文 /劉建 徐妍
教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計(jì)劃》以來,各區(qū)(縣)在完成數(shù)字校園和教育資源公共服務(wù)平臺之后,再次啟動了智慧教育和智慧校園的規(guī)劃建設(shè)行動。
作為區(qū)級教科研機(jī)構(gòu),對全區(qū)學(xué)校進(jìn)行了大規(guī)模的教育信息化方面的調(diào)研,下發(fā)了關(guān)于校園信息化和信息技術(shù)人員的兩份網(wǎng)絡(luò)問卷,并調(diào)閱部分學(xué)校的智慧校園建設(shè)方案。
問卷結(jié)果顯示,學(xué)校信息化建設(shè)和應(yīng)用水平不均衡,總體表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平低、利用率低和管理能力低,教學(xué)工作大多依賴于免費(fèi)的互聯(lián)網(wǎng)云應(yīng)用。信息技術(shù)人員方面總體表現(xiàn)為配備不健全,網(wǎng)絡(luò)專業(yè)技術(shù)水平較低,對云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬化等新技術(shù)不夠了解。
縱觀學(xué)校智慧校園方案,主要集中在校園多網(wǎng)融合、智能安防、創(chuàng)新型教室等物聯(lián)網(wǎng)使用和硬件系統(tǒng)配備上,設(shè)計(jì)思路依然是以功能為導(dǎo)向、系統(tǒng)簡單堆疊的方式,數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象依然存在。如何構(gòu)建智慧校園的應(yīng)用軟件體系、整合運(yùn)用校園數(shù)據(jù)在眾多方案中鮮有提及。
學(xué)校個體勢單力薄,受限于人員、技術(shù)和經(jīng)費(fèi),獨(dú)立建設(shè)智慧校園很難有大的發(fā)展。因此,我們提出了一個區(qū)、校兩級普遍認(rèn)同的頂層設(shè)計(jì)思路,即建設(shè)區(qū)級智慧教育云平臺(以下簡稱“云平臺”),提供豐富的教學(xué)資源和教育應(yīng)用軟件,服務(wù)于智慧校園,補(bǔ)充學(xué)校的短板,使得薄弱學(xué)校也可利用云平臺提供的空間和應(yīng)用整合起自己的智慧平臺。
1.智慧教育的技術(shù)路線
對于“智慧教育”內(nèi)涵的理解,我們認(rèn)為,從信息技術(shù)角度來看,無論“智慧”還是“智能”,它的展現(xiàn)都需要利用數(shù)據(jù)去訓(xùn)練、辨識、計(jì)算和分析。國內(nèi)外的教育科研成果紛紛將“大數(shù)據(jù)”和“智慧”聯(lián)系在一起。教育大數(shù)據(jù)建設(shè)不僅要持續(xù)、動態(tài)匯聚海量數(shù)據(jù),更要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的教育“智慧”的創(chuàng)生[1]。教育大數(shù)據(jù)匯聚存儲了教育領(lǐng)域的信息資產(chǎn),是發(fā)展“智慧教育”最重要的基礎(chǔ),而數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析技術(shù)是連接教育大數(shù)據(jù)與智慧教育的橋梁[2]。
故此,我們將大數(shù)據(jù)作為云平臺建設(shè)的主要技術(shù)路線,開展教育教學(xué)業(yè)務(wù)分析,為管理決策和教科研提供數(shù)據(jù)支撐。
2.云平臺建設(shè)原則與目標(biāo)
區(qū)級智慧教育云平臺服務(wù)于智慧校園,兩者共同構(gòu)成一個密不可分的系統(tǒng)工程,分擔(dān)不同的建設(shè)、管理和使用任務(wù)。采用“肥中心、瘦學(xué)?!钡摹霸?端”架構(gòu)模式[3]。區(qū)級按照私有云模式承建數(shù)據(jù)中心和云平臺,達(dá)到國家三通兩平臺的基本要求,提供教學(xué)、管理、教研、科研和培訓(xùn)等開放共享的應(yīng)用系統(tǒng),滿足基層學(xué)校的基本需求。學(xué)校智慧校園著力自身硬件建設(shè)及個性化發(fā)展,使用區(qū)級應(yīng)用系統(tǒng)開展教學(xué)和管理工作,向數(shù)據(jù)中心匯聚各類應(yīng)用數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)云平臺與智慧校園的有機(jī)融合。
云平臺需要一個具有高度整合、開放特性的系統(tǒng)框架,滿足應(yīng)用整合和數(shù)據(jù)整合的要求,因而設(shè)定了四個基本目標(biāo)。
(1)統(tǒng)一身份認(rèn)證
云平臺應(yīng)提供統(tǒng)一的實(shí)名賬戶管理中心,一人一號覆蓋全體師生,利用接口向各應(yīng)用軟件提供用戶身份驗(yàn)證和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的受限調(diào)用,保證個人隱私數(shù)據(jù)的安全。這是實(shí)現(xiàn)角色授權(quán)和應(yīng)用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)。
(2)應(yīng)用市場
云平臺提供種類豐富的應(yīng)用功能,以“應(yīng)用市場”模式統(tǒng)一管理并向用戶展現(xiàn),學(xué)??砂凑罩腔坌@的規(guī)劃自主選用,既滿足學(xué)校共性需要,又滿足個性化發(fā)展需要。應(yīng)用市場中使用統(tǒng)一賬戶并支持應(yīng)用軟件單點(diǎn)登錄,不受限于單一廠商,可擴(kuò)充、升級、撤銷和更替,支持公有云和私有云的混合架構(gòu)方式。
(3)數(shù)據(jù)本地化存儲
教育信息分布在各種應(yīng)用系統(tǒng)中,但是這些數(shù)據(jù)還無法共享,不能直接匯聚計(jì)算。設(shè)計(jì)者要有數(shù)據(jù)價值意識,提前規(guī)劃需要的主題,從各應(yīng)用系統(tǒng)中抽取數(shù)據(jù)本地化存儲。這個模塊的任務(wù)有三個關(guān)鍵點(diǎn),首先是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);其次是應(yīng)用數(shù)據(jù)的抽取機(jī)制;最后是存儲模式設(shè)計(jì)。本地存儲的數(shù)據(jù)非指資源類,而是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),以及各應(yīng)用軟件中的用戶行為或日志數(shù)據(jù)。
(4)大數(shù)據(jù)分析與挖掘
區(qū)縣教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要是為教育決策服務(wù),各類應(yīng)用數(shù)據(jù)的整合分析能充分展現(xiàn)教育各層面的精準(zhǔn)特性。這需要先明確各種主題需求,再為之提供單獨(dú)的分析與挖掘算法,這是一個高度定制化的任務(wù)模塊,覆蓋云平臺建設(shè)的整個生命周期。
為使各應(yīng)用系統(tǒng)的教育數(shù)據(jù)可關(guān)聯(lián)、可整合、可分析,運(yùn)用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)倉庫技術(shù),采取分層設(shè)計(jì)方法構(gòu)建了一種松耦合的大數(shù)據(jù)云平臺框架(圖1)。
圖1 松耦合大數(shù)據(jù)云平臺框架
(1)應(yīng)用層
我們把各種應(yīng)用系統(tǒng)和信息化工具統(tǒng)一抽象成“應(yīng)用層”,不再區(qū)分應(yīng)用的公有云、私有云及單機(jī)的部署差異。這一層作為數(shù)據(jù)采集源頭,從中抽取所需的數(shù)據(jù)子集,但并不直接運(yùn)用到大數(shù)據(jù)分析中,而是經(jīng)過規(guī)范化處理后保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫中。
(2)接口層
應(yīng)用整合和數(shù)據(jù)抽取需要系統(tǒng)間調(diào)用機(jī)構(gòu)信息、用戶身份及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),出于安全的考慮,應(yīng)用系統(tǒng)不允許外部直接操作底層數(shù)據(jù)庫,就需要單獨(dú)提供一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈TO(shè)計(jì)獨(dú)立的接口層,屏蔽各應(yīng)用系統(tǒng)的部署方式、開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)性,采用基于HTTP協(xié)議的Restful API技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)通訊接口,編程調(diào)用返回JSON數(shù)據(jù)。接口由應(yīng)用層各應(yīng)用軟件分別實(shí)現(xiàn)。
(3)業(yè)務(wù)層
業(yè)務(wù)層完成兩個任務(wù):一是完成數(shù)據(jù)的抓取、清洗、轉(zhuǎn)換和加載等調(diào)和數(shù)據(jù)的過程[4],“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)接口”由“中華人民共和國教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”和應(yīng)用系統(tǒng)特定的元數(shù)據(jù)構(gòu)成,為調(diào)和數(shù)據(jù)的功能模塊所調(diào)用;二是完成數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果呈現(xiàn),“數(shù)據(jù)分析與挖掘模塊”為主題提供算法,“報(bào)表和視圖呈現(xiàn)模塊”將結(jié)果數(shù)據(jù)返回給前臺用戶。業(yè)務(wù)層功能模塊由定制開發(fā)的軟件實(shí)現(xiàn),本地化部署。
(4)存儲層
存儲層的目標(biāo)是匯聚存儲教育大數(shù)據(jù),建立統(tǒng)一的區(qū)級數(shù)據(jù)中心。對照應(yīng)用層各平臺所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型和格式,分別設(shè)計(jì)主題生成數(shù)據(jù)集市,逐步建設(shè)完成數(shù)據(jù)倉庫。最終由傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件(如MySQL)提供物理存儲。
1.虛擬化數(shù)據(jù)中心
虛擬化數(shù)據(jù)中心已建設(shè)完成,使用了華為全套設(shè)備和軟件,配備11臺雙路服務(wù)器,全萬兆光纖數(shù)據(jù)通道,2臺獨(dú)立存儲設(shè)備提供120T存儲容量,安裝Fusion Compute云操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化運(yùn)維,使用備份一體機(jī)按策略自動備份虛擬機(jī)和數(shù)據(jù)庫。
2.部署智慧教育云平臺
引進(jìn)了一套“教育云平臺”軟件,按照國家三通兩平臺的要求開發(fā),基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與國家教育資源公共服務(wù)平臺連通。重要的是這套平臺提供了一個框架,能實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一身份認(rèn)證”和“應(yīng)用市場”兩個設(shè)計(jì)目標(biāo)。
云平臺包含一個實(shí)名制用戶中心,通過“開放平臺”編程模式向應(yīng)用系統(tǒng)提供系列接口(圖2),供統(tǒng)一身份驗(yàn)證和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)用,能實(shí)現(xiàn)Web應(yīng)用、Windows客戶端和手機(jī)App的對接。應(yīng)用市場的管理功能除管理本區(qū)部署的應(yīng)用軟件外,還可完成與上級平臺及應(yīng)用的對接整合(圖3),用戶界面直觀易用,可單點(diǎn)登錄(圖4)。
圖2 開放平臺接口
圖3 應(yīng)用市場管理界面
圖4 應(yīng)用市場用戶界面
3.區(qū)級教育應(yīng)用體系
綜合了區(qū)校兩級的共性需要,首批提供網(wǎng)絡(luò)閱卷系統(tǒng)、一對一教學(xué)、數(shù)字題庫、視文資源庫、網(wǎng)絡(luò)教研中心、辦公OA和課題管理等區(qū)級應(yīng)用系統(tǒng),正逐步完成與云平臺的對接,整合到應(yīng)用市場,向?qū)W校開放共享。
4.大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)
面對種類繁多的教育應(yīng)用系統(tǒng),建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫,開展大數(shù)據(jù)分析,需要定制開發(fā),因此選定了“學(xué)業(yè)質(zhì)量分析”作為首個定制的主題,以積累經(jīng)驗(yàn)。數(shù)據(jù)主要來自于:學(xué)籍管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)閱卷系統(tǒng)、成績報(bào)表、中考數(shù)據(jù)報(bào)表和雙向細(xì)目表等,開展諸如小題、知識點(diǎn)和學(xué)科能力等方面指標(biāo)分析。
大數(shù)據(jù)智慧云平臺對應(yīng)用整合和數(shù)據(jù)整合的要求很高,從規(guī)劃階段開始就應(yīng)高度重視使用國家教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和各種接口的完備性與規(guī)范性,并貫徹始終。應(yīng)用軟件在整合到應(yīng)用市場前,至少提出三個技術(shù)要求:(1)按照云平臺提供的接口進(jìn)行整合;(2)落實(shí)提取的數(shù)據(jù)內(nèi)容,遵循現(xiàn)有的教育行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);(3)提供抽取數(shù)據(jù)的API接口。
云平臺雖然采用了松耦合的架構(gòu),對部署方式兼容性較好,但教育數(shù)據(jù)中諸多信息涉及個人和機(jī)構(gòu)的隱私,如學(xué)生學(xué)籍、用戶身份、組織架構(gòu)和公文數(shù)據(jù)等,涉及此類信息的應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)部署在由教育主管機(jī)構(gòu)所管理的數(shù)據(jù)中心,遵守國內(nèi)隱私保護(hù)和信息安全方面的法律法規(guī),禁止互聯(lián)網(wǎng)云應(yīng)用調(diào)用和存儲,保密隱私數(shù)據(jù)。
云平臺服務(wù)于智慧校園,最終需要學(xué)校信息技術(shù)人員去部署、培訓(xùn)和使用,他們的專業(yè)技術(shù)水平直接關(guān)乎平臺的整合能力和應(yīng)用水平,培養(yǎng)和維系這樣一支骨干團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)作為這個系統(tǒng)工程的一個重要項(xiàng)目來對待。