幼儿园大数据系统解决方案架构

一、引言

“智慧校园”、“互联网+”、“大数据”、“信息化建设”和“云时代”等术语的兴起，反映了信息技术的快速发展给社会和生活带来的巨大变革。当前社会凭借先进技术与畅通的信息，已进入“大数据”快速发展的时代，这一趋势将永远持续下去。《中国教育现代化2035》明确指出：“建设智能化校园，统筹规划一体化的智能教学、管理和服务平台。[1]”

二、背景与需求分析

《中国共产党中央委员会关于深化学前教育改革规范发展的若干意见》指出：学前教育是终身学习的开端，是国民教育体系的重要组成部分，是重要的社会公益事业。办好学前教育、实现幼有所育，是党的十九大作出的重大决策部署。这不仅是党和政府为人民办实事的重大民生工程，更关系到亿万儿童的健康成长、社会和谐稳定以及党和国家的未来。[2]幼儿园管理的数字化是新时代学前教育快速发展和学前教育现代化的共同要求。

根据《2019年全国教育事业发展统计公报》，全国共有幼儿园28.12万所，比上年增加1.45万所，增长5.44%。学前教育在园儿童为1688.823万人；在园幼儿数达到4713.8万人，比上年增加57.46万人，增长1.23%。学前教育毛入园率达到83.4%，比上年提高1.7个百分点。（详见图1。）幼儿园教职工总数为491.57万人，比上年增加38.43万人，增长8.48%；专任教师为276.31万人，比上年增加18.17万人，增长7.04%。[4]

这些数据的增长充分表明，我国学前教育快速发展，幼儿园教育各项事务管理的难度也大幅增加。正如《中国共产党中央委员会关于深化学前教育改革规范发展的若干意见》指出的，由于基础薄弱、欠账较多，学前教育仍然是整个教育体系的短板，发展不平衡不充分的问题十分突出。“入园难”和“入园贵”仍是困扰群众的烦心事之一。其主要表现为：学前教育资源特别是普惠性资源不足，政策保障体系不完善，师资队伍滞后，监管体制机制不完善，保教质量有待提高。[3]

这表明，提升幼儿园管理的规范化、实用性和目的性是当前幼儿园管理中亟待解决的问题。结合国内外先进的管理经验，应用信息技术是解决上述问题的重要途径。基于现代信息技术的幼儿园大数据分析系统可使行政管理、教育教学、后勤保障、家园互动等各类幼儿园管理事务变得更加科学、灵活和高效，并能更好地保障幼儿园的安全和教育质量提升（详见图2）。

三、内涵与特征解读

幼儿园大数据系统基于互联网技术，以幼儿园园长、教师、家长和儿童为主要服务对象，构建集系统、软件、硬件和云服务于一体的幼儿园信息管理系统。

幼儿园大数据系统源自2010年首次提出的智慧校园概念。随着智慧校园建设研究的不断深入，许多学者总结了其特征，大致包括“网络无缝融合以突破时空限制”、“全方位感知以获取信息支持”、“发展学习环境以提供个性化服务”等。[6][7][8]与学校相比，幼儿园在园所规模、儿童学习方式以及事务复杂程度等方面具有自身独特性，这些特点可从当前社会所凸显的学前教育问题中得以体现。因此，幼儿园大数据系统架构应根据自身特点区别于智慧校园建设。首先，从系统架构目标来看，其主要目的是解决幼儿园监管问题，提升学前教育的社会信任。此外，幼儿园大数据系统还应具备“与政府主管部门智能联动以方便监管”、“对幼儿园各项事务进行智能化整合以实现高效管理”、“全面监测儿童健康信息以确保安全”；“与家长实时互动并共享儿童信息，实现家园共育”；“开发游戏、学习环境和资源，为教师和儿童提供个性化服务”等功能。

四、系统与解决方案架构

A. 总体架构

幼儿园大数据系统架构的整体思路是通过网络链和先进的信息技术，整合幼儿园环境设计及园所各项管理，最终实现数据化、高效、健康且安全的幼儿园大数据系统。

幼儿园大数据系统包括网络系统、环境系统和管理系统。其中，网络系统是基础设施的基础，是实现其他功能的保障。环境系统旨在创建便捷、安全和舒适的幼儿园工作与生活环境。管理系统是对幼儿园各类冗余事务的有机整合，利用大数据分析实现高效、智能化管理。在大数据系统中，幼儿园与上级教育部门通过数据传输与共享实现有效监管和实时沟通。幼儿园与报警系统无缝连接，全面保障安全。最终，幼儿园大数据系统为儿童、教师、园长、家长及政府主管部门等不同客户提供个性化服务。

B. 网络系统架构

C. 环境系统架构

在幼儿园大数据系统中，环境系统架构有三个原则：安全、舒适和便捷。

1) 安全系统

全方位视频监控系统 ：全方位视频监控系统的建设重点在于实现对儿童的安全监控。可通过视频监控系统摄像机内置算法与家长接送系统联动，实现儿童异常出入分析，从而预防诈骗和拐骗等异常出入行为。

入侵报警系统 ：入侵报警系统是幼儿园安全的外围防线。通过在幼儿园建设电子围栏，防止非法进入和入侵，并与主要报警机构智能联动，确保安全。

儿童健康监测系统 ：午睡、运动等环节是儿童在幼儿园中事故发生频率较高的环节。因此，儿童健康监测系统首先包括儿童睡眠监测和运动监测。健康监测可监控儿童的心跳、呼吸等生命体征，当儿童出现不适症状时，系统将向教师发送预警信息，并可一键呼叫保健医生。

2) 舒适系统

智能照明系统 ：智能照明系统可通过亮度感应自动提供照明服务，也可基于场景记忆提供智能化服务，例如自动关闭午睡灯光。同时，该系统可在移动终端实现一键控制、定时等功能。

智能空调系统 ：与智能照明系统类似，智能空调系统可通过移动终端实现一键控制和场景联动等功能。

智能空气净化系统 ：空气中有害气体的浓度达到一定限值时会危害人体健康，例如二氧化碳、甲醛、PM2.5等。在智能空气净化系统中，预先设置这些有害气体浓度的临界值，并监测室内外空气质量。幼儿园室内空气被实时监控。一旦室内空气中某项数值超过临界值，系统将自动智能选择处理程序。例如，当检测到室内二氧化碳超标时，首先判断室外空气质量，若质量良好，则自动开窗通风；若室外空气质量不达标，则启动空气净化器进行净化。

3) 便捷系统

全网络覆盖系统 ：幼儿园各个角落的WIFI全覆盖。全网络覆盖系统是实现其他便捷服务系统的基础。

智能服务系统 ：包括智能背景音乐、智能窗帘等。智能背景音乐可通过移动终端一键控制，并根据场景记忆自动播放。智能窗帘可根据室外光线和室内需求进行智能化调节。这些智能服务使教师和儿童在幼儿园的生活更加便捷。

D. 管理系统架构

幼儿园的大数据管理系统主要从行政管理、教育教学、后勤保障和家园互动四个方面入手，整合幼儿园复杂的管理事务，使其清晰高效。

如图所示，行政管理系统包括儿童信息、教师档案和园内宣传三个子系统。教育教学管理系统包括课程管理和数据管理两个子系统；后勤保障系统包括卫生保障、安全、物业管理和考勤管理。家园互动系统包括三个子系统：成长档案共建、活动通知和教师与家长互动。每个子系统还包含若干子项目。例如，行政管理中的儿童信息子系统包括新生学生信息注册系统、儿童注册管理系统等。教育教学子系统数据管理包括玩具管理系统、图书馆管理系统、教具管理系统等。后勤保障子系统卫生保健包括保健系统、营养膳食系统等。家园互动子系统的通知包括园所通知系统和班级通知系统。