基于智慧校园支撑的师生教学需求保障应用平台设计研究

2023-09-21段世良

物联网技术 2023年9期

张亮，段世良

（1.空军工程大学防空反导学院，陕西西安 710043；2.空军工程大学航空工程学院，陕西西安 710043）

0 引言

军队院校条例指出：军队院校教育保障，应当突出为教学服务，坚持需求牵引、信息主导、集约共享、注重效益、完善保障标准，创新保障模式，优化资源配置，改善办学条件，保障院校教育顺利实施。因此，深入分析当前军队院校教育训练保障中存在的问题，突出教师和学生主体，运用云计算、神经网络、大数据、物联网等先进技术手段，通过保障资源重构、保障信息共享，科学构建信息化条件下院校教学保障新体系，实现传统教学训练保障工作从“被动式碎片化服务”向“主动型体系化服务”转变，为院校培养军事人才、发展军事科学、服务备战打仗提供智能化信息化服务保障，具有十分重要的现实意义。

1 院校教学保障现状及现实矛盾问题

1.1 体系化设计理念存在差距

由于受传统保障理念、固有保障模式、原有保障队伍和院校现实条件等因素限制，当前军队院校对教学保障体系建设发展的脉络还不够明晰，思想不够解放，理念不够创新，视野不够宽阔，导致教学保障的体系化、信息化设计没有前瞻性和预见性，内容不够科学合理，技术标准缺乏统一规范，功能应用不能适应当前信息化教学环境下师生教育训练的实际需求。

1.2 软硬件建设发展均不平衡

军队院校开展信息化建设起步较晚，智慧校园建设推进过程中往往由于缺乏足够的经费支持，软硬件建设一般都零敲碎打，软硬件配套建设不够科学合理，要么硬件跟不上软件，“小马拉大车”导致网络拥堵、存储空间不够、服务器超负荷运行等问题；要么软件跟不上硬件，“大马拉小车”导致网络闲置、存储空间冗余、服务器使用率不高等问题。虽然已搭建了超融合硬件平台，但没有设计和建成理念先进、性能优越、运算能力强大的教学保障应用平台，仿佛“高速路上跑小车”，造成资源闲置浪费。

1.3 信息资源整合管理不系统

通过走访部队和兄弟院校，了解到目前军队院校机关业务部门、教学保障单位、教研室、学员队，甚至课题组均从自身需要出发，建有自己的应用平台和特色资源，由于技术标准不统一，无法兼并集成，有的甚至没有预留数据接口，无法分享共用，导致系统平台各异、资源分散，造成内容交叉和内容不足问题同时存在；有的建成后缺乏有效运维管理，导致系统修复不够，信息内容更新不及时，使用功能无法持续改进，难以满足现实需要。前期在教员座谈交流中，有多家教研室提出了资源分享需求和相关建设意见。在师生问卷调查中，师生的信息资源使用需求占比60%，同时也反映出信息资源过旧、更新不够及时和缺少外文资料等问题。

1.4 教学保障信息智能水平低

院校教学保障模式仍处于传统碎片式被动服务，缺乏有效管用的信息平台支撑，业务保障部门往往领受任务才启动保障程序，被动应付多，积极主动不够。师生执行教学任务时，经常需要协调机关和业务保障部门，程序繁琐复杂，信息化水平不够，人为干预多，保障智能精准度低，效率和质量不高，官兵体验较差。在座谈会中，多家教研室提出加大教学保障和宣传推广的建议，问卷调查中反映教员对网络和场地报修流程、对接人和联系方式不够熟悉。部队调研中反映院校教学和部队训练衔接还不够紧密、耦合不够深入。

1.5 跟踪问效反馈效果不明显

传统保障模式虽然配有简单的满意度调查、服务质量反馈等环节，但存在反馈内容不够齐全、体系不够完整、机制不够成熟、信息化程度不高等问题，导致保障部门不熟悉管理的资源条件和质量、用户需求响应速度、保障期间用户体验效果以及反馈问题整改落实情况等，上级领导也无法通过数据宏观掌握服务保障质量效果等。

2 教学保障应用平台设计理念

以大数据、物联网、云计算为基础的智慧校园建设是高校实现创新建设和发展的重要方向[1]，有利于强化高校的集中式管理。基于智慧校园支撑设计和建立全新的教学保障体系，尊重服务对象需求体验，符合智慧校园设计理念和院校管理保障发展方向，是推动校园信息化智能化建设的一次重要探索与实践。充分运用信息化手段，引入神经网络运算，重构符合新时代信息化要求的整体框架，形成思路清晰、保障高效、体验良好、机制健全的教学保障体系，建成连接服务对象和服务保障机构的桥梁枢纽，按照“盯两头、打基础、修高速”的设计思路逐项构建、逐步实施。

“盯两头”：一头是服务保障对象，包括广大教员、学员、机关干部；另一头是保障部门，包括训练部门以及教保中心所属的图书馆、信息技术室、教学保障室、文印室等保障职能单位。在新的框架体系设计中，重点围绕两头开展工作，针对服务对象，深入研究服务对象的各类共性保障内容和个性化保障需求；针对保障部门，按照文献[2]提到的模块化设计思路，即在智慧校园建设过程中，理清业务需求，明确建设方向，从顶层角度，以最新的软件设计模式—“功能模块化”对传统智慧校园进行重构升级。保障部门重点负责模块化设计整合保障工作、优化服务工作单元、实施相关条件建设、拓展保障模块的覆盖面和提高保障体系服务质量。

“打基础”：着力解决实际建设中软硬件发展不平衡、信息资源使用管理不规范、保障人员能力水平参差不齐和规章制度建设不健全等问题，以智慧校园为支撑，全方位实施涵盖保障条件、信息资源、规章制度等方面的建设，打牢“桥墩”基础。通过应用平台的应用管理，摸清真实需求，紧盯需求搞建设，采取集中管理现有信息资源、改善新建场所环境、引进先进设施设备，不断提升资源条件建设水平。加强人员素质培养，提升服务意识，增强业务能力，打造专业化保障团队。完善规章制度制定，健全各类制度，严格落实制度，规范一线标准，用一流的管理、一流的标准支撑体系运行落实见效。

“修高速”：推进智慧校园建设步伐，以智慧校园为支撑，不断升级原有零散、孤岛式信息平台，升级带宽，统一标准，实施平台信息推送，减少人为干预因素，建立运行顺畅的信息“高速路”，着力解决现有教学保障模式信息化智能化水平低的实际问题。针对服务对象共性和个性需求，引入强大的神经网络，智能调取并优化组合形成符合师生实际需求的“一站式”配套服务，同时记录服务数据和用户体验情况，系统对提供的服务实现自我改良和自我优化，持续改进服务。让信息化“高速公路”有效联通服务对象和保障单位两头；在服务对象输入需求后，通过神经网络逻辑算法最终向服务对象输出精准服务。

体系雏形构建完成后，可通过服务对象检验服务质量效果，优化程序算法，畅通保障链路。运行成熟后，可拓宽资源类型，拓展服务功能，延伸除教学保障以外的其他业务领域，形成泛在化服务保障体系。

3 应用平台体系设计与构建

3.1 根据“盯两头、打基础、修高速”思路，打造信息化平台框架

按照“盯两头、打基础、修高速”的建设思路，充分考虑服务对象使用体验、智能运算效率和需求服务效果等因素指标，同时兼顾保障部门职能分工，以提升服务能力水平为出发点，聚焦打牢“桥墩”基础，在服务对象（需求侧）和服务保障机构（供给侧）之间搭建桥梁枢纽，打造快速高效的教学保障应用平台。具体如图1 所示。

图1 教学保障应用平台设计思路示意图

3.2 根据师生需求部门职能，构建“三层级双流程”运行模式

三层级：包括基础层（服务因子）、中间层（功能模块）、应用层（服务项目）。基础层（服务因子）是指服务保障部门能提供的、不可拆分的具体单项服务内容，比如：PPT 课件制作、某型飞机技术资料服务、智慧教室预约、障碍场预约、随堂录制视频等，这些服务因子可以根据不同部门和内容性质进行一定的归类。中间层（功能模块）是指由多个服务因子组合而成的，满足或部分满足服务对象需要的有机整体，比如：某型号系统资源查询功能模块，该模块包含了该型号的纸质资源、数字资源、视频资源、外军最新研究等相关资源查询的服务因子，既可以作为单一的资料查询，同时也是“教员备课”“毕业论文撰写”等具体服务需求中的一部分。应用层（服务项目）是指服务对象需要完成某项工作时的宏观服务要求，一般是一项综合性工作，比如：召开视频会议服务需求，包括会议场所预约、视频平台保障、摄像保障、文印服务，甚至历年类似的会议材料查询等服务。

流程一：以服务保障对象视角，从提出的具体服务需求开始，第一步是将用户服务需求转化为标准的服务项目。通过信息系统输入有关服务需求内容，采取系统归纳算法，将不同的服务需求表述统一为标准的服务项目，比如教员输入“教员备课授课”“授课准备”“课程教学准备”等需求关键字，系统自动分析将需求归纳转化为教员备课服务项目；学员输入“如何做毕业设计”或“毕业论文撰写”，分析归纳转化为毕业设计服务项目。第二步是服务项目匹配相关功能模块。服务项目确定后，系统自动识别，通过神经网络运算，智能匹配系统内部已建成的各类功能模块，根据项目内容通过系统进行优化组合及调整，对应保障服务对象在各阶段、各时期、各场所的各类用户需求，比如针对教员的教员备课服务项目，可智能匹配到“资料查询”“多媒体课件制作”“场所预约”“课程录播”等功能模块；针对学员的毕业设计服务项目，可智能匹配到“资料查询”“多媒体课件制作”“教员辅导”“专业书籍推送”“文印室胶装”等功能模块。第三步是功能模块提取调用服务因子。根据实现功能模块所需的相关服务内容，通过神经网络算法推荐或者手动查询检索的方法，调用已有的各类服务因子，由其组合成为功能模块，由服务部门根据服务因子，完成服务任务。

流程二：以保障部门视角，服务质量的优劣很大程度取决于服务因子的建设水平，服务因子的建设也是保障部门“打基础”的关键。第一步，日常任务接收分配。在平台系统运行过程中产出不同的服务因子，服务因子按照派工单的方式，由系统平台分发给职能单位，由职能单位负责落实任务；同时，职能部门可以根据系统平台所调用具体服务因子的覆盖范围、频次数据，分析优化服务，提升服务保障质量和水平。第二步，服务质量反馈。保障任务完成后，提出需求的用户可根据服务的响应时间、质量效果等，提出意见建议，填报系统反馈，系统将实时反馈至服务单位的上级部门，辅助单位做好服务质量跟踪反馈。第三步，定期推送需补充增加服务的信息。系统将定期推送服务项目中多个用户需要，长期无法满足的服务内容，作为后续规划新增服务因子的重要依据。具体如图2 所示。

图2 “三层级双流程”运行模式示意图

3.3 引入神经网络算法机制，创新设计信息平台服务功能

在教学保障应用平台中布设神经网络，重点围绕服务对象，在服务对象的信息输入、服务项目调用服务模块、服务模块调用服务因子，以及持续改进服务等方面，均采取预设内容和手动选取的方式，实时记录服务对象的调用行为，通过神经网络算法创新设计输出内容。文献[3]指出，人工神经网络是一种旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。参照文献[4]中描述的BP 神经网络模型，即针对用户不同的需求输入，经过隐藏层逻辑运算，向用户输出不同的服务结果。具体模型如图3 所示。

图3 BP 神经网络模型示意图

3.3.1 分析归纳规范输入功能

文献[5]指出，人工神经网络可以通过训练掌握数据归纳和处理的能力。当用户输入需求时，具备读取分析需求内容，将服务需求归纳转化为统一规范标准的服务项目，便于标准化用户输入数据信息。

3.3.2 记忆识别和智能匹配功能

根据特定服务项目，智能匹配任务所需的各阶段、各时期功能模块，依次解析各类功能模块，按照文献[6]提出的大数据关联分析方法，即从各种不同的数据对象当中查找和搜寻相同或者是有着相似特点的对象，使得它们之间进行关联，增强它们之间的关联性。利用大数据分析用户习惯数据，对于相似的用户需求，只须关联并调用曾经使用过的功能模块并进行固化，形成记忆，节省运算时间。

3.3.3 自动分类抽取功能

将海量服务因子按内容划分到数字资源、软件系统、教学训练场所、线下服务和硬件设备等5 个服务种类下，区域快速搜索和有效提取调用各类功能模块所需的服务因子。

3.3.4 异常容错自动组合功能

当出现需求输入解析辨识模糊，或者调用资源匹配不到时，应具备应急处置和自我修复能力。按文献[7]提出的，神经网络只要求部分条件，甚至有节点断裂也不影响信息输出的完整性，具备鲁棒性和容错性；将调出的服务因子进行优化组合，按照工作流程排序，生成各类功能模块。

3.3.5 学习和自适应功能

文献[8]提出的，神经网络具有较强的信息学习分析能力，能够主动组织和学习知识，能够主动适应不同网络信息处理方法的要求。将神经网络加入自我博弈功能中，支持输出多种服务方案，自我比对方案优劣，从优选择确定最终服务，在大量数据训练样本中增强算法和自我升级。

以教员教学备课服务项目为例，平台智能匹配到资料查询、多媒体课件制作、场所预约、摄像保障等功能模块后，各自模块精准定位到服务种类中提取调用所需的服务因子，如“多媒体课件制作”功能模块可提取调用“数字资源”服务种类下“多媒体课件模板下载”服务因子和“线下服务”服务种类下“多媒体制作技术支持”服务因子，经神经网络整合后形成符合用户需求的各种功能模块，打包成功后向用户输出一整套优质服务。具体如图4 所示。

图4 功能模块示意图

3.4 加强保障服务因子建设，打牢应用平台基础支撑

服务因子是保障部门“打基础”的关键，将服务因子比作人体基础细胞，功能模块比作人体各种功能器官，神经网络犹如人体神经脉络一样，在各种功能器官间发挥联通枢纽作用。深入细化服务因子，按照保障条件建设、信息资源建设、规章制度建设3 个大类，数字资源、软件系统、教学训练场所、线下服务、硬件设备等5 种类型，细化分为16 个子目录（后续还将调整扩充），进行因子规划。充分利用平台使用数据，将服务因子根据内容性质划分到相应的职能部门，由职能部门根据服务因子在应用平台中的调用情况加强建设和管理。对现有可以满足实际需求的服务因子予以保留；对现有可以满足部分需求的进行补充完善；对之前没有但师生实际迫切需要的进行全新研发；对应用平台使用频率低或长期不调用的进行暂停甚至淘汰。具体如图5 所示。

图5 服务因子分类规划示意图

3.4.1 保障条件建设方面

构建场所环境，建设实验室、智慧教室和部队远程授课指挥中心（打通院校教学和部队训练链路），整修轻武器射击场和室外训练场地，改造图书馆，实现所有教学训练活动均有相关场所支撑；引进先进设施设备，保证信息化教学设备的先进性和实用性。

3.4.2 信息资源建设方面

信息资源建设包括建设新装备资料室、特色资源服务网站、外场保障搜索引擎、融媒体信息资源平台等；集成软件系统，充分利用现有优越的硬件环境，将所有软件系统集成到软件系统服务种类下，根据用户需求通过教学保障应用平台进行有效调用。

3.4.3 规章制度建设方面

以提升人员素质为核心，围绕技术提升、能力培养、作风整肃，健全各类制度，比如人员（场所）管理制度、定期培训制度、激励奖惩制度、服务反馈机制等，可以采取外出培训、调研学习、引进人才等方式进一步提升人员业务能力，用一流的管理、一流的标准，提高业务能力，提升服务水平，打造专业保障化团队。

4 全程引入质量评估机制

教学保障应用平台向服务对象输出服务，分线上和线下保障并行。线上保障是指自动搜索匹配资源提供给服务对象使用；线下保障是指系统向保障部门分配任务，保障部门主动对接服务对象，完成需求保障。实现服务对象有需求时，能够第一时间找到线上资源、第一时间找到保障部门、第一时间联系上具体负责人，确保服务保障高效、服务质量卓越、用户体验一流。

4.1 服务保障评估

通过平台建立满意度评价反馈机制，将服务划定质量等级，平台支持线上用户满意度测评；建立奖惩机制，将服务质效与保障人员业绩考评挂钩，确保服务质量；建立持续改进机制，积极征求修改意见，畅通热线服务，了解师生体验情况，根据意见建议做好优化完善。

4.2 指标数据预警

利用平台，将响应时间、任务完成率、用户参与度等各类客观的服务相关指标数据进行专门管理，对数据进行分析研判，设定各类数据的预警阈值，由平台主动向保障部门管理者推送相关信息，作为各类服务资源条件建设、人力资源匹配、个别人员能力提升等方面的决策依据，确保平台服务水平持续改进、自我优化，实现螺旋式上升。

4.3 专业运维团队

徐圣林[9]指出，由于信息化系统应用过程中问题的突发性、多样性和复杂性，所以需要一支知识深厚、经验丰富、实践能力卓越、有责任感和服务意识的运维队伍。在保障部门组建专业运维团队，负责平台推广使用和业务培训，保证平台软件顺畅运行、硬件设备配套完好、网络环境安全可靠；负责加强具体配套服务的有效输出，提供服务因子调整和增加的需求提报，确保保障体系运行科学高效。