“互联网+”时代幼教信息化平台的设计与实现＊

李小文，孔令军，孔令凯，王子玥

（中国移动通信集团公司政企客户分公司，北京 100083）

“互联网+”时代幼教信息化平台的设计与实现＊

李小文，孔令军，孔令凯，王子玥

（中国移动通信集团公司政企客户分公司，北京 100083）

近年来，随着信息化技术的飞速发展，国家在教育领域的信息化改革也正逐渐深入推进。作为终身教育的第一环，幼教信息化的发展成为国家教育信息化建设的重要内容。而目前市面上涌现的该类产品，在功能及技术等层面都无法完全满足幼教信息化建设的要求。基于上述背景，本文阐述了和宝贝幼教信息化平台产品，该平台基于宽带技术、通信技术、信息安全技术、云计算处理技术，为学前用户群体提供了用户体验良好、性能稳定、安全性强的信息化服务，本文对平台性能进行了全面评估。

互联网+；幼教云平台；家园互动；智慧园所；学前信息化平台

随着现代信息技术的快速发展，国家在教育领域的信息化改革也正逐渐深入推进。作为终身教育的第一环，幼教信息化水平的提高关系着当今学前教育的教学质量和发展速度，已经成为国家教育信息化建设中的重要内容。而云平台具备开放、安全、融合等特点，如何利用宽带技术、移动互联网技术、云计算技术，整合资源优势，科学合理地构建面向幼儿教育的云平台，对于规范管理，提高质量，完成第二期学前教育5年行动计划目标和加快教育信息化进程具有重要意义。

1 幼教信息化概述

我们将幼教信息化定义为在幼教领域运用计算机和网络技术提升效率的过程， 包括教育管理信息化、教育教学信息化和家园互动。幼教信息化既是国家教育现代化的政策方向，也是幼儿园日常管理、教学中的刚性需求。幼教信息化从产品服务的对象可分为以下几点。

(1) 学习内容数字化：从单一的纯课本教学拓展延伸到数字化、智能化的内容承载方式，与大数据分析、人工智能等技术结合起来，老师课程准备、学习效果检验环节更加高效。

(2) 课堂教学多媒体化：多媒体能将文字、图片、声音动画等许多媒体有机地组织起来，具有动感和趣味性，能充分激发幼儿学习兴趣，提高幼儿语言表达能力、思维想象力和审美意识。目前，AR和VR技术也开始应用到幼教中，课堂教学将更加生动活泼。

(3) 园所管理信息化：利用现代信息技术，让园长和老师抛弃了传统繁琐的学籍管理、收费管理、办公管理、考勤管理等事务，全面提升幼儿园管理的效率。

(4) 学生监督智能化：利用监控设备，老师、 园区和家长可以随时了解幼儿状况， 提高了幼儿的安全度。

(5) 家园互动实时化：利用移动互联网的优势，解决了老师和家长实时沟通的难题， 搭建起园所教育和家庭教育的桥梁。

2 幼教信息化现状

2013年，依托国家基础教育资源网筹建的面向全国的国家基础教育云平台正式上线，但它主要涵盖k12阶段资源，并未涉及学前教育领域。然而，幼儿教育市场却连续保持高速增长，尤其是“二孩政策”颁布后幼儿数量还将逐年攀升。同时，由于幼儿园获取优质多媒体教育资源比较困难，不利于丰富课堂活动和教学；幼儿教师接受专业学习和培训的机会少，队伍素质参差不齐；特别是在家园沟通环节上，对于新事物极其敏感的80后、90后家长迫切希望能够通过先进的信息技术增强家园沟通，参与到对孩子的教育之中，实现家园协作教育，幼儿教育由传统的管理和教学向信息化转变已成为幼教行业发展的必然趋势。在此背景下，以幼教云平台为主的学前信息化产品应运而生。

相对于国家基础教育云平台由国家力量推动而言，幼教云平台的发展更加体现为市场催生下的产物，它的功能单一，多以市场为导向，以营利为目的，缺乏有效的监管，投放的有效公共服务信息较少，开放性低，信息资源共享少，有效资源供给不足，公共服务功能没有得到充分体现，服务质量有待提高。

3 幼教信息化产品存在问题

目前市面上涌现了众多幼教信息化产品，主要以家园共育平台形式为学前用户群体提供服务，该类型产品主要存在以下问题。

(1) 产品核心技术老化。众多产品的数据自动采集、跨系统间数据同步等技术问题都没有解决，大量数据需要手工录入，导致教师工作量大量增加、系统数据核对不准确等问题。

(2) 产品同质化严重、信息化水平低。目前90%的产品只包含家园互动+考勤两项基本功能，或停留在表面的几个功能，对幼儿园信息化管理运营没有实质性提升。

(3) 产品不具备大数据挖掘能力。许多产品对信息化技术的应用，主要是传输消息与图片，缺乏数据及对数据的深入分析挖掘，无法通过对数据规律的挖掘发现问题，对幼儿园管理及幼儿养育无实际作用。

(4) 系统信息安全保障能力差。目前大部分该类产品不具备高级别的信息安全防护能力，无数据灾备保障能力，幼儿身份信息、教育数据等敏感信息存在泄漏、遗失风险。

此外，面对教育主管部门等提供区域性的学前信息化管理平台更是处于半空白状态，为了解决上述问题，一方面打造了和宝贝幼教云平台，综合运用宽带技术、通信技术、信息安全技术、云计算处理技术，整合网络资源优势，为家长、幼师、园长提供家园互动共育、优质养育教学、以及园所高效运营的一站式幼教信息化解决方案；另一方面，打造和宝贝学前信息化平台，面向各省市区教育主管部门建设统一学前信息化服务平台。

4 和宝贝幼教云平台产品设计与实现

4.1 功能架构

和宝贝幼教云平台以家长端、教师端、园长端3个APP客户端以及园所管理Web平台为使用对象，主要提供下述功能。

4.1.1 家长端

家长端内容分为家园互动、经典育儿、宝贝成长、安全晨检和视频监控五大部分。

(1) 家园互动：主要包括班级圈、行为记录、家庭活动和考勤请假4项功能。

(2) 经典育儿：汇聚国内外优质育儿资源，包括海量幼儿读物、绘本、儿歌等形式。支持家长订阅感兴趣的内容，并支持系统智能推荐，能辅助家长快速定位个性化育儿知识。

(3) 宝贝成长：支持教师和家长共同完成宝贝成长故事，选择模板一键生成电子版成长档案。知名幼教专家在线答疑解惑，帮助家长提高育儿能力。

(4) 安全晨检：智能考勤记录幼儿入离园数据及接送影像，家长端可实时查看。体温晨检、午检，常见疾病及时预防，保障幼儿在园健康。

(5) 视频监控：家长通过手机随时查看幼儿在园内的生活、学习情况，让家长更放心。

4.1.2 教师端

教师端提高教师与家长的沟通效率，减轻教师工作负担，更好的实现家园共育；同时还为教师提供丰富的教学资源，成为教师手中的智能化教学教具。重点功能：

(1) 行为记录：以“能力、习惯、性格、健康、改善”五大类型构建幼儿成长评估体系。支持自定义行为标签，记录宝贝日常成长数据并及时反馈到家长。

(2) 家庭活动：教师发布与教育、保育相关的亲子活动，建立园所与家庭育儿的联系纽带，实现家园共育。

(3) 教师资源：提供名园名师教学素材、教学指导、教师培训、专家课程、精彩活动、学习应用等教学素材，帮助教师循序渐进自我提升。

4.1.3 园长端及园所管理Web平台

提供园务管理、园所用户管理、园内统计等功能，以手机客户端和Web端方式呈现，方便园长进行相应操作。

(1) 园内统计：支持对幼儿出勤、教师活跃度、家长活跃度、行为记录、沟通记录等功能的数据进行统计、查看和报表导出。园方可按日、周、月或自定义时间段自动生成统计报表。

(2) 审核管理：帮助园所管理者对不同角色操作人员上传发布的内容进行审核把控，控制舆情，提升发布内容的质量。

(3) 园区数据处理：对园所内教职工及学生基本信息进行增加、删除和编辑操作。

(4) 班级相册：同步教师端及家长端班级圈内精彩瞬间中发布的照片。教师发布的照片以时间轴的形态呈现，家长发布的照片保存在以幼儿名字命名的相册中。

平台通过业务层、平台层、数据层、存储层4层结构构建功能架构，具体如图1所示。

图1 和宝贝幼教云平台总体功能架构图

图2 和宝贝幼教云平台业务处理流程图

4.2 技术架构

和宝贝幼教云平台采用互联网流行的分布式服务架构，通过横向扩展提升系统的吞吐量和可用性，将不同的内聚的功能垂直划分，放在不同的子系统中，并实现独立部署，达到负载分担、独立演进及故障隔离的目的。同时，采用以模块化、插件化的方式设计和实现，可以做到需求小粒度，功能开发高并行，快速迭代。一次业务请求的处理流程如图2所示，总体技术架构如图3所示。

5 和宝贝学前信息化平台产品设计与实现

5.1 功能架构

和宝贝学前信息化平台，面向区域学前教育主管单位，提供学前信息化管理核心产品。

该系统主要分为直报通系统、区域教学系统两大子系统。

图3 和宝贝幼教云平台总体技术架构图

5.1.1 直报通系统

直报通系统提供数据采集、信息传送等多项管理功能，数据定期来源于教师和托幼机构的日常业务工作。系统主要包含以下功能。

(1) 幼儿管理：幼儿基本信息管理、幼儿异动及毕业管理。

(2) 教职工管理：教职工基本信息管理、异动管理、账号设置及培训管理。

(3) 班级管理：年级班级的设置及升毕业管理。

(4) 机构管理：幼儿园基础信息管理及各项全国标准数据的采集与管理。

(5) 财政信息管理：幼儿园财政信息（包含保教费、幼儿园收入支出及资助幼儿信息）的标准化信息采集与上报。

(6) 各项数据上报及审核：各项数据的教研及多级审核上报功能。

(7) 数据归档：园所提交审核通过的信息形成快照归档，按学年进行查找分类。

图4 和宝贝学前信息化平台系统架构图

5.1.2 区域教学系统

该系统为幼儿园教师提供备课、资源和教研一体化平台。主要功能介绍如下。

(1) 备课：为老师提供便捷的在线备课功能，可引用他人的优秀课程资源或系统提供的模板进行备课，同时支持多老师共同研讨备课。

(2) 教研：为老师提供在线研讨平台，可定期或者长期对某一或几个主题进行研究与讨论，以直观可见的形式简化事务性工作，结合可视化的资源，实现人与人，组与组甚至园所与园所的合作。

(3) 资源：为老师提供资源共享与交流的平台，可快速便捷的搜寻到市区园三级优秀的资源，并对这些资源进行下载、评论、收藏、分享等交互操作。

平台功能架构如图4所示。

5.2 技术架构

采用互联网流行的分布式服务架构，通过横向扩展提升系统的吞吐量和可用性，将不同的内聚的功能垂直划分，放在不同的子系统中，并实现独立部署，达到负载分担、独立演进及故障隔离的目的。同时，采用以模块化、插件化的方式设计和实现，可以做到需求小粒度，开发高并行，快速迭代。平台在技术上将采用虚拟化或者云计算模式，在为更广泛的用户提供服务的同时，有效节约硬件资金与人力投入。产品技术架构如图5所示。

6 平台关键技术设计

6.1 基于Disruptor的高性能异步处理

Disruptor是一个高性能的异步处理框架，或者可以认为是最快的消息框架(轻量的JMS)，也可以认为是一个观察者模式实现，或者事件-监听模式的实现，直接称Disruptor模式。Disruptor最大特点是高性能，其可以获得每秒600万订单，用1μs的延迟获得吞吐量为100 k+。

6.2 基于大数据的数据统计、智能推荐技术

图5 和宝贝学前信息化平台产品技术架构图

从大数据处理流程看，分数据源、数据接入、数据清洗、存储计算、数据服务、数据消费等环节，每个环节都要具有高可用性、可扩展性等特性，都为下一个节点更好的服务打下基础。整个数据流过程都被数据质量监控系统监控，数据异常自动预警、告警等。

6.3 事件驱动

事件驱动架构（EDA）的特征是进行交互的组件之间不是通过显示的API或RPC调用，而是将请求/响应的所有内容封装到Event中进行传递，因此组件之间的交互方式就只有几类接口，比如send/receive/pub/sub等。

EDA架构通常呈现出一种管道和过滤器（pipeline& filter）的风格，管道和过滤器可以用于实现六边形架构中的适配器，使得适配器更加灵活可变。

6.4 单元化

单元化架构更多的是指实现一个业务的多个前后端服务、数据的逻辑组成方式，涉及更多的是系统的部署/物理架构。在分布式服务设计领域，一个单元就是满足某个分区所有业务操作的自包含的安装。而一个分区则是整体数据集的一个子集，如果用尾号来划分用户，那同样尾号的那部分用户就可以认为是一个分区。单元化就是将一个服务设计改造让其符合单元特征的过程。具体来讲，单元化就是将某一特定业务需要的系统、核心服务、数据库组合抽象成一个单元，该单元从应用服务、缓存到数据库可以独立封闭运行。

6.5 微服务化框架

无论是业务中心的Service Broker，还是Business模块，都是分布式系统中的一个组件，在微服务架构风格下，我们将其抽象为一个微服务，构建一个由这样的微服务组成的生态系统。

6.6 动态扩容

“和宝贝”幼教云平台支持动态扩容，动态调整服务器的数量来应对业务访问量弹性变化的需求，即在业务访问量上涨前或初期，通过增加服务器来新增对业务容量；业务访问量下降时，将新增的服务器回收用于支撑其它业务。

7 平台性能分析

平台建设具备下述性能，以保证系统规划既能满足现阶段的需要也能支持未来的系统扩展。

7.1 稳定性

为保障系统可靠运行，提升用户体验，平台的可用性需要达到99.9%。响应时间直接与用户体验相关，通过优化系统处理中各个环节的处理速度，提高业务的响应时间。

7.2 易用性

系统的易用性体现在界面友好、简洁，操作简单，贴近各角色日常的工作，统一的操作界面和操作风格，表现在用户面前的是他们熟悉的业务术语，处理流程上也得规范化和简单化。

7.3 统一性

应遵守统一的数据源原则，坚持和教育平台“一个数据中心”，在拓展用户中心，数据分析系统应用时，必须保障数据统一从系统数据仓库中获取。

7.4 规范性

系统从设计严格遵循中国移动通信有限公司相关规范和IT软件设计相关模型，在数据格式、接口、流程、应用、架构、模型等全部采用行业标准（如ISO、IEEE、ITU-T、ETSI、IETF等）进行设计和实施。

7.5 安全性

安全性是保障系统数据、网络等正常运行的基本保障，在系统设计之初就将考虑系统的安全措施，如信息安全策略、网络防火墙、数据权限设置、防拷贝、数据审核等。从数据、网络、权限、制度流程等不同维度来实现系统安全。

7.6 开放性

信息系统建设的根本目的在于信息交换，因此在系统建设中采用的各项软、硬件技术和产品必须符合开放性原则，符合当前国际标准或者事实上的国际标准。

7.7 扩展性

现在设计的系统不仅要满足当前应用，还需要保证其今后相当一段时间内能为企业提供有效的数据支撑，所以在设计时必须考虑其扩展性。除当前设计需含有一定的超前性外，还需保留系统的可扩充性，以利于今后技术和业务的发展。同时充分考虑“标准和开放”的原则，要支持各种相应的接口和标准的协议，使之具有灵活性和可移植性。

7.8 可管理/维护性

平台的可管理性是指能够对业务/系统的主要配置项进行管理，如可视化的编辑、查看等；可维护性是指能够监控系统的运行状态，能够处理告警/故障信息。

8 总结

在未来的技术发展中，和宝贝幼教云平台将更加关注最新技术成果的应用转化，包括基于AR技术的体感教学系统、基于人脸识别的智能考勤系统等。以信息化作为一种技术因素带动基础教育现代化，促进教育事业的跨越式发展，促进教育者和受教育者信息素养的提升，促进当前教育改革。

Design and implementation of preschool education information platform of the "Internet+" age

LI Xiao-wen, KONG Ling-jun, KONG Ling-kai, WANG Zi-yue
(China Mobile Communications Corporation Government and Enterprise Service Company, Beijing 100083, China)

In recent years, with rapid development of information technology, the reform of oversea education informatization is gradually deepening. As the first link of lifelong education, the development of preschool education informationization become the important content of national education information construction. Based on the above background, this paper describes a preschool education informatization platform named and baby. This platform is based on broadband technology, communication technology,information security technology, and cloud computing technology, which provides preschool user groups friendly, stable and safe information services. Section 5 of this paper provides a comprehensive assessment of platform performance.

Internet +; preschool cloud platform; home interaction; garden of wisdom; preschool information platform

TP39

A

1008-5599（2017）12-0028-07

2017-11-03

* 中国移动集团级一类科技创新成果，原成果名称为《和宝贝——打造集幼教资源、应用、智能硬件为一体的开放幼教云平台，构建终身教育第一环》。