云教学资源平台的设计与实现.docx
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云教学资源平台的设计与实现
中小学教育资源公共服务平台的设计与实现
乔丽娜
2014年11月
中图分类号：
TP311.
UDC分类号：
004.
中小学教育资源公共服务平台的设计与实现
作者姓名乔丽娜
学院名称软件学院
指导教师XXX
答辩委员会主席XXX教授
申请学位工程硕士
学科专业软件工程
学位授予单位北京理工大学
论文答辩日期2014年11月
PrimaryandsecondaryeducationresourcesofpublicserviceplatformdesignandImplementation
CandidateName：
XXX
SchoolorDepartment:
SoftwareSchool
FacultyMentor:
XXX
Chair,ThesisCommittee：
Prof.XXX
DegreeApplied:
MasterofEngineering
Major：
SoftwareEngineering
Degreeby:
BeijingInstituteofTechnology
TheDateofDefence：
June，2012
中小学教育资源公共服务平台的设计与实现北京理工大学
研究成果声明
本人郑重声明：
所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。
尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。
特此申明。
签名：
日期：
关于学位论文使用权的说明
本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：
①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。
签名：
日期：
导师签名：
日期：
摘要
《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》提出：
“优先发展、育人为本、改革创新、促进公平、提高质量”20字工作方针。
推动“宽带网络校校通”，多管齐下加快推进学校接入宽带，探索建立可持续的运营维护机制，完善学校教育信息化基础设施。
要推动“优质资源班班通”，重点建设名师和名校网络课堂，集中开发音乐、美术、英语等短缺课程，加快优质教育资源共享。
要推动“网络学习空间人人通”，教师率先使用，促进教学方式与学习方式变革，实现教与学、教与教、学与学的有效互动。
要建设教育资源和管理两大公共服务平台，加强信息技术人才队伍建设，为教育信息化提供保障。
为响应国家纲要的建设要求，大同市中小学教育资源公共服务平台建设要求集教学资源，网络学习空间，数字教育资源公共服务平台，办公平台，门户网站于一体的信息化综合服务平台。
建设内容涉及教育“班班通”云资源服务平台，教育管理公共服务平台，学校建设三部分。
通过教育云资源服务平台的建设，建立统一规范的教学基础信息库，实现对区域内各级教研机构、学校及教师基本信息的管理，辅助教学管理者对学校和教师进行评价、考核，组织直播教学活动。
教育管理公共服务平台基于SOA架构，提供标准的接口规范，具有普适性，平台的各业务系统可以实现统一用户注册、统一用户认证、统一多角度用户查询、统一用户基本信息维护、统一软件模块入口、统一软件信息交流。
关键词：
教育资源、云服务、信息库、SOA架构
Abstract
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX.
KeyWords:
说明：
目录由论文的章、节、附录等的序号、名称和页码组成，另页排在摘要之后，一般分为三级。
目录中应包括绪论（或引言）、论文主体、附录、参考文献、攻读学位期间取得的成果等。
插图和附表
如论文中图表较多，可以分别列出清单置于目录页之后。
图的清单应有序号、图题和页码。
表的清单应有序号、表题和页码。
注释表
如果论文中使用了大量的符号、标志、缩略词、首字母缩写、专门计量单位、自定义名词和术语等，应编写成注释说明汇集表。
若上述符号使用数量不多，可以不设此部分，但必须在论文中初次出现时加以说明。
第1章绪论
信息化的发展正在飞速改变着这个社会的发展。
但教育的信息化发展却仍处于起步阶段。
软件工程的技术还暂未在教育信息化的领域凸显重要的作用，因此，如何把将技术可靠的软件技术同基础教育密切的融合，是一个趋待探索和解决的问题。
在《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》中提出“三通两平台”建设，为软件系统在教育行业的发展指明了方向。
1.1研究背景
教育信息化的概念是在20世纪90年代伴随着信息高速公路的兴建而提出的。
在美国的“信息高速公路”计划中，特别把IT在教育中的应用作为实施面向21世纪教育改革的重要途径，美国的这一举动引起了世界各国的积极反应，许多国家的政府相继制定了推进本国IT在教育中应用的计划。
中国自20世纪90年代末开始，随着网络技术的迅速普及，整个社会的发展与信息技术的关系越来越密切，人们越来越关注信息技术对社会发展的影响，“社会信息化”的提法开始出现，联系到教育改革和发展，“教育信息化”的提法也开始出现了。
政府的各种文件已经正式使用“教育信息化”这一概念，并高度重视教育信息化的工作。
传统的教学资源服务应用目前还只停留在起步阶段，很多地区的中小学班级教室已经配置了投影仪、幕布（电子白板）、计算机、大屏幕液晶电视等多媒体教学设备，为现代化多媒体教学提供必要的硬件资源。
但是，很多学校都存在这些多媒体教学硬件设备利用率不高、大部分设备基本处于闲置状态等问题，经过分析，主要有以下几个方面的原因：
（1）现代化的多媒体教学需要教师提前做好多媒体课件，而目前一个多媒体课件需要教师花费二个小时左右的时间通过网络搜寻多媒体素材。
（2）学校对于多媒体教学没有做硬性要求，传统计算机模式应用程度低，只是个别示范公开课采用的是多媒体教学，学校管理者对于教师的多媒体教学应用缺少一个可视化的管理平台。
1.2中小学教育资源服务平台研究的目的和意义
为了解决教师课程资源检索困难的问题，以及教学资源无法得到有效利用的困境，随着《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》提出：
“优先发展、育人为本、改革创新、促进公平、提高质量”20字工作方针。
推动“宽带网络校校通”，多管齐下加快推进学校接入宽带，探索建立可持续的运营维护机制，完善学校教育信息化基础设施。
要推动“优质资源班班通”，重点建设名师和名校网络课堂，集中开发音乐、美术、英语等短缺课程，加快优质教育资源共享。
要推动“网络学习空间人人通”，教师率先使用，促进教学方式与学习方式变革，实现教与学、教与教、学与学的有效互动。
要建设教育资源和管理两大公共服务平台，加强信息技术人才队伍建设，为教育信息化提供保障。
在此背景下，支撑此模式的集教学资源、公共教学管理为一体的信息化教学资源公共服务系统应运而生。
加强数字校园建设与应用，利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的教育信息基础设施。
教育资源平台研发的目的是构建区域级的数字化校园平台，实现面向区域统一提供教育、办公、管理、学习一体化的教育应用服务；实现信息资源和信息服务的合理规划，合理分配，合理利用；保证资源和服务的可靠性、安全性、科学性；未来可以与物联网技术融合，使教育云具备智能感知和判断能力，使教育资源云平台更具智慧；与移动通信网络融合，实现教育云移动化、多终端访问，随时随地使用教育云服务；最终融入智慧城市整体框架。
1.3中小学教育资源公共服务平台国内外发展现状
1.3.1国外基础教育资源信息化发展现状
目前,世界各国对教育的发展均给予前所未有的关注,都试图在未来的信息社会中让教育处于一个优势的位置,从而走在社会发展的前列。
为此,许多国家都把信息技术应用于教育,作为民族发展的推动力,各国在教育信息化和教育手段现代化方面表现趋于重视。
美国克林顿政府1996年就已经提出了美国信息技术教育发展规划方案——“教育技术规划（Edu2cationalTechoioghInitiative）”,规划纲领指出:
到2000年,全美国的每个教师和每个图书馆都将上信息高速公路,建议国会通过立法措施使美国从小学到大都实现“人,机,路,网”成片连接:
“鼓励、组织和支持使用新技术对学生进行革新教育的教师。
”让每个孩子都能在“21世纪教师”——网络中得到教育服务。
该教育技术规划将极大地改变美国基础教育领域内教与学的方式、手段和过程。
美国克林顿政府的这一措施目的在为美国教育抢占教育国际化新的制高点做准备。
英国以立法形式规定,将中小学生原有的信息选修课改为必修课,并拟定中学信息技术课评价的九项标准,在政府投入的教育经费中,法定的6%必须作为学校专款专用的微机购置费,以保证英国20%的中小学能够连接INTERNET网。
在日本,文部省和通产省于1995联合推进在基础教育领域有重大影响的“100所中小学联网”参加实验,项目要求所有实验学校均利用计算机系统进入INTERNET。
该项目的目标是要在传统教育体制和教学方法的框架之外,探索一种全新的教学模式,并通过网络创造理想的交互式学习环境。
20世纪末,日本教育课程审议会发表了题为“关于教育课程基本走向”的咨询报告中,进一步明确了信息教育课程的运作细则:
首先,在小学、初中、高中各个阶段的所有学科都要使用微机进行教学;小学在“综合学习时间”课上要适当的运用计算机等信息手段,初中要把现行的“信息基础”选修课改为必修课。
同样20世纪末期，韩国公布了题为《建立主导世界化、信息化时代的新教育体制》的教育改革方案,认为世界化、信息化时代的到来,意味着世界已从产业文明时代进入一个新的文明时代,在这个时代,国民的学习能力、创造能力是决定性因素,而开发这些能力的正是教育。
韩国的教育改革方案要求“果断勇敢地剖析今天的教育,使我们的教育改革方案脱胎换骨”。
甚至提出“建成名列世界中心国的新韩国并将韩国简称世界上的技术输出国和文化输出国!
”芬兰政府1995年拟定信息社会发展战略,把“全体公民掌握和使用信息技术的能力”列为五大方针之一,旨在“使每一个芬兰公民掌握信息社会的基本技能”,教育当局规定:
从1995年开始受过九年义务教育的学生必须具备使用计算机和上网的技能。
1.3.2我国基础教育资源信息化发展现状
从20世纪末期开始，世界发达国家和部分发展中国家大力推进信息技术在教育中的应用。
我国政府同样抓住了这一历史性机遇，制定了相应的措施，开展了卓有成效的工作。
经过多年的努力与发展，到2004年底，我国基础教育信息化水平已经取得了很大的成绩，ICT（ Information and Communication Technology）在中小学教育中的应用范围越来越广、程度越来越深，推动了教育现代化进程。
在基础教育信息资源方面：
国家投入大量资金，支持计算机辅助教学软件研制开发与应用（９６－７５０项目）、新世纪网络课程建设、中小学教师继续教育资源建设、国家基础教育资源网、中小学教育教学资源建设、国家级教育资源库建设研究等项目，成果显著；企业和学校积极参与设计开发教学资源，成为资源建设的重要力量。
在基础教育信息素养方面：
随着信息技术课程在各地区中小学的不断普及，教师和学生的信息素养已经有了很大的提高。
2004年底，教育部颁布了“中小学教师教育技术能力标准（试行）”，对教师、管理人员、教育技术人员的信息素养能力提出了明确的要求。
在基础教育信息化ＩＣＴ应用方面：
信息技术与课程整合也开始取得试验性成功，很多教师已经对信息技术与课程整合有了一定的认识；另外，教学平台、管理平台和信息平台等在中小学逐渐受到欢迎，在教育软件丰富的同时，精品正在涌现。
在基础教育信息化管理方面：
信息技术的政策力度、管理的信息化程度、校园网的维护与管理水平都有较大提高。
《教育管理信息化标准（第一部分：
学校管理信息标准）》已由教育部组织有关专家编制完成，于２００３年６月由教育部正式颁布实施。
在研究基础教育软件系统领域，许多著名的教育软件开发公司，如大唐高鸿、超星资源、东北师大教育资源系统等，也正在研发同类型的系统化软件，此类系统大多处于探索教育市场需求，以及完善和发展阶段，比较具有代表性的资源服务平台如万方数据库、超星云资源服务、大唐高鸿智慧教育云解决方案等。
1.4本选题研究的主要内容
2012年3月，教育部发布了《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》提出三项重点目标任务:
加强学校宽带网络建设、加强优质数字教育资源建设与共享和实名制网络学习空间环境建设;两项重点工程:
教育管理信息系统建设和教育资源公共服务平台建设。
山西省大同市中小学教育资源公共服务平台的建设目标是在宽带互联网和移动互联网基础上建设中小学数字教育资源公共服务平台，以实体班级为基础建设网络学习空间,为教师、学生和家长提供PC、手机以及平板电脑教学应用服务。
（1）建立区域内规范的、开放的教学资源管理平台，建立统一资源目录和元信息规范,满足教育部门对本地优质教学资源整合管理需求。
（2）建立教育管理信息库，提供学校和教学资源应用数据统计，为各级教育管理部门提供统一的现代教学管理手段。
（3）建立教学应用交流平台：
为教师提供一个网络教学、学科教研平台，教师之间可以通过网络平台互相交流教学经验等。
（4）为教师提供教材资源、学科教研、测评与提升、学生辅导和教师发展等资源，实现多媒体备课、教师发展，学生辅导与信息互动等服务。
（5）为学生和家长提供同步导学、测评提升、专项培优、课外拓展、辅导答疑、每日学堂、家长学堂、信息互动及教育社区等综合性信息化服务。
（6）利用班级配备的多媒体教学设备，为班级教学、小组教学与个性化教学创造客观条件，促进教育教学现代化。
（7）通过建设统一标准的公共服务平台，将贯穿在教育日常工作中的学生、教师、资产和管理等基础数据，按规范格式统一保存在数据中心，在技术支撑服务平台基础上，统一建设各类教育信息化应用，实现标准化、规范化的统一数据管理，便于各级教育主管部门进行数据管理和统计分析。
1.5系统建设思路
（1）系统设计坚持以全市中小学基础教育教师的日常教学需求为导向。
保证系统能够运用先进的技术，体现先进的教学思想，进而满足教育信息化发展的需求。
（2）提供给全市中小学的是整体解决方案，方案以硬件建设为基础，软件应用为核心。
避免了部分集成商提供的解决方案软硬件不兼容、信息系统运行不稳定的情况。
（3）整体系统解决方案设计遵循先进性、兼容性、可扩充性、开放性原则。
网络系统技术采用云计算技术；兼容主流教学用多媒体设备；系统设计时预留了教学直播课堂、学生在家庭中自主学习的功能等信息化应用接口；提供了主流版本教材的教学素材资源，同时，具备接入第三方资源和资源共建的功能。
（4）系统制定了完善的技术支持体系和相关增值服务。
系统提供为不同教学任务的使用用户量身定做解决方案。
1.6论文组织结构
第1章绪论论述系统的建设背景和国内外教育信息化发展现状。
第2章介绍系统的需求分析和总体建设构想，对系统提出功能性规划。
第3章对系统关键技术结构进行介绍，对系统应用到的技术进行分解讲述。
第4章对系统进行概要设计和详细设计，对系统架构开发方法进行了论述。
第5章展示系统的功能和应用等内容。
第6章对系统进行总结和展望。
第2章系统需求分析
2.1系统部分预期功能说明
系统从建设要求上讲，共分为教育资源平台、教育办公平台、家校互动平台、考务管理平台、教育门户等6大领域，分为以下17项子系统。
（1）、统一门户系统
统一门户采用SNS框架设计思想，以老师、学生和家长为应用对象，不同的角色登录后展现不同的风格。
门户通过集成学习辅导系统、用户中心系统、资源应用系统、题库系统等为教师提供备课，发布作业、辅导答疑等功，为学生提供完成作业、浏览精品资源、提交问题等功能，为家长提供查看学生作业、签字、浏览精品资源、浏览家长学堂等功能。
（2）、统一认证系统
统一认证系统主要负责为大同市区域内用户提供统一认证和统一鉴权服务，支持单点登录和单点退出。
通过门户登录平台后，即可访问门户下面所有系统，不需要再输入用户名和密码进行二次认证。
（3）、用户中心系统
用户中心系统负责对大同区域内各级教育机构、学校、教师、学生及家长信息的管理；辅助教育管理者对学校和教师进行评价、考核。
（4）、资源应用系统
资源应用系统主要为教师提供丰富的同步教材资源、专题活动资源、校本资源、品牌资源及其他优秀教师共享资源；为学生和家长提供同步导学资源、专项培优资源、健康成长资源、名师课堂资源等；教师可对资源进行搜索、浏览、下载、收藏、推荐，完成课件的组织、制作，并上传到教师个人文件夹供本人授课使用。
学生和家长可对资源进行搜索、浏览、下载、收藏。
（5）、资源服务系统
资源服务系统主要是提供教学资源的文件下载服务、流媒体控制传输服务，能够根据资源格式提供不同的处理方式，能够提供各种视频资源、音频资源、图文资源、Word资源、PPT资源、Flash资源包等教学资源的下载、播放服务。
主要功能包括：
资源分布管理、流媒体服务、文件服务、日志记录、状态监视、性能管理。
（6）、教学授课系统
为教师日常授课提供教材资源、教师收藏资源、教师文件夹资源、U盘资源、专题资源、校本资源、每日学堂资源的在线浏览，实现视频、音频、Flash、PPT、图片等格式教学资源的正常授课，帮助教师完成日常教学工作。
主要功能有：
教材资源浏览播放、教师收藏、教师文件夹、系统设置、教材版本设置等功能。
（7）、学习辅导系统
学习辅导系统包括辅导答疑子系统和作业子系统。
（8）、题库管理系统
题库系统是一套试题、试卷、在线评测的系统，在优教班班通平台中主要提供作业，在线评测等功能。
考试系统包括题库管理、在线答题、和考务管理。
（9）、消息发布系统
提供PC和手机版本的消息发送管理功能，支持通过站内消息和手机短信两种模式的消息发布。
功能包括写消息、发消息、收消息、收件箱、发件箱等。
（10）、手机短信平台
手机短信平台主要用于运营商手机短信的发送与接收以及内部系统对接等相关服务与管理。
（11）、论坛系统
论坛系统是优教通平台的交流社区，主要分为教师社区、学生社区和家长社区。
该平台支持多论坛部署，具备审核功能。
支持批量设置精华帖、置顶帖、高亮贴，并可对精华帖和置顶帖设置级别。
版主可以对某些主题设置为打开或者关闭，关闭状态下不允许回复。
对注册用户提供设置头像、搜索等功能。
（12）、资源管理系统
资源管理系统负责大同区域教学资源库，实现基础教育资源的管理、存储和发布。
通过建立标准的元信息规范和资源目录，实现分权限管理电教中心、CP和优秀教师教学资源。
主要功能包括：
资源元信息管理、资源信息管理、教学资源浏览/下载、资源目录管理、统计分析等。
（13）、资源调度系统
资源调度系统主要实现对资源的分发调度，能够对服务器节点进行管理，对资源分发和资源删除的计划进行管理，执行资源分发计划将资源分发到服务节点和执行资源删除计划将资源从服务节点删除，提供负载调度，为用户选择合理的服务器提供服务。
（14）、录直播管理系统
录直播管理系统的主要用途是配置系统参数，制定课程计划及监控录播课程和直播课程，在省市县和学校之间共享直播，为备课授课系统提供直播课程信息。
主要功能包括系统配置、课程管理、系统接口和后台程序。
（15）、接口调度系统
接口调度系统主要提供对优教班班通平台内的系统接口集中、统一管理，实现系统间接口的统一调度。
主要功能包括接口调度管理与接口服务管理。
（16）、统计分析系统
统计分析系统是针对大同市区域性用户的发展数量、资源分布情况、用户使用资源情况、资源被使用情况等进行统计、分析；该系统从多个源数据库或源数据文件中采集用户、资源目录、资源、用户点播记录、用户下载记录、页面PV点击记录，数据经过抽取、转换、清洗后形成数据集市（DM），最终以报表或图表的形式展示。
主要的功能模块包括：
用户统计、用户行为分析、资源使用情况统计、系统管理、采集任务管理、数据采集控制器等。
（17）、授课客户端系统
教师利用授课客户端系统完成日常教学工作，主要包括教师资源、教师收藏、教师文件夹、U盘资源、专题教育、校本资源、每日学堂、课程直播等栏目，能够在线播放文本、PPT、图片、音频、Flash、视频等格式的单一文件及文件包教学资源。
主要功能有：
教学基础资源和个性化资源的播放、利用白板工具辅助教学、系统设置、课程设置、网络搜索等功能。
2.2系统用户特点
教育资源平台的建设是基础教育顺应时代潮流发展的一部分，平台的建设也要充分考虑针对不同用户的使用需求，从教师，学生，再到教辅工作者，管理者都承担不同的角色和任务。
根据中小学教学资源公共服务系统要求，本系统具有不同权限的访问用户，具体分类如下：
（1）、市级管理员
负责市级教学资源公共服务系统的建立，全市学校的综合管理和系统维护；负责系统建设内容的汇总与上报；在二上阶段中，根据上级要求对县区级管理员和市级直属学校的控制；负责系统教学资源更新，系统云平台空间扩容与分配。
（2）、县区级管理员
负责县区内学校资源的分配和本地资源的管理。
（3）、学校管理员
负责学校内部教学任课老师的培训和系统客户端的管理，对教学一线老师系统使用的培训工作和校本资源的上传管理工作，负责本校空间和网站的建设和师生信息管理。
（4）、教学一线老师
负责对系统的使用，负责学生空间的指导和师生沟通平台的建立，负责学生教学资源的筛选和教学任务的下发。
2.3技术方案的分析和选择
教育资源公共服务平台不仅仅是提供信息输出的系统，而应该充分考虑到系统内部的资源应用和互动交流，提升教育教学的质量和政策的贯彻落实，提升在教育发展方面信息化带来的变革，改变传统的教育模式。
从学生学习，一线教学再到教学研究和教育管理，学生老师的互动交流等方面，变革我们现有的教育模式。
所以针对多层级的使用，系统的设计借鉴了互联网层级设计的思想，从分曾的角度来解决不同层级应用接口的转换问题。
系统的开发工作主要是以SOA架构思想为基础，逻辑架构应用虚拟化架构，使教育的多种应用共享服务器、存储等硬件资源，使平台应用易维护、易扩充。
平台采用云服务模型架构，主要由基础设施（IaaS）、数据及资源存储管理层（DaaS）、基础服务层（PaaS）、业务应用层（SaaS）、运维服务层（OaaS）等五层构成。
图2.1中小学教学资源公共服务系统逻辑架构
2.3.1总体架构
云计算服务平台：
整合物理资源，建立共享云资源池，构建IaaS（infrastructureasaservice）云服务管理平台实现集中运维和面向多租户的子服务门户，为上层业务平台提供支撑；
数据中心：
建立区域级
升级会员 