中小学数字教材管理服务云平台建设研究

摘 要：中小学数字教材是教育数字化转型中的重要数字化资源，而中小学数字教材管理服务云平台则赋能其高效运维、管理、服务与应用，其建设是实现中小学教育数字化转型的一个重要举措。本文从教育数字化转型视域审视平台建设的意义，通过现状分析发现目前平台建设所暴露的“信息孤岛”、技术选型、教学模式和智能化应用等系列问题，在明确建设目标的基础上，阐述建设总体解决方案。

关键词：数字教材 云计算 云平台 微服务框架 智能化评价

随着移动互联、云计算、大数据、区块链、人工智能新技术的快速发展，数字化转型正在引领着一场深刻的全球性社会与教育变革。习近平总书记在中共中央政治局第五次集体学习时强调：“教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口。”[1]中小学数字教材作为重要的数字化教育资源，对于促进教育创新及变革，推进教育现代化和教育强国建设具有重要意义。但是，目前数字教材建设也面临着理念革新、制作突破、应用落地等诸多挑战，其应用及运维支撑环境作为数字化教育的“基石”，则承载着数字化转型的历史使命，由此而催生的中小学数字教材管理服务云平台（以下简称“平台”）将赋能其高效的智慧运维、内容供给、管理、服务及教学应用。

《教育信息化2.0行动计划》中指出教育信息化要能够在互联网的大背景下建立“互联网+教育”大平台。教育云平台建设是教育信息化的基本目标和主要任务，本平台作为大平台下的一个核心“底座”，是以新一代云技术为支撑，实现中小学数字教材生产、审校、发行、管理、服务的信息化系统，其建设是中小学教育数字化转型的一个重要举措。此外，平台建设对于推动教育观念变革，构建良好教育生态也具有重要的战略意义。

一、平台建设现状与存在问题分析

目前，关于中小学数字教材管理服务云平台的相关研究甚为稀少。研究发现，只有1篇行业资讯提及“中小学数字教材管理与服务平台建设将有行业标准”[2]。谢林见从理念上提出通过平台化建设将教科书变为一个从静态知识的资源形态向动态教学交互功能跨越的开放性系统。[3]余海钊等人以搭建“扫码通”数字出版平台为例[4]给出平台架构及业务实现流程，但该平台采用传统的基于MVC的.NET技术实现，面向图书增强出版业务。

综上，如今相关平台建设尚较浮于表面，能从实际需求出发、采用较为先进的体系建设、面向多元主体管理服务的更是凤毛麟角。为此，笔者首先选取了国内几个典型的相关平台，包括人教版网络配套资源平台、北师数字教材平台、人大芸窗数字教材平台、上海中小学数字教材平台、河南省中小学数字教材服务平台等作为样本，从目标与定位、平台架构、管理与服务功能等几个维度来研究。其次、对广东、河南、辽宁等省的中小学校开展调研。从对平台的总体认识、对数字化资源使用的认同、应用现状，以及总体需求、功能性与非功能性需求等开展问卷调研，并对领域专家进行访谈，听取意见与建议。结果表明：相关平台作为教育数字化学习的支持工具，具有积极的务实意义，但其建设与应用却存在滞后，且暴露出一些主要问题。

一是“信息孤岛”现象尚较严重。目前一些所谓的“平台”只关心自身管理与服务数据，不涉及多个系统间的数据调度、共享与互操作。二是开发思想陈旧、技术构架选型落后。平台设计缺乏数字教材建设标准体系支持，大多仍采用传统的Web构架，缺少大数据云中心的核心支撑。三是数字教材管理服务的协同工作业务逻辑不清，特别是对数字教材的生产、制作、审校、发行和应用的系列管理服务业务缺乏清晰明确的长远规划。四是未能满足多元主体需求。五是缺乏教学业务场景和新形态云教学。目前多数平台未支持教学业务场景，缺少以学生为主体的新形态云教学模板。六是智能化应用支持不足。多数平台未能提供个性化、管理服务的智能化支持，特别是智能化评价。以上问题导致平台建设与应用遇到瓶颈。

二、云平台建设总体解决方案

针对上述问题，笔者认为应围绕建设目标、建设技术方案来解决问题。

（一）建设目标

首先通过对政策性文件和文献梳理，依据数字教材编纂要点[5]，以及相关标准明确建设目标；其次，结合现有成果优化需求，提出建设总体方案，再根据行业需求，通过新一代云计算、网络与智能技术变革中小学教育系统，并与中小学不同层面学科整合，推动教学模式、过程和评价等的创新及变革，构建面向多元主体应用的管理服务云平台，建设目标如下：①根据需求提出统一规范的平台技术体系、业务构架、功能结构和教学模式的一整套解决方案；②以核心业务为基础，构建数字教材生产、制作、审校、发行和应用管理服务关键业务流程，并依多元主体需求融入新业务；③以智能化理论与技术为支撑；④采用较为先进的技术路线开发“门户网站·PC客户端·安卓客户端·iOS客户端·小程序端”的“一站四端”应用。

（二）建设技术方案

1.基于云计算体系

以云计算体系为“底座”，自底向上由基础层、数据层、云服务层、应用层、网关层和表现层6层组成，并以信息技术规范标准体系、教育资源标准与应用规范、运维保障体第及信息与诚信安全保障体系维系。该体系遵循低耦合高内聚原则做合理分层设计，以保证平台稳定性、可扩展性和可维护性；支持多应用模式设计、开发和部署，通过Web、桌面和移动等多种应用实现对门户信息和各子系统的管理、服务与应用。其中，基础层：基于虚拟化、容器化、云计算技术，保证平台的高可靠性并具较强动态扩容能力。数据层：由云数据中心和数据仓库组成，提供外部数据汇聚。云服务层：按业务需求，开发业务应用，处理业务逻辑，实现业务价值。由业务场景抽象出可复用公共服务、数据服务、智能服务等，并通过业内主流中间件提供所需服务。应用层：针对不同用户提供云门户、云空间与云应用。网关层：采用统一网关服务。表现层：支持主流终端设备访问，包括PC端、移动智能端、多媒体大屏、虚拟黑板。

采用云计算分层体系，既整合了多个应用子系统，又解决各子系统间的信息互操作问题，并通过平台的应用程序提供外部接口，汇聚外部数据，实现与数字教材内容提供系统以及各地市教育信息化平台的数据共享与互操作，消除“信息孤岛”现象。

2.面向多元主体协同工作的业务构架

按需求分析和技术体系构建业务构架，包括主要业务、业务逻辑与业务流程。业务流程以管理服务核心业务为基础，在教材生产中融入元数据字典管理、音频剪辑技术，服务中整合教材应用和第三方平台，资源管理中将资源审校扩展至机器智能审校，提供统一分析决策与智能应用，融入教材内容供给新业务。主要业务包括统一身份认证：提供统一身份认证鉴权；数字教材管理：提供数字教材生产、字典管理、制作、审校、发行；数字教材服务：将数字教材提供给多种类型终端用户使用；数据分析决策与智能应用：提供多维度数据统计分析决策与智能应用；数字教材内容供给：实现账号管理、内容供应者查看、内容接入查询；资源管理中心：对资源进行数据采集、操作管理、机器智能+人工审校。构架还提供统一开放接口，呈现业务应用场景：课前、课中、课后和分析决策流程。上述业务构架可解决多元主体协同工作问题。

3.平台的功能结构与功能模块设计

平台的功能结构采用三级分层结构设计，各层中由各子系统及其功能模块组成，如图1所示。多元主体可通过统一身份证登录平台，并根据各自的权限来使用平台的管理与服务功能。

4.面向云教学的教学模式设计

在教育数字化转型下，传统教学模式逐渐转型为基于网络的探究式和启发式教学。平台设计了四种基于云教学的教学模式：翻转课堂、问题解决、主题探究和自定义教学模式。教师可利用翻转课堂模式设计“先学后教，以学定教”的翻转课堂活动，或利用问题解决模式通过设定问题让学生开展线上/线下的合作探究，还可按自身课堂教学需求自定义教学模式，从而实现将传统的教学活动从集体课堂转移到个人学习空间，创造了一个动态、交互、分布式学习环境。

5.建设关键技术

（1）开发与运行环境。依托华为和腾讯公有云部署云、数据库、负载均衡、网关等服务器及防火墙等硬件和中间件，支撑平台开发与运行。

（2）技术性安全保障。采用数据集中管理模式，所有用户信息等均保存在云平台服务集群中。

（3）开发关键技术。①按需适配技术框架。采用前后端分离模式，按业务性能需求和团队人员数量及技术栈分布，并采用按需适配技术框架：构建单体集成及分布式微服务框架。②智能数据采集、处理方法和呈现。数据采集用到智能爬取等技术；数据预处理用到数据抽取、清洗、验证、集成、转换和脱敏等技术；数据处理借助于大数据挖掘、机器学习算法；可实现数据的可视化、交互性及多维度呈现。③基于大数据可视化分析决策。可创建交互式学习数据仪表盘、BI报表和可视化分析，实现不同类型教学数据的可视化分析。④基于学习评价模型的智能化评价。根据教育评价理论，以教学目标作为价值判断依据，构建符合多场景学习、体现过程评价、结果评价、增值评价和综合评价的智能化学习评价模型。[6]通过对指标的筛选生成评价标签体系，并用于机器学习模型训练，实现学生学习智能化评价。

此外，还通过整合AI技术实现数字教材智能制作、智能审校、智能封装、内容动态生成和个性化推送，实现出版业务的一体化，并满足个性化教与学的需求。

目前已开发“门户网站·PC客户端·安卓客户端·iOS客户端·小程序端”的“一站四端”应用，可满足教师、学生、家长、机构等多元主体的应用需求。囿于平台建设迭代周期短，智能化应用等功能尚待进一步开发与完善。

三、结语

本文通过现状分析、实际调研，针对领域中所暴露的问题，提出平台建设总体解决方案，采用前后端分离开发模式，基于云计算体系、单体架构、微服务框架及关键技术，开发中小学数字教材管理服务云平台，实现“一站四端”应用，依托华为和腾讯公有云运维，解决现行平台建设中存在的问题，达到预期目标。此平台建设不仅有助于中小学教育数字化转型与升级，而且支持优质教育资源的均衡配置、管理与服务、应用与发展，满足教师、学生、家长、机构等多元主体需求。

（作者单位系广东省出版集团数字出版有限公司）