基于云的學校級綜合管理服務(wù)平臺研究與開發(fā)*

劉 浩

（南京師大附中新城初中黃山路分校，江蘇 南京 210019）

在網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，伴隨著云計算、服務(wù)器虛擬化等手段的應用，教育信息化行業(yè)中出現(xiàn)了許多與此相關(guān)的軟件平臺。教育信息化包含許多方面的實質(zhì)性內(nèi)容，數(shù)據(jù)和辦公服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)則是基本。目前大多數(shù)學校或是在教育主管部門的統(tǒng)籌下或是自主聯(lián)系了相關(guān)的軟件開發(fā)企業(yè)，定制了校園網(wǎng)絡(luò)平臺的解決方案，不過在實施或者運行中發(fā)現(xiàn)，很多服務(wù)或應用往往都是閉塞互不相同，數(shù)據(jù)的格式與調(diào)用被嚴格限制在某一家軟件平臺之下，連相互的共享都沒有做到，更不必談基于云技術(shù)建立大的數(shù)據(jù)綜合性服務(wù)平臺，而一些應用的目的只是為了解決某幾項問題，這樣的平臺與應用數(shù)量再多也不能達到建設(shè)真正綜合管理服務(wù)平臺的目的，也與數(shù)字化校園的建設(shè)目標相去甚遠。

學校一級的綜合管理服務(wù)平臺是當下數(shù)字化校園建設(shè)的重要一環(huán)，云技術(shù)的參與可以進一步提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。服務(wù)平臺的建設(shè)并不指一套軟件系統(tǒng)的使用，而是指包含了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的兩大平臺，兩個系統(tǒng)缺一不可。對于硬件系統(tǒng)來說，出色的學校網(wǎng)絡(luò)管理維護人員能夠確保資源能被最大化利用，而且硬件的建設(shè)與軟件相比要容易許多。但是基于云技術(shù)的硬件平臺不僅要對服務(wù)器進行重新部署，更要在相關(guān)環(huán)節(jié)上給予必要的技術(shù)支撐。在軟件方面來說，很多學校都會選擇一家軟件開發(fā)企業(yè)來代為開發(fā)或者采購現(xiàn)有的產(chǎn)品，較少學校是自行研究開發(fā)。除了因為教師對軟件開發(fā)的能力不同外，還要考慮到相應的時間和費用成本。由此帶來的是很多系統(tǒng)往往是相對進行單一的采購，例如選課系統(tǒng)、報修系統(tǒng)、日程系統(tǒng)、評教系統(tǒng)、登記系統(tǒng)等，這些單一型平臺性軟件的使用就給數(shù)字化校園的建設(shè)帶來了許多困擾。

一、傳統(tǒng)學校管理系統(tǒng)開發(fā)和使用中的困擾

1.系統(tǒng)功能較為單一

軟件平臺在開發(fā)之初就已經(jīng)按照既定的框架進行編寫，所以最終的用途和實現(xiàn)的功能一般都是已經(jīng)設(shè)定好的。當學校用戶采購的軟件平臺安裝好后，一般都是希望快速部署并應用于相關(guān)業(yè)務(wù)當中，盡快解決用戶登錄、業(yè)務(wù)操作等問題，較少去思考和其他系統(tǒng)的連通操作。因此這樣的系統(tǒng)可能可以較好地解決所針對的項目問題，幫助學校利用信息化手段去提升相應事務(wù)的處理效率，但卻難以較好地去處理學校的其他一系列實際問題，在系統(tǒng)功能上較為單一，在系統(tǒng)功能的拓展性上還待加強。

2.用戶界面和字段的貼合性不高

現(xiàn)階段越來越多的軟件公司都將自己的目光轉(zhuǎn)向了教育市場，相關(guān)的軟件平臺也是種類繁多，但是總體上呈現(xiàn)出了多樣化、專業(yè)化的趨勢。現(xiàn)下軟件公司為了保護自身的利益，在實際軟件開發(fā)的時候往往都選擇了數(shù)據(jù)統(tǒng)一化封裝處理，后續(xù)更新以定期的更新包形式推送，這樣可以使軟件公司開發(fā)成本大大降低。不過不管是封裝的軟件還是開源的二次開發(fā)軟件，一般對于一線學校的實際情況來說都會多少有些出入，并且實際界面的使用和教師的日常工作相去甚遠，這反而使教師的使用成本上升。而且軟件平臺在開發(fā)之中因為較多地采用了通用字段，不能針對地區(qū)或?qū)W校進行針對性開發(fā)，一旦后期需要更新或者修改，學校用戶將承擔額外的開支，自行修改軟件卻又因為學校自身的軟件開發(fā)水平不足或軟件本身的封裝特性導致無法進行，這樣的問題給學校帶來的影響非常大，可能會導致軟件平臺的使用壽命大大減少。

3.系統(tǒng)相互獨立且無法共用

學校日常工作所需的一系列網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，并非只是由幾個獨立的系統(tǒng)就可以承擔。學校內(nèi)分屬不同部門的各套軟件系統(tǒng)往往需要進行數(shù)據(jù)的共享操作，幾套系統(tǒng)間進行數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)和調(diào)用，這樣才可以發(fā)揮出信息化平臺的價值。但因為現(xiàn)階段各個學校所采用的系統(tǒng)往往都是基于各自實際需要采購或定制的軟件系統(tǒng)，且相關(guān)的平臺開發(fā)中針對性非常強，往往并不可能在實際開發(fā)的同時再花精力去解決和其他軟件平臺的共通問題，所以各個相對獨立的軟件平臺并不能真正做到共享共用、最大程度地發(fā)揮信息化平臺的魅力。

4.軟件平臺硬件占用率較高

隨著編程語言的不斷更新和優(yōu)化，現(xiàn)在各軟件開發(fā)企業(yè)往往選擇了Java 或者基于Java 等平臺的網(wǎng)頁程序進行開發(fā)。這樣的開發(fā)架構(gòu)當然是非常適應潮流的，但是當軟件平臺架設(shè)到學校中進行實際應用的時候卻發(fā)現(xiàn)這樣的架設(shè)成本極高。因為這類平臺的特殊性，一臺服務(wù)器一般只安裝一套系統(tǒng)，且數(shù)據(jù)庫和服務(wù)端均安裝在一起，安全性較為一般。而作為學校用戶，服務(wù)器資源并不像企業(yè)那樣豐富，一般只有2 臺左右，獨立占用的模式則導致了學校其他應用要擠在一臺服務(wù)器上。所以當采取云技術(shù)的虛擬化手段出現(xiàn)后，無論采用私有還是公有云，都可以大大提升學校硬件的效能，發(fā)揮其最大化優(yōu)勢并應用到信息化服務(wù)中。

二、基于云的綜合管理服務(wù)平臺構(gòu)建模式探討及設(shè)計

針對現(xiàn)在軟件開發(fā)公司在開發(fā)中存在的諸多問題或困擾，貼合學校實際、符合一線教師工作特點、便于學校后期維護和部署及二次更新的綜合管理服務(wù)平臺就顯得尤為必要。伴隨著課題研究的深入，筆者投入大量精力研究并自行設(shè)計和開發(fā)了該平臺的框架和相應實體軟件功能。

1.基礎(chǔ)架構(gòu)的探討（見圖1）

隨著計算機軟件開發(fā)語言的不斷更迭，已經(jīng)出現(xiàn)了大量的可供選用的軟件開發(fā)語言。比如支持大流量服務(wù)的Java 和基于此技術(shù)的JSP 網(wǎng)頁開發(fā)程序、穩(wěn)定性和安全性都非常高的ASP.NET 開發(fā)環(huán)境、網(wǎng)頁常見開發(fā)語言PHP 等，這些都有各自的特點。但是為了契合學校的環(huán)境，而且考慮到學校后續(xù)自行更新或修改的情況，選用了基于B/S 的ASP 這樣一款簡單易學的但是功能也非常強大的語言。數(shù)據(jù)庫方面選用了微軟公司的SQL SERVER，它是微軟公司開發(fā)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠使用強大的數(shù)據(jù)引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供安全可靠的存儲功能，具有擴展性、靈活性和集成性。設(shè)計過程中還考慮到多套系統(tǒng)的整合，除了軟件平臺自身的認證解決方案還將融合其他平臺，徹底將信息化手段發(fā)揮到最佳水平。

圖1 軟件基礎(chǔ)架構(gòu)示意圖

2.部署平臺的探討

云計算（cloud computing），是分布式計算技術(shù)的一種，其最主要的優(yōu)勢是把數(shù)據(jù)的組織和存儲拆分到不同的服務(wù)器或集群中，當需要對數(shù)據(jù)進行處理時將會交由多臺服務(wù)器進行搜尋、計算分析，而后將處理結(jié)果回傳給用戶。這樣的方案在學校服務(wù)器條件并不是很寬裕的情況下顯得非常有效。經(jīng)過分析，為了保證服務(wù)器的最優(yōu)化使用，且結(jié)合市區(qū)教育云平臺數(shù)據(jù)服務(wù)，設(shè)計了這樣的部署模式。

校內(nèi)將服務(wù)器進行虛擬化操作，虛擬出三臺服務(wù)器。前兩臺分別作為服務(wù)的主Web 和SQL 服務(wù)器，最后一臺設(shè)置同步備份服務(wù)器。主Web 會實時檢測SQL 服務(wù)的可用性，當服務(wù)不可用則立刻切換到區(qū)教育云中的同步SQL 服務(wù)器，以保證服務(wù)的高度可用。（見圖2）

3.平臺內(nèi)容的探討與設(shè)計

圖2 教育云下的服務(wù)器部署模式

因為是自主開發(fā)，所以軟件平臺將非常符合教師的實際使用習慣，為了不增加額外負擔，軟件平臺設(shè)計中就采用了一套認證方案并且囊括了全部系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，徹底解決了以往多套系統(tǒng)多個用戶的困擾。對于涉及的具體需求，我們也需要拆分來看，這樣的大“平臺”必須有學校管理層、教師、學生的共同參與，這樣方能讓數(shù)據(jù)實現(xiàn)最大程度的共享和共用。最后再通過云技術(shù)的使用，使平臺的穩(wěn)定性和便捷性得到超越于一般服務(wù)的穩(wěn)定性。

對于學校的常規(guī)工作而言，這套“平臺”所設(shè)計的子系統(tǒng)涉及已經(jīng)非常之廣。其分類包含了學校日常會使用到的幾乎所有子系統(tǒng)，二級欄目則是細化的分類內(nèi)容，將負責實際的系統(tǒng)運行和用戶操作界面。原先學校需在不同的系統(tǒng)環(huán)境下才可以解決的問題，在一個界面下，就可以快速解決。而且系統(tǒng)在使用中還解決了數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)和調(diào)用的難題，可以說很大幅度地提升了辦公效率。綜合管理服務(wù)平臺開發(fā)情況如圖3 所示。

圖3 綜合管理服務(wù)平臺開發(fā)示意圖

開發(fā)中的平臺由一個完善的同步認證應用作為開端，整個“平臺”使用同一個數(shù)據(jù)庫，用戶認證均由一套縝密的LOGIN 程序控制，區(qū)別管理人員、教師、學生、家長等身份。學生信息表字段設(shè)計界面如圖4 所示。另外登錄后記錄所有相關(guān)Session 和Cookies 保存用戶信息，用于登錄各子系統(tǒng)。那么這樣的設(shè)計就要求在設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫中確保相應信息的完整性，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在規(guī)劃中就已經(jīng)明確了相應數(shù)據(jù)的命名標準，制訂了相應的規(guī)范，使程序在開發(fā)中不會出現(xiàn)過程性調(diào)用錯誤。

圖4 學生信息表字段設(shè)計界面

系統(tǒng)開發(fā)是一個龐大的工程，但是為了徹底實現(xiàn)用一個接口來解決所有子系統(tǒng)的安全登錄問題，特別針對該平臺撰寫了相關(guān)的模塊化登錄代碼以實現(xiàn)相應的需求。該部分代碼如下：

系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)過程中還充分考慮到各個學校和集團化運行的特點，系統(tǒng)將引入校區(qū)的概念，從一定程度上來說支持一套平臺多校共用。這樣后期移植到公有云平臺，在不改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下即可支持多個學校的使用，可以說這樣的基于云技術(shù)的綜合服務(wù)平臺在國內(nèi)還是非常少見的，其價值要遠遠高于市面上同類型的平臺，在使用中給學校帶來的便利也是非常大的。（見圖5）

圖5 綜合管理服務(wù)平臺-日程申報的多校區(qū)應用

三、整套系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢

1.開放性的結(jié)構(gòu)降低了開發(fā)的成本

因為采用了相對簡單高效的開發(fā)設(shè)計語言，使前期和后期開發(fā)編輯的成本大大降低。軟件平臺本身采用開放式的結(jié)構(gòu)，軟件平臺在部署后，學校可以直接在相應的軟件系統(tǒng)中進行修改，而且因為ASP 語言和VB語言的互通性，信息技術(shù)教師基本都掌握了這門語言，后期的二次開發(fā)的門檻也大大降低。與此同時B/S 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，配合IIS 獨立線程的配備，則充分展現(xiàn)了系統(tǒng)的多樣化和易用性，教師、學生、家長均通過網(wǎng)頁即可登錄系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)功能強大且性價比非常高

原先軟件開發(fā)公司單獨進行開發(fā)銷售的軟件現(xiàn)在由一套軟件平臺即可解決。平臺本身現(xiàn)有近40 個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都可以獨立應對相應的事務(wù)處理需求，因此軟件平臺的性價比非常高。而且軟件在面對教師和學生的平臺上還非常有針對性，將數(shù)據(jù)的冗余度降到最低。

3.系統(tǒng)的智能化程度較高

以往的軟件平臺只是為了完成某項任務(wù)而進行開發(fā)，筆者研究開發(fā)的系統(tǒng)將是一個大的數(shù)據(jù)平臺，不僅僅只是幾個系統(tǒng)的融合，更是基于平臺化技術(shù)的綜合應用管理系統(tǒng)。為此系統(tǒng)采用了電信運營商的短信接口平臺，可以將相關(guān)的事務(wù)短信以實時短信提醒的方式提交給運營商，并發(fā)送給相關(guān)教師作為提醒。（見圖6）在部分子系統(tǒng)中，相應的數(shù)據(jù)和操作會進行自動匹配和完成，從而進一步提升了系統(tǒng)的智能化程度。

4.系統(tǒng)的開放性和整合度高

作為一線教師開發(fā)的軟件平臺，不僅僅貼合教師的工作實際，與學校的工作契合度高，而且為了保證相應信息的兼容性和對外展示的需要，還特別開發(fā)了大量支持外部調(diào)用的接口數(shù)據(jù)，便于學校后期的自主調(diào)用。另外系統(tǒng)還特別設(shè)計了遠程數(shù)據(jù)推送等相應功能，可以將數(shù)據(jù)遠程推送到教育局或者相關(guān)部門，而其目的就是為了將信息化手段發(fā)揮到最佳。（見圖7）

圖6 軟件平臺自動發(fā)送的提醒短信

圖7 數(shù)據(jù)遠程推送至教育局

四、結(jié)束語

伴隨教育信息化腳步的不斷前進，教育信息化管理平臺的需求正逐步提升。而這些軟件平臺的使用也正日益成為學校的核心競爭力之一。我們在學校這一級的綜合管理服務(wù)平臺的研究與開發(fā)中必須要遵循易用、開放、穩(wěn)定、智能等相應的要求，在建設(shè)中貼近學校和教師的實際情況，避免重復勞動，一定要以整合、創(chuàng)新的理念來逐步推進，時刻要以整體性和前瞻性的眼光來考量平臺的設(shè)計，切實做好教育信息化和數(shù)字化校園的建設(shè)工作。