā)者參與并維護(hù)代碼，逐步形成開源軟件供應(yīng)鏈，促進(jìn)軟件生態(tài)系統(tǒng)的演進(jìn)和可持續(xù)性發(fā)展。

（5）可平衡性

生態(tài)系統(tǒng)的最重要特征是平衡性，系統(tǒng)擁有者應(yīng)保持多方利益相關(guān)者競爭與協(xié)作關(guān)系的平衡。

2.智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的分層架構(gòu)

生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮三方面參與者的需求，即系統(tǒng)擁有者、應(yīng)用軟件開發(fā)者和最終用戶。從系統(tǒng)擁有者的需求角度出發(fā)，系統(tǒng)應(yīng)該采用大規(guī)模分布式設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有的成熟基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)。例如，可以利用中國互聯(lián)網(wǎng)知名企業(yè)“BAT”及其他服務(wù)商提供的云計(jì)算與云存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，由此降低平臺(tái)底層的大部分運(yùn)維成本和風(fēng)險(xiǎn)。從軟件開發(fā)者的需求角度出發(fā)，系統(tǒng)應(yīng)該在第三方云計(jì)算服務(wù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智慧教育需求服務(wù)模塊，給軟件開發(fā)者提供開發(fā)技術(shù)接口，以訪問豐富的智慧教育服務(wù)業(yè)務(wù)，并減少復(fù)雜性，降低技術(shù)門檻并提供優(yōu)惠策略來吸引軟件開發(fā)者。而對(duì)于最終用戶的需求，系統(tǒng)應(yīng)該簡單易用，實(shí)現(xiàn)多樣化的設(shè)備終端接入并開發(fā)跨操作系統(tǒng)的平臺(tái)。通過整合三方用戶和系統(tǒng)的核心需求，規(guī)劃出整體架構(gòu)，如圖2所示。

3.智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)

基于上述架構(gòu)思路，智慧教育生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及可視化信息反饋三個(gè)基本核心功能，并通過大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，與已有的智慧教育應(yīng)用或平臺(tái)系統(tǒng)以及社會(huì)化媒體相融合，完成數(shù)據(jù)的優(yōu)化和迭代更新。智慧教育生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

（1）數(shù)據(jù)采集

通過開放型大數(shù)據(jù)接口，智慧教育生態(tài)系統(tǒng)可以和第三方應(yīng)用（學(xué)校現(xiàn)有的SPOC系統(tǒng)、MOOC系統(tǒng)、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等智慧教育系統(tǒng)以及微信、QQ等其他社會(huì)化媒體）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。同時(shí)，該系統(tǒng)可以結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有的教務(wù)系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、校園網(wǎng)和安防系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集，智能迭代優(yōu)化智慧庫的數(shù)據(jù)資源。

（2）數(shù)據(jù)分析

通過在線學(xué)習(xí)考勤簽到、在線課堂測驗(yàn)、在線作業(yè)提交、在線考試等相關(guān)學(xué)習(xí)因子數(shù)據(jù)分析，智能實(shí)時(shí)完成學(xué)習(xí)監(jiān)控。通過學(xué)生在線評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)討論、社交聊天記錄等情感分析數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)和管理質(zhì)量進(jìn)行分析。

（3）智能可視化信息反饋

最后，通過數(shù)據(jù)可視化智能反饋結(jié)果。對(duì)教學(xué)管理者顯示數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息和教學(xué)預(yù)警，為學(xué)生推送差異化學(xué)習(xí)資源，向教師提供教學(xué)模式和教學(xué)改進(jìn)建議。

六、結(jié)語

智慧教育生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該在現(xiàn)有的分布式數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)和應(yīng)用的開放接口。本系統(tǒng)通過智慧庫的迭代優(yōu)化，為學(xué)生推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，同時(shí)通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)教育智能監(jiān)測預(yù)警，最終促進(jìn)智慧教育生態(tài)圈的形成。

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（編輯：王曉明）