楊嬌嬌

（湖北國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430090）

0 引言

智慧校園建設(shè)已經(jīng)發(fā)展成為目前學(xué)校管理信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的重要步驟。目前高校智慧校園建設(shè)還處在由多媒體化向數(shù)字化過(guò)渡的階段，很多校園里教室的配置還處于“三機(jī)一幕”的“老三樣”階段，校園信息化的水平較低，呈現(xiàn)出“重硬件、輕軟件”的特點(diǎn)。因此，智慧校園軟件方面的投入變得越來(lái)越重要，以人為本、面向服務(wù)、信息互通、數(shù)據(jù)共享是智慧校園軟件平臺(tái)建設(shè)中深入人心的建設(shè)目標(biāo)和理念。高校的校園系統(tǒng)大多有教學(xué)管理平臺(tái)類系統(tǒng)、在線教學(xué)平臺(tái)類系統(tǒng)、在線考核平臺(tái)類系統(tǒng)、教學(xué)輔助平臺(tái)類系統(tǒng)等四大類系統(tǒng)平臺(tái)，用以滿足整個(gè)教學(xué)管理和廣大師生的校園生活的數(shù)字化。然而在各個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，各個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)路線不同，開(kāi)放的接口不同，數(shù)據(jù)孤島的現(xiàn)象嚴(yán)重，每個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合交換、信息資源的融合展示等都存在不少的障礙，高校各個(gè)崗位對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的理解不盡相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧校園從管理層面的支撐能力不強(qiáng)。因此需要建立數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)，統(tǒng)一地進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和集成，是數(shù)據(jù)分析利用展示的重要基礎(chǔ)，建立數(shù)據(jù)清洗和整合平臺(tái)對(duì)四大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和整合，業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互獨(dú)立，互不影響，通過(guò)開(kāi)放統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口提供經(jīng)數(shù)據(jù)整合平臺(tái)清洗后的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，建立用戶管理和統(tǒng)一身份認(rèn)證的平臺(tái)，對(duì)各類應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的身份認(rèn)證服務(wù)，提高智慧校園系統(tǒng)的安全性，通過(guò)對(duì)學(xué)校的用戶進(jìn)行統(tǒng)一的認(rèn)證和授權(quán)，防止重復(fù)的資源消耗，并通過(guò)整合的門(mén)戶網(wǎng)站，為各種用戶配置個(gè)性化服務(wù)；通過(guò)建設(shè)基于共享數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)，把各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)“智能”的信息化建設(shè)；以教師與學(xué)生角色為主線，開(kāi)展全方位的人事、教學(xué)和學(xué)工工作；通過(guò)科研、設(shè)備資產(chǎn)、財(cái)務(wù)經(jīng)費(fèi)等綜合性的咨詢服務(wù)，提供主題導(dǎo)向、多維度的問(wèn)卷調(diào)查及個(gè)人化的問(wèn)卷調(diào)查。并綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為領(lǐng)導(dǎo)做出科學(xué)的決策提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)

高校的數(shù)據(jù)由于是根據(jù)多個(gè)系統(tǒng)的不同規(guī)范來(lái)存儲(chǔ)的，從各個(gè)系統(tǒng)獲取的元數(shù)據(jù)并不具有唯一性和可操作性，因此在學(xué)院之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)一些冗余的數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步的分析需要根據(jù)各自的截取信息規(guī)范地將其轉(zhuǎn)化為有效的信息，這就造成了各學(xué)院間都缺少一系列基本的數(shù)據(jù)規(guī)范，很難建立起支撐決策的信息庫(kù)；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，有助于各個(gè)學(xué)院的信息分享與統(tǒng)一，避免因數(shù)據(jù)不足而造成的沖突。數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)分為共享更新數(shù)據(jù)子模塊、分配更新權(quán)限子模塊、訪問(wèn)獲取數(shù)據(jù)子模塊三大部分。共享更新數(shù)據(jù)子模塊的主要功能是將各個(gè)不同的應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳到校園云平臺(tái)中，同時(shí)更新數(shù)據(jù)的狀態(tài)；分配更新權(quán)限子模塊的主要作用是指定對(duì)應(yīng)的用戶不同的數(shù)據(jù)共享和訪問(wèn)權(quán)限，保障數(shù)據(jù)的安全性；訪問(wèn)和獲取數(shù)據(jù)子模塊的主要作用是對(duì)已經(jīng)授權(quán)的用戶開(kāi)放數(shù)據(jù)訪問(wèn)的權(quán)限，允許用戶獲取查詢到的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)下載到本地使用。

1.2 數(shù)據(jù)清洗整合平臺(tái)

高校智慧校園系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)（extracttransform-load,ETL）[1]，抽取、轉(zhuǎn)換、加載到數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)，才能對(duì)統(tǒng)一的規(guī)范的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)清洗整合平臺(tái)的作用即是對(duì)多個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)里不同的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，處理掉臟數(shù)據(jù)。該平臺(tái)的主要功能是根據(jù)教育部最新公布的資料規(guī)范，對(duì)各種不同的量綱資料進(jìn)行標(biāo)識(shí)、分類編碼、含義、表達(dá)形式等各要素的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一，并形成標(biāo)準(zhǔn)的智慧校園共享數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的主鍵最好是無(wú)意義的，統(tǒng)一由auto-increment 字段生成整形數(shù)據(jù)，不建議使用組合主鍵。若要達(dá)到唯一性限制的效果，不要?jiǎng)?chuàng)建unique index，必須顯示創(chuàng)建普通索引和約束（pk 或uk），即先創(chuàng)建一個(gè)以約束名命名的普通索引，然后創(chuàng)建一個(gè)約束，用using index ...指定索引。當(dāng)刪除約束的時(shí)候，為了確保不影響到它，最好加上keep index 參數(shù)。主鍵的內(nèi)容不建議被頻繁地修改。外鍵約束一般不在數(shù)據(jù)庫(kù)上創(chuàng)建，只表達(dá)一個(gè)邏輯的概念，由系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)萬(wàn)不得已必須使用外健的話，必須在外健列創(chuàng)建索引。總之，數(shù)據(jù)清洗整合平臺(tái)是智慧校園建設(shè)開(kāi)發(fā)中的最基礎(chǔ)的平臺(tái)之一。

1.3 統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)

統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)的作用是用戶在其中的某個(gè)系統(tǒng)中登錄后，可以直接進(jìn)入其他系統(tǒng)，或者查看其他系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表單，無(wú)須在登錄界面登錄，或者使用驗(yàn)證用戶名和密碼登錄，不用其他的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證?？紤]到默認(rèn)的轉(zhuǎn)換、同步、認(rèn)證規(guī)則不能滿足所有需求，所以在此三個(gè)環(huán)節(jié)均設(shè)計(jì)有擴(kuò)展點(diǎn)，可由具體的需求進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)更多功能。轉(zhuǎn)換器：擴(kuò)展每個(gè)身份認(rèn)證條目到身份的轉(zhuǎn)換規(guī)則，比如更改某個(gè)屬性的轉(zhuǎn)換規(guī)則。同步器：擴(kuò)展從身份認(rèn)證轉(zhuǎn)換后的身份寫(xiě)入到系統(tǒng)中的過(guò)程中的規(guī)則，比如更改同步規(guī)則，強(qiáng)制覆蓋原有的同名用戶。認(rèn)證器：此選項(xiàng)供開(kāi)發(fā)服務(wù)擴(kuò)展身份認(rèn)證用戶的認(rèn)證規(guī)則，比如實(shí)現(xiàn)一些特殊的加密認(rèn)證方法。統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)主要進(jìn)行統(tǒng)一身份權(quán)限管理，對(duì)新舊業(yè)務(wù)系統(tǒng)的認(rèn)證接口集成，統(tǒng)一管理在此平臺(tái)中，并可以靈活地?cái)U(kuò)展。

1.4 統(tǒng)一信息門(mén)戶平臺(tái)

統(tǒng)一信息門(mén)戶平臺(tái)本質(zhì)上是面向校內(nèi)外的信息服務(wù)網(wǎng)站，對(duì)社會(huì)公眾和校內(nèi)師生提供不同的信息服務(wù)，及時(shí)地發(fā)布高校的各類信息，另外可以提供相應(yīng)的各類校園信息管理系統(tǒng)的快捷入口。每類用戶的角色是多對(duì)多的關(guān)系，且自身可以對(duì)統(tǒng)一信息門(mén)戶的不同快捷入口進(jìn)行定制化的排序和起別名，十分的靈活，實(shí)現(xiàn)時(shí)需要針對(duì)這類靈活的需求做特殊的設(shè)計(jì)。

信息門(mén)戶主要分為外部網(wǎng)站和內(nèi)部個(gè)性化門(mén)戶，主要有教學(xué)和學(xué)生培養(yǎng)的門(mén)戶、科研的門(mén)戶、人事管理的門(mén)戶、資產(chǎn)管理的門(mén)戶、財(cái)務(wù)管理的門(mén)戶、行政事務(wù)管理的門(mén)戶、黨政事務(wù)管理的門(mén)戶和服務(wù)資源管理的門(mén)戶。

1.5 綜合信息查詢平臺(tái)

綜合信息查詢平臺(tái)內(nèi)置的分析主題為課程質(zhì)量整體監(jiān)測(cè)主題和學(xué)業(yè)狀態(tài)預(yù)警主題，其余的主題需要高校進(jìn)一步使用數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)開(kāi)發(fā)，這兩個(gè)主題都是面向?qū)W校負(fù)責(zé)教務(wù)管理層，課程質(zhì)量整體監(jiān)測(cè)是對(duì)課程及教學(xué)任務(wù)繁雜，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)難以對(duì)各院系教學(xué)任務(wù)、教學(xué)工作量、上課率以及線上課程質(zhì)量整體監(jiān)測(cè)，對(duì)于課程質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)（學(xué)生、教師或課程本身）難以及時(shí)制定相關(guān)策略指導(dǎo)改進(jìn)的分析主題；學(xué)業(yè)狀態(tài)預(yù)警是從學(xué)生成績(jī)、出勤、圖書(shū)館使用情況及超市消費(fèi)情況出發(fā)，構(gòu)建起全方位學(xué)業(yè)預(yù)警體系并梳理核心指標(biāo)及分析維度，打通各系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模，以專業(yè)、班級(jí)、學(xué)生及課程為維度，從學(xué)院整體角度對(duì)學(xué)生掛科情況進(jìn)行整體分析、對(duì)比分析的主題。

2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

高校智慧校園系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采用成熟度高的J2EE[2]的經(jīng)典架構(gòu)，數(shù)據(jù)共享中心、數(shù)據(jù)清洗整合、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門(mén)戶和綜合信息查詢都是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式下的數(shù)據(jù)應(yīng)用層，其可以完成數(shù)據(jù)共享中心、數(shù)據(jù)清洗整合、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門(mén)戶、信息查詢實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高校信息化管理。數(shù)據(jù)服務(wù)層為數(shù)據(jù)應(yīng)用層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，它們之間的接口使用統(tǒng)一的API 網(wǎng)關(guān)來(lái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層為數(shù)據(jù)服務(wù)層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要分為鍵值對(duì)緩存和持久化存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集層為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集服務(wù)，數(shù)據(jù)采集的方式一部分是手工的導(dǎo)入、一部分來(lái)自各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，還有的是數(shù)據(jù)清洗平臺(tái)設(shè)置好的按定制化的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約轉(zhuǎn)換的硬件平臺(tái)的數(shù)據(jù)。整個(gè)高校智慧校園系統(tǒng)軟件的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 高校智慧校園系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

從圖1中可以看出，系統(tǒng)的每一層間都使用相對(duì)成熟的技術(shù)棧，數(shù)據(jù)采集層使用的是TCP/UDP、HTTP/HTTPS為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層提供數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)層使用的是J2EE 中的JDBC[3]接口從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中獲取結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)層采用Spring Cloud Gateway 和Nginx 作用統(tǒng)一的API網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)應(yīng)用層提供Rest、JSON、Websocket 類的格式數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)應(yīng)用層利用這些數(shù)據(jù)可以在PC、大屏和移動(dòng)端展示各類信息，并提供數(shù)據(jù)共享中心、數(shù)據(jù)清洗整合、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門(mén)戶和綜合信息查詢的數(shù)據(jù)應(yīng)用。整個(gè)架構(gòu)分層處理軟件從數(shù)據(jù)到展示的每個(gè)階段各自互不影響，做到了較高的靈活性和擴(kuò)展性。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)共享中心平臺(tái)由共享更新數(shù)據(jù)、分配更新權(quán)限、訪問(wèn)獲取數(shù)據(jù)三大子模塊組成。共享更新數(shù)據(jù)模塊開(kāi)發(fā)采用WebService[4]標(biāo)準(zhǔn)，為信息采集提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，支持xml 三方系統(tǒng)的導(dǎo)入，分配更新權(quán)限使用RBAC[5]的模式簡(jiǎn)單地分配用戶的權(quán)限，其中關(guān)鍵的表的設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 權(quán)限表設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

訪問(wèn)獲取數(shù)據(jù)子模塊比較簡(jiǎn)單，如果授權(quán)通過(guò)將利用Shiro 的兩個(gè)相關(guān)的java 注解@RequiresRoles 和@RequiresPermissions 使當(dāng)前用戶具有訪問(wèn)的權(quán)限。

數(shù)據(jù)清洗整合平臺(tái)主要使用Oracle Data Integrator作為清洗整合各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，它可以支持幾乎所有的RDBMS 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)清洗并提供web service 接口和系統(tǒng)的其他的模塊數(shù)據(jù)的接入傳輸。

統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)由認(rèn)證管理、權(quán)限管理子模塊組成。統(tǒng)一身份管理和統(tǒng)一身份認(rèn)證是相輔相成的子模塊，可以視為一個(gè)模塊，使用Shiro 框架做統(tǒng)一身份管理和統(tǒng)一身份認(rèn)證，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)均需要重寫(xiě)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的身份認(rèn)證的方法，即重寫(xiě)AuthenticatingRealm 中的方法doGetAuthenticationInfo，滿足單點(diǎn)登錄；統(tǒng)一權(quán)限管理也是使用Shiro 框架，重寫(xiě)AuthorizingRealm 中的方法doGetAuthorizationInfo 對(duì)各個(gè)用戶進(jìn)行細(xì)粒度的授權(quán)。

統(tǒng)一信息門(mén)戶平臺(tái)使用SSL 協(xié)議、虛擬網(wǎng)關(guān)等提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，每個(gè)用戶的VPN 都可以訪問(wèn)統(tǒng)一的信息門(mén)戶的校內(nèi)網(wǎng)，由于使用J2EE 的成熟架構(gòu)，用戶可以使用任何支持html5 的終端設(shè)備訪問(wèn)內(nèi)外網(wǎng)的資源。

綜合信息查詢平臺(tái)內(nèi)置的主題為課程質(zhì)量整體監(jiān)測(cè)和學(xué)業(yè)狀態(tài)預(yù)警主題，課程質(zhì)量整體監(jiān)測(cè)以院系、專業(yè)、課程、教師為維度，構(gòu)建教學(xué)任務(wù)課程安排的核心指標(biāo)：上課率、教學(xué)工作量、學(xué)生實(shí)習(xí)情況及線上課程質(zhì)量分子主題展示，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)質(zhì)量全面監(jiān)測(cè)。主要的分析表有教學(xué)班一覽表、學(xué)員隊(duì)一覽表、教研室一覽表、教師一覽表、專業(yè)一覽表、分級(jí)班一覽表、教室利用率、教師上課情況、學(xué)員上課情況、每日教學(xué)運(yùn)行分析、調(diào)課情況、必修選修實(shí)踐技能選修課質(zhì)量分析、到課率等。學(xué)業(yè)狀態(tài)預(yù)警從學(xué)院層面全局監(jiān)控學(xué)生學(xué)業(yè)掛科，對(duì)比不同專業(yè)、不同班級(jí)、學(xué)生及課程掛科數(shù)據(jù)，分析原因，及時(shí)決策，提升學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量，主要的分析表有課程考勤一覽表、學(xué)員考勤一覽表、學(xué)員教師出勤一覽表、學(xué)員單項(xiàng)成績(jī)分析、學(xué)員課程達(dá)標(biāo)率、學(xué)員強(qiáng)弱項(xiàng)分析、學(xué)員成績(jī)排名分布、學(xué)員平時(shí)成績(jī)對(duì)比分析、學(xué)員理論成績(jī)對(duì)比分析等。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前高校信息化建設(shè)大多為單系統(tǒng)分散建設(shè)，缺少互聯(lián)機(jī)制，不能進(jìn)行集中管理，已跟不上高校教學(xué)、管理過(guò)程中的實(shí)際需求，系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)放程度較低，按需提供多樣化的服務(wù)能力不足，因此有必要建設(shè)一個(gè)新型的智慧校園系統(tǒng)，以滿足高校信息化建設(shè)的需要，本文研究設(shè)計(jì)采用成熟度高的J2EE經(jīng)典架構(gòu)的數(shù)據(jù)共享中心、數(shù)據(jù)清洗整合、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門(mén)戶和綜合信息查詢?nèi)诤系母咝Ｖ腔坌@系統(tǒng)，整合和優(yōu)化各種高校資源，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)可共享，能夠幫助學(xué)校管理層全方位掌控教務(wù)教學(xué)各環(huán)節(jié)運(yùn)行狀況，通過(guò)數(shù)據(jù)洞察，幫助制定教師評(píng)價(jià)、學(xué)生學(xué)業(yè)預(yù)警等相關(guān)決策，從而幫助提升辦學(xué)能力及教學(xué)質(zhì)量輸出，教學(xué)管理水平效率和信息化水平得到提升。