云計算技術在教育信息管理平臺的設計應用

肖 瑋

（1.中南大學，長沙 410083；2.湖南省教育廳信息中心，長沙 410021）

0 引言

近年來，教育信息化建設是我國教育改革的重點工作內容之一，主要是將教育相關資源信息以數字化信息的方式進行保存和訪問，目的是推動教育資源實現便捷、安全和共享發展，平衡各地區教育資源，實現全國范圍內教育水平和教學質量的全面提升。教育信息化建設之初，因為資源分配不均勻而導致部分地區教育發展出現不平衡現象，致使一部分學校在信息化建設方面出現了技術落后和資源匱乏問題，而云計算技術的誕生使得教育信息化建設出現的這類問題迎刃而解，通過開發教育云平臺，可以保證各地獲得相同的教育資源，為信息化教育改革的平衡性和共享性發展提供巨大的技術支撐。本文通過深入探討基于云計算技術的教育信息管理平臺的設計，旨在為教育信息管理平臺項目建設工作提供參考性建議。

1 相關技術介紹

1.1 云計算技術

云計算技術是一種分布式處理、并行處理、網格計算的發展概念，屬于分布式計算技術的一種，可以將龐大的計算程序拆分成無數個小程序，再由多個服務器并行處理得到計算結果，強大的云計算平臺可以在數秒內完成數以千萬計的信息計算處理，提供強大的網絡服務。本文設計的教育信息管理平臺涉及教育課程資源、視頻資源、師生信息資源、資源分配等多種數據和程序，需要云計算技術幫助完成資源整合、資源存儲和資源調度，也只有云計算技術才能夠高效完成以上任務。云計算技術具有超大規模、高擴展性、虛擬化、高可靠性等優點，能夠幫助配置教育信息服務平臺，形成穩定化、集約化、可靠、低成本的運營體系。云計算技術主要包括以下幾個方向。

1.1.1 虛擬機技術

虛擬機是構建云計算底層架構的重要基石，可以實現對硬件的抽象，能夠同時連接多個硬件設備，以達到提高算力的根本目的。虛擬化軟件可以通過在硬件上安裝宿主操作系統，來完成多個虛擬機間的隔離與合作任務，能夠有效實現資源的分配、調度和管理。

1.1.2 數據存儲技術

云計算的數據存儲需要同時滿足大量用戶的需求并提供相應服務，因此其存儲技術需要具備分布式、高吞吐率和高傳輸率的特點。

1.1.3 分布式編程計算

云計算的分布式編程計算模型十分簡單，對編程人員和后臺管理人員實現了功能透明，以方便其能夠執行復雜的并行計算方案，為用戶帶來輕松的計算服務體驗并實現相應的目的。

1.1.4 業務接口

云計算需要實現傳統IT 系統向云計算平臺的遷移，為了保證業務一致，需要提供統一的業務接口，使得遷移工作更加容易且安全，目前SOA 架構、WebService 特征的業務模式是主流發展路線。

1.2 B/S架構

B/S 架構是一種網絡結構模式，即瀏覽器/服務器模式，主要的目的是用戶不需下載客戶端，只需通過登錄瀏覽器相應網址，便可實現對服務器的訪問，其中服務器端安裝有數據庫、云計算模塊和其他的服務模塊，用戶可以通過瀏覽器完成資源的調度。B/S 架構目前發展為三層架構即瀏覽器—Web 服務器—數據庫服務器模式：第一層為瀏覽器，可以實現簡單的輸入輸出功能，不參與過多的事務邏輯處理，面向大范圍用戶，界面設計簡潔通用；第二層為Web 服務器，主要涉及信息傳送與邏輯處理功能，屬于數據的中轉站；第三層為數據庫服務器，主要存放大量的數據，并且與第二層相連，收到請求后會提供相應的返回結果。B/S架構開發成本低、維護方便、分布性強，可以很好地與云計算技術相結合，也是本文教育信息管理平臺架構設計的首選方案。

2 教育信息管理平臺設計面臨的挑戰

教育信息管理平臺的設計，技術方案只是其中一部分，教育行業特點是需要思考的另一部分，在平臺設計的過程中，面臨的挑戰也有很多。

2.1 訪問時間集中化

教育行業呈現的特點是集中教學和分段教學，學生僅有的使用平臺的時間一般為課余時間，因此這段時間平臺系統會收到大量用戶訪問的數據請求，需要平臺的性能可以滿足要求。有集中工作時間，就會有閑置時間，當系統處于閑置時間時，如果還是投入較大的資源供應，無疑會造成運營成本的增加，所以如何平衡資源分配是設計平臺面臨的重要挑戰。

2.2 數據冗余

云計算平臺的核心目的是集各地的教育資源于一身，并提供統一的資源調度服務，因此在項目上線之初必定會收到來自各地的教育資源的提交，由于各地交流不足，可能會將重復性資源存入平臺數據庫中，造成平臺存儲空間的浪費；當初期集中收集整理資源結束后，后期對待其他零散的教育資源的存儲，也需要能夠分辨出冗余數據的系統設計，所以如何將冗余程度減少到最低也是面臨的重要挑戰。

2.3 權限管理

云計算平臺設計時必須要考慮到的問題是如何分配管理人員的權限。不同的用戶身份必須提供不同的使用權限，如教育管理人員、校長、主任、教師、學生，這些人員的權限等級不同，可以接觸到的平臺功能也會不同，這樣才不會出現管理混亂的現象。

2.4 信息安全

信息安全是最為重要的一件事，傳統的教育信息平臺主要存在于各地線下，因此信息資源的保存和防護僅考慮線下即可，數據保存方式包括硬盤存儲、多份備份，數據防護方式包括庫房防火、防盜、數據防誤刪和數據恢復。而基于云計算的教育信息管理平臺則是處于線上，對信息安全管理的重視程度自然要上升一個等級，除了前面提到的方法，還要考慮到服務器數據庫安全，這些多數是公共資源信息安全的防護。另外，教育信息管理平臺還可能涉及用戶的私人信息存儲安全，比如教師的私人教案、學生的私人筆記等，平臺應該提供個性化私人存儲空間，并且避免通過公共途徑檢索到這些私人內容。

3 教育信息管理平臺的功能性需求分析

討論了平臺相關技術和面臨的設計挑戰，接下來綜合分析平臺的功能性需求，并從軟件工程角度分析平臺設計需要的用戶角色和功能用例。

3.1 系統用戶介紹

如表1 所示，統計了教育信息管理平臺涉及的用戶角色及其各自的權限功能。

表1 教育信息管理平臺角色統計

管理員分為平臺管理員和學校管理員，平臺管理員擁有大部分權限，包括添加用戶角色、管理用戶權限、審核教育資源等；學校管理員的權限包括添加普通用戶角色、管理普通用戶權限、審核學校教育資源、安排學校課程等。

普通用戶包括教師和學生，教師的權限包括上傳教案、下載課程資源、布置批改作業、共享文件等；學生的權限包括上傳筆記、下載課程資源、上傳作業、共享文件等。

如表2 所示，解釋了各角色權限的具體功能。

表2 各權限功能介紹

3.2 系統功能模塊介紹

教育信息管理平臺系統除了各個用戶共用的登錄頁面外，具體可劃分為管理員模塊和普通用戶模塊。管理員模塊中主要包括的功能頁面為教師檔案信息管理頁面、學生檔案信息管理頁面、各類用戶權限分配頁面、各類教育資源審核頁面、數據庫管理頁面、系統維護管理頁面、各項計算數據生成的日志管理頁面等；普通用戶模塊中主要包括的功能頁面為個人信息修改頁面、私人信息上傳頁面、作業管理頁面、成績查詢頁面、文件分享頁面、在線留言頁面等。

4 教育信息管理平臺的結構設計

教育信息管理平臺采用三層B/S 架構模式，包括瀏覽器—Web 服務器—數據庫服務器，每一層都有各自的功能邏輯，在整個系統運行的過程中發揮各自的作用。

4.1 瀏覽器頁面設計

瀏覽器頁面設計首先要考慮到易用性，以簡潔易用為主，符合用戶的一般使用習慣，如確認鍵在輸入框右側或下側，提交鍵和下載鍵以特殊圖標顯示等，讓用戶能夠快速掌握平臺的使用規則；其次要考慮到魯棒性，主要體現在對普通用戶輸入數據的判斷上面，理想情況是對每一條用戶輸入的數據，系統都可以對其反饋信息，因此在設計的時候要注意提示用戶輸入的數據是否符合要求，即字符串是否有效，而不是亂碼或無意義的文字，甚至是空字符串。對不符合要求的數據要給予提示，提醒用戶應該輸入符合要求的數據，對符合要求的數據能夠實時反饋交互信息。

4.2 Web服務器設計

Web 服務器的設計邏輯思路是利用云計算能力為每一個傳輸數據資源智能地選擇最佳路徑，當用戶在瀏覽器發出請求后，業務層會立刻予以計算，尋找離該用戶最近的子服務器，并及時連通數據庫，從中提取教育資源，而當其中一臺服務器出現故障時，平臺可以迅速轉移業務到其他備用服務器上，保證平臺應用邏輯的順利完成，實現資源訪問的最優化。Web 服務器的邏輯設計中最突出的一點在于能夠有效分配服務器資源，當遇到大量用戶同時訪問時，可以集中力量解決計算問題。

4.3 數據庫設計

數據庫是整個信息管理平臺設計的重中之重，也是底層設計，與瀏覽器和服務器共同實現了數據的流通。本文選擇使用關系型數據庫，利用數據庫中表與表的關系，進行一對一、一對多、多對多的設計，創建的SQL數據庫中含有多張數據表，并且采用了索引、視圖和觸發器的設計，使得整個數據庫的訪問變得靈活便于管理，且因命名規則的限定加上管理員對教育資源的審核，有效減輕了數據冗余問題，本文主要介紹用戶相關的數據表和教育資源相關的數據表，其中用戶表以學生表為例，教育資源表以課程表為例。

（1）students 表：記錄普通用戶基本信息，即用戶名、密碼、用戶類型、真實姓名、年齡、狀態等，如表3所示。

表3 學生表（students）

續表

（2）courses 表：記錄課程信息，即課程編號、課程名、上課時間、上課地點、學時等，如表4 所示。

表4 課程表（courses）

5 總結

教育信息管理平臺應用云計算技術進行設計搭建，可以有效地解決目前全國不同區域內學校教育資源分配不均、資源共享難度大的問題，能夠切實幫助學生和教師更好地拓寬教育資源獲取渠道，最大限度地實現教育資源的公平發展，學生可以根據自己的需要制定有針對性的學習發展規劃，同時，基于云計算技術搭建的教育信息管理平臺還能夠有效避免不同區域因資源冗余問題而造成的管理成本浪費現象，具有十分廣闊的發展前景。