信息化整合和環境構建

興喬　趙曉寧

多媒體教學、網絡教學再到移動學習，信息化浪潮不斷與傳統教學改革趨勢融匯，這一進程不但與傳統的教學結構發生沖突，也與裝備規劃、設計、應用體系均產生不同程度的矛盾，解決這一矛盾要求現實與發展相統一，建設、規格與普及應用相協調。基于問題及系統優化問題的解決方案的研究，當時在教育裝備各領域引起重視，裝備管理部門、專家、學者、生產者、研發機構均參與了這一過程，進行了多方面的研究與實踐。

1 關于信息化資源庫的研究

教學資源是抽象層次上的教學資源，是指經過數字化方式處理或者經過再加工和制作的、可以在計算機網絡上運行的、能夠展現相關知識節點內容的教學材料，它還能激發學生通過自主、合作、創造的方式來尋找和處理信息，從而促進網絡教學活動的開展。這些教學資源以對象的形式保存在數據庫中，同時將與數據庫中關于資源屬性的描述和評價信息關聯。教學資源庫指廣義的資源庫概念，它不僅包括教學資源存儲功能，而且包括教學資源管理功能、教學資源訪問功能、教學資源評價功能等，即廣義上的教學資源共享和管理系統。

資源庫建設問題是教育信息化建設的一個重要節點。多媒體、網絡學習、移動學習均對資源庫建設提出適應性要求。而建設資源庫，當時一方面要對傳統資源進行數字化重構，同時也要對新出現或新形成的資源進行適應新型教學的處理，這一信息量是異常豐富的、海量的，分布地域遍及全球。如何建設學習資源庫，教育裝備機構及相關專業人士積極開展了此方面的研究，內容涉及當時資源庫建設方面存在的問題、解決方案、體系架構方法及原則等，以適應信息化教學發展的需要，優化教學流程，促進教學改革。

消除“信息孤島”現象 董旭東、艾倫在《基于Web Service的教學資源庫架構設計》中，指出當時在教學資源庫建設過程中存在的系統開放性差、異構性突出、信息資源難以共享等問題，提出采用面向服務構架方法建立開放的、可擴展的、共享的教學資源庫的方案，嘗試重構資源庫體系，整合現有教學資源，消除“信息孤島”。互聯網上教育教學資源遍及全球、異常豐富，要從教學資源的信息化、可移植性角度出發，對來自不同的數字化方法處理的傳統資源、不同廠商不同機構、各教育門戶網站、網校、學科資源站點以及數字圖書館等這些資源相對集中、結構各異、分散存儲的教育教學資源進行科學的組織管理，進行優化。

“信息孤島”問題產生原因主要在于教學資源庫方面存在系統的不一致，在教育信息系統建設中自行開發各自系統，缺乏標準化、規范化和兼容性，與網絡共享的基本要求背道而馳。“目前流行的教學資源庫系統存儲方式多樣，有的以文件形式直接保存在存儲設備上，有的保存在數據庫中；有分布式存儲的，也有集中式存儲的。操作系統絕大部分是Windows2000，也有少數的Linux和Unix操作系統。由于在系統架構時的技術原因或者其他原因，目前的教學資源庫系統在體系結構方面存在一些不足，如系統的開放性、可擴展性、互操作性差等。”

建立開放、統一、規范的教學資源庫 采用Web應用程序定義或規范一個開放的、面向Web應用的標準。在這樣的網絡系統中，一切皆是服務，系統的功能單元要么是服務的提供者，要么是服務的消費者，體系結構參見圖1。

1）信息處理能力更強。“Web Service的輸入輸出則均是標準XML格式的數據，這就為異構數據庫檢索結果的處理提供了方便。”具備二次開發端口，“系統在不同層次上提供Web服務接口，用戶可以在自己的應用程序里調用這些接口，從而把系統的服務嵌入到自己的應用系統里。應用開發變得越來越簡單和快捷”。

2）松散耦合。這一特征也是源于對象/組件技術，當一個Web服務的實現發生變更的時候，調用者是不會感到這一點的，對于調用者來說，只要Web服務的調用界面不變，Web服務實現的任何變更對他們來說都是透明的。

3）使用協約的規范性。這一特征從對象而來，但相比一般對象，其界面更加規范化和易于機器理解。

4）使用標準協議規范。作為Web服務，其所有公共的協約完全需要使用開放的標準協議進行描述、傳輸和交換。這些標準協議具有完全免費的規范，以便由任意方進行實現。一般而言，絕大多數規范將最終由W3C或OASIS作為最終版本的發布方和維護方。

5）高度可集成能力。由于Web服務采取簡單的、易理解的標準Web協議作為組件界面描述和協同描述規范，完全屏蔽了不同軟件平臺的差異，無論是CORBA、DCOM還是EJB，都可以通過這一標準的協議進行互操作，實現在當前環境下最高的可集成性。

6）開放性。Web Service可以與其他Web Service進行交互，具有語言和平臺無關性，支持CORBA、EJB、DCOM 等多種組件標準，支持各種通訊媒體如HTTP、SMTP、MQ、FTP、RMI over IIOP等。

7）完好的封裝性。Web服務既然是一種部署在Web上的對象，自然具備對象的良好封裝性，對于使用者而言，他能且僅能看到該對象提供的功能列表。

研究提出的系統體系結構為分層的分布式體系結構。如圖2所示，“它的核心功能分布在兩部分，一部分運行在資源控制主節點，另一部分運行在各個資源節點，主節點和各個子節點間通過Web Service相互調用傳遞信息。主控節點發出搜索請求前會在注冊中心查詢所有已注冊的服務，并選擇其中部分或全部子節點并把查詢請求以SOAP消息體形式發送到子節點，各個子節點把查詢結果返回給主節點，主節點再呈現給用戶的瀏覽器或其他調用程序。各個子節點自行維護管理自己的資源，各個資源子節點可以動態地加入和注銷其提供的服務，也就是說各個節點的注冊信息由各個子節點自己維護”。

系統是一個開放的資源庫平臺，它提供了一種與語言、平臺無關的編程模式，能有效地加速應用程序的集成過程，這使得基于Web Service架構的應用程序具備松散耦合、面向組件和跨技術實現等特點。

2 實驗教學信息化管理的研究

實驗教學信息化管理存在的問題 當教育信息化建設面對實驗教學管理時，所要解決的是多方面的比較復雜的問題，主要是由于缺乏對實驗教學信息化管理的支持環境，在教學管理中存在諸多問題。

1）不能及時提供實驗教學內容和實驗教學支持功能。由于缺乏實驗教學信息化支持平臺，教師不能給學生提供豐富的實驗教學資源支持，學生無法下載某些多媒體課件，或通過在線視頻播放、動畫模擬的方式進行實驗預習，實驗效果受到影響。

2）師生互動困難，管理不便，教師與學生交流的時間和機會有限。另外，教師與學生之間傳送文件經常通過QQ或者E-mail進行，一方面傳送速度比較慢，另一方面管理極不方便。

3）難以對實踐教學進行整體管理，更無法對實踐教學進行綜合性評價。

4）難以解決實踐教學中對教師工作量的考核，“使用手工記錄，難以準確計算工作量”。

5）難以掌握實驗室儀器設備的分布、使用現狀及構成明細。一門實驗課程對應多個實驗項目，同一門實驗課程的不同實驗項目可能對應不同的實驗室，不同的實驗項目所需的儀器設備也不盡相同。實驗室的儀器設備分布、使用現狀以及構成明細，對實驗管理人員來說更難以確切掌握。實驗安排不合理，儀器設備和器材利用率不高，導致實驗教學資源浪費。

問題分析表明：教師希望通過新的系統完成實驗材料的發布，建立一個“針對實驗課程的Web實驗教學管理系統”；學生希望通過系統察看實驗安排信息（包括實驗課程的停、調等情況），完成實驗內容的預習、實驗報告的提交，察看實驗報告的成績以及教師對實驗報告的評價，與教師進行實驗內容的交流，下載實驗相關的學習資源；實驗員希望通過系統完成實驗設備的管理（包括實驗設備的入庫、出庫、借用、報損等）、實驗課表的安排、實驗變更信息的發布等；系統管理員希望通過系統支持，完成網站欄目的設置、網站新聞的發布、各類人員的管理（包括添加、刪除人員名單，授予不同人員以不同的訪問權限等）、對各類人員發布的信息和資源的管理、網站的初始信息的管理、各種統計信息的管理等。

基于問題的研究認為，有必要通過對教學實際需求進行較為深入的考察，根據教師、學生、實驗員、系統管理員的意見，建設系統的信息化的實驗教學管理平臺。

創新實驗教學信息化管理模式研究 2005年以來，關于實驗（實踐）教學管理信息化的研究涵蓋高校和基礎教育、職業教育等，對專業實驗教學、實驗設備信息化管理等問題進行探討，并提出相應的規劃、設計方案、建議等。

張杰、包正委、林木輝從教育教學信息化開放共享的角度，基于實驗教學信息化建設方面的不足，提出基于Web的實驗教學管理系統的開發與設計，以及應用ASP技術實現其前臺和后臺信息交互的方法，嘗試構建一個能提高實驗教學質量和管理水平的實驗教學管理新模式。

系統目標：能夠提供實驗教學過程支持功能，主要包括“實驗課程管理以及實驗教學活動各環節的支持功能，如提供可靈活定制的課程框架和自主編輯的實驗內容框架，由此來展示教師的主導作用；通過在線論壇、實驗報告網上閱改、在線聊天室、資源共享空間等一系列工具構建一個可協作、討論、交流、相互幫助的學習情境，支持學習者的協作交流；提供豐富的實驗資源，方便教師和學生使用”。在此過程中，既可通過課程信息、實驗資源的組織發布來發揮教師的主導作用，又可通過提供豐富的實驗內容和資源來促進、支持學生的自主學習。

系統整合：“要實現這些目標，系統的設計必須具有較快的響應速度和較高的工作效率”；充分整合利用“包括局域網、數據資料等現有資源，盡量減少重復投入”；系統適應能力強，可擴充，易維護，操作簡單；“具備有效處理數據訪問的并發操作的特性”。基于此，系統方案采用針對不同用戶設計不同的功能模塊的方法，分別為教師、學生、實驗員、系統管理員設計不同的操作模塊，如圖3～圖7所示。各類人員通過身份認證之后，分別進入自己的工作界面中，避免受到其他干擾信息的影響，從而有效提高工作效率。同時，各功能模塊依據各類人員實際的工作流程進行設計，能有效滿足各類人員對實驗教學的需求。

系統架構和選擇：基于Web的高校實驗教學管理系統在軟件結構和系統平臺的選擇上，基于功能需求和系統設計，采用B/S結構。相對于C/S結構而言，B/S結構對用戶端的要求比較低，不用安裝除瀏覽器以外的任何軟件即可訪問系統，用戶只要掌握基本的瀏覽器使用技術便可無障礙地使用本系統，有利于應用推廣。同時，采用B/S結構可以有效降低系統維護與升級的成本和工作量，降低用戶的總體擁有成本（TCO）。

在系統平臺的選擇上，采用當時Windows 2003 Server+

SQL Server 2000 +ASP.NET的組合。Windows 操作系統是當時使用最為廣泛的PC操作系統，也是用戶最熟悉的操作系統，基于Windows操作系統的軟件也更容易被用戶接受。

在編程語言的選擇上，系統選擇ASP.NET技術，“為用戶提供了豐富的Web功能，即使用戶只掌握很少的編程經驗，也能開發功能強大的應用系統”，為系統開發中的數據訪問提供極大的便利，有效保障系統的訪問效率以及安全性。

依用戶類型進行的模塊化系統設計，為系統信息的統計、分類帶來方便。利用系統統計信息可以進行數據分析，為實驗教學提供科學的依據。例如，教師對學生關于某個學科或某個實驗提出的問題進行分析，可以有效掌握學生對這個學科或這個實驗的學習情況，便于教師及時提供反饋信息，改變教學策略，更改教學內容，更好地應對學生出現的變化狀況，提高教學質量和水平。教師也可以通過分析學生的訪問統計情況（訪問頻率、停留時間等），來掌握學生對某個學科或某個實驗項目的學習態度、學習興趣等情況。

從當時情況來說，這一系統有助于實驗教學實現最大程度的信息化管理，對于促進教學管理向科學化、網絡化、無紙化的方向邁進具有積極作用：

1）使實驗教學管理更加科學、高效；

2）為師生交流提供了良好的互動平臺；

3）學生能隨時了解自己的實驗表現情況及實驗成績；

4）減輕任課教師特別是主講教師的工作負擔（教師利用本系統發布作業信息，收取、批改學生作業，對學生進行輔導答疑，向學生提供學習資源）；

5）學生利用本系統提交作業，咨詢學習中的問題，下載學習資源；

6）資源交換非常方便，突破利用公網進行信息交流帶來的速度限制，同時也克服了使用ftp進行資源交流帶來的安全問題和管理不便的問題。

這一系統的缺點也是顯而易見的，如系統未提供虛擬實驗平臺，在統計信息的圖形化表示方面不夠具體。但就當時的實驗教學管理網絡化、信息化建設實際情況而言，無疑具有積極意義。

（未完待續。）

本文為全國教育科學“十二五”規劃2011年度課題“中國教育技術裝備發展史研究”（項目批準號：DCA110188）部分研究成果——教育裝備發展理論研究綜述（節選）。

作者：興喬、趙曉寧，《中國教育技術裝備》雜志社（100081）。