肖 瑋

（1.中南大學，長沙 410083；2.湖南省教育廳信息中心，長沙 410021）

0 引言

近年來，教育信息化建設是我國教育改革的重點工作內(nèi)容之一，主要是將教育相關資源信息以數(shù)字化信息的方式進行保存和訪問，目的是推動教育資源實現(xiàn)便捷、安全和共享發(fā)展，平衡各地區(qū)教育資源，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)教育水平和教學質量的全面提升。教育信息化建設之初，因為資源分配不均勻而導致部分地區(qū)教育發(fā)展出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，致使一部分學校在信息化建設方面出現(xiàn)了技術落后和資源匱乏問題，而云計算技術的誕生使得教育信息化建設出現(xiàn)的這類問題迎刃而解，通過開發(fā)教育云平臺，可以保證各地獲得相同的教育資源，為信息化教育改革的平衡性和共享性發(fā)展提供巨大的技術支撐。本文通過深入探討基于云計算技術的教育信息管理平臺的設計，旨在為教育信息管理平臺項目建設工作提供參考性建議。

1 相關技術介紹

1.1 云計算技術

云計算技術是一種分布式處理、并行處理、網(wǎng)格計算的發(fā)展概念，屬于分布式計算技術的一種，可以將龐大的計算程序拆分成無數(shù)個小程序，再由多個服務器并行處理得到計算結果，強大的云計算平臺可以在數(shù)秒內(nèi)完成數(shù)以千萬計的信息計算處理，提供強大的網(wǎng)絡服務。本文設計的教育信息管理平臺涉及教育課程資源、視頻資源、師生信息資源、資源分配等多種數(shù)據(jù)和程序，需要云計算技術幫助完成資源整合、資源存儲和資源調(diào)度，也只有云計算技術才能夠高效完成以上任務。云計算技術具有超大規(guī)模、高擴展性、虛擬化、高可靠性等優(yōu)點，能夠幫助配置教育信息服務平臺，形成穩(wěn)定化、集約化、可靠、低成本的運營體系。云計算技術主要包括以下幾個方向。

1.1.1 虛擬機技術

虛擬機是構建云計算底層架構的重要基石，可以實現(xiàn)對硬件的抽象，能夠同時連接多個硬件設備，以達到提高算力的根本目的。虛擬化軟件可以通過在硬件上安裝宿主操作系統(tǒng)，來完成多個虛擬機間的隔離與合作任務，能夠有效實現(xiàn)資源的分配、調(diào)度和管理。

1.1.2 數(shù)據(jù)存儲技術

云計算的數(shù)據(jù)存儲需要同時滿足大量用戶的需求并提供相應服務，因此其存儲技術需要具備分布式、高吞吐率和高傳輸率的特點。

1.1.3 分布式編程計算

云計算的分布式編程計算模型十分簡單，對編程人員和后臺管理人員實現(xiàn)了功能透明，以方便其能夠執(zhí)行復雜的并行計算方案，為用戶帶來輕松的計算服務體驗并實現(xiàn)相應的目的。

1.1.4 業(yè)務接口

云計算需要實現(xiàn)傳統(tǒng)IT 系統(tǒng)向云計算平臺的遷移，為了保證業(yè)務一致，需要提供統(tǒng)一的業(yè)務接口，使得遷移工作更加容易且安全，目前SOA 架構、WebService 特征的業(yè)務模式是主流發(fā)展路線。

1.2 B/S架構

B/S 架構是一種網(wǎng)絡結構模式，即瀏覽器/服務器模式，主要的目的是用戶不需下載客戶端，只需通過登錄瀏覽器相應網(wǎng)址，便可實現(xiàn)對服務器的訪問，其中服務器端安裝有數(shù)據(jù)庫、云計算模塊和其他的服務模塊，用戶可以通過瀏覽器完成資源的調(diào)度。B/S 架構目前發(fā)展為三層架構即瀏覽器—Web 服務器—數(shù)據(jù)庫服務器模式：第一層為瀏覽器，可以實現(xiàn)簡單的輸入輸出功能，不參與過多的事務邏輯處理，面向大范圍用戶，界面設計簡潔通用；第二層為Web 服務器，主要涉及信息傳送與邏輯處理功能，屬于數(shù)據(jù)的中轉站；第三層為數(shù)據(jù)庫服務器，主要存放大量的數(shù)據(jù)，并且與第二層相連，收到請求后會提供相應的返回結果。B/S架構開發(fā)成本低、維護方便、分布性強，可以很好地與云計算技術相結合，也是本文教育信息管理平臺架構設計的首選方案。

2 教育信息管理平臺設計面臨的挑戰(zhàn)

教育信息管理平臺的設計，技術方案只是其中一部分，教育行業(yè)特點是需要思考的另一部分，在平臺設計的過程中，面臨的挑戰(zhàn)也有很多。

2.1 訪問時間集中化

教育行業(yè)呈現(xiàn)的特點是集中教學和分段教學，學生僅有的使用平臺的時間一般為課余時間，因此這段時間平臺系統(tǒng)會收到大量用戶訪問的數(shù)據(jù)請求，需要平臺的性能可以滿足要求。有集中工作時間，就會有閑置時間，當系統(tǒng)處于閑置時間時，如果還是投入較大的資源供應，無疑會造成運營成本的增加，所以如何平衡資源分配是設計平臺面臨的重要挑戰(zhàn)。

2.2 數(shù)據(jù)冗余

云計算平臺的核心目的是集各地的教育資源于一身，并提供統(tǒng)一的資源調(diào)度服務，因此在項目上線之初必定會收到來自各地的教育資源的提交，由于各地交流不足，可能會將重復性資源存入平臺數(shù)據(jù)庫中，造成平臺存儲空間的浪費；當初期集中收集整理資源結束后，后期對待其他零散的教育資源的存儲，也需要能夠分辨出冗余數(shù)據(jù)的系統(tǒng)設計，所以如何將冗余程度減少到最低也是面臨的重要挑戰(zhàn)。

2.3 權限管理

云計算平臺設計時必須要考慮到的問題是如何分配管理人員的權限。不同的用戶身份必須提供不同的使用權限，如教育管理人員、校長、主任、教師、學生，這些人員的權限等級不同，可以接觸到的平臺功能也會不同，這樣才不會出現(xiàn)管理混亂的現(xiàn)象。

2.4 信息安全

信息安全是最為重要的一件事，傳統(tǒng)的教育信息平臺主要存在于各地線下，因此信息資源的保存和防護僅考慮線下即可，數(shù)據(jù)保存方式包括硬盤存儲、多份備份，數(shù)據(jù)防護方式包括庫房防火、防盜、數(shù)據(jù)防誤刪和數(shù)據(jù)恢復。而基于云計算的教育信息管理平臺則是處于線上，對信息安全管理的重視程度自然要上升一個等級，除了前面提到的方法，還要考慮到服務器數(shù)據(jù)庫安全，這些多數(shù)是公共資源信息安全的防護。另外，教育信息管理平臺還可能涉及用戶的私人信息存儲安全，比如教師的私人教案、學生的私人筆記等，平臺應該提供個性化私人存儲空間，并且避免通過公共途徑檢索到這些私人內(nèi)容。

3 教育信息管理平臺的功能性需求分析

討論了平臺相關技術和面臨的設計挑戰(zhàn)，接下來綜合分析平臺的功能性需求，并從軟件工程角度分析平臺設計需要的用戶角色和功能用例。

3.1 系統(tǒng)用戶介紹

如表1 所示，統(tǒng)計了教育信息管理平臺涉及的用戶角色及其各自的權限功能。

表1 教育信息管理平臺角色統(tǒng)計

管理員分為平臺管理員和學校管理員，平臺管理員擁有大部分權限，包括添加用戶角色、管理用戶權限、審核教育資源等；學校管理員的權限包括添加普通用戶角色、管理普通用戶權限、審核學校教育資源、安排學校課程等。

普通用戶包括教師和學生，教師的權限包括上傳教案、下載課程資源、布置批改作業(yè)、共享文件等；學生的權限包括上傳筆記、下載課程資源、上傳作業(yè)、共享文件等。

如表2 所示，解釋了各角色權限的具體功能。

表2 各權限功能介紹

3.2 系統(tǒng)功能模塊介紹

教育信息管理平臺系統(tǒng)除了各個用戶共用的登錄頁面外，具體可劃分為管理員模塊和普通用戶模塊。管理員模塊中主要包括的功能頁面為教師檔案信息管理頁面、學生檔案信息管理頁面、各類用戶權限分配頁面、各類教育資源審核頁面、數(shù)據(jù)庫管理頁面、系統(tǒng)維護管理頁面、各項計算數(shù)據(jù)生成的日志管理頁面等；普通用戶模塊中主要包括的功能頁面為個人信息修改頁面、私人信息上傳頁面、作業(yè)管理頁面、成績查詢頁面、文件分享頁面、在線留言頁面等。

4 教育信息管理平臺的結構設計

教育信息管理平臺采用三層B/S 架構模式，包括瀏覽器—Web 服務器—數(shù)據(jù)庫服務器，每一層都有各自的功能邏輯，在整個系統(tǒng)運行的過程中發(fā)揮各自的作用。

4.1 瀏覽器頁面設計

瀏覽器頁面設計首先要考慮到易用性，以簡潔易用為主，符合用戶的一般使用習慣，如確認鍵在輸入框右側或下側，提交鍵和下載鍵以特殊圖標顯示等，讓用戶能夠快速掌握平臺的使用規(guī)則；其次要考慮到魯棒性，主要體現(xiàn)在對普通用戶輸入數(shù)據(jù)的判斷上面，理想情況是對每一條用戶輸入的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)都可以對其反饋信息，因此在設計的時候要注意提示用戶輸入的數(shù)據(jù)是否符合要求，即字符串是否有效，而不是亂碼或無意義的文字，甚至是空字符串。對不符合要求的數(shù)據(jù)要給予提示，提醒用戶應該輸入符合要求的數(shù)據(jù)，對符合要求的數(shù)據(jù)能夠實時反饋交互信息。

4.2 Web服務器設計

Web 服務器的設計邏輯思路是利用云計算能力為每一個傳輸數(shù)據(jù)資源智能地選擇最佳路徑，當用戶在瀏覽器發(fā)出請求后，業(yè)務層會立刻予以計算，尋找離該用戶最近的子服務器，并及時連通數(shù)據(jù)庫，從中提取教育資源，而當其中一臺服務器出現(xiàn)故障時，平臺可以迅速轉移業(yè)務到其他備用服務器上，保證平臺應用邏輯的順利完成，實現(xiàn)資源訪問的最優(yōu)化。Web 服務器的邏輯設計中最突出的一點在于能夠有效分配服務器資源，當遇到大量用戶同時訪問時，可以集中力量解決計算問題。

4.3 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫是整個信息管理平臺設計的重中之重，也是底層設計，與瀏覽器和服務器共同實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的流通。本文選擇使用關系型數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫中表與表的關系，進行一對一、一對多、多對多的設計，創(chuàng)建的SQL數(shù)據(jù)庫中含有多張數(shù)據(jù)表，并且采用了索引、視圖和觸發(fā)器的設計，使得整個數(shù)據(jù)庫的訪問變得靈活便于管理，且因命名規(guī)則的限定加上管理員對教育資源的審核，有效減輕了數(shù)據(jù)冗余問題，本文主要介紹用戶相關的數(shù)據(jù)表和教育資源相關的數(shù)據(jù)表，其中用戶表以學生表為例，教育資源表以課程表為例。

（1）students 表：記錄普通用戶基本信息，即用戶名、密碼、用戶類型、真實姓名、年齡、狀態(tài)等，如表3所示。

表3 學生表（students）

續(xù)表

（2）courses 表：記錄課程信息，即課程編號、課程名、上課時間、上課地點、學時等，如表4 所示。

表4 課程表（courses）

5 總結

教育信息管理平臺應用云計算技術進行設計搭建，可以有效地解決目前全國不同區(qū)域內(nèi)學校教育資源分配不均、資源共享難度大的問題，能夠切實幫助學生和教師更好地拓寬教育資源獲取渠道，最大限度地實現(xiàn)教育資源的公平發(fā)展，學生可以根據(jù)自己的需要制定有針對性的學習發(fā)展規(guī)劃，同時，基于云計算技術搭建的教育信息管理平臺還能夠有效避免不同區(qū)域因資源冗余問題而造成的管理成本浪費現(xiàn)象，具有十分廣闊的發(fā)展前景。