北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)演講人：李建偉1內(nèi)容簡(jiǎn)介整體架構(gòu)設(shè)計(jì)主要數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)介紹教務(wù)管理系統(tǒng)通用教學(xué)系統(tǒng)泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)高可用、高可擴(kuò)展的基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)（IaaS）自動(dòng)化的運(yùn)維監(jiān)控體系數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用模式總結(jié)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)主要數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)介紹教務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念“以學(xué)生為中心”即所有的環(huán)節(jié)讓學(xué)生方便有效的學(xué)習(xí) ，隨到隨學(xué)，自主選課和約考。保證辦學(xué)的規(guī)范、特色和要求。管理流程模塊化設(shè)計(jì)，明確管理環(huán)節(jié)的界限。分析以前教務(wù)管理系統(tǒng)的問題招生時(shí)間固定不能滿足學(xué)生隨到隨學(xué)的需求。當(dāng)前的培養(yǎng)計(jì)劃和收費(fèi)模式不能適應(yīng)各類合作辦學(xué)的需要，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。 學(xué)費(fèi)的收取不夠人性化。 學(xué)籍信息不準(zhǔn)確。 沒

2、有完全實(shí)施學(xué)分制選課。 學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過程缺乏自主性?！耙詫W(xué)生為中心”設(shè)計(jì)理念 打破學(xué)期制，縮短教務(wù)管理周期。招生管理設(shè)計(jì)：學(xué)生添加標(biāo)簽；入學(xué)考試采用網(wǎng)上考試系統(tǒng)。收費(fèi)管理設(shè)計(jì)：學(xué)費(fèi)收取采用學(xué)年非精確預(yù)收費(fèi)模式；系統(tǒng)自動(dòng)審核學(xué)生繳費(fèi)情況 。課程管理設(shè)計(jì) ：完全學(xué)分制下的學(xué)生自主選課 ；選課與課程學(xué)習(xí)的關(guān)系?？荚嚬芾碓O(shè)計(jì) ：考學(xué)分離原則 ；實(shí)施預(yù)約考試制 。學(xué)籍管理設(shè)計(jì) ：通過設(shè)置學(xué)習(xí)中心和網(wǎng)院兩級(jí)審核機(jī)制，確保學(xué)籍信息準(zhǔn)確 ；學(xué)籍異動(dòng)引入工作流機(jī)制 教務(wù)管理系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)管理課程管理招生管理費(fèi)用管理考試管理學(xué)籍管理畢業(yè)設(shè)計(jì)教務(wù)管理系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)教務(wù)業(yè)務(wù)泳道圖教務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)路線采用開源架構(gòu)。使用J2

3、EE框架的三層設(shè)計(jì)模式，表示層采用Struts2框架 ，業(yè)務(wù)層采用Spring框架，數(shù)據(jù)持久層采用Hibernate 框架。教務(wù)系統(tǒng)界面招生機(jī)考界面通用教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念自主式學(xué)習(xí)模式所謂自主式學(xué)習(xí)模式強(qiáng)調(diào)的是學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的行為，其實(shí)質(zhì)仍然屬于自學(xué)的一種形式。自主式學(xué)習(xí)模式最大的優(yōu)勢(shì)是學(xué)習(xí)者可以享有充分的自由、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源可以充分復(fù)用、可大幅度節(jié)約有限的師資資源。缺點(diǎn)是對(duì)學(xué)習(xí)者要求高，交互性差，學(xué)習(xí)效果不理想。 自主式學(xué)習(xí)模式的問題：學(xué)習(xí)者的網(wǎng)上學(xué)習(xí)沒有引導(dǎo)或帶領(lǐng)，學(xué)習(xí)者需要自己進(jìn)行時(shí)間管理，學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確。 網(wǎng)上資源眾多，內(nèi)容過剩。學(xué)習(xí)的過程和效果沒有記錄和分析，不能給學(xué)生提供個(gè)性化的主

4、動(dòng)的學(xué)習(xí)支持服務(wù)。通用教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)模式所謂引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)是在教師引導(dǎo)和帶領(lǐng)下，學(xué)習(xí)者在特定時(shí)間內(nèi)有目標(biāo)、按計(jì)劃地學(xué)習(xí)指定的在線課程內(nèi)容，教師、學(xué)習(xí)者之間交互性學(xué)習(xí)活動(dòng)是在線課程的主體，也是學(xué)生獲取知識(shí)的主要途徑。主要的設(shè)計(jì)思想如下：1、系統(tǒng)向?qū)W生提供學(xué)習(xí)時(shí)間管理和學(xué)習(xí)目標(biāo)管理 2、學(xué)生在網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源以E-learning在線課程為主 3、系統(tǒng)挖掘?qū)W習(xí)記錄，支持服務(wù)人員向?qū)W生提供個(gè)性化的主動(dòng)的學(xué)習(xí)支持服務(wù) 課程結(jié)構(gòu)的描述1、參考CELTS20.1（學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)課程的結(jié)構(gòu)如下：課程 單元 模塊 學(xué)習(xí)內(nèi)容（文本、視頻、音頻、圖片、作業(yè)、測(cè)試、討論、自測(cè)等）2、每門課程包

5、含若干個(gè)單元，每個(gè)單元包含若干個(gè)模塊，模塊是學(xué)習(xí)的基本單位。模型圖學(xué)習(xí)交互通用教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考CELTS20.1（學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)適用于： CMI （計(jì)算機(jī)管理教學(xué) ）系統(tǒng)如何管理學(xué)習(xí)者活動(dòng)，如上課、討論。 CMI 系統(tǒng)如何將課程結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)行為及學(xué)習(xí)內(nèi)容傳遞給其他CMI 系統(tǒng)。 CMI 系統(tǒng)如何與不同的課程互換信息。 CBT（計(jì)算機(jī)化培訓(xùn)）系統(tǒng)如何與不同的數(shù)據(jù)分析工具協(xié)同工作。學(xué)習(xí)過程記錄及統(tǒng)計(jì)分析 系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動(dòng)記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)分析，將分析的結(jié)果反饋給不同的角色：學(xué)生、教師，支持服務(wù)人員，這些角色將分別對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化的主動(dòng)的支持服務(wù)。例如：系統(tǒng)會(huì)分

6、析學(xué)生學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄，告訴他有那些知識(shí)點(diǎn)的掌握的不是很好，有那些知識(shí)點(diǎn)還需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，有那些知識(shí)點(diǎn)掌握的很好。系統(tǒng)會(huì)檢索出做練習(xí)或測(cè)試超過兩次都不通過的學(xué)生，教師對(duì)這些同學(xué)進(jìn)行主動(dòng)的聯(lián)系，并對(duì)他們提供個(gè)性化的輔導(dǎo)和講解。系統(tǒng)會(huì)分析出上網(wǎng)比較少和學(xué)習(xí)進(jìn)度落后的學(xué)生，學(xué)生支持服務(wù)人員去主動(dòng)的聯(lián)系這些學(xué)習(xí)者，幫助他們提高上網(wǎng)學(xué)習(xí)的時(shí)間和效率。給學(xué)生的數(shù)據(jù)給教師的數(shù)據(jù)作業(yè)兩次都不通過的學(xué)生給管理人員的數(shù)據(jù)-統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)進(jìn)度給管理人員的數(shù)據(jù)-統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)頻率給管理人員的數(shù)據(jù)-統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)頻率通用教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)北郵的通用教學(xué)系統(tǒng)采用基于開源教學(xué)系統(tǒng)（Sakai）的二次開發(fā)模式。選擇Sakai的原因:Sakai是一個(gè)在教

7、育團(tuán)體許可證下的免費(fèi)開源項(xiàng)目。在全世界有超過160個(gè)教育單位正式采用Sakai作為自己的教學(xué)系統(tǒng)，支持的用戶數(shù)從200到20萬，這些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，Sakai是一個(gè)穩(wěn)定的可以支持大規(guī)模應(yīng)用的企業(yè)級(jí)應(yīng)用。Sakai的系統(tǒng)框架是標(biāo)準(zhǔn)組件化的，非常有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，除了可以使用Sakai提供的教學(xué)工具外，還可以按照Sakai的標(biāo)準(zhǔn)很方便的開發(fā)自己需要的教學(xué)工具，并將其集成到Sakai上。Sakai結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 Webapps組件 Components共享模塊 Shared商業(yè)邏輯實(shí)現(xiàn)Logic-impl(business logic)工具集 Tool(presentation)數(shù)據(jù)訪問實(shí)現(xiàn)Dao-i

8、mpl(data access)公共服務(wù)接口Public-api(service)邏輯接口Logic-api(business logic)數(shù)據(jù)訪問接口Dao-api(data access)數(shù)據(jù)模型接口Model對(duì)sakai的二次開發(fā)工作為實(shí)踐“引領(lǐng)式在線學(xué)習(xí)模式” ，二次開發(fā)的重點(diǎn)放在Sakai的“課程內(nèi)容編輯”（Melete Lesson Builder）工具上。這個(gè)工具是一個(gè)在線電子講義的制作和發(fā)布工具，由Etudes(一個(gè)非營(yíng)利性的公共慈善組織)開發(fā)，作為Sakai的Contrib工具，我們將它改造成了一個(gè)能制作網(wǎng)上E-learning課件、能提供網(wǎng)上課件運(yùn)行環(huán)境和能挖掘和分析學(xué)生學(xué)

9、習(xí)過程數(shù)據(jù)的強(qiáng)大教學(xué)工具。Sakai的工具裁剪使用 Sakai2.5版本提供了40多種工具，我們不可能全部都使用這些工具，必須根據(jù)中國(guó)遠(yuǎn)程教育的特點(diǎn)，有選擇的使用我們選擇的工具如下：我的工作空間課程主頁課程大綱（Syllabus）日程表（Schedule）課程通知（Announcements）資源（Resources）課程內(nèi)容編輯工具（Melete Lesson Builder）聊天室工具（Chat）討論與個(gè)人消息（Jforum）站點(diǎn)信息（Site Info）術(shù)語表（Glossary）花名冊(cè)（Site Roster）站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（Site Stas）投遞箱（Drop Box） Sakai的漢化 S

10、akai的設(shè)計(jì)支持國(guó)際化，漢化包括Sakai工具和幫助文檔的漢化兩方面的工作。Sakai2.5版本中的有些工具已經(jīng)支持中文，但 Sakai在中文支持方面主要存在兩個(gè)問題：漢化不完全部分翻譯不符合中國(guó)人的表達(dá)習(xí)慣所以漢化工作主要是對(duì)未漢化部分予以徹底漢化，對(duì)已漢化部分進(jìn)行校對(duì)和修正。對(duì)Sakai的Bug修改系統(tǒng)對(duì)中文編碼的支持 Bug 例如：論壇（jforum）和Wiki中的中文亂碼問題，聊天室工具中用戶名的中文亂碼問題，資源中文件名中文也亂碼問題等。 工具本身所隱含的邏輯Bug 例如：服務(wù)器重啟后，jforum論壇工具會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問題，日程（Schedule）工具在主頁顯示時(shí)，點(diǎn)擊有事件的日

11、期不能正常顯示，分配權(quán)限功能分配權(quán)限后不能立即生效等問題。 Sakai在應(yīng)用上需要注意的問題資源（Resource）工具在使用的時(shí)候，要注意在默認(rèn)狀態(tài)下，資源都是以Blob大字段方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，但是，隨著應(yīng)用的規(guī)模越來越大，資源越來越多，數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力會(huì)非常的大，數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)成為整個(gè)應(yīng)用的瓶頸，所以，需要在開始使用資源工具的時(shí)候，通過配置將資源存儲(chǔ)在共享的磁盤存儲(chǔ)上而不是數(shù)據(jù)庫(kù)中。討論與個(gè)人消息（Jforum）和課程內(nèi)容編輯（Melete Lesson Builder）等使用頻率較高的工具，需要考慮使用緩存技術(shù)來解決性能的問題。已有的教學(xué)工具與Sakai的集成集成教務(wù)管理系統(tǒng)集成題庫(kù)和作業(yè)系統(tǒng)

12、集成實(shí)時(shí)答疑系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等教學(xué)工具以上集成都需要單點(diǎn)登錄認(rèn)證服務(wù)的支持。我們采用開源單點(diǎn)登錄系統(tǒng)CAS 。Sakai的使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)系統(tǒng)功能強(qiáng)大，穩(wěn)定可靠，可擴(kuò)展能力強(qiáng)。但是系統(tǒng)比較龐大和復(fù)雜，短期內(nèi)很難全部掌握，應(yīng)用的門檻較高。不要修改Sakai已有工具的功能，但可以修改bug，修改已有工具的難度可能比開發(fā)新的工具難度還要大，另外，已有工具被修改后，將不能再升級(jí)。如果Sakai的已有工具不能滿足應(yīng)用需求，可根據(jù)Sakai的組件開發(fā)規(guī)則，開發(fā)新的Sakai工具，同時(shí)，將新開發(fā)的工具貢獻(xiàn)給Sakai社區(qū)共享。Sakai的交互性設(shè)計(jì)還有待完善，用戶普遍反映系統(tǒng)不好用，期待Sakai3.0能在這方

13、面有大的改進(jìn)。北郵Sakai的應(yīng)用數(shù)據(jù)截止到2010年5月份，系統(tǒng)上共有18435 名學(xué)生。課程100多門同時(shí)在線人數(shù)3700多人 。最高在線人數(shù)北郵Sakai泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)高可用、高可擴(kuò)展的基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)（IaaS）遠(yuǎn)程教育平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可伸縮性和高可用性提出很高的要求，對(duì)用硬件和軟件方法實(shí)現(xiàn)高可伸縮、高可用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求不斷增長(zhǎng)。例如：期末學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)、提交作業(yè)、網(wǎng)上實(shí)時(shí)輔導(dǎo)答疑、下載學(xué)習(xí)資源等環(huán)節(jié)教學(xué)系統(tǒng)的壓力很大甚至崩潰的情況，這主要是由于在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、web負(fù)載集群、網(wǎng)絡(luò)流量控制等基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)方面存在缺陷。目前最常見的集群類型包括高性能科學(xué)集群和商業(yè)集群，其中商業(yè)集群又可

14、分為負(fù)載均衡集群和高可用性集群。高可用、高可擴(kuò)展的基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)（IaaS）高可用、高可擴(kuò)展的基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)（IaaS）的設(shè)計(jì)，需要達(dá)到了以下四個(gè)重要目標(biāo) 可伸縮性（Scalability），當(dāng)服務(wù)的負(fù)載增長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)能被容易擴(kuò)展來滿足需求，且不降低服務(wù)質(zhì)量。 高可用性（Availability），當(dāng)部分硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)必須是能提供24*7不間斷連續(xù)服務(wù)，系統(tǒng)對(duì)外不能表現(xiàn)出任何故障，這要求系統(tǒng)具有自動(dòng)故障恢復(fù)的能力可管理性（Manageability），整個(gè)系統(tǒng)可能在物理上很大，但應(yīng)該容易管理。 價(jià)格有效性（Cost-effectiveness），整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是經(jīng)濟(jì)的、易支

15、付的。 北郵高可用、高擴(kuò)展性的解決方案北郵高可用、高擴(kuò)展性的解決方案未來的發(fā)展趨勢(shì)：IaaS PaaS自動(dòng)化的運(yùn)維監(jiān)控體系數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用模式目前，國(guó)內(nèi)的數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用一般有三種途徑：第一種途徑是選擇購(gòu)買商業(yè)的系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的功能齊全并有完善的維護(hù)、升級(jí)服務(wù)，缺點(diǎn)是購(gòu)買和使用的費(fèi)用比較高，而且不能完全滿足自己?jiǎn)挝坏膶?shí)際需求。第二種途徑是選擇自主開發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是能夠完全按照自己的實(shí)際需求開發(fā)，缺點(diǎn)是開發(fā)和維護(hù)的費(fèi)用比較高，軟件的質(zhì)量難控制。第三種途徑是與商業(yè)組織聯(lián)合開發(fā)，優(yōu)點(diǎn)是能夠完全按照自己的實(shí)際需求開發(fā)，軟件的質(zhì)量能得到保證，缺點(diǎn)是開發(fā)和維護(hù)的費(fèi)用很高 數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用模式

16、其它開發(fā)和應(yīng)用模式：基于開源軟件的二次開發(fā)模式。遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域做的比較好的有Sakai和Moodle兩款軟件，但這兩款軟件與Linux、Tomcat、Mysql等開源領(lǐng)域著名的軟件相比還相差甚遠(yuǎn)，但卻是未來的發(fā)展方向。如果能夠在開源的遠(yuǎn)程教育軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次的開發(fā)和應(yīng)用，既能大幅度的減少開發(fā)和維護(hù)的成本，又能夠完全滿足自己的需求，而且軟件的質(zhì)量也能基本有所保證。數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用模式其它開發(fā)和應(yīng)用模式：軟件即服務(wù)的模式。軟件即是服務(wù)的思想在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域還沒有成功的應(yīng)用，在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域也非常需要一個(gè)像阿里巴巴一樣的平臺(tái)，它能夠向各個(gè)大學(xué)、中學(xué)、小學(xué)、企業(yè)等提供教育服務(wù)，這些學(xué)?？梢栽谶@

17、樣一個(gè)公共的平臺(tái)上展開遠(yuǎn)程教育，不必每個(gè)學(xué)校獨(dú)立的籌建自己的教育平臺(tái)。北郵的教務(wù)管理系統(tǒng)采用自主開發(fā)模式，通用教學(xué)系統(tǒng)采用基于開源教學(xué)系統(tǒng)（Sakai）的二次開發(fā)模式?？偨Y(jié)北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、搭建在開源軟件基礎(chǔ)之上。操作系統(tǒng)：Center OS、solarisWeb應(yīng)用發(fā)布：Apache、Tomcat數(shù)據(jù)庫(kù)：Mysql、postgresql負(fù)載均衡：LVS文件系統(tǒng)：NFS（AFS/GFS）運(yùn)維監(jiān)控軟件：cacti、Nagios開發(fā)語言和工具包：Java、dojo、GWT開發(fā)框架：Spring、Hibernate、Struts、RSF工作流：Jbpm報(bào)表工具：ireport開發(fā)工具：Eclipse教學(xué)系統(tǒng)：Sakai單點(diǎn)登錄：CAS總結(jié)北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、“以學(xué)生為中心”的設(shè)計(jì)理念貫穿始終，強(qiáng)調(diào)服務(wù)的個(gè)性化和數(shù)字化校園情境的創(chuàng)設(shè)；以服務(wù)為核心，以服務(wù)理論作為其設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。3、組件化的設(shè)計(jì)思想。通過基于SOA架構(gòu)思想的內(nèi)核管理，支持?jǐn)U展各種教學(xué)思想的組件模塊，以適應(yīng)多樣的遠(yuǎn)程教育需求。總結(jié)北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4、高可用高可擴(kuò)展的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和可擴(kuò)展性。5、自動(dòng)化的運(yùn)維監(jiān)控體系建設(shè)，確保能對(duì)硬件、網(wǎng)絡(luò)到具體應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)采集、分析、報(bào)警和遠(yuǎn)程管理。北郵數(shù)字化學(xué)習(xí)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)1、智能化的