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网络教育应用“全面解决技术方案”佛山教育信息网络样例工程介绍何克抗、余胜泉、孙波北京师范大学现代教育技术研究所（100875）一、引言在教育领域，不论是网上教育信息管理，还是网上教学应用都有广阔的前景。就教育信息管理而言，目前各级教育管理部门基本沿袭传统手工管理方式，只有个别部门、个别科室、在某些方面实现了计算机自动化管理，但都是零星的、分散的、基于单机的管理模式。在信息技术高度发达的今天，在信息已经成为社会重要资源的今天，这种管理模式已不能适应社会发展的需求；基于网络的办公自动化模式，不仅可以极大地减轻工作强度，提高工作效率，而且可以减少由于人工操作出现错误的可能性，并可以使信息在流通和重复使用中发挥最大的效益。就网上教学而言，基于网络的教学环境，其信息资源的多样性、丰富性和检索信息的快捷性、方便性是传统教学环境不可比拟的；而且网上学习不受时空和地域的限制，学习模式也可灵活选择，既可以实现个别化的学习模式，又可以实现协作式的学习模式，有利于发挥学生的主动性、积极性、创造性，有利于培养学生的创新精神和贯彻落实素质教育。总之，基于网络的远程教学，克服了电视、广播、函授等传统媒体不能即时反馈的缺点，极大地拓展了远程教育的范围，丰富了远程教育的内涵。但是目前在教育领域热火朝天的“建网热”中，往往是“重硬轻软”，只是热衷于网络基础设施和硬件环境的建设，而忽视应用软件和教学资源的开发。这就造成建了网（相当于“修了路”）以后，常常面临“有路无车”、“有车无货”或有了车、货却缺乏“驾驶员”（经过培训的教师）的现象，使大批已建成的教育网络根本无法发挥作用，甚至建网越多，浪费越大。我国是发展中国家，教育经费本来就严重短缺，可是就这么一点资金还要如此浪费，这是多么令人痛心的局面。之所以出现这种现象，究其原因，关键在于对教育网络建设缺乏系统、全面的考虑与研究，一讲建网，就一窝蜂上硬件设施一门心思搞“修路”。其实，网络教育应用是一项系统工程，必须将“路、车、货、驾驶员培训”这四个要素通盘考虑，在此基础上研究出一个“全面解决技术方案”来并加以实施，才有可能从根本上解决网络教育问题。佛山教育信息网的全面解决技术方案就是根据上述考虑，并经过较长时间的酝酿、研究后提出来的。经过一年半的研究与开发实践这一方案已经实现，达到了预定的目标与要求。该项目已于2000年9月15日通过教育部主持的技术鉴定，获得了高度的评价，本文对此项目的基本指导思想与建设的基本内容作一介绍。二、全面解决方案的建设目标佛山地区教育信息网络建设项目是一个大型综合性的教育信息化项目，其建设目标是将佛山市教委系统建设成佛山地区的教育信息港，使其能为全市的中小学校、职业技术学校、各类成人教育培训机构，提供综合的教育信息服务，从而促进学校教育、成人教育、职业技术教育、家庭教育、社会教育和远程教育的发展，加速佛山市教育现代化的进程。佛山市教育信息网络建设项目力图打破一般的“重硬轻软”观念。如上所述，目前对于教育网络建设项目人们往往只考虑硬件环境建设，而忽视应用软件和教学资源的开发。我们不是采取这种做法，而是采用以教学与管理应用为核心、软硬件并重的建设模式，重点是要实现五个方面的建设与研制目标：一是建设教委的信息网络中心，二是研制基于Internet的远程教学支撑平台，三是研制佛山市教委的综合教育信息管理系统（教育信息管理平台），四是建设中小学各学科的教学资源及相应的资源管理系统，五是通过对广大中小学教师和管理人员进行多种不同层次的培训，建设一支能适应教育信息化需求的高素质教师队伍和管理队伍。实现这五个方面的建设与研制目标的最终目的是要使佛山教育信息网络真正发挥高效的教育管理与教学功能。上述五个方面的建设与研制目标所体现的教育网络建设方案，实际上是紧紧围绕“路、车、货、驾驶员培训”这四个教育网络要素来建设的全面解决技术方案。路是指硬件环境即信息网络中心建设。没有基本的硬件设备及网络环境，教育信息化只能是纸上谈兵网上办公、网上教学都无从说起。车是指网络教学支撑平台和教育信息管理平台。有了这两个平台广大师生和管理干部才有可能充分利用网上的硬件环境和各种资源来实现网上教学或网上办公自动化。货是指教学资源。没有丰富的便于共享的高质量资源，学生就难以进行发现式或探索式学习，创新精神与创新能力的培养就会因为缺少必要的物质基础而事与愿违或成效甚微；为了实现对教学资源在地区范围乃至全国范围的快速、有效共享，还应开发相应的资源管理系统。驾驶员培训是指对教师和管理人员的培训。网上教学与网上办公是新生事物，是一种全新的教学模式与工作模式，如果没有现代化的思想和理念是难以适应的。因此对教师和管理人员不仅要进行信息技术（如上网能力）方面的培训，还要进行思想、观念的更新。对于教师来说，首先是要进行现代教育思想、教学理论与学习理论的培训，以便更新传统的教育思想、观念和教学模式，除此以外，还要进行以学生为中心的教学设计理论、方法的培训，才能适应网络教学的要求，才不致于“穿新鞋走老路”。换句话说，为了使广大教师能有效地运用网上资源来进行创新教育，应当进行包括现代教育思想与教育理论、以学生为中心的教学设计方法、和信息技术基本能力等涉及理论、方法、技术这三个层面的培训，而不是仅仅进行信息技术这一个层面的培训；对于管理人员来说，则应进行理论与技术两个层面的培训。三、全面解决方案的总体架构1教委信息网络中心佛山教委信息网络中心是佛山教育信息网的主干中心节点之一，佛山教育信息网与市政府的办公信息网络连接，构成佛山和各级政府机构的行政管理网络系统(称办公网或内网)，佛山大学是CERNET的节点之一，“视聆通”是佛山广东省的高速多媒体信息网，市邮电局和数据通信局负责提供CHINANET的连接业务，它们共同构成佛山市的公共信息网络(外网)，提供公共信息和INTERNET的接入服务，行政管理网络系统与公共信息网络之间通过防火墙连接，从而使得内部网的用户可以方便地使用公共信息网络的信息，而公共信息网络的用户必须经过授权后才能访问内部网络的信息。考虑到教委网络维护运行费用的分担问题，在网络中心的服务器上，运行有网络计费系统。教委信息网络中心与其它主要节点连接的示意图如图1所示。图1佛山教育信息网连接示意图信息网络中心采用100Base-T快速Ethernet技术，主干采用交换机连接Hub、中心服务器、教委办公大楼各科室通过五类综合布线连接Hub，公众网交换机采用100Base-T与Web服务器、数据库服务器、域名服务器及路由器连接。大院外的科室、下属单位和个人用户通过DDN专线、帧中继、ISDN、PSTN、“视聆通”、佛大访问服务器接入公众网(外网)，也可以通过PSTN建立直接的拨号连接。下属单位的办公信息送入外网服务器，由教委办公网到公众网抓取或公众网推入内网服务器。办公网发往下属单位的办公信息从外网通过防火墙送达内网信息服务器。也可以通过PSTN建立直接的拨号连接，在经过授权的情况下，直接送入信息网络中心的服务器。2远程教学支撑平台网上教学支持系统设计的基本出发点在于：我们认为网上教学不仅仅是将教学材料在网上发布，而更多的是学生与教师之间、学生与学生之间的充分沟通与交流，由于远程教学教师与学生之间在空间上的分离，这种沟通与交流就显得尤为重要，另外，传统教学过程中一些保证教学质量的关键环节，如作业、考试、图书馆、笔记记录等，都应该能够在网上得到很好的支持。所有的沟通与交流以及关键教学环节的支持，都需要一些专用的工具来支持，而现有Internet技术并没有提供这些工具，因此需要进行工具开发。此外网上交互式的程序设计，是一般非计算机专业教师所难以做到的，因此，我们开发了一套网上的教学支持平台，为教师在网上实施教学提供全面的工具支持，屏蔽了程序设计的复杂性，使得教师能够集中精力于教学，也使得网上教学从简单的教学信息发布变成一个充满交互与交流的虚拟学习社区。网络教学支撑软件平台由四个系统组成：网上课程开发系统、网上教学支持系统、网上教务管理系统和网上教学资源管理系统四个子系统，其体系结构如下图所示。图2 网络教学支撑软件结构示意图网络教学支撑软件平台是建立在通用的Internet/Intranet基础之上的，专门为基于双向多媒体通信网络的远程教学而提供全面服务的软件系统，它包括资源管理、网络课程开发、网络教学、网络教务管理四个方面的服务，在丰富的学科资源的基础之上，学科教师根据教学要求与教学计划，并根据自己的教学特色，开发网络教学课程，借助于网络教学的一些支持工具，开展双向的远程教学，教学管理系统可以保障这种教学更加高效，也更加规范化。3教委综合信息管理系统（教育信息管理平台）佛山市教委管理信息系统，包含13个科室的41个业务管理软件，具体实现的功能可涵盖教委各科室现行的158项业务处理要求。在需求分析阶段，一些科室的部分业务处理过程体现出数据格式经常变化的特点，其中典型的例子就是在报表处理时，输入和输出表格经常需要变动。针对这些情况，在设计报表汇总系统时，我们没有采用常规的设计方法，编写程序读取输入表和生成汇总输出表，而是采用了相应的处理技术，使系统具有较强的开放性，以适应实际应用的需要。对软件设计而言，这158项功能可以根据以上的业务特点，划分成几类，每一类功能对应了一种软件类型，其软件结构具有相应的特点。（1）文档管理型佛山市教委管理信息系统的需求集中在文件管理和数据处理上，而且需要处理的文件中，只作为文档进行保存的占了相当大的比例，这部分文档只是作为历史数据的一部分进行存储、检索、修改和打印。文档管理的主要功能是保存、查询、编辑、打印和发布。基层上报和上级下发的各类新文件可以分门别类的放到不同的档案夹里，存入到数据库中。对保存在数据库中的文件，可以通过各种条件进行查询，查询的结果可以修改和编辑，并可再次入库，也可发送到打印机打印，还可以通过MIS系统的网络发布功能，将文件发布到教育信息网的WWW服务器上。（2）报表统计型这部分需要重点处理的数据是大量需要汇总统计的报表。在业务需求中，有大量国家上级单位和教委自身下发的统计报表，这些报表由教委管辖的各个基层单位填写上报，然后按照不同的种类交到分管该部分的科室，由该科室进行汇总，汇总的结果可以存档、打印、上报或下发。从数据关系分析，有些统计数据之间存在明显的相关性，比如人事科的数据可以提供所有教职人员的基本信息，招生办能提供所有学生的数据，但也有一些统计数据独立性和临时性特征明显，如临时职工的工资福利统计，临时工资补贴等。针对这些数据的不同特点，统计时采取了不同的处理方法。对于一个完整的统计运算来说，包括如下几个组成部分：需要汇总的原始数据：按照文档形式进行存储、查询、修改。汇总表格的模板：这个模板实际上是一个Excel的文档，它规定了汇总结果存储的样式，对这类模板可以进行修改、增加等操作。汇总规则：在需要汇总时，汇总规则定义了原始数据与汇总模板之间的关系，这些规则是由管理信息系统定义的，具有相应的书写格式和语义。这类软件包括的报表共计80多个，其处理的数据为基层上报文档、表单和上级下发的文档，主要功能是保存、查询、编辑、统计、打印、发布。（3）独立系统类型这部分是一些相对独立的子系统，他们的功能比较独立，自成体系，因此，将他们单独实现。这类软件包括办公室的图书资料管理系统、保健所的卫生报表管理系统、教研室的成绩统计分析系统、督导室的普通话测试与自动组卷系统、房管所的教职工住房申请系统、管道液化气安装管理系统、住房租金缴纳管理系统、住房补助金管理系统、产权房屋管理系统等。（4）教育管理基础数据库该部分的主要工作是维护教委人、财、物基本信息数据库，对这些信息进行增加、删除、修改、查询、统计和分析。为了使数据统计能够准确和及时；方便查询当前或某些特定时间、特定条件的数据；满足随时进行统计分析、提供辅助决策的需要。我们需要建立一个相对完备和稳定、面向管理的基本数据库。在进行数据统计时，不再需要基层单位上报统计报表，由教委进行汇总，而只需要基层单位即时维护本单位的基础信息，教委直接通过本统计系统生成所需报表。从基础库生成报表采用了中间语义层设计技术，一个统计运算由一个操作脚本定义，操作脚本是规则的集合，可由脚本执行引擎解释执行。教委各科室的工作人员只需对脚本进行相应的维护即可实现数据的选择及统计。目前我们根据教委人事科、教研室及房管所的统计汇总要求建立了相应的基础数据库以及对应的码表，并且预定义了相应的汇总模板和操作脚本。4中小学各学科的教学资源建设与资源管理系统（1）各学科的教学资源建设我们在佛山市政府领导下和广大教师及教研员一起创造了一条“多、快、好、省”建设网上教学资源的有效途径：多：目前已建设起包括化学、地理、历史、生物、政治、数学、语文、英语、音乐、幼儿教育等10个学科的资源网站，内容涵盖了中小学的主要学科；每个学科的资源都包括多媒体素材库、题库、CAI课件库、优秀教案库、文献资料库等多方面，可谓应有尽有。快：上述包含10个学科的“学科群资源网站”全部是在1999年5月份以后才开始建设的，最早建立的化学资源站点在去年10月份即已开通，整个学科群资源网站的建设只有一年多一点的时间，所以建设速度是比较快的。好：已开通的学科资源网站，不仅资源较丰富（尤其是素材和题库的数量很大），而且内容的质量也较好，受到了全国（甚至海外）广大教师的欢迎，如化学、地理资源站点目前已成为中学化学类和中学地理类全国最有影响的资源站点之一，分别受到中国化学学会和全国地理学术组织的肯定与支持。省：上述包含10个学科的“学科群资源网站”是在国家未投一分钱的情况下建设起来的，广大教师和教研人员为此作出了无私奉献。之所以能在短时间内多快好省地建设起学科群资源站点，其主要经验是：佛山市的政府部门和各级各类学校的领导高度重视网上教学资源建设。佛山市教委曾在去年4月份专门发正式文件给各级各类学校，鼓励广大教师积极参加此项工作，并制定有关政策。（例如对资源建设作出较大贡献者，评职称、评优秀教师或学科带头人均可作为主要依据之一）。组织“市教研室、责任学校、责任教师”三结合的学科资源建设班子。市教研室的各学科教研员主要负责学科内容（如科学性、政治性）把关，并组织全市范围的有关教师都来积极参与；责任学校负责将各地、各校收集来的资源加以优化和整合；责任教师则负责对站点进行经常性的动态更新、维护与管理。努力创造多种激励方式来吸收、整合全国各地优秀教师多年积累的资源，而不仅仅是收集、整合本市、本地的资源。这些激励方式包括：“充分尊重资料提供者或软件作者的知识产权、自动为资料提供者或作者生成主页、建立动态评估体系、每天公布评估结果”等等。老师们把这些激励方式高兴地称作：“栽梧桐树”， 目的是要“引来金凤凰。”（2）资源管理系统资源库系统为学生和教师在学习与教学过程中提供所需要的素材、背景资料、补充材料。它是专为学习和教学而设计的结构化的资源库，其最重要的特点就是针对性强。资源内容全部是针对特别的对象一定范围内的学习者；资源库中的材料，是经过精心挑选后组织起来的，用于直接支持教与学。资源库的媒体形式包括文本、图形、图像、音频、视频和动画等；此外资源库还包括有用来教授特定主题的微课件单元，以便供学习者下载使用。资源库系统应具备的基本功能有：要保证用文字、图像、动画、模式图、音频、视频等多种媒体表达的典型案例或教学素材能方便、完整、规范地储存，并提供快速、准确、灵活的查询、检索和下载方式；要提供一个开放性的环境，以便能随着教学的不断发展和学科的建设不断充实、完善；要提供一个高效的网上素材传输、查询、检索和下载的管理环境；有较强的用户管理、权限管理、计费管理等系统管理功能；可以实现信息的全文检索和分类检索功能。资源库的使用与组织建设，是围绕学科为中心的，在建设资源时，是以学科建设为依据的，在使用时，也是按照学科分类检索的。但对于资源的内部存储，由于同类资源具有基本相同的属性，故采用分类存储与管理的方式。5通过培训建立一支高素质的教师队伍和管理队伍为了使广大中小学教师能在网络环境下充分运用网上的丰富教学资源来贯彻素质教育、培养创新人材，必须从教育理论、教学设计方法和信息技术等三个层面（而不仅仅是信息技术这一个层面）对教师进行培训：（1）现代教育思想、教育理论的培训一流的硬件设备并不一定会取得一流的教学效果。要想在信息化条件下取得比传统教学更好的效果，必须首先转变教师的教育思想、观念，根据对21世纪本质特征的分析，并充分考虑21世纪对新型人材需求的特点，对教师教育思想上的培训至少应包含以下几个方面的内容：要教学生学会做人、要教学生学会认知、要注意教学模式的改革。具体培训内容有：教育技术-信息技术教育应用、学习论-学习的基本理论、现代教学理论-教学的模式与方法、现代课程论。（2）教学设计理论与方法的培训传统方式的教学设计强调以教师为中心，学生只是知识的被动接受者。在这种指导思想下的教学设计广大教师已经有了相当的经验。现代学习理论与教学理论主张教师指导下的以学生为中心的学习，学生应该是学习过程的主体，教师应该在教学活动中发挥组织和指导作用，而不应成为教学过程的主宰。为了让教师能把这种理论运用到实际教学中去，我们应向教师开设以下培训课程：教学设计的理论与实践、建构