面向教育行業的信息化知識庫系統的框架研究

【摘要】教育信息化知識庫是對教育信息化建設起支撐作用的知識集合。構建教育行業信息化知識庫對于教育信息化的深化發展意義重大。在分析教育信息化的知識庫的建設背景、目的和意義的基礎上，文章對教育信息化知識庫系統的整體框架作了研究，重點闡述教育信息化知識庫的內容構成和支撐軟件的參考模型，并對其建設、應用和管理模式做了初步的探討。

【關鍵詞】教育信息化；知識庫管理系統

【中圖分類號】G40–057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097 (2008) 04—0009—05

一 教育信息化知識庫的建設背景

教育部2003 年統計結果顯示，中國有各級各類學校近120 萬所，在校學生3 億多人，教育規模之大為世界之最。統計表明，全國教育信息化總體投入已經超過千億 [1]。隨著“校校通工程”、“農村中小學現代遠程教育工程”等一系列信息化基礎工程的開展，網絡和硬件在基層教學單位中得到進一步普及。當前，教育信息化的重點已經從硬件購買、網絡鋪設轉移到教育教學軟件系統和教學資源的建設和應用上。隨著各類教學軟件和數字資源深入推廣應用，教育信息化建設中也逐漸暴露出一些亟待解決的問題：

1 教育信息化過程中積累的知識和經驗沒有得到有效的管理，它們散亂的分布在各個企業中，導致信息傳播不暢，難以為用戶提供有效的服務，使得教育信息化在實施和推進過程中往往因需要不斷解決遇到的重復性問題而造成損失。

2 缺乏應用推進型的高端咨詢服務，大部分企業仍然停留在銷售軟件產品和資源庫的階段，售后服務主要也停留在對軟件系統本身的故障排除、升級等等。缺乏對這些實施信息化的機構和組織的應用指導和服務，使得購買的軟硬件產品往往無法發揮最大的功效。

3 教育信息化相關企業沒有形成一個優勢互補的教育信息化產業鏈，其提供的產品和解決方案同質趨向嚴重。教育信息化市場沒有形成龍頭企業帶動下游供應商、服務商的格局，造成國內教育信息化相關企業的服務水平始終在低層次徘徊，產品缺乏強勁的市場競爭力。

4 教育信息化過程中，低水平重復建設現象嚴重，導致教育信息化軟件和應用系統開發廠商的利潤普遍不高。

5 相關標準的應用推進效果不明顯。不同信息系統間各自為政，互聯互通乏力，使教育信息化深入應用遭遇瓶頸。

在教育信息化推進的過程中，相關行業積累了大量經驗，技術和方案等知識，這些知識是非常寶貴的教育信息化知識資源，而且教育信息化知識資源的積淀程度和利用水平很大程度上代表了教育信息化建設水平。教育應用知識資源在教育信息化實施過程中占有舉足輕重的地位，信息化成功的要訣“三分技術，七分管理，十二分數據”也充分說明了這點[2]。隨著信息化的發展，知識資源的重要地位日益凸現，政府也開始組織項目完善我國的信息化知識庫系統和其服務體系。可見，構建教育行業信息化知識庫，促進行業知識積淀，業務流程規范化，數據結構標準化，引導我國教育軟件企業分工，降低教育信息專業化服務和應用的成本，既是大勢所趨，也是教育信息化迫在眉睫的任務[3]。

二 教育信息化知識庫建設的意義與目標

教育信息化知識庫是指對教育信息化軟硬件建設起支撐作用的教育信息化經驗知識的集合，這些經驗通過結構化的知識分類體系和知識表示方式進行存儲和表達。實施信息化建設的企業或教育教學組織可以通過共享知識庫的結構化知識，簡化系統建設和軟件開發、減少重復設計和開發成本，并使得系統建設符合教育信息化的行業標準規范。教育信息化的龍頭企業和相關研究機構可以通過對信息化知識的生產、共享和應用推廣開展高端的信息化建設咨詢、整體設計等服務，促進行業產業鏈的形成。

教育信息化知識庫構建，在技術方面，其研究成果填補了國內該領域的空白；在行業方面，促進了教育行業的專業分工和結構優化，提升了行業信息化管理水平和運行效率，同時，該項目還有助于幫助龍頭軟件企業向高端規劃咨詢和增值服務商成功轉型，帶動一批中小企業成為專業化的開發、實施和維護商，提升了本土企業的整體競爭力，增加了其市場份額和影響力。具體來說，教育信息化知識庫的建設具有以下幾個方面的意義：

第一，促進教育信息化知識的沉淀、積累與應用

各龍頭企業按照相關規范將已有的教育應用知識經驗和最新研究成果填充到知識庫中，并利用知識庫提供教育信息化建設咨詢，應用解決方案的設計，培訓等高端服務。教育信息化的知識庫的建設，無疑有利于教育信息化過程中知識沉淀、積累與應用。

第二，促進教育龍頭軟件企業在高端咨詢和服務商成功轉型

在骨干教育軟件企業中建設行業知識庫，可以幫助骨干教育軟件企業提高對教育信息化的整體認識和理解，培其高端咨詢能力，降低成本，拓展增值空間。教育信息化知識庫的應用和推廣，將有利于促進大型企業從開發商成功轉向高端咨詢和服務商。

第三，優化教育行業結構

教育信息化知識庫的建設與應用有利于引導中小教育企業向專業化、協作化服務轉型。建設教育信息化知識庫有利于拉大龍頭軟件企業和中小企業的競爭差異，有利于形成龍頭企業與中小企業之間的專業化分工，進而形成一個以大帶小的產業合作勢態。

第四，提升教育軟件行業的發展速度

利用教育信息化知識庫，促進教育信息化知識資源的共享，使得教育軟件業務組件的共享程度得到提高，直接降低了開發的難度。同時，伴隨著業務流程的共享，教育信息化系統設計的工作量得到大幅度的減輕。這些無疑對提升教育軟件發展有很大的幫助。

第五，推動教育信息化應用效果

通過教育信息化知識庫的建設和推廣應用，能促使大家的關注點從單純軟硬件投資轉移到更深層的知識積累、共享和應用上來。同時，一批相關企業向高端資訊和應用推進服務商的轉型，也將極大的促進各級各類教育部門和教學機構的信息化實際應用效果。

教育信息化知識庫系統包括結構化的信息化知識內容和知識生產、消費的支撐服務體系。知識內容根據其邏輯粒度可以分為數據模型知識、業務模型知識、信息化軟件構件和綜合應用知識4層，這些知識從不同的粒度總結和歸納了教育信息化過程中可以分享和重用模型類知識、應用軟件構件以及綜合性應用知識。教育信息化的標準規范知識庫作為構建以上4層知識的重要參考和依據。教育信息化知識庫的支撐服務體系包括知識的表示和存儲管理、知識的生產、編輯、管理、消費應用的一系列工具，以及依托知識庫提供的咨詢、整體設計等高端服務。此外還包括對知識社區、知識交易、運營監管等擴展服務的支持。

三 教育信息化知識庫的內容構成

教育信息化知識庫內容建設是要建立并不斷完善教育信息化知識庫內容建設的標準體系，為教育信息化知識庫內容建設提供支持與服務。本文將對教育信息化知識進行規劃。教育信息化知識內容可以分為教育信息化標準規范、教育數據模型、教育信息化業務模型、教育應用軟件構建、教育信息化解決方案、教育信息化產品規范、教育信息化分析報告、教育信息化應用案例等八大類，整體結構如圖1所示。下文將對每一類教育信息化知識內容做詳細說明與規劃。

1 教育信息化標準(規范)知識庫

教育行業相關標準的梳理和入庫，對于教育信息化建設過程中的質量保證、過程規范和系統間互聯互通，都具有重要的意義。教育信息化標準（規范）知識庫的建設，不是要新建標準，而是要需要充分吸收和借鑒已有教育技術標準體系的成果，推動已有標準體系的完善和應用。國際上有不少標準化組織、企業機構和學術團體致力于網絡教育技術標準的研究與開發， 并且已經產生了一定的成果。另外，許多標準化組織都提出教育技術標準的體系結構與分類，這些分類對于我們進行教育信息化標準(規范)知識庫建設與管理都有一定的指導意義。

2 教育數據模型知識庫

教育數據模型知識庫的建設，對基于不同廠商和平臺的教育信息化系統相互理解數據結構、共享信息、實現互聯互通具有關鍵性作用。此外數據模型知識庫的元數據定義、本體模型等也是上層的業務模型知識庫的構建基礎。教育數據模型知識包括元數據和數據元素、本體模型、數據交換包、信息分類目錄和編碼、概念和邏輯視圖幾個部分，其邏輯結構圖2所示：

元數據和數據元素是教育數據模型知識庫的基礎性構件，它們是基于教育標準規范知識庫中的相關標準和規范構建的。本體模型是數據模型庫的核心內容，它基于元數據和基礎數據元素構建，形式化的描述了教育信息系統中信息實體和實體之間的關系，是不同的教育信息平臺共享數據和業務流程整合的語義基礎。信息分類體系、概念和邏輯視圖為瀏覽和查詢知識庫中的本體模型提供了方便的入口和表征形式。數據交換包則是將本體模型按照一定規則包裝，加入數據交換所需要的安全、認證、加密等信息，可以由軟件系統直接發送、接受和處理。

3 教育信息化業務模型知識庫

教育信息化業務模型是對實施教育信息化組織的組織架構、業務功能、業務流程、業務信息等業務內容的形式化描述。教育信息化業務模型知識庫的建設有助于規范教育教學組織的信息化業務流程，降低業務建模和系統設計成本，提升教育信息化系統的靈活性，實現應用程序或服務在更高粒度上的重用，教育業務模型知識庫的結構如圖 3所示。

首先，實施教育信息化的組織大體可以分為教育管理組織和教學實施組織兩大類別，然后針對兩類組織分別對組織內部的業務模型進行分析：首先提煉組織架構模型和業務功能模型，將組織的人員崗位結構和核心業務功能抽象建模，然后在此基礎上形成業務流程模型。業務信息模型構建在教育數據模型基礎之上，用本體模型表征了業務組織模型、業務功能模型和業務流程模型中使用的信息實體和實體之間的關系，是其他業務模型信息處理和交換的基礎。我們可以進一步將主流教育信息平臺的用戶設計、功能設計、用例設計映射到業務模型知識庫中，更直接的降低教育信息化過程中教育信息平臺需求分析、系統設計的成本，促進信息化業務流程的規范化。

4 教育應用軟件構件庫

教育信息化軟件庫是信息技術和教育應用工程開發的橋梁。教育應用軟件構件將教育信息系統中常見的系統服務功能和業務功能進行程序實現，并封裝成結構良好的構件供不同的教育信息平臺調用。目前各種通用構件已經得到廣泛利用，如幫助開發者提供數據庫操作和對象映射的Hibernate，提供MVC框架的Structs，提供日志功能的Log4j，提供全文檢索功能的Lucene等。但是目前針對教育領域的業務構件仍然鮮見于應用系統的開發過程中。教育應用軟件構件庫擬建設實現教育領域具體業務功能的領域構件，如異構學習資源元數據轉換構件、針對教育數據模型知識的消息封裝和拆分構件、基于某種本體模型的業務實體管理構件等。此外，還提供一些基礎的數據存取、消息隊列管理等通用型構件。

5 教育信息化解決方案庫

教育信息化解決方案知識庫主要提供針對教育信息化的系統化、一體化解決方案，使得實施信息化的教育組織可以根據解決方案直接指導信息化的實施。依據教育信息化解決方案針對的信息化項目，可以分為教育信息化綜合解決方案、信息網絡建設解決方案、區域教學資源建設解決方案、信息技術與課程整合解決方案、教育管理和辦公自動化解決方案、數字圖書館方案、網絡教學和協作學習解決方案等。

6 教育信息化產品規范庫

教育信息化產品規范庫對教育信息化過程中購買、開發和部署的各類信息化軟、硬件產品的主要功能、性能指標、使用方式和教學應用等方面進行詳細的說明和介紹，以幫助各類教育組織在信息化過程中對教育信息化產品進行選型、購買、管理、使用和維護。

7 教育信息化分析報告庫

教育信息化分析報告對某段時間內教育信息化應用現狀、建設狀況、市場狀況、發展趨勢等方面進行量化統計和分析。分析報告有助于教育教學組織或教育信息化產品供應商與實施商整體了解教育信息化的發展現狀和趨勢，從而幫助產品供應商和實施商決定企業產品研發、市場推廣的路線。

8 教育信息化應用案例庫

教育信息化應用案例庫中存儲的教育信息化應用案例詳細描述教育教學組織信息化實施的過程和效果，對于其他組織實施教育信息化項目，以及企業提出的信息化方案都具有重要的參考價值。每個案例包括實施背景和目標、系統設計和技術路線、實施方案和過程、實施效果和收益、經驗總結等幾個主要組成部分。

四 教育信息化知識庫支撐系統的參考模型

教育信息化知識庫支撐系統對教育信息化知識內容的建設和教育信息化知識庫的應用推廣起到了重要的支撐作用，同時它也是教育龍頭企業服務提供中心和教育用戶的咨詢中心。教育信息化知識庫支持系統建設就是要構建并開發功能完善的教育信息化知識庫管理系統，為知識庫內容建設和知識庫內容應用與服務提供支持。其目標就是要開發一套基于SOA架構的知識庫建設、管理和應用支撐系統，包括數據服務、消息服務、安全認證服務等基礎性支撐服務和知識錄入、管理、協同編輯、語義關聯以及不同類型知識的設計、管理和應用工具，并提供統一的知識查詢、共享、交換的應用門戶，支持知識庫的持續性更新和應用。教育信息化行業知識庫系統的體系結構如圖4所示，整個可以分為基礎層、知識庫層、知識庫管理層、教育信息化應用層和接入層。

基礎設施層是教育信息化知識庫系統順利運行的環境保障，主要包括網絡、服務器、客戶機和操作系統等。

知識庫層負責教育信息化知識數據的統一存取與存儲管理。教育信息化知識庫是在各種教育信息化知識的基礎上，通過提煉與整理而形成的各個子庫。教育信息化知識數據由教育信息化知識目錄、元數據庫和教育信息化知識庫三部分構成。資源數據可以分布存儲于不同的地點。教育信息化知識庫系統集中管理所有的知識數據的目錄和元數據。在統一存取的基礎上，教育信息化知識庫系統為數據管理員提供數據統一管理視圖。

知識庫管理層主要包括兩方面的功能：一方面提供知識文件管理、編輯與標注功能；另一方面提供應用支撐服務的開發功能。

系統提供對各類知識內容的統一管理功能。通過知識模版的編輯和管理的功能，可以設定不同類別知識的編輯模版，便于知識內容編輯和屬性設置。此外，針對不同的用戶類型，提供知識的提交、審核、入庫和提取的功能，實現從知識生產、知識維護到知識應用的完整流程。

教育信息化知識庫提供協同編輯功能來協助多個地理上分散的作者共同完成對一個大型知識文件的生產。在協同編輯的基礎上，系統應集成工作流管理和版本控制的功能以便用戶之間的溝通和提供有效的恢復手段。

知識內容的標注主要包括元數據標注與語義關聯兩個方面。元數據是整個教育信息化知識庫平臺的數據存儲的基礎。知識文件的語義數據描述是對知識文件進行知識處理與提供相關服務（如識元自動抽取、個性化搜索技術等）的基礎。

應用支撐層的服務是上層知識設計、應用和管理與底層知識庫交互的中間服務，因此要求良好的穩定性、效率和可擴展性。應用支撐服務包括消息表示服務、數據訪問服務、目錄服務、流程控制服務、消息隊列服務、數據交換服務、安全服務等。

應用層在知識庫管理層的基礎提供具體的應用服務，由教育解決方案中心、各種教育信息化知識的設計與管理工具等組成。教育解決方案中心基于對教育信息化知識逐步抽象、整合，再通過建模、仿真、演示、配置等過程，最終形成解決方案。保證教育信息化知識庫可以在知識應用中心，面向不同用戶群，提供知識利用和解決方案等應用服務。

接入層通過統一的信息門戶為各種用戶提供各種應用服務訪問。信息門戶為用戶提供身份認證和單點登陸等功能，接受不同層面用戶的訪問，并為用戶提供個性化的教育知識庫應用服務。接入層主要面向教育行業用戶、龍頭軟件企業、協作企業以及中介機構等對象。

五 教育信息化知識庫的建設、管理和應用模式

教育信息化知識庫中的知識內容按照其適用性和共享程度可以分為共有知識和私有知識兩類。前者是公開、免費共享的通用型知識，一般來說，這類知識的適應面較廣，是基礎性的知識內容，如行業背景知識庫、學習技術標準知識庫、通用的數據模型庫、業務模型庫等。這類知識的建設由教育信息化主管部委委托相關企業或研究機構建設，知識內容的提交需要經過嚴格的審核和評定；后者是參與知識庫內容建設的企業自己提交和管理的知識內容，如特定的軟件構件、解決方案等。這部分知識可以由企業自己決定是免費共享還是有償使用，不用經過嚴格的審核。因此知識內容的管理也可以分為兩類：共有知識的管理由知識庫建設的組織者委托龍頭企業和相關研究機構進行，如元數據管理、目錄管理、數據模型修訂、業務模型修訂、背景知識整理等等；私有知識的管理則由所屬的企業自己負責。其建設、管理和應用模式如圖5所示[4]：

教育信息化知識形成之后，經過知識管理形成的教育行業背景知識和教育信息化知識可以為不同的客戶群提供知識檢索、知識利用、知識社區、評價分析、知識交易、運營監管等知識應用服務。同時教育信息化知識，經過抽象、整合，可以形成教育信息化全景圖，經過建模、仿真、演示、配置等過程，可以形成教育信息化解決方案，為龍頭企業、協作企業、用戶提供解決方案應用服務[5]。

教育信息化知識庫的服務對象主要包括教育信息化企業和需要實施信息化項目的教育部門、學校等兩類用戶。通過使用教育信息化知識庫給兩類用戶帶來了很多便利。對企業用戶來說，通過利用知識庫中的數據模型、業務模型、軟件構件等知識內容，能在很大程度上縮減了軟件設計和開發的時間和工作量，并使得軟件符合國際主流標準的要求。減少企業用于設計開發通用型組件和功能的工作，使其產品研發的重心轉移到提供特色化的產品和可定制的專業服務上；而行業應用用戶可以利用知識庫中的應用層知識幫助分析需求、設計規劃、選購產品、檢驗質量，避免信息化建設缺乏整體思考，陷入無序的狀況。

六 結語

教育信息化知識庫的構建是我國信息化進程中的重要舉措。它不僅在技術方面填補可國內該研究領域的空白，促進核心業務平臺通用性和可擴展性的提高，提升平臺業務效率；同時還可以促進了教育行業的專業分工和結構優化，提高行業信息化管理水平和運行效率，增強企業的競爭力，是教育信息化建設和應用不斷深化發展的必然要求。本文結合北京市科委啟動的其他幾個行業信息化知識庫的建設經驗，嘗試提出教育信息化知識庫的建設框架和管理應用模式，對其內容構成和軟件支撐系統的體系結構進行了初步的設計。但是行業知識庫的建設是一個需要多方參與的復雜工程，其設計、開發、建設和應用推廣需要不斷的過程性改進和持續的推動。希望本文能起到拋磚引玉的作用，讓更多的人意識到教育信息化知識庫的作用，參與到教育信息化知識庫建設中來，并能夠促進其應用推廣，為我國教育信息化進一步發展貢獻更多力量。

參考文獻

[1]中國教育軟件的發展. [EB/OL].

2007-7-20.

[2][3]北京市科學技術委員會.行業信息化知識庫項目總體設計書[Z].內部參考資源，2007.

[4][5]北京市科學技術委員會，北京軟件與信息服務業促進中心，行業信息化知識庫項目工作總體組.行業信息化知識庫系統建設規范指南[Z].內部參考資源，2007.