新型數字校園系統設計

新型數字校園系統設計

 

劉奕輝 山東師范大學人口·資源與環境學院 250014 

 

【文章摘要】 

 

隨著“數字地球”理念與技術的不斷發展，應運而生了數字城市、數字校園等數字系統與模型。本文通過對數字校園的現狀進行研究分析，在此基礎上提出了新型的數字校園系統。系統突出人機交互，不是單一的虛擬現實，而是包含學校內的各種資源， 能進行自動監控，通過良好的交互功能，來實現真正意義上的校園數字化，并能切實地為師生提供便捷的數字生活的系統。

 

【關鍵詞】

 

數字校園；人機交互；資源數字化

 

0 引言

 

所謂“數字地球”，可以理解為對真實地球及其相關現象統一的數字化重現和認識。其核心思想是運用數字化的手段， 來處理整個地球的自然和社會活動等方面的問題，嵌入海量地理數據，實現多分辨率、三維地球的描述，即“虛擬地。“數字地球”這個概念是美國副總統戈爾在1998 年1 月31 日提出的，十年來，這個概念的內涵也在不斷地發生變化。“顯然，沒有一個政府、企業或學術界能單獨從事這項工作。它( 指數字地球) 也可以變為一個‘沒有墻壁的實驗室’，科學家可以在這里通過研究理解人類和環境之間復雜的、相互依存的關。

 

隨著科技進步，“數字地球”這一概念正深入人心，融入到生產生活的各個方面，伴隨“數字地球”一起發展的還有“數字城市”與“數字校園”等。在上個世紀70 年代由美國麻省理工學院提出的E-campus 之后，開始有了數字校園的概念。隨后在1990，滅國克萊蒙特大學的Kenneth Green 教授發起了“數字校園計劃”項目。數字校園這一概念開始隨著數字地球逐步發展。在2006 年10 月于杭州召開的中國高等教育學會教育信息化分會學術年會上，蔣東興提出了建設“新一代數字校園的理。在2006 年，同樣對數字校園起到推動作用的是，這時候萬兆以太網開始在校園推向，IPV6 技術也開始在校園應。互聯網和計算機技術的發展革新，為數字化校園的建設提供了技術基礎。

 

但現有數字校園的功能過于分散，沒有一個集成的系統來對學校進行統一的數字化集成，雖然校園一卡通已經在各大高校普遍采用，普及的數字成果還包括電子圖書館、遠程教學等，但系統間沒有進行良好的對接，各部門間不能進行及時的數據交換。清華大學也對此進行了研究， 其新一代的數字校園建設首先就是進行總體的頂層設計與規劃，構建關聯整合的信息系統和有機集成的支撐環。

 

1 數字校園概述

 

一般意義上的數字校園是利用計算機技術、網絡技術、通訊技術等對校園的教學、科研、管理和生活服務有關的所有信息資源進行整合、集成和全面的數字化，以構成統一的用戶管理、統一的資源管理和統一的權限控制，推動學校進行制度創新、管理創新，最終實現教育信息化、決策科學化和管理規范化。推動學校進行制度創新、管理創新，最終實現教育信息化、決策科學化和管理規范化。

 

但存在的問題也不容忽視。一方面， 數字化校園缺乏高技術的創新開發，極大地影響了校園網絡對學校教學提供及時的、高效的服務的能力; 另一方面，數字化校園建設和學校的教育教學工作呈現出了脫節的趨勢，忽略了信息技術的教學功能和服務功能，多停留于一些較為簡單的工作事宜上，這就導致了校園信息化資源利用率低下的問題。

 

1.1 數字校園的定義

 

本文所定義的數字校園也符合上文提到的一般意義上的數字校園的定義，但更貼合于實際。旨在構建一個多功能的交互式數字信息校園，將校園的地理空間數據、人員數據、教學與知識數據、生活服務等方面，通過數字化整合到一個數字校園系統，老師與學生可以通過身份驗證進入系統，按需求選擇功能進行操作；學校則通過數字校園系統對學校的各種資源與師生進行管理和決策。在下文中會詳細介紹數字校園建設的內容。

 

1.2 數字校園的內容概述

 

突出數字化的交互性，交互性的增加也會提高數字校園的使用率，同時，其中新一代校園網、新一代數據中都是建設重點。將學校的各種資源整合在一個系統中，就要確保各種資源之間的數據對接和數據交換。因此，新一代數字校園必須加強頂層設計，加強跨部門的校級業務系統建設，建設一體化數字校，并且堅持以人為本這一管理思。

 

首先是建立三維的校園模型，這是讓數據在計算機或網絡中“實體化”的基礎，通過將地理空間信息與三維校園模型的貼合，形成可進行空間漫游的三維虛擬校園。將教學資源（視頻、影像等資料）、餐廳的菜品、圖書館內書本的借還情況、校園內人員密度等情況輸入到數字校園系統中，這個動態的系統會對這些信息進行整合。同時還提供在線服務，包括學生與學生，老師與學生，校工作人員與師生間的在線選擇服務。例如，通過漫游進入到某學院所在的教室，有老師正在進行在線視頻教學，可以選擇加入或進行提問等操作；漫游到圖書館看到這個書架有同學也在看書，可以選擇與其進行交流和討論。

 

2 數字校園的建設

 

2.1 三維校園

 

作為數字校園系統的“基礎”，需要將校園在計算機中進行三維模擬，如今的三維建模軟件繁多，如3D Studio Max、SuperMap、Sketchup 與IMAGIS 等，通過這些軟件，將校園模擬到計算機三維空間中，并將各地物的空間數據一同賦予到對應的地物上，為接下來的校園三維漫游做準備。

 

2.2 學術資源整合

 

學術資源是高效最為核心的資源之一，包括教師資源、圖書文獻資源與學術氛圍等要素。將各類學術資源整合到數字校園系統中，包括電子圖書館、電子教室、電子老師等。現有的數字圖書館可以對大量的文獻進行閱讀，但是書籍、報刊等還沒用做到數字化，文本所指的電子圖書館，是對圖書管內部也進行三維模擬，模擬出內部書架與圖書的分布情況，并動態092 

的檢測包括電子圖書館與現實圖書館內學生的分布情況。

 

例如，漫游到某一類別的圖書書架前，這時，會顯示出還有幾位同位在此區域，正在查找什么哪一本圖書。當然，這是在這些同學將自己的可被查找設為“是” 以后，才能在看到其信息。之后可以與其進行交流，討論問題；你也可以在此區域中留下自己的問題，由其他師生來解答。當漫游到某學院的教室后，可以選擇想學習的課程，通過老師的視頻課程或PPT 等對課程進行學習；如果此時老師正在進行網絡上課，也可以加入虛擬課堂，與老師進行互動。

 

2.3 生活服務信息

 

學校為師生提供優質的教學資源以外，提供良好的生活服務也是必不可少的。民以食為天，餐廳作為每天師生流量最大的地方，其信息也是師生所關心的。通過數字化餐廳，將每天每個售菜窗口所準備的菜品在數字校園系統中進行公告， 師生可以通過網絡登錄數字校園系統，查看自己喜愛的菜品在哪個窗口進行售賣， 同時，更有目的性的進行用餐，還可以減少食物的浪費。同時，餐廳可以定期選擇一部分菜品進行投票，通過師生網絡投票的結果對菜品進行優化。

 

浴室對學生也是必不可少的，但每個學校的浴室一般只有一到兩個，距離宿舍區的距離不盡相同，經常會遇到趕到浴室卻遇到關門整修，浴室信息將會在數字校園系統中進行顯示，同時還會顯示水溫， 使用人數等情況，方便同學合理安排自己的時間。

 

同時，在正常的工作時間，校與院各部門的人員在崗情況也會進行顯示，如果某個部門今天可能因事都不在，那通過系統得知以后，就不會白跑一趟而耽誤工作與學習。在數字校園系統中，有位置檢索功能，檢索以后可以進行路線規劃，對外來人員與校內師生都極為方便。

 

2.4 校內人員的位置信息

 

社會安全問題，也是現在高校要解決的重要問題之一，大學生的各類失蹤事件頻發，對學生的管理存在很大漏洞。在數字校園系統的建設中，不僅是軟件的建設，硬件的建設也應同步進行，在每個宿舍樓、教學樓、辦公樓內與校園大門安裝門禁，進入需要刷校園一卡通，這樣就能對在校人員的位置情況進行監控。對全體師生的位置監控只能作為最高層準入，即保證師生的個人隱私，只能由特定人員才能查看。對特定的區域與樓層實行必須公開位置和信息的規定，對非要求公開位置的區域實行好友可見位置規則。這樣可以做到較為全面對師生位置的動態監控，確保師生安全。

 

作為強調人機交換原則的系統，對人員信息的定位只是功能中的一小部分。通過分析某一學生與其他師生位置的差別， 結合該學生接下來的目的行為，例如要找最近的教室學習，找最近的朋友、老師進行學術交流等，系統就會根據師生的位置關系與教室已有人數，為該學生選擇出幾個符合要求的選擇和每一個選擇的路線規劃，使該學生能方便的進行學習生活活動。

 

2.5 基礎設施數字化

 

在校園中，各類基礎設施的控制功能都通過數字校園系統進行控制，因為上文提到了可以對校園中的人員位置情況進行動態監測，包括教室、圖書館與實驗室等場所，然后通過系統自動監測，根據室外溫度、室內溫度與室內人員情況，對中央空調進行控制來對室內溫度進行控制。室內光源也是采用類似的原理進行控制， 而室外的光源則采用傳感器，進行周圍人員識別，從而調整亮度。同時對空氣污染、噪音自動檢測，自動通風，自動降低噪音， 細菌超標自動提醒，這對實驗室等特殊教室很有幫助。除了基礎設施與人員的只能交互外，基礎設施之間信息的智能交互也是系統內的功能，例如，檢測土壤水分與空氣溫度，來控制綠化帶內的澆灌設施的運行。

 

在自動調節的功能之上，更加人性化的設計是師生通過系統客戶端進行信息反饋，如感覺較冷，較暗，可以通過手持設備里的終端進行信息反饋，然后系統根據收到的信息再次對基礎設施進行調節操作。

 

2.6 系統硬件與軟件

 

硬件的建設包括信息數據庫、服務器、客戶端以及校園網絡。現在校園網已經基本覆蓋學校的各個角落，通過無線與有線兩種信號傳遞方式進行網絡連接。需要建設的就是數字校園系統的數據庫、服務器等設備，師生通過手持或計算機與系統進行交互。同時，開發的系統軟件要能對接多種數據格式，并開發多種客戶端， 包括與windows、mac、Android 與ios 等系統對接的客戶端。

 

3 總結

 

為了研究和解決有關地球的重大問題，世界上許多國家正在積極發展和運用先進的地球信息技術，如遙感(RS)、地理信息系統(GIS) 和全球定位系統(GPS)，以數字化的方式獲取、處理和分析有關地球上自然和人文方面的地理信息，并希望以此為基礎，更好地解決人類可持續生存與發展的諸多復雜問。數字校園作為其中一個方面，其發揮的作用正日益增強。數字化、信息化也是新一代高校學生所推崇的，數字校園對接的是當代高校的師生，為其提供便利的學習與生活環境，有利于提高知識傳授的效率，加強學科間的交流，從而推動高校的科研水平。新型數字校園系統的建設要以更多的人機交互為核心，同時也應作為師生間良好的交流溝通平臺，將學校各方面的資源進行整合，實現真正意義上的數字化校園。

 

【參考文獻】

 

[1] 李德仁. 數字地球與“3S”技術[J]. 中國測繪，2003,02:28-31. 

 

[2] 李晨. 中國科學家談“數字地球”[N]. 科學時報，2006. 

 

[3] 蔣東興等. 信息集成階段新一代數宇校園建設探討[J]. 教育信息化( 中國高等教育學會教育信息化分會2006 年學術年會論文集增刊)， 2006,10:1-7 

 

[4] 李琦等. 空間信息基礎設施與互操作[M]. 北京: 科學出版社， 2003. 

 

[5] 蔣東興等。清華大學新一代數字校園建設規劃與實踐[J]. 廈門大學學報（自然科學版）2007，11（46）： 173-175 

 

[6] 郭紅俊，馬薇. 部署IPv6 校園網初探[J]. 海淀走讀大學學報，2005，2: 85-87. 

 

[7] 張敏，容釬. 新一代數據中心暨第四屆服務器世界大會專題報道[J]. 網絡世界，2006，25: 14-22 

 

[8] 許鑫，蘇新寧. 新一代高校數宇化校園建設[J]. 現代圖書情報技術， 2005, 1: 48-55. 

 

[9] 王旭，蔣東興，陳懷楚. 大學資源計劃的理論與發展[J]. 教育信息化，2005 11: 14-16 

 

[10] 馬恩明，現代數字化校園建設研究[J]. 教育研究，2014，4:59-61 

 

【作者簡介】

 

劉奕輝，（1991. 10. 28），男，漢，籍貫（精確到市）: 山東省臨沂市，研究方向:GIS 應用與二次開發093 

 

的檢測包括電子圖書館與現實圖書館內學生的分布情況。

 

例如，漫游到某一類別的圖書書架前，這時，會顯示出還有幾位同位在此區域，正在查找什么哪一本圖書。當然，這是在這些同學將自己的可被查找設為“是” 以后，才能在看到其信息。之后可以與其進行交流，討論問題；你也可以在此區域中留下自己的問題，由其他師生來解答。當漫游到某學院的教室后，可以選擇想學習的課程，通過老師的視頻課程或PPT 等對課程進行學習；如果此時老師正在進行網絡上課，也可以加入虛擬課堂，與老師進行互動。

 

2.3 生活服務信息

 

學校為師生提供優質的教學資源以外，提供良好的生活服務也是必不可少的。民以食為天，餐廳作為每天師生流量最大的地方，其信息也是師生所關心的。通過數字化餐廳，將每天每個售菜窗口所準備的菜品在數字校園系統中進行公告， 師生可以通過網絡登錄數字校園系統，查看自己喜愛的菜品在哪個窗口進行售賣， 同時，更有目的性的進行用餐，還可以減少食物的浪費。同時，餐廳可以定期選擇一部分菜品進行投票，通過師生網絡投票的結果對菜品進行優化。

 

浴室對學生也是必不可少的，但每個學校的浴室一般只有一到兩個，距離宿舍區的距離不盡相同，經常會遇到趕到浴室卻遇到關門整修，浴室信息將會在數字校園系統中進行顯示，同時還會顯示水溫， 使用人數等情況，方便同學合理安排自己的時間。

 

同時，在正常的工作時間，校與院各部門的人員在崗情況也會進行顯示，如果某個部門今天可能因事都不在，那通過系統得知以后，就不會白跑一趟而耽誤工作與學習。在數字校園系統中，有位置檢索功能，檢索以后可以進行路線規劃，對外來人員與校內師生都極為方便。

 

2.4 校內人員的位置信息

 

社會安全問題，也是現在高校要解決的重要問題之一，大學生的各類失蹤事件頻發，對學生的管理存在很大漏洞。在數字校園系統的建設中，不僅是軟件的建設，硬件的建設也應同步進行，在每個宿舍樓、教學樓、辦公樓內與校園大門安裝門禁，進入需要刷校園一卡通，這樣就能對在校人員的位置情況進行監控。對全體師生的位置監控只能作為最高層準入，即保證師生的個人隱私，只能由特定人員才能查看。對特定的區域與樓層實行必須公開位置和信息的規定，對非要求公開位置的區域實行好友可見位置規則。這樣可以做到較為全面對師生位置的動態監控，確保師生安全。

 

作為強調人機交換原則的系統，對人員信息的定位只是功能中的一小部分。通過分析某一學生與其他師生位置的差別， 結合該學生接下來的目的行為，例如要找最近的教室學習，找最近的朋友、老師進行學術交流等，系統就會根據師生的位置關系與教室已有人數，為該學生選擇出幾個符合要求的選擇和每一個選擇的路線規劃，使該學生能方便的進行學習生活活動。

 

2.5 基礎設施數字化

 

在校園中，各類基礎設施的控制功能都通過數字校園系統進行控制，因為上文提到了可以對校園中的人員位置情況進行動態監測，包括教室、圖書館與實驗室等場所，然后通過系統自動監測，根據室外溫度、室內溫度與室內人員情況，對中央空調進行控制來對室內溫度進行控制。室內光源也是采用類似的原理進行控制， 而室外的光源則采用傳感器，進行周圍人員識別，從而調整亮度。同時對空氣污染、噪音自動檢測，自動通風，自動降低噪音， 細菌超標自動提醒，這對實驗室等特殊教室很有幫助。除了基礎設施與人員的只能交互外，基礎設施之間信息的智能交互也是系統內的功能，例如，檢測土壤水分與空氣溫度，來控制綠化帶內的澆灌設施的運行。

 

在自動調節的功能之上，更加人性化的設計是師生通過系統客戶端進行信息反饋，如感覺較冷，較暗，可以通過手持設備里的終端進行信息反饋，然后系統根據收到的信息再次對基礎設施進行調節操作。

 

2.6 系統硬件與軟件

 

硬件的建設包括信息數據庫、服務器、客戶端以及校園網絡。現在校園網已經基本覆蓋學校的各個角落，通過無線與有線兩種信號傳遞方式進行網絡連接。需要建設的就是數字校園系統的數據庫、服務器等設備，師生通過手持或計算機與系統進行交互。同時，開發的系統軟件要能對接多種數據格式，并開發多種客戶端， 包括與windows、mac、Android 與ios 等系統對接的客戶端。

 

3 總結

 

為了研究和解決有關地球的重大問題，世界上許多國家正在積極發展和運用先進的地球信息技術，如遙感(RS)、地理信息系統(GIS) 和全球定位系統(GPS)，以數字化的方式獲取、處理和分析有關地球上自然和人文方面的地理信息，并希望以此為基礎，更好地解決人類可持續生存與發展的諸多復雜問。數字校園作為其中一個方面，其發揮的作用正日益增強。數字化、信息化也是新一代高校學生所推崇的，數字校園對接的是當代高校的師生，為其提供便利的學習與生活環境，有利于提高知識傳授的效率，加強學科間的交流，從而推動高校的科研水平。新型數字校園系統的建設要以更多的人機交互為核心，同時也應作為師生間良好的交流溝通平臺，將學校各方面的資源進行整合，實現真正意義上的數字化校園。

 

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[7] 張敏，容釬. 新一代數據中心暨第四屆服務器世界大會專題報道[J]. 網絡世界，2006，25: 14-22 

 

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[9] 王旭，蔣東興，陳懷楚. 大學資源計劃的理論與發展[J]. 教育信息化，2005 11: 14-16 

 

[10] 馬恩明，現代數字化校園建設研究[J]. 教育研究，2014，4:59-61 

 

【作者簡介】

 

劉奕輝，（1991. 10. 28），男，漢，籍貫（精確到市）: 山東省臨沂市，研究方向:GIS 應用與二次開發093