数字校园建设与教学创新研究——以西藏措美县教育发展能力提升项目为例

数字校园建设与教学创新研究——以西藏措美县教育发展能力提升项目为例

李萌1 畅思夏2

湖北山鼎环境科技股份有限公司

 2湖北工业职业技术学院

摘要：本研究以西藏措美县教育发展能力提升项目为案例，深入探讨了数字校园建设与教学创新的实践与成效。措美县通过搭建数据软件平台，实现了教育资源整合和数据共享，有效提升了教育信息化水平，推动了教育理念和教学模式的创新。通过信息技术与语言学习的深度融合，提升国家通用语言文字水平，同时构建智慧教育综合服务体系，实现精准教学和个性化学习，全面提升教育教学质量。

关键词：数字校园；教育信息化；教学创新

一、项目解析

(一)项目背景

措美县，隶属西藏自治区山南市，位于山南市西南部，西藏自治区南部、喜马拉雅山北麓，常住人口12132人。根据调查统计，措美县四所小学（古堆乡小学、措美镇小学、哲古小学、扎扎小学）现有在职教师131人，在校学生931人。随着区域人口的迁移与出生率的增长，学校在未来三年在校师生将增加至1200人。措美县教育发展能力提升项目通过顶层设计、集中建设、统一覆盖，有效节约成本，避免信息孤岛和重复建设，实现教育资源整合和数据共享。建设教育信息化公共支撑环境，提升公共服务能力和水平，提高措美县教育信息化水平，推动教育理念和教学模式的发展与创新。

(二)项目目标

1、语言文字、系统性提升，铸牢中华民族共同体意识

通过该项目的规划和实施，坚持信息技术与语言学习推广、教育教学等深度融合，从标准语言文字学习角度，将弘扬和培育社会主义核心价值观融入教学全流程，在有效提升师生国家通用语言文字水平的基础上，利用人工智能技术与教育教学深度融合，实现为党育人、为国育才，让党的旗帜始终在措美教育阵地高高飘扬。

2、统筹规划、一次性建设，全面提升教育综合服务能力

站在区域整体发展的高度，对区域教育信息化进行整体规划和布局，通过统一服务能力和应用能力的全面建设，打造具有西藏特色的教育应用生态体系，构建利用人工智能技术夯实西藏师生获取优质教育资源的语言沟通能力。利用管理类数据、教学类数据以及评价分析类数据促进学校教育提升的机制，形成以数据为核心的全面采集、精准分析，科学决策的智慧教育综合服务体系，全面提升措美教育基础综合服务能力。

3、精准教学、个性化学习，全面提升学校教育教学质量

通过信息技术与教育教学的深度融合，实现资源生态化、教学互动化，突破时空限制，创新教与学模式，为学校教育质量提升奠定重要基础。在大数据、人工智能等技术的支持下，重构教育流程，提供聚焦教、学、课程的智能化服务，逐步走向适应每个学生学习需求的精准供给。对教师而言，借助精准教学应用，以技术补充经验，用数据驱动教学，提供更有针对性的精准教学干预。

(三)项目总体建设方案

项目包括五大建设任务，包括校园硬件设施设备补充、建设智能教学助手、国家通用语言文字专题教室、AI双语（语文、英语）听说课堂、智能阅卷系统。

硬件设施设备补充主要包括各个学校的校园监控全覆盖、共同体意识显示系统、教学电脑、86吋教学一体机、舞台灯光、音响话筒等。

二、需求分析

(一)业务需求

1、教育管理者需求

教育管理者常常无法精确掌握区域教育发展状况，容易出现经验式决策而带来的决策不准确等问题。为了全面、动态、实时掌握学校师资均衡、教育质量趋势等情况，亟需利用大数据及人工智能技术等手段，为精准决策、科学决策提供数据和技术基础，有针对性地进行管理调整和资源调配。

2、学校用户需求

学校面临教学质量提升、人才培养模式转型等诸多挑战，以往单靠经验的传统校园管理模式已经无法适应当前的需求。利用基于大数据的监测评价驱动学校管理变革、教师精准教学、学生个性化学习，成为学校迫切需求。

3、教师用户需求

（1）便捷的资源获取和数据分析减轻备课负担。能通过信息化手段，便捷的通过信息化应用工具，便捷的获取备课资源，从原来的“人找资源”变成“资源找人”。同时，备课时，系统可以自动收集和分析学生预习数据，降低备课数据分析负担，为针对性教学奠定基础。

（2）基于AI智能教学助手的使用，提高教与学的效率，减轻师生负担。利用在线学习空间突破课堂时空界限，实施项目式教学、探究式教学、混合式教学等新模式，提升教学效率。

（3）利用信息技术提升教学质量与效率。通过信息化手段，营造网络化、智能化、泛在化的智慧教学环境，利用信息化教学工具，提升教学质量与效率。

（4）利用常态化、高效听说的教学手段，解决学校机房少、设备差、听说教学开展成本高等问题，让全体学生参与课堂互动中，通过信息技术指导每一位学生的发音。

（5）个人专业水平获得提升。能获取信息技术与教育教学深度融合的相关培训，帮助教师队伍实现学科内容知识、教学法知识和人工智能等新兴技术知识的有效整合，从理论到实践、从技术到应用，全方位提升个人专业水平。

4、学生用户需求

（1）通过大数据对学生全场景学习数据分析，精确掌握每个学生学习薄弱点。能利用大数据、人工智能等新技术，对自身学情和知识点掌握情况精准把控，能精准的了解自身学业的薄弱知识点，能根据自己的薄弱项制定针对性的学习计划，有的放矢，实现个性化学习。

（2）智能化的学习工具，提升个人语言能力。语言能力作为未来社会交往的重要属性之一，能利用先进智能语音识别技术，探寻新时代新技术背景下的语言学习新模式，提升学生语言口语水平，提升学生语言综合应用能力。

（3）全面发展，全方位提升个人竞争力。除学业水平之外，学生综合素质全面发展在未来的社会竞争中也具有重要的作用。因此，在日常的学习过程中，能面向未来，接触人工智能等新兴技术的发展和应用，全面提升学生综合素养，提升学生自主学习能力、协同创新能力，实现对学生综合素养的全面提升。

5、家长用户需求

（1）孩子学习能力提升，减轻家庭教育投入负担。

（2）通过教育统计数据，能帮助家长了解孩子在学校、年级、班级的整体情况。

（3）及时了解孩子在校的生活及健康情况。包括学习情况与成绩情况，能及时得到教师反馈信息；能及时掌控学生在校情况，通过家校互通等系统建设，为学生提供舒适的学习与生活环境，确保学生健康成长。

(二)吞吐量需求

项目用户规模为1200人。按照业务推广使用情况估算活跃用户为360到960人,日活峰值80%。按照教育业务特点，单用户平均在线时长20分钟,访问页面15个，平均每个页面包含30个http请求，系统服务时段早9点至晚9点，共12小时,请求响应时间要求3秒内，根据70%请求集中在1/3的服务时间段推算,系统峰值并发21，峰值吞吐量为：7TPS。

平均并发数：C = N × L / T

峰值并发数：C^ = C × M

峰值吞吐量：TPS^ = C^ / R

其中C是平均并发数；N是login session的数量（一天当中基本有多少人登录系统）；L是login session的平均时长（登录系统后的时间长度）；T指考察时间长度；M为教育业务峰值系数；R 是响应时间指标。

(三)性能需求分析

1、主要性能指标

可扩展性：系统功能扩充或使用单位增加时应不影响现有系统功能和结构，能够方便后续其他系统模块的扩展，系统建设要求能够保护投资，当系统数据量和访问量增大而导致系统配置不能满足要求时，可以通过仅增加服务器等硬件进行解决，而不是在软件上做修改。

稳定性：系统应提供7×24小时的连续运行，平均年故障时间少于3天；影响系统正常运行的故障修复时间不得超过3小时；其他系统故障修复时间不得超过24小时。

兼容性：审批系统查阅附件时无需第三方插件安装即可查看常用的附件格式，包含JPG\PDF\WORD\EXCEL等。

响应性能：在PC操作终端上用IE10以上等浏览器可运行系统，各种操作不出现让操作人员无法承受的等待现象（小于5秒）。业务数据基本操作少于2秒；业务数据单条信息页面显示时间少于3秒，复杂检索结果的页面显示时间少于5秒。

支持规模：系统能够支撑在线访问30000人的规模情况下，稳定、流畅运行。

安全性：满足《信息系统安全等级保护基本要求》（GB/T22239-2008）中等保二级的标准要求。

开放性：平台应采用开放架构设计和对象数据存储技术，支持各类X86架构的服务器设备和多种类型的存储设备，在需要对平台硬件资源进行扩展时可快速纳入服务器节点和存储资源，从而快速提升平台的性能，满足不断增长的数据和业务的需要。

2、软件性能需求

在系统平台性能方面，要求采用通用性好、安全可靠的操作系统以及大型数据库系统，保证系统良好的性能，满足系统数据的存储、访问等需要。

在应用支撑软件性能方面，要求应用支撑平台为业务应用系统的开发和运行提供技术支撑，并具有灵活的可扩充性和高度的可配置管理性，尽量采用统一的软件架构和软件技术，以方面不同应用的整合和减少维护工作量。

系统体系结构稳定性方面，平台应采用分布式集群架构搭建，从物理资源集群管理、管理节点冗余部署等多个方面保证整个平台应用无单点故障。

业务处理稳定性方面，平台与业务深度融合，在设计平台的稳定性时，考虑对业务应用稳定性的支撑。平台应采用先进、稳定的计算架构对业务提供支撑。

三、总体设计方案

(一)总体目标

1、语言文字、系统性提升，铸牢中华民族共同体意识

通过该项目的规划和实施，坚持信息技术与语言学习推广、教育教学等深度融合，从标准语言文字学习角度，将弘扬和培育社会主义核心价值观融入教学全流程，在有效提升师生国家通用语言文字水平的基础上，利用人工智能技术与教育教学深度融合，实现为党育人、为国育才，让党的旗帜始终在措美教育阵地高高飘扬。

2、统筹规划、一次性建设，全面提升教育综合服务能力

站在区域整体发展的高度，对区域教育信息化进行整体规划和布局，通过统一服务能力和应用能力的全面建设，打造具有西藏特色的教育应用生态体系，构建利用人工智能技术夯实西藏师生获取优质教育资源的语言沟通能力。利用管理类数据、教学类数据以及评价分析类数据促进学校教育提升的机制，形成以数据为核心的全面采集、精准分析，科学决策的智慧教育综合服务体系，全面提升措美教育基础综合服务能力。

3、精准教学、个性化学习，全面提升学校教育教学质量

通过信息技术与教育教学的深度融合，实现资源生态化、教学互动化，突破时空限制，创新教与学模式，为学校教育质量提升奠定重要基础。在大数据、人工智能等技术的支持下，重构教育流程，提供聚焦教、学、课程的智能化服务，逐步走向适应每个学生学习需求的精准供给。对教师而言，借助精准教学应用，以技术补充经验，用数据驱动教学，提供更有针对性的精准教学干预。

(二)总体建设任务

包括五大建设任务，包括校园硬件设施设备补充、建设智能教学助手、国家通用语言文字专题教室、AI双语（语文、英语）听说课堂、智能阅卷系统。

硬件设施设备补充主要包括各个学校的校园监控全覆盖、共同体意识显示系统、教学电脑、86吋教学一体机、舞台灯光、音响话筒等。

(三)总体架构

措美县教育发展能力提升项目建设从总体规划上分为三层结构：IAAS层、PAAS层和SAAS层，总体架构图如下所示：

1、IAAS层

IAAS层为三层架构中的基础设施层，包含主机、存储、网络等资源设施，实现计算、负载均衡、备份、安全等功能。资源池基于公有云为底层基础设施进行构建，依托公有云上弹性资源、弹性伸缩服务能力达到资源快速扩充响应和动态调节提升资源利用率。

2、PAAS层

为了保障措美县智慧教育建设的统一性、规范性、开放性，需要构建PAAS层为各类应用提供能力服务引擎以及统一的运营系统，通过标准的接口规范以及开放合作机制为SAAS层各应用提供公共支撑服务。主要包括统一身份认证、统一资源服务、基础数据管理、资源搜索服务、统一开放服务等。

3、SAAS层

覆盖全县四所小学的智能教学助手和国家通用语言文字专题教室等业务。主要面向教学活动各参与者，为学生、教师、教育管理者提供基于身份的均衡化、数据化、精准化、个性化的教与学应用环境。

SAAS层以信息技术与教育教学深度融合为起点，以应用系统为抓手，采用大数据、人工智能等新技术，实现课堂教学、学情分析、评价监测、教育管理等场景的各类教育数据“伴随式收集”和互通共享。基于对教育行业大数据的深度挖掘和应用，不断提升教育教学质量与教育治理水平，突显教育的精准性、智能性、及时性、前瞻性、区分性、整合性，让教育教学不断从经验走向科学，充分释放教育创新活力。

四、业务流程

国家通用语言文字学习系统是基于智能语音和人工智能技术，参照中小学语文课程标准，在语文专题教室内，实现语文的课本教学、同步训练、单元测试、考练讲评等互动功能，覆盖教、学、测、评、管全场景的综合解决方案。本系统主要包括如下内容：

五、信息资源规划

1、信息采集设计

信息采集是信息服务的基础，为信息处理和发布工作提供数据来源支持。信息数据来源的丰富性、准确性、实时性、覆盖度等指标是信息服务的关键一环，对信息服务质量的影响至关重要。

针对教育信息数据目前主要采用方式分为：人工采集、定制信息、网站系统抓取三种。

采集类型主要分为：基础数据和业务数据。

基础数据包含：教育特征数据、机构、人员、角色、关系、用户数据等。

业务数据包含：考试、作业、访问、行为、课堂、学习、互动、评价、过程、社交、信息等。

其中业务数据主体来源于措美县智慧教育项目各应用、子系统。基础数据主体来源于教育纵向上下级管理系统、应用等。原则不设计外设设备进行信息采集。主体通过系统接驳完成信息采集。

2、信息共享设计

平台作为基础数据统一管理和维护方，需要保证数据的权威性和准确性，同时作为其他接入第三方应用的数据源，保证基础数据的实时性也尤为重要。当基础数据变化时，平台通过消息订阅发布或者RPC的形式，保证第三方应用数据的实时或准实时更新。

图：第三方数据交换

如上图所示，平台以对外接口和应用页面的方式提供基础数据的更新，第三方应用调用接口进行基础数据的更新，提交数据校验通过后更新到基础数据中。

对于所更新数据存在依赖关系的外部应用，通过权限验证后，通过消息通知机制及时通知对应的第三方应用，从而保证基础数据的实时性。