数字校园理论与实践清华

1、数字校园理论与实践沈培华 蒋东兴 王映雪 陈怀楚 (2002.8.8)北京 清华大学计算机与信息管理中心 1000841 前言21世纪的教育必须适应信息化社会需求。为此，世界发达国家高度重视信息技术对教育的影响和作用，重新调整教育目标，制定教育改革方案，加快推进教育信息化建设。近年来我国也十分重视教育信息化，特别是在“面向21世纪教育振兴行动计划”中强调利用信息技术推进教育改革。清华大学在教育信息化建设方面经过十余年艰苦努力，尤其在国家启动“211工程”之后，完成了计算机与信息基础设施建设。硬件方面铺设了校园网并及时提速，现在校园网实现千兆到楼（1Gbps），光纤已通达150座楼，100多公里

2、，入网计算机近3万台，全校师生可享受终身Email服务；网络信息应用方面建设了综合的、开放的、分布的信息服务总平台，校内实现“无纸化”办公，管理信息实现数据共享，近1000门网络课件供学生网上选修，500多门课程使用“清华网络学堂”进行网络（辅助）教学，1万多名远程学员通过网络进行学习。清华大学已初步实现了“网上办公、网上管理、网上教学、网上服务”。2 数字校园理论2.1 背景信息技术的飞速发展，为清华大学信息化建设提供了机遇和条件，校园网上运行的办公自动化、综合教务管理、财务管理、人力资源、科研管理、设备资产管理、网络教学、综合信息服务等系统在为学校提供信息服务的同时，提高了管理人员的信息素

3、养，正在改变着人们的管理观念。随着学校信息化工作的进一步推动，校园网上的信息越来越多，应用也越来越多，迫切需要统一的管理，对各层人员提供集成的信息服务和面向用户的“个性化”信息服务；迫切需要统一的用户认证机制并建立一个统一的电子身份体系；随着网络技术的发展和网上应用的不断增多，Internet上原有的安全隐患也不断暴露出来，建立一个覆盖全校的网络安全体系也成为迫切任务。“数字校园”就是在这一信息化建设的基础上提出的，试图用层次化、整体的观点来规划、实施学校的信息化建设为教育信息化确定一个清晰的目标。数字校园的建设将对学校所有信息资源进行统一的、科学的组织与管理，对校园网上的信息进行更好的组织和

4、分类，让用户在网上快速发现自己需求的信息，为师生提供优质的网上信息交流环境，让管理人员科学地、规范地管理自己的数据，并将这些信息以最有效的方式、更方便地发布，提供给用户服务。2.2数字校园概念经过多年的研究与实践，我们提出如下的数字校园的概念：数字校园是以网络为基础，利用先进的信息化手段和工具，实现从环境（包括设备、教室等）、资源（如图书、讲义、课件等）到活动（包括教、学、管理、服务、办公等）的全部数字化，在传统校园的基础上，构建一个数字空间，拓展现实校园的时间和空间维度，提升传统校园的效率，扩展传统校园的功能，最终实现教育过程的全面信息化，从而达到提高教学质量、科研和管理水平与效率的目的。如

5、果用一句简单通俗的语言描述一下，可以说是运用现代信息技术，在校园里实现：信息传输网络化、信息资源数字化、用户终端智能化。2.3 数字校园的结构数字校园是一个与现实校园紧密相关的数字空间，它是现实校园空间的延伸和扩展。数字校园是一个层次结构，本文试图用一系列同心圆形像地描述它，着重表示的是功能的层次划分。其中，内圆是核心，是基础，外圆是在内圆的基础上提供的更进一步的服务。其结构如图1所示。图1 数字校园的结构图1将数字校园分为五个层次，从内到外分别是：Ø 最内圆是“网络基础层”：网络是数字校园的基础设施，如果没有相应的网络基础设施，数字不能流动，也就不可能形成数字的空间；Ø

6、次内圆是“网络基本服务层”：网络基本服务是数字流动的软件基础，包括域名服务、身份认证、目录服务、网络安全、以及公共服务（如电子邮件、文件传输、Web发布）等；Ø 第三圆是“应用支撑层”：它主要处理业务逻辑，将各类数据按照业务的逻辑规范管理、组织起来，包括办公自动化系统、数字图书馆、管理信息系统和网络教学系统等，它们是数字校园的核心支持系统；Ø 第四圆是“信息服务层”：它主要处理用户逻辑，将规范化的数据按照用户的需要提取出来提供给用户，为用户提供服务，如后勤服务、信息查询、决策支持、电子商务等；Ø 最外圆是“个性化门户”：它是数字校园的总入口，各类用户通过门户进入数

7、字校园，可以获得与其身份相对应的信息与服务。在校园充分数字化后，大学的功能就将突破围墙限制，成为一个可以覆盖网络可达范围的无疆域的大学。2.4 数字校园的核心URP数字校园建设进展到一定阶段，提出了新的需要解决的问题，如信息有效共享，应用有效集成，用户统一接口等等。其中，最核心的内容是：应用支撑系统和信息服务系统，即图1中第三、第四层表示的部分，我们将这两部分内容与个性化门户统称为大学资源计划URP（University Resource planning）。URP是数字校园的核心，是各种应用系统的集成，包括能够将这些应用系统集成的基础系统。可以简单概括为“一个平台、N个应用和一个门户”。一个

8、平台，是用于解决信息服务多元化问题，解决应用系统之间的集成、数据共享和一致性问题的公共平台与工具；N个应用，是指负责各个业务的采集、加工和使用的管理系统信息，是校园信息化建设的支撑；一个门户，将应用集成起来，为用户提供单一访问点的个性化服务。其中，一个平台即URP公共平台，它又是URP的基础，为各个应用系统的集成提供一系列的基础服务，使得各应用系统之间能够实现数据共享、系统之间的应用访问和向用户提供统一的访问接口。它由以下五个部分组成：1) 应用管理：应用程序管理、用户与角色管理、用户漫游等；2) 数据交换：提供统一的信息视图、数据服务和数据维护；3) 空间管理：将用户在网络上的各种存储空间统

9、一管理起来，为用户提供一个统一的虚拟存储空间，并提供空间管理的各种接口与工具；4) 文档管理：提供文档管理的规范、接口与工具；5) 信息发布：提供模板管理、信息管理与发布的工具。N个应用，是指学校的业务系统，包括教学、办公与管理等。各个业务系统逻辑复杂。只要设计时考虑好接口，各个系统的边界和目标定在有限的范围内，则设计、开发可相对独立进行，可以根据需要与经济能力分阶段建设。各个业务系统之间的数据交换、数据共享由公共平台承担并提供相应的应用访问接口。个人门户，是整个数字校园的单一访问点，它提供给用户统一的使用界面，用户进入门户后就可获得与其身份相称的各项服务。3 清华大学数字校园实践3.1 清华

10、大学“数字校园”分阶段实施根据上述数字校园的分层结构，由于经费、管理规范与水平需要逐步到位，数字校园的建设需要分阶段实施。就清华大学建设情况而言，可概括为以下几个阶段：² 网络硬件为主的建设：这一阶段主要关注的是校园网络的硬件基础建设，同时提供部分网络基本服务，与此同时，也进行部分信息应用内容的建设，如电子化图书馆、综合管理信息系统等。² 信息系统为主的建设：主要表现在应用支撑系统的建设，如办公自动化、各类行政管理信息系统、数字图书馆、网络教学系统以及学生社区服务管理系统等。由于应用的需要与推动，进一步完善网络基础设施建设、提高其功能并提供更多的网络基本服务（如身份认证）。

11、另外，随着应用的增加，开始建设统一的应用服务系统。² 虚拟大学建设：在校内信息化普及后，建设一个新型的数字化大学将是此阶段的主要任务。这一阶段，是数字校园真正展现魅力的时候。现代化的远程教育、虚拟实验室、个性化信息服务将是这一阶段的重点。目前清华大学的综合信息服务系统为师生提供的单一访问点，大大的方便了师生网上交流和网上管理工作，其远程教育系统和网络教学系统的应用，已经展露了它的部分风采，为教与学发挥了积极的作用。3.2清华大学数字校园建设内容网络基础设施、安全、身份认证以及各类应用系统等组成了数字校园的整体建设内容。3.2.1 用户管理1) 电子身份在现实校园中，每一个成员都有一个

12、固定的身份，如教师、管理人员、博士生、硕士生、本科生、继续教育学生、临时人员等，成员的身份可以通过其工作证学生证得到确认。用户的身份决定了用户在校园空间所享有的权限，如教师可以在教师食堂就餐、学生可以在学生食堂就餐、教师可以在图书馆借更多的书等。数字校园是现实校园在数字空间的反映，因此对于数字校园中的每一个成员，他在数字空间也相应地需要有一个固定的身份，即电子身份。对于数字校园来说，首要的任务就是要建立一套统一的电子身份管理系统，学校的每一个成员都有一个与其真实身份相对应的电子身份，用户可以使用自己的电子身份访问数字校园中有权访问的任何系统。2) 身份认证所谓身份认证（authenticati

13、on），就是判断一个用户是否真是他所声称的身份的处理过程。在清华大学数字校园中，有一个统一的身份认证系统供各应用系统使用。3) 用户注册用户注册是根据学校成员的真实身份来赋予其相应的电子身份的处理过程。在数字校园中，应该有一个统一的用户注册系统提供服务，保证用户信息的准确性与一致性。如新生入学报到时，给新生发一个IC卡、一个用户名和一个密码，它就可以在校园内及校园网上通行无阻了。4) 一卡通所谓校园一卡通，就是利用IC卡作为电子身份的载体，使教师、学生在校园中能够使用IC卡完成一系列与其身份相关的活动，如注册、借还书、上机、就餐等。校园一卡通以校园网络作为基础，网上应用系统作为依托，是实现校园

14、信息化的牵头环节，是提高学校办学效率的重要手段。通过采用校园一卡通的解决方案，可以全面实现校园的高度信息化、自动化管理。现在，清华大学与校园一卡通相关的应用有用户注册系统、图书馆管理系统、机房自动化管理系统、宿舍办公室门禁系统、校医院挂号系统等，并且即将引入电子钱包，在食堂和游泳馆等校内收费点使用。3.2.2 数据管理1) 数据存储数字校园的数据量非常庞大，数据的存储方式对于数据的有效管理起着决定性的作用。一般来说，有集中存储、分散存储和分布存储等不同的数据存储策略，不同的存储策略有不同的优势和缺陷。根据清华大学数据分布的实际情况，我们采用以集中存储为主的分布存储策略，即将绝大多数数据集中存放

15、在数据中心，将一些有特殊需求的数据分布存储在相关部门，但整个系统的数据采用统一的视图，实施统一的管理。2) 数据备份数据是学校的宝贵财富，特别是在管理高度依赖于信息化设施的今天，数据支撑着学校的正常运行。因此，保证数据的安全，使数据不因意外的灾难而损毁就显得特别重要。做好数据备份，并且是在校园中不同区域的分布式数据备份，是保持学校可持续发展的稳妥之路。3.2.3 信息管理在校园数字化建设中，大量信息数字化后被存入计算机系统，如何管理好这些信息，使之发挥最大作用，是数字校园建设成功与否的关键。1) 信息分类信息分类是做好信息管理的前提，杂乱无章的信息只有很少的利用价值，信息只有按照一定的规则进行

16、分类，才能很好的提供给用户使用。2) 信息标准信息标准是做好信息管理的基础，信息只有遵循一个统一的标准进行组织，才能构成一个可流通、可共享的信息库。在前阶段的校园数字化建设中，虽然制定了一些信息标准（如教务系统的统一编码），但是还远远不够，数字校园所要求的统一数字空间需要各个层次的信息标准来规范整个学校的数字化建设工作。现在清华大学在参照国家相关标准的基础上正在加紧制定自己的数据标准。3) 管理信息系统管理信息系统是数字校园最重要的应用支撑系统，它直接管理各部门的信息资源，将现实校园的信息数字化后按照一定的规范存储到数字空间并提供数据共享，并根据相关的业务逻辑组织起来支持用户的管理活动，使用户

17、实现管理现代化。管理信息系统一直是清华大学数字化建设的重要任务，到现在为止，已经开发投入使用、或正在开发的管理信息系统有综合教务管理系统、科研管理系统、设备资产管理系统、人力资源管理系统、财务管理系统、外事管理系统等。3.2.4 信息服务信息服务是根据用户的需求，将信息按照用户的逻辑提取出来，以方便的接口提供给用户。1) 信息发布信息发布是数字校园的基本功能：管理信息系统将信息收集、整理起来，主要是提供给特定的用户用于管理活动；而信息一旦收集整理起来，就可以提供给更多需要的用户使用。将信息系统中的数据按用户的需要，提取出来，展示出去，这就是信息发布的任务。经过过去几年的工作，清华大学校园网上的

18、综合信息服务系统已经初具规模，基本形成了一个覆盖全校的、综合性的、开放的、分布的、多媒体的信息服务总平台。在“十五”期间将进一步完善该系统的信息发布功能，下一步发展方向是：为全校提供一个统一的、提供更多服务内容的、可以满足用户个性化需要的信息服务门户。2) 决策支持决策支持是信息服务的高级形式。在信息积累的基础上，建立数据仓库，逐步建立决策支持系统，该系统依据信息系统中积累的大量数据，对学校上层管理人员提出的决策主题，进行数据挖掘，发现关联信息，为学校重大问题提供决策依据。现在，清华大学已在教学评估、招生评估、毕业评估、学科评估等方面做了一些工作。比如，教学评估系统，它设计了教师篇、领导篇、学

19、生篇，从三个不同视角，评估教与学，在教学改革中发挥了很好的作用。3.2.5 网上办公1) 办公自动化清华大学办公自动化系统为学校领导以及各职能部门提供了基于校园网的协同办公环境，使学校办公逐步向电子化、无纸化方向迈进。在原有的基础上，现在实现了办公系统用户与其他信息系统之间的统一身份认证，建立完全Web化的网上办公环境，网上办公系统的用户群从以前的面向行政管理部门逐步扩大到了面向学校的个人（包括：领导、管理人员、教师、学生），使行政办公人员与其他个人用户之间可以进行方便的信息沟通。2) 网络办公环境网络办公环境就是为用户在网络上提供一个自己的空间，在这个空间中，用户可以布置自己喜爱的环境和内容

20、，如设置好经常访问的系统和站点、安装好日常使用的应用程序、存放好自己的文档和其它私有信息（如邮件）、保存好自己的工作场所，并且用户一旦通过身份认证进入这个空间，不论他在网络的哪个部分进入，都可以获得相同的环境。这种工作环境随用户的移动而自动迁移，将给用户提供极大的方便。清华大学正在建设和完善这个统一的网络办公环境。3.2.6 网上教学网络教学是一种新型教育手段，它是为适应21世纪社会经济和科技发展对高素质创造型人才的需要，创造一个在教师指导下的学生自主式学习的环境。1) 网络教学资源网络教学的资源是开展网络教学的基础，它包括教师的电子讲义、课件、录像、试题库、以及各种数字化的教学素材。网络化的

21、教学资源与传统的教学资源相比有很大的优势，教学资源的一份拷贝放在网络上，就可以供所有授权的用户同时学习，这将极大地提高资源的利用率，解决开放式教学资源紧缺的问题。另外，学生可以方便地获取大量的教学资源，对于培养学生自主学习能力和创造性很有好处。现在清华网络学堂有近1000个课件在网上供学生点播。2) 网络教学平台网络教学平台是一个全新的教学环境，它为校园网上的同步远程教学提供实时双向交互的多媒体网络教学环境，为校园上的异步远程教学提供自主学习的网络教学环境。它将成为和课堂教学互补的不可或缺的第二教学环境。“清华网络学堂”已经基本建设成一个支持包括网上备课、课件制作、教学素材建设、网络授课、网上

22、交流、网上自学、网络考试等多种服务的综合网络教学平台，全面支持教学各个环节。现有500多门课程在该平台上实施网络（辅助）教学。3.2.7 数字图书馆数字图书馆是采用现代高新技术所支持的数字信息资源系统，是下一代因特网上信息资源的管理模式，将从根本上改变目前因特网上信息分散、不便使用的现状。通俗地说，数字图书馆是没有时空限制的、便于使用的、超大规模的知识中心。清华大学图书馆依托CERNET和校园网，在教育教学资源电子化和信息网络化方面，先后完成了文献书目数据建设，光盘数据库资源建设，网络信息资源建设，参考数据库系统建设等项目，实现了虚拟图书馆、网上馆际互借与文献传递等先进功能。图书馆业务管理的内

23、容和方式正在和国际通行模式接轨。目前清华大学的电子资源建设达到的水平国内领先，其中，文献数据库已有187个，涵盖全校几乎所有学科；中外文全文电子期刊已超出1万6千种；外文电子期刊10,000种（纸本外文刊约1,550种）；中文电子期刊5,300种（纸本中文刊约2,900种）；学术性文献的数字资源总量已经超过3,000GB（3TB），其中一半安装在馆内服务器上；95%以上的资源采用镜像和DI专线的方式提供服务，校内读者免付资源使用费和国际网络通信费。根据ISI公司2000年9月的统计，清华师生对Web of Science（科学引文索引SCI的网络版）数据库系统的月均访问量为3万次，超过了美国哈

24、佛大学和MIT等4所一流大学的月均访问量2.6万次。3.2.8安全管理安全管理是数字校园建设中不可或缺的前提。在数字校园中，所有的数据、应用都在网上，保证它们的安全，是安全管理的职责。安全管理必须保证数据的秘密性，防止对数据的非授权访问；保证数据的完整性，使数据在存储或传输过程中不被破坏、不丢失、或不被未经授权的恶意或偶然的修改；保证数据和应用的可用性，能够按照用户的需求提供有效服务，并且系统在发生灾难时能够快速完全地恢复。清华大学数据中心已经建设了一个严密的分级安全保障体系，保证了信息系统和数据的安全。与此同时，我们还制定了与技术安全规范项结合的管理规章制度与规范，以保证技术安全的切实实施。

25、3.2.9 电子社区服务社区服务是中国大学的一项重要功能。学生学习、生活都在校园里，提供方便、快捷的社区服务，具有非常积极的意义。清华大学的“我们的家园”为学生社区的电子化服务提供了条件，包括地图导航、虚拟服务台、海报、意见处理、新闻中心及各式与学生学习、生活、娱乐、餐饮、购票、维修等等有关的服务项目。学生通过电子社区服务系统，可以和生活密切相关的各个部门打交道。宿舍的灯坏了，提交一个电子报修15分钟就可以到场修理；家里寄的钱到没到，可以上网查询，在电子化社区中，办事变得简单、如意。3.3 清华大学数字校园建设、运行机制3.3.1 信息与计算机基础设施建设委员会在“211”工程启动的同时，学校

26、建立了“清华大学信息与计算机基础建设委员会”，简称“泰山工程委员会”，取其英文Tsinghua Information & Computer Infrastructure单词的第一个字母TICI的谐音。“泰山工程委员会”的领导成员有负责学校信息基础设施建设的校领导，有主管学校体制、人事决策与改革的校领导，还有在信息学科方面资深的专家、院士；该委员会的成员有各部处（主管信息工作）的领导，有负责学校信息基础设施建设技术部门的负责人；它的职能是审议信息化建设的总体规划、确定投资力度、审查项目进展、验收成果等。委员会下设的“工作组”其职责是执行委员会的决定，组织力量将规划的内容逐项分步具体实现

27、。每个分项目在开发时，由主管部门的管理人员和“工作组”确认的技术人员共同组成“项目组”，在总体规划的指导下，进行系统需求分析、系统设计、详细设计，具体编程和实现。管理层负责提出需求，应用测试，具体使用；技术人员负责确定技术方案，完成开发，培训管理人员，然后移交，对管理人员的应用，要做到“扶一把，送一程”，系统运行后技术人员仍然承担技术支持与后台服务、系统维护等，并且继续培训和协助管理人员提高计算机应用水平。这一管理部门与技术部门、管理人员与技术人员的有机结合，是学校信息与网络应用系统开发、运行、维护具有生命力的有力保证。上述这一机制在信息与网络应用系统建设中，发挥了十分重要的作用。其结构如图2

28、所示。图2 信息与网络应用系统研发机制3.3.2 正在逐步形成的CIO体系数字校园即教育信息化建设，必须得到领导的重视和支持，它的建设需要领导发挥一把手作用，保证信息化建设过程中各方面关系的协调和最终决策、保证信息化建设中必要的投资力度。尤其网络应用系统的建设，它是一项庞大的系统工程，涉及到一个单位工作的方方面面，还受到现行管理体制的制约，所以只有单位的最高领导才有权力完成网络应用系统建设的指挥和协调工作。高层领导一旦决策，需要通过中层管理人员实施，其中，管理制度的规范化、制度化是实现现代化管理的基础，而信息标准化是管理制度规范化在技术上的具体体现，这一切都要求建立合理的体制与机制，这是学校信

29、息化建设顺利完成的重要保证。清华大学十分重视将现代化技术手段引入教学与各项管理工作中，在多年的信息化建设中摸索了一套适合本校目前情况的领导与运行机制。在继续完善“信息与计算机基础设施建设委员会”领导机制的基础上，去年又建立了“清华大学网络信息管理委员会”。该委员会由学校负责思想政治教育的有关部门领导为主组成，主要成员同时也是基础设施建设委员会的成员，该委员会适应当今网络时代带来的教育环境变化，领导学校有关部门和师生，组织了大量的、丰富的、学生喜爱的网上内容，吸引了学生在网上开展健康的、有意义的活动。积极向上的、活泼的网上内容 为学生建立了健康的网络生活、学习环境。上述的两个委员会分别由一位主管

30、校长和主管书记负责，他们组成了学校领导集团的CIO，从基础设施和网络应用内容两个不同方面把握学校的信息化建设进程与方向。两个委员会分别领导和协调着信息资源建设单位（图书馆、计算中心、网络中心、电教中心）和挂靠在校办的信息服务室，并通过这些下属机构面向全校各院、系、所提供信息化服务。校长办公室主任和党委办公室主任分别担任两个委员会的秘书长，协助主管校长和书记，贯彻领导意图和具体实现工作目标。相信时机成熟时，多个信息资源建设的技术部门将适当整合，执行CIO主管领导意图的信息化办公室将会诞生。目前这两个委员会对信息化的有力领导和有机结合，正在逐步摸索和形成网络时代学校信息化建设与领导、实施方式与运行机制。如图3所示。图3 信息化建设与运行机制4 数字校园建设的体会Internet的出现与发展，使得我们对最新技术的了解和接触与发达国家几乎同步，但是，由于我们的经济发展还是处于起步阶段，因此，人们的许多认识与观念，还处于初级阶段，我国教育战线信息化建设的认识过程，也不能超越时空发展，在信息化建设中，同样容易产生重硬轻软、重网络轻服务、重技术轻内容的倾向，在建设数字校园的实践中，我们深有体会。但是，如果有意识地注意这些问题，将会