区域电子书包支撑平台的设计与实施

2014-11-30朱林辉刘太如

中国教育信息化 2014年15期

朱林辉，刘太如

（上海市闵行区教育学院技术中心，上海 200241）

一、前言

随着教育信息化的发展，国内掀起了进行电子书包相关研究与实践的第二次热潮。在研究层面，以华东师范大学工程中心为代表的学者从电子课本和电子书包技术标准体系的制定入手，对电子书包的相关理论进行了深入的研究。祝智庭教授对电子书包的相关基础理论进行了阐述，并对本次电子书包热潮后的特点进行了分析。他们认为，电子书包系统主要包括学习内容、学习终端、学习工具和学习平台四大部分。[1]这四部分互相关联，共同组成一个有机整体，形成一个互相联系彼此共生的教育生态。此外，他们还在研究了国内外相关案例的基础上，提出了“媒体——功能”二维建构及拓展集成和“核心、可选、扩展”三级配置与功能关联的电子书包系统的功能建模的总体架构。[2]在实践层面，以闵行区为代表的区域基础教育工作者首先开始了电子书包整体解决方案的区域实践探索，从顶层设计、模型构建和区域服务和实践体系的构建等角度入手，搭建了区域服务平台，构建了区域电子书包整体服务生态体系。本文基于闵行区电子书包服务平台构建的实践，从区域平台的功能建模入手，详细阐述了闵行区电子书包平台的建设历程。

二、平台规划

在平台规划中，不能脱离电子书包各个有机组成部分，孤立的、单独的规划平台，应该在大的环境下，在学习内容、学习终端、学习工具和学习平台构成的生态体系中通盘考虑，顶层设计。在规划阶段需要清晰了解学习平台所面临的问题，明确平台定位，从而确定开发策略。

1.规划所面临的问题

（1）目标问题

传统教育存在诸多弊病，诸如教育资源分配不均衡、教学方式单一、过多采用“灌输式”教学、忽视学生的综合发展、评价方式单一等等问题。教育系统已经在努力改变现状，如上海市的“二期课改”已经经历了十五年，课改成果辉煌。在信息技术应用领域，也已经经历了信息技术与学科整合、信息技术与学科体系全面整合等阶段，目前正在进入信息技术与学科融合阶段。在这样的大背景下，有些地区走入了目标制定的误区，盲目地将电子书包作为解决一切教育弊病的良药，从而制约了电子书包本身的发展。

电子书包项目应该在现阶段教育大背景下，满足现有教育业务需求的基础上，逐步、适度地向前发展，从而避免与现有教育业务脱节。

现代信息技术具有即时、互动、共享、富媒体等特点，闵行区在充分调研现状，在信息技术特点指导下确立了“为每一个学生提供个性化和无处不在的教育”的总目标。[3]在总目标的指导下，除了满足学习支持的必备功能外，还需要实现对移动学习和个性化学习的支持。

（2）“灵魂”问题

信息化平台的建设离不开先进教育思想的指导，即信息化平台离不开“灵魂”。闵行区已经经历较长时间的数字化学习探索，在数字化学习环境中探索了“前移、后续、合作互动、自适应评价”的指导思想，充分体现了以学生为中心，以及混合学习和泛在学习的理念，而且融入了“颠倒课堂”的核心思想。闵行区所探索的“灵魂”，充分体现了与新技术相匹配的新的教育教学法。

（3）设计策略

平台的建设历来是互联网中最核心的部分，各大互联网公司都在将平台建设作为公司优先发展的策略。电子书包平台作为区域数字化学习的支撑系统，涉及到教与学的方方面面，建设过程必定充满了艰辛，建设过程也不是一蹴而就的，需要在科学的策略指导下，迭代建设，螺旋推进。

1）顶层设计，科学决策。在电子书包各要素组成的生态体系中通盘考虑，长远规划，按照科学性、先进性的要求进行科学决策。

2）需求导向，务实服务。以闵行区中小学教育发展需求为出发点，充分调研现状，优化现有教学模式，切实满足广大师生教与学的需求。

3）合理定位，统筹兼顾。对区、校、人三级平台进行准确定位，区级层面自上而下推进，学校层面自下而上实施，形成自主研究，共建共享的机制。鼓励各实验学校自主研究，形成特色；通过交流、研讨、展示等方式推动资源共建，实现智慧共享。

4）整体推进，分步实施。整体规划，全面协调，按照“核心、可选、扩展”，对功能进行分类，确定优先建设核心功能的策略。

三、平台设计[3]

图1 闵行区电子书包支撑平台架构

闵行区电子书包支撑平台主要包含硬件层、数据层、支撑平台层、应用层、接入层和用户层。其中支撑平台和应用是闵行区电子书包支撑平台的核心部分。其系统架构如图1所示。

系统架构的底层是基础硬件支撑层，主要通过虚拟化实现硬件资源的虚拟化、池化，实现网络、计算、存储资源的自动化管理，提高硬件使用率，提高硬件运行效率，减少运维管理的复杂度。

数据层，实现基础数据的统一管理、存储，从而减少数据冗余，提高数据的读取效率。

支撑平台包含基础支撑平台、基础资源管理平台和基础资源之上的应用平台。主要包括：身份认证中心、统一门户构建、学习管理系统（LMS）、学习内容管理系统（基础资源管理平台，LCMS）、个性化测评系统、导学本系统。此外还预留了其他系统的接口，作为系统扩展的通道，使得整个平台预留了可选方案。

1.身份认证中心

身份认证中心承担为全区所有参与实验中小学教师和学生提供统一的身份管理、权限管理、统一审计和身份认证服务。

（1）统一身份管理、权限管理：将全区40所（以后会增加到覆盖全区）实验学校的用户信息集中管理；统一用户权限管理，用户可以简便快捷地访问数字化学习平台和资源。

（2）统一审计和认证服务管理：采用单点登录技术，实现用户访问信息门户及各个平台的统一认证；用户只需要认证一次，可以访问数字化学习平台所有子平台。此外还预留统一认证接口，采用符合标准的接口技术，实现系统统一登录的可扩展性。

2.统一门户构建

图2 统一门户首页

统一门户系统是数字化学习平台对外发布信息的窗口，实现实验项目信息公开的主阵地，此外还具备实验项目管理，实验教师管理功能，是实验项目教师协同作业的有效沟通桥梁。其首页如图2所示。实现区、学校、班级、个人的各级门户系统。主要包括：新闻系统、项目动态功能、通知系统、项目报表系统、个性化内容推送功能、门户系统。

（1）新闻系统。支持项目新闻的发布，支持项目新闻的分类，支持校级新闻的发布与管理，支持校级新闻的汇聚。

（2）项目动态功能。支持其他各个平台的信息调用，包括学校项目动态、学校公开课等。可调用教师创建课程数量，教师公开课信息，学校学生总体表现报表和教师报表等。

（3）通知系统。通知系统可以实现区、校、教师、学生之间的信息互动，有效提高信息传递的效率。

（4）项目报表系统。可以实现项目班级数、课程数、教师数、学生数、重大活动、公开课开展等情况的区级报表。

（5）个性化内容推送。面向学生、教师、管理人员等的个性化内容推送功能。

（6）门户系统。门户系统将以上各功能和在各个子系统的数据进行汇聚并集中展示。

3.学习管理系统（LMS）

学习管理系统是闵行区电子书包项目的核心平台，是直接面向教师和学生的服务平台。在本项目中学习管理系统将采取利用Moodle进行二次开发的方式，二次开发主要包括以下内容：

（1）课表功能。学校课堂教学活动都以课程表为中心，课程表是课堂教学活动的秩序手册，是教师和学生共同遵循的日程安排，具体功能如图3所示。

图3 课程表功能列表

在课表中，点击学科进入相应的课程页面。此外在课堂教学时，根据课表自动呈现当前课程内容。支持教务管理功能，能够实现课表的导入。

（2）课堂管理。实现班级学生的分组，学生课堂表现记录等功能。

（3）课程内容管理。实现课程内容的添加、删除、修改、发布等功能。

4.学习内容管理系统（基础资源管理平台，LCMS）

建立电子课本、数字资源的区域及学校统一内容管理系统，实现内容的统一建设、上传、管理、分发、审核等各项功能。学习内容管理系统包括以下几部分：基础资源管理（基础资源、电子教材（电子课本）、题库）；资源检索系统；积分系统；资源调用模块。

学习内容管理系统分为两层：基础资源管理层和学习内容应用管理层，如图4所示。基础资源管理层，提供区域资源共享，实现对区域优质资源、标准资源的管理、维护、展示、发布与推送，构建区域、学校的资源共享机制；学习内容应用管理层，则按照数字化学习模式，对资源进行排列组合，结合相应的数字化学习活动要素，如讨论区、聊天室、程序学习、测验、作业等，行成新的学习资源聚合体。在闵行区数字化学习平台中主要采用Moodle课程、导学本和个性化测评三种应用模式。

图4 学习内容管理

5.个性化测评系统

图5 个性化测评系统

（1）测试系统。支持题库的管理，支持题库和资源管理平台的无缝接入。可以实现整套试卷的批量导入，支持纸质试卷的批量导入，并支持纸质试卷的批量入库。支持在线解答演算题、作文等形式试题，支持在线手动批阅该题型。支持智能组卷（按题型、难度、知识点、错题集，智能批量组卷），支持将试卷分发给不同学生，支持学生的分班、分组；支持程序教学功能，实现学生个性化学习；支持错题集功能，实现学生个性化错题集，班级错题集，学科错题集，并能支持基于错题集的自动组卷；支持基于知识点的补救功能，并将该功能和测验功能结合，实现错题知识点的自动识别，并实现自动补救。支持与学习内容管理系统的无缝连接，实现相关资源的无缝调用。支持对试卷的集中分析，实现试卷的各项分析，如错误率、分数段统计、试卷难度统计等。支持区域分数的统计、学校分数的统计、班级分数的统计。

（2）个性化评价系统，如图3所示。累积学生自主学习、合作学习、探究学习的数据，并对学生的学习情况进行分析、反馈。为“以需求为导向，以解决问题为主线”的课程与教学的新实践模型提供技术支撑。支持个人学习风格测定、学习历程评定、个人学习诊断，实现教师教学决策功能，辅助教师了解学生学习状况。并根据相关结果提供智能学习路径（需要和Moodle课程及导学本系统相结合）。实现体质健康检测指标的录入、管理、呈现，实现绿色学业质量标准的测定，实现相关数据的自动抓取、管理、呈现。

（3）平台应实现和现有学业质量分析系统、网上阅卷系统的接入。实现相关数据的共享和统一调用、呈现。

（4）自主学习系统。支持基于学习行为分析的自主学习，个性化学习计划的制定。

6.导学本系统

图6 导学本系统

导学本是指依据学科课程标准、教学基本要求，以国家审定通过的中小学课本为蓝本编制的指导学生开展自主、合作、探究性学习的文本，如图6所示。它是闵行区独创的数字化学习应用系统。

和传统教材相比较，导学本的学习主体是学生，是写给学生的书；和一般“导学案”相比较，导学本超越“一课一导”“一课一练”，具有系统性、整体性。根据学业标准对“教材”进行整体梳理，并依托导学本指导学生自主、合作、探究学习。

电子书包中的导学本，是一种多种媒体组合而成非纸质的电子书。它以科学直观的视、音、图、文等实现教学内容的数字化、交互功能的智能化，多角度、多维度地呈现教学内容，方便学生理解和掌握知识、技能，并及时地和同学、教学展开互动。多媒体阅读、教学性交互是其最重要的功能特征。为支持学生学习，在内容上将学习需要的教材、教辅、工具书等按照科学的结构整合而成的综合的学习资源包；在时空上既可以在学校课堂进行在线在场的学习，也可根据学生需要的离线学习。

四、平台实施

目前比较流行的平台开发方法为自主开发和购买成熟软件两种。自主开发周期长，而且存在较大的质量风险。购买成熟软件实施周期短，软件质量有保障，但是存在功能不能完全符合需求、操作习惯不适应等问题。闵行区在项目周期短，工作任务重的情况下，选择自主开发、购买成熟软件和借助开源软件相结合的实施方案，保证了项目进度，最大限度地满足了数字化学习需求。

在对现有软件进行了大量考察后，一批优秀的开源软件被发现。如可以用作门户系统的Liferay，著名的开源单点登录系统CAS，优秀的学习管理系统Moodle，这些系统都可以直接满足区域电子书包支撑平台的功能需求。对于学习内容管理系统、个性化测评系统则采用购买成熟软件方式建设。对于导学本系统，由于是闵行区首创，没有成熟软件可供选择，因此采用自主开发的模式建设。

确定软件开发方向后，首先遇到的问题是所选择软件整合与集成问题。由于平台各部分模块之间耦合度较低，都存在不同的应用场景，因此选取了整合度较低的策略。在基础数据管理方面，使用数据同步模式实现基础数据的一致；在门户系统开设专门的基础数据管理入口，进行用户、组织的添加、删除、修改和批量操作。在操作完成后生成XML日志文件，各子系统定时读取日志执行门户相同的操作。

第二个问题是各子系统与门户之间的通信问题。Liferay具有优秀的整合能力，可以通过WebService的方式与异构系统进行通信，而且可以将子系统的主要功能制作成插件接入Liferay，从而创造一致性体验，实现系统间的整合。

第三个问题就是导航问题，由于子系统自成体系，很容易造成使用者迷航，为了防止迷航的发生，在各个子系统的相同位置都添加了统一导航，使用者可以在统一导航的指引下链接到任意子系统，从而避免迷航。

五、后记

闵行区已经建成了统一认证中心、统一门户、学习内容管理系统、学习管理系统、导学本系统、个性化测评系统。闵行区电子书包支撑平台建设已经克服了种种困难，有了突破性进展，但“路漫漫其修远兮”，我们对数字化学习的了解才刚刚开始。除了不断地解决在建设中发现的问题，在未来将从以下方面继续深化平台功能。[4]

1.大数据分析

闵行区数字化学习平台自建成以来已经运行一年有余，闵行区四十所实验学校4000名师生的使用行为数据有了丰富的积累，如何深入挖掘这些大数据，从而为闵行区师生所用是闵行区电子书包项目组下一个攻关的难点。

2.个性化内容推送

数字化学习平台的实时反馈、资源共享、个性化等特性，使得学习的针对性更强，闵行区数字化学习虽然已初步完成基于题库的个性化测评，但是距离全部学习行为的个性化还有很长的一段距离，在未来闵行区数字化学习平台将实现学习行为的统一记录、分析，学习内容的个性化推送，基于个人学习记录的个性化学习辅导等功能。

3.开放的学习环境

以区域教育行政推动的数字化学习项目，带有浓厚的行政组织架构背景，已建成的数字化学习还是在现有的学校、班级的组织形式下管理维护。在未来，闵行区数字化学习平台将跳出传统组织架构的束缚，真正地以信息流为导向，建立开放、共享、自适应的数字化学习支撑系统。

4.优秀的碎片化学习资源，支持泛在学习

整个社会、生活都步入了快节奏时代，无处不在的电子设备充斥于我们周围，造成了一个碎片化的时间环境，人们的注意力不时被光怪陆离的电子设备所吸引，如何在碎片化的时间环境下实现有效学习呢？项目组认为与碎片化时间相对应的碎片化的学习资源可以解决该问题，今后项目组将致力于建设系列化的、覆盖全部教学大纲知识点的、碎片化的优秀学习资源。