现代信息技术在数字校园建设中的应用探讨
发布时间：2015-07-09 11:06
摘 要 针对目前高等院校信息管理存在的问题，分析了“数字校园”建设的内容及意义，给出了数字校园系统模型设计，并详细介绍了新信息技术在数字校园建设中的应用。最后结合多年教学经验，探讨了数字校园建设的应用趋势。
(5)环境虚拟化：多媒体网络传输技术和虚拟现实技术等的发展，使教学活动可以脱离物理时空的限制，实现虚拟化教育环境的构建，如虚拟图书馆、虚拟教室、虚拟实验室、虚拟校园等，组成虚拟教学平台。
关键词 教育信息化；信息技术；数字校园
1 引言
21 世纪，以计算机和网络为代表的现代信息技术的迅猛发展，不仅给企业带来管理上的革新，而且使得高校教育模式面临着有史以来最为深刻的变革——教育信息化。教育信息化是一种以现代信息技术为基础，通过将现代教育思想、教育理论与网络技术、数据库技术、多媒体技术和3S技术等的有机结合，实现信息化教学以及教育教学观念和人才培养模式的转变，提高教育教学效率的基于创新教育的新型教育体系。要实现教育信息化，必须先开展数字化校园建设，这已成为中国21世纪教育发展的基本方向。
2 高校信息化发展现状及存在问题
近几十年来，世界发达国家高度重视信息技术对高校教育的影响和作用，不断推进教育信息化建设。1990 年，美国克莱蒙特大学教授凯尼斯·格林发起并主持了一项大型科研项目，“信息化校园计划”，拉开了国外数字化校园建设的序幕。我国高等学校大规模的信息化建设大多始于20世纪90年代，比发达国家起步晚了10～20 年[1]。但发展速度非常快，尤其在“面向21世纪教育振兴行动计划”中特别强调了要利用信息技术来推进教育改革。我国“数字校园”就是在这一信息化建设基础上提出的。
从国内外高校信息化建设的历程来看，高校信息化建设总体上分为三个阶段：校园网硬件基础设施建设、综合信息系统建设和数字化校园建设。
目前，我国大多高校已完成校园网基础设施建设，并引进或开发了一批应用管理系统，如财务管理、教务管理、人事管理、考试管理等，在一定程度上提高了学校的管理水平。但这些系统大多是由高校各部门、各院系在不同阶段根据各自需求独立完成的，再加上大学校园管理的特殊性和信息技术发展的阶段性，导致高校信息化还存在不少问题：
(1)各院系、部门相对松散，早期信息化建设各自为政，缺乏统一规划，重复建设现象普遍存在。且系统间无法实现有效的数据共享，形成了网络环境下的“信息孤岛”。
(2)受限于当时信息技术的发展水平，这些系统在可视化、模拟仿真、决策支持等方面缺乏有效的支持。
(3)数字化校园建设中，许多高校存在重视“硬件”配置，忽视“软件”建设的问题。在软件建设上，又重“管理”，轻“教学”；资源利用上，重“本地”，轻“网络”等。
总体上，由于缺乏良好的灵活性、拓展性和适应性，现有系统很难满足高校日益发展的各种需求。因此，许多高校已开始探索和实施信息化建设的第三阶段：数字化校园建设，实现校园中教学、科研、管理、服务的全面数字化，实现管理上效率和质量的提升。
3 数字化校园建设应用研究
数字化校园建设是以网络为基础，利用先进信息化手段和工具，以“把学校建设成以面向校园，面向社会的超越时间、超越空间的虚拟大学”为目标，实现从环境(包括设备、教室等) 、资源(如图书、讲义、课件、信息等) 、到活动(包括教、学、管理、服务、办公等)的全部数字化，形成一个数字化空间，使得现实校园在时间和空间上延伸开来，从而提高传统校园的效率，扩展传统校园的功能，最终实现教育过程的全面信息化。
3.1 数字校园主要研究内容
数字化校园作为21世纪大学的概念模型，应积极利用行业教育知识库，实现从服务器、网络等硬件环境，到教学、科研、管理等应用软件系统的一体化校园数字应用空间，实现资源全球化、教学网络化、教材多样化、管理智能化、环境虚拟化等。
(1)资源全球化：利用校园网特别是互联网，使全球教育资源连为一体，供用户使用。
(2)教学网络化：利用网络技术构建远程教育模式，组建数字化学习环境，为学生异地自主学习提供条件。
(3)教材多样化：利用多媒体技术，特别是超媒体技术，实现教学内容结构化、动态化和形象化。
(4)管理智能化：通过一系列软硬件智能技术使高校教学管理自动化，智能化。如教学评价自动化，测试自动化，决策智能化等。
(5)环境虚拟化：多媒体网络传输技术和虚拟现实技术等的发展，使教学活动可以脱离物理时空的限制，实现虚拟化教育环境的构建，如虚拟图书馆、虚拟教室、虚拟实验室、虚拟校园等，组成虚拟教学平台。
3.2 数字校园综合系统模型
数字化校园建设是一项庞大的系统工程，应本着“统一规划、软硬并重、分步实施、以点带面、重点突破、持之以恒”的建设原则，分阶段、分层次的由硬及软、从下到上逐层推进。其系统模型如图1所示。
第一层为网络基础层，为数字校园提供通信基础设施，保障系统正常运行和数据安全可靠传输。主要包括校园网络以及工作在这些网络之上提供基本服务的服务器系统，如：文件传输、域名解析、病毒防护等。
第二层为操作系统层，实现多系统兼容，保证数字校园在各主流操作系统上同步运行，如Windows系列、Linux、各种版本的UNIX系统等。
第三层为数据层，通过将各类数据按照业务的逻辑规范管理和组织，保证数字校园能够支持各种主流数据库(包括Oracle，DB2，SQL Server，Sybase等)，以及图形、文本等各种文件。
第四层为应用服务器层，实现对多种主流应用服务器的支持，包括市场免费开源的Tomcat和JBoss等，也支持诸如WebLogic、Websphere以及Apusic等商用应用服务器。
第五层为应用管理层，是数字校园的核心部分。构建基于SOA(Service-Oriented Architecture，面向服务架构)技术规范的应用集成与信息交换平台，采用pure XML标准实现综合办公自动化系统、数字化图书馆、院系、教务管理系统等应用的整合和系统间无缝信息的交换。提取各应用系统中需要对外暴露的功能模块，确定各应用对外提供的所有服务和访问权限。
第六层为对外统一门户层，是数字校园的总入口。 主要借助集成化的门户和导航功能，运用单点登录技术，保证各类登录用户(学生、教职员工、各课题组、各部门等)能快速获取到与其身份相对应的各种信息服务和决策支持等。另外，通过提供一对外通信平台，使校园功能突破围墙限制，成为一个覆盖网络可达范围的虚拟大学。
4 数字校园建设新技术应用
在数字校园的分层建设中，不仅涉及到较成熟的网络技术，数据库技术，多媒体技术等，还将包括新一代信息技术如网格计算、数据挖掘、3S技术、虚拟现实技术等的应用。这些技术的迅猛发展，给校园信息资源共享和一体化应用带来了广阔的空间，加速了数字化校园建设的进程。
4.1 网络新技术
高校信息网络化是实现高等教育现代化的必由之路，随着高校网络化的不断深入，新的网络技术：网格技术、无线技术等已逐步被应用到了校园信息化建设中。
4.1.1 校园网格
网格是2004年IBM 公司提出的技术概念。该技术是一种专门针对复杂科学计算的新型计算模式，是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机构成一个“节点”，整个计算机是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。网格的主要任务是在动态变化的网络环境中共享资源和协同解决问题。李国杰院士认为：“第一代互联网实现了计算机硬件的连通，第二代互联网实现了网页的连通，而作为第三代互联网的网格则试图实现网上所有资源，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源和信息资源等的全面连通。
校园网格是网格技术在校园中的一种应用，是学校用来实现校园整体IT资源共享、挖掘潜能，从而提高其研究能力的手段。与其它的计算网格、信息网格不同，校园网格的资源提供者是高校各院系部门，主要有集群、数据库、高性能计算机、个人PC、存储设备等，而用户一般是学校的教职员工和学生，他们通过校园网格共享计算、信息、存储、教学等资源。
4.1.2 无线校园网络
无线局域网(Wireless Local Area Network) 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线局域网利用无线多址信道方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个性化和多媒体提供了可能。目前，实现无线局域网的关键技术主要有：蓝牙无线接入技术、家庭网络的HomeRF 以及IEEE802.11 连