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[摘 要]未来“智慧校园”的技术标准特征应包括以下几个方面：“虚拟校园”生态环境的创建标准特征——利用先进的虚拟现实技术将校园空间实体等比例全场景转化；校园实体建筑“智慧化”——建立以智慧型超级计算机为数据处理中心，以广泛分布的超敏感应器为信息触角的一体智能机器，实现从实体校园到“虚拟校园”的实时、全息投映；“镜像”智能系统连接标准特征——以“互为镜像”为建设标准，将实境与虚境整合成实时动态“共同体”，为社会提供高度智慧化的教育管理和服务。
[关键词]智慧校园 虚拟现实技术 标准特征
[中图分类号] G48 [文献标识码]A [文章编号]1005-5843（2016）08-0077-06
[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2016.08.016
“智慧校园”是20世纪末教育理念的一次重大创新。从1998年1月时任美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心首倡“数字地球”的概念，到2008年11月美国IBM时任总裁兼首席执行官彭明盛提出建设智慧地球的战略愿景，“智慧校园”的理念被迅速提出并成为教育新理想的象征[1]。2010年，浙江大学在其信息化“十二五”规划中正式引入了“智慧校园”概念，随即在国内教育界，尤其是在高教领域内成为关注的热点，并迅速带动了“智慧化”建设的热潮[2]。
关于“智慧校园”的概念，基于专业背景、研究领域及价值取向的不同，国内外众多学者的表述各异，如北师大黄怀荣等人从“个性化服务”和“开放教育教学环境”等角度进行定义[3]；翟文彬等人则从“云计算、虚拟化和物联网等新技术”的角度强调智慧校园中“资源利用效率的最大化”[4]；百度词条将其定义为“通过利用云计算、虚拟化和物联网等新技术……，从而实现智慧化服务和管理的校园模式”。梳理以上概念不难发现，多数研究者均重视虚拟现实技术在未来“智慧校园”建设中的重大作用。虚拟现实技术又称“临境技术”，是一种利用计算机系统来创建和体验虚拟世界的技术[5]，个体可以通过这一技术实现特定目的虚拟体验[6]。将虚拟现实技术运用到智慧校园建设中无疑是极富远见和想象力的。然而迄今为止，国内外尚无学者就智慧校园建设的标准特征提出一个宏观模型，为“智慧校园”研究和建设指引方向。比如，“智慧校园”的智慧标准是什么？它应该具备哪些基本功能？它和传统校园有何区别？等等。由于对有关技术标准缺乏系统的研究，当前的“智慧校园”研究、建设均处于混乱和无序状态。所谓标准，是指由一个公认的机构制定和批准的文件，它对活动或活动结果规定了规则、导则或特性值，供共同执行和反复使用，以实现在预定结果领域内最佳秩序的效益。显然，早日研究并建立标准是“智慧校园”建设科学发展的重要保障。当前，社会各界达成技术标准共识的困难很大，但就其研究展开合作尤其是就标准特征达成初步共识，则具有重大的现实意义。笔者基于虚拟现实技术的发展趋势，认为未来的“智慧校园”应呈现以下标准特征。
一、“虚拟校园”生态环境的创建标准特征
“虚拟校园”将是未来的“智慧校园”的标志性形态。利用各种计算机技术创建一个基于互联网的、与现实校园并行的“虚拟化电子校园”，并依托各种技术工具和手段来推动高校的全方位改革，已成为世界各国高等教育改革的重要趋势之一。然而，不论实境还是虚境，体验者的良好体验离不开结构与功能良好的校园生态环境。“虚拟校园”虽然从物质形态角度来看是虚拟存在的，但对于体验者来说却必须是能够真实感应的，这一生态环境首先必须尽可能满足体验者的各种生理和心理需求，因此，“虚拟校园”生态环境的创建标准至关重要，它应符合等比例、全场景、实时化的生态特征。
（一）结构特征——等比例
等比例结构是指校园空间及校园内动静物尺寸比例的真实转化。真实的个体体验要求使用者沉浸在虚拟环境时具有和实体环境无差别的感应和交互，这不仅关乎个体感受，同时也涉及到使用者的体验习惯乃至体验安全。以某类型设备的操控技能训练为例，虚拟模拟训练系统应该能提供完全、贴近真实的设备状态和设备运行环境，使使用者匹配产生相应的生理和心理应激——神经反射、激素水平及责任与风险意识等。如果使用者在虚拟环境下不能产生与实境同等的专注反应，无法获得同等效能的学习效果，虚拟训练将失去意义。更重要的是，体验者如果因虚境真实感的欠缺而产生体验分裂，还可能会影响到个体身心健康。比如体验者在虚拟状态下做有严格安全规范要求的实验时，如果因操作不当导致实验失败或意外发生却不能同步产生对应的后果体验——厌恶性或惩罚性生理及心理应激，就有可能造成使用者实体操作时的迁移性心理或经验错觉，从而导致意外风险的提高。因此，真实的个体体验要求实体与虚境空间比例的高度匹配。
等比例转化还是组织功能响应的需要。数字校园是大学作为知识型组织的重要载体[7]，校园中的相当一部分组织、管理、安保及服务等功能必然要转移到虚拟环境中，而要管理好这样一个复杂的生态系统，也需要充分考虑等比转化的细节处理。因为对一个复杂系统来说，相比于宏观框架设计对系统稳定性的影响，因技术细节处理不良所导致的隐患概率可能更高。假设通过虚拟校园监控技术侦测到某处发生突发事件，危机应急响应需要详尽了解事发空间的环境资料以制订最佳的应对方案，不精确的空间参数轻则会增加问题解决的成本，甚至引起事态升级。反之，空间参数越精确，组织功能响应越有效。
（二）组成特征——全场景
全场景的组成特征指校园实体的所有组成场景——实体世界的基本物理结构和现象均应高仿真转化。大到昼夜更替、温度变化，小到建筑色彩、材质软硬，甚至环境噪音等均应纳入虚拟环境建设的考量范畴。场景引入度越高，使用者的体验拟真度必然越高。全场景数据开发及建构应基于基本功能需求分级设计，总体上的场景层级可分为以下三级。
1.背景级。这一级场景承担着为虚拟世界提供基本虚拟场景框架和环境背景的基本使命。虚拟现实场景是体验者获得体验的主要信息来源，它不仅要保证体验者能真实、自如、流畅地感知，而且应能从生理、心理两方面潜移默化地消解由实境进入虚境的分裂感。因此，背景级场景设计需要在宏观层面满足体验者的基本体验需求。仅从视觉角度而言，完整的场景设计必须包括场景效果、场景平面、气氛渲染、光线明暗及色彩色调等要素。由于背景场景是为所有体验者打造的公共体验平台，通常不需要支持个性化需求。当然，淡化个性化的前提是与功能相统一的风格差别——校园作为特定的文化和教育场所，理应与其他社会生态区有显著的区分，自然、简洁、宁静、祥和，兼具科学和人文气质是所有高校校园生态应当共有的特征。 2.体验级。体验级场景有高于背景级体验的感应标准，背景级只需要从视觉和听觉两个角度即可为体验者提供贴近实境的临境感，而体验级别则需要在此基础上添加更多的生理感应通道和增强更细微的场景细节。如除视觉与听觉外，触觉和嗅觉在现实世界中对个体的行为同样产生重要的影响，那么在虚境中就必须考虑这两类生理体验的解决方案。不仅如此，体验级的场景设计还意味着对背景场景必不可少的精细化改造，如某具体场景除需要表现形态和色泽等宏观特征外，对其微观的材质、纹理、温度、硬度等特征亦需精细考虑。场景标准提升至体验级意味着某些功能开发要考虑满足体验者的个性化需求。以模拟运动训练为例，假设体验者在虚拟空间中进入运动模式，幼年、中青年及老年体验者显然应该适用不同的分级模式。此类个性化分级既是拟真体验的需要，也是系统维护体验者人身安全的必要设置。
3.实验级。构建“虚拟校园”的最大价值在于实现其“虚拟化”的教育教学功能——为学习者提供“虚拟化”的学习空间及有别于实体环境教学的全新学习模式。无论是从降低教育成本角度，还是从教育模式创新的角度来说，“虚拟教室”或“虚拟实验室”所具有的发展潜力和比较优势都是实体教学环境所不可比拟的，因为在“虚拟教室”里，数据可以无限地损毁和重建，而成本却可以小到忽略不计 [8]。通过远程网络终端，一个九岁的孩子可以在广东韶关某学校的智能教室中进入清华大学的量子材料“虚拟实验室”，观察夸克组合成复合粒子的过程[9]。这些功能的实现必须建立在实验级的虚拟场景基础之上。以一具虚拟生物活体为例，非实验级的生物活体通常仅需要呈现出其视觉形象和运动影像，并不需要对其生理结构和生命体征作更深入的建构，但实验级的目标体则可能需要从系统、器官、组织乃至细胞等各个解剖层面进行精细搭建。因此，只要虚拟技术成熟，理论上所有自然科学学科的研究对象均可实现虚拟化建构，并依据功能需要进行各种量级的结构开发——大到生物解剖，小到量子观测，从超宏观到超微观满足所有学习及研究的可能性。
二、校园实体建筑“智慧化”的建设标准特征
“虚拟校园”不单是校园实体静态的全息镜像，还应是校园实体动态的实时反映镜像。因而以实体校园为标准进行拟真虚拟建模，并通过铺设在实体校园中的“智慧化”信息采集和监测设备，将实体校园与“虚拟校园”整合为实时动态“共同体”至关重要。校园实体建筑“智慧化”建设应具备以下标准特征。
（一）感响应标准特征——全覆型智能信息感响应系统
智能信息感应系统应该是集视、听、嗅、温湿度测量、压力与重力感应、空间定位、目标跟踪、生命体身份识别乃至生命体征测量等功能于一体的超复杂、超灵敏度的智慧型数据收集及处理系统。显然，这样一个系统应该是以一个智慧型超级计算机为数据处理中心，以广泛分布的超敏感应器为信息触角的一体化的巨型人工智能机器系统，其信息感应分布之广、响应灵敏度之高、瞬时数据负荷之大、超算处理能力之强和当前广泛采用的电子眼、红外感应、压力感应和超算等技术有跨时代的区别。
1.全场景感应系统。虚拟校园首先应该是全场景感应的，即实体校园的任一空间单位在任一时间点上发生的生命活动和有“响应意义”的物理、化学变化均应被即时感应、采集、贮存到虚拟校园环境之中。所谓有“响应意义”的物理、化学变化，指的是对个体的拟真体验“有意义”及对校园提供安全维护及运行服务“有意义”的环境事件，如温度的变化、地表的湿滑状态、设备设施的运行状态等。环境事件的实质是空间能量分布的连续性变化。显然，准确把握并设定好各类环境事件的能量变化“阈值”，使之“有意义”，不仅有利于捕捉到关键的环境变化信息，而且有助于避免大量的无效作业。以“体感温度”为例，假设感应系统的温度感应灵敏度是0.1度，但人体对小于0.5度以下的温度变化并无明显的感知，则温度响应系统就应该将0.5度的温度变化设定为响应“阈值”，因为只有0.5度以上的温度变动对人体感应是有“响应意义”的。考虑到全场景感应系统承载功能的复杂性与多样性，它可能需要在实体环境建设之初，部分材料或设施即作为设计内容的一部分“一体化”地融合到实体环境的建设之中。这样的建设方式意味着此类感应设备必须突破一些技术瓶颈：低成本——大规模建设、大规模应用的成本预算；长寿命——一旦植入必须确保长时间的无障碍运行，以降低运行的成本及风险；智慧性——多功能复合感应及尽可能“Smart”的数据采集、贮存及传导方式；能量维持——创新、持久且极低能耗的能量取得、保有及耗散方式；全场景——全方位、无死角、无错漏的全维信息监控等。此外，系统还应满足简单便捷的维护需求、确保无环境危害的运行模式等一系列严苛要求。
2.全场景响应系统。虚拟校园还必须全场景响应，即响应系统必须对所有有“响应意义”的感应作出“有意义”的反应，同时感应系统实时监控响应系统的反馈，再经数据处理中心进行进程诊断，对响应系统的响应强度进行调控，如此往复循环，直至“响应意义”实现逆转。从感应到响应，全场景感应系统、数据处理中心、全场景响应系统三位一体，构成一个完整的感应——响应弧。
从响应类型来看，响应大致可分为预警响应与干预响应两大层级。预警响应是指根据当前的事态发展趋势做出的某种大概率事件预判及针对性的系列事前处置措施，如为防止校园踩踏事件的发生，感应系统一旦侦测到某区域人群密度达到某一准危险级别时，预警程序立即启动——加强目标区域的感应与监控，上调目标区域安保措施的戒备级别，对目标区域出入路径交通或人流进行针对性管制等。如果以上预警响应未能有效阻止局势的持续恶化，则考虑升级至干预响应。干预响应是系统对已定义为事件的当前事态进行直接处置。同样以区域人群密度过大事件为例，干预响应包括通过校园广播系统指挥疏导人流、安保单位在人群中布置隔离点或隔离墙等各种措施。如果某类事态存在着超出学校响应能力之外的可能，学校的响应系统还应该与社会的专业处置机构或系统保持紧密关联，确保必要时可以随时得到专业机构的有力支援。因此，通过智能感知环境和综合信息服务平台为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的链接[10]，也是全场景响应系统建设不可或缺的环节。 （二）识别认证标准特征——智能型自动感应认证系统
智慧校园建设的核心是匹配于人的需求。如果智慧校园的建设标准不能与人的智慧性达成相应的匹配，“智慧校园”将失去其存在的意义。“智慧校园”智慧性的集中体现就是其智能型自动感应认证系统，这一系统要解决的是校园内活动个体身份的唯一性识别问题，而且识别必须是即时的、高防伪的。
1.自动化。即时的唯一性识别要求系统必须具备自动化特征，个体只要出现在非私密空间，无处不在的认证系统将自动对个体进行甄别并即时得出认证结论。系统应该兼具大规模人群同步识别和特定目标锁定追踪两大基本功能。大规模人群同步识别指系统能够在同一时间对目标区域内全部活动个体进行统计并完成身份认证。这一功能的好处显而易见：首先是对于校方组织教育管理和提供教育服务极为有利。在未来教室里，智能系统能自动调整光线明暗和温度湿度，自主完成考勤、记录每位同学的学习过程并生成学习档案，教师可随时了解任何一位学生的学习水平或进程，……。在如此智慧的教学模式下，教与学都将变得高效且个性化。其次是对于挖掘教育数据中潜在的教育价值意义重大。美国教育部2012年先后发出《通过教育数据挖掘和学习分析改进教与学：问题简介》和《通过教育数据挖掘和学习分析促进教与学》两份报告，显示了对大数据科技在教育中的作用的高度重视。然而当前的大数据技术水平短板明显——在大数据教育应用的挑战中，“数据采集和问题解决分析是核心环节，如果有100人投入到教育大数据的应用工作中，那么需要其中的99人投入到数据采集技术和问题解决分析技术的研究工作之中” [11]，而大规模人群同步识别技术将直接代替“100个人中99人的工作”。特定目标锁定追踪是系统对高价值或高风险个体不间断的高强度关注，追踪的目的既可用于为特定目标提供服务，也可用于安全管控。以后者为例，假设系统通过行为模式统计筛查出某生近期“情绪”有不稳定的迹象，数据处理中心将其纳为特定目标对象进行特别关注与监测，对相关数据进行综合评估，以判断该目标的风险等级并决定后续监控及介入预案等。类似这样精细化的追踪监控能力足以将大多数的校园安全风险降到最低。
2.集成化。集成化指对人体轮廓形态、五官比例、指纹、虹膜纹、气味、声纹等多生物性状进行复合化考察，是智能自动感应认证系统实现高防伪目标的关键手段。人的生物性状从稳定性角度来看，大致可分为相对稳定性特征和相对不稳定性特征。五官比例、举止形态、脸纹、声纹等特征相对稳定，而人体轮廓形态、身高、体重等方面则相对不稳定。相对稳定性特征虽然往往具有个体的唯一性标志，但可通过复制或伪装技术为他人所利用。而一旦集成认证多种稳定和不稳定生物特征将极大提高其伪装或遮蔽成本，从而显著增强身份识别的安全性。
三、“镜像”智能系统链接标准特征
“智慧校园”需要通过“镜像”智能系统完成将实体与“虚境”整合成一个虚实“共同体”的重要使命。以“互为镜像”为建设标准特征，以“共同体”为建设目标，显示了“智慧虚境”与普通意义上的“虚境”概念的重大区别。普通的“虚境”通常只是与现实割裂的虚拟孤岛，如虚拟游戏世界只是幻想与游戏脚本的产物，与现实世界无关；美国加州林登实验室开发的Second Life （第二人生 ）虽然模拟自真实世界，但同样与现实世界无任何镜像关系。而“智慧校园”中的“虚拟校园”则必须与实体校园紧密关联。一方面，“虚拟校园”是实体校园的“镜像”，真实反映现实世界的变化。另一方面，实体校园也需对“虚拟校园”做出适切的反应。比如体验者可以在虚境下通过“镜像”链接系统调控实境中施加的光线明暗、温度湿度等，当然如果试图通过虚境的某些行为实现对实境颠覆式的控制则无法予以支持，比如在虚境中施加的破坏性行为不可能真正反馈到实境中，技术毕竟不是魔术，通过虚境调控实境只能是“非对称性”的。
（一）数据处理标准特征——超大数据处理能力
实现智慧校园虚实境的“共同体”建设目标，意味着超海量数据的采集、传输、处理及存储，显然，这对智慧校园数据处理中心的数据处理能力提出了极高的要求。未来智慧校园的数据流将呈现以下几个特征：首先是超大数据量。仅以感应系统为例，智慧化的感应系统需要集成极其复杂的数据类型，不仅包括视、音频，还要包括温度、湿度、重力、压力等各种环境数据，至于生命体征数据指标则可能更加复杂。以当前技术为例，仅用电子显微镜重建大脑中的突触网络，1立方毫米大脑的图像数据就超过1PB[12]。如果再充分考虑到响应系统、“镜像”链接系统的数据生成，仅仅某个标准教室的每分钟数据生成量都可能极其惊人。其次是复杂的多结构性数据类型。复杂环境数据采集意味着各类型数据格式可能不是严格统一的。系统即时采集并需要处理的数据可能既有大量的结构性数据，也有大量的半结构性和非结构性数据，除非未来科技能够实现大一统的数据格式创新，否则系统将不得不优先考虑多结构性的解决方案。再次是数据的碎片化。感应系统由于集成了各种类型的数据采集元件，其产生数据的碎片化程度可想而知。数据越是碎片化价值越低，相应其处理的难度也必然越高——因为碎片数据仅在“去冗降噪”的过程中整合成结构性数据时才具有价值的可挖掘性。以上三点均对数据处理中心的处理能力提出了巨大的挑战。此外，即便中心克服了以上数据处理难题，还有一个更加棘手的问题有待解决——智慧化应用。智慧化应用不是简单的价值判断和价值选择，它需要在综合一系列价值数据的基础上即时制订出既合乎逻辑又合乎情理的初始预案，然后再根据后续反馈信息决策响应方案——要么独立集成有关系统处置事件，要么向学校管理机构或人员提请支援。比如，校园智慧化的一个基础功能就是为师生提供更好的教学服务，“提供主动信息服务，记录智慧环境中发生的一切，并利用大数据技术对数据进行处理，获得对教学的洞察和预测”[13]。如果脱离了超大数据处理能力，所谓的“洞察和预测”就不可能发生。
（二）虚境体验标准特征——高仿真体验系统 产生拟真的临境感是所有高仿真体验系统的共同使命。“临境感”虽然在客观上是使用者的主观感受，但从本质上来说，这与使用者在现实世界中感知觉的产生原理并无二致，唯一的区别在于高仿真体验系统能在多大程度上“欺骗”使用者的神经系统。技术手段对现实世界的再现能力越高，则其对人的想象世界的表现就越真实 [14]。如果有关技术精致到足以让使用者忽略虚实境的感知差异，在体验层面来说两者就已很好地实现了“共同体”的建设目标。但“虚拟校园”的功能远不止于满足个人的虚拟体验那么简单，更重要的是它应成为一个功能强大的“教育伙伴”，随时为使用者提供近乎万能且规划良好的教学或训练方案、工具乃至环境。高仿真体验系统就是这个“教育伙伴”的中介，它的运作状态对“教育伙伴”的工作成效起着决定性作用。
（三）虚境时钟运行标准特征——实时化
实时化是指“智慧校园”中的实境和虚境的时间完全同步。实时化是虚实两境整合成“共同体”的必要条件。之所以要强调实体校园与“虚拟校园”的实时化，首先是基于便利管理及服务的需要。虚拟世界最终是要服务于现实世界的。在实体空间中，由于存在实在的空间障碍，一旦发生紧急事件，从收集事件信息到临场处置均需要耗费宝贵的时间，而“虚拟校园”由于空间障碍不复存在，且可任意还原任一时点的完全数据，因此无论对于事前预警、事中处置，还是事后倒查，均可大大提升效率，其好处不言而喻。其次，是个体健康成长的需要。良好的教育效果离不开良好的教育环境和情境，实时化是正常教育环境和情境的起码保证。按照准确的时间安排作息是必要的，如果某个使用者在虚实境切换时由于非实时化而产生时空认知错乱，显然不利于其身心健康。何况，不论在任何时代，守时总是社会推崇的良好公民品质标准之一，在校园智慧化时代亦不应例外。
“智慧校园”可能是人类迄今为止最富野心也最具挑战性的伟大理想。它的伟大之处在于它的成功可能对于解困当前数字化校园建设、消除课堂教学困境、优化教学和管理过程、促进学生创新能力培养等具有重要意义[15]。其挑战在于现实与理想还相距那么遥远，因为“基于云计算和物联网的智慧校园的研究目前尚处于规划阶段”[16]。事实上，基于当前人类的文明发展水平，理想的“智慧校园”技术标准的实现面临的障碍之大，可能远超当今世界任何一位智者的想象，目前它至少面临三大障碍——技术障碍、成本障碍及伦理法律障碍。且不论解决技术和成本两大障碍的难度之大，仅仅是伦理法律障碍方面的任何不妥处置，都有可能使得“智慧校园”前景难测。人类如何看待隐私、监控科技该如何管制、个人权益与群体权益的边界在哪里、人类与人工智能的关系应该如何界定等问题成为“智慧校园”建设的重重障碍，如果人类不能凝聚足够的智慧对所有这些障碍或问题加以破解，“智慧校园”将只能停留于人类的智慧蓝图阶段而止步不前。
参考文献：
[1][3][15]黄荣怀等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012（7）：12-17.
[2][8][9]吕伟等.“智慧校园”浪潮下的高教变革展望[J].高教探索，2014（4）：27—30.
[4]翟文彬，谭晶晶.高校智慧校园建设面临的问题与解决思路[J].华章，2013（20）：185.
[5]张辉.虚拟现实技术在远程教育中的应用探索与研究[J].山东社会科学，2012（12）：361-362.
[6][7]陶侃.虚拟体验中“隐喻式学习”的解构与镜像隐喻[J].现代教育技术，2010（03）：13-17.
[10]王胜清.面向智慧校园的虚拟教室设计与大学教法创新[J].中国教育信息化，2013（15）：54-56.
[11]徐鹏.大数据视角分析学习变革——美国《通过教育数据挖掘和学习分析促进教与学》报告解读及启示[J].远程教育杂志，2013（6）：11-17.
[12]李国杰.大数据研究：未来科技及经济社会发展的重大战略领域——大数据的研究现状与科学思考[J].战略与决策研究，2012（6）：647-657.
[13]于长虹等.智慧校园的智慧性设计研究[J].中国电化教育，2014（9）：7-12.
[14]李然.视觉观念的演进：从镜像到拟像[J].南通大学学报（社会科学版），2010（7）：131-135.
[16]穆学刚，江华伟.智慧校园信息系统的建设与规划[J].信息化建设，2013（8）：123-1 25.
（责任编辑：刘新才）
[关键词]智慧校园 虚拟现实技术 标准特征
[中图分类号] G48 [文献标识码]A [文章编号]1005-5843（2016）08-0077-06
[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2016.08.016
“智慧校园”是20世纪末教育理念的一次重大创新。从1998年1月时任美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心首倡“数字地球”的概念，到2008年11月美国IBM时任总裁兼首席执行官彭明盛提出建设智慧地球的战略愿景，“智慧校园”的理念被迅速提出并成为教育新理想的象征[1]。2010年，浙江大学在其信息化“十二五”规划中正式引入了“智慧校园”概念，随即在国内教育界，尤其是在高教领域内成为关注的热点，并迅速带动了“智慧化”建设的热潮[2]。
关于“智慧校园”的概念，基于专业背景、研究领域及价值取向的不同，国内外众多学者的表述各异，如北师大黄怀荣等人从“个性化服务”和“开放教育教学环境”等角度进行定义[3]；翟文彬等人则从“云计算、虚拟化和物联网等新技术”的角度强调智慧校园中“资源利用效率的最大化”[4]；百度词条将其定义为“通过利用云计算、虚拟化和物联网等新技术……，从而实现智慧化服务和管理的校园模式”。梳理以上概念不难发现，多数研究者均重视虚拟现实技术在未来“智慧校园”建设中的重大作用。虚拟现实技术又称“临境技术”，是一种利用计算机系统来创建和体验虚拟世界的技术[5]，个体可以通过这一技术实现特定目的虚拟体验[6]。将虚拟现实技术运用到智慧校园建设中无疑是极富远见和想象力的。然而迄今为止，国内外尚无学者就智慧校园建设的标准特征提出一个宏观模型，为“智慧校园”研究和建设指引方向。比如，“智慧校园”的智慧标准是什么？它应该具备哪些基本功能？它和传统校园有何区别？等等。由于对有关技术标准缺乏系统的研究，当前的“智慧校园”研究、建设均处于混乱和无序状态。所谓标准，是指由一个公认的机构制定和批准的文件，它对活动或活动结果规定了规则、导则或特性值，供共同执行和反复使用，以实现在预定结果领域内最佳秩序的效益。显然，早日研究并建立标准是“智慧校园”建设科学发展的重要保障。当前，社会各界达成技术标准共识的困难很大，但就其研究展开合作尤其是就标准特征达成初步共识，则具有重大的现实意义。笔者基于虚拟现实技术的发展趋势，认为未来的“智慧校园”应呈现以下标准特征。
一、“虚拟校园”生态环境的创建标准特征
“虚拟校园”将是未来的“智慧校园”的标志性形态。利用各种计算机技术创建一个基于互联网的、与现实校园并行的“虚拟化电子校园”，并依托各种技术工具和手段来推动高校的全方位改革，已成为世界各国高等教育改革的重要趋势之一。然而，不论实境还是虚境，体验者的良好体验离不开结构与功能良好的校园生态环境。“虚拟校园”虽然从物质形态角度来看是虚拟存在的，但对于体验者来说却必须是能够真实感应的，这一生态环境首先必须尽可能满足体验者的各种生理和心理需求，因此，“虚拟校园”生态环境的创建标准至关重要，它应符合等比例、全场景、实时化的生态特征。
（一）结构特征——等比例
等比例结构是指校园空间及校园内动静物尺寸比例的真实转化。真实的个体体验要求使用者沉浸在虚拟环境时具有和实体环境无差别的感应和交互，这不仅关乎个体感受，同时也涉及到使用者的体验习惯乃至体验安全。以某类型设备的操控技能训练为例，虚拟模拟训练系统应该能提供完全、贴近真实的设备状态和设备运行环境，使使用者匹配产生相应的生理和心理应激——神经反射、激素水平及责任与风险意识等。如果使用者在虚拟环境下不能产生与实境同等的专注反应，无法获得同等效能的学习效果，虚拟训练将失去意义。更重要的是，体验者如果因虚境真实感的欠缺而产生体验分裂，还可能会影响到个体身心健康。比如体验者在虚拟状态下做有严格安全规范要求的实验时，如果因操作不当导致实验失败或意外发生却不能同步产生对应的后果体验——厌恶性或惩罚性生理及心理应激，就有可能造成使用者实体操作时的迁移性心理或经验错觉，从而导致意外风险的提高。因此，真实的个体体验要求实体与虚境空间比例的高度匹配。
等比例转化还是组织功能响应的需要。数字校园是大学作为知识型组织的重要载体[7]，校园中的相当一部分组织、管理、安保及服务等功能必然要转移到虚拟环境中，而要管理好这样一个复杂的生态系统，也需要充分考虑等比转化的细节处理。因为对一个复杂系统来说，相比于宏观框架设计对系统稳定性的影响，因技术细节处理不良所导致的隐患概率可能更高。假设通过虚拟校园监控技术侦测到某处发生突发事件，危机应急响应需要详尽了解事发空间的环境资料以制订最佳的应对方案，不精确的空间参数轻则会增加问题解决的成本，甚至引起事态升级。反之，空间参数越精确，组织功能响应越有效。
（二）组成特征——全场景
全场景的组成特征指校园实体的所有组成场景——实体世界的基本物理结构和现象均应高仿真转化。大到昼夜更替、温度变化，小到建筑色彩、材质软硬，甚至环境噪音等均应纳入虚拟环境建设的考量范畴。场景引入度越高，使用者的体验拟真度必然越高。全场景数据开发及建构应基于基本功能需求分级设计，总体上的场景层级可分为以下三级。
1.背景级。这一级场景承担着为虚拟世界提供基本虚拟场景框架和环境背景的基本使命。虚拟现实场景是体验者获得体验的主要信息来源，它不仅要保证体验者能真实、自如、流畅地感知，而且应能从生理、心理两方面潜移默化地消解由实境进入虚境的分裂感。因此，背景级场景设计需要在宏观层面满足体验者的基本体验需求。仅从视觉角度而言，完整的场景设计必须包括场景效果、场景平面、气氛渲染、光线明暗及色彩色调等要素。由于背景场景是为所有体验者打造的公共体验平台，通常不需要支持个性化需求。当然，淡化个性化的前提是与功能相统一的风格差别——校园作为特定的文化和教育场所，理应与其他社会生态区有显著的区分，自然、简洁、宁静、祥和，兼具科学和人文气质是所有高校校园生态应当共有的特征。 2.体验级。体验级场景有高于背景级体验的感应标准，背景级只需要从视觉和听觉两个角度即可为体验者提供贴近实境的临境感，而体验级别则需要在此基础上添加更多的生理感应通道和增强更细微的场景细节。如除视觉与听觉外，触觉和嗅觉在现实世界中对个体的行为同样产生重要的影响，那么在虚境中就必须考虑这两类生理体验的解决方案。不仅如此，体验级的场景设计还意味着对背景场景必不可少的精细化改造，如某具体场景除需要表现形态和色泽等宏观特征外，对其微观的材质、纹理、温度、硬度等特征亦需精细考虑。场景标准提升至体验级意味着某些功能开发要考虑满足体验者的个性化需求。以模拟运动训练为例，假设体验者在虚拟空间中进入运动模式，幼年、中青年及老年体验者显然应该适用不同的分级模式。此类个性化分级既是拟真体验的需要，也是系统维护体验者人身安全的必要设置。
3.实验级。构建“虚拟校园”的最大价值在于实现其“虚拟化”的教育教学功能——为学习者提供“虚拟化”的学习空间及有别于实体环境教学的全新学习模式。无论是从降低教育成本角度，还是从教育模式创新的角度来说，“虚拟教室”或“虚拟实验室”所具有的发展潜力和比较优势都是实体教学环境所不可比拟的，因为在“虚拟教室”里，数据可以无限地损毁和重建，而成本却可以小到忽略不计 [8]。通过远程网络终端，一个九岁的孩子可以在广东韶关某学校的智能教室中进入清华大学的量子材料“虚拟实验室”，观察夸克组合成复合粒子的过程[9]。这些功能的实现必须建立在实验级的虚拟场景基础之上。以一具虚拟生物活体为例，非实验级的生物活体通常仅需要呈现出其视觉形象和运动影像，并不需要对其生理结构和生命体征作更深入的建构，但实验级的目标体则可能需要从系统、器官、组织乃至细胞等各个解剖层面进行精细搭建。因此，只要虚拟技术成熟，理论上所有自然科学学科的研究对象均可实现虚拟化建构，并依据功能需要进行各种量级的结构开发——大到生物解剖，小到量子观测，从超宏观到超微观满足所有学习及研究的可能性。
二、校园实体建筑“智慧化”的建设标准特征
“虚拟校园”不单是校园实体静态的全息镜像，还应是校园实体动态的实时反映镜像。因而以实体校园为标准进行拟真虚拟建模，并通过铺设在实体校园中的“智慧化”信息采集和监测设备，将实体校园与“虚拟校园”整合为实时动态“共同体”至关重要。校园实体建筑“智慧化”建设应具备以下标准特征。
（一）感响应标准特征——全覆型智能信息感响应系统
智能信息感应系统应该是集视、听、嗅、温湿度测量、压力与重力感应、空间定位、目标跟踪、生命体身份识别乃至生命体征测量等功能于一体的超复杂、超灵敏度的智慧型数据收集及处理系统。显然，这样一个系统应该是以一个智慧型超级计算机为数据处理中心，以广泛分布的超敏感应器为信息触角的一体化的巨型人工智能机器系统，其信息感应分布之广、响应灵敏度之高、瞬时数据负荷之大、超算处理能力之强和当前广泛采用的电子眼、红外感应、压力感应和超算等技术有跨时代的区别。
1.全场景感应系统。虚拟校园首先应该是全场景感应的，即实体校园的任一空间单位在任一时间点上发生的生命活动和有“响应意义”的物理、化学变化均应被即时感应、采集、贮存到虚拟校园环境之中。所谓有“响应意义”的物理、化学变化，指的是对个体的拟真体验“有意义”及对校园提供安全维护及运行服务“有意义”的环境事件，如温度的变化、地表的湿滑状态、设备设施的运行状态等。环境事件的实质是空间能量分布的连续性变化。显然，准确把握并设定好各类环境事件的能量变化“阈值”，使之“有意义”，不仅有利于捕捉到关键的环境变化信息，而且有助于避免大量的无效作业。以“体感温度”为例，假设感应系统的温度感应灵敏度是0.1度，但人体对小于0.5度以下的温度变化并无明显的感知，则温度响应系统就应该将0.5度的温度变化设定为响应“阈值”，因为只有0.5度以上的温度变动对人体感应是有“响应意义”的。考虑到全场景感应系统承载功能的复杂性与多样性，它可能需要在实体环境建设之初，部分材料或设施即作为设计内容的一部分“一体化”地融合到实体环境的建设之中。这样的建设方式意味着此类感应设备必须突破一些技术瓶颈：低成本——大规模建设、大规模应用的成本预算；长寿命——一旦植入必须确保长时间的无障碍运行，以降低运行的成本及风险；智慧性——多功能复合感应及尽可能“Smart”的数据采集、贮存及传导方式；能量维持——创新、持久且极低能耗的能量取得、保有及耗散方式；全场景——全方位、无死角、无错漏的全维信息监控等。此外，系统还应满足简单便捷的维护需求、确保无环境危害的运行模式等一系列严苛要求。
2.全场景响应系统。虚拟校园还必须全场景响应，即响应系统必须对所有有“响应意义”的感应作出“有意义”的反应，同时感应系统实时监控响应系统的反馈，再经数据处理中心进行进程诊断，对响应系统的响应强度进行调控，如此往复循环，直至“响应意义”实现逆转。从感应到响应，全场景感应系统、数据处理中心、全场景响应系统三位一体，构成一个完整的感应——响应弧。
从响应类型来看，响应大致可分为预警响应与干预响应两大层级。预警响应是指根据当前的事态发展趋势做出的某种大概率事件预判及针对性的系列事前处置措施，如为防止校园踩踏事件的发生，感应系统一旦侦测到某区域人群密度达到某一准危险级别时，预警程序立即启动——加强目标区域的感应与监控，上调目标区域安保措施的戒备级别，对目标区域出入路径交通或人流进行针对性管制等。如果以上预警响应未能有效阻止局势的持续恶化，则考虑升级至干预响应。干预响应是系统对已定义为事件的当前事态进行直接处置。同样以区域人群密度过大事件为例，干预响应包括通过校园广播系统指挥疏导人流、安保单位在人群中布置隔离点或隔离墙等各种措施。如果某类事态存在着超出学校响应能力之外的可能，学校的响应系统还应该与社会的专业处置机构或系统保持紧密关联，确保必要时可以随时得到专业机构的有力支援。因此，通过智能感知环境和综合信息服务平台为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的链接[10]，也是全场景响应系统建设不可或缺的环节。 （二）识别认证标准特征——智能型自动感应认证系统
智慧校园建设的核心是匹配于人的需求。如果智慧校园的建设标准不能与人的智慧性达成相应的匹配，“智慧校园”将失去其存在的意义。“智慧校园”智慧性的集中体现就是其智能型自动感应认证系统，这一系统要解决的是校园内活动个体身份的唯一性识别问题，而且识别必须是即时的、高防伪的。
1.自动化。即时的唯一性识别要求系统必须具备自动化特征，个体只要出现在非私密空间，无处不在的认证系统将自动对个体进行甄别并即时得出认证结论。系统应该兼具大规模人群同步识别和特定目标锁定追踪两大基本功能。大规模人群同步识别指系统能够在同一时间对目标区域内全部活动个体进行统计并完成身份认证。这一功能的好处显而易见：首先是对于校方组织教育管理和提供教育服务极为有利。在未来教室里，智能系统能自动调整光线明暗和温度湿度，自主完成考勤、记录每位同学的学习过程并生成学习档案，教师可随时了解任何一位学生的学习水平或进程，……。在如此智慧的教学模式下，教与学都将变得高效且个性化。其次是对于挖掘教育数据中潜在的教育价值意义重大。美国教育部2012年先后发出《通过教育数据挖掘和学习分析改进教与学：问题简介》和《通过教育数据挖掘和学习分析促进教与学》两份报告，显示了对大数据科技在教育中的作用的高度重视。然而当前的大数据技术水平短板明显——在大数据教育应用的挑战中，“数据采集和问题解决分析是核心环节，如果有100人投入到教育大数据的应用工作中，那么需要其中的99人投入到数据采集技术和问题解决分析技术的研究工作之中” [11]，而大规模人群同步识别技术将直接代替“100个人中99人的工作”。特定目标锁定追踪是系统对高价值或高风险个体不间断的高强度关注，追踪的目的既可用于为特定目标提供服务，也可用于安全管控。以后者为例，假设系统通过行为模式统计筛查出某生近期“情绪”有不稳定的迹象，数据处理中心将其纳为特定目标对象进行特别关注与监测，对相关数据进行综合评估，以判断该目标的风险等级并决定后续监控及介入预案等。类似这样精细化的追踪监控能力足以将大多数的校园安全风险降到最低。
2.集成化。集成化指对人体轮廓形态、五官比例、指纹、虹膜纹、气味、声纹等多生物性状进行复合化考察，是智能自动感应认证系统实现高防伪目标的关键手段。人的生物性状从稳定性角度来看，大致可分为相对稳定性特征和相对不稳定性特征。五官比例、举止形态、脸纹、声纹等特征相对稳定，而人体轮廓形态、身高、体重等方面则相对不稳定。相对稳定性特征虽然往往具有个体的唯一性标志，但可通过复制或伪装技术为他人所利用。而一旦集成认证多种稳定和不稳定生物特征将极大提高其伪装或遮蔽成本，从而显著增强身份识别的安全性。
三、“镜像”智能系统链接标准特征
“智慧校园”需要通过“镜像”智能系统完成将实体与“虚境”整合成一个虚实“共同体”的重要使命。以“互为镜像”为建设标准特征，以“共同体”为建设目标，显示了“智慧虚境”与普通意义上的“虚境”概念的重大区别。普通的“虚境”通常只是与现实割裂的虚拟孤岛，如虚拟游戏世界只是幻想与游戏脚本的产物，与现实世界无关；美国加州林登实验室开发的Second Life （第二人生 ）虽然模拟自真实世界，但同样与现实世界无任何镜像关系。而“智慧校园”中的“虚拟校园”则必须与实体校园紧密关联。一方面，“虚拟校园”是实体校园的“镜像”，真实反映现实世界的变化。另一方面，实体校园也需对“虚拟校园”做出适切的反应。比如体验者可以在虚境下通过“镜像”链接系统调控实境中施加的光线明暗、温度湿度等，当然如果试图通过虚境的某些行为实现对实境颠覆式的控制则无法予以支持，比如在虚境中施加的破坏性行为不可能真正反馈到实境中，技术毕竟不是魔术，通过虚境调控实境只能是“非对称性”的。
（一）数据处理标准特征——超大数据处理能力
实现智慧校园虚实境的“共同体”建设目标，意味着超海量数据的采集、传输、处理及存储，显然，这对智慧校园数据处理中心的数据处理能力提出了极高的要求。未来智慧校园的数据流将呈现以下几个特征：首先是超大数据量。仅以感应系统为例，智慧化的感应系统需要集成极其复杂的数据类型，不仅包括视、音频，还要包括温度、湿度、重力、压力等各种环境数据，至于生命体征数据指标则可能更加复杂。以当前技术为例，仅用电子显微镜重建大脑中的突触网络，1立方毫米大脑的图像数据就超过1PB[12]。如果再充分考虑到响应系统、“镜像”链接系统的数据生成，仅仅某个标准教室的每分钟数据生成量都可能极其惊人。其次是复杂的多结构性数据类型。复杂环境数据采集意味着各类型数据格式可能不是严格统一的。系统即时采集并需要处理的数据可能既有大量的结构性数据，也有大量的半结构性和非结构性数据，除非未来科技能够实现大一统的数据格式创新，否则系统将不得不优先考虑多结构性的解决方案。再次是数据的碎片化。感应系统由于集成了各种类型的数据采集元件，其产生数据的碎片化程度可想而知。数据越是碎片化价值越低，相应其处理的难度也必然越高——因为碎片数据仅在“去冗降噪”的过程中整合成结构性数据时才具有价值的可挖掘性。以上三点均对数据处理中心的处理能力提出了巨大的挑战。此外，即便中心克服了以上数据处理难题，还有一个更加棘手的问题有待解决——智慧化应用。智慧化应用不是简单的价值判断和价值选择，它需要在综合一系列价值数据的基础上即时制订出既合乎逻辑又合乎情理的初始预案，然后再根据后续反馈信息决策响应方案——要么独立集成有关系统处置事件，要么向学校管理机构或人员提请支援。比如，校园智慧化的一个基础功能就是为师生提供更好的教学服务，“提供主动信息服务，记录智慧环境中发生的一切，并利用大数据技术对数据进行处理，获得对教学的洞察和预测”[13]。如果脱离了超大数据处理能力，所谓的“洞察和预测”就不可能发生。
（二）虚境体验标准特征——高仿真体验系统 产生拟真的临境感是所有高仿真体验系统的共同使命。“临境感”虽然在客观上是使用者的主观感受，但从本质上来说，这与使用者在现实世界中感知觉的产生原理并无二致，唯一的区别在于高仿真体验系统能在多大程度上“欺骗”使用者的神经系统。技术手段对现实世界的再现能力越高，则其对人的想象世界的表现就越真实 [14]。如果有关技术精致到足以让使用者忽略虚实境的感知差异，在体验层面来说两者就已很好地实现了“共同体”的建设目标。但“虚拟校园”的功能远不止于满足个人的虚拟体验那么简单，更重要的是它应成为一个功能强大的“教育伙伴”，随时为使用者提供近乎万能且规划良好的教学或训练方案、工具乃至环境。高仿真体验系统就是这个“教育伙伴”的中介，它的运作状态对“教育伙伴”的工作成效起着决定性作用。
（三）虚境时钟运行标准特征——实时化
实时化是指“智慧校园”中的实境和虚境的时间完全同步。实时化是虚实两境整合成“共同体”的必要条件。之所以要强调实体校园与“虚拟校园”的实时化，首先是基于便利管理及服务的需要。虚拟世界最终是要服务于现实世界的。在实体空间中，由于存在实在的空间障碍，一旦发生紧急事件，从收集事件信息到临场处置均需要耗费宝贵的时间，而“虚拟校园”由于空间障碍不复存在，且可任意还原任一时点的完全数据，因此无论对于事前预警、事中处置，还是事后倒查，均可大大提升效率，其好处不言而喻。其次，是个体健康成长的需要。良好的教育效果离不开良好的教育环境和情境，实时化是正常教育环境和情境的起码保证。按照准确的时间安排作息是必要的，如果某个使用者在虚实境切换时由于非实时化而产生时空认知错乱，显然不利于其身心健康。何况，不论在任何时代，守时总是社会推崇的良好公民品质标准之一，在校园智慧化时代亦不应例外。
“智慧校园”可能是人类迄今为止最富野心也最具挑战性的伟大理想。它的伟大之处在于它的成功可能对于解困当前数字化校园建设、消除课堂教学困境、优化教学和管理过程、促进学生创新能力培养等具有重要意义[15]。其挑战在于现实与理想还相距那么遥远，因为“基于云计算和物联网的智慧校园的研究目前尚处于规划阶段”[16]。事实上，基于当前人类的文明发展水平，理想的“智慧校园”技术标准的实现面临的障碍之大，可能远超当今世界任何一位智者的想象，目前它至少面临三大障碍——技术障碍、成本障碍及伦理法律障碍。且不论解决技术和成本两大障碍的难度之大，仅仅是伦理法律障碍方面的任何不妥处置，都有可能使得“智慧校园”前景难测。人类如何看待隐私、监控科技该如何管制、个人权益与群体权益的边界在哪里、人类与人工智能的关系应该如何界定等问题成为“智慧校园”建设的重重障碍，如果人类不能凝聚足够的智慧对所有这些障碍或问题加以破解，“智慧校园”将只能停留于人类的智慧蓝图阶段而止步不前。
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（责任编辑：刘新才）