中小學教師信息技術應用平臺的設計與實現

張蘇娟 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應用能力面臨巨大的挑戰。中小學教師作為我國普及九年制義務教育的中堅力量，其信息技術應用能力水平是事關我國義務教育戰略推行的大事。在此對中小學教師信息技術應用平臺進行介紹，包括系統需求分析、架構設計與系統實現，為提升我國中小學教師信息技術應用能力提供有力的支持。

關鍵詞：中小學教師;信息技術應用能力;業務功能;系統架構;系統設計與實現

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

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

2 系統分析

2.1 系統需求

經過調研，整理出中小學教師信息技術應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據的管理;區級管理員、培訓機構管理員、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和區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揮著關鍵作用。

3）項目架構要求。要求平臺具備一個清晰的系統架構設計，實現業務資源和數據的動態即時交互;在數據交換方面能實現數據共享和互聯互通;要具備良好的用戶使用體驗和服務;要求項目的整體架構有良好的開放性，方便在未來與其他學習門戶和系統進行接駁。

4）運行安全需求。運行安全要注意到物理安全、網絡安全、數據安全和系統安全。

3 系統設計

根據需求分析，對教師信息技術應用平臺進行系統設計，設計過程中應綜合考慮先進性、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]，為系統實現提供強有力的保障。

3.1 系統架構設計

系統功能架構如圖1所示。

1）培訓系統。培訓課程需要是設置為本大區、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縣的所有區級課程班級。也可以看見非本區的市級共享課程班級。同時，教師的課程列表顯示內容也取決于班級設定的報名范圍和教師自身的教學信息進行匹配。課程分為區級和市級。市級課程則可以在全市范圍內的教師進行選課。如果是培訓機構下屬的用戶，則只能夠看到自己本機構開設的班級，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量為依據，同時外加額外一章的結業測試。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。培訓機構和區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。本系統可以通過接口的形式與現有的各類測評系統進行數據對接。根據能力標準進行測評，并且把結果返回到平臺，被測評教師可以在平臺直接對測試數據進行查看，系統將對測評結果進行管理和統計分析，給相關部門提供決策信息，更精準了解當前教師的信息技術使用水平，以便制定行之有效的培訓方案。主要的功能有：數據對接、數據管理、數據統計和個人面板等。

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

3.2 系統接口設計

一般的管理系統主要考慮系統內部的接口，本系統需要與多個外部應用系統進行對接，所以還要考慮與外部系統的接口。接口主要是功能預定義和數據的傳遞規范，為了便于說明，下面對具有代表性的接口，數據庫訪問接口、數據庫和知識庫的接口進行介紹。

1）數據庫訪問接口

數據的存儲形式有多樣，包括傳統的文本文件、Excel、DBF等，還包括流行的數據庫管理系統SQL Server、Oracle、DB2等，為了能夠訪問不同的數據庫，本系統通過設計訪問數據庫的統一接口，通過ADO.NET訪問OLE DB來訪問不同的數據庫。

2）數據庫和知識庫的接口

本系統中的知識庫內容一部分是自動生成，還有一部分是通過輸入參數進入知識庫，知識庫和數據庫之間的數據交換通過接口來完成。

3.3 網絡結構與運行安全設計

在網絡架構設計上，本系統的網絡結構拓撲結構如圖2所示。

從圖2可知，系統向互聯網所有用戶開放，同時設有硬件防火墻，從硬件上對平臺進行有力的保證。系統通過設立獨立的文件和媒體資源服務器，減少應用服務器的訪問壓力。數據庫集群采用分庫分表保存數據，從而大大增強整體數據庫的讀寫能力。緩存服務器為數據庫服務器集群進行數據層面的緩存服務，提高數據的并發訪問量。各類應用服務器群通過負載均衡進行自動分配，保證應用服務器的穩定和高效運行。

考慮到運行安全需求，對系統做如下設計。

1）實體設備安全

實體設備包括服務器、網絡設備、線路、信道以及其他媒體設施。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）網絡傳輸安全

網絡傳輸安全指數據能夠在網絡上安全傳輸，不被惡意截取、篡改、泄露、破壞等。需要配置網絡防毒軟件、網絡防火墻、網絡入侵檢測系統等，如果需要在外網上操作核心的高權限的命令，一定要構建VPN網絡，在加密通道上操作。對于非常重要的數據，采用數字加密簽名技術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的規章制度和嚴格的監控程序。

3）信息安全

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

4 系統實現

系統采用ASP.NET+SQL Server來實現，在此主要對功能業務流程的實現和界面的實現進行介紹。

4.1 業務功能實現

1）市區級管理的實現

市級管理員主要負責平臺全局數據的管理，包括培訓計劃（學期）的管理、區縣學時標準范圍的設定、課程的審核、班級的審核、免修學分管理等;區級管理員主要負責自身所屬區縣范圍內的數據管理，主要包括本區縣學時標準的設定、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

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

4.2 運行界面實現

以課程學習模塊為例。學員可以通過在線學習系統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量為依據，同時外加額外一章的結業測試。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，并且帶有筆記本功能，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，并且帶有筆記本功能，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。如果測試次數超過設定的可測試次數，則學員不能進行測試。測試活動界面如圖8所示。

5 結束語

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，信息技術與教育教學的深度融合已成為現代教學發展的趨勢[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應用能力提出了更高的要求。

在分析了中小學教師信息技術應用平臺需求的基礎上，給出了系統的主要功能、接口與網絡安全的設計，包括：培訓系統、課程學習、課程管理、診斷性測評、數據統計與挖掘、數據庫訪問接口、數據庫和知識庫的接口等。該系統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應用平臺的設計與實現框架，為今后此類系統的研究提供了參考。

參考文獻：

[1] 徐曉春.開展教育門戶網站測評 推進教育信息化發展[J].中國教育信息化（高教職教），2013（10）：72-74.

[2] 李虹.教師遠程培訓中學習社區的構建與實施[J].中小學實驗與裝備，2016（6）：50-52.

[3] 許愛軍.高職數字化教學資源的發展現狀、困境與推進策略[J].高教論壇，2014（5）：96-98，104.

[4] 張屹，馬靜思，周平紅，等.中小學教師信息技術應用能力現狀及培訓建議[J].中國電化教育，2015（1）：104-110.

[5] 黃澄輝.新時代中小學教師信息技術應用能力提升的優化策略探析[J].中國教育信息化，2020（8）：70-73.

[6] 張明.基于云計算實驗中心的建設與管理研究[J].電腦知識與技術（學術交流），2015（4）：59-62.

[7] 張蘇娟.中小學教師信息技術應用能力培訓 及決策支持平臺研究[D].長沙：湖南大學， 2019.

[8] 宋春華.VR技術和數字教學管理系統在課堂教學中的應用[J].現代職業教育，2018（32）：90-91.

【通聯編輯：謝媛媛】