教師專業(yè)發(fā)展平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

吳亞明 陳躍娟

（1.綏化學(xué)院信息工程學(xué)院;2.綏化學(xué)院外國語學(xué)院 黑龍江綏化 152061）

2018年4月，教育部正式發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》。[1]該計劃的提出符合新時代發(fā)展的特點，順應(yīng)了現(xiàn)代信息技術(shù)推動教育變革的大潮流，推動了教學(xué)理念、教學(xué)模式的更新，也對教師的專業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。教師專業(yè)發(fā)展平臺設(shè)計的主要目的是通過網(wǎng)絡(luò)形式，為教師專業(yè)發(fā)展提供一個學(xué)習(xí)和交流的互動平臺。依托信息技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)教師的專業(yè)發(fā)展對教育水平和教學(xué)能效的提升有著極其重要的作用。

一、教師專業(yè)發(fā)展平臺核心功能

（一）各學(xué)校教師能登錄平臺，在線學(xué)習(xí)，上傳下載資料，發(fā)布教學(xué)及學(xué)術(shù)文章，交流討論。

（二）各學(xué)校教師能查看學(xué)習(xí)進(jìn)度，完成在線考核，查看個人成績。

（三）平臺可以發(fā)布公告、消息、通知，銜接教育部平臺入口，及時發(fā)布權(quán)威性的官方或業(yè)界政策、新聞。

（四）平臺支持教師個人或團(tuán)體組織進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證，可以為相關(guān)資料文件訪問設(shè)置私密或公開。

（五）平臺支持同名微信公眾號，可以推送消息到個人微信。

（六）平臺支持舉辦學(xué)術(shù)會議，各學(xué)校教師可以在線報名與申請。

（七）平臺可以對相關(guān)學(xué)術(shù)會議、學(xué)校及教師的各項成果進(jìn)行統(tǒng)計，圖形化歷年走向趨勢。

二、教師專業(yè)發(fā)展平臺總體設(shè)計

（一）系統(tǒng)軟件模式設(shè)計。系統(tǒng)在軟件設(shè)計上采用的是基于B∕S模式的三層結(jié)構(gòu)，這三層分別是數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層。數(shù)據(jù)層中不包含任何的代碼，只有數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)存儲的過程；業(yè)務(wù)邏輯層主要存放數(shù)據(jù)訪問及其邏輯代碼；表示層則實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯層的方法調(diào)用。因為表示層只能和業(yè)務(wù)邏輯層交互，不能直接對數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)庫訪問，因此這樣的三層設(shè)計模式提高了數(shù)據(jù)的安全性。三層體系結(jié)構(gòu)也提高了系統(tǒng)的開發(fā)速度，在該模式下不同的開發(fā)人員只要遵循接口的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，利用相同對象模型的實體類，可實現(xiàn)系統(tǒng)分散開發(fā)。另外，該模式還有利于系統(tǒng)移植，如果需要把C∕S模式的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為B∕S模式系統(tǒng)，只要修改三層架構(gòu)的表示層便可實現(xiàn)，而不必修改數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務(wù)邏輯層便可以把系統(tǒng)快速移植到網(wǎng)絡(luò)上。同時，軟件在設(shè)計時采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，能夠更好地實現(xiàn)軟件的模塊化，達(dá)到規(guī)范軟件設(shè)計過程的目的，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

（二）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計。因為該平臺并不是針對某一個學(xué)校專門定制的，只要是把該平臺發(fā)布到外網(wǎng)上，各用戶即可通過域名解析系統(tǒng)找到IP地址進(jìn)行訪問。鑒于這種情況，為了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性考慮，用戶訪問必須經(jīng)過防火墻過濾，平臺可以針對用戶的安全級別，隨時修改防火墻設(shè)置。

（三）數(shù)據(jù)庫的連接原理。平臺在開發(fā)時選取MySQL數(shù)據(jù)庫，MySQL是一個小型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它具有體積小、速度快、成本低等特點，它最大的優(yōu)點是能通過主從復(fù)制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步，通過讀寫分離實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并發(fā)。具體流程是master先在每個事務(wù)更新數(shù)據(jù)完成之前，將該操作記錄串行地寫入到binlog文件中。然后，salve開啟一個I∕O Thread，該線程在master打開一個普通連接，主要工作是binlog dump process。如果讀取的進(jìn)度已經(jīng)和master同步，就進(jìn)入睡眠狀態(tài)等待master產(chǎn)生下一個事件，來完成利用I∕O線程寫中繼日志的目的。[2]最后，SQL Thread會讀取中繼日志，并順序執(zhí)行該日志中的SQL事件，從而與主數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保持一致。在本系統(tǒng)中前臺是使用PDO連接數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建PDO基類的實例，類名使用PDO，在構(gòu)造函數(shù)中給出連接的數(shù)據(jù)庫源，如果存在用戶名和密碼，在構(gòu)造類中也一并給出，無論連接有什么異常，都會給出一個PDOException異常對象，通過異常的捕獲或set_exception_handler()來處理連接錯誤。

（四）服務(wù)器的原理及配置。本系統(tǒng)采用Nginx作為WEB服務(wù)器，Nginx不僅可以作為一個HTTP服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)站的發(fā)布處理，也可以作為反向代理進(jìn)行負(fù)載均衡的實現(xiàn)，不同的服務(wù)單元可以在負(fù)載均衡的作用下將流量負(fù)載分?jǐn)偅@樣就保證了服務(wù)器的響應(yīng)速度，最終給用戶良好的體驗。同時，Nginx還具有IMAP、POP3、SMTP代理服務(wù)器的身份。Nginx上不能直接對PHP頁面處理，它僅僅是個WEB服務(wù)器，所以想要發(fā)布PHP項目需要在服務(wù)器上安裝PHP解釋器，然后找到Nginx服務(wù)器的配置文件，指定PHP的部署位置，正常的情況下不需要重新啟動Nginx和PHP解釋器就可以訪問PHP主頁。

（五）緩存設(shè)計。對于一個訪問量較大的網(wǎng)站，在開發(fā)時，必須考慮系統(tǒng)緩存的設(shè)計。本平臺在開發(fā)時采用redis緩存、隊列、異步通信等方法，來解決頁面訪問和點擊量迅速上升時所造成的頁面緩慢，出現(xiàn)502錯誤、504錯誤或者頁面空白等現(xiàn)象。同時，配合了RabbitMQ（消息中間件）進(jìn)行消息擴(kuò)散與延遲發(fā)送，能有效地通知各個學(xué)校教師相關(guān)信息。相關(guān)頁面和圖片還做了一些靜態(tài)處理，用以減輕主服務(wù)器壓力，避免js與css加載緩慢而產(chǎn)生的對用戶的影響。

三、教師專業(yè)發(fā)展平臺主要功能實現(xiàn)

（一）單點登錄。在教師專業(yè)發(fā)展平臺的開發(fā)中，使用了單點登錄的技術(shù)。單點登錄英文全稱Single Sign On，簡稱SSO。它的功能就是在多個應(yīng)用系統(tǒng)共同存在的情況下，用戶只需在一個系統(tǒng)中登錄，被它信任的應(yīng)用系統(tǒng)就可以任意訪問不需單獨登錄。[3]因為教師專業(yè)發(fā)展平臺可以被多個地區(qū)、多所學(xué)校共同使用，使用平臺的教師會越來越多，所以平臺中的發(fā)布系統(tǒng)、查詢系統(tǒng)、報名系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、微信公眾號等每個功能模塊都可單獨成立服務(wù)。如果全部功能模塊放在一個網(wǎng)站里作為整體功能，使用的數(shù)據(jù)便都在同一數(shù)據(jù)庫。假如其中某個業(yè)務(wù)掛掉，一定會影響其他功能，造成整個系統(tǒng)的全局癱瘓。因此，將所有功能模塊升級為單獨的服務(wù)，互不影響。即使查詢服務(wù)癱瘓也不會影響報名服務(wù)，發(fā)布服務(wù)出現(xiàn)癱瘓也不會影響資料上傳服務(wù)。這樣的設(shè)置大大提升了平臺的安全性與穩(wěn)定性。如果網(wǎng)站中用戶每次使用一項功能都需要用戶認(rèn)證，這不僅影響用戶的良好體驗，而且各個子系統(tǒng)重復(fù)被認(rèn)證授權(quán)的邏輯也是不可行的。單點登錄技術(shù)的使用可以完美地解決重復(fù)認(rèn)證的問題。

（二）消息推送。當(dāng)有新的活動、政策、新聞消息，通過微信公眾號或者手機(jī)端app通知到用戶是比較方便且有效的方式。相關(guān)學(xué)術(shù)會議、學(xué)校及教師成果的各項統(tǒng)計報告及圖形化歷年走向趨勢等都可以在微信公眾號里隨時發(fā)布。該平臺消息推送的原理是把微信配置的內(nèi)容放到config.php中，并且把微信公眾號接口所需的access_token存儲，以post方式請求URL并發(fā)送模板消息。

另外一個接收消息的方式是手機(jī)短信。例如報名成功后，幾分鐘后，手機(jī)會收到報名成功通知以及后續(xù)考試日期安排等。此種方式的工作原理是后端使用rabbitmq將各種業(yè)務(wù)的消息放進(jìn)隊列里，由其自動發(fā)放。

（三）權(quán)限體系。在教師專業(yè)發(fā)展平臺上，一個用戶可以有多個角色，可以是平臺上資源的訪問者、可以是資源的共享者、可以是學(xué)術(shù)會議的舉辦、可以參加其他用戶舉辦的學(xué)術(shù)交流，也可以報名參見某種培訓(xùn)。也就是說，一個用戶可以擁有若干角色，不同的角色又有不同權(quán)限，即角色和權(quán)限之間通常是多對多的關(guān)系。在平臺開發(fā)時考慮到以上情況，所以采用RBAC（基于角色的權(quán)限控制）的用戶角色權(quán)限設(shè)計方案，模型的核心是角色加入到了用戶和權(quán)限之間。[4]取消了用戶和權(quán)限的直接關(guān)聯(lián)，改為通過用戶關(guān)聯(lián)角色、角色關(guān)聯(lián)權(quán)限的方法來間接地賦予用戶權(quán)限。

隨著教師專業(yè)發(fā)展平臺用戶的逐漸增多，如果給系統(tǒng)用戶逐個授權(quán)（授角色），無疑會增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。在RBAC設(shè)計方案中，不僅可以給用戶授權(quán)，而且還可以給用戶分組并給用戶組授權(quán)。這樣用戶個人便擁有了個人權(quán)限和用戶組權(quán)限之和。在應(yīng)用系統(tǒng)中，權(quán)限可理解成對功能模塊的增刪改查操作，對某個菜單的訪問，對網(wǎng)站頁面上某個按鈕、圖片的操作。同時，權(quán)限可以分類，功能操作分一類，菜單、文件、按鈕的操作分為另一類。這樣在對數(shù)據(jù)表建模時，用不同的權(quán)限值表示不同的權(quán)限類型，建立一個“用戶——角色——權(quán)限——資源”的模型，在這個模型的作用下，對系統(tǒng)的權(quán)限擴(kuò)展或變更就變得非常方便，只需建立一個新的關(guān)聯(lián)表即可。

（四）查詢系統(tǒng)。教師利用平臺學(xué)習(xí)時，會頻繁使用資料庫。使用資料庫的主要操作就是進(jìn)行資源的查詢，查詢功能會重點使用搜索，在模糊搜索中對關(guān)鍵詞的劃分就尤為重要。在本平臺開發(fā)中引用了OpenSearch（開放搜索）技術(shù)，它是阿里云開放搜索的簡稱，提供了搜索托管服務(wù)，針對用戶的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)搜索需求，實現(xiàn)搜索排序，完成數(shù)據(jù)自由定制。另外，主流阿里云存儲產(chǎn)品還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動對接、自動同步更新，開發(fā)者只需要在控制臺中授權(quán)，數(shù)據(jù)就可以自動同步至OpenSearch中，后續(xù)數(shù)據(jù)的更新也可以自動實時同步。一張OpenSearch表可同時為多個rds（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)）及TDDL（分布式數(shù)據(jù)訪問引擎）提供支持，而且還提供很多字段處理插件，能很好地滿足平臺使用者的搜索需求，解決平臺開發(fā)的查詢技術(shù)瓶頸。

（五）在線討論。在該平臺中還有一個重要的功能就是在線討論，它為教師之間進(jìn)行交流提供了一個特殊的空間，這也是網(wǎng)絡(luò)的重要特性之一。雖然現(xiàn)在很多人都使用微信群互相聯(lián)系，但是一些涉及到論文的知識產(chǎn)權(quán)或者版權(quán)一類的內(nèi)容不方便在微信里或者向外界發(fā)送。平臺可以支持一個在線的聊天室，雖然使用go語言或者nodejs比PHP更加適合，但是學(xué)習(xí)平臺畢竟不會向直播平臺那樣高訪問、大并發(fā)，所以使用PHP支持此功能足以。在聊天室中，教師可以隨時在線即時問答，比留言更具互動性。如果討論話題需要一些外界資料，可以通過教師自己的博客鏈接或者網(wǎng)站內(nèi)的其他外部鏈接實現(xiàn)與外界交流。在平臺內(nèi)部，訪問一些公開的課件或?qū)W習(xí)視頻等資料可以使用鏈接的形式轉(zhuǎn)發(fā)，比文件本身的轉(zhuǎn)發(fā)安全系數(shù)更高。

（六）狀態(tài)設(shè)置。在平臺的聊天功能界面中，為區(qū)分在線教師和離線教師，設(shè)置了“在線”和“離線”兩種狀態(tài)，在線教師可以實時交流，而離線教師不支持交流功能，狀態(tài)的設(shè)置是通過bootstrap（一種前端框架）實現(xiàn)的，bootstrap已經(jīng)有很多款成熟的框架界面支持在線聊天功能界面，前端用jquery和ajax向服務(wù)器端提交數(shù)據(jù)即可。因為考慮這個功能不會有大量數(shù)據(jù)，也不需要持久對話，聊天記錄可以臨時存放在redis或者db里，每隔一段時間清理。

以上就是平臺搭建的架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)方案，它不僅是一個具備資源的學(xué)習(xí)平臺，更是推動教育改革的有力助手。教師是教學(xué)活動的主導(dǎo)，只有提升教師的專業(yè)水平，教學(xué)質(zhì)量的提升才能成為一種可能。教師專業(yè)發(fā)展平臺的設(shè)計和使用可以有效實現(xiàn)技術(shù)、資源和教師的無縫對接，隨時隨地為教師提供自我成長的機(jī)會，為專家、學(xué)校、教育主管部門和教師的溝通搭建橋梁。教師專業(yè)發(fā)展平臺所具有的開放性、廣泛性和平等性等特點，能夠突破時間和地域的限制，成為教師在線學(xué)習(xí)、知識管理、資源共享、同伴交流和自我反思的有效途徑[5]。