浦东教育城域网应用系统建设的实践研究

张学良

摘 要:随着各地教育城域网网络平台建设的完成,城域网应用平台和应用系统的建设成了大家关注的重点。有效发挥教育城域网的功能,提高教育城域网的实用性,关键在于教育城域网整体应用系统架构的设计,并在此基础上分步而有序地建设相关的业务系统。浦东教育网应用平台建设经过了近10年探索和实践,已形成了浦东特点的应用系统架构模式。笔者通过总结浦东新区教育网应用平台和管理系统建设过程的实践经验,分析了教育城域网应用系统建设中需要关注的问题和措施,以供城域网应用系统的建设者和管理者参考。

关键词:教育城域网;教育信息化;平台架构;应用平台

中图分类号:TP393.1文献标识码:A文章编号:1673-8454(2010)10-0056-04

从2000年开始,依照教育部提出的实施中小学“校校通”工程的工作要求,全国各地基础教育管理部门根据当地的实际情况,有计划、分步骤地开展了本地区教育城域网的建设。到2005年底,全国98%以上的地(市)级城市已经完成了教育城域网的硬件建设,形成了学校、区县、省市多级互联的网络系统。教育城域网是区域教育信息化应用的主体,如何充分发挥教育城域网信息互通、资源共享、管理集中、远程互动等优势,提高网络教育教学绩效,是近阶段各地区教育管理部门和教育信息化专家十分关注的命题,也是目前亟待解决的问题。

教育城域网的建设包括网络系统和软件系统两个部分。网络系统作为应用平台运行的环境支撑,要充分满足应用系统的功能要求和性能要求。教育城域网的网络系统建设要在遵循实用性、可管理性、高安全性、可扩展性、稳定性、先进性和成熟性的原则下,保障外部网(包括省市教育网、电信、CERNET)和内部网(校园网、区内教育机构网络)的安全畅通。目前网络系统涉及的产品技术已经很成熟,但随着基于网络的视频应用、互动教学、网络教修的深入应用,早期建设的网络系统在性能上已不能满足新的应用发展的需求,需要进行网络系统的升级和更新。

因此,在规划建设之初,要考虑到技术发展的因素,为未来的升级更新预留空间。

浦东教育城域网的应用系统建设从2000年开始,经过总结这些年在实践中的经验和教训,笔者认为,作为应用系统的管理者(管理部门)和使用者(业务部门),在规划和操作区域应用系统的建设过程中,一定要关注以下几个方面。

一、整体规划应用系统,确定区域应用系统的技术架构模型

科学规划是应用平台建设顺利开展的先决条件,规划要明确周期内应用系统建设的具体内容、规模、管理和技术、进度等几个方面的内容。合理地规划应用系统架构,是保证城域网应用系统的完整性、开放性、可扩充性、可持续性的关键。

目前,浦东新区教育网已开发的软件平台包括应用平台和应用支持平台两大类。应用平台 包括:教育管理平台,包括师干训档案管理系统、人事管理系统和资产管理等;教育培训平台,包括教师在线培训系统和教师研修社区平台等;教学资源平台,包括教学资源平台和教学视频课例分析系统等。应用支持平台包括教育信息化基础平台和统一认证系统等。浦东教育城域网的应用平台的技术架构如图1模型所示。

从图1我们可以看出基础平台在整个信息化应用系统中所处的核心位置和所发挥的关键作用,它是其它所有信息化应用平台的底层支撑平台,提供了统一认证、应用集成、数据交换、个性化门户和报表服务等功能。各应用平台根据基础平台提供的标准与规范设计开发,通过“接口”很好地整合在一起,实现应用、资源和数据的集成。

二、以需求为导向,注重实用效果,进行分步建设

在软件平台的建设方面,浦东新区采取了自主开发、产品定制、外包等多种形式,主要根据平台的业务需要、技术要求、用户条件、市场产品适用度等决定建设方式。

例如浦东教学资源库平台的建设,根据不同阶段的需求,采取多种模式进行:在建设初期,教师对教学资源的需求比较迫切,亟需大量备课素材和教学课件,我们就购买了公司现成的资源平台和教学资源。随着教师信息应用能力的提高,教师对教学资源有了修改、评价、分级、分布的要求,因此,2003年我们与公司合作,在原有平台的基础上进行改进,开发了功能更加完善、更易于使用的资源平台。2005年,根据上海课改和新教材的要求,在整合原有资源的基础上,加入了新教材的课程目录和知识结构,而且教学资源平台支持资源拓展和个性定制,可以满足教师的个性化教学需求。

浦东教育城域网在建设初期,根据学校教师的实际需要,有计划地进行教学资源和教育应用系统平台的建设,并进行了相应的技术培训和应用培训。经过多年的建设完善,浦东教育城域网取得了长足发展,其应用平台的建设以2005年为界可划分为两个阶段: 2005年之前,主要特点是以购买和委托开发为主,平台各系统之间相互独立,数据不能互通共享;2005年以后,平台之间进行了数据和应用两个方面的整合,通过统一数据标准和统一集成标准,完成了不同应用平台间的整合,实现了统一门户和应用集成。

不论是从投资角度还是从建设管理角度,教育城域网同时开展的应用系统建设项目都不宜过多,必须分阶段、分步骤实施。要从业务流程相对简单、操作人员易于接受的平台推行,坚持由简到繁、由易到难、分阶段实施的方法,当然,急需的系统可以适当提前建设实施。同时,应用平台在开发时也要注重系统的易用性和扩展性要求。

三、重点建设应用支持平台,建立统一的技术标准和操作规范

教育城域网部署的多个应用系统必须能够进行数据共享和数据交换,为这些平台提供数据交换和信息集成公共服务的应用支持平台,通常称之为基础平台。教育基础平台通过技术方式实现应用平台的集成,实现统一门户,共享数据信息,从而达到利用信息手段提高信息管理的效率,建立一种“安全、可靠、自动、流程化的教育信息管理模式”的目标。

为了实现这个目标,必须在基础平台及其集成应用领域建立起一系列教育信息管理规范,并使之成为区域教育行业标准。一个完整的教育信息管理规范,除了技术层面上的协议和框架以外,还需要有和教育自身特点密切相关的行业业务规范,如图2所示。

从图2可见,教育基础平台系统集成标准协议集由一系列互为支持的规范或协议构成,下层协议是建立上层协议的基础。网络层和传输层协议包含引用已成为工业标准的各种互联网协议,是系统远程互操作的最底层数据传输的基础。信息交换协议即系统之间实现信息交换的方法,如SOAP、远程对象调用等。WEB服务模型与体系架构是具体实现系统进化与互联的技术框架。这三项协议是标准协议集中的技术基础规范。

在这三项协议和模型基础之上的四个规范,属于教育业务规范,是在技术规范的基础上结合教育系统自身特点和要求制定的。这四个规范是从技术层面保障教育应用系统建设成功的必要条件。

1.数据规范

数据规范规定了在教育基础平台与各应用系统互操作的过程中需要交换哪些数据,这些数据的编码与格式如何定义,通过什么方式传输和交换,以便于计算机能够实现自动交换。数据规范界定教育信息系统中使用的各种数据模型,如教学资源属性规范、教学管理信息数据规范、网络课程信息规范、测试与管理信息数据规范等。每个数据元素都需要界定其名称、编码、约束条件、数据类型、长度等具体信息规范。教育基础平台数据规范是实现各教育信息系统互操作的数据交换基础。数据对象在交换时使用XML表示,其语义模式包括五项元数据信息:(1)元素,对应于XML中的元素(element);(2)属性,对应于XML中的属性(attribute);(3)约束性,元素和属性在XML文档中出现的频度与取值范围要求;(4)类型,元素值和属性值的数据类型;(5)长度,元素值和属性值的精确长度或长度上限。

2.互操作规范

教育基础平台与各应用系统之间的互操作规范,界定了不同系统之间互操作的具体方法,包括数据交换体系结构模型、数据交换操作定义、数据传递报文的定义、系统间的权限控制、安全性控制等,其目的在于定义与平台无关、与应用程序无关的数据交换格式以及与应用程序无关的信息交换机制,使得教育基础平台利用一致、标准的操作与客户机界面存取、解释和显示数据。

3.业务互操作模型规范

教育基础平台业务互操作模型规范负责界定与各个应用系统基本业务的互操作过程和流程,它从具体应用系统的实际需求出发,根据实际、优化的教育业务模式,界定一些典型的基于教育基础平台之上的服务功能与业务流程,使不同的教育应用系统服务相互操作的流程规范化,为系统互操作和数据交换提供流程指导。业务互操作模型规范是建立在互操作规范基础上的,利用互操作规范提供的交换、互动实现方式,实现具体业务模式整合与互操作,是面向具体教学和管理业务模型更高层次的规范。

信息系统的数据交换和互操作的系统层次可以分为两种类型:一是同级系统的数据共享,例如学籍系统提供基本的学生信息,学生质量监测系统中要使用这些学生数据,我们将其简称为横向互联。另一类型是不同级别的系统上传和下报数据,如教育基础平台向集成的各应用系统发送注册用户及权限等信息,我们将其简称为纵向互联。通过这两种分类方式可以很方便地设计数据交换的操作方式。

4.Web服务开发工作规范

Web服务是一种互联网服务协议,采用XML作为基本标记语言,SOAP(Simple Object Access Protocol)作为互操作协议,WSDL(Web Service Description Language)作为服务描述语言,通过UDDI(Universal Description Discovery & Integration)可以把服务注册到互联网以便搜索,使更多的用户使用其服务。

基于Web服务的教育基础平台的数据交换模型主要包括代理中转模型和直接查找绑定模型两种。前一种模型用于数量较少、相互之间结合比较紧密的应用系统的互操作,这种模型的优点是可以将权限控制和安全处理都交由服务代理统一完成,而缺点是当服务过多时,这种统一管理的机制会让服务代理的管理工作过于繁重。后一种模型用于数量庞大、相互间较分散的应用系统的互操作,如多个学校应用系统的互操作,这种模型适于数量庞大的复杂环境下的系统互操作。

无论基于何种数据交换模型,以URL形式发布在互联网上的Web服务都必须关注其安全机制,以避免未授权的访问、恶意的欺骗和攻击等。保障Web服务安全性的机制包括基于数字签名的身份验证、消息级和传输级的数据加密,我们有必要基于这些技术梳理出用于教育基础平台与各应用系统间互操作的身份验证和加密规范。

四、完善基础服务功能,优化业务系统功能

把所有的教育城域网应用平台作为一个整体考虑,其功能可划分为基础服务功能和业务处理(部门业务)功能。

1.基础服务功能

基础服务功能包括以下几个方面:

(1)实现基础数据的共享和交换,解决不同系统之间的“信息孤岛”问题。不同的平台存在共有数据和私有数据。实现基础数据集的标准化和数据的标准化,必须统一数据集标准与代码标准。数据共享和数据交换都要采取统一的标准,这个标准在以后要开发的平台中必须严格执行。

(2)实现用户统一身份认证与全局权限管理,保证区域内所有应用平台实现应用集成和统一登录,使用户能够很方便地在不同平台之间进行即时切换。需要注意的是,权限管理应支持集中授权和分布授权相结合的方式,便于应用系统的管理和维护。

(3)在数据共享和统一认证的基础上实现统一门户,由统一的“个人门户”提供基于网络的一站式服务,提高所有应用平台的易用性和灵活性。

以上的基础性功能是应用系统整合和集成的保障,是技术部门负责的任务。

2.业务处理功能

业务处理功能是为解决具体工作业务所开发的,并有具体业务部门使用和管理系统平台,如培训系统、资源管理系统等。由于这些平台是根据实际业务的需要而设计的,每个系统都会有特定的功能要求,并且会有发展性功能变化,所以这些平台的功能有负责具体工作的业务部门进行需求分析,在进行功能需求分析时要关注以下方面:

(1)业务处理系统能够满足跨部门、跨系统的全局性业务需求,解决全局性的数据统计分析和决策支持需求,支持管理部门和业务部门的不同要求。(2)平台设计要整合现有各部门的业务流程,在满足现有业务的前提下,使网络环境下的使用流程更优化,更简化。(3)通过数据交换平台与各业务部门保持数据统一,平台应具有良好功能及性能的可扩展性,以避免需求发生变化时,因功能扩展增加成本和延长建设周期。

五、开发前期明确应用系统的业务需求,避免目标达成度不一致

应用平台建设在规划阶段所预想的目标往往是概念性、抽象性的。管理层往往关注业务流程和组织管理方面的问题。而平台开发者大多为技术公司,关注的是技术实现方法。这就需要平台用户和开发方之间进行仔细的沟通,密切合作,进行认真细致的需求调研,让开发人员能够从平台使用者的角度出发,使设计开发出来的产品既要完全满足功能要求,也要兼顾流程和操作界面,以避免后期产生不必要的反复。

在平台设计之初,管理人员往往会有“花最少的钱办更多的事”的想法,在开发的过程中也往往会持续提出一些新的需求。项目需求界限不明确,目标不断扩大,很可能导致开发周期的不可控。由此造成开发方需要投入更多的人员和成本,从而造成了双方的矛盾,影响平台完成的效果。因此,笔者建议项目管理者要在前期确定清晰合理的需求范围,避免在项目实施后期发生较大的变更。在系统投入运行后,随着业务的发展和技术的更新,用户会觉得原来开发的平台已经“落后”了,有了进一步的要求,这种情况是普遍存在的。因此应用平台必须有配套的升级和维护经费,在必要时用于系统升级和功能扩展。

六、加强项目过程管理,进行过程监控,降低项目风险

浦东教育网在软件平台建设方面,特别注重项目的过程管理和风险控制。每个应用平台项目除了项目组负责开发和推广工作,还专门设立了项目管理组。项目管理组的人员由管理和技术人员组成,同时还外聘了技术监理公司做咨询服务。项目管理组负责对开发公司、项目组进行过程监控并进行项目过程的动态反馈。项目管理组以例会的形式进行进度控制、需求论证、风险提示、阶段报告,特别是针对在项目开发阶段出现的问题,项目管理组通过研究和论证,给出合理有效的建议。这些年来,我们在项目管理中采取的一些措施有效地保障了项目过程的规范性,提高了项目的可控性,保证了项目的目标达成度,保障了项目的实施进度,很大程度上降低了风险隐患。

信息技术已深入应用于教育的各个领域。教育城域网应用正处于发展阶段,各地区的教育城域网应用存在共性和个性化特征,文中提出的一些问题和观点,是浦东教育网应用平台建设过程中值得关注和思考的问题。如何建设具有地方特色的城域网络应用平台,为教师、学生、家长和管理者提供更加全面完善的服务,是需要我们继续探索和研究的课题。

参考文献:

[1]石磊.教育城域网:重在应用[N].中国电脑教育报,2006-11-6 (Z11).

[2]金启明.教育城域网建设模式研究[D].成都:成都理工大学,2006.5.

(编辑:鲁利瑞)