王 智，劉 源（中國聯(lián)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(jīng)濟和社會信息化的重要組成部分，目前教育信息化建設(shè)正在從學(xué)校向區(qū)域提升。傳統(tǒng)的學(xué)校管理主要表現(xiàn)在對學(xué)校各種物質(zhì)資源和人力資源的合理配置，這與以學(xué)校為基礎(chǔ)的管理體制基本是相適應(yīng)的。而教育信息化不僅需要對物質(zhì)資源和學(xué)科教師資源進行合理配置，更需要對信息資源和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)人員進行合理配置。因此，改變以學(xué)校為單位孤立地進行教育信息化建設(shè)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(guān)鍵環(huán)節(jié)［1-4］。

信息技術(shù)推進教育模式創(chuàng)新。近年來，云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及社交網(wǎng)絡(luò)等熱點領(lǐng)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(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)楣没A(chǔ)設(shè)施，降低了學(xué)校的教育信息化建設(shè)成本和運維成本；移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將應(yīng)用泛在化、復(fù)合化，驅(qū)動IT 服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)無所不在，大大豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)方式，提高了校園生活質(zhì)量；同時，社交網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了大量的、實時的、真實的行為數(shù)據(jù)，學(xué)校可以通過收集分析該類數(shù)據(jù)，發(fā)掘?qū)W生感興趣的信息和習(xí)慣性的學(xué)習(xí)方式等，推進學(xué)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(xué)校打造的云網(wǎng)一體化產(chǎn)品解決方案，可以提供多場景下不同用戶的信息化應(yīng)用服務(wù)，多采用系統(tǒng)集成方式建設(shè)區(qū)域教育的私有云或混合云。教育信息化經(jīng)過近些年的建設(shè)，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(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)分散建設(shè)，缺少統(tǒng)一規(guī)劃；應(yīng)用系統(tǒng)涉及廠家多，內(nèi)容孤立；多入口、多客戶端、多賬號造成使用不便捷；應(yīng)用系統(tǒng)集成度低，管理難。

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

c）教育管理問題：決策者層面缺少決策數(shù)據(jù)支撐；教務(wù)、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(xué)應(yīng)用缺失問題：缺乏學(xué)習(xí)交流渠道讓老師交流分享教學(xué)心得；教師教學(xué)過程中缺乏好用的教學(xué)工具，影響教學(xué)水平；學(xué)生課下自學(xué)困難，家長難以掌握學(xué)生在校所學(xué)知識［12-13］。

3 詳細技術(shù)內(nèi)容

基于云計算的教育信息化建設(shè)體系，是以“云+網(wǎng)+端”創(chuàng)新模式為指導(dǎo)，打造全國最先進的數(shù)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(shù)據(jù)中心、1 個教育城域網(wǎng)和一系列端應(yīng)用（1 套教學(xué)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)及1 套教學(xué)服務(wù)子系統(tǒng)）。區(qū)域教育信息化建設(shè)整體方案體系架構(gòu)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?qū)崿F(xiàn)各級各類教育運行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測、全面管理、科學(xué)決策、合理布局、優(yōu)化資源配置、創(chuàng)新教育教學(xué)、匯聚和共享教學(xué)智慧的信息化支撐平臺。同時教育云平臺能夠構(gòu)建人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生主動、個性化學(xué)習(xí)，提升創(chuàng)新思維能力，提升教育質(zhì)量，促進教育公平［16］。

圖1 區(qū)域教育信息化建設(shè)整體解決方案體系架構(gòu)圖

教育云平臺主要由軟件和硬件2 部分組成，硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心，硬件設(shè)備主要由Web 服務(wù)器、視頻服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、管理服務(wù)器、存儲磁盤陣列、虛擬化軟件、備份系統(tǒng)等主要設(shè)備構(gòu)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(shè)置在河北聯(lián)通專業(yè)機房內(nèi)，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行打下良好的基礎(chǔ)。軟件部分是由4個子系統(tǒng)，20多個子模塊構(gòu)成。

智慧教育云平臺采用云計算模式進行集中部署，并依據(jù)面向服務(wù)的思想與分層體系結(jié)構(gòu)的原則進行設(shè)計?？傮w包括訪問層、服務(wù)提供層、服務(wù)支撐層、平臺支撐層、數(shù)據(jù)存儲層、云計算基礎(chǔ)設(shè)施層、標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)分為以下3部分：

a）云平臺：最底層是提供IaaS 服務(wù)的云計算中心IDC 機房，包含了運營所需的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲等設(shè)施，也包含了按需提供的IDC管理服務(wù)，再上一層是提供基礎(chǔ)服務(wù)支撐的PaaS 層，最上面是提供給各類行政管理人員、教師、學(xué)生、家長、社會公眾等用戶的核心應(yīng)用層，包含云備課與教學(xué)支撐、云學(xué)習(xí)支撐、教育管理支撐等多項服務(wù)應(yīng)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(wǎng)站及個性化服務(wù)門戶，終端設(shè)備支持PC、手機等移動設(shè)備、平板電腦（電子書包）及電子白板等。

c）信息化標(biāo)準(zhǔn)與安全體系：教育信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系包括總體標(biāo)準(zhǔn)、信息資源標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)等；信息安全與容災(zāi)應(yīng)急管理體系包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全和安全制度。

云平臺的整體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

云平臺的功能特點如下：

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

圖2 教育云平臺技術(shù)架構(gòu)設(shè)計圖

b）在教師研修及區(qū)域均衡方面，通過創(chuàng)新教學(xué)模型，以學(xué)生為中心，來提升教學(xué)質(zhì)量；通過大規(guī)模共享優(yōu)質(zhì)課，完善教學(xué)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(xiàn)效果導(dǎo)圖

c）在業(yè)務(wù)管理與決策方面，提供一套有效支撐教育局、學(xué)校開展教育業(yè)務(wù)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(wù)，支持各類教育數(shù)據(jù)的采集、匯聚、管理和分析，實現(xiàn)各級各類教育運行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測、全面管理、科學(xué)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(wù)流程。實現(xiàn)效果導(dǎo)圖如圖4所示。

3.2 教育城域網(wǎng)子系統(tǒng)

教育城域網(wǎng)是構(gòu)建“三通兩平臺”信息化建設(shè)的基礎(chǔ)“橋梁”［7-9］，通過寬帶骨干網(wǎng)連接教育局內(nèi)部網(wǎng)和校園網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，以各種信息設(shè)施為支持，以教育軟件和資源為基礎(chǔ)，以實現(xiàn)現(xiàn)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(yīng)用服務(wù)。教育城域網(wǎng)是一個對上連接省、市有關(guān)單位和CERNET、Internet 主干網(wǎng)，對下連接各區(qū)/縣教育局、學(xué)校，溝通全市教育系統(tǒng)各事業(yè)單位和學(xué)校，對外面向全社會服務(wù)的大型綜合性信息網(wǎng)絡(luò)，其目的是要構(gòu)建一個學(xué)校、縣（市、區(qū)）教（體）育局、市教育局3 級教育信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成輻射全市各縣（市、區(qū)）和所有中小學(xué)、幼兒園、職業(yè)技術(shù)學(xué)校、各類成人教育培訓(xùn)機構(gòu)，面向社會開放的、具有現(xiàn)代遠程教學(xué)功能、教育信息資源共享功能以及教育教學(xué)管理信息交換功能，實現(xiàn)實時視頻信息傳輸?shù)母邘挼慕逃畔⒒W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［10］。教育城域網(wǎng)整體架構(gòu)如圖5所示。

圖4 業(yè)務(wù)管理與決策方面實現(xiàn)效果導(dǎo)圖

圖5 教育城域網(wǎng)整體架構(gòu)

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

a）整個教育城域網(wǎng)以2 臺交換機為核心，保證核心網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

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

c）中小學(xué)辦公區(qū)域的電腦可通過交換機接入網(wǎng)絡(luò)，然后匯聚到匯聚交換機或者學(xué)校出口設(shè)備側(cè)。

d）核心交換機具備統(tǒng)一用戶管理功能，可實現(xiàn)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(diào)度視頻語音，保障業(yè)務(wù)高質(zhì)量體驗。

e）中小學(xué)出口、區(qū)縣匯聚、市核心部署iPCA，網(wǎng)絡(luò)丟包輕松感知，秒級定界網(wǎng)絡(luò)故障。

f）通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理教育城域網(wǎng)絡(luò)。

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(shù)據(jù)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(xué)路由器與鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)中小學(xué)出口路由器組成本鄉(xiāng)鎮(zhèn)域。

3.3 教學(xué)業(yè)務(wù)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(xué)觸控一體機、推接黑板構(gòu)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(shè)有2塊可推拉式綠板，通過上下導(dǎo)軌左右滑動。教學(xué)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(xué)。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(xué)。

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(shè)計，操作簡單，功能豐富，完全可以滿足教學(xué)使用需求?？蓪崿F(xiàn)書寫、擦除、編輯、批注等功能，能輕松實現(xiàn)手勢識別、記錄回放、動態(tài)視頻全操控、書寫屏變自動調(diào)節(jié)，且搭載海量教學(xué)資源，真正打造智能高效的教學(xué)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(wǎng)為載體，實現(xiàn)跨班級、跨校區(qū)、跨區(qū)域互動教學(xué)，區(qū)教育局、各個學(xué)校遠程互動教學(xué)，名師教學(xué)錄制與直播，名師教學(xué)資源共享，跨區(qū)域教學(xué)合作/學(xué)術(shù)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(xiàn)教育扶貧。互動錄播系統(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(jié)合，實現(xiàn)全景、教師、板書、學(xué)生、電子課件等多鏡頭間準(zhǔn)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(xiàn)小組討論實況：通過在4K 畫面上設(shè)定鏡頭軌跡點，模擬出學(xué)生巡視拍攝畫面，展現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程。

c）急速特寫制作：導(dǎo)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(biāo)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(xué)，同時教學(xué)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(xué)校在教育管理過程中的實際需求出發(fā)，輔助教務(wù)人員管理教務(wù)工作，并且發(fā)揮了計算機的優(yōu)勢，存儲大量信息數(shù)據(jù)，使教務(wù)工作變得更簡單、可靠、方便。走班排課系統(tǒng)的建設(shè)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(xué)教育生態(tài)的發(fā)展，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)能力的提高，實現(xiàn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。

新中考改革背景下的課程設(shè)置、考試安排、教室分配等教務(wù)管理工作較以往發(fā)生了很大變化。教務(wù)管理平臺能夠為學(xué)校教師提供一個高效便捷的管理環(huán)境，在走班選課中，學(xué)生從固定班轉(zhuǎn)變成走班，跟隨學(xué)科的變化而變化，所以教室的管理也比以前更復(fù)雜，教務(wù)管理平臺為學(xué)校實施走班制教學(xué)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(xué)校課程方案、設(shè)置任課計劃、每學(xué)期（半學(xué)期）自動排課、調(diào)課，到學(xué)生6 選3 選課、6 選3 分班、校本選修課選課等流程，滿足學(xué)校教務(wù)管理全部核心需求。

走班排課系統(tǒng)與選課系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)學(xué)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(xué)校規(guī)則和課節(jié)規(guī)則2類（學(xué)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(xué)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(diào)課，選擇某節(jié)待調(diào)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(diào)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(xué)服務(wù)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(xué)校教學(xué)、科研工作的順利進行，并為中小學(xué)生上下學(xué)創(chuàng)造更為舒適安全的出行環(huán)境，方案根據(jù)學(xué)校需求建立多級構(gòu)架的數(shù)字化校園綜合安防監(jiān)控系統(tǒng)，并實現(xiàn)各種報警聯(lián)動。該安防監(jiān)控系統(tǒng)保證了師生校內(nèi)人身財產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的“市局中心-中心學(xué)校-學(xué)?！比壜?lián)網(wǎng)模型：其中學(xué)校一級負責(zé)視頻監(jiān)控的前端采集和分布存儲，中心學(xué)校一級負責(zé)區(qū)域下屬學(xué)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(xué)校和直屬學(xué)校。該模型定位清晰、職責(zé)明確、布局合理，也是目前主流的三級聯(lián)網(wǎng)模型。

校園云安防監(jiān)控系統(tǒng)基于先進的人臉識別技術(shù)，可實現(xiàn)多路人臉識別，也可實現(xiàn)標(biāo)記或非標(biāo)記任務(wù)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(xiàn)學(xué)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(shè)備信號采集及大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可動態(tài)展現(xiàn)管理者關(guān)心的核心數(shù)據(jù)，例如可形成視頻告警統(tǒng)計、人員管控數(shù)據(jù)統(tǒng)計、考勤數(shù)據(jù)統(tǒng)計、園區(qū)車輛數(shù)據(jù)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(xiàn)市教育局與各區(qū)縣之間交互式應(yīng)急調(diào)度、教育協(xié)商、教育決策等功能。此系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)主會場和各個分會場召開高清晰度遠程集中化業(yè)務(wù)展示、視頻會議研討、遠程交流培訓(xùn)、圖像資料傳輸?shù)裙δ?。該集中化業(yè)務(wù)展示系統(tǒng)應(yīng)是一個技術(shù)先進、成熟可靠、性能優(yōu)秀、擴展靈活、標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)性能等各個方面適應(yīng)未來集中化業(yè)務(wù)展示和多媒體應(yīng)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(xué)建設(shè)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(shè)價值

區(qū)域教育云打造“云+網(wǎng)+端”（基于分場景的教育信息化應(yīng)用）整體解決方案，對于教育局、學(xué)校、教師、學(xué)生及家長具有不同的價值，可實現(xiàn)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(wù)體系，提供三通兩平臺建設(shè)方案，提升區(qū)域資源匯聚及管理能力。

b）學(xué)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(zhì)師資短缺等問題。

c）教師：改善教學(xué)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(xué)生：創(chuàng)新教學(xué)提升學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)自主學(xué)習(xí)環(huán)境。

e）家長：實現(xiàn)家?；?、協(xié)作教育，全面了解本區(qū)域教育動態(tài)。

5 應(yīng)用效果與總結(jié)

通過“云+網(wǎng)+端”區(qū)域教育信息化建設(shè)方案實踐，一是形成了運營商立體教育產(chǎn)品模式，達到云、網(wǎng)相互促進，端應(yīng)用部署數(shù)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(chǎn)品，基于先進、靈活、開放的區(qū)域教育云架構(gòu)，采用“云服務(wù)+網(wǎng)絡(luò)+應(yīng)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(zhǔn)模型，推廣項目模型，形成末梢菜單式解決方案，從而將應(yīng)用范圍拓展到全行業(yè)。