分布式网络教学管理系统的研究与设计

Constructing a Web-Based Instructional Resource System

马勃民  程建钢  韩锡斌  杨  超  曹  岩

清华大学教育软件研究中心  E-mail:chengjg@tsinghua.edu.cn

本文针对如何构建分布式网络教学管理系统，在数据标准化、分布式管理模式等方面进行研究与探讨，阐述了“清华教育在线”教学管理系统的结构、功能以及实现的关键技术。

关键词: 教学服务管理  分布式  基于Web B/S模式

1 引言

“教学管理是根据教学活动的规律和管理活动的一般原则，通过计划、组织、协调、控制、监督等手段，对教学工作实施管理的过程”而“现行的学习管理机构和运作方式，基本上是为了强化封闭式教学管理而摄制的，不能很好地为远程教育服务”[1]，不易适应现代教学活动中复杂的关系，庞大的信息量，频繁的反馈。特别是随着远程教育事业的不断发展，迫切需要深入地开展网络教育管理系统的研究与设计。

本文旨在通过分析分布式网络教学管理的基本运作规律和特性，探索支持分布式网络教学管理的关键技术，从而构建一个安全稳定的、可扩展和可伸缩的分布式网络教学管理系统。

2 系统环境与技术路线

在对分析分布式网络教学管理系统的总体结构和功能进行分析的基础上，确定系统环境与开发的技术路线。

采用先进的企业级软硬件支持环境，确保系统在大负荷量下的安全和平稳运行。选择在Internet领域占据最高的市场份额，具有运行快速、稳定、良好的的可扩展性特点的SUN服务器。利用6台SUN企业级服务器和两台工作站组成的群机服务器提供Web、E-mail、BBS、多媒体等服务，通过防火墙与外部隔离，过滤不良信息，并以1000MB接入CERNET。采用先进的企业级软件开发技术和开发模式，确保系统结构的模块化。

    在平台构成方面，采用XML（eXtensible Markup Language）技术，提供更为广泛的标记描述文档内容，以及更为灵活web结构化信息交换，完成跨平台与操作系统的数据透明传输，提供最大程度上的数据共享，在保障了数据的一致性的同时，降低系统的维护工作量。

采用基于J2EE规范，使用显示层、计算逻辑层和数据层分离的B/S（浏览器/服务器）模式三层架构技术，实现资源数据共享，终端用户免维护，提高系统运行效率，降低系统运行成本。B/S三层架构对不同的网络拓扑结构、不同的网络传输介质都有良好的兼容性，对于异构网络也有良好的支持。同时，这种结构可以方便的进行系统升级，便于采用模块化设计，拼装结构，以满足不同单位的不同规模的使用需求。

基于网络的教学服务管理系统就更应当极大地发挥网络的开放性，使得无论规模大小的平台之间实现透明通讯，信息互换，资源共享。让学校内的不同网络教学管理系统、所有学校和相关组织机构的对应系统之间相互操作，惟一的可能是采用统一的规范和标准，这类规范和标准是保证各种应用之间进行信息交换的核心。对此值得借鉴国际比较成熟的行业标准（如CSISP，IMS，IEEE－LTCS，SIF等），并根据我国现行教育方式制定一套符合国际惯例和我国国情的、有效的标准化规范。

3 网络教学管理的系统分析库

教学管理是教学活动的中枢，完整的网络教学管理系统应当在提供教学服务管理这一核心功能的同时，提供教学分析及电子结算功能，并可与相关的组织机构共享和交换教育信息（如招生信息、毕业生分配信息等）。

3.1    网络教学管理系统内部关系

教学服务管理是网络教学管理的主要内容，实现网上教学的组织，也提供网上教学的多种服务支持。

电子结算系统提供与教学服务相关的安全便捷的金融服务，教学服务管理系统为教学分析提供用户、课程等基本元素的信息变化，教学情况分析与评估系统将分析结果反馈给教学服务管理系统，为教学服务管理进行必要调整提供依据。

教学服务管理需要研究：注册认证管理；用户管理（对学生、教师、管理员等用户的基本身份信息、邮箱分配、硬盘空间分配等相应应用服务的管理维护）；学籍管理（包括用户的奖惩信息，异动信息等）；课程管理（包括培养计划制定维护，学生学习计划指导，课程管理，选课过程管理等）；成绩管理（成绩录入，归档，维护等），共享信息交换控制。

教学情况分析和质量评估需要研究：对用户的分析功能包括行为分析（包括登录情况，操作记录等）；成绩分析（包括学生的平时成绩，总成绩，群体成绩曲线，个人成绩曲线等多种查询分析）。根据取得的信息进行学习质量评估、教师质量评估、课程质量评估以及毕业生的质量评估等。

    电子结算需要研究：电子商务技术和模式在网络教育环境下的应用；与银行系统和财务系统的接口。

完整的网络教学管理系统可以在其内部动态调整的过程中不断地完善，从而使教学活动进入良性循环（如图1）。

图1  教学管理系统内部关系图

由于篇幅所限，本文将重点讨论这分布式网络教学服务管理系统，而暂不过多涉及教学分析和质量评估系统与电子结算系统。

3.2    网络教学管理系统校际关系

网络教学管理与传统意义的校园教学管理存在着共通之处，但由于网络互联的特性而使得网络教学管理具有信息广泛共享、信息处理自动化程度提高、信息传递便利快捷等区别于传统校园教学管理的新特性。因此要求网络教学服务管理应当具有相当大的开放性，不仅满足校内的服务需求，也支持校际服务和与相关机构的信息共享和互换（如图2）。

图2  校际教学服务管理关系图

3.3    网络教学服务管理系统基本元素关系

    在设计一个网络教学服务管理系统之前，首先要分析网络教学管理系统中各个基本构成元素之间的关系。网络教学服务管理中存在四个相对的元素——管理员、学生、教师、课程。其中管理员由整个网络教学活动的服务者和管理活动的组织者所组成的一类角色，其功能类似于校园教学中的教务人员，但同时兼有网络管理员，教师与学生基本上互不关联，但同时都与课程这一元素发生联系（如图3）。

    管理员：网络教学管理中的主要控制者，具有对公用信息管理的最大权利。管理员所管理的包括教学中的公共信息，学生的学籍信息，教师的基本信息，培养计划的制定等。

    教师：在网络教学中，对特定课程的描述和成绩管理中具有最大的管理权限。教师所管理的是在教学计划中属于自己的课程，以及与课程对应的学生成绩。

学生：网络教学的主要对象，仅对属于个人的信息拥有管理权限。

课程：虽然是被动的对象，但却是网络学习与网络服务管理的纽带，同时教师与学生通过课程产生

紧密的联系。

图3  网络教学服务管理系统基本元素关系图

4 构建分布式网络教学服务管理系统

网络教学服务管理系统的主要任务是“为教学提供服务”，此系统首先应当实现传统意义上的校园教学服务管理系统的主要职能，这些职能的面向对象多是校内范围的用户及教学因素。良好的教学服务管理系统可以确保网络教学活动的顺利进行，还可以根据系统运行反馈的信息及时进行自身调整。

由于教学服务管理系统针对的用户类型广泛，既可能包括同一学校的在校学生或是同一网校的网络学员，也可能包括跨校际的学员，还可能是相关组织机构的用户，因此管理工作就应当在主要面向本校用户的同时，兼顾校际或对其他组织机构的管理。

4.1    用户信息元数据设计

在教学管理系统的数据库中，与用户直接相关的信息非常多，但是这些信息的“使用频率”相差很大，比如用户名与权限值在每个涉及到权限的程序中都会被用到，而籍贯等信息则仅在显示个人资料中被用到。显然，在元数据设计的时候需要考虑到这一点，分析用户在教学活动，管理活动中所需的元素，确定合理的元数据结构。

4.2    减少数据冗余

由于新注册的用户需要经过筛选，其中一部分成为正式用户并使用系统，而其余新注册者的信息几乎不会再次使用，因此会产生由于注册用户带来的数据冗余。对于这个问题，清华教育在线采将新注册用户信息放在USER_REGISTER表中，在批准过程完成之后，将其中数据导出数据库进行备份，正式用户的信息则移入系统用户表。

行为记录中记载着用户操作信息，是实现用户跟踪的基础，同时也是网络安全的一个保障。但在用户量很大的情况下，如果行为记录过细，则会造成数据库增长过快，影响系统运行的稳定。因此不仅需要提供数据定期归档的功能，还应当给管理员留有行为记录开关，以保证系统在最优状态下运行。

4.3    保护用户隐私

网络的开放性正如一把双刃剑，一方面给教学管理带来更加广泛的信息交流与便捷的管理模式，另一方面也要求平台具有更高的安全性，保护用户的经济利益及个人隐私不被非法窃取，这就需要建立用户统一身份认证机制，使得分布在异地的不同平台使用相通的用户帐户，确保发生校校之间、学校与有关组织机构之间信息交换的时候，系统之间可以通过标准化数据交换接口获得校外的相关信息（如学生的学籍信息等），并依据这些信息进行相应的操作（如对校外学生进行相应的管理和权限分配等）。采用合理有效的安全策略(security policy)，确保网间传输的用户信息难以被不良使用者非法窃取。同时采取合理的权限分组与行为记录机制，确保用户的个人信息不泄漏给无关人员。

4.4    清华教育在线教学服务管理系统各部分功能

清华教育在线的教学管理系统按照学生、教师、教学管理人员等角色设计，既方便使用又有利于管理系统的模块增加与功能扩展，并可根据采用C/S还是B/S模式而开关Internet上的模块，以及通过结合防火墙，来控制访问模块的人群。

（1）用户管理

用户管理的面向对象为学生、教师以及管理员，对用户进行的管理包括用户基本信息的管理维护（包括用户的基本身份信息，奖惩信息，异动信息等）；用户相关应用的管理维护（包括邮箱分配、硬盘空间分配等）；通过与结算系统之间的信息接口接受用户财务信息（包括用户的费用预算，交费情况等）。

用户管理系统同时为教学情况分析与评估系统提供对用户进行行为分析的数据（包括登录情况，操作记录等），成绩分析的基本信息（包括学生的平时成绩，总成绩，群体成绩曲线，个人成绩曲线等）。

（2）课程管理

对课程的管理包括添加修改新课程，制定修改培养计划，设置相关课程的先导关系。在课程管理方面，管理员所管理的部分属于“教学服务管理”的公共信息，教师所管理的部分属于“网络教学”以及“课件制作”的课程和课件信息。

对校际课程的管理包括课程共享管理，培养计划扩展管理（将外校共享课程纳入本校培养计划），使得本校学生可以在多校课程中进行有一定条件的选择。对本校及外校共享课程的需求信息分析，为培养计划的调整提供信息。通过对外校学生的行为与成绩分析，调整课程共享目录、互认学分系统等。

（3）成绩与公共信息管理

成绩管理模块主要管理学生当年及历年成绩报表，学生成绩单等报表，学生成绩录入与修改时限等。公共信息管理的功能为发布、管理、维护和查询教务公告、部门间报表通信等。

5 结论

实现分布式网络教学服务管理平台，将计算机网络技术应用到实际教学服务管理中，构建合理有效的教学服务系统，提高教学管理效率，为校园教学，远程教学提供有力的服务支持。

参考文献

[1]  谢新观. 远程教育概论. 广播电视大学出版社, 2000.

[2]  教育部. 现代远程教育技术标准化委员会. 现代远程教育技术规范. 2001.

[3]  章伟民, 曹揆申. 教育技术学（教育科学分支学科丛书）. 人民教育出版社, 2000.

[4]  J.Corey, Mucheal Abbey, Ian Abramson, Ben Taub，  Oracle 8 Data Warehousing A Practical Guide to Successful—Data Warehouse Analysis, Build, and Roll-out Michael， 电子工业出版社, Jan. 2000.

[5]  Simon Roberts, Philip Heller, Michael Ernest，Complete Java 2 Certification Study Guide，电子工业出版社,  Nov. 2001.

In this paper we discuss several key points of how to build a Web-based distributed educational service administration system. We also probe into data standardization and distributed management of educational information. We introduce functions and the implementation of web-based distributed educational service administration system as a part of TEOL (Tsinghua Education Online).

Key words:  Educational Service Administration  Distributed  Web-based  B/S Model