朱欽陽(yáng)

【摘要】針對(duì)現(xiàn)有教育信息化發(fā)展中資源整合復(fù)雜、存儲(chǔ)資源海量、信息不共享等現(xiàn)狀，分析和設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的教育信息化平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)云計(jì)算技術(shù)與SOA體系架構(gòu)進(jìn)行融合，建立一種價(jià)格低廉、多用戶、可擴(kuò)展的云服務(wù)架構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)客戶端、云平臺(tái)管理中心和云服務(wù)資源庫(kù)等功能。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果表明，平臺(tái)的功能和性能均達(dá)了設(shè)計(jì)的要求。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算;信息化平臺(tái);面向服務(wù);SOA體系架構(gòu)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育信息化發(fā)展達(dá)到了重要的階段，智慧教育已經(jīng)成為各國(guó)教育信息化的重點(diǎn)發(fā)展方向。目前，我國(guó)智慧教育還在初級(jí)階段，存在著許多問(wèn)題制約著我國(guó)教育信息化的發(fā)展。2012年3月教育部頒布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》，要求發(fā)展智慧教育，推進(jìn)教育的改革，促進(jìn)新型信息技術(shù)在教育事業(yè)的應(yīng)用，全面提升教育教學(xué)質(zhì)量。

本文作者根據(jù)教育信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，為了解決教育資源整合難、海量的數(shù)據(jù)資源無(wú)法存儲(chǔ)、教育信息的不共享以及資源利用率低等問(wèn)題，把云計(jì)算技術(shù)與SOA體系架構(gòu)進(jìn)行融合，分析和設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的教育信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+教育模式，達(dá)到網(wǎng)上和網(wǎng)下混合學(xué)習(xí)、教育資源共享、教育服務(wù)多樣的目的。

一、云平臺(tái)相關(guān)技術(shù)概述

（一）SOA體系架構(gòu)

面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）是把企業(yè)的應(yīng)用功能做成服務(wù)的形式的軟件設(shè)計(jì)思想，服務(wù)之間是一種抽象的、松散耦合的粗粒度軟件架構(gòu)，服務(wù)可以重復(fù)使用，操作獨(dú)立，互不影響，并且可以通過(guò)重新組合構(gòu)成一個(gè)新的服務(wù)再進(jìn)行使用。SOA標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)如圖1所示：

（二）云計(jì)算概念

云是指由大量的互聯(lián)網(wǎng)資源包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、大規(guī)模存儲(chǔ)設(shè)備及互聯(lián)網(wǎng)軟件等進(jìn)行聚焦后形成的資源池。這些資源可以動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分配，采用虛擬化技術(shù)可擴(kuò)展使用資源，負(fù)載均衡對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行均衡調(diào)用分配等，達(dá)到資源率最優(yōu)化。云計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把云資源進(jìn)行管理和配置，充分利用一切信息資源，為用戶提供各種定制的低成本、高效率的按需交付計(jì)費(fèi)使用的服務(wù)模式。

（三）云計(jì)算核心技術(shù)

1.虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)中的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等資源進(jìn)行抽象、轉(zhuǎn)換后以新的形式展現(xiàn)出來(lái)的資源管理技術(shù)，解決了實(shí)體結(jié)構(gòu)地域或物理組態(tài)所限制的問(wèn)題。通過(guò)該技術(shù)可以將實(shí)體資源分割成多個(gè)虛擬資源分開(kāi)管理，也可以將多個(gè)實(shí)體資源重新組成一個(gè)虛擬資源統(tǒng)一管理。虛擬化技術(shù)可以把過(guò)剩的高性能物理資源和過(guò)低老舊的物理資源進(jìn)行重組重用，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理資源。

2.分布式存儲(chǔ)技術(shù)

云平臺(tái)所處理的資源往往非常龐大，由大量的服務(wù)器組成，并且可以橫跨多個(gè)區(qū)域。云平臺(tái)需要高效、快速處理海量的數(shù)據(jù)，并要保證數(shù)據(jù)的高可靠性，采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的服務(wù)器中。該技術(shù)不僅充分利用了各個(gè)區(qū)域的硬件設(shè)備，又能方便擴(kuò)展，提高存取速度，通過(guò)組合便宜的計(jì)算機(jī)構(gòu)成集群，實(shí)現(xiàn)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的性能，有效提高了計(jì)算機(jī)的利用效率和降低了運(yùn)行成本。

二、教育資源共享平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

（一）平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

教育信息化平臺(tái)是基于云計(jì)算的教育教學(xué)管理平臺(tái)，其建設(shè)的目標(biāo)是：

1.教育資源共享包括課程資源、服務(wù)資源、軟硬件設(shè)備資源等，讓優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源可反復(fù)使用，針對(duì)不同部門和用戶群體實(shí)現(xiàn)定制化的資源服務(wù)。

2.用戶數(shù)量擴(kuò)展最大化，讓海量的用戶通過(guò)平臺(tái)使用共享優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，讓優(yōu)質(zhì)資源得到持續(xù)化的使用。

3.構(gòu)建基于云計(jì)算的教育信息化平臺(tái)，讓用戶得到廉價(jià)的、多樣性的、優(yōu)質(zhì)的、滿足個(gè)性化需求的教育產(chǎn)品。

（二）教育信息化平臺(tái)功能分析

教育信息化平臺(tái)分為客戶端和服務(wù)器端兩個(gè)部分，客戶端作為用戶訪問(wèn)服務(wù)器的入口，根據(jù)不同的用戶需求設(shè)置不同的訪問(wèn)空間，進(jìn)入相應(yīng)的空間訪問(wèn)所需的服務(wù)。云平臺(tái)服務(wù)器端由云服務(wù)管理中心和云服務(wù)資源庫(kù)兩部分組成，云服務(wù)管理中心的主要作用是管理和分配平臺(tái)所有服務(wù)，云服務(wù)資源庫(kù)的作用是聚合各種教學(xué)服務(wù)資源、業(yè)務(wù)層服務(wù)資源和監(jiān)管服務(wù)資源后部署在大量的服務(wù)器上。教育信息化平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

（三）非功能性分析

教育信息化平臺(tái)在性能方面的要求主要有五個(gè)方面。

易用性：用戶使用軟件操作簡(jiǎn)單方便。任何用戶只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)就能掌握操作步驟、界面友好便捷、效率高。

可擴(kuò)展性：隨著用戶需求的變化，平臺(tái)除了要滿足現(xiàn)有的基本功能外，還要求在原來(lái)的架構(gòu)上，根據(jù)用戶的新需求增加新的功能。

可靠性：平臺(tái)在一定的時(shí)間和條件下運(yùn)行正常，或發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤能及時(shí)改正。由于平臺(tái)用戶多，平臺(tái)的可靠性是至關(guān)重要，要求平臺(tái)的每個(gè)層面的運(yùn)行的子系統(tǒng)間相互獨(dú)立，互不影響。

可維護(hù)性：能夠根據(jù)需求的變化，能較方便地修改已有的代碼，代碼有詳細(xì)的文檔資料說(shuō)明，有較好的可讀性，容易理解。

安全性：主要包括數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全兩個(gè)方面。云平臺(tái)中存儲(chǔ)海量的課程資源和用戶信息，其中有一些私密的個(gè)人信息，要求信息存儲(chǔ)和傳送安全保密，不能丟失和隨便訪問(wèn)。為了保證平臺(tái)正常運(yùn)行和信息的安全，應(yīng)做好防御攻擊性安全，要及時(shí)更新系統(tǒng)的補(bǔ)丁、檢查系統(tǒng)木馬情況和檢查系統(tǒng)各組程序的客外掛漏洞。

三、教育信息化平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）技術(shù)架構(gòu)

該平臺(tái)采用三層設(shè)計(jì)，分為基礎(chǔ)應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層和物理基礎(chǔ)設(shè)施層。

（二）云服務(wù)設(shè)計(jì)

教育信息化平臺(tái)是采用面向服務(wù)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用JavaWeb服務(wù)構(gòu)建SOA。

1.業(yè)務(wù)服務(wù)設(shè)計(jì)

SOA業(yè)務(wù)服務(wù)訪問(wèn)設(shè)計(jì)的思路是把java service類轉(zhuǎn)化成WSDL文件，通過(guò)訪問(wèn)WSDL文件實(shí)現(xiàn)其功能。首先編寫Java Service～，然后利用Apache CXF控件把java類通過(guò)發(fā)布工具生成WSDL文件。訪問(wèn)方式有兩種，一種是采用SEI調(diào)用，先創(chuàng)建SEI接口，即定義一個(gè)客戶端和服務(wù)器端共享的公共服務(wù)，然后服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)該SEI接口的類，最后開(kāi)發(fā)Java Web Service類，客戶端調(diào)用服務(wù)程序。另外一種是采用Provider/Dispatcb訪問(wèn)，先創(chuàng)建服務(wù)端SEI接口，然后服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)該SEI接口，并創(chuàng)建相應(yīng)的XML文件，最后使用Apache CXF框架開(kāi)發(fā)Java Web Service類，客戶端通過(guò)Dispatcb類和XML文件調(diào)用服務(wù)程序（XML文件、Provider服務(wù)類）。

2.數(shù)據(jù)交互服務(wù)設(shè)計(jì)

根據(jù)教育結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，本平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查四種方法，包括兩個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口、兩個(gè)相應(yīng)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)類和一個(gè)數(shù)據(jù)控制類。

3.數(shù)據(jù)服務(wù)訪問(wèn)設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)設(shè)計(jì)的思路，因?yàn)闃I(yè)務(wù)服務(wù)設(shè)計(jì)采用APachecxf框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，本平臺(tái)通過(guò)客戶端的服務(wù)訪問(wèn)類訪問(wèn)服務(wù)器發(fā)布的服務(wù)，即CXF中的客戶端代理工廠調(diào)用web服務(wù)和CXF的動(dòng)態(tài)代理工廠調(diào)用web服務(wù)。一種是模糊匹配服務(wù)器的服務(wù)地址訪問(wèn)服務(wù)，另一種是通過(guò)CXF代理生成遠(yuǎn)程服務(wù)的代理對(duì)象直接訪問(wèn)服務(wù)器的SEI接口。

4.數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸方式主要是POJO類和XML數(shù)據(jù)?？蛻舳隧?yè)面提交表單數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)采用POJO類傳輸，先把表單數(shù)據(jù)封裝到POJO對(duì)象后提交給服務(wù)器，服務(wù)器接收后進(jìn)行相應(yīng)的處理把結(jié)果封裝成POJO對(duì)象返回給客戶端頁(yè)面。如果客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)較復(fù)雜時(shí)，需要利用javaxml處理類對(duì)數(shù)據(jù)封裝成XML文件，服務(wù)器端采用CXF的Provider-Dispathch解析XML文件，然后創(chuàng)建一個(gè)Dispath對(duì)象，構(gòu)成一個(gè)請(qǐng)求通過(guò)invokeo方法調(diào)用Provider類，該類解析XML文件，完成數(shù)據(jù)的處理，并以XML文件形式返回結(jié)果。

（三）部分功能設(shè)計(jì)

1.資源共建共享平臺(tái)

實(shí)現(xiàn)本平臺(tái)與學(xué)校其它資源平臺(tái)的對(duì)接;教師備課、授課資源備份共享;各專業(yè)自制資源匯總，打造本地云課堂;建立學(xué)校的教學(xué)資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)及課件資源的共建共享、按需下載。

2.空間管理

空間分為學(xué)生、教師、管理員和教學(xué)管理人員等4種用戶，每一種用戶有不同的訪問(wèn)空間，其中教師空間有備教案、備課件、備資源包、備作業(yè)、備試卷、備導(dǎo)學(xué)和備微課等功能。

3.教務(wù)管理

是教師、學(xué)生、家長(zhǎng)教務(wù)行為數(shù)據(jù)化、信息化的管理工具，提升教務(wù)管理效率。

學(xué)生管理：對(duì)學(xué)生各種信息進(jìn)行日常管理，包括學(xué)籍入檔、在校情況、進(jìn)出校信息、家訪記錄、報(bào)道注冊(cè)信息等，實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息關(guān)系的系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化和自動(dòng)化。

成績(jī)管理：不僅僅是發(fā)布學(xué)生成績(jī)，為每次考試提供豐富的分析圖表、趨勢(shì)動(dòng)態(tài)和詳細(xì)分析，分析薄弱點(diǎn)，明確科目改進(jìn)的側(cè)重點(diǎn);考試排名、質(zhì)量分析，制定階段性目標(biāo)，系統(tǒng)為你分析可行性并記錄每個(gè)前進(jìn)的軌跡。

考勤管理：對(duì)學(xué)生和教師日?？记谶M(jìn)行登記、查詢、修改，包括學(xué)生上課缺勤情況、在線請(qǐng)假、加班情況等信息，生成考勤日歷表和卡號(hào)信息等。便于教師與學(xué)生及時(shí)有效的溝通，隨時(shí)查看把握孩子在校學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)。

排課系統(tǒng)：教師可針對(duì)每個(gè)學(xué)期連續(xù)排課和預(yù)排課，自動(dòng)生成課程表，實(shí)時(shí)對(duì)課程進(jìn)行調(diào)整修改。

選課系統(tǒng)：采用網(wǎng)上報(bào)名方式，學(xué)生可以進(jìn)行自主選課;教師批量選課，根據(jù)學(xué)生選課情況開(kāi)設(shè)班級(jí)，對(duì)課程進(jìn)行進(jìn)度安排，布置班級(jí)作業(yè)和任務(wù)等，采用學(xué)分的概念，有效管理和拓展學(xué)生線下學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)習(xí)更加豐富多元化。

4.行政OA管理

該功能主要與學(xué)?，F(xiàn)有的行政管理、人事管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和財(cái)務(wù)管理等系統(tǒng)對(duì)接融合。

5.大數(shù)據(jù)分析中心

建立大數(shù)據(jù)中心，收集每個(gè)學(xué)生、老師、學(xué)校的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)分析節(jié)點(diǎn)，利用人工智能的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化，讓學(xué)生、老師、家長(zhǎng)三方都更全面的了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，老師可對(duì)教學(xué)內(nèi)容做針對(duì)性的調(diào)整，管理人員同時(shí)也可以根據(jù)科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐進(jìn)行學(xué)校資源管理，使教育信息化快速發(fā)展，提高學(xué)生成績(jī)、教師教學(xué)能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的基于云計(jì)算的教育信息化平臺(tái)經(jīng)過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證了其理論體系有效可行，功能滿足設(shè)計(jì)要求，其云計(jì)算技術(shù)融合SOA面向服務(wù)設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用為教育云服務(wù)應(yīng)用拓展了教育實(shí)踐的視角。低成本、多用戶、可擴(kuò)展的教育信息化平臺(tái)作為智慧教育的一種工具，可以高效地滿足互聯(lián)網(wǎng)+教育模式下的智慧學(xué)習(xí)方式會(huì)得到很好的發(fā)展和應(yīng)用。