大興區(qū)數(shù)字校園的架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用生態(tài)

李勇

架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用設(shè)計(jì)是數(shù)字校園建設(shè)的縱橫兩條主線，也是數(shù)字校園頂層設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)先于應(yīng)用設(shè)計(jì)，數(shù)字校園整體架構(gòu)的科學(xué)性、開(kāi)放性和穩(wěn)定性決定數(shù)字校園建設(shè)的成敗，并對(duì)數(shù)字校園的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

大興區(qū)數(shù)字校園整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

從架構(gòu)層面講，計(jì)算機(jī)和智能移動(dòng)終端由三層架構(gòu)組成：硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)和第三方應(yīng)用。成熟的云計(jì)算也是由三層架構(gòu)組成，依次是：基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層（IaaS）、平臺(tái)服務(wù)層（PaaS）和軟件服務(wù)層（SaaS）。IaaS相當(dāng)于計(jì)算機(jī)三層架構(gòu)中的硬件設(shè)備，主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，其功能是按需向用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施層面的服務(wù)。PaaS提供類似操作系統(tǒng)的功能，它部署在云計(jì)算中心（云端），一方面為開(kāi)發(fā)者提供標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)環(huán)境，另一方面為用戶提供統(tǒng)一的應(yīng)用管理操作環(huán)境。SaaS則是將所有應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在云端，用戶不需要在本地安裝部署軟件，只需要支付一定的租賃或授權(quán)費(fèi)用，即可像用自來(lái)水或用電那樣通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)享受到相應(yīng)的軟件服務(wù)。

從微觀的個(gè)人電腦，到宏觀的云計(jì)算環(huán)境，三層架構(gòu)的建設(shè)模式已經(jīng)成為信息化環(huán)境建設(shè)的通用定律。數(shù)字校園的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)也同樣遵循這一定律，由物理層（服務(wù)器和存儲(chǔ)）、平臺(tái)層（教育云平臺(tái)）和應(yīng)用層（第三方應(yīng)用）這三層構(gòu)成。北京市大興區(qū)數(shù)字校園整體架構(gòu)則在經(jīng)典三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)分設(shè)計(jì)，其由物理層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和大數(shù)據(jù)中心五層構(gòu)成（如圖1）。其中，數(shù)據(jù)層和平臺(tái)層對(duì)應(yīng)云計(jì)算的PaaS層，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)即服務(wù)，應(yīng)用層和大數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)云計(jì)算的SaaS層，實(shí)現(xiàn)軟件即服務(wù)。

物理層：提供安全穩(wěn)定的云計(jì)算環(huán)境

“十二五”期間，大興區(qū)全面推進(jìn)“寬帶網(wǎng)絡(luò)校校通”工程，到2015年底完成教育骨干網(wǎng)全面升級(jí)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆骨干連接，千兆到學(xué)校，全區(qū)中小學(xué)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。2014年建成大興區(qū)教育云計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)了全區(qū)統(tǒng)一的虛擬服務(wù)器和云存儲(chǔ)管理，為數(shù)字校園應(yīng)用建設(shè)提供了安全穩(wěn)定的云計(jì)算環(huán)境。目前，大興區(qū)教育云計(jì)算中心擁有實(shí)體服務(wù)器58臺(tái)，可用于虛擬化的CPU672核，內(nèi)存5216G，存儲(chǔ)500T，用于存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)的分布式海量云存儲(chǔ)800T。

平臺(tái)層：整合、統(tǒng)一的信息化應(yīng)用支撐

平臺(tái)層是數(shù)字校園的操作系統(tǒng)，是支撐數(shù)字校園眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)，在區(qū)域統(tǒng)籌的數(shù)字校園三層架構(gòu)中，也經(jīng)常將平臺(tái)層叫做“教育云平臺(tái)”或“數(shù)字校園云平臺(tái)”。它既要為第三方應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支撐，也要為數(shù)字校園用戶提供統(tǒng)一的應(yīng)用管理界面。

數(shù)字校園建設(shè)好比城市建設(shè)，平臺(tái)層相當(dāng)于城市中的電力系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、供排水系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等公共基礎(chǔ)設(shè)施，而具體應(yīng)用則相當(dāng)于城市里各具特色的建筑。因此，平臺(tái)層的建設(shè)水平將直接影響到數(shù)字校園的整體質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。

1. 數(shù)據(jù)層建設(shè)

數(shù)據(jù)層重點(diǎn)完成“一庫(kù)兩中心”建設(shè)，即區(qū)域統(tǒng)一的教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、區(qū)域統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換中心和區(qū)域統(tǒng)一的實(shí)名身份認(rèn)證中心（如圖2）。

教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為所有教師、學(xué)生和家長(zhǎng)建立了實(shí)名信息、實(shí)名賬號(hào)和統(tǒng)一的組織機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)互操作中心制定了數(shù)據(jù)互操作規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的共享。統(tǒng)一身份認(rèn)證中心為第三方應(yīng)用提供統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄。

數(shù)據(jù)層的服務(wù)對(duì)象是第三方應(yīng)用，它為云平臺(tái)和第三方應(yīng)用建設(shè)提供了安全、靈活、可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，對(duì)外開(kāi)放的數(shù)據(jù)層是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，是保證數(shù)字校園云平臺(tái)和第三方應(yīng)用正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

2. 平臺(tái)層建設(shè)

平臺(tái)層是在數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)上建立的一個(gè)面向用戶的云應(yīng)用管理平臺(tái)。平臺(tái)層由以下5個(gè)平臺(tái)級(jí)應(yīng)用組成。

（1）云個(gè)人桌面，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一個(gè)人門戶

云個(gè)人桌面是全區(qū)統(tǒng)一的數(shù)字校園個(gè)人門戶，教師在個(gè)人桌面能夠以單點(diǎn)登錄的方式運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用和第三方應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行隱藏、顯示、添加、刪除等管理操作。云個(gè)人桌面的上半部分區(qū)域是系統(tǒng)應(yīng)用，下面區(qū)域則來(lái)自于用戶從應(yīng)用商店里選擇添加的第三方應(yīng)用。

（2）云系統(tǒng)應(yīng)用，全區(qū)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

云平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用是全區(qū)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，主要是一些通用性非常強(qiáng)的基礎(chǔ)管理類應(yīng)用和全區(qū)統(tǒng)一采購(gòu)的應(yīng)用，可將其理解為云平臺(tái)自帶的應(yīng)用，類似于蘋(píng)果手機(jī)自帶的系統(tǒng)應(yīng)用。

（3）云應(yīng)用商店，建立良好的應(yīng)用市場(chǎng)生態(tài)環(huán)境

應(yīng)用商店（如圖3）是大興區(qū)數(shù)字校園平臺(tái)層的核心組件，任何公司都可以在應(yīng)用商店注冊(cè)開(kāi)發(fā)者賬號(hào)并發(fā)布第三方應(yīng)用。

第三方應(yīng)用必須按照《大興區(qū)數(shù)字校園第三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)指南》進(jìn)行開(kāi)發(fā)或改造，只有通過(guò)技術(shù)規(guī)范審核后才能在應(yīng)用商店上線。教師在應(yīng)用商店瀏覽應(yīng)用介紹，查看用戶評(píng)價(jià)，當(dāng)學(xué)校采購(gòu)其中的應(yīng)用或服務(wù)后，應(yīng)用提供商為學(xué)校進(jìn)行應(yīng)用授權(quán)，學(xué)校獲得授權(quán)后，教師就可以將其添加到自己的“云個(gè)人桌面”了。

應(yīng)用商店為學(xué)校提供了豐富的第三方應(yīng)用選擇，使大興區(qū)數(shù)字校園云平臺(tái)既可以滿足區(qū)域統(tǒng)一的應(yīng)用需求，又可以滿足學(xué)校個(gè)性化的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌兼顧。應(yīng)用商店為區(qū)域教育信息化發(fā)展建立了“政府搭平臺(tái)、企業(yè)建應(yīng)用、學(xué)校買服務(wù)”的良好市場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，云平臺(tái)覆蓋范圍越大，應(yīng)用商店的作用就越明顯。

（4）云消息中心，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用消息的統(tǒng)一管理

大興區(qū)數(shù)字校園云平臺(tái)為第三方應(yīng)用提供了統(tǒng)一的消息中心。消息中心對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)的消息數(shù)據(jù)接口，第三方應(yīng)用將應(yīng)用消息統(tǒng)一推送到消息中心，消息中心通過(guò)云個(gè)人桌面、大興校信桌面客戶端、大興校信移動(dòng)客戶端，再將消息推送給個(gè)人用戶。

（5）大興校信，大興數(shù)字校園的客戶端應(yīng)用

大興校信是大興區(qū)數(shù)字校園的客戶端應(yīng)用，分為桌面客戶端（如圖4）和移動(dòng)客戶端。大興校信與統(tǒng)一認(rèn)證中心整合，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄；與云個(gè)人桌面整合，實(shí)現(xiàn)客戶端應(yīng)用門戶；與消息中心整合，實(shí)現(xiàn)客戶端消息門戶。大興校信還是簡(jiǎn)單易用的即時(shí)通訊系統(tǒng)，大興校信同步數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)教師與教師、教師與家長(zhǎng)的實(shí)時(shí)交流。

3. 應(yīng)用開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

大興區(qū)為第三方應(yīng)用的開(kāi)發(fā)建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，編寫(xiě)了《大興區(qū)數(shù)字校園第三方應(yīng)用開(kāi)發(fā)指南》，其中詳細(xì)介紹了云平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)互操作規(guī)范、應(yīng)用開(kāi)發(fā)流程以及各種技術(shù)規(guī)范文檔。教育軟件公司參考開(kāi)發(fā)指南，就可以開(kāi)發(fā)出符合云平臺(tái)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)。

4. 云服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字校園一鍵式開(kāi)通

大興區(qū)數(shù)字校園云平臺(tái)以多租戶的SaaS方式實(shí)現(xiàn)了學(xué)校零部署的云服務(wù)模式，在可靠的數(shù)據(jù)層支持下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字校園的一鍵式開(kāi)通。一所學(xué)校若想建設(shè)數(shù)字校園，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)層實(shí)施、云平臺(tái)授權(quán)和應(yīng)用商店選擇應(yīng)用三步即可完成，實(shí)施周期3個(gè)小時(shí)。

應(yīng)用層：形成蓬勃發(fā)展的教育應(yīng)用生態(tài)

大興區(qū)數(shù)字校園云平臺(tái)為全區(qū)師生建立了統(tǒng)一的信息化應(yīng)用環(huán)境，為第三方應(yīng)用提供了操作系統(tǒng)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)環(huán)境，為教育應(yīng)用推廣建立了公平、透明的市場(chǎng)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域教育信息化整體推進(jìn)建立了良好的基礎(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，大興區(qū)以“開(kāi)放、合作、發(fā)展”為建設(shè)原則，以教育應(yīng)用生態(tài)建設(shè)為核心理念，重點(diǎn)圍繞教育管理、教師專業(yè)發(fā)展和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，深挖業(yè)務(wù)需求、突出應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了教育應(yīng)用資源的生態(tài)發(fā)展。

1. 教育管理應(yīng)用生態(tài)建設(shè)

大興區(qū)教育管理公共服務(wù)平臺(tái)主要包括基礎(chǔ)管理應(yīng)用、業(yè)務(wù)管理應(yīng)用和大數(shù)據(jù)應(yīng)用三個(gè)領(lǐng)域。

基礎(chǔ)管理應(yīng)用在云平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)布，是全區(qū)統(tǒng)一的云OA協(xié)同辦公系統(tǒng)，主要應(yīng)用包括通知公告、辦公郵箱、手機(jī)短信、工作流審批、日程協(xié)同、教師云盤(pán)等。每一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用都是獨(dú)立安裝的多租戶云應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)層統(tǒng)一的組織關(guān)系和用戶數(shù)據(jù)，既能滿足學(xué)校內(nèi)部的管理需求，又能實(shí)現(xiàn)貫通全區(qū)的工作協(xié)同。

業(yè)務(wù)管理類應(yīng)用統(tǒng)一部署在云平臺(tái)，以第三方應(yīng)用的形式在應(yīng)用商店中發(fā)布，以SaaS模式向?qū)W校提供軟件服務(wù)，滿足學(xué)校的個(gè)性化需求。例如校本選課系統(tǒng)、智能排課系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)閱卷系統(tǒng)、成績(jī)分析系統(tǒng)、電子檔案系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)等。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用在大數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)，并在系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)布“數(shù)據(jù)中心”應(yīng)用，作為數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)一入口，目前已經(jīng)初步完成教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)體系建設(shè)。

2. 教師專業(yè)發(fā)展應(yīng)用生態(tài)建設(shè)

大興區(qū)教育資源公共服務(wù)平臺(tái)從教師評(píng)價(jià)、教師培訓(xùn)、教育科研、網(wǎng)絡(luò)教研、資源共享、教師交流六個(gè)領(lǐng)域?yàn)榻處煂I(yè)發(fā)展提供信息化應(yīng)用服務(wù)。

電子證書(shū)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化教師評(píng)價(jià)，形成教師成長(zhǎng)大數(shù)據(jù)。教師培訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上和線下相結(jié)合的教師培訓(xùn)新局面。利用知網(wǎng)、龍?jiān)雌诳?、百度文?kù)等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為教育科研提供豐富的文獻(xiàn)資料。網(wǎng)絡(luò)教研三劍客充分利用視頻直播和視頻點(diǎn)播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“天天有教研，人人可參與”的網(wǎng)絡(luò)教研新常態(tài)。知識(shí)管理系統(tǒng)在統(tǒng)一教材目錄和知識(shí)點(diǎn)路徑的數(shù)據(jù)支持下，實(shí)現(xiàn)了全區(qū)資源的共建共享。在教師社區(qū)則可建立學(xué)科協(xié)作組，實(shí)現(xiàn)教師之間的交流和分享。

3. 學(xué)生自主學(xué)習(xí)應(yīng)用生態(tài)建設(shè)

自主學(xué)習(xí)應(yīng)用生態(tài)由縱橫兩部分組成，縱向是貫穿整個(gè)學(xué)科內(nèi)容的知識(shí)路徑體系，橫向是為每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或?qū)W習(xí)階段設(shè)計(jì)的互動(dòng)學(xué)習(xí)方案和互動(dòng)學(xué)習(xí)資源。其中，互動(dòng)學(xué)習(xí)方案對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括新知識(shí)的學(xué)習(xí)、知識(shí)的記憶、知識(shí)的理解應(yīng)用和技能的熟練掌握，通過(guò)優(yōu)化組合的教育APP實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新。

自主學(xué)習(xí)生態(tài)建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，既要對(duì)學(xué)科的知識(shí)體系進(jìn)行深入研究，建立科學(xué)的自主學(xué)習(xí)知識(shí)路徑，又要對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)方式進(jìn)行研究，建立豐富的互動(dòng)學(xué)習(xí)資源。

自主學(xué)習(xí)應(yīng)用生態(tài)面向?qū)W習(xí)過(guò)程，它以創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式為目標(biāo)，充分發(fā)揮移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能移動(dòng)終端的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的人機(jī)互動(dòng)學(xué)習(xí)、無(wú)處不在的移動(dòng)學(xué)習(xí)和教師引領(lǐng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)，是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的核心內(nèi)容，是數(shù)字校園建設(shè)的高級(jí)階段，也是數(shù)字校園的最終發(fā)展方向。

（作者單位：北京市大興區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校）