大興區數字校園的架構設計與應用生態

李勇

架構設計與應用設計是數字校園建設的縱橫兩條主線，也是數字校園頂層設計的重要內容。架構設計優先于應用設計，數字校園整體架構的科學性、開放性和穩定性決定數字校園建設的成敗，并對數字校園的可持續發展產生重要影響。

大興區數字校園整體架構設計

從架構層面講，計算機和智能移動終端由三層架構組成：硬件設備、操作系統和第三方應用。成熟的云計算也是由三層架構組成，依次是：基礎設施服務層（IaaS）、平臺服務層（PaaS）和軟件服務層（SaaS）。IaaS相當于計算機三層架構中的硬件設備，主要包括服務器、存儲設備和網絡設備等，其功能是按需向用戶提供基礎設施層面的服務。PaaS提供類似操作系統的功能，它部署在云計算中心（云端），一方面為開發者提供標準的應用開發和運營環境，另一方面為用戶提供統一的應用管理操作環境。SaaS則是將所有應用軟件統一部署在云端，用戶不需要在本地安裝部署軟件，只需要支付一定的租賃或授權費用，即可像用自來水或用電那樣通過互聯網享受到相應的軟件服務。

從微觀的個人電腦，到宏觀的云計算環境，三層架構的建設模式已經成為信息化環境建設的通用定律。數字校園的整體架構設計也同樣遵循這一定律，由物理層（服務器和存儲）、平臺層（教育云平臺）和應用層（第三方應用）這三層構成。北京市大興區數字校園整體架構則在經典三層架構的基礎上進行了細分設計，其由物理層、數據層、平臺層、應用層和大數據中心五層構成（如圖1）。其中，數據層和平臺層對應云計算的PaaS層，實現平臺即服務，應用層和大數據中心對應云計算的SaaS層，實現軟件即服務。

物理層：提供安全穩定的云計算環境

“十二五”期間，大興區全面推進“寬帶網絡校校通”工程，到2015年底完成教育骨干網全面升級，實現萬兆骨干連接，千兆到學校，全區中小學實現無線網絡覆蓋。2014年建成大興區教育云計算中心，實現了全區統一的虛擬服務器和云存儲管理，為數字校園應用建設提供了安全穩定的云計算環境。目前，大興區教育云計算中心擁有實體服務器58臺，可用于虛擬化的CPU672核，內存5216G，存儲500T，用于存儲文件數據的分布式海量云存儲800T。

平臺層：整合、統一的信息化應用支撐

平臺層是數字校園的操作系統，是支撐數字校園眾多應用的基礎平臺，在區域統籌的數字校園三層架構中，也經常將平臺層叫做“教育云平臺”或“數字校園云平臺”。它既要為第三方應用的開發和運營提供技術支撐，也要為數字校園用戶提供統一的應用管理界面。

數字校園建設好比城市建設，平臺層相當于城市中的電力系統、供暖系統、燃氣系統、供排水系統、交通系統等公共基礎設施，而具體應用則相當于城市里各具特色的建筑。因此，平臺層的建設水平將直接影響到數字校園的整體質量和可持續發展。

1. 數據層建設

數據層重點完成“一庫兩中心”建設，即區域統一的教育基礎數據庫、區域統一的數據交換中心和區域統一的實名身份認證中心（如圖2）。

教育基礎數據庫建立了基礎數據標準，為所有教師、學生和家長建立了實名信息、實名賬號和統一的組織機構數據。數據互操作中心制定了數據互操作規范，實現了基礎數據和應用數據的共享。統一身份認證中心為第三方應用提供統一認證服務，實現單點登錄。

數據層的服務對象是第三方應用，它為云平臺和第三方應用建設提供了安全、靈活、可靠的數據服務，對外開放的數據層是基礎中的基礎，是保證數字校園云平臺和第三方應用正常運轉的關鍵。

2. 平臺層建設

平臺層是在數據層基礎上建立的一個面向用戶的云應用管理平臺。平臺層由以下5個平臺級應用組成。

（1）云個人桌面，實現統一個人門戶

云個人桌面是全區統一的數字校園個人門戶，教師在個人桌面能夠以單點登錄的方式運行系統應用和第三方應用，并對其進行隱藏、顯示、添加、刪除等管理操作。云個人桌面的上半部分區域是系統應用，下面區域則來自于用戶從應用商店里選擇添加的第三方應用。

（2）云系統應用，全區統一的標準化應用

云平臺系統應用是全區統一的標準化應用，主要是一些通用性非常強的基礎管理類應用和全區統一采購的應用，可將其理解為云平臺自帶的應用，類似于蘋果手機自帶的系統應用。

（3）云應用商店，建立良好的應用市場生態環境

應用商店（如圖3）是大興區數字校園平臺層的核心組件，任何公司都可以在應用商店注冊開發者賬號并發布第三方應用。

第三方應用必須按照《大興區數字校園第三方應用開發指南》進行開發或改造，只有通過技術規范審核后才能在應用商店上線。教師在應用商店瀏覽應用介紹，查看用戶評價，當學校采購其中的應用或服務后，應用提供商為學校進行應用授權，學校獲得授權后，教師就可以將其添加到自己的“云個人桌面”了。

應用商店為學校提供了豐富的第三方應用選擇，使大興區數字校園云平臺既可以滿足區域統一的應用需求，又可以滿足學校個性化的應用需求，實現統籌兼顧。應用商店為區域教育信息化發展建立了“政府搭平臺、企業建應用、學校買服務”的良好市場生態環境，云平臺覆蓋范圍越大，應用商店的作用就越明顯。

（4）云消息中心，實現應用消息的統一管理

大興區數字校園云平臺為第三方應用提供了統一的消息中心。消息中心對外提供標準的消息數據接口，第三方應用將應用消息統一推送到消息中心，消息中心通過云個人桌面、大興校信桌面客戶端、大興校信移動客戶端，再將消息推送給個人用戶。

（5）大興校信，大興數字校園的客戶端應用

大興校信是大興區數字校園的客戶端應用，分為桌面客戶端（如圖4）和移動客戶端。大興校信與統一認證中心整合，實現單點登錄；與云個人桌面整合，實現客戶端應用門戶；與消息中心整合，實現客戶端消息門戶。大興校信還是簡單易用的即時通訊系統，大興校信同步數據層基礎數據，可以實現教師與教師、教師與家長的實時交流。

3. 應用開發標準建設

大興區為第三方應用的開發建立了統一的數據標準和技術規范，編寫了《大興區數字校園第三方應用開發指南》，其中詳細介紹了云平臺開發環境、基礎數據標準、數據互操作規范、應用開發流程以及各種技術規范文檔。教育軟件公司參考開發指南，就可以開發出符合云平臺技術標準的應用系統。

4. 云服務模式，實現數字校園一鍵式開通

大興區數字校園云平臺以多租戶的SaaS方式實現了學校零部署的云服務模式，在可靠的數據層支持下，實現了數字校園的一鍵式開通。一所學校若想建設數字校園，經過數據層實施、云平臺授權和應用商店選擇應用三步即可完成，實施周期3個小時。

應用層：形成蓬勃發展的教育應用生態

大興區數字校園云平臺為全區師生建立了統一的信息化應用環境，為第三方應用提供了操作系統級別的標準開發環境，為教育應用推廣建立了公平、透明的市場環境，為實現區域教育信息化整體推進建立了良好的基礎生態系統。在此基礎上，大興區以“開放、合作、發展”為建設原則，以教育應用生態建設為核心理念，重點圍繞教育管理、教師專業發展和學生自主學習，深挖業務需求、突出應用場景，實現了教育應用資源的生態發展。

1. 教育管理應用生態建設

大興區教育管理公共服務平臺主要包括基礎管理應用、業務管理應用和大數據應用三個領域。

基礎管理應用在云平臺系統應用中發布，是全區統一的云OA協同辦公系統，主要應用包括通知公告、辦公郵箱、手機短信、工作流審批、日程協同、教師云盤等。每一個系統應用都是獨立安裝的多租戶云應用，基于數據層統一的組織關系和用戶數據，既能滿足學校內部的管理需求，又能實現貫通全區的工作協同。

業務管理類應用統一部署在云平臺，以第三方應用的形式在應用商店中發布，以SaaS模式向學校提供軟件服務，滿足學校的個性化需求。例如校本選課系統、智能排課系統、網絡閱卷系統、成績分析系統、電子檔案系統、資產管理系統等。

大數據應用在大數據中心實現，并在系統應用中發布“數據中心”應用，作為數據分析的統一入口，目前已經初步完成教育基礎數據的大數據體系建設。

2. 教師專業發展應用生態建設

大興區教育資源公共服務平臺從教師評價、教師培訓、教育科研、網絡教研、資源共享、教師交流六個領域為教師專業發展提供信息化應用服務。

電子證書管理系統實現數字化教師評價，形成教師成長大數據。教師培訓平臺實現線上和線下相結合的教師培訓新局面。利用知網、龍源期刊、百度文庫等互聯網應用為教育科研提供豐富的文獻資料。網絡教研三劍客充分利用視頻直播和視頻點播技術，實現“天天有教研，人人可參與”的網絡教研新常態。知識管理系統在統一教材目錄和知識點路徑的數據支持下，實現了全區資源的共建共享。在教師社區則可建立學科協作組，實現教師之間的交流和分享。

3. 學生自主學習應用生態建設

自主學習應用生態由縱橫兩部分組成，縱向是貫穿整個學科內容的知識路徑體系，橫向是為每一個知識點或學習階段設計的互動學習方案和互動學習資源。其中，互動學習方案對學習過程進行了優化，主要包括新知識的學習、知識的記憶、知識的理解應用和技能的熟練掌握，通過優化組合的教育APP實現學習方式的創新。

自主學習生態建設是一項長期的系統工程，既要對學科的知識體系進行深入研究，建立科學的自主學習知識路徑，又要對學習過程和學習方式進行研究，建立豐富的互動學習資源。

自主學習應用生態面向學習過程，它以創新學習方式為目標，充分發揮移動互聯網和智能移動終端的優勢，實現一對一的人機互動學習、無處不在的移動學習和教師引領的個性化學習，是實現信息技術與教學深度融合的核心內容，是數字校園建設的高級階段，也是數字校園的最終發展方向。

（作者單位：北京市大興區教師進修學校）