◇ 龔晨，唐雷，向往 ◇

隨著全球大數(shù)據(jù)時代的到來，高校的信息化建設(shè)也進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時代。當(dāng)前，高校校園信息化建設(shè)正在向互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享、功能單元模塊化的智能化智慧化方向發(fā)展。2018年，國家為推進(jìn)建設(shè)教育現(xiàn)代化、統(tǒng)籌建設(shè)教育強(qiáng)國，陸續(xù)出臺了《教育信息化2.0行動計劃》《中國教育現(xiàn)代化2035》《智慧校園總體框架》等政策文件，積極推動“大數(shù)據(jù)+教育”的普及。同時，學(xué)校信息化建設(shè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合的智慧校園也已經(jīng)成為智慧城市的重要組成部分，而智慧校園是教育信息化的實(shí)質(zhì)性體現(xiàn)。在大數(shù)據(jù)時代，高校智慧校園的建設(shè)必須結(jié)合當(dāng)下最前沿的軟件設(shè)計理念，利用先進(jìn)的信息化與大數(shù)據(jù)技術(shù)，在“模塊化功能”的視角下，對學(xué)校面臨的各類教學(xué)、科研、管理、學(xué)生服務(wù)、就業(yè)等問題進(jìn)行分類，并整合重構(gòu)，從學(xué)校宏觀決策的角度出發(fā)進(jìn)行頂層設(shè)計，按照不同類型的管理方式，對原本復(fù)雜的問題提出“模塊式”解決方案，從而降低問題的復(fù)雜度。在高校智慧校園信息化建設(shè)過程中，采用“模塊化功能”的設(shè)計模式和開發(fā)模式，將降低智慧校園的建設(shè)難度，有利于加快學(xué)校信息化建設(shè)進(jìn)程。

一、大數(shù)據(jù)時代智慧校園建設(shè)框架的變化

2013年前后，各大城市普遍推開智慧城市的建設(shè)催生出智慧校園的概念，并逐漸被各學(xué)校接受。智慧校園的建設(shè)框架是：以各種具體的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理及師生的校園生活進(jìn)行充分融合；基于互聯(lián)網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)教育過程的可視化，將教育教學(xué)過程與信息化建設(shè)配套融合，建設(shè)信息化學(xué)校新形態(tài)（見圖1）。在這個框架下，各學(xué)校開始了最初的智慧校園建設(shè)與探索，從硬件設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境到各類軟件的應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了教育信息化建設(shè)在教學(xué)和教務(wù)管理方面的應(yīng)用。智慧校園更強(qiáng)調(diào)融合在智能感知技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的支撐下，高校的物理校園和虛擬校園已經(jīng)越來越不可分①蔣東興，付小龍，袁芳，等：《大數(shù)據(jù)背景下的高校智慧校園建設(shè)探討》，《華東師范大學(xué)學(xué)報》（自然科學(xué)版）2015年3月第S1期。。

圖1 智慧校園示意圖

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育、科技、社會領(lǐng)域發(fā)生了重大變革，大數(shù)據(jù)、智能化、互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)逐漸深入到各行各業(yè)，對人們的日常學(xué)習(xí)、工作方式、教育方式產(chǎn)生了重大影響。各種新興信息技術(shù)與高校教育、教學(xué)業(yè)務(wù)深度融合，高校教育已逐步走向“智慧教育”的新階段，而高校智慧校園正是其發(fā)展方向②郭小光：《大數(shù)據(jù)技術(shù)在職業(yè)院校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用》，《信息與電腦》2019年第24期。。在大數(shù)據(jù)背景下，高校的信息化建設(shè)面臨更高的要求，智慧校園的框架體系目標(biāo)也需要根據(jù)社會對教育事業(yè)的需求不斷調(diào)整，更加重視“功能模塊化”、“靈活配置”和“高效快速低成本”，要求智慧校園能展示學(xué)校大數(shù)據(jù)，按不同學(xué)校的管理模式提供靈活可選可配置的“功能單元”，由學(xué)校自己根據(jù)其特點(diǎn)定制化的進(jìn)行“裝配”，從而達(dá)到特色化的重構(gòu)、整合智慧校園的目的。

信息技術(shù)與教育教學(xué)的相互融合是促進(jìn)學(xué)校推進(jìn)發(fā)展戰(zhàn)略舉措落地，推動學(xué)校各業(yè)務(wù)流程重構(gòu)和變革的重要手段。前期的智慧校園框架體系已經(jīng)不能滿足高校在大數(shù)據(jù)時代的教育信息化建設(shè)要求。在學(xué)校層面，先期建設(shè)的信息化系統(tǒng)以支撐業(yè)務(wù)部門的各項(xiàng)工作邏輯為主，鮮有支撐管理的決策性功能單元存在，流程獨(dú)立、數(shù)據(jù)孤島的問題一直困擾和限制著傳統(tǒng)框架下的智慧校園建設(shè)。在學(xué)生層面，傳統(tǒng)的智慧校園建設(shè)框架已經(jīng)稍顯落后于大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)和移動5G技術(shù)，對于這些最新的信息化理論和技術(shù)來說，教育信息化的現(xiàn)代化建設(shè)和師生校園學(xué)習(xí)生活環(huán)境，都沒有被納入整體的系統(tǒng)設(shè)計之中。在校本大數(shù)據(jù)層面，數(shù)據(jù)孤島的存在，使數(shù)據(jù)之間不能及時共享互通，造成數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)歸口不一、數(shù)據(jù)權(quán)威性解釋不清、數(shù)據(jù)互不統(tǒng)一等問題，使得校本大數(shù)據(jù)的價值無法上升到管理層面，就更難為建設(shè)現(xiàn)代化的學(xué)校提供決策依據(jù)。因此，基于學(xué)校戰(zhàn)略發(fā)展的思考，在智慧校園建設(shè)過程中，理清業(yè)務(wù)需求，明確建設(shè)方向，從頂層角度，以最新的軟件設(shè)計模式——“功能模塊化”對傳統(tǒng)智慧校園進(jìn)行重構(gòu)升級，重新定義智慧校園框架體系（見圖2），創(chuàng)新服務(wù)內(nèi)容，夯實(shí)校本大數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)成為在“教育信息化行動2.0時代”學(xué)校信息化建設(shè)的主要方向之一。

圖2 模塊化智慧校園框架

二、當(dāng)前高校智慧校園建設(shè)過程中存在的問題

（一）智慧校園技術(shù)核心未能凸顯

智慧校園技術(shù)核心如學(xué)習(xí)情景識別與環(huán)境感知技術(shù)、虛擬化場景等技術(shù)，未能在推進(jìn)教育現(xiàn)代化信息化過程中凸顯其技術(shù)核心地位。2010年以來，隨著國家推進(jìn)信息化建設(shè)，和智慧城市的建設(shè)，信息化政務(wù)服務(wù)建設(shè)已經(jīng)逐漸發(fā)展起來，并被大眾所熟知，但教育信息化建設(shè)卻相對滯后，部分學(xué)校在推進(jìn)教育信息化建設(shè)進(jìn)程中把控不到位、建設(shè)積極性不高、投入也相對較少。與社保查詢、個稅服務(wù)、機(jī)動車違法查詢辦理等信息化政務(wù)服務(wù)所不同，智慧校園是一種能夠?qū)虒W(xué)行為提供支持的開放性教學(xué)環(huán)境與舒適性生活環(huán)境①范存禮：《互聯(lián)網(wǎng)+背景下的智慧校園建設(shè)探索與實(shí)踐》，《中國建設(shè)教育》2019年第5期。。而事實(shí)上，教育信息化建設(shè)是將現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段應(yīng)用到教育的全過程、全領(lǐng)域的一種方式，它將極大提高教育教學(xué)的效率和質(zhì)量，消除教學(xué)管理手段和信息傳遞過程中的阻礙。然而，部分學(xué)校依然習(xí)慣性的使用傳統(tǒng)手段和傳統(tǒng)的思維方式，致使教學(xué)資源缺乏共享空間，在教育教學(xué)過程中，教育信息資源使用率降低，極大制約了學(xué)校的發(fā)展。

（二）智慧校園設(shè)計中未能體現(xiàn)教育不斷發(fā)展的新需求

智慧校園軟件設(shè)計的理念未能引入教育事業(yè)的發(fā)展對教育信息化建設(shè)的新需求，如繼續(xù)教育、培訓(xùn)、社會服務(wù)、校企聯(lián)合辦學(xué)等尚未納入綜合設(shè)計中或涉及面較少。學(xué)校信息化建設(shè)的集中體現(xiàn)是智慧校園，作為智慧城市建設(shè)的重要體現(xiàn)之一，智慧校園是國家在推行教育強(qiáng)國過程中發(fā)展起來的一個新興的信息化技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其主要面向的對象就是將軟件設(shè)計和開發(fā)過程中的前沿技術(shù)和最新理念應(yīng)用到學(xué)校的教育教學(xué)過程中，從信息化建設(shè)的層面助力教育強(qiáng)國的建設(shè)。因此，智慧校園作為高校的軟硬件建設(shè)的綜合體，其頂層設(shè)計必須契合國家教育事業(yè)最新的發(fā)展方向，即要求在智慧校園的設(shè)計中，設(shè)計者必須以最新技術(shù)和理念進(jìn)行軟件的構(gòu)建和后期的開發(fā)。

（三）智慧校園整體兼容性不強(qiáng)

智慧校園是學(xué)校內(nèi)部各軟件、硬件信息化建設(shè)的集中統(tǒng)一體，這要求其整體性和兼容性必須在技術(shù)層面上充分體現(xiàn)。傳統(tǒng)的智慧校園框架體系，雖然也應(yīng)用了當(dāng)時較為先進(jìn)的技術(shù)，但是這些技術(shù)本身存在互不兼容，迭代不清，甚至是相互排斥的問題。這就導(dǎo)致在用戶應(yīng)用的層面，組成智慧校園的軟硬件常常因某一個“點(diǎn)”或某些“工作邏輯”無法將工作結(jié)果進(jìn)行共享，部分業(yè)務(wù)甚至需要人工將兩個本身就相關(guān)聯(lián)的工作邏輯間的結(jié)果互傳，這極大的降低了智慧校園的用戶體驗(yàn)滿意度和實(shí)用性，導(dǎo)致工作效率降低，甚至出現(xiàn)差錯，使得傳統(tǒng)的智慧校園未能發(fā)揮其真正的應(yīng)用價值，智慧校園的整體性更無從談起。

（四）智慧校園對決策支持作用不明顯

智慧校園在設(shè)計過程中，往往更加注重解決某些具體的工作業(yè)務(wù)問題，而鮮少有統(tǒng)籌宏觀的橫向互聯(lián)互通設(shè)計理念，沒有將大數(shù)據(jù)的概念和決策分析的實(shí)際需求納入智慧校園的總體目標(biāo)設(shè)計中，設(shè)計時的出發(fā)點(diǎn)相對較狹小，設(shè)計目標(biāo)沒有囊括到相關(guān)聯(lián)的各個橫向部門及其業(yè)務(wù)邏輯。如果發(fā)生突發(fā)性事件，智慧校園應(yīng)將警報信息直接傳送到安全防護(hù)中心，在校園內(nèi)部所有監(jiān)控屏幕上直接推送，幫助學(xué)校管控工作的實(shí)施①王麗娜：《基于大數(shù)據(jù)背景下智慧校園的可視化管理信息系統(tǒng)研究》，《計算機(jī)產(chǎn)品與流通》2019年第8期。。在數(shù)據(jù)管理層面，各個部門的數(shù)據(jù)來源不一、解釋不一，也無法相互聯(lián)通相互印證，加之?dāng)?shù)據(jù)本身存在的時效性，使得數(shù)據(jù)的價值沒有得到有效利用和挖掘，從而在具體的應(yīng)用軟件上就表現(xiàn)成為突出的“數(shù)據(jù)孤島”問題。

三、“模塊化功能”在高校智慧校園建設(shè)中應(yīng)用探索

高校智慧校園的頂層設(shè)計應(yīng)該以學(xué)校層面的宏觀決策為出發(fā)點(diǎn)，對接智慧城市的設(shè)計理念，以軟件設(shè)計的最新模塊化思想為導(dǎo)向，提出新穎的概念。智慧校園在建設(shè)過程中不僅是模塊化的設(shè)計，還應(yīng)將模塊化的技術(shù)應(yīng)用到開發(fā)過程中，形成不同的“功能單元”。同時，不同技術(shù)之間、不同體系之間、新舊設(shè)計框架之間的相互融合及更新迭代，都應(yīng)在統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)和框架體系下完成，軟件“功能模塊化”的設(shè)計方式和開發(fā)方式都更加契合智慧校園在《教育信息化2.0行動計劃》指導(dǎo)下的建設(shè)。

（一）高校智慧校園的“模塊化功能”設(shè)計

智慧校園的產(chǎn)品更新迭代速度極快，對智慧校園應(yīng)用層面業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來了不利影響：一個工作邏輯業(yè)務(wù)系統(tǒng)可能會同時有較多人在使用，一個業(yè)務(wù)系統(tǒng)糅合了多個第三方公司的程序設(shè)計思想，并且設(shè)計風(fēng)格不同、設(shè)計理念迥異，這些差異性會導(dǎo)致系統(tǒng)的功能性下降、維護(hù)時間增加、新建工作邏輯的成本增加和周期變長。而“功能模塊化”就是按照某種特性將高校各類工作過程分解成數(shù)個事先定義好邊界的“功能單元”，可以根據(jù)特定的需求以“搭積木”的方式組裝，滿足學(xué)校不同時間對不同業(yè)務(wù)的要求，同時，附帶有對應(yīng)的功能單元文檔說明，從而在學(xué)校維護(hù)層面減少軟件的復(fù)雜性并增加軟件二次開發(fā)的靈活性（見圖3）。軟件平臺是根據(jù)學(xué)校的需求來進(jìn)行編輯設(shè)置，以滿足學(xué)校的信息化管理，并讓學(xué)校的日常工作更加有條理②王麗娜：《基于大數(shù)據(jù)背景下智慧校園的可視化管理信息系統(tǒng)研究》，《計算機(jī)產(chǎn)品與流通》2019年第8期。③王甜：《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園總體建設(shè)模塊設(shè)計》，《現(xiàn)代電子技術(shù)》2020年第16期。。

圖3 功能單元層級遞進(jìn)

以JAVA程序設(shè)計為例，一般來說，模塊化后的各種“功能單元”都可以單獨(dú)運(yùn)行、維護(hù)且相互之間留有互通的接口和參數(shù)，學(xué)校的維護(hù)人員只需要閱讀軟件使用說明，即可用“搭積木”的方式將各種“功能單元”拼接，而軟件模塊內(nèi)部的代碼細(xì)節(jié)則只對專業(yè)管理人員開放。這就極大降低了代碼開發(fā)時間成本，增強(qiáng)了模塊的場景適應(yīng)能力。

在MVC的設(shè)計模式中，如果不能做到細(xì)致的模塊化，就會導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計膨脹得非常巨大，最終造成無法維護(hù)，停止運(yùn)行。早期軟件在不停打補(bǔ)丁修正漏洞時，最終選擇了逐步停止較老的版本，更新迭代到最新版本運(yùn)行，以避免軟件系統(tǒng)過大導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰、宕機(jī)等故障。

（二）智慧校園的“模塊化功能”開發(fā)

傳統(tǒng)智慧校園設(shè)計的大規(guī)模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)開發(fā)周期長，維護(hù)難，重復(fù)性工作讓開發(fā)公司和學(xué)校信息管理員工作量非常大，嚴(yán)重制約了學(xué)校信息化的技術(shù)創(chuàng)新能力，難以滿足學(xué)校新的信息化需求?！澳K化功能”的智慧設(shè)計模式要對學(xué)校業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化梳理和沉淀，并在設(shè)計過程中進(jìn)行智慧應(yīng)用，支持學(xué)校業(yè)務(wù)在各個場景的單元模塊化、智能化設(shè)計，快速響應(yīng)學(xué)校需求，減少開發(fā)時間。

如何來對智慧校園進(jìn)行“功能模塊化”呢？通過歸類和抽象學(xué)校宏觀層面的業(yè)務(wù)邏輯后，進(jìn)行開發(fā)維護(hù)，可以對不同的模塊進(jìn)行聯(lián)系劃分，對不同功能模塊、區(qū)域的調(diào)用關(guān)系進(jìn)行明確的定義，同時按照程序開發(fā)規(guī)范，對程序?qū)?yīng)的調(diào)用關(guān)系進(jìn)行文檔說明。具體來說，可以從以下步驟著手，以學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的建設(shè)為例。

第一，模塊化設(shè)計學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站，明確需要解決的任務(wù)，對問題進(jìn)行歸類和抽象，制定框架總圖和設(shè)計各個“積木”。在此階段，主要完成概要設(shè)計，做好門戶網(wǎng)站的總體框架，確定軟件的結(jié)構(gòu)以及各組成成分，為各部門的子網(wǎng)站、子模塊預(yù)留位置。在具體技術(shù)細(xì)節(jié)層面，要完成詳細(xì)設(shè)計，確定模塊內(nèi)部的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生描述各模塊程序過程的詳細(xì)文檔并提供各類接口和標(biāo)準(zhǔn)。

第二，對統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的各個子網(wǎng)站分解和細(xì)化，分成若干個子模塊，每個子模塊只完成部分完整功能，并且可以通過函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，再按照軟件工程的思想逐步細(xì)化成較小問題，進(jìn)行程序開發(fā)。按照軟件工程分解事務(wù)的具體分解過程：如果f(p1)＞f(p2)，那么R(p1)＞R(p2)，得出結(jié)論E。p1和p2是對兩個具體事務(wù)的抽象表述，R(X)由具體事務(wù)復(fù)雜度決定，結(jié)論E是完成X業(yè)務(wù)工作所需要的工作量。在軟件開發(fā)的過程中，功能單元越小，開發(fā)成本越低，但是在系統(tǒng)集成時，成本隨著系統(tǒng)的龐大程度和復(fù)雜程度線性升高（見圖4）。如何在學(xué)校設(shè)計層面以最小成本確定“功能單元”，并保證單元的最佳性能，是智慧校園頂層設(shè)計時設(shè)計者主要考慮的問題之一。在學(xué)校統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的建設(shè)中，各職能部門可按照總體框架和規(guī)范文檔的要求，分別對自己的子網(wǎng)站、子模塊進(jìn)一步提出詳細(xì)的需求，開發(fā)者按照詳細(xì)需求對這些功能模塊和單元進(jìn)行編碼開發(fā)，形成單個的“積木”。

圖4 系統(tǒng)復(fù)雜度和開發(fā)成本線性關(guān)系

第三，統(tǒng)一門戶網(wǎng)站的各個“積木”完成后，就進(jìn)入了“組裝”過程，技術(shù)層面上體現(xiàn)為主框架集成整合各個單元模塊，單元模塊的整合不分先后，這為學(xué)校的整體信息化建設(shè)給予了極大的自由度。各子網(wǎng)站、子模塊整合完成后，即形成統(tǒng)一的對外門戶網(wǎng)站。通過學(xué)校層面的任務(wù)分解，明確各個“功能單元”之間的邏輯調(diào)用關(guān)系，在開發(fā)中，使用函數(shù)和參數(shù)傳遞來完成這一步驟（見圖5）。

圖5 函數(shù)調(diào)用功能單元

在調(diào)用過程中，還必須考慮到各“功能單元”之間最優(yōu)調(diào)用方式，即由頂層模塊依次調(diào)用下層單元，直到每個下層單元執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。如圖所示的調(diào)用為頂層模塊-＞A-＞B。即頂層的函數(shù)調(diào)用下層模塊的函數(shù)A、B、和其他功能單元，如果單元A被阻塞，繼續(xù)函數(shù)B。一般而言，建立一個獨(dú)立進(jìn)程的主函數(shù)作為程序的入口，對其它各單元函數(shù)調(diào)用，也可以手動編寫一個exit出口程序再退出。主函數(shù)盡量做到簡潔，將具體的代碼細(xì)節(jié)封裝。在此基礎(chǔ)上，將智慧校園不同的“功能單元”統(tǒng)一調(diào)用，功能模塊就有了唯一固定的入口，從而很好地解決了模塊之間的連接性問題，使其在總體應(yīng)用層面上體現(xiàn)出“功能單元”組裝成“功能模塊”，進(jìn)而形成某些特定的流程和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在宏觀用戶層面上形成智慧校園，解決學(xué)校信息化建設(shè)中的具體問題。

結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前高校智慧校園建設(shè)過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)臃腫、難以維護(hù)等問題，可通過使用“功能模塊化”的軟件設(shè)計，整合學(xué)校各類業(yè)務(wù)功能和信息化資源，提升建設(shè)效率，使得智慧校園建設(shè)更加靈活、快速、高效的服務(wù)于學(xué)校的信息化發(fā)展。在《教育信息化2.0行動計劃》的新形勢下，高校的信息化建設(shè)也必須跟上步伐，依靠“功能模塊化”的軟件設(shè)計思路構(gòu)建新一代智慧校園平臺，從信息技術(shù)層面助力學(xué)校發(fā)展，為學(xué)校全面提升管理水平起到強(qiáng)有力的推動作用。