系統思考引導中小學矢量化數字校園建設例談

宋　濤

信息化和經濟全球化使整個世界鏈接成為了一個復雜的大系統,我們每一個單位、每一個人都工作和生活在這樣一個多層次的系統之中;這個復雜的大系統是不斷變化的,而且變化具有快速、跳躍、復雜和不確定性等特點,與過去的變化有顯著的區別。在這樣的時代,教育信息化建設要求我們必須學會系統思考。

學校教育信息化整體建設和應用被行業內稱為“數字化校園”,這項工作在政府重視、學校需求的態勢中蓬勃發展。近10年來,教育主管部門、學校、企業界一直對中小學數字校園進行探索和思考,從完美硬件配置到完善軟件應用,似乎都有了難以挑剔的解決方案,但站在績效評估的角度,為何這份答卷又令各方都不滿意呢?這是因為信息化服務與支撐是一項系統工程,迫切需要系統思考。

在數字校園中,教師是最核心的要素,是信息化服務的主體。我們建設和應用的視角一定要關注今天的教師有何種需求:較大壓力下教師們最需要人文關懷、發展期的教師們最需要自我展示、職初教師最需要有效的培訓資源、資深教師最需要對教育歷程的梳理、老教師們最需要承認與認同、一線教師都需要獲得參與學校發展的民主權利、看似功利的教師其實也有著對常態教育深刻的反思、看似職業倦怠的教師其實也在追逐著教育理想和境界,這就是數以百萬計游走在理想和現實之間的教師群體,我們要用系統思考的方式重新審視教師的需求。

兩耳須聞窗外事,數字校園其實是教育信息化最基層的項目,最需要了解整個社會信息化進程,基礎教育校園信息化最恐懼的是站錯位唱錯戲,成為小而全的“孤島”。商用技術的發展超乎我們的預設:類U盤的設備就是一條無線3G寬帶的接入、博客播客數量翻倍幾乎要趕上電子郵件、淘寶等電子商務交易量富可敵國、QQ飛信和開心網已經成為生活的一部分、Google的云服務預計無縫覆蓋生命需求的各領域,這些就是2009年數字校園的發展周遭,我們要用系統思考的方式理解外部的環境。

10年來,數以萬計的中小學準數字校園建立,而很多高級別的硬件架構似乎做的是網吧級的應用、很難實現面向廣大師生和行政管理人員的協同工作環境;不少有領先思路的學校在信息安全、權限管理、統一流程、標準規范等的實施也舉步維艱;部分學校信息團隊不夠穩定且缺少專業素養,教師隊伍的教育技術培訓也不夠實用貼切;不少發達地區第一代校園網絡硬件系統臨近淘汰、軟件系統性能安全也捉襟見肘。此時,我們要用系統思考的方式洞悉數字校園項目的內部運營。

任何事物的發展有量變才會形成質變,從裝備投入有目共睹到使用績效多方共贏,邏輯上看是行的通的,但這需要對數字校園的整體設計出科學的模型,使得數字校園系統軟硬件完整均衡、便于隨時調整滿足可持續發展的需要,這樣具備一體化和發展性特征的校園網我們可以稱之為矢量化數字校園。

矢量是物理學概念,如果說它既有大小又有方向的物理量,還不如說是方向的改變會引起大小改變的量。

CorelDRAW(矢量圖處理)和Flash(矢量動畫處理)讓我們接觸了矢量概念,兩個軟件中的矢量圖并不是真正的像素圖,而是一些信息,包括對象在屏幕中的位置、創建它的順序、以及定義的屬性值,都將作為對象描述的一部分。這意味著當操作對象(如移動和調整對象)時,軟件會重建其形狀和全部屬性,故此矢量圖無限放大而不會模糊,是由于它具備自動重建的能力。矢量化其實是一種機制,是一種用發展需求(規劃)引領裝備投入的機制,矢量化的思路對于指導數字校園設計有著現實的意義。

一、矢量化數字校園特點之——標準化

標準化其實是考量設計者對科技趨勢的把握,對于中小學數字校園建設的標準化是使用成熟領先的技術,回顧我在2005年參與部分校園網絡基礎建設時常面臨的幾個技術選擇,如下:

1.綜合布線用超五還是六類。

當時大部分學校還是選擇超五線纜,我們思考布線系統在智能化系統中的基礎作用決定了其一旦建成就不可能在短期內變動,其生命周期應該不低于15年,六類線雖然價格高出30%以上,但品質標準更高并能夠極好的支持未來千兆到桌面的應用需求。

2.交換機是否要支持第二版互聯網協議。

當時不少企業在向中小學推薦支持ipv6的萬兆核心交換設備,研究后覺得交換機生命周期平均6年,2012年之前電信等運營商在城域網普及ipv6幾乎不可能,同時普教學校六年內實現萬兆主干千兆到桌面沒有實際應用價值,故ipv4設備仍是2010年之前的不二之選。

3.對于無線局域網的“胖瘦”之選。

我覺得無線設備的生命周期更短約在4年左右,同時無線技術是當下發展最快的技術之一,加之設備成本較低,中小學校可以根據覆蓋區域選擇適合安全的無線組網技術,特別是規模較小的學校可以選擇靈活低廉的局部無線組網方式。

以上三個事例說明標準化不僅是書面推薦的技術參數,而是根據實際工作作出的前瞻務實的選擇,有堅持有放棄。

二、矢量化數字校園特點之——擴展性

擴展性不應單指局部設備硬件可升級,泛指整個網絡系統可以用策略調度的方式提升服務支撐力。舉兩個例子:

1.集中存儲的建立。

近年來,學校中課件、視頻、照片等數據量幾何級俱增,原先文件服務器容量遠遠不能滿足,所以,當前在數字校園規劃中必須加入構建SAN存儲區域網絡,將計算與存儲分離,該存儲可以彈性動態的向校園網任意一臺服務器(終端)分配虛擬硬盤空間,按需分配和集中存儲等特性使得學校徹底擺脫“容量之痛”。SAN存儲分為高端FC和低端IP兩類,無論從經費還是中小學實際吞吐量都應選擇后者,基于以太網的IPSAN用前者1/3的采購成本實現了較強的存儲性能,同時可以節約磁盤升級成本超過70%以上。

2.網絡中心計算能力的分解與聚合。

當前學校網站和校內資源共享等主流應用對服務器的運算性能要求很低卻獨占著緊缺的硬件資源,很多學校只有一兩臺服務器,如果使用服務器虛擬軟件如Vmware等,可以輕易將一臺高性能服務器切分成若干臺相對獨立的服務器,節約成本、擴展了性能。虛擬技術給我們帶來還有很多,包括集群計算、多機熱備等。

透過以上案例,我們看到,數字校園中數據中心計算能力和存儲資源可以靈活分配和重新組合,獲得了更大的合力,同時新的計算和存儲設備加入的時候,看不到是物理上的增加而更像邏輯上的融入。以上說明了擴展性其實是建立資源分配、聚合、重組的機制。

三、矢量化數字校園特點之——整合度

整合度旨在減少同質核心服務數量,將數字校園中將多個同類應用匯聚聯動,降低運維成本。以教育流媒體技術為例,近年來,學校越發重視視頻應用,派生出如校園電視臺、自動課堂實錄播系統、視頻點播和直播、學校播客、多校區視頻會議等多種項目,分析其技術核心是依托流媒體服務平臺,只是前端設備和軟件平臺有所不同。

建設首先是選擇適合的流媒體服務平臺,主流的real server或media server功能均十分強大,一旦確立流媒體統一標準后,各類視頻應用項目均需參照設計和選型招標;當下還有不少學校現有原模擬信號的閉路電視系統,建議在數字校園整體規劃時,一定要將傳輸方式合并入流媒體系統,這樣整合未來應用操作性遠勝過兩套并存。

除了網絡視頻基礎架構的整合,網絡視頻的內容管理整合也很重要,無論是校園電視臺的自辦節目、課堂教學實錄片還是校內活動錄影,不少學校往往散落難以調用查找,如果運用統一的視頻資源平臺分類梳理,堅持運用會極大地提高教學績效,沉淀為學校的教育內涵。

四、矢量化數字校園特點之——易控性

易控性為了降低數字校園規模不斷擴大后的技術駕馭度。很多普教校園網絡中硬軟件系統愈加龐雜,放在不同子系統中服務器數量超過10臺,信息點過千交換設備幾十臺,還有全網應用軟件10多種,似乎像個小規模的高等學校,伴隨網絡化規模的擴大,專任網管卻還是那一名,人員崗位的增設比設備的投入難度要大得多,顯然降低控制難度非常重要。

全域管理就是管理人在任何時間、任何地點均可接管全部硬件設備和軟件平臺。

提高易控性方法的核心全域管理模式,全域管理的實現其實需要用黑客思維來設計。

1.第一步為統一管理界面。

例如服務器一般分為刀片式和機架塔式兩類,刀片服務器群自身有統一管理解決方案,其他服務器需納入KVM統一集中管理;交換路由設備建議配置原廠或第三方局域網集中式管理平臺;存儲和其他安全設備也要選購含遠程管理界面的型號。

2.第二步管理數據IP化。

如果系統中還存在模擬化管理數據遠程是無法接管的,如前面談到的服務器KVM可在輸出端加設kvm for ip模塊,并且用公網IP地址對內網各類管理平臺的內網地址做映射,這樣無論在全球何處均可以通過公網地址訪問單位設備。

3.第三步為設計冗余管理鏈路。

如果第二步的預設出現配置故障同樣無法全域管理,必須非常重視冗余管理鏈路設計,可以在內網架設Netop網關并在全部服務器和重要設備安裝被控端,使其可以透過另一公網地址隨意進入內網開展技術調試,兩條路徑互為備份安全系數大幅提升。

以上三步的規劃加之給網管配置全國漫游的3G無線上網卡,一定會實現數字校園維護1分鐘響應的全域管理機制,這樣做降低了風險成本,提高了管理效能。

五、矢量化數字校園特點之——規則度

從數字校園普通用戶的角度來看,所謂規則度,即數字校園中的師生們往往會將家庭和社會上網的意識和行為移植到校園網中,而數字校園作為專用網絡環境有其自身的規則,但長期缺乏強化規則意識,導致網絡應用出現了大量可以避免的問題,規則的建立將有助于全網教學應用健康運行。

例如,校園大量的娛樂下載輕易會造成出口淤堵引發性能問題、單機病毒輕易感染全網引發安全問題、學生輕易在機房安裝暴力游戲引發教育問題、教師在最佳工作時間輕易可以上聊天和淘寶引發工作效率問題、任意筆記本都隨意接入且IP 地址隨意變動引發管理問題、學校重要文檔隨意共享訪問引發泄密問題等,此類案例還會導致領導的“因噎廢食”。若數字校園的規劃者、管理者多思考些解決辦法,以上問題會迎刃而解。

以上問題解決方案有很多種,例如:

1.學校購買或自制基于freeBSD的流控系統,可以設計出科學的網絡行為規則對學校的出口帶寬及上網行為進行管理,例如在上下午教學工作七小時內給下載限速、不允許訪問熱門娛樂游戲、炒股淘寶和聊天軟件停用,午休和下午5點之后不設限制,這樣既保障工作效率也兼顧人性化。

2.網管須對全網終端IP/MAC綁定管理,地址綁定可以任意在交換機、路由器以及服務器中完成,這樣如同給全網計算機做了身份技術檔案,將有效抑制非法計算機入網,方便快速排查病毒蔓延的源頭設備。

3.數字校園中的每位教師需配備統一內網權限,權限包含統一規則的帳號和個人密鑰,全網任何子系統登錄名需一致,可以采用調用同一數據庫方式,對于特殊項目可以手工同步,必須方便教師開展網絡應用。

結語

系統思考下矢量化數字校園理論核心其實是科學發展觀,堅持數字校園建設應用以師生為本,全面、協調、可持續的發展。觸及的內涵深刻、外延龐大,本文權且從這幾方面小議,拋磚引玉。■

(作者單位:南京市白下區教師進修學校)