信息化整合和環(huán)境構(gòu)建

興喬　趙曉寧

多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)再到移動(dòng)學(xué)習(xí)，信息化浪潮不斷與傳統(tǒng)教學(xué)改革趨勢(shì)融匯，這一進(jìn)程不但與傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，也與裝備規(guī)劃、設(shè)計(jì)、應(yīng)用體系均產(chǎn)生不同程度的矛盾，解決這一矛盾要求現(xiàn)實(shí)與發(fā)展相統(tǒng)一，建設(shè)、規(guī)格與普及應(yīng)用相協(xié)調(diào)?；趩栴}及系統(tǒng)優(yōu)化問題的解決方案的研究，當(dāng)時(shí)在教育裝備各領(lǐng)域引起重視，裝備管理部門、專家、學(xué)者、生產(chǎn)者、研發(fā)機(jī)構(gòu)均參與了這一過(guò)程，進(jìn)行了多方面的研究與實(shí)踐。

1 關(guān)于信息化資源庫(kù)的研究

教學(xué)資源是抽象層次上的教學(xué)資源，是指經(jīng)過(guò)數(shù)字化方式處理或者經(jīng)過(guò)再加工和制作的、可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的、能夠展現(xiàn)相關(guān)知識(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)材料，它還能激發(fā)學(xué)生通過(guò)自主、合作、創(chuàng)造的方式來(lái)尋找和處理信息，從而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)的開展。這些教學(xué)資源以對(duì)象的形式保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將與數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于資源屬性的描述和評(píng)價(jià)信息關(guān)聯(lián)。教學(xué)資源庫(kù)指廣義的資源庫(kù)概念，它不僅包括教學(xué)資源存儲(chǔ)功能，而且包括教學(xué)資源管理功能、教學(xué)資源訪問功能、教學(xué)資源評(píng)價(jià)功能等，即廣義上的教學(xué)資源共享和管理系統(tǒng)。

資源庫(kù)建設(shè)問題是教育信息化建設(shè)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。多媒體、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)均對(duì)資源庫(kù)建設(shè)提出適應(yīng)性要求。而建設(shè)資源庫(kù)，當(dāng)時(shí)一方面要對(duì)傳統(tǒng)資源進(jìn)行數(shù)字化重構(gòu)，同時(shí)也要對(duì)新出現(xiàn)或新形成的資源進(jìn)行適應(yīng)新型教學(xué)的處理，這一信息量是異常豐富的、海量的，分布地域遍及全球。如何建設(shè)學(xué)習(xí)資源庫(kù)，教育裝備機(jī)構(gòu)及相關(guān)專業(yè)人士積極開展了此方面的研究，內(nèi)容涉及當(dāng)時(shí)資源庫(kù)建設(shè)方面存在的問題、解決方案、體系架構(gòu)方法及原則等，以適應(yīng)信息化教學(xué)發(fā)展的需要，優(yōu)化教學(xué)流程，促進(jìn)教學(xué)改革。

消除“信息孤島”現(xiàn)象 董旭東、艾倫在《基于Web Service的教學(xué)資源庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)》中，指出當(dāng)時(shí)在教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)過(guò)程中存在的系統(tǒng)開放性差、異構(gòu)性突出、信息資源難以共享等問題，提出采用面向服務(wù)構(gòu)架方法建立開放的、可擴(kuò)展的、共享的教學(xué)資源庫(kù)的方案，嘗試重構(gòu)資源庫(kù)體系，整合現(xiàn)有教學(xué)資源，消除“信息孤島”?；ヂ?lián)網(wǎng)上教育教學(xué)資源遍及全球、異常豐富，要從教學(xué)資源的信息化、可移植性角度出發(fā)，對(duì)來(lái)自不同的數(shù)字化方法處理的傳統(tǒng)資源、不同廠商不同機(jī)構(gòu)、各教育門戶網(wǎng)站、網(wǎng)校、學(xué)科資源站點(diǎn)以及數(shù)字圖書館等這些資源相對(duì)集中、結(jié)構(gòu)各異、分散存儲(chǔ)的教育教學(xué)資源進(jìn)行科學(xué)的組織管理，進(jìn)行優(yōu)化。

“信息孤島”問題產(chǎn)生原因主要在于教學(xué)資源庫(kù)方面存在系統(tǒng)的不一致，在教育信息系統(tǒng)建設(shè)中自行開發(fā)各自系統(tǒng)，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和兼容性，與網(wǎng)絡(luò)共享的基本要求背道而馳?！澳壳傲餍械慕虒W(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)方式多樣，有的以文件形式直接保存在存儲(chǔ)設(shè)備上，有的保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；有分布式存儲(chǔ)的，也有集中式存儲(chǔ)的。操作系統(tǒng)絕大部分是Windows2000，也有少數(shù)的Linux和Unix操作系統(tǒng)。由于在系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)的技術(shù)原因或者其他原因，目前的教學(xué)資源庫(kù)系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)方面存在一些不足，如系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性、互操作性差等。”

建立開放、統(tǒng)一、規(guī)范的教學(xué)資源庫(kù) 采用Web應(yīng)用程序定義或規(guī)范一個(gè)開放的、面向Web應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一切皆是服務(wù)，系統(tǒng)的功能單元要么是服務(wù)的提供者，要么是服務(wù)的消費(fèi)者，體系結(jié)構(gòu)參見圖1。

1）信息處理能力更強(qiáng)?！癢eb Service的輸入輸出則均是標(biāo)準(zhǔn)XML格式的數(shù)據(jù)，這就為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果的處理提供了方便?！本邆涠伍_發(fā)端口，“系統(tǒng)在不同層次上提供Web服務(wù)接口，用戶可以在自己的應(yīng)用程序里調(diào)用這些接口，從而把系統(tǒng)的服務(wù)嵌入到自己的應(yīng)用系統(tǒng)里。應(yīng)用開發(fā)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單和快捷”。

2）松散耦合。這一特征也是源于對(duì)象/組件技術(shù)，當(dāng)一個(gè)Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)發(fā)生變更的時(shí)候，調(diào)用者是不會(huì)感到這一點(diǎn)的，對(duì)于調(diào)用者來(lái)說(shuō)，只要Web服務(wù)的調(diào)用界面不變，Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)的任何變更對(duì)他們來(lái)說(shuō)都是透明的。

3）使用協(xié)約的規(guī)范性。這一特征從對(duì)象而來(lái)，但相比一般對(duì)象，其界面更加規(guī)范化和易于機(jī)器理解。

4）使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范。作為Web服務(wù)，其所有公共的協(xié)約完全需要使用開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行描述、傳輸和交換。這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議具有完全免費(fèi)的規(guī)范，以便由任意方進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。一般而言，絕大多數(shù)規(guī)范將最終由W3C或OASIS作為最終版本的發(fā)布方和維護(hù)方。

5）高度可集成能力。由于Web服務(wù)采取簡(jiǎn)單的、易理解的標(biāo)準(zhǔn)Web協(xié)議作為組件界面描述和協(xié)同描述規(guī)范，完全屏蔽了不同軟件平臺(tái)的差異，無(wú)論是CORBA、DCOM還是EJB，都可以通過(guò)這一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行互操作，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前環(huán)境下最高的可集成性。

6）開放性。Web Service可以與其他Web Service進(jìn)行交互，具有語(yǔ)言和平臺(tái)無(wú)關(guān)性，支持CORBA、EJB、DCOM 等多種組件標(biāo)準(zhǔn)，支持各種通訊媒體如HTTP、SMTP、MQ、FTP、RMI over IIOP等。

7）完好的封裝性。Web服務(wù)既然是一種部署在Web上的對(duì)象，自然具備對(duì)象的良好封裝性，對(duì)于使用者而言，他能且僅能看到該對(duì)象提供的功能列表。

研究提出的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為分層的分布式體系結(jié)構(gòu)。如圖2所示，“它的核心功能分布在兩部分，一部分運(yùn)行在資源控制主節(jié)點(diǎn)，另一部分運(yùn)行在各個(gè)資源節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)和各個(gè)子節(jié)點(diǎn)間通過(guò)Web Service相互調(diào)用傳遞信息。主控節(jié)點(diǎn)發(fā)出搜索請(qǐng)求前會(huì)在注冊(cè)中心查詢所有已注冊(cè)的服務(wù)，并選擇其中部分或全部子節(jié)點(diǎn)并把查詢請(qǐng)求以SOAP消息體形式發(fā)送到子節(jié)點(diǎn)，各個(gè)子節(jié)點(diǎn)把查詢結(jié)果返回給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)再呈現(xiàn)給用戶的瀏覽器或其他調(diào)用程序。各個(gè)子節(jié)點(diǎn)自行維護(hù)管理自己的資源，各個(gè)資源子節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)地加入和注銷其提供的服務(wù)，也就是說(shuō)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)信息由各個(gè)子節(jié)點(diǎn)自己維護(hù)”。

系統(tǒng)是一個(gè)開放的資源庫(kù)平臺(tái)，它提供了一種與語(yǔ)言、平臺(tái)無(wú)關(guān)的編程模式，能有效地加速應(yīng)用程序的集成過(guò)程，這使得基于Web Service架構(gòu)的應(yīng)用程序具備松散耦合、面向組件和跨技術(shù)實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理的研究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理存在的問題 當(dāng)教育信息化建設(shè)面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理時(shí)，所要解決的是多方面的比較復(fù)雜的問題，主要是由于缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理的支持環(huán)境，在教學(xué)管理中存在諸多問題。

1）不能及時(shí)提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)支持功能。由于缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化支持平臺(tái)，教師不能給學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源支持，學(xué)生無(wú)法下載某些多媒體課件，或通過(guò)在線視頻播放、動(dòng)畫模擬的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)效果受到影響。

2）師生互動(dòng)困難，管理不便，教師與學(xué)生交流的時(shí)間和機(jī)會(huì)有限。另外，教師與學(xué)生之間傳送文件經(jīng)常通過(guò)QQ或者E-mail進(jìn)行，一方面?zhèn)魉退俣缺容^慢，另一方面管理極不方便。

3）難以對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行整體管理，更無(wú)法對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

4）難以解決實(shí)踐教學(xué)中對(duì)教師工作量的考核，“使用手工記錄，難以準(zhǔn)確計(jì)算工作量”。

5）難以掌握實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的分布、使用現(xiàn)狀及構(gòu)成明細(xì)。一門實(shí)驗(yàn)課程對(duì)應(yīng)多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同一門實(shí)驗(yàn)課程的不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可能對(duì)應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)室，不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的儀器設(shè)備也不盡相同。實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備分布、使用現(xiàn)狀以及構(gòu)成明細(xì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)管理人員來(lái)說(shuō)更難以確切掌握。實(shí)驗(yàn)安排不合理，儀器設(shè)備和器材利用率不高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源浪費(fèi)。

問題分析表明：教師希望通過(guò)新的系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)材料的發(fā)布，建立一個(gè)“針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的Web實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)”；學(xué)生希望通過(guò)系統(tǒng)察看實(shí)驗(yàn)安排信息（包括實(shí)驗(yàn)課程的停、調(diào)等情況），完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，察看實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)以及教師對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)，與教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的交流，下載實(shí)驗(yàn)相關(guān)的學(xué)習(xí)資源；實(shí)驗(yàn)員希望通過(guò)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理（包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備的入庫(kù)、出庫(kù)、借用、報(bào)損等）、實(shí)驗(yàn)課表的安排、實(shí)驗(yàn)變更信息的發(fā)布等；系統(tǒng)管理員希望通過(guò)系統(tǒng)支持，完成網(wǎng)站欄目的設(shè)置、網(wǎng)站新聞的發(fā)布、各類人員的管理（包括添加、刪除人員名單，授予不同人員以不同的訪問權(quán)限等）、對(duì)各類人員發(fā)布的信息和資源的管理、網(wǎng)站的初始信息的管理、各種統(tǒng)計(jì)信息的管理等。

基于問題的研究認(rèn)為，有必要通過(guò)對(duì)教學(xué)實(shí)際需求進(jìn)行較為深入的考察，根據(jù)教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)員、系統(tǒng)管理員的意見，建設(shè)系統(tǒng)的信息化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理模式研究 2005年以來(lái)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）教學(xué)管理信息化的研究涵蓋高校和基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育等，對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息化管理等問題進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)方案、建議等。

張杰、包正委、林木輝從教育教學(xué)信息化開放共享的角度，基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)方面的不足，提出基于Web的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)其前臺(tái)和后臺(tái)信息交互的方法，嘗試構(gòu)建一個(gè)能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和管理水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理新模式。

系統(tǒng)目標(biāo)：能夠提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程支持功能，主要包括“實(shí)驗(yàn)課程管理以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)各環(huán)節(jié)的支持功能，如提供可靈活定制的課程框架和自主編輯的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容框架，由此來(lái)展示教師的主導(dǎo)作用；通過(guò)在線論壇、實(shí)驗(yàn)報(bào)告網(wǎng)上閱改、在線聊天室、資源共享空間等一系列工具構(gòu)建一個(gè)可協(xié)作、討論、交流、相互幫助的學(xué)習(xí)情境，支持學(xué)習(xí)者的協(xié)作交流；提供豐富的實(shí)驗(yàn)資源，方便教師和學(xué)生使用”。在此過(guò)程中，既可通過(guò)課程信息、實(shí)驗(yàn)資源的組織發(fā)布來(lái)發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又可通過(guò)提供豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和資源來(lái)促進(jìn)、支持學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

系統(tǒng)整合：“要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具有較快的響應(yīng)速度和較高的工作效率”；充分整合利用“包括局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)資料等現(xiàn)有資源，盡量減少重復(fù)投入”；系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)，可擴(kuò)充，易維護(hù)，操作簡(jiǎn)單；“具備有效處理數(shù)據(jù)訪問的并發(fā)操作的特性”。基于此，系統(tǒng)方案采用針對(duì)不同用戶設(shè)計(jì)不同的功能模塊的方法，分別為教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)員、系統(tǒng)管理員設(shè)計(jì)不同的操作模塊，如圖3～圖7所示。各類人員通過(guò)身份認(rèn)證之后，分別進(jìn)入自己的工作界面中，避免受到其他干擾信息的影響，從而有效提高工作效率。同時(shí)，各功能模塊依據(jù)各類人員實(shí)際的工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，能有效滿足各類人員對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。

系統(tǒng)架構(gòu)和選擇：基于Web的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)在軟件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)平臺(tái)的選擇上，基于功能需求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用B/S結(jié)構(gòu)。相對(duì)于C/S結(jié)構(gòu)而言，B/S結(jié)構(gòu)對(duì)用戶端的要求比較低，不用安裝除瀏覽器以外的任何軟件即可訪問系統(tǒng)，用戶只要掌握基本的瀏覽器使用技術(shù)便可無(wú)障礙地使用本系統(tǒng)，有利于應(yīng)用推廣。同時(shí)，采用B/S結(jié)構(gòu)可以有效降低系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，降低用戶的總體擁有成本（TCO）。

在系統(tǒng)平臺(tái)的選擇上，采用當(dāng)時(shí)Windows 2003 Server+

SQL Server 2000 +ASP.NET的組合。Windows 操作系統(tǒng)是當(dāng)時(shí)使用最為廣泛的PC操作系統(tǒng)，也是用戶最熟悉的操作系統(tǒng)，基于Windows操作系統(tǒng)的軟件也更容易被用戶接受。

在編程語(yǔ)言的選擇上，系統(tǒng)選擇ASP.NET技術(shù)，“為用戶提供了豐富的Web功能，即使用戶只掌握很少的編程經(jīng)驗(yàn)，也能開發(fā)功能強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)”，為系統(tǒng)開發(fā)中的數(shù)據(jù)訪問提供極大的便利，有效保障系統(tǒng)的訪問效率以及安全性。

依用戶類型進(jìn)行的模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)信息的統(tǒng)計(jì)、分類帶來(lái)方便。利用系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供科學(xué)的依據(jù)。例如，教師對(duì)學(xué)生關(guān)于某個(gè)學(xué)科或某個(gè)實(shí)驗(yàn)提出的問題進(jìn)行分析，可以有效掌握學(xué)生對(duì)這個(gè)學(xué)科或這個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)情況，便于教師及時(shí)提供反饋信息，改變教學(xué)策略，更改教學(xué)內(nèi)容，更好地應(yīng)對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的變化狀況，提高教學(xué)質(zhì)量和水平。教師也可以通過(guò)分析學(xué)生的訪問統(tǒng)計(jì)情況（訪問頻率、停留時(shí)間等），來(lái)掌握學(xué)生對(duì)某個(gè)學(xué)科或某個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)興趣等情況。

從當(dāng)時(shí)情況來(lái)說(shuō)，這一系統(tǒng)有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)最大程度的信息化管理，對(duì)于促進(jìn)教學(xué)管理向科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)紙化的方向邁進(jìn)具有積極作用：

1）使實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理更加科學(xué)、高效；

2）為師生交流提供了良好的互動(dòng)平臺(tái)；

3）學(xué)生能隨時(shí)了解自己的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)情況及實(shí)驗(yàn)成績(jī)；

4）減輕任課教師特別是主講教師的工作負(fù)擔(dān)（教師利用本系統(tǒng)發(fā)布作業(yè)信息，收取、批改學(xué)生作業(yè)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)答疑，向?qū)W生提供學(xué)習(xí)資源）；

5）學(xué)生利用本系統(tǒng)提交作業(yè)，咨詢學(xué)習(xí)中的問題，下載學(xué)習(xí)資源；

6）資源交換非常方便，突破利用公網(wǎng)進(jìn)行信息交流帶來(lái)的速度限制，同時(shí)也克服了使用ftp進(jìn)行資源交流帶來(lái)的安全問題和管理不便的問題。

這一系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是顯而易見的，如系統(tǒng)未提供虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在統(tǒng)計(jì)信息的圖形化表示方面不夠具體。但就當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)化、信息化建設(shè)實(shí)際情況而言，無(wú)疑具有積極意義。

（未完待續(xù)。）

本文為全國(guó)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年度課題“中國(guó)教育技術(shù)裝備發(fā)展史研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：DCA110188）部分研究成果——教育裝備發(fā)展理論研究綜述（節(jié)選）。

作者：興喬、趙曉寧，《中國(guó)教育技術(shù)裝備》雜志社（100081）。