區(qū)域教育數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與應(yīng)用探索
——以上海市虹口區(qū)教育數(shù)據(jù)中心建設(shè)為例

聞銘

（上海市虹口區(qū)教師進修學(xué)院,上海 2 0 0 0 8 1）

區(qū)域教育數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與應(yīng)用探索
——以上海市虹口區(qū)教育數(shù)據(jù)中心建設(shè)為例

聞銘

（上海市虹口區(qū)教師進修學(xué)院,上海 2 0 0 0 8 1）

區(qū)域數(shù)據(jù)中心建設(shè)是教育信息化的基礎(chǔ)性項目。在上海市虹口區(qū)教育系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的過程中，我們以“一個中心，兩套體系”為指導(dǎo)，總結(jié)出了平臺建設(shè)、統(tǒng)一身份認證和管理體系建設(shè)三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立了業(yè)務(wù)標準、數(shù)據(jù)標準、技術(shù)標準等標準規(guī)范管理體系和業(yè)務(wù)流程、審批流程等機制管理體系，實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)教育數(shù)據(jù)的集中管理和師生的一鍵通行，探索了若干基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用，落實了數(shù)據(jù)中心服務(wù)于教學(xué)、服務(wù)于決策的建設(shè)目標。

教育信息化；數(shù)據(jù)中心；統(tǒng)一身份認證；數(shù)據(jù)倉庫；大數(shù)據(jù)應(yīng)用

一、引言

數(shù)據(jù)中心建設(shè)是教育信息化建設(shè)中的基礎(chǔ)性項目，數(shù)據(jù)集中管理已成為教育信息化建設(shè)的主要方向。上海市虹口區(qū)作為在全國率先開展數(shù)字化課程環(huán)境建設(shè)與學(xué)習(xí)方式變革試驗（電子書包項目）的區(qū)縣，已初步構(gòu)建起面向21世紀學(xué)習(xí)的軟硬件數(shù)字化環(huán)境。在進行了十多年教育信息化深入探索后，各類應(yīng)用系統(tǒng)越來越豐富并且業(yè)務(wù)應(yīng)用也越來越深入，這些應(yīng)用系統(tǒng)在提升區(qū)內(nèi)教育的學(xué)生管理、教師管理、教務(wù)管理、課程管理、學(xué)生考試管理、成績分析、體質(zhì)監(jiān)測、資產(chǎn)管理等方面均發(fā)揮了重要的作用，也積累了大量應(yīng)用數(shù)據(jù)。

這些應(yīng)用系統(tǒng)在服務(wù)于區(qū)域教育信息化的同時，也逐步顯現(xiàn)出來一些問題。

問題一：缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。教育業(yè)務(wù)的特點是多部門、多業(yè)務(wù)，難以在一個系統(tǒng)上實現(xiàn)全部業(yè)務(wù)，但各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基本是相同的。由于缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，每當業(yè)務(wù)部門需要構(gòu)建一個系統(tǒng)，均要構(gòu)建和維護一套自己的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，造成應(yīng)用推廣的門檻過高，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性難以保障，更新、維護比較困難。

問題二：“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象突出。虹口區(qū)已經(jīng)建成的多個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，每個系統(tǒng)均會形成具有各自業(yè)務(wù)特點的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)標準不一，相對獨立，缺乏橫向數(shù)據(jù)交換機制，形成了一個個“信息孤島”。這種情況在系統(tǒng)單獨使用時不會有問題，但難以滿足更高層次數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)決策的需要。

問題三：缺乏統(tǒng)一的用戶認證中心。各系統(tǒng)的用戶認證是各自進行的，雖然有部分系統(tǒng)已經(jīng)進行了平臺整合，但底層數(shù)據(jù)庫沒有打通，還沒有建立統(tǒng)一的用戶認證機制，無法實現(xiàn)用戶跨系統(tǒng)的身份鑒別。

為貫徹落實上海市教委提出的“一網(wǎng)兩平臺三中心”[1](上海教育城域網(wǎng)，大規(guī)模智慧學(xué)習(xí)泛在平臺、上海教育綜合管理決策平臺，上海教育數(shù)據(jù)中心、上海教育資源中心和上海教育認證中心)的教育信息化發(fā)展總體框架，為了提升區(qū)域教育信息化建設(shè)水平，在信息化底層機制構(gòu)建方面提供支持，推動各項業(yè)務(wù)走向融合，更好地服務(wù)于政府決策，數(shù)據(jù)中心建設(shè)成為了首要的基礎(chǔ)工程。

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)一般有三種模式：集中建設(shè)、數(shù)據(jù)倉庫和分布式數(shù)據(jù)整合[2][3][4]。集中建設(shè)是脫離舊系統(tǒng)全新規(guī)劃數(shù)據(jù)中心進行建設(shè)，重新制定統(tǒng)一的信息標準，統(tǒng)一開發(fā)應(yīng)用平臺。分布式數(shù)據(jù)整合是指數(shù)據(jù)仍存儲于舊系統(tǒng)，僅僅為各數(shù)據(jù)庫建立索引，當用戶請求數(shù)據(jù)時再去各系統(tǒng)取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉庫模式既考慮了現(xiàn)有系統(tǒng)的整合，又兼顧了數(shù)據(jù)分析效率。

針對虹口區(qū)教育應(yīng)用的實踐情況，綜合分析各種建設(shè)模式的優(yōu)缺點，我們確立了以“一個中心，兩套體系”為建設(shè)目標，以構(gòu)建數(shù)據(jù)共享中心的模式來推進區(qū)級數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃和建設(shè)。其中“一個中心”即建設(shè)虹口區(qū)教育系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)虹口區(qū)信息資源的統(tǒng)一管理；“兩套體系”即在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)標準規(guī)范管理體系與機制管理體系。

二、區(qū)域數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)中心建設(shè)并非簡單地將各種硬件設(shè)備集成在一起，也不僅僅是存儲數(shù)據(jù)的中心，更重要的是數(shù)據(jù)流通和各種數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的中心，數(shù)據(jù)中心建設(shè)在規(guī)劃時應(yīng)保證具備合理可擴展的系統(tǒng)架構(gòu)、豐富的信息資源、安全可靠的機房設(shè)施、完善的管理機制，讓數(shù)據(jù)中心成為一潭活水，真正有效地服務(wù)于教育信息化?！耙粋€中心”的建設(shè)包含兩個方面的主要內(nèi)容：①建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理；②建設(shè)統(tǒng)一用戶管理平臺、身份認證平臺、教育門戶平臺，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)教育師生的一鍵通行。同時明確了在實現(xiàn)“一個中心”建設(shè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)和完善“兩套體系”，其建設(shè)內(nèi)容包括：①建立業(yè)務(wù)標準、數(shù)據(jù)標準、技術(shù)標準等標準規(guī)范管理體系；②建立業(yè)務(wù)流程、審批流程等機制管理體系。

依據(jù)這一頂層設(shè)計，區(qū)域數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)包含數(shù)據(jù)中心平臺建設(shè)、統(tǒng)一身份認證和管理體系建設(shè)三個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

（一）數(shù)據(jù)中心平臺建設(shè)

數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理，合理的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)是確保數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)就是要解決數(shù)據(jù)從哪里來、如何存儲、如何流轉(zhuǎn)、到哪里去、如何使用的問題。在數(shù)據(jù)中心的整體架構(gòu)中，各應(yīng)用系統(tǒng)是數(shù)據(jù)的來源，通過多層的ETL（Extract-Transform-Load，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)）抽取，數(shù)據(jù)進入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，再通過數(shù)據(jù)分析層，完成數(shù)據(jù)聯(lián)機分析和數(shù)據(jù)挖掘，按照不同的主題展現(xiàn)，為教育主管部門的決策和分析提供支持。

在十多年教育信息化建設(shè)的過程中，針對不同的實際需求，虹口區(qū)已經(jīng)建立和深入使用了許多的應(yīng)用系統(tǒng)，如學(xué)籍管理系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、學(xué)生體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)等，各系統(tǒng)都有各自的數(shù)據(jù)庫，其中數(shù)據(jù)也互有重疊和交織。根據(jù)對數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)需求的研究，總結(jié)出各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)交互主要要解決以下幾個方面的問題：①數(shù)據(jù)中心通過接口從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)抽取共享數(shù)據(jù)，確定各業(yè)務(wù)系統(tǒng)要共享的數(shù)據(jù)。②制定數(shù)據(jù)庫的映射表，經(jīng)過數(shù)據(jù)抽取，將各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫共享數(shù)據(jù)按統(tǒng)一標準與數(shù)據(jù)中心的共享數(shù)據(jù)庫進行交互。③按照數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一身份認證體系分配的權(quán)限，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以利用原有的方式進行數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析，新增系統(tǒng)和功能則可以利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計、分析等操作，如需要進行跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的查詢和分析，也可以利用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行。

1.數(shù)據(jù)倉庫體系結(jié)構(gòu)分層設(shè)計

為了兼容各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，便于將來更多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的加入，設(shè)計了面向多類型數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)抽取層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)融合層、數(shù)據(jù)倉庫層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層共六個分層。

（1）數(shù)據(jù)源層。數(shù)據(jù)源層包含各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，既包括諸如人事系統(tǒng)和學(xué)籍系統(tǒng)等對應(yīng)人員信息的數(shù)據(jù)源，也包括如課表系統(tǒng)和作業(yè)系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，還包含部分非結(jié)構(gòu)化的資源數(shù)據(jù)源。這一設(shè)計為后續(xù)數(shù)據(jù)中心的進一步建設(shè)，預(yù)留了擴展支持。

（2）數(shù)據(jù)抽取層。數(shù)據(jù)抽取層主要完成數(shù)據(jù)的抽取工作，主要功能是將遠程數(shù)據(jù)源通過ETL遷移到本地，與此同時完成數(shù)據(jù)的集成。跨越城域網(wǎng)抽取分布在各學(xué)校、各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，操作速度和效率都較低，復(fù)雜度也比較高，故通過這種ETL的抽取可以降低異構(gòu)數(shù)據(jù)源直接遠程操作帶來的對整個系統(tǒng)效率的影響，為不同種類數(shù)據(jù)的集成提供了統(tǒng)一的抽取規(guī)范。

（3）數(shù)據(jù)存儲層。首先，數(shù)據(jù)存儲層用于數(shù)據(jù)的存儲，是數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的綜合數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)存儲層對進入的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗、排重，完成數(shù)據(jù)的初步集成。如業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)更新，數(shù)據(jù)存儲層通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)日志功能將歷史數(shù)據(jù)進行備份保存。

其次，存儲層充當數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。由于數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及組織方式與數(shù)據(jù)源可能存在較大差異，源數(shù)據(jù)須經(jīng)過嚴格的抽取、映射、轉(zhuǎn)換和整合的過程，耗時較長，如從數(shù)據(jù)源直接抽取數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)倉庫，運行效率低下，影響各業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行，故利用存儲層作為原始數(shù)據(jù)的緩存區(qū),屏蔽業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變化對數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集成的影響。

再次，如果數(shù)據(jù)倉庫發(fā)生故障，數(shù)據(jù)可以再次從存儲層ETL至數(shù)據(jù)倉庫，而避免從數(shù)據(jù)源重新獲得數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)融合層。數(shù)據(jù)融合層負責(zé)將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲層抽取和轉(zhuǎn)換至數(shù)據(jù)倉庫。盡管數(shù)據(jù)都是以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲，但由于數(shù)據(jù)來源不同，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組織方式之間差異較大，需要對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行集成和融合。數(shù)據(jù)存儲層數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換和加載，要實時集成到數(shù)據(jù)倉庫中，因此，數(shù)據(jù)融合層不僅要完成數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換，還要具備合理的調(diào)度機制以滿足實時性需求。

（5）數(shù)據(jù)倉庫層。數(shù)據(jù)倉庫層由數(shù)據(jù)倉庫和若干數(shù)據(jù)集市組成。根據(jù)應(yīng)用需求的不同，數(shù)據(jù)倉庫采用星型或雪花型模型建模[5]，為應(yīng)用層的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。關(guān)系型數(shù)據(jù)倉庫按主題組織存儲數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)按主題進行匯總，完成各種數(shù)據(jù)的集成。

倉庫層根據(jù)不同分析和挖掘需求將數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)分類成不同的數(shù)據(jù)集市，OLAP（Online Analytical Processing，聯(lián)機分析處理）和數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用則依賴于這些數(shù)據(jù)集市。數(shù)據(jù)集市的數(shù)據(jù)一般由數(shù)據(jù)倉庫的全部或部分細節(jié)數(shù)據(jù)匯總?cè)诤隙鴣?，?shù)據(jù)量的大小、應(yīng)用需求和使用頻度等因素決定數(shù)據(jù)集市的融合程度。

（6）數(shù)據(jù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要包含各項數(shù)據(jù)應(yīng)用，如學(xué)生教師信息查詢檢索、各種教育相關(guān)的數(shù)值分析、數(shù)據(jù)挖掘、OLAP和決策支持等。數(shù)據(jù)應(yīng)用層利用統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)提供訪問控制。

2.數(shù)據(jù)倉庫主題分類

通過上述六層模型，可將數(shù)據(jù)從源數(shù)據(jù)庫中抽取轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)倉庫層。根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點，可將數(shù)據(jù)倉庫分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)倉庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)倉庫。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)倉庫。通過前期調(diào)研工作，梳理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型，將學(xué)校、教師、學(xué)生、課程等數(shù)據(jù)定義為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)僅包含所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中都需要使用到的數(shù)據(jù)，即教師、學(xué)生、學(xué)校等最基本的信息，如教師的姓名、性別、年齡、學(xué)校等信息?；A(chǔ)數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，同時保證各應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的唯一性與規(guī)范性。

（2）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)倉庫。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用范圍分為通用型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和拓展型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要是為不同用戶的各種統(tǒng)計分析和決策提供信息支持的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過上述六層模型被定期抽取進入數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)倉庫包含業(yè)務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)有的各類數(shù)據(jù)，采用規(guī)范的元數(shù)據(jù)標準，實現(xiàn)對各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標準化。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)倉庫通過數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)視圖等工具，向應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的再組織和實時聯(lián)動，也保持了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的準確性和一致性。

數(shù)據(jù)倉庫通過對數(shù)據(jù)的劃分，保證了數(shù)據(jù)抽取的性能；通過控制各類數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，保證了數(shù)據(jù)的安全。

（二）統(tǒng)一身份認證

1.多系統(tǒng)并行的現(xiàn)實問題

目前已逐步建成的和投入使用的系統(tǒng)包括教務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)、考務(wù)管理系統(tǒng)、教師信息管理平臺、電子白板課堂教學(xué)管理系統(tǒng)、作業(yè)管理平臺等，盡管最初有規(guī)劃將各系統(tǒng)進行關(guān)聯(lián)，但區(qū)域信息化建設(shè)中各類共性問題也很快地顯現(xiàn)了出來。

（1）系統(tǒng)使用不便。各系統(tǒng)由于建設(shè)周期不同，建設(shè)和使用部門也不同，每個系統(tǒng)都有獨立的用戶管理、組織機構(gòu)管理和權(quán)限管理，用戶在訪問不同系統(tǒng)時需要不同的用戶名和密碼，使用非常不便。

（2）系統(tǒng)維護不便。各系統(tǒng)實際建設(shè)時，并未能很好地統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)格式，有些系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)功能還有重疊，給系統(tǒng)的統(tǒng)一維護造成了極大的不便。

（3）安全隱患。許多用戶為了便于記憶，在各個系統(tǒng)中使用同樣的用戶名和密碼，有些系統(tǒng)間也采用不安全的認證方式，給整個系統(tǒng)的安全帶來了隱患。

（4）數(shù)據(jù)無法共享。系統(tǒng)之間即使愿意共享數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)格式的差異也無法做到，許多相關(guān)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)無法分析，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析帶來了障礙。

2.身份認證系統(tǒng)功能設(shè)計

“一個中心”建設(shè)的另一個重要內(nèi)容就是建設(shè)統(tǒng)一用戶管理平臺、身份認證平臺、教育門戶平臺，實現(xiàn)師生的一鍵通行。統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)能將各教育應(yīng)用有機地聯(lián)系起來。

統(tǒng)一身份認證平臺不存在其他復(fù)雜的信息處理類業(yè)務(wù)流程，其最重要的業(yè)務(wù)流程就是認證業(yè)務(wù)流程，其次是數(shù)據(jù)源同步的業(yè)務(wù)流程。其他的例如業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理、人員管理、權(quán)限設(shè)置等都屬于附屬性功能。

（1）單點登錄。驗證登錄用戶名與密碼的合法性，判斷在其他系統(tǒng)有無登錄，避免重復(fù)的登錄操作。

（2）單點退出。在任何一個應(yīng)用退出時，向所有其他應(yīng)用發(fā)送指令，保證應(yīng)用的數(shù)據(jù)安全。

（3）票據(jù)驗證。登錄后，再次實現(xiàn)票據(jù)驗證，保證接入的合法性，此功能對用戶透明。

（4）身份驗證。判別用戶身份為何種狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的步驟。①登錄狀態(tài)，允許進一步操作。②未登錄狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)至服務(wù)器進行登錄。③過期狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)至服務(wù)器進行登錄。④跨域跳轉(zhuǎn)狀態(tài)，不需要再次登錄，使用ST（Service Ticket，服務(wù)票據(jù)）進行驗證。

（5）屬性解析。通過驗證后，CAS（Central Authentication Service，中央認證服務(wù)）服務(wù)器端以XML格式傳輸用戶屬性，客戶端進行讀取、轉(zhuǎn)化和保存。

（6）多種登錄方式支持。受保護頁面登錄方式可以靈活多變，可以僅僅接受認證中心的認證授權(quán)，也可以選擇性地接受，或本地登錄、游客訪問和認證中心登錄并存。

（三）管理體系建設(shè)

數(shù)據(jù)中心建設(shè)不僅僅是系統(tǒng)的建設(shè)，各項機制的建設(shè)也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。機制建設(shè)首先要進行頂層的設(shè)計，再依照頂層設(shè)計完善各項標準和規(guī)章制度。

對于數(shù)據(jù)更新機制，包括數(shù)據(jù)源的更新和數(shù)據(jù)倉庫的更新，在進行數(shù)據(jù)倉庫模型的設(shè)計時就要充分地考慮，同時制定相應(yīng)的規(guī)章，定期檢查、備份和校驗，保證數(shù)據(jù)中心真正成為流動的數(shù)據(jù)的集合。

數(shù)據(jù)中心完成建設(shè)后，第一個功能就是可以實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和輸出、各業(yè)務(wù)平臺數(shù)據(jù)的交換，保證權(quán)威數(shù)據(jù)的唯一性，當業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要從數(shù)據(jù)中心獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、擴展數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，需要先根據(jù)自身系統(tǒng)的需求劃定所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具體內(nèi)容與范圍，并向數(shù)據(jù)中心管理辦公室提交數(shù)據(jù)交換申請，經(jīng)過教育局分管領(lǐng)導(dǎo)、數(shù)據(jù)中心管理辦公室等審批通過后，才開始正式進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)中心管理平臺建設(shè)完成后，可在線上完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)交換等申請與審批流程，有效整合人員、流程、技術(shù)，提高工作效率，同時能有效監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的運行。

為了更好地管理數(shù)據(jù)中心的日常運維，需要運維人員清晰地了解各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心間復(fù)雜關(guān)系、各部門或單位在數(shù)據(jù)中心的職責(zé)，在此基礎(chǔ)上制定完整的、精確的技術(shù)文檔。

數(shù)據(jù)中心建設(shè)目標中“兩套體系”明確了在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的同時，要建設(shè)和完善兩套管理體系：①建立業(yè)務(wù)標準、數(shù)據(jù)標準、技術(shù)標準等標準規(guī)范管理體系；②建立業(yè)務(wù)流程、審批流程等機制管理體系。虹口區(qū)在建設(shè)過程中堅持將機制建設(shè)作為數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運行的一個重要抓手，表1中列出了“一個中心，兩套體系”的建設(shè)內(nèi)容，包括配套制定的技術(shù)標準和工作制度。

表1 “一個中心，兩套體系”建設(shè)內(nèi)容

為了描述虹口區(qū)教育系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)性、通用性元數(shù)據(jù)標準，包括數(shù)據(jù)元素的標記、名稱、說明、表示、計量單位等相關(guān)內(nèi)容，以便更好地保障數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)及后續(xù)接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)交換，我們建設(shè)初期就建立起了元數(shù)據(jù)字典，元數(shù)據(jù)字典的建立主要依據(jù)下列步驟：①從數(shù)據(jù)模型中提煉出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元素和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)元素；②分析國標、行業(yè)對數(shù)據(jù)元素描述的規(guī)范，制定數(shù)據(jù)元素描述規(guī)范，包括數(shù)據(jù)元素的中文名稱、英文名稱、同義名稱、語境定義、分類方案值、數(shù)據(jù)類型等；③依據(jù)數(shù)據(jù)元素描述規(guī)范制定全職能域的元數(shù)據(jù)標準。

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的同時，為保證數(shù)據(jù)中心建成后，數(shù)據(jù)的準確性、唯一性、權(quán)威性，制定了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)流程管理規(guī)范。其中規(guī)定，除了提供源數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)不應(yīng)再維護本系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及擴展數(shù)據(jù)，而是應(yīng)當從數(shù)據(jù)中心中交換獲取。同時，要求提供源數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，務(wù)必保證源數(shù)據(jù)的準確性，當數(shù)據(jù)更新時，要及時維護，以保證本系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心及其他目標業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性。該規(guī)范中明確定義了數(shù)據(jù)中心與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)同步和新業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成的流程，從制度上保證數(shù)據(jù)中心建成后數(shù)據(jù)的權(quán)威性和一致性。

三、基于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用探索

區(qū)域教育數(shù)據(jù)中心作為一個服務(wù)平臺，最重要的是建立一系列的應(yīng)用，這些應(yīng)用一定要是服務(wù)于區(qū)域教育，為區(qū)域內(nèi)各教育相關(guān)方，如教師、學(xué)生、學(xué)校和教育主管部門等，提供各種數(shù)據(jù)分析服務(wù)的。因此，本研究探索了多項數(shù)據(jù)應(yīng)用及其實現(xiàn)步驟，通過數(shù)據(jù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)真正成為有價值的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)于應(yīng)用，應(yīng)用服務(wù)于教育。

（一）實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的技術(shù)路線

為探索數(shù)據(jù)中心應(yīng)用實現(xiàn)步驟，我們將應(yīng)用實現(xiàn)的技術(shù)路線歸納為以下五個步驟。其中，前三個步驟完全依托數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，也是數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.建立數(shù)據(jù)倉庫

數(shù)據(jù)倉庫是數(shù)據(jù)中心平臺建設(shè)的核心。數(shù)據(jù)來源于各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的集成接口，集成到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全按照決策支持的需求而設(shè)計成星型結(jié)構(gòu)或雪花型結(jié)構(gòu)，同時兼顧數(shù)據(jù)倉庫未來的可擴展性和數(shù)據(jù)查詢、訪問的效率。在抽取過程中，對數(shù)據(jù)進行了諸如完整性和有效性驗證，清洗和轉(zhuǎn)換冗余數(shù)據(jù)和不一致的數(shù)據(jù)。

2.確定數(shù)據(jù)訪問控制

通過統(tǒng)一身份認證，在實現(xiàn)單點登錄的同時，利用數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一用戶身份，實現(xiàn)完善統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問控制。統(tǒng)一身份認證根據(jù)用戶身份及所屬的預(yù)先定義的策略組，控制用戶使用數(shù)據(jù)資源范圍。數(shù)據(jù)資源范圍控制是保證數(shù)據(jù)保密性、完整性、可用性、合法實用性的重要基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)安全防范和數(shù)據(jù)資源保護的關(guān)鍵策略之一，系統(tǒng)依據(jù)控制策略提供訪問授權(quán)。

3.完善組織架構(gòu)管理

組織架構(gòu)管理是組織流程運轉(zhuǎn)、部門設(shè)置及職能規(guī)劃等最基本的依據(jù)，也是一種決策權(quán)的劃分體系及各部門的分工協(xié)作體系?？梢园呀M織管理的各個部門或個人定義為某一要素并配置在一定的位置上，確定其活動條件，規(guī)定其活動范圍，形成相對穩(wěn)定的科學(xué)的管理體系。通過兩套體系建設(shè)，我們將組織管理相關(guān)數(shù)據(jù)維護等工作形成規(guī)范化的流程和審批機制，明確各職位業(yè)務(wù)范圍與從屬關(guān)系，通過圖像化界面展現(xiàn)各職位情況及業(yè)務(wù)范圍，方便實現(xiàn)因人事、職位、職權(quán)變動引起的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限調(diào)整。

以上三個步驟都包含在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中。在實現(xiàn)這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，再通過數(shù)據(jù)聚合分析和數(shù)據(jù)的可視化，即可實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)中心的各項應(yīng)用。

4.數(shù)據(jù)聚合分析

數(shù)據(jù)聚合是根據(jù)實際的應(yīng)用將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)進行整合匯聚，形成便于數(shù)據(jù)分析的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析是通過適當?shù)姆椒▽κ占瘉淼拇罅繑?shù)據(jù)進行分析，抽取有價值的信息，形成結(jié)論,對數(shù)據(jù)加以詳細研究和概括總結(jié)的過程。可以根據(jù)實際的應(yīng)用采用不同的數(shù)據(jù)分析方法，如描述統(tǒng)計、假設(shè)檢驗、信度分析、相關(guān)分析、回歸分析、聚類分析等。

5.數(shù)據(jù)可視化

將海量的數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)聚合和分析后將結(jié)果借助于圖形手段進行可視化呈現(xiàn)，可實現(xiàn)清晰有效的傳達與溝通效果。數(shù)據(jù)可視化的目的就是要讓令人感到枯燥乏味的數(shù)據(jù)看上去絢麗多彩、簡單易懂，而不是極端復(fù)雜和費解。

根據(jù)以上步驟，我們探索建立了多種數(shù)據(jù)應(yīng)用。如數(shù)據(jù)查詢服務(wù)、在線審批服務(wù)、一站式信息服務(wù)、業(yè)務(wù)主題分析服務(wù)等。

（二）一站式信息服務(wù)

一站式信息服務(wù)是建立在數(shù)據(jù)中心建設(shè)基礎(chǔ)上的一類數(shù)據(jù)應(yīng)用。依循我們建設(shè)數(shù)據(jù)應(yīng)用的步驟，首先根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用的具體要求對數(shù)據(jù)進行匯集。日常教務(wù)管理與教學(xué)過程產(chǎn)生各類大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心通過匯聚各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以方便地實現(xiàn)各教育相關(guān)方的數(shù)據(jù)匯集，然后通過可視化方式為平臺用戶展示學(xué)校、教師、學(xué)生等業(yè)務(wù)主題相關(guān)的智能數(shù)據(jù)，為教育管理者提供日常管理及業(yè)務(wù)決策的數(shù)據(jù)支持，為授課教師提供學(xué)生個人學(xué)習(xí)動態(tài)、知識點掌握、興趣愛好等各方面情況，幫助教師為每一位學(xué)生制訂個性化的學(xué)習(xí)路線。

目前的一站式服務(wù)包括學(xué)生檔案袋、教師專業(yè)檔案和一校一表等。這些服務(wù)實現(xiàn)了圖形化統(tǒng)計分析，包括排序、限制、圖表互換、行列互換等多種報表分析手段，提供管理駕駛艙、指標盤監(jiān)控、可視化的紅綠燈狀態(tài)預(yù)警，集中反映各業(yè)務(wù)運行指標的完整信息與基礎(chǔ)信息。例如，對于每位學(xué)生的所有的學(xué)籍基礎(chǔ)信息及每天、每周、每月的電子作業(yè)情況，學(xué)生閱讀與體質(zhì)情況，各學(xué)校硬件設(shè)備情況，教師課程安排情況等，都給予相應(yīng)的安全閾值，那么就可以起到狀態(tài)預(yù)警與監(jiān)控的作用，無論是行政領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)部門想了解各學(xué)校情況，還是師生想了解自身的教育教學(xué)情況，都能一目了然。

1.學(xué)生檔案袋

數(shù)據(jù)中心的學(xué)生類數(shù)據(jù)，為學(xué)生的檔案管理和多元化評價提供了數(shù)據(jù)支撐。通過研究學(xué)生數(shù)據(jù)初步建立了信息化環(huán)境下的學(xué)生綜合評價體系，利用信息化手段全面科學(xué)地評價學(xué)生成長情況，真正體現(xiàn)了“以人為本”的教育理念，使“一切為了學(xué)生，為了一切學(xué)生，為了學(xué)生一切”真正落到實處。

只有保證數(shù)據(jù)的唯一性和準確性，才能實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的疊加。隨著采集學(xué)生學(xué)業(yè)情況數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)平臺不斷增加，在數(shù)據(jù)中心的支撐下，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)疊加使得學(xué)生檔案袋的實現(xiàn)變得更加容易。

2.教師專業(yè)檔案

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)實現(xiàn)了教師個人各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚，提供一表通的數(shù)字化更新管理，為教師的專業(yè)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支撐。通過數(shù)據(jù)倉庫模型，將教研互動、人事系統(tǒng)、師訓(xùn)平臺和其他教師業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合，集中展示教師的相關(guān)綜合信息。

3.一校一表

數(shù)據(jù)中心通過數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)學(xué)校的人、財、物等各項數(shù)據(jù)的匯集，學(xué)校的管理者可以非常方便地查看各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分布，做好數(shù)據(jù)的維護。

（三）主題分析

主題分析同樣是為了服務(wù)于教育決策，服務(wù)于教師和學(xué)生的日常教學(xué)。

我們正在建設(shè)和已經(jīng)建成的主題分析應(yīng)用主要有學(xué)習(xí)者行為分析、數(shù)字閱讀分析等。

學(xué)習(xí)者行為分析是利用智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，建立相關(guān)分析模型來發(fā)現(xiàn)信息之間的聯(lián)系，并以此為依據(jù)進行學(xué)習(xí)預(yù)測和提供建議，同時可以使用數(shù)據(jù)和模型來預(yù)測學(xué)生學(xué)習(xí)進展和成果，并在這些信息基礎(chǔ)上采取相關(guān)的行動，如干預(yù)和引導(dǎo)等。如通過上海市數(shù)字教材應(yīng)用實踐，數(shù)據(jù)中心匯集了大量數(shù)字教材使用的實際數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既有教師和學(xué)生課堂教學(xué)環(huán)節(jié)使用教材時的數(shù)據(jù)，如課堂練習(xí)、教材閱讀等數(shù)據(jù)，也有教師在課前和課后的備課和對學(xué)生評價的數(shù)據(jù)，學(xué)生在課前和課后預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的數(shù)據(jù)，可以利用學(xué)習(xí)行為分析模型，通過分析課程評價、課程特征、學(xué)校特征、平臺特征和學(xué)生特征，對數(shù)據(jù)進行綜合的分析，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進行指導(dǎo)，對教師的備授課和評價進行引導(dǎo)，為決策者機制研究和決策提供依據(jù)。

同樣，數(shù)字閱讀分析也是通過相關(guān)的技術(shù)手段采集閱讀者數(shù)字閱讀時的行為，利用智能分析技術(shù)對閱讀者的行為做出定量和定性的分析，從而評價閱讀者的閱讀能力水平，衍生出閱讀指導(dǎo)和輔導(dǎo)，幫助決策者制訂學(xué)生閱讀的評價體系和評價模型，幫助教師針對不同學(xué)生制訂閱讀能力提高的方案和實施路徑，幫助學(xué)生根據(jù)自身特點提高閱讀能力。

另外，對于學(xué)校相關(guān)的主題分析，我們提供了如學(xué)校的師生比、特級教師數(shù)、百人電腦數(shù)等分析可視化展示。對于學(xué)生相關(guān)的主題分析，我們提供了體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、體育課成績和文化課成績的相關(guān)性分析等。對于教師相關(guān)的主題分析、我們提供區(qū)域內(nèi)各學(xué)科教師數(shù)量的相關(guān)統(tǒng)計分析、教師年齡構(gòu)成的可視化展示等。通過對以上主題的量化的和定性的分析和展示，決策者能及時了解到整個區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)教育各方面的情況，使得區(qū)域內(nèi)相關(guān)的教育決策有據(jù)可循。

四、總結(jié)與思考

虹口數(shù)據(jù)中心在建設(shè)過程中堅持“一個中心，兩套體系”的環(huán)境架構(gòu)建設(shè)和機制建設(shè)。按照數(shù)據(jù)中心建設(shè)的三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分階段建設(shè)，每個階段都將系統(tǒng)建設(shè)和機制建設(shè)放在同等重要的地位，既保證將系統(tǒng)建設(shè)好，也保證在建設(shè)完成后將系統(tǒng)使用好。

第一階段建設(shè)中完成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，實現(xiàn)了跨系統(tǒng)的統(tǒng)一身份認證、單點登錄，建立了統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標準及對接規(guī)范，構(gòu)建了數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)的采集、更新、管理與利用機制。

第二階段建設(shè)在第一階段建設(shè)成果的基礎(chǔ)上我們制定并完成了調(diào)研、分析和整合各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，搭建業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫,建設(shè)數(shù)據(jù)中心,完善標準規(guī)范的四個目標，并實現(xiàn)了學(xué)生檔案袋、教師專業(yè)檔案、一校一表三個應(yīng)用，為學(xué)生、教師、決策者提供了服務(wù)，讓數(shù)據(jù)得到了應(yīng)用。這一切都離不開項目的統(tǒng)籌規(guī)劃、多方協(xié)同、跨界合作、優(yōu)勢互補、機制創(chuàng)新、科學(xué)管理。

在虹口區(qū)“十三五”教育信息化規(guī)劃中數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是落實“重構(gòu)環(huán)境，再造流程，支持教育創(chuàng)新，服務(wù)多元化評價”發(fā)展目標的重要保障項目，同時也很好地呼應(yīng)了上海市教委提出的“一網(wǎng)兩平臺三中心”的教育信息化發(fā)展總體框架。目前我們已初步實現(xiàn)了無線網(wǎng)、學(xué)習(xí)平臺、決策平臺、認證中心、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。后期計劃構(gòu)建資源中心，建立資源標準，實現(xiàn)資源積累與共享；通過數(shù)據(jù)中心和學(xué)校的數(shù)據(jù)交換共享實現(xiàn)智慧校園；通過數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、挖掘、分析與可視化運維服務(wù)。

2016年4月19日，習(xí)近平總書記在網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會上指出網(wǎng)絡(luò)安全與信息化工作是“十三五”時期的重頭戲，特別提到了要發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，實施“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，促進公共服務(wù)均等化。同時，習(xí)近平總書記指出網(wǎng)絡(luò)安全和信息化是一體之兩翼、驅(qū)動之雙輪，必須統(tǒng)一謀劃、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一推進、統(tǒng)一實施。因此，對于數(shù)據(jù)中心建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)的安全和數(shù)據(jù)安全同樣密不可分，不僅需要考慮數(shù)據(jù)的安全問題，還要考慮數(shù)據(jù)的隱私問題。另外，數(shù)據(jù)中心的目的是改善、幫助、支持學(xué)習(xí)，應(yīng)當以應(yīng)用為導(dǎo)向，探索如何支持教育教學(xué)，支持分析決策，通過教育信息化促進教育的變革和教育服務(wù)的均衡化。

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（責(zé)任編輯 孫震華）

Exploration of Key Point and Application of Regional Educational Data Center Construction—A C a s e S t u d y o f S h a n g h a i Ho n g k o u E d u c a t i o n a l Da t a C e n t e r C o n s t r u c t i o n

WEN Ming
(Shanghai Hongkou Teachers’ Training Academy,Shanghai,China 200081)

Building regional data centers is the fundamental program in education informatization. In the process of building the data center for Shanghai Hongkou education system,we took “one center,two systems” as our guide to summarize three key points,that is,platform construction,unified identity authentication and management system construction.By doing so,we set up the standard system such as business standards,data standards,technical standards and the mechanism management system such as the business process,the approval process.Thus,we realized central management of educational data and one-key access for teachers and students within the region.In addition,we tried several data-based applications and achieved the construction goals of using the data center to serve teaching and policy making.

education informatization;data center;unified identity authentication;data warehouse;big data application

G 4

A

2096-0069（2017）0 4-0069-0 8

2017-04-11

聞銘（1973— ），女，上海人，上海市虹口區(qū)教師進修學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心信息中心主任，中學(xué)高級職稱，主要研究方向為教育大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、中小學(xué)信息科技教育。