大兴区数字校园的架构设计与应用生态

李勇

架构设计与应用设计是数字校园建设的纵横两条主线，也是数字校园顶层设计的重要内容。架构设计优先于应用设计，数字校园整体架构的科学性、开放性和稳定性决定数字校园建设的成败，并对数字校园的可持续发展产生重要影响。

大兴区数字校园整体架构设计

从架构层面讲，计算机和智能移动终端由三层架构组成：硬件设备、操作系统和第三方应用。成熟的云计算也是由三层架构组成，依次是：基础设施服务层（IaaS）、平台服务层（PaaS）和软件服务层（SaaS）。IaaS相当于计算机三层架构中的硬件设备，主要包括服务器、存储设备和网络设备等，其功能是按需向用户提供基础设施层面的服务。PaaS提供类似操作系统的功能，它部署在云计算中心（云端），一方面为开发者提供标准的应用开发和运营环境，另一方面为用户提供统一的应用管理操作环境。SaaS则是将所有应用软件统一部署在云端，用户不需要在本地安装部署软件，只需要支付一定的租赁或授权费用，即可像用自来水或用电那样通过互联网享受到相应的软件服务。

从微观的个人电脑，到宏观的云计算环境，三层架构的建设模式已经成为信息化环境建设的通用定律。数字校园的整体架构设计也同样遵循这一定律，由物理层（服务器和存储）、平台层（教育云平台）和应用层（第三方应用）这三层构成。北京市大兴区数字校园整体架构则在经典三层架构的基础上进行了细分设计，其由物理层、数据层、平台层、应用层和大数据中心五层构成（如图1）。其中，数据层和平台层对应云计算的PaaS层，实现平台即服务，应用层和大数据中心对应云计算的SaaS层，实现软件即服务。

物理层：提供安全稳定的云计算环境

“十二五”期间，大兴区全面推进“宽带网络校校通”工程，到2015年底完成教育骨干网全面升级，实现万兆骨干连接，千兆到学校，全区中小学实现无线网络覆盖。2014年建成大兴区教育云计算中心，实现了全区统一的虚拟服务器和云存储管理，为数字校园应用建设提供了安全稳定的云计算环境。目前，大兴区教育云计算中心拥有实体服务器58台，可用于虚拟化的CPU672核，内存5216G，存储500T，用于存储文件数据的分布式海量云存储800T。

平台层：整合、统一的信息化应用支撑

平台层是数字校园的操作系统，是支撑数字校园众多应用的基础平台，在区域统筹的数字校园三层架构中，也经常将平台层叫做“教育云平台”或“数字校园云平台”。它既要为第三方应用的开发和运营提供技术支撑，也要为数字校园用户提供统一的应用管理界面。

数字校园建设好比城市建设，平台层相当于城市中的电力系统、供暖系统、燃气系统、供排水系统、交通系统等公共基础设施，而具体应用则相当于城市里各具特色的建筑。因此，平台层的建设水平将直接影响到数字校园的整体质量和可持续发展。

1. 数据层建设

数据层重点完成“一库两中心”建设，即区域统一的教育基础数据库、区域统一的数据交换中心和区域统一的实名身份认证中心（如图2）。

教育基础数据库建立了基础数据标准，为所有教师、学生和家长建立了实名信息、实名账号和统一的组织机构数据。数据互操作中心制定了数据互操作规范，实现了基础数据和应用数据的共享。统一身份认证中心为第三方应用提供统一认证服务，实现单点登录。

数据层的服务对象是第三方应用，它为云平台和第三方应用建设提供了安全、灵活、可靠的数据服务，对外开放的数据层是基础中的基础，是保证数字校园云平台和第三方应用正常运转的关键。

2. 平台层建设

平台层是在数据层基础上建立的一个面向用户的云应用管理平台。平台层由以下5个平台级应用组成。

（1）云個人桌面，实现统一个人门户

云个人桌面是全区统一的数字校园个人门户，教师在个人桌面能够以单点登录的方式运行系统应用和第三方应用，并对其进行隐藏、显示、添加、删除等管理操作。云个人桌面的上半部分区域是系统应用，下面区域则来自于用户从应用商店里选择添加的第三方应用。

（2）云系统应用，全区统一的标准化应用

云平台系统应用是全区统一的标准化应用，主要是一些通用性非常强的基础管理类应用和全区统一采购的应用，可将其理解为云平台自带的应用，类似于苹果手机自带的系统应用。

（3）云应用商店，建立良好的应用市场生态环境

应用商店（如图3）是大兴区数字校园平台层的核心组件，任何公司都可以在应用商店注册开发者账号并发布第三方应用。

第三方应用必须按照《大兴区数字校园第三方应用开发指南》进行开发或改造，只有通过技术规范审核后才能在应用商店上线。教师在应用商店浏览应用介绍，查看用户评价，当学校采购其中的应用或服务后，应用提供商为学校进行应用授权，学校获得授权后，教师就可以将其添加到自己的“云个人桌面”了。

应用商店为学校提供了丰富的第三方应用选择，使大兴区数字校园云平台既可以满足区域统一的应用需求，又可以满足学校个性化的应用需求，实现统筹兼顾。应用商店为区域教育信息化发展建立了“政府搭平台、企业建应用、学校买服务”的良好市场生态环境，云平台覆盖范围越大，应用商店的作用就越明显。

（4）云消息中心，实现应用消息的统一管理

大兴区数字校园云平台为第三方应用提供了统一的消息中心。消息中心对外提供标准的消息数据接口，第三方应用将应用消息统一推送到消息中心，消息中心通过云个人桌面、大兴校信桌面客户端、大兴校信移动客户端，再将消息推送给个人用户。

（5）大兴校信，大兴数字校园的客户端应用

大兴校信是大兴区数字校园的客户端应用，分为桌面客户端（如图4）和移动客户端。大兴校信与统一认证中心整合，实现单点登录；与云个人桌面整合，实现客户端应用门户；与消息中心整合，实现客户端消息门户。大兴校信还是简单易用的即时通讯系统，大兴校信同步数据层基础数据，可以实现教师与教师、教师与家长的实时交流。

3. 应用开发标准建设

大兴区为第三方应用的开发建立了统一的数据标准和技术规范，编写了《大兴区数字校园第三方应用开发指南》，其中详细介绍了云平台开发环境、基础数据标准、数据互操作规范、应用开发流程以及各种技术规范文档。教育软件公司参考开发指南，就可以开发出符合云平台技术标准的应用系统。

4. 云服务模式，实现数字校园一键式开通

大兴区数字校园云平台以多租户的SaaS方式实现了学校零部署的云服务模式，在可靠的数据层支持下，实现了数字校园的一键式开通。一所学校若想建设数字校园，经过数据层实施、云平台授权和应用商店选择应用三步即可完成，实施周期3个小时。

应用层：形成蓬勃发展的教育应用生态

大興区数字校园云平台为全区师生建立了统一的信息化应用环境，为第三方应用提供了操作系统级别的标准开发环境，为教育应用推广建立了公平、透明的市场环境，为实现区域教育信息化整体推进建立了良好的基础生态系统。在此基础上，大兴区以“开放、合作、发展”为建设原则，以教育应用生态建设为核心理念，重点围绕教育管理、教师专业发展和学生自主学习，深挖业务需求、突出应用场景，实现了教育应用资源的生态发展。

1. 教育管理应用生态建设

大兴区教育管理公共服务平台主要包括基础管理应用、业务管理应用和大数据应用三个领域。

基础管理应用在云平台系统应用中发布，是全区统一的云OA协同办公系统，主要应用包括通知公告、办公邮箱、手机短信、工作流审批、日程协同、教师云盘等。每一个系统应用都是独立安装的多租户云应用，基于数据层统一的组织关系和用户数据，既能满足学校内部的管理需求，又能实现贯通全区的工作协同。

业务管理类应用统一部署在云平台，以第三方应用的形式在应用商店中发布，以SaaS模式向学校提供软件服务，满足学校的个性化需求。例如校本选课系统、智能排课系统、网络阅卷系统、成绩分析系统、电子档案系统、资产管理系统等。

大数据应用在大数据中心实现，并在系统应用中发布“数据中心”应用，作为数据分析的统一入口，目前已经初步完成教育基础数据的大数据体系建设。

2. 教师专业发展应用生态建设

大兴区教育资源公共服务平台从教师评价、教师培训、教育科研、网络教研、资源共享、教师交流六个领域为教师专业发展提供信息化应用服务。

电子证书管理系统实现数字化教师评价，形成教师成长大数据。教师培训平台实现线上和线下相结合的教师培训新局面。利用知网、龙源期刊、百度文库等互联网应用为教育科研提供丰富的文献资料。网络教研三剑客充分利用视频直播和视频点播技术，实现“天天有教研，人人可参与”的网络教研新常态。知识管理系统在统一教材目录和知识点路径的数据支持下，实现了全区资源的共建共享。在教师社区则可建立学科协作组，实现教师之间的交流和分享。

3. 学生自主学习应用生态建设

自主学习应用生态由纵横两部分组成，纵向是贯穿整个学科内容的知识路径体系，横向是为每一个知识点或学习阶段设计的互动学习方案和互动学习资源。其中，互动学习方案对学习过程进行了优化，主要包括新知识的学习、知识的记忆、知识的理解应用和技能的熟练掌握，通过优化组合的教育APP实现学习方式的创新。

自主学习生态建设是一项长期的系统工程，既要对学科的知识体系进行深入研究，建立科学的自主学习知识路径，又要对学习过程和学习方式进行研究，建立丰富的互动学习资源。

自主学习应用生态面向学习过程，它以创新学习方式为目标，充分发挥移动互联网和智能移动终端的优势，实现一对一的人机互动学习、无处不在的移动学习和教师引领的个性化学习，是实现信息技术与教学深度融合的核心内容，是数字校园建设的高级阶段，也是数字校园的最终发展方向。

（作者单位：北京市大兴区教师进修学校）