云计算技术在教育信息管理平台的设计应用

肖 玮

（1.中南大学，长沙 410083；2.湖南省教育厅信息中心，长沙 410021）

0 引言

近年来，教育信息化建设是我国教育改革的重点工作内容之一，主要是将教育相关资源信息以数字化信息的方式进行保存和访问，目的是推动教育资源实现便捷、安全和共享发展，平衡各地区教育资源，实现全国范围内教育水平和教学质量的全面提升。教育信息化建设之初，因为资源分配不均匀而导致部分地区教育发展出现不平衡现象，致使一部分学校在信息化建设方面出现了技术落后和资源匮乏问题，而云计算技术的诞生使得教育信息化建设出现的这类问题迎刃而解，通过开发教育云平台，可以保证各地获得相同的教育资源，为信息化教育改革的平衡性和共享性发展提供巨大的技术支撑。本文通过深入探讨基于云计算技术的教育信息管理平台的设计，旨在为教育信息管理平台项目建设工作提供参考性建议。

1 相关技术介绍

1.1 云计算技术

云计算技术是一种分布式处理、并行处理、网格计算的发展概念，属于分布式计算技术的一种，可以将庞大的计算程序拆分成无数个小程序，再由多个服务器并行处理得到计算结果，强大的云计算平台可以在数秒内完成数以千万计的信息计算处理，提供强大的网络服务。本文设计的教育信息管理平台涉及教育课程资源、视频资源、师生信息资源、资源分配等多种数据和程序，需要云计算技术帮助完成资源整合、资源存储和资源调度，也只有云计算技术才能够高效完成以上任务。云计算技术具有超大规模、高扩展性、虚拟化、高可靠性等优点，能够帮助配置教育信息服务平台，形成稳定化、集约化、可靠、低成本的运营体系。云计算技术主要包括以下几个方向。

1.1.1 虚拟机技术

虚拟机是构建云计算底层架构的重要基石，可以实现对硬件的抽象，能够同时连接多个硬件设备，以达到提高算力的根本目的。虚拟化软件可以通过在硬件上安装宿主操作系统，来完成多个虚拟机间的隔离与合作任务，能够有效实现资源的分配、调度和管理。

1.1.2 数据存储技术

云计算的数据存储需要同时满足大量用户的需求并提供相应服务，因此其存储技术需要具备分布式、高吞吐率和高传输率的特点。

1.1.3 分布式编程计算

云计算的分布式编程计算模型十分简单，对编程人员和后台管理人员实现了功能透明，以方便其能够执行复杂的并行计算方案，为用户带来轻松的计算服务体验并实现相应的目的。

1.1.4 业务接口

云计算需要实现传统IT 系统向云计算平台的迁移，为了保证业务一致，需要提供统一的业务接口，使得迁移工作更加容易且安全，目前SOA 架构、WebService 特征的业务模式是主流发展路线。

1.2 B/S架构

B/S 架构是一种网络结构模式，即浏览器/服务器模式，主要的目的是用户不需下载客户端，只需通过登录浏览器相应网址，便可实现对服务器的访问，其中服务器端安装有数据库、云计算模块和其他的服务模块，用户可以通过浏览器完成资源的调度。B/S 架构目前发展为三层架构即浏览器—Web 服务器—数据库服务器模式：第一层为浏览器，可以实现简单的输入输出功能，不参与过多的事务逻辑处理，面向大范围用户，界面设计简洁通用；第二层为Web 服务器，主要涉及信息传送与逻辑处理功能，属于数据的中转站；第三层为数据库服务器，主要存放大量的数据，并且与第二层相连，收到请求后会提供相应的返回结果。B/S架构开发成本低、维护方便、分布性强，可以很好地与云计算技术相结合，也是本文教育信息管理平台架构设计的首选方案。

2 教育信息管理平台设计面临的挑战

教育信息管理平台的设计，技术方案只是其中一部分，教育行业特点是需要思考的另一部分，在平台设计的过程中，面临的挑战也有很多。

2.1 访问时间集中化

教育行业呈现的特点是集中教学和分段教学，学生仅有的使用平台的时间一般为课余时间，因此这段时间平台系统会收到大量用户访问的数据请求，需要平台的性能可以满足要求。有集中工作时间，就会有闲置时间，当系统处于闲置时间时，如果还是投入较大的资源供应，无疑会造成运营成本的增加，所以如何平衡资源分配是设计平台面临的重要挑战。

2.2 数据冗余

云计算平台的核心目的是集各地的教育资源于一身，并提供统一的资源调度服务，因此在项目上线之初必定会收到来自各地的教育资源的提交，由于各地交流不足，可能会将重复性资源存入平台数据库中，造成平台存储空间的浪费；当初期集中收集整理资源结束后，后期对待其他零散的教育资源的存储，也需要能够分辨出冗余数据的系统设计，所以如何将冗余程度减少到最低也是面临的重要挑战。

2.3 权限管理

云计算平台设计时必须要考虑到的问题是如何分配管理人员的权限。不同的用户身份必须提供不同的使用权限，如教育管理人员、校长、主任、教师、学生，这些人员的权限等级不同，可以接触到的平台功能也会不同，这样才不会出现管理混乱的现象。

2.4 信息安全

信息安全是最为重要的一件事，传统的教育信息平台主要存在于各地线下，因此信息资源的保存和防护仅考虑线下即可，数据保存方式包括硬盘存储、多份备份，数据防护方式包括库房防火、防盗、数据防误删和数据恢复。而基于云计算的教育信息管理平台则是处于线上，对信息安全管理的重视程度自然要上升一个等级，除了前面提到的方法，还要考虑到服务器数据库安全，这些多数是公共资源信息安全的防护。另外，教育信息管理平台还可能涉及用户的私人信息存储安全，比如教师的私人教案、学生的私人笔记等，平台应该提供个性化私人存储空间，并且避免通过公共途径检索到这些私人内容。

3 教育信息管理平台的功能性需求分析

讨论了平台相关技术和面临的设计挑战，接下来综合分析平台的功能性需求，并从软件工程角度分析平台设计需要的用户角色和功能用例。

3.1 系统用户介绍

如表1 所示，统计了教育信息管理平台涉及的用户角色及其各自的权限功能。

表1 教育信息管理平台角色统计

管理员分为平台管理员和学校管理员，平台管理员拥有大部分权限，包括添加用户角色、管理用户权限、审核教育资源等；学校管理员的权限包括添加普通用户角色、管理普通用户权限、审核学校教育资源、安排学校课程等。

普通用户包括教师和学生，教师的权限包括上传教案、下载课程资源、布置批改作业、共享文件等；学生的权限包括上传笔记、下载课程资源、上传作业、共享文件等。

如表2 所示，解释了各角色权限的具体功能。

表2 各权限功能介绍

3.2 系统功能模块介绍

教育信息管理平台系统除了各个用户共用的登录页面外，具体可划分为管理员模块和普通用户模块。管理员模块中主要包括的功能页面为教师档案信息管理页面、学生档案信息管理页面、各类用户权限分配页面、各类教育资源审核页面、数据库管理页面、系统维护管理页面、各项计算数据生成的日志管理页面等；普通用户模块中主要包括的功能页面为个人信息修改页面、私人信息上传页面、作业管理页面、成绩查询页面、文件分享页面、在线留言页面等。

4 教育信息管理平台的结构设计

教育信息管理平台采用三层B/S 架构模式，包括浏览器—Web 服务器—数据库服务器，每一层都有各自的功能逻辑，在整个系统运行的过程中发挥各自的作用。

4.1 浏览器页面设计

浏览器页面设计首先要考虑到易用性，以简洁易用为主，符合用户的一般使用习惯，如确认键在输入框右侧或下侧，提交键和下载键以特殊图标显示等，让用户能够快速掌握平台的使用规则；其次要考虑到鲁棒性，主要体现在对普通用户输入数据的判断上面，理想情况是对每一条用户输入的数据，系统都可以对其反馈信息，因此在设计的时候要注意提示用户输入的数据是否符合要求，即字符串是否有效，而不是乱码或无意义的文字，甚至是空字符串。对不符合要求的数据要给予提示，提醒用户应该输入符合要求的数据，对符合要求的数据能够实时反馈交互信息。

4.2 Web服务器设计

Web 服务器的设计逻辑思路是利用云计算能力为每一个传输数据资源智能地选择最佳路径，当用户在浏览器发出请求后，业务层会立刻予以计算，寻找离该用户最近的子服务器，并及时连通数据库，从中提取教育资源，而当其中一台服务器出现故障时，平台可以迅速转移业务到其他备用服务器上，保证平台应用逻辑的顺利完成，实现资源访问的最优化。Web 服务器的逻辑设计中最突出的一点在于能够有效分配服务器资源，当遇到大量用户同时访问时，可以集中力量解决计算问题。

4.3 数据库设计

数据库是整个信息管理平台设计的重中之重，也是底层设计，与浏览器和服务器共同实现了数据的流通。本文选择使用关系型数据库，利用数据库中表与表的关系，进行一对一、一对多、多对多的设计，创建的SQL数据库中含有多张数据表，并且采用了索引、视图和触发器的设计，使得整个数据库的访问变得灵活便于管理，且因命名规则的限定加上管理员对教育资源的审核，有效减轻了数据冗余问题，本文主要介绍用户相关的数据表和教育资源相关的数据表，其中用户表以学生表为例，教育资源表以课程表为例。

（1）students 表：记录普通用户基本信息，即用户名、密码、用户类型、真实姓名、年龄、状态等，如表3所示。

表3 学生表（students）

续表

（2）courses 表：记录课程信息，即课程编号、课程名、上课时间、上课地点、学时等，如表4 所示。

表4 课程表（courses）

5 总结

教育信息管理平台应用云计算技术进行设计搭建，可以有效地解决目前全国不同区域内学校教育资源分配不均、资源共享难度大的问题，能够切实帮助学生和教师更好地拓宽教育资源获取渠道，最大限度地实现教育资源的公平发展，学生可以根据自己的需要制定有针对性的学习发展规划，同时，基于云计算技术搭建的教育信息管理平台还能够有效避免不同区域因资源冗余问题而造成的管理成本浪费现象，具有十分广阔的发展前景。