信息化整合和环境构建

兴乔　赵晓宁

多媒体教学、网络教学再到移动学习，信息化浪潮不断与传统教学改革趋势融汇，这一进程不但与传统的教学结构发生冲突，也与装备规划、设计、应用体系均产生不同程度的矛盾，解决这一矛盾要求现实与发展相统一，建设、规格与普及应用相协调。基于问题及系统优化问题的解决方案的研究，当时在教育装备各领域引起重视，装备管理部门、专家、学者、生产者、研发机构均参与了这一过程，进行了多方面的研究与实践。

1 关于信息化资源库的研究

教学资源是抽象层次上的教学资源，是指经过数字化方式处理或者经过再加工和制作的、可以在计算机网络上运行的、能够展现相关知识节点内容的教学材料，它还能激发学生通过自主、合作、创造的方式来寻找和处理信息，从而促进网络教学活动的开展。这些教学资源以对象的形式保存在数据库中，同时将与数据库中关于资源属性的描述和评价信息关联。教学资源库指广义的资源库概念，它不仅包括教学资源存储功能，而且包括教学资源管理功能、教学资源访问功能、教学资源评价功能等，即广义上的教学资源共享和管理系统。

资源库建设问题是教育信息化建设的一个重要节点。多媒体、网络学习、移动学习均对资源库建设提出适应性要求。而建设资源库，当时一方面要对传统资源进行数字化重构，同时也要对新出现或新形成的资源进行适应新型教学的处理，这一信息量是异常丰富的、海量的，分布地域遍及全球。如何建设学习资源库，教育装备机构及相关专业人士积极开展了此方面的研究，内容涉及当时资源库建设方面存在的问题、解决方案、体系架构方法及原则等，以适应信息化教学发展的需要，优化教学流程，促进教学改革。

消除“信息孤岛”现象 董旭东、艾伦在《基于Web Service的教学资源库架构设计》中，指出当时在教学资源库建设过程中存在的系统开放性差、异构性突出、信息资源难以共享等问题，提出采用面向服务构架方法建立开放的、可扩展的、共享的教学资源库的方案，尝试重构资源库体系，整合现有教学资源，消除“信息孤岛”。互联网上教育教学资源遍及全球、异常丰富，要从教学资源的信息化、可移植性角度出发，对来自不同的数字化方法处理的传统资源、不同厂商不同机构、各教育门户网站、网校、学科资源站点以及数字图书馆等这些资源相对集中、结构各异、分散存储的教育教学资源进行科学的组织管理，进行优化。

“信息孤岛”问题产生原因主要在于教学资源库方面存在系统的不一致，在教育信息系统建设中自行开发各自系统，缺乏标准化、规范化和兼容性，与网络共享的基本要求背道而驰。“目前流行的教学资源库系统存储方式多样，有的以文件形式直接保存在存储设备上，有的保存在数据库中；有分布式存储的，也有集中式存储的。操作系统绝大部分是Windows2000，也有少数的Linux和Unix操作系统。由于在系统架构时的技术原因或者其他原因，目前的教学资源库系统在体系结构方面存在一些不足，如系统的开放性、可扩展性、互操作性差等。”

建立开放、统一、规范的教学资源库 采用Web应用程序定义或规范一个开放的、面向Web应用的标准。在这样的网络系统中，一切皆是服务，系统的功能单元要么是服务的提供者，要么是服务的消费者，体系结构参见图1。

1）信息处理能力更强。“Web Service的输入输出则均是标准XML格式的数据，这就为异构数据库检索结果的处理提供了方便。”具备二次开发端口，“系统在不同层次上提供Web服务接口，用户可以在自己的应用程序里调用这些接口，从而把系统的服务嵌入到自己的应用系统里。应用开发变得越来越简单和快捷”。

2）松散耦合。这一特征也是源于对象/组件技术，当一个Web服务的实现发生变更的时候，调用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要Web服务的调用界面不变，Web服务实现的任何变更对他们来说都是透明的。

3）使用协约的规范性。这一特征从对象而来，但相比一般对象，其界面更加规范化和易于机器理解。

4）使用标准协议规范。作为Web服务，其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方进行实现。一般而言，绝大多数规范将最终由W3C或OASIS作为最终版本的发布方和维护方。

5）高度可集成能力。由于Web服务采取简单的、易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是CORBA、DCOM还是EJB，都可以通过这一标准的协议进行互操作，实现在当前环境下最高的可集成性。

6）开放性。Web Service可以与其他Web Service进行交互，具有语言和平台无关性，支持CORBA、EJB、DCOM 等多种组件标准，支持各种通讯媒体如HTTP、SMTP、MQ、FTP、RMI over IIOP等。

7）完好的封装性。Web服务既然是一种部署在Web上的对象，自然具备对象的良好封装性，对于使用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列表。

研究提出的系统体系结构为分层的分布式体系结构。如图2所示，“它的核心功能分布在两部分，一部分运行在资源控制主节点，另一部分运行在各个资源节点，主节点和各个子节点间通过Web Service相互调用传递信息。主控节点发出搜索请求前会在注册中心查询所有已注册的服务，并选择其中部分或全部子节点并把查询请求以SOAP消息体形式发送到子节点，各个子节点把查询结果返回给主节点，主节点再呈现给用户的浏览器或其他调用程序。各个子节点自行维护管理自己的资源，各个资源子节点可以动态地加入和注销其提供的服务，也就是说各个节点的注册信息由各个子节点自己维护”。

系统是一个开放的资源库平台，它提供了一种与语言、平台无关的编程模式，能有效地加速应用程序的集成过程，这使得基于Web Service架构的应用程序具备松散耦合、面向组件和跨技术实现等特点。

2 实验教学信息化管理的研究

实验教学信息化管理存在的问题 当教育信息化建设面对实验教学管理时，所要解决的是多方面的比较复杂的问题，主要是由于缺乏对实验教学信息化管理的支持环境，在教学管理中存在诸多问题。

1）不能及时提供实验教学内容和实验教学支持功能。由于缺乏实验教学信息化支持平台，教师不能给学生提供丰富的实验教学资源支持，学生无法下载某些多媒体课件，或通过在线视频播放、动画模拟的方式进行实验预习，实验效果受到影响。

2）师生互动困难，管理不便，教师与学生交流的时间和机会有限。另外，教师与学生之间传送文件经常通过QQ或者E-mail进行，一方面传送速度比较慢，另一方面管理极不方便。

3）难以对实践教学进行整体管理，更无法对实践教学进行综合性评价。

4）难以解决实践教学中对教师工作量的考核，“使用手工记录，难以准确计算工作量”。

5）难以掌握实验室仪器设备的分布、使用现状及构成明细。一门实验课程对应多个实验项目，同一门实验课程的不同实验项目可能对应不同的实验室，不同的实验项目所需的仪器设备也不尽相同。实验室的仪器设备分布、使用现状以及构成明细，对实验管理人员来说更难以确切掌握。实验安排不合理，仪器设备和器材利用率不高，导致实验教学资源浪费。

问题分析表明：教师希望通过新的系统完成实验材料的发布，建立一个“针对实验课程的Web实验教学管理系统”；学生希望通过系统察看实验安排信息（包括实验课程的停、调等情况），完成实验内容的预习、实验报告的提交，察看实验报告的成绩以及教师对实验报告的评价，与教师进行实验内容的交流，下载实验相关的学习资源；实验员希望通过系统完成实验设备的管理（包括实验设备的入库、出库、借用、报损等）、实验课表的安排、实验变更信息的发布等；系统管理员希望通过系统支持，完成网站栏目的设置、网站新闻的发布、各类人员的管理（包括添加、删除人员名单，授予不同人员以不同的访问权限等）、对各类人员发布的信息和资源的管理、网站的初始信息的管理、各种统计信息的管理等。

基于问题的研究认为，有必要通过对教学实际需求进行较为深入的考察，根据教师、学生、实验员、系统管理员的意见，建设系统的信息化的实验教学管理平台。

创新实验教学信息化管理模式研究 2005年以来，关于实验（实践）教学管理信息化的研究涵盖高校和基础教育、职业教育等，对专业实验教学、实验设备信息化管理等问题进行探讨，并提出相应的规划、设计方案、建议等。

张杰、包正委、林木辉从教育教学信息化开放共享的角度，基于实验教学信息化建设方面的不足，提出基于Web的实验教学管理系统的开发与设计，以及应用ASP技术实现其前台和后台信息交互的方法，尝试构建一个能提高实验教学质量和管理水平的实验教学管理新模式。

系统目标：能够提供实验教学过程支持功能，主要包括“实验课程管理以及实验教学活动各环节的支持功能，如提供可灵活定制的课程框架和自主编辑的实验内容框架，由此来展示教师的主导作用；通过在线论坛、实验报告网上阅改、在线聊天室、资源共享空间等一系列工具构建一个可协作、讨论、交流、相互帮助的学习情境，支持学习者的协作交流；提供丰富的实验资源，方便教师和学生使用”。在此过程中，既可通过课程信息、实验资源的组织发布来发挥教师的主导作用，又可通过提供丰富的实验内容和资源来促进、支持学生的自主学习。

系统整合：“要实现这些目标，系统的设计必须具有较快的响应速度和较高的工作效率”；充分整合利用“包括局域网、数据资料等现有资源，尽量减少重复投入”；系统适应能力强，可扩充，易维护，操作简单；“具备有效处理数据访问的并发操作的特性”。基于此，系统方案采用针对不同用户设计不同的功能模块的方法，分别为教师、学生、实验员、系统管理员设计不同的操作模块，如图3～图7所示。各类人员通过身份认证之后，分别进入自己的工作界面中，避免受到其他干扰信息的影响，从而有效提高工作效率。同时，各功能模块依据各类人员实际的工作流程进行设计，能有效满足各类人员对实验教学的需求。

系统架构和选择：基于Web的高校实验教学管理系统在软件结构和系统平台的选择上，基于功能需求和系统设计，采用B/S结构。相对于C/S结构而言，B/S结构对用户端的要求比较低，不用安装除浏览器以外的任何软件即可访问系统，用户只要掌握基本的浏览器使用技术便可无障碍地使用本系统，有利于应用推广。同时，采用B/S结构可以有效降低系统维护与升级的成本和工作量，降低用户的总体拥有成本（TCO）。

在系统平台的选择上，采用当时Windows 2003 Server+

SQL Server 2000 +ASP.NET的组合。Windows 操作系统是当时使用最为广泛的PC操作系统，也是用户最熟悉的操作系统，基于Windows操作系统的软件也更容易被用户接受。

在编程语言的选择上，系统选择ASP.NET技术，“为用户提供了丰富的Web功能，即使用户只掌握很少的编程经验，也能开发功能强大的应用系统”，为系统开发中的数据访问提供极大的便利，有效保障系统的访问效率以及安全性。

依用户类型进行的模块化系统设计，为系统信息的统计、分类带来方便。利用系统统计信息可以进行数据分析，为实验教学提供科学的依据。例如，教师对学生关于某个学科或某个实验提出的问题进行分析，可以有效掌握学生对这个学科或这个实验的学习情况，便于教师及时提供反馈信息，改变教学策略，更改教学内容，更好地应对学生出现的变化状况，提高教学质量和水平。教师也可以通过分析学生的访问统计情况（访问频率、停留时间等），来掌握学生对某个学科或某个实验项目的学习态度、学习兴趣等情况。

从当时情况来说，这一系统有助于实验教学实现最大程度的信息化管理，对于促进教学管理向科学化、网络化、无纸化的方向迈进具有积极作用：

1）使实验教学管理更加科学、高效；

2）为师生交流提供了良好的互动平台；

3）学生能随时了解自己的实验表现情况及实验成绩；

4）减轻任课教师特别是主讲教师的工作负担（教师利用本系统发布作业信息，收取、批改学生作业，对学生进行辅导答疑，向学生提供学习资源）；

5）学生利用本系统提交作业，咨询学习中的问题，下载学习资源；

6）资源交换非常方便，突破利用公网进行信息交流带来的速度限制，同时也克服了使用ftp进行资源交流带来的安全问题和管理不便的问题。

这一系统的缺点也是显而易见的，如系统未提供虚拟实验平台，在统计信息的图形化表示方面不够具体。但就当时的实验教学管理网络化、信息化建设实际情况而言，无疑具有积极意义。

（未完待续。）

本文为全国教育科学“十二五”规划2011年度课题“中国教育技术装备发展史研究”（项目批准号：DCA110188）部分研究成果——教育装备发展理论研究综述（节选）。

作者：兴乔、赵晓宁，《中国教育技术装备》杂志社（100081）。