中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張?zhí)K娟 閆柯鑫 戴永輝

摘要：近年來教育信息化的不斷推進(jìn)，使得教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力面臨巨大的挑戰(zhàn)。中小學(xué)教師作為我國(guó)普及九年制義務(wù)教育的中堅(jiān)力量，其信息技術(shù)應(yīng)用能力水平是事關(guān)我國(guó)義務(wù)教育戰(zhàn)略推行的大事。在此對(duì)中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行介紹，包括系統(tǒng)需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，為提升我國(guó)中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提供有力的支持。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)教師;信息技術(shù)應(yīng)用能力;業(yè)務(wù)功能;系統(tǒng)架構(gòu);系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP315? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）11-0079-03

Design and Implementation of Information Technology Application Platform for Primary and Secondary School Teachers

ZHANG Su-juan1， YAN Ke-xin2， DAI Yong-hui2

（1.Department of Education with Record of Formal Schooling， Shanghai Open University， Shanghai 200433， China; 2.Management School， Shanghai University of International Business and Economics， Shanghai 210620， China）

Abstract： In recent years， with the development of education informatization， teachers' information technology application ability is facing great challenges. As the backbone of the nine-year compulsory education in China， the training and promotion of the information technology application ability of primary and secondary school teachers is a major event related to the implementation of the compulsory education strategy in China. This paper introduces the information technology application platform for primary and secondary school teachers， which including system requirements analysis， architecture design and system implementation. It provides strong support for improving the information technology application ability of primary and secondary school teachers in China.

Key words： primary and secondary school teachers; information technology application ability; business function; system architecture; system design and implementation

1 背景

近年互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展給金融、交通、教育、醫(yī)療等眾多行業(yè)帶來了工作效率的提升以及管理的變革，尤其是教育行業(yè)，各國(guó)紛紛實(shí)施教育信息化建設(shè)，掀起了全球教育信息化浪潮[1]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代，信息技術(shù)與現(xiàn)代教育高度融合，信息技術(shù)應(yīng)用能力成為中小學(xué)教師的一項(xiàng)基本技能，基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的遠(yuǎn)程培訓(xùn)方式已經(jīng)成為促進(jìn)中小學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的重要途徑[2]。在新課改的關(guān)鍵時(shí)期，中小學(xué)教師的教育理念、教育方法亟須轉(zhuǎn)變，從而為新課改的實(shí)施提供有力的保障。然而，研究報(bào)告顯示網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用率并不高。具體體現(xiàn)如下：盡管很多學(xué)校為數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)提供了資源開發(fā)工具、相關(guān)培訓(xùn)和技術(shù)支持，但數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的積極性仍然不高[3];一些中小學(xué)雖然已經(jīng)配備了多媒體教室，使用了較先進(jìn)的設(shè)備，但由于中小學(xué)教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力有限，使得上述設(shè)備處于閑置狀態(tài)[4]。在我國(guó)普及九年義務(wù)教育戰(zhàn)略中，中小學(xué)教師作為中堅(jiān)力量，他們的信息技術(shù)應(yīng)用能力水平是影響戰(zhàn)略實(shí)施效果的關(guān)鍵[5]。因此對(duì)中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)需求

經(jīng)過調(diào)研，整理出中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)的需求如下所示。

1）用戶角色需求。平臺(tái)的用戶分為管理員、課程講師、學(xué)習(xí)者等多種類型，一個(gè)賬戶可以具有多種角色類型。具體如中小學(xué)教師，這是平臺(tái)的基本用戶，所有賬號(hào)都擁有此類型。此外還包括市級(jí)管理員，主要負(fù)責(zé)平臺(tái)全局?jǐn)?shù)據(jù)的管理;區(qū)級(jí)管理員、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)管理員、輔導(dǎo)員、校級(jí)管理員、課程講師等角色。輔導(dǎo)員和講師主要負(fù)責(zé)在線教學(xué)與輔導(dǎo)。

2）功能模塊需求。平臺(tái)需要具有課程管理、在線學(xué)習(xí)、培訓(xùn)管理和測(cè)評(píng)等功能。其中，課程管理模塊是培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和區(qū)級(jí)管理員進(jìn)行課程申報(bào)的載體。在線學(xué)習(xí)模塊是在線學(xué)習(xí)和培訓(xùn)活動(dòng)的主要載體，直接面向全體參訓(xùn)教師，在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3）項(xiàng)目架構(gòu)要求。要求平臺(tái)具備一個(gè)清晰的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)資源和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)即時(shí)交互;在數(shù)據(jù)交換方面能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通;要具備良好的用戶使用體驗(yàn)和服務(wù);要求項(xiàng)目的整體架構(gòu)有良好的開放性，方便在未來與其他學(xué)習(xí)門戶和系統(tǒng)進(jìn)行接駁。

4）運(yùn)行安全需求。運(yùn)行安全要注意到物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，對(duì)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展性、開放性、安全性、可靠性、維護(hù)和管理便捷性[6]，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的保障。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

1）培訓(xùn)系統(tǒng)。培訓(xùn)課程需要是設(shè)置為本大區(qū)、本學(xué)期開班的課程。如果是學(xué)校下的教師，則可以看見自己學(xué)校所屬區(qū)縣的所有區(qū)級(jí)課程班級(jí)。也可以看見非本區(qū)的市級(jí)共享課程班級(jí)。同時(shí)，教師的課程列表顯示內(nèi)容也取決于班級(jí)設(shè)定的報(bào)名范圍和教師自身的教學(xué)信息進(jìn)行匹配。課程分為區(qū)級(jí)和市級(jí)。市級(jí)課程則可以在全市范圍內(nèi)的教師進(jìn)行選課。如果是培訓(xùn)機(jī)構(gòu)下屬的用戶，則只能夠看到自己本機(jī)構(gòu)開設(shè)的班級(jí)，主要的功能有：信息管理、班級(jí)管理、選課管理、實(shí)踐課程管理、學(xué)分管理和證書管理等[7]。

2）課程學(xué)習(xí)。學(xué)員可以通過在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)操作。從“我的課程”中選擇課程進(jìn)行學(xué)習(xí)操作。當(dāng)用戶滿足了某一個(gè)活動(dòng)單元下的所有學(xué)習(xí)條件，則該活動(dòng)單元算作已完成。某一章下的所有活動(dòng)皆完成，則學(xué)習(xí)進(jìn)度更新。學(xué)習(xí)進(jìn)度以課程的大章數(shù)量為依據(jù)，同時(shí)外加額外一章的結(jié)業(yè)測(cè)試。主要的功能有：課程學(xué)習(xí)、課程評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)記錄、教學(xué)管理和個(gè)人中心等。

3）課程管理。培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和區(qū)級(jí)管理員可以進(jìn)行課程的申報(bào)。通過完善課程的信息來進(jìn)行課程的申報(bào)。主要的功能有：課程申報(bào)、課程審核、課程搭建和課程接入等。

4）診斷性測(cè)評(píng)。本系統(tǒng)可以通過接口的形式與現(xiàn)有的各類測(cè)評(píng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。根據(jù)能力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)評(píng)，并且把結(jié)果返回到平臺(tái)，被測(cè)評(píng)教師可以在平臺(tái)直接對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，系統(tǒng)將對(duì)測(cè)評(píng)結(jié)果進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)分析，給相關(guān)部門提供決策信息，更精準(zhǔn)了解當(dāng)前教師的信息技術(shù)使用水平，以便制定行之有效的培訓(xùn)方案。主要的功能有：數(shù)據(jù)對(duì)接、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和個(gè)人面板等。

5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與挖掘模塊。主要的功能有：對(duì)課程管理相關(guān)的上報(bào)的課程、上報(bào)次數(shù)、上報(bào)情況、上報(bào)反饋進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與挖掘;對(duì)培訓(xùn)管理相關(guān)的培訓(xùn)信息、上報(bào)次數(shù)、上報(bào)情況、上報(bào)反饋進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與挖掘;對(duì)課程的學(xué)員進(jìn)度情況、參與情況、課程滿意度評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.2 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

一般的管理系統(tǒng)主要考慮系統(tǒng)內(nèi)部的接口，本系統(tǒng)需要與多個(gè)外部應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，所以還要考慮與外部系統(tǒng)的接口。接口主要是功能預(yù)定義和數(shù)據(jù)的傳遞規(guī)范，為了便于說明，下面對(duì)具有代表性的接口，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口、數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的接口進(jìn)行介紹。

1）數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式有多樣，包括傳統(tǒng)的文本文件、Excel、DBF等，還包括流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SQL Server、Oracle、DB2等，為了能夠訪問不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一接口，通過ADO.NET訪問OLE DB來訪問不同的數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的接口

本系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)內(nèi)容一部分是自動(dòng)生成，還有一部分是通過輸入?yún)?shù)進(jìn)入知識(shí)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交換通過接口來完成。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行安全設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2可知，系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)所有用戶開放，同時(shí)設(shè)有硬件防火墻，從硬件上對(duì)平臺(tái)進(jìn)行有力的保證。系統(tǒng)通過設(shè)立獨(dú)立的文件和媒體資源服務(wù)器，減少應(yīng)用服務(wù)器的訪問壓力。數(shù)據(jù)庫(kù)集群采用分庫(kù)分表保存數(shù)據(jù)，從而大大增強(qiáng)整體數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫能力。緩存服務(wù)器為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群進(jìn)行數(shù)據(jù)層面的緩存服務(wù)，提高數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問量。各類應(yīng)用服務(wù)器群通過負(fù)載均衡進(jìn)行自動(dòng)分配，保證應(yīng)用服務(wù)器的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

考慮到運(yùn)行安全需求，對(duì)系統(tǒng)做如下設(shè)計(jì)。

1）實(shí)體設(shè)備安全

實(shí)體設(shè)備包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、線路、信道以及其他媒體設(shè)施。實(shí)體安全是整個(gè)平臺(tái)安全運(yùn)行的前提條件。要保證實(shí)體設(shè)備免遭物理性的破壞，做到防盜、防水、防高溫、防電磁干擾、防地震等不可抗拒的破壞。

2）網(wǎng)絡(luò)傳輸安全

網(wǎng)絡(luò)傳輸安全指數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)上安全傳輸，不被惡意截取、篡改、泄露、破壞等。需要配置網(wǎng)絡(luò)防毒軟件、網(wǎng)絡(luò)防火墻、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)等，如果需要在外網(wǎng)上操作核心的高權(quán)限的命令，一定要構(gòu)建VPN網(wǎng)絡(luò)，在加密通道上操作。對(duì)于非常重要的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字加密簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證確保操作的真實(shí)性和不可替代性。同時(shí)還需要建立相關(guān)的規(guī)章制度和嚴(yán)格的監(jiān)控程序。

3）信息安全

信息安全就是防止數(shù)據(jù)泄露、破壞和篡改。首先是保證信息存儲(chǔ)的安全，信息是一個(gè)系統(tǒng)最為重要的內(nèi)容，信息丟了一切都是空談，所以需要建立異地災(zāi)備系統(tǒng)，防止不可抗拒的破壞，其次進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，對(duì)敏感數(shù)據(jù)和重要數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)，防止被非法竊取或篡改。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用ASP.NET+SQL Server來實(shí)現(xiàn)，在此主要對(duì)功能業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)和界面的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

4.1 業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)

1）市區(qū)級(jí)管理的實(shí)現(xiàn)

市級(jí)管理員主要負(fù)責(zé)平臺(tái)全局?jǐn)?shù)據(jù)的管理，包括培訓(xùn)計(jì)劃（學(xué)期）的管理、區(qū)縣學(xué)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)范圍的設(shè)定、課程的審核、班級(jí)的審核、免修學(xué)分管理等;區(qū)級(jí)管理員主要負(fù)責(zé)自身所屬區(qū)縣范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)管理，主要包括本區(qū)縣學(xué)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定、課程申報(bào)、課程制作、班級(jí)申報(bào)、批量報(bào)名以及報(bào)名審核，如圖3所示。

2）在線學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)

普通教師選課結(jié)束后在線進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成課程所有章節(jié)的學(xué)習(xí)后可進(jìn)入測(cè)試環(huán)節(jié)，進(jìn)行期末考核后顯示該本課程學(xué)習(xí)結(jié)束，具體流程如圖4所示。

4.2 運(yùn)行界面實(shí)現(xiàn)

以課程學(xué)習(xí)模塊為例。學(xué)員可以通過在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)操作。從“我的課程”中選擇課程進(jìn)行學(xué)習(xí)操作。當(dāng)用戶滿足了某一個(gè)活動(dòng)單元下的所有學(xué)習(xí)條件，則該活動(dòng)單元算作已完成。某一章下的所有活動(dòng)皆完成，則學(xué)習(xí)進(jìn)度更新。學(xué)習(xí)進(jìn)度以課程的大章數(shù)量為依據(jù)，同時(shí)外加額外一章的結(jié)業(yè)測(cè)試。學(xué)習(xí)進(jìn)度條界面如圖5所示。

課程學(xué)習(xí)包含了多種學(xué)習(xí)形式，其中閱讀界面，可以對(duì)富文本課件進(jìn)行瀏覽學(xué)習(xí)，并且?guī)в泄P記本功能，界面如圖6所示。

視頻學(xué)習(xí)界面可以對(duì)視頻課件進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，并且?guī)в泄P記本功能，界面如圖7所示。

教師可以通過課程制作平臺(tái)來制作相關(guān)的課程測(cè)試，學(xué)員可以通過學(xué)習(xí)平臺(tái)來完成測(cè)試。如果測(cè)試次數(shù)超過設(shè)定的可測(cè)試次數(shù)，則學(xué)員不能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試活動(dòng)界面如圖8所示。

5 結(jié)束語

近年來，隨著多媒體教室、直播課堂、VR教學(xué)等新型教學(xué)方式的出現(xiàn)，信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合已成為現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)[8]，上述教學(xué)方式在給學(xué)生帶來課堂新體驗(yàn)的同時(shí)，也對(duì)教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力提出了更高的要求。

在分析了中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)需求的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的主要功能、接口與網(wǎng)絡(luò)安全的設(shè)計(jì)，包括：培訓(xùn)系統(tǒng)、課程學(xué)習(xí)、課程管理、診斷性測(cè)評(píng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與挖掘、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口、數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的接口等。該系統(tǒng)充分考慮了當(dāng)前中小學(xué)教師群體的特性，給出了中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)框架，為今后此類系統(tǒng)的研究提供了參考。

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