張?zhí)K娟 閆柯鑫 戴永輝

摘要：近年來教育信息化的不斷推進，使得教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力面臨巨大的挑戰(zhàn)。中小學教師作為我國普及九年制義務(wù)教育的中堅力量，其信息技術(shù)應(yīng)用能力水平是事關(guān)我國義務(wù)教育戰(zhàn)略推行的大事。在此對中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺進行介紹，包括系統(tǒng)需求分析、架構(gòu)設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn)，為提升我國中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提供有力的支持。

關(guān)鍵詞：中小學教師;信息技術(shù)應(yīng)用能力;業(yè)務(wù)功能;系統(tǒng)架構(gòu);系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：TP315? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0079-03

Design and Implementation of Information Technology Application Platform for Primary and Secondary School Teachers

ZHANG Su-juan1， YAN Ke-xin2， DAI Yong-hui2

（1.Department of Education with Record of Formal Schooling， Shanghai Open University， Shanghai 200433， China; 2.Management School， Shanghai University of International Business and Economics， Shanghai 210620， China）

Abstract： In recent years， with the development of education informatization， teachers' information technology application ability is facing great challenges. As the backbone of the nine-year compulsory education in China， the training and promotion of the information technology application ability of primary and secondary school teachers is a major event related to the implementation of the compulsory education strategy in China. This paper introduces the information technology application platform for primary and secondary school teachers， which including system requirements analysis， architecture design and system implementation. It provides strong support for improving the information technology application ability of primary and secondary school teachers in China.

Key words： primary and secondary school teachers; information technology application ability; business function; system architecture; system design and implementation

1 背景

近年互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展給金融、交通、教育、醫(yī)療等眾多行業(yè)帶來了工作效率的提升以及管理的變革，尤其是教育行業(yè)，各國紛紛實施教育信息化建設(shè)，掀起了全球教育信息化浪潮[1]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，信息技術(shù)與現(xiàn)代教育高度融合，信息技術(shù)應(yīng)用能力成為中小學教師的一項基本技能，基于網(wǎng)絡(luò)平臺的遠程培訓方式已經(jīng)成為促進中小學教師專業(yè)發(fā)展的重要途徑[2]。在新課改的關(guān)鍵時期，中小學教師的教育理念、教育方法亟須轉(zhuǎn)變，從而為新課改的實施提供有力的保障。然而，研究報告顯示網(wǎng)絡(luò)教學平臺的使用率并不高。具體體現(xiàn)如下：盡管很多學校為數(shù)字化教學資源建設(shè)提供了資源開發(fā)工具、相關(guān)培訓和技術(shù)支持，但數(shù)字化教學資源建設(shè)的積極性仍然不高[3];一些中小學雖然已經(jīng)配備了多媒體教室，使用了較先進的設(shè)備，但由于中小學教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力有限，使得上述設(shè)備處于閑置狀態(tài)[4]。在我國普及九年義務(wù)教育戰(zhàn)略中，中小學教師作為中堅力量，他們的信息技術(shù)應(yīng)用能力水平是影響戰(zhàn)略實施效果的關(guān)鍵[5]。因此對中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺的設(shè)計與實現(xiàn)進行研究具有重要的應(yīng)用價值。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)需求

經(jīng)過調(diào)研，整理出中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺的需求如下所示。

1）用戶角色需求。平臺的用戶分為管理員、課程講師、學習者等多種類型，一個賬戶可以具有多種角色類型。具體如中小學教師，這是平臺的基本用戶，所有賬號都擁有此類型。此外還包括市級管理員，主要負責平臺全局數(shù)據(jù)的管理;區(qū)級管理員、培訓機構(gòu)管理員、輔導員、校級管理員、課程講師等角色。輔導員和講師主要負責在線教學與輔導。

2）功能模塊需求。平臺需要具有課程管理、在線學習、培訓管理和測評等功能。其中，課程管理模塊是培訓機構(gòu)和區(qū)級管理員進行課程申報的載體。在線學習模塊是在線學習和培訓活動的主要載體，直接面向全體參訓教師，在項目實施過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3）項目架構(gòu)要求。要求平臺具備一個清晰的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)業(yè)務(wù)資源和數(shù)據(jù)的動態(tài)即時交互;在數(shù)據(jù)交換方面能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通;要具備良好的用戶使用體驗和服務(wù);要求項目的整體架構(gòu)有良好的開放性，方便在未來與其他學習門戶和系統(tǒng)進行接駁。

4）運行安全需求。運行安全要注意到物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全。

3 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)需求分析，對教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計過程中應(yīng)綜合考慮先進性、標準化、可擴展性、開放性、安全性、可靠性、維護和管理便捷性[6]，為系統(tǒng)實現(xiàn)提供強有力的保障。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

1）培訓系統(tǒng)。培訓課程需要是設(shè)置為本大區(qū)、本學期開班的課程。如果是學校下的教師，則可以看見自己學校所屬區(qū)縣的所有區(qū)級課程班級。也可以看見非本區(qū)的市級共享課程班級。同時，教師的課程列表顯示內(nèi)容也取決于班級設(shè)定的報名范圍和教師自身的教學信息進行匹配。課程分為區(qū)級和市級。市級課程則可以在全市范圍內(nèi)的教師進行選課。如果是培訓機構(gòu)下屬的用戶，則只能夠看到自己本機構(gòu)開設(shè)的班級，主要的功能有：信息管理、班級管理、選課管理、實踐課程管理、學分管理和證書管理等[7]。

2）課程學習。學員可以通過在線學習系統(tǒng)進行課程的學習操作。從“我的課程”中選擇課程進行學習操作。當用戶滿足了某一個活動單元下的所有學習條件，則該活動單元算作已完成。某一章下的所有活動皆完成，則學習進度更新。學習進度以課程的大章數(shù)量為依據(jù)，同時外加額外一章的結(jié)業(yè)測試。主要的功能有：課程學習、課程評價、學習記錄、教學管理和個人中心等。

3）課程管理。培訓機構(gòu)和區(qū)級管理員可以進行課程的申報。通過完善課程的信息來進行課程的申報。主要的功能有：課程申報、課程審核、課程搭建和課程接入等。

4）診斷性測評。本系統(tǒng)可以通過接口的形式與現(xiàn)有的各類測評系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接。根據(jù)能力標準進行測評，并且把結(jié)果返回到平臺，被測評教師可以在平臺直接對測試數(shù)據(jù)進行查看，系統(tǒng)將對測評結(jié)果進行管理和統(tǒng)計分析，給相關(guān)部門提供決策信息，更精準了解當前教師的信息技術(shù)使用水平，以便制定行之有效的培訓方案。主要的功能有：數(shù)據(jù)對接、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和個人面板等。

5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計與挖掘模塊。主要的功能有：對課程管理相關(guān)的上報的課程、上報次數(shù)、上報情況、上報反饋進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與挖掘;對培訓管理相關(guān)的培訓信息、上報次數(shù)、上報情況、上報反饋進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與挖掘;對課程的學員進度情況、參與情況、課程滿意度評分進行統(tǒng)計。

3.2 系統(tǒng)接口設(shè)計

一般的管理系統(tǒng)主要考慮系統(tǒng)內(nèi)部的接口，本系統(tǒng)需要與多個外部應(yīng)用系統(tǒng)進行對接，所以還要考慮與外部系統(tǒng)的接口。接口主要是功能預定義和數(shù)據(jù)的傳遞規(guī)范，為了便于說明，下面對具有代表性的接口，數(shù)據(jù)庫訪問接口、數(shù)據(jù)庫和知識庫的接口進行介紹。

1）數(shù)據(jù)庫訪問接口

數(shù)據(jù)的存儲形式有多樣，包括傳統(tǒng)的文本文件、Excel、DBF等，還包括流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server、Oracle、DB2等，為了能夠訪問不同的數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)通過設(shè)計訪問數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一接口，通過ADO.NET訪問OLE DB來訪問不同的數(shù)據(jù)庫。

2）數(shù)據(jù)庫和知識庫的接口

本系統(tǒng)中的知識庫內(nèi)容一部分是自動生成，還有一部分是通過輸入?yún)?shù)進入知識庫，知識庫和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換通過接口來完成。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與運行安全設(shè)計

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計上，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2可知，系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)所有用戶開放，同時設(shè)有硬件防火墻，從硬件上對平臺進行有力的保證。系統(tǒng)通過設(shè)立獨立的文件和媒體資源服務(wù)器，減少應(yīng)用服務(wù)器的訪問壓力。數(shù)據(jù)庫集群采用分庫分表保存數(shù)據(jù)，從而大大增強整體數(shù)據(jù)庫的讀寫能力。緩存服務(wù)器為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群進行數(shù)據(jù)層面的緩存服務(wù)，提高數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問量。各類應(yīng)用服務(wù)器群通過負載均衡進行自動分配，保證應(yīng)用服務(wù)器的穩(wěn)定和高效運行。

考慮到運行安全需求，對系統(tǒng)做如下設(shè)計。

1）實體設(shè)備安全

實體設(shè)備包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、線路、信道以及其他媒體設(shè)施。實體安全是整個平臺安全運行的前提條件。要保證實體設(shè)備免遭物理性的破壞，做到防盜、防水、防高溫、防電磁干擾、防地震等不可抗拒的破壞。

2）網(wǎng)絡(luò)傳輸安全

網(wǎng)絡(luò)傳輸安全指數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)上安全傳輸，不被惡意截取、篡改、泄露、破壞等。需要配置網(wǎng)絡(luò)防毒軟件、網(wǎng)絡(luò)防火墻、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)等，如果需要在外網(wǎng)上操作核心的高權(quán)限的命令，一定要構(gòu)建VPN網(wǎng)絡(luò)，在加密通道上操作。對于非常重要的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字加密簽名技術(shù)進行驗證確保操作的真實性和不可替代性。同時還需要建立相關(guān)的規(guī)章制度和嚴格的監(jiān)控程序。

3）信息安全

信息安全就是防止數(shù)據(jù)泄露、破壞和篡改。首先是保證信息存儲的安全，信息是一個系統(tǒng)最為重要的內(nèi)容，信息丟了一切都是空談，所以需要建立異地災備系統(tǒng)，防止不可抗拒的破壞，其次進行數(shù)據(jù)加密，對敏感數(shù)據(jù)和重要數(shù)據(jù)進行加密存儲，防止被非法竊取或篡改。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用ASP.NET+SQL Server來實現(xiàn)，在此主要對功能業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)和界面的實現(xiàn)進行介紹。

4.1 業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)

1）市區(qū)級管理的實現(xiàn)

市級管理員主要負責平臺全局數(shù)據(jù)的管理，包括培訓計劃（學期）的管理、區(qū)縣學時標準范圍的設(shè)定、課程的審核、班級的審核、免修學分管理等;區(qū)級管理員主要負責自身所屬區(qū)縣范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)管理，主要包括本區(qū)縣學時標準的設(shè)定、課程申報、課程制作、班級申報、批量報名以及報名審核，如圖3所示。

2）在線學習的實現(xiàn)

普通教師選課結(jié)束后在線進行學習，完成課程所有章節(jié)的學習后可進入測試環(huán)節(jié)，進行期末考核后顯示該本課程學習結(jié)束，具體流程如圖4所示。

4.2 運行界面實現(xiàn)

以課程學習模塊為例。學員可以通過在線學習系統(tǒng)進行課程的學習操作。從“我的課程”中選擇課程進行學習操作。當用戶滿足了某一個活動單元下的所有學習條件，則該活動單元算作已完成。某一章下的所有活動皆完成，則學習進度更新。學習進度以課程的大章數(shù)量為依據(jù)，同時外加額外一章的結(jié)業(yè)測試。學習進度條界面如圖5所示。

課程學習包含了多種學習形式，其中閱讀界面，可以對富文本課件進行瀏覽學習，并且?guī)в泄P記本功能，界面如圖6所示。

視頻學習界面可以對視頻課件進行觀看學習，并且?guī)в泄P記本功能，界面如圖7所示。

教師可以通過課程制作平臺來制作相關(guān)的課程測試，學員可以通過學習平臺來完成測試。如果測試次數(shù)超過設(shè)定的可測試次數(shù)，則學員不能進行測試。測試活動界面如圖8所示。

5 結(jié)束語

近年來，隨著多媒體教室、直播課堂、VR教學等新型教學方式的出現(xiàn)，信息技術(shù)與教育教學的深度融合已成為現(xiàn)代教學發(fā)展的趨勢[8]，上述教學方式在給學生帶來課堂新體驗的同時，也對教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力提出了更高的要求。

在分析了中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺需求的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的主要功能、接口與網(wǎng)絡(luò)安全的設(shè)計，包括：培訓系統(tǒng)、課程學習、課程管理、診斷性測評、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與挖掘、數(shù)據(jù)庫訪問接口、數(shù)據(jù)庫和知識庫的接口等。該系統(tǒng)充分考慮了當前中小學教師群體的特性，給出了中小學教師信息技術(shù)應(yīng)用平臺的設(shè)計與實現(xiàn)框架，為今后此類系統(tǒng)的研究提供了參考。

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