教育数字化转型是振兴西部高等教育、推动西部地方高校高质量发展的重要抓手。借助国家“教育数字化战略行动”与“卓越工程师教育培养计划”等一系列重大计划与工程的支持,西华大学坚持立德树人、以智启人,积极探索适合自身发展的技术路线,赋能教育教学数字化转型。近年来,学校创设融合式教学场景,不断提升课程的“高阶性、创新性、挑战度”,在持续优化数字基础设施的过程中,对以太彩光网络进行了建设与探索。
现状分析
在这个信息高度互联、快速传播的数字时代,学校需要构建自己的核心影响力,应从流程、制度、组织和技术四个方面入手,坚持“业务驱动”的原则,当业务都通过建模实现数据化的时候,学校就拥有了快速变革的能力。融合高速的校园基础网络正是数字化转型的关键基座,它为校园内的各种信息化应用提供了稳定的传输环境,促进了信息资源的共享,推动了校园内各个业务的整合和优化,实现提质增效。
西华大学当前有郫都、宜宾、彭州、人南以及泰国曼谷易三仓5个校区,在校学生近4.1万人。郫都校区校园网自上世纪90年代末开始规模建设,已运行20多年。
伴随着云计算、大数据与人工智能的发展,课堂教学与学生学习的模式发生了巨大变化。各部门层出不穷的新业务对网络提出了新的挑战,网络基础设施已经成为教学数字化转型的最大障碍,经过深入调研分析,学校发现了影响教学、科研、管理等业务数字化转型发展的三大关键基础能力:
数据高速传输能力
新时代教学模式演进,学校建设了许多精品教室、智慧教室。智慧教室需要实现在线课堂、师生线上互动、课程录播等功能,对数据传输速率有着较高的要求。在实践新型教学法,开启各项智慧教室功能时,教室无线网络带宽峰值需求能达到2Gbps及以上,未来随着AI辅助教学,常态化录播、线上线下混合教学、AR/VR实训等多业务场景逐步落地,教室内各类智能化设备数量将不断增多,对高速数据传输能力的需求不断增长,这将成为学校数字化转型之路上需要提升的核心能力。
终端灵活接入能力
随着学校加快数字化转型,海量智慧终端涌入高校,无线接入环境成为关键基础设施,如何搭建一个安全、快速、可溯源的物联网环境,为教学、科研的新增业务提供友好的、人性化的交互界面,是未来高校人文校园建设的重要组成。
简易运维能力
人工智能技术的发展,为高等学校精简机构、提升效率、降低运维成本提供了更多可行的空间,然而,基础性的维护工作量却难以通过AI技术有效实现降本增效。四川盆地空气潮湿,学校的教学办公楼宇内的综合布线多为铜制网线,设备经常因为受潮腐蚀等因素,导致线路协商速率极低,无法满足日常业务的需要。同时,由于此类故障的隐蔽性较强,常常需要挤占运维人员大量工时进行排查,不仅影响了师生的用网体验,也难以实现学校简化运维工作量的战略需要。
体系构架
如何破解教学、科研、服务、管理等各业务遇到的瓶颈,西华大学信息与网络管理中心从顶层设计出发,希望打造一张“融合”“高速”“灵活”“易维护”的新型校园网络,推进各业务数据融合,建立大数据分析共享平台,发掘数据价值,充分发挥信息化对学校管理服务和决策的支撑作用。
“数字西华”战略依据教育部《高等学校数字校园建设规范(试行)》进行设计。在基础设施层构建了“数字西华全光网络数字底座”和“数字西华数据中心”,为教学、办公、科研、通用计算与高性能计算提供高质量的基础设施网络环境(如图1);在支撑平台层构建了“数字西华数据中台”,实现了数据互通与数据治理;在平台应用层构建了“AI西华”“一表通”“教职工画像”“校园知识门户”等应用平台,通过“让数据多跑路”实现“让师生少跑腿”;在应用终端上构建了“网页端+移动端”多端融通的信息门户,为师生提供便捷的业务服务窗口。
图1 西华大学利用网络组织跨校区教学能力提升培训
探索路径
依托新技术融合组网,让数据跑上“高速路”
为了实现“数字西华”的整体战略目标,学校以基础网络设施建设为牵引,通过创新使用以太彩光网络方案,打造了一张多网融合的全光网络底座,有效促进“跨部门、跨专业、跨人员、跨终端、跨空间”的数据互联互通共享,打破信息孤岛,加快了学校的数字化转型步伐。
信息与网络管理中心经过深入的技术路线研究与实地考察调研,对比了传统铜制双绞线组网方案、千兆GPON全光网组网方案、万兆XGSPON组网方案、以太网EPON融合组网方案、以太全光彩光网络组网方案之后,结合自身的历史特点,以及当前的主要任务,选择了基于以太网的彩光网络解决方案。
彩光技术是一个发展多年的成熟技术,是通过波分复用(WDM)传输方式,配合无源波分器件实现的一种全光网络通信技术。然而,由于搭载此项技术的产品传输速率较高,因此价格也较贵,在校园园区网中鲜有使用。
近年来,受到云计算与AIGC等先进技术的科研需求带动,高校对数据中心的使用频率大幅提升,办公网络万兆接入已成为现实,因此国内厂商开始创新将彩光技术引入园区网,并大力投入研发资源降低该技术成本。
学校经过论证发现,围绕彩光网络搭建数字底座建设,可以为全校师生构建一个人人皆学、时时可学、处处能学的友好网络环境,同时还能将校内多个业务系统的围墙打通,让数据更加自由流动。此种组网不仅高速集约,提升运维、管理、服务效能,也能满足国家各项标准规范要求,同时具备较高先进性。
因此,学校采用了以彩光网络技术为核心的以太全光网络方案,对全校29栋楼,共计2000多个房间进行升级改造。(如图2)
图2 西华大学彩光网络各场景部署图
应用效果
构建“人人皆学、处处能学、时时可学”的数字基座
西华大学另辟蹊径,通过彩光技术实现100G骨干组网、80G彩光传输到楼,10G光设备入室部署,实现高质量校园接入网络,有力支撑了全校全场景的泛在学习。
广大师生依托无处不在的高速无线网络,可随时随地访问教学资源、分享资源、生产资源,配合学校在各教学楼打造风格不同的学习空间与学习园地,为学生们自习、小组研讨等活动提供了便利,方便学生在课余时间坐下来记忆单词、练习听力、学习网课、梳理笔记、交流思想,提升学习效率与学习质量,促进教学成果孵化。(如图3)
图3 西华大学学习园地
数字技术与新型教学法融合,推动数字育人新发展
教室作为学校培养人才的主战场,为新型教学法应用提供了载体,西华大学除支撑常规的PBL/TBL教学法应用之外,学校还将ISW教学技能工作坊融入其中,ISW以BOPPPS有效教学模式为核心理念,采用参与式、小组体验式的学习方法,教室信息化水平不断升级。
传统以太网络方案在应对教学设备调整与教学方法变更方面存在较多桎梏,传统全光网络方案解决了高带宽和快速部署难题,而彩光网络在前者基础上,通过无源部署和波分技术,实现了多网融合与简化运维的创新成效。
如今,智慧教室中的教师大屏、学生小组屏、无线AP、物联网、网络中控、摄像头等众多分属于不同子网的设备,均可通过彩光网络进行统一承载(业务之间流量互不干扰,波分隔离),极大提升了业务调度速度,节约了投资成本,降低了运维工作量。也帮助新型教学法更便捷落地,帮助师生更快吸收课堂知识,也为后续通过智慧教学平台观看学习课程的师生提供更清晰稳定的数字教育资源。(如图4)
图4 西华大学实践ISW新型教学法
多业务融合承载,让数据跑上“高速路”
学校在推动教学与管理业务模式变革的过程中,以学校基础网络设施建设为牵引,支撑数字化转型、教学科研发展、优化运营增效为目标,通过建设一张融合创新的彩光网络核心底座,有效促进“跨部门、跨专业、跨人员、跨终端、跨空间”的数据互联互通共享,打破信息孤岛,促进智慧校园数字化转型,运用融合数字技术构建教育与管理新模式,致力于取得新成效。
“AI西华”是融合了教师服务、科研服务、校内生活、教务服务、个人业务、IT服务、公共服务于一体的校内业务网上办理一站式服务平台,涵盖校内各单位的相关办理流程,为师生提供便捷。得益于新彩光网络的搭建,学校的网络覆盖、传输速率与融合承载能力大幅提升,使得“AI西华”的应用更加流程,场景使用率大幅提升。目前,“AI西华”配置完成的业务流程有60多个,涉及10多个部门,平台实现了数据中枢整合共享、统一身份认证等核心业务,将与教育教学、科学研究、人才培养等工作深度融合,解决校内各部门相关业务流程的网上流转,提高办事效率。
通过此次彩光网络的建设与探索,西华大学的教学科研数据全面跑上“融合高速路”,真正实现了“让数据多跑路,师生少跑腿”,促进了“服务提质增效”,为智慧教学、智慧科研、智慧管理、智慧运营、智慧服务等奠定了坚实的基础。
