智慧教育平台方案.docx

1、智慧教育平台方案智慧教育平台方案宁夏赛恩科技集团股份有限公司2014年6月第1章概述1.1建设单位宁夏赛恩科技集团股份有限公司成立于2012年11月，是一家集物联网技术、云计算技术、大数据技术、智能移动通讯产品研发、新能源技术及电动汽车运营为一体的科技创新型企业。公司注册资金5051万元人民币。赛恩集团下辖四家全资子公司，即宁夏赛恩物联网技术有限公司、宁夏赛恩能源技术有限公司、宁夏赛恩通信工程有限公司及宁夏赛恩消防技术有限公司。赛恩集团现有员工234人，其中管理人员28人，高级工程师6人，工程技术人员168人，具有硕士、博士学位87人，技术力量雄厚，研发及实验设备先进，在行业建设方面具有丰富的

2、实践经验。赛恩集团作为宁夏物联网行业协会会长单位，致力于物联网核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善，在重大应用示范与推广等方面取得显著成效，形成创新驱动、应用牵引、协同发展、安全可控的物联网技术应用格局，有效推动了宁夏物联网产业链的完善与发展。2014年5月28日，宁夏赛恩科技集团股份有限公司在天津股权交易所成功挂牌，公司以这次挂牌为契机，在新的起点上推动科技创新，不断增强企业综合实力，以优异的成绩回报社会和投资者，为自治区的发展与建设做出了一份贡献。1.2系统建设背景多媒体教室、学校资源管理利用、教育局网络信息化管理一直以来都是学校、教育局信息化建设的重点，通过将文字

3、、图形、图像、声音、资源管理平台集合在一起，采用生动活泼的声像显示以及网络新型资源平台、教育管理平台，不仅丰富了教学手段和管理手段，扩充了教学资源和管理资源，而且更提高了课堂教学效果、丰富了教师资源和领导管理信息化。充实、形象、生动的授课内容，声像并茂的教学形式、管理形式，激发学生的学习兴趣和老师的学习热情，强调了“以学生为主”的教学新思路，极大得提高了教学质量。当前，各学校和教育局传统多媒体教室和基础校园网建设、教育管理网建设的已相继完成。随着多媒体、计算机、网络等高新技术的飞速发展，多媒体教室建设和教育管理网络建设需求不断发展，出现许多新的特性，对新兴的网络多元化建设提出了新的要求：1)多

4、媒体教室的网络化集中管理、控制和维护；2)建立以主讲听课模式为主，开展多教室联网授课和远程教学的精品课堂系统的建设；3)实现校园网、多媒体教室和数字化资源合理整合，实现数字视音频直播功能、数字监控功能、VOD、AOD、COD等资源点播教学功能；4)多媒体设备操作的简便性；5)多媒体教室安防系统等其他多媒体教室教学辅助系统的建立。6)新型资源管理平台建设、教育局管理平台建设、视频网络建设等。多年来对教育行业的深入理解使贵阳天泽华鸿形成了对学校、教育局多媒体教室建设和资源管理平台建设的深入而完整的认识，贵阳天泽华鸿汇集自身在资源管理平台、网络通讯、数据库以及音视频等方面的技术优势，推出新一代教学管

5、理信息多元化专业解决方案信息网络多元化建设方案，不断满足众多学校、教育局用户在信息化建设方面的需求。1.3系统建设目标基于校园网系统的建设，将所有多媒体教室通过校园网络实现连接，完成远程/本地集中控制管理及日常教学功能，可实现各网络多媒体教室之间教学内容的实时转播，也可以实现有线电视系统的转播和节目的实时录制，校长讲话授课，并可以解决多媒体教室的日常管理和维护。区域资源管理系统平台建设，采用现代网络技术，通过完成本地学校与学校之间网络平台以及远程教育信息平台建设，为教育局和学校提供一个统一的与当地课程目录配套的教育教学资源建设平台，使得用户可以通过使用这个统一的平台可以导入、导出、检索、浏览、

6、管理、互换、交易由一线教师、学生、教研员等不同用户提供的各类教育和学习资源。实现网络实时传送教育局、学校所更新的新课件、教育文件、学习资源等，最终解决学校与学校，地区与地区的资源共享问题，达到共建的目的。1.4系统建设意义当前，国家高度重视教育信息化，正在大力推进中小学校信息化建设，落实国家中长期教育改革和发展规划纲要提出的“到2020年基本建成覆盖城乡各级各类学校的数字化教育服务体系”的工作目标，为此，教育部于2012年3月颁发了教育信息化十年发展规划，要求“以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革”，并提出了教育信息化的发展目标、重点项目和政策措施。与此

7、同时，国家教育部根据党的十八大和党的十八届三中全会提出的“全面实施素质教育，深化教育领域综合改革”的要求，不断推进教育评价制度和考试招生制度改革，于2013年6月颁发了关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见，要求“建立体现素质教育要求、以学生发展为核心、科学多元的中小学教育质量评价制度，切实扭转单纯以学生学业考试成绩和学校升学率评价中小学教育质量的倾向，促进学生全面发展、健康成长”。2013年12月5日，教育部副部长刘利民就考试招生制度改革答记者问时说,教育部已完成制定考试招生的总体方案，将在2014年上半年印发实施。2020年基本建立中国特色的现代教育考试招生制度：形成分类考试、综合评价、

8、多元录取的基本模式。学生综合素质评价已成为高中和大学招生录取的重要内容和依据。该项目的实施与应用，不仅为中小学校日常办公和教育教学管理工作提供了现代的信息化环境，更重要的是通过信息化手段解决了当前学生综合素质评价、教育质量综合评价操作难的问题，适应了考试招生制度改革的要求，对于充分发挥评价的正确导向作用，推动形成良好的育人环境，实施素质教育，全面贯彻落实党的教育方针具有重要的现实和深远的历史意义。第2章智慧教育建设方案2.1建设原则围绕民生，突出重点。既要全面落实“十二五”国家战略性新兴产业发展规划任务要求，又要着力加强薄弱环节、解决关键问题，选择信息化能够发挥关键作用的城市交通领域作为工作重

9、点，确保工程发挥实效，服务民生。统筹发展，有限目标。 基于已有的工作基础和市场条件，选择基础好、需求紧迫、条件成熟的内容作为切入点和突破口，提出专项建议，设定合理的发展目标，避免贪大求全，保障推进工作落到实处。政府引导，市场主导。政府部门着重开展基础性、公益性的服务内容建设，加强政策引导，引入竞争机制，引导社会力量开展专业化、多元化、特色性的服务，营造有利于信息化便民利民惠民的市场环境。试点带动，强化基层。按照先行先试、示范带动，逐步推广、惠及全民的推动思路，以地方试点为主推进专项实施，因地制宜，提升信息公平普惠水平，加快促进基本公共服务均等化。条块结合，上下联动。选择综合性强、社会效益高、示

10、范意义大、带动效应强的内容作为重点，形成企业与政府联合推进机制，强化政府的规划指导和政策支持，发挥民资的市场灵活应用效应。2.2建设内容智慧教育平台是前端设备与多个智能教育系统的集成管理平台，实现对全市教育局，各院校等多个子系统进行统一管理，向教育局平台传送数据信息，各院校传递优秀教学资源，主要由系统集成平台，师生、教育局职员、各校资源与教学质量的管理体系及各个子系统组成。第3章智慧教育总体架构设计3.1智慧教育平台基本功能随时时代的日益发展，学校教学流程及内部管理信息化的需求也越来越强烈。学校在教学过程，教学管理，教育资源配置、网络办公，后勤辅助、家校沟通，对外宣传等诸多方面都有强烈的需求，

11、一些专门为满足学校此类需求的软件也纷纷诞生，但是长期以来却无法广泛地被推广应用。究其原因，首先一套专用软件价格不菲，动辄十余万，数十万元的售价让学校望而却步。同时此类软件都需要采购专用服务器，并由专门技术人才进行运行和维护，而大部分学校不并具备这种条件。而且，学校的需求是多元化的，个性化的，仅仅为了少部分功能而购买昂贵大型校园管理软件套装明显得不偿失。广大学校迫切需求一种使用方便，不需专人维护，内容可根据需求灵活定制的个性化信息服务产品。学之网教育云服务平台，恰恰能够满足学校的这种迫切需求。该平台可以提供：包括文件共享、办公OA、教务管理、学生成长、成绩分析、德育管理、教师发展、绩效评价、学生

12、评教、教学互动、 排课考务、在线考试、在线调查问卷、学校官方设计制作等多种服务功能。用户可以在线上传、阅读和下载当前最为主流文档格式，并提供社区积分运营模式，用户登录、上传、浏览、下载、评价等日常操作均有积分规则支持，鼓励分享，促进使用。并提供强大分类管理、编辑审核、文档转换、缩略图自动生成、转换状态跟踪、搜索引擎检录、会员分级管理等后台功能支撑。各种主流文件都可以支持，学校局域网内共享文件就像发微薄和查找XX文库一样简便。且安全性可以得到有效保证。学籍管理、师资管理、课程安排、网上选课、智能排课、综合素质评价、学分认定等涉及教育教学核心管理内容，是完全支持教师、学生、家长、社区四方互动的教育

13、管理平台。是传统数字化校园的扩展和延伸，是整合校内外资源的一种互联网应用平台,其目标是利用先进的信息技术，把教学过程、教学管理、教学资源、后勤辅助等各业务环节集中起来，提供统一的数字空间，实现学校资源的高效整合，提升教学与办公效率，满足学校日益发展的个性化要求，最终实现教育过程的全面信息化。3.2关键技术3.2.1基于Hadoop的分布式计算架构Hadoop是一个分布式系统基础架构，由Apache基金会开发。Hadoop的主要目标是对分布式环境下的“大数据”以一种可靠、高效、可伸缩的方式处理。用户可在不了解分布式底层细节的情况下，充分利用集群的威力进行高速运算和存储，开发分布式程序。简单的说，

14、Hadoop是一个可以更容易开发和运行处理大规模数据的软件平台。hadoop主要特点包括：扩容能力（Scalable）：能可靠地（reliably）存储和处理千兆字节（PB）数据。高效率（Efficient）：通过分发数据，Hadoop可以在数据所在的节点上并行地（parallel）处理它们，这使得处理非常的快速。可靠性（Reliable）：Hadoop能自动地维护数据的多份复制，并且在任务失败后能自动地重新部署（redeploy）计算任务。Hadoop主要包括几大子项技术：HDFS: Hadoop 分布式文件系统(Distributed File System) HDFS (Hadoop D

15、istributed File System)。MapReduce：并行计算框架，0.20前使org.apache.hadoop.mapred 旧接口，0.20版本开始引入org.apache.hadoop.mapreduce的新API。HBase: 类似Google BigTable的分布式NoSQL列数据库。Hive：数据仓库工具，由Facebook贡献。Zookeeper：分布式锁设施，提供类似Google Chubby的功能，由Facebook贡献。3.2.2基于Intel SOA Expressway实现的前端统一接入交通综合管控平台基于Web Service技术，前端接入采用Int

16、el SOA Express基础引擎，实现大数据量过车的高性能、大吞吐接入服务。Intel SOA Expressway是一个轻量级的安全加速服务网关，它能帮助用户不需要承担高昂的成本，就能配置高性能的服务。 SOA Expressway 是一个部署为类似于加整，安全，服务调解以及服务整合的公用的XML和 SOA 解题区的软件器具。在许多情况下， SOA Expressway被部署在网络上，并且作为引入的服务客户端的一个代理。SOA Expressway架构部署图上图展示了SOA Expressway最普通的部署架构。此网关位于网络体系架构中，并先于现有的公共部分，它充当网络服务客户端的一个代

17、理。此代理模式允许此网关充当一个验证和授权，阻止威胁，以及信息等级安全的控制点。除了是一个安全代理外，此网关也能处理与遗留系统和数据库的交往，而无需自定义的代码。以下几点描述了部署架构的基本要素：安全网关 SOA Expressway给SOAP 或者REST 网络服务提供了一个虚拟终端。它执行类似于传输安全(SSL/TLS)，信息安全(例如WS-Security 和XML Security)，验证和授权，预防攻击，服务防火墙以及数据过滤等安全政策。身份管理 SOA Expressway能够为类似于LDAP，Siteminder，Oracle Access Manager，IBM Tivoli

18、Access Manager，Oracle Entitlements Server及其它身份认证管理系统来指令验证和授权决策。应用服务器 SOA Expressway与在类似于SOAP 和HTTP的协议上公开展示服务的应用程序服务器进行交互操作。遗留应用服务 SOA Expressway与在类似于JMS，FTP，TCP以及自定义的协议上公开展开服务或者接口的遗留应用程序进行交互操作。数据库 SOA Expressway能够利用顺序读出JDBC的标准SQL ，来插入或者检索来自数据库的数据。这也使利用SOAP 或者REST 来实现外部的接口变成可能，此接口接收一个请求，执行认证操作，并且利用此请

19、求来开启一个数据库交互。3.2.3虚拟化技术虚拟化是一种经过验证的软件技术，它正迅速改变着 IT 的面貌，并从根本上改变着人们的计算方式。如今，具有强大处理能力的 x86 计算机硬件仅仅运行了单个操作系统和单个应用程序。这使得大多数计算机远未得到充分利用。利用虚拟化，可以在一台物理机上运行多个虚拟机，因而得以在多个环境间共享这一台计算机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序。虚拟化技术在 20 世纪 60 年代首次开发，当时是为了对大型机硬件进行分区以提高硬件利用率。如今，基于 x86 体系结构的计算机依然面临着 20 世纪 60 年代大型机经历过的同样问题

20、：缺乏灵活性和未得到充分利用。VMware 于 20 世纪 90 年代发明了针对 x86 平台的虚拟化技术，以解决未得到充分利用及其他一些问题，在此过程中克服了许多难题。30 多年前，IBM 率先实施虚拟化，作为对大型机进行逻辑分区以形成若干独立虚拟机的一种方式。这些分区允许大型机进行“多任务处理”：同时运行多个应用程序和进程。由于当时大型机是十分昂贵的资源，因此设计了虚拟化技术来进行分区，作为一种充分利用投资的方式。在 20 世纪 80 年代和 90 年代，由于客户端-服务器应用程序以及价格低廉的x86 服务器和台式机成就了分布式计算技术，虚拟化实际上已被人们弃用。20 世纪 90 年代 W

21、indows 的广泛使用以及 Linux 作为服务器操作系统的出现奠定了 x86 服务器的行业标准地位。x86 服务器和桌面部署的增长带来了新的 IT 基础架构和运作难题。这些难题包括：基础架构利用率低。根据市场调研公司美国国际数据集团 (International Data Corporation, IDC) 的报告，典型的 x86 服务器部署平均达到的利用率仅为总容量的 10% 到 15%。组织通常在每台服务器上运行一个应用程序，以避免出现一个应用程序中的漏洞影响同一服务器上其他应用程序的可用性的风险。物理基础架构成本日益攀升。为支持不断增长的物理基础架构而需要的运营成本稳步攀升。大多数计

22、算基础架构都必须时刻保持运行，因此耗电量、制冷和设施成本不随利用率水平而变化。IT 管理成本不断攀升。随着计算环境日益复杂，基础架构管理人员所需的专业教育水平和经验以及此类人员的相关成本也随之增加。组织在与服务器维护相关的手动任务方面花费过多的时间和资源，因而也需要更多的人员来完成这些任务。故障切换和灾难保护不足。关键服务器应用程序停机和关键最终用户桌面不可访问对组织造成的影响越来越大。安全攻击、自然灾害、流行疾病以及恐怖主义的威胁使得对桌面和服务器进行业务连续性规划显得更为重要。最终用户桌面的维护成本高昂。企业桌面的管理和保护带来了许多难题。在不影响用户有效工作的能力的情况下控制分布式桌面环

23、境并强制实施管理、访问和安全策略，实现起来十分复杂且成本高昂。必须不断地对桌面环境应用数目众多的修补程序和升级以消除安全漏洞。3.2.4云计算需弹性架构云计算的弹性架构图将所有的硬件设施集中起来，根据各系统的忙闲情况，动态分配（最下层）；统一管理服务、安全服务、标准、规范和法规体系（左右两侧）；统一数据管理，建立统一的数据规范（基础软件服务层）；统一展现层。弹性架构的优势：硬件资源集中管理后，按需分配，动态分配，当某应用系统需要更多的硬件资源时，自动分配更多的资源给其使用，使用完毕，自动将多余的资源回收，以提供给其他系统使用（IAAS）；整体规划，统一管理服务，统一安全服务，统一标准、规范和法

24、规体系，避免管理混乱；构建统一的基础软件服务（PAAS）层，实现资源共享，应用集成，互联互通，消灭数据孤岛；构建统一的展现层，将所有应用系统的信息集中展现，避免“人找事”，实现“事找人”。在PAAS基础上，构建统一的协同应用层（SAAS）。弹性架构将所有数据集中管理，对数据库并发访问性能带来严峻的挑战。传统的32位系统平台很难满足这种性能需求。3.3智慧教育系统总体技术方案智慧教育平台是一个系统架构科学合理、开放互联的应用服务平台。不仅能解决数据互联互通问题，消除信息孤岛，实现资源整合与共享；而且未来能够灵活地应对需求发展，可以根据需求的发展变化，在此平台上快速开发建设丰富多样的教育应用；同时

25、保证这些应用有机统一，集成创新，发挥最大效益。统一管理服务，统一安全服务，统一标准、规范和法规体系，避免管理混乱，统一建设标准；建立数据中心，统一数据管理；通过云服务中间件和云聚合中间件实现信息共享与交换，实现统一用户认证，权限管理，单点登录；统一、开放的信息展现层（教育云门户、虚拟化个人桌面）；打造“云+端”的“AAA”应用模式；提供基础软件和通用服务，并提供标准接口，可通过无代码开发工具和代码开发工具，快速开发，适应应用变化需求。为持续发展奠定技术基础3.3.1智慧教育平台系统功能框架下图是智慧教育整体逻辑框架图，所有背景为橙色的部分，均为教育云软件基础平台框架（PAAS），以下简称教育云

26、基础平台。智慧教育架构图标准性优势所谓标准，就是大家都知道并且共同遵循的原则。教育部基础教育司李天顺司长说：一流企业做标准，二流企业做品牌，三流企业做产品。强调了标准的重要性。智慧教育平台类中间件，肩负异构数据整合，持续扩展的重任。整合和扩展的重点是标准。没有统一的标准，整合和扩展会面临巨大的困难。智慧教育平台构建了系统的、功能强大的的XML，Webservices标准接口，为数据整合、持续扩展提供了坚实的基础。综合实力优势智慧教育平台是一个中间件平台，构建于操作系统之一，通过开发工具来对其进行扩展和完善。需要与操作系统和开发工具之间深度集成。智慧教育平台操作系统（WINDOWS），基础软件（

27、OFFICE、IE、 UC、邮件），开发工具（Visual Studio）等拥有世界上最为广泛的用户群体。智慧教育平台将这些优势产品集成在一起，使应用和开发扩展自然过渡。使用者能用最短的时间能学会应用，开发者能用最短的时间在此基础上扩展和开发新的应用系统。这种时间成本优势，也是其他任何公司所不能比拟的。技术优势采用了新的64位弹性架构中间件类的产品，因为其功能众多，其内部结构极其复杂，内耗很大。64位弹性架构，确保其性能满足要求。自动标准数据存储和自助服务生成数据存储时，在系统底层自动将数据转换成XML这种国际标准格式。当数据交换时，可自助生成标准的Web Services。自助是指系统管理人

28、员，通过简单的配置，就可派生出标准的Web Services，而不需要由软件厂商的开发人员通过代码来生成Web Services。Web Services是穿透防火墙，实现跨系统、跨数据库进行数据交换的基础。自助性是云计算的重要特征之一。3.3.2系统开发设计模式在设计系统开发模式时，考虑采用C/S模式和B/S模式相结合作为智慧教育系统的平台，采用两种模式结合的原因是C/S模式和B/S模式它们各自的优势侧重表现于不同的方面。对C/S模式而言，其主要特点为：（1）具有成熟的设计开发方法和工具。经过多年的研究和积累，基于C/S模式的系统设计开发方法已被用户所掌握，并且，众多的数据库和软件生产厂商提

29、供了各种可视化工具和编程语言来扶持它的开发，而目前B/S模式的应用及其开发方法仍处于发展过程，特别是还不具备特别完善的开发工具。（2）交互性强，界面友好。各个CLIENT机上运行的应用程序是针对特定的用户和任务设计，同时具有在线帮助和出错提示等功能。这些优势是B/S模式所不具备的。（3）数据通信量小，安全性高。C/S模式中前后台传递的仅仅是查询请求SQL语句或查询结果。C/S模式在一定程度上可以满足系统对安全性的要求，而B/S模式是一种开放式的结构，面向众多的用户，即使采用防火墙技术也不能完全屏蔽网络黑客和内部人员对系统的恶意侵袭。对B/S模式而言，其在逻辑上采用了3层结构，它在前台BROWS

30、ER和后台数据库SERVER之间建立了一个WEB SERVER层，所有的应用程序模块都安装在它上面。在BROWSER上只需安装一个通用的浏览器软件。因此，这种模式简化了客户端，使用户的操作更加方便，降低了系统的开发和维护开销。智慧教育系统中所有应用软件系统支持RISC架构的小型机、Intel架构的服务器等主流硬件平台；支持UNIX、Linux、Windows等主流操作系统平台；支持TCP/IP、IEEE 802.3、NetBEUI、IPX/SPX等主流网络协议；支持Oracle、Sybase、DB2、SQL Server等主流数据库系统；B/S架构的各个应用均须使用J2EE体系架构开发，支持W

31、eblogic、Websphere、Tomcat等主流应用服务器平台,C/S架构的各个应用使用统一的开发平台。应用系统提供统一的用户、权限、菜单、故障、问题、性能、日志、审计等管理功能，这样方便管理员进行日常管理和监控，提供进一步使用SNMP协议与系统管理平台的统一管理接口。B/S架构的应用系统使用构件式方式开发，统一选用基于J2EE架构的构件式集成开发应用平台开发各个应用系统。开发应用平台是通用的、产品化的、基于可视化开发方法的平台；能够以可视化方法开发业务构件、组装构件、部署构件、管理构件，完成应用功能；开发应用平台应能有效地对一般开发人员屏蔽Java Beans、EJB、JMS、Serv

32、let、JDBC、JTA等J2EE底层的技术细节，实现高效开发、简易维护，提高应用系统的质量。在现有成熟的通用基础构件、业务基础构件的基础上开发，以适应项目应用的不确定性、快速发展、后期拓展等要求，并实现构件级的可重用技术。所有B/S架构的应用均统一使用J2EE体系架构开发，基于Model-View-Controller(MVC)模式，将应用软件的界面层、展现层、业务逻辑层以及数据访问层明确分离开来，以支持跨平台操作和分布式应用，具备良好的可扩充性，以利于扩展到支持XML数据交换、Web Service应用集成。基于上面的分析，在校园一卡通系统的设计中，采用这两种模式相结合的方式，并充分发挥各自的优点，构成校园一卡通系统的系统软件开发模式。将系统中INTERNET应用采用B/S模式，实现通过浏览器进行信息的查询、浏览，而对于校园各个部门本地局域网的应用，出于其交互性和安全性要求高，采用C/S模式，将其设计为基于局域网的C/S模式的管理信息子系统，这样可以在一定程度上满足系