数字化教学项目解决方案

第一部分

项目总体规划

人类社会进入二十一世纪，信息技术已渗透到经济发展和社会生活的各个方面，人们的生产方式、生活方式以及学习方式正在发生深刻的变化，全民教育、优质教育、个性化学习和终身学习已成为信息时代教育发展的重要特征。面对日趋激烈的国力竞争，世界各国普遍关注教育信息化在提高国民素质和增强国家创新能力方面的重要作用。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》（以下简称《教育规划纲要》）明确指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。

1. 项目建设背景

我国教育改革和发展正面临着前所未有的机遇和挑战。以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择。教育信息化充分发挥现代信息技术优势，注重信息技术与教育的全面深度融合，在促进教育公平和实现优质教育资源广泛共享、提高教育质量和建设学习型社会、推动教育理念变革和培养具有国际竞争力的创新人才等方面具有独特的重要作用，是实现我国教育现代化宏伟目标不可或缺的动力与支撑。

2. 项目建设目标

充分利用现代信息技术，以“课程教学”为核心，针对课程教学过程的需求构建基于校园网或城域网上的“数字化教学系统”，满足随时、随地、个性化教与学的需求。“数字化教学系统”建设容包括一个教学服务支撑平台（即学校或区域教育云）、两个基于教育云的教学应用客户端（即教师工作台和学生电子书包）和每个教室的无线网覆盖。

2.1 构建学校或区域教育云

教育云是基于网络和云计算技术构建的网络教学应用服务平台，为实施数字化教学、网络协同教研和课程同步辅导的需要提供包括资源和应用在的一体化教学支撑系统。教育云建设容包括服务器平台、网络平台、教学资源平台和数字化网络教学服务平台等软硬件系统的建设。教育云必须支持面向教师的教学、学生的学习辅导以及支持师生互动和生生互动。2.2 配置教师工作台

包括教师笔记本和教学应用软件系统，将课程资源与教师的教学要求紧密结合，支持教师对资源、资源管理、教学备课和互动授课等应用的需求满足。

2.3 配置学生电子书包

包括学生学习终端及支持学生进行课程学习需求的学习应用软件系统。

3. 项目应用目标

3.1 推进信息技术与学科教学的融合

应用智能化教学环境，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，鼓励发展性评价，探索建立以学习者为中心的教学新模式，倡导网络校际协作学习，提高信息化教学水平。逐步普及专家引领的网络教研，提高教师网络学习的针对性和有效性，促进教师专业化发展。

3.2 培养学生信息化环境下的学习能力

适应信息化和国际化的要求，完善信息技术教育，开展多种方式的信息技术应用活动，创设绿色、安全、文明的应用环境。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习、合作学习；

培养学生利用信息技术学习的良好习惯，发展兴趣特长，提高学习质量；增强学生在网络环境下提出问题、分析问题和解决问题的能力。

3.3 开展数字化教学实践探索创新的教学模式

“数字化教学”的实践是实现课堂教学中高效的人机交互、师生交互、生生交互和生本交互,充分调动学生的学习主动性和学习兴趣，为每个学生提供适合的个性化特色教育，为学生的终身发展奠定基础。通过本项目的实践，教师可以开展以下教学方式的创新，推动信息技术与学科教学的整合，实施数字化智能教学环境下的教学创新应用。

（1）学案导学创新教学

基于网络教学互动平台为核心构建的信息化教学环境，教师通过学案为学生设计学习任务、提供学习资源、引导学习过程，学生在网络学案的引导下进行自主学习、小组讨论与交流、全班互动展示，实现交互式思维课堂的随时互动、深度互动、全面互动。

（2）基于虚拟课堂的个性化班级教学

针对传统课堂教学的不足，在网络教学平台上建立虚拟班级，通过整合虚拟课堂与现实课堂的优势，实施对学生自主学习、小组合作学习的有效引导：利用虚拟课堂解决学生个性问题，侧重发展学生的个体；利用现实课堂解决共性问题。

（3）基于虚拟课堂的校本课程个性化选修

针对“选修资源”不足、“走班教室”不够，指导教师力量短缺及选修课程的管理等问题，在网络上建立“虚拟课堂”，实现学生跨班级、跨年级选修课程，建立优质教育资源共享机制，为每一个学生都可以自由、平等地进入选修课程的学习提供可能性。

3.4 高水平教师队伍建设

在教育部“十二五”重点课题项目的指导下，通过开展网络教研、远程培训、课题研究等活动，培养一批教育理念先进、专业基础扎实、熟练掌握信息技术的高水平骨干教师队伍。

第二部分数字化教学系统

1、系统总体设计

1.1系统设计原则

（1）开放性原则

首先，系统设计要采用开放标准，选用的技术产品要符合开放标准。其次，在此系统之上搭建的各业务子系统又要保持一定的相互独立，业务子系统可根据用户方未来业务的需求而灵活的改变，满足业务系统今后进一步扩展的需要。

（2）安全性原则

安全体系应该是一个多层次、多方面的结构，在系统的设计中要充分从业务需求、运行环境、系统用户等诸多方面考虑安全性要求。目前常见的网络安全隐患主要来自以下方面：

①网络级攻击：窃听报文，IP地址欺骗、源路由攻击、端口扫描、拒绝服务攻击。

②应用层攻击：有多种形式，包括探测应用软件的漏洞、"特洛伊木马"等；

③系统级攻击：不法分子利用操作系统的安全漏洞对部网构成安全威胁。

另外，网络本身的可靠性与线路安全也是值得关注的问题。

所以，本系统建成后应具有良好的安全性。能够对使用者进行验证、授权、审核，以保障系统的安全性。同时提供灵活的用户接入控制策略及分布式控制和集中式控制。

（3）稳定性原则

要保证系统运行的稳定性，使系统运行风险降至最低。无论是方案的设计还是技术的实现，应充分保证整个平台统可靠稳定地运行。包括完善的安全保障措施和故障恢复能力，在

系统架构设计时，要充分考虑系统的稳定性，消除单点故障。

（4）兼容性原则

本系统与涉及用户面广，系统要必须紧密衔接，构成一个整体，所以在方案设计中应对已有系统和用户的进行全面考虑，做到与现有业务与数据的兼容。

（5）先进性原则

本设计方案立足先进技术，在信息技术、软硬件产品及应用功能的构造上考虑到本系统近期及未来几年的发展趋势，使建设后的系统具有较长的生命周期。

（6）规性原则

系统建设，从网络协议到操作系统，到数据结构，全部遵循通用的国际或行业标准，及国家的各项技术准。为保证本系统与相关信息系统的建设接轨，系统的建设方案从框架设计到功能设计都采用了XML、J2EE、SOAP、UDDI、JNDI、RMI、WSDL、RPC等标准。

（7）管理性原则

必须保证整个系统的可管理性，以降低管理、维护成本。

（8）经济性原则

在满足当前需要和未来发展的前提下，强调本系统搭建的经济性，在能够满足当前和未来发展需求的前提下，尽可能地降低系统成本，最大可能地提高系统的性能价格比。

1.2系统拓扑结构

本系统应该建立三层拓扑结构，而且具有云平台特征，即：任一点接入，便可获得全部服务；就近访问，响应速度如同本地；云平台部实现实时同步技术。如：用户出差前发布信息，出差后到就近接入服务端，也会看到自己最近发布的任何容。

（1）主中心系统：部署为带有负载均衡的高容量、高访问系统集群的全国中心系统。（2）区域中心系统：拥有所辖校级系统功能和全部数据，并通过网络同步到主中心系统。（3）校级系统：拥有本校级系统功能和数据，并通过网络同步到省级中心系统。

（4）浏览器：网页访问工具，在用户没有安装客户端软件的时候使用。

（5）客户端：与浏览器访问系统具备同样的功能，但性能体验更好。

1.3系统组成结构

“数字化教学系统”由提供网络教学支撑服务的“教育云”平台和提供教师数字化教学

应用的教师客户端“教师工作台”系统以及提供学生数字化学习应用的学生客户端“电子书包”系统等三部分组成。其结构示意图如下：

2、数字化教学服务平台—知好乐教育云

“知好乐教育云”是将课程容与教学服务集成于一体的个性化网络教学综合服务平台，是教师实施课程教学活动的网络支撑平台，也是实施课程教学方式、学习方式创新转变的实践平台。平台遵循“教师主导、学生主体”的设计理念，实践“自主、协作、探究”的新课程教学理念，发挥信息技术在教学资源整合和网络教学互动方面的优势，通过“虚拟课堂整合现实课堂”的“双课堂”模式，全面优化课前、课中、课后的教学活动，促进区域教学的均衡发展，实现创新人才的培养。

2.1平台设计思路

（1）平台实现“一站式”教育教学应用服务，为教师、学生、教育管理者和家长提供互动交流服务。

（2）平台以“课程中心”为核心，将教学服务功能与课程资源集成于一体，按课程要求配置大量的优质专业教学资源，包括教学素材、动画教具、教学案例、微格课例和测评题库。并且支持整合当地已有的教学资源，教师可便捷引用资源服务课程教学，实现教学资源的共

享共建要求。

（3）平台以“虚拟教室”为手段，可任意构建各种“虚拟班级”，打破传统的课堂时空限制、实施跨班、跨校的创新教学。

（4）平台以“网络学案”为起点，针对不同学生的学习兴趣与学习起点，教师可编辑发布学案引导学生自主学习，实现个别化教学。

（5）平台以“班级论坛”为工具，设置学习主题，主导学生实施“自主、合作、探究”的教学活动，激发学生的学习热情，提高教学质量。

（6）平台支持多种教育信息化终端设备如电脑、互联网手机、视频播放器等接入应用。（7）平台针对教师和学生提供“教师客户端”和“学生客户端”服务，由强大的专业团队实施7X24小时的维护，用户只管“用”，无需投入大量的精力维护“系统”。

2.2平台总体架构

根据前述的设计原则，结合不同单位教育培训的需求分析，整个系统建议采用三层架构设计，统通过规划清晰的功能实现平台功能。

图：总体体系框架

平台在J2EE框架下，实现了表现层功能、业务层功能以及数据层功能，并且对系统提

供完整的安全保障体系和维护管理与支持系统，使系统平台不仅具有足够的安全保障，而且具有比较完善的维护管理及相应的技术作为支撑。

（1）网络基础设施及硬件平台是整个在线学习系统的物理基础。

（2）信息数据层主要完成各种数据资源的存储和备份管理，主要数据资源主要包括课件资源、学生数据、学习数据、考核数据、管理数据以及其他资源等。

（3）服务支撑层则是整个系统服务应用的基础，由系统基本的模块对在线学习系统予以基础性的底层服务支持。

（4）应用层则是用户对各级学生、教师以及管理员等系统角色所能运用的具体功能，由于对不同角色应用功能不仅相同，所呈现的功能与角色的权限分配密切关联，所有应用均由管理员进行配置。

2.3平台主要功能

2.3.1信息资源管理

教育云平台核设置智能化的信息资源管理引擎，负责处理来自教学过程产生的各种信息管理。包括：

①学生注册授权、学习情况信息和学习考核信息等有关学生信息的管理和处理。

②教师注册授权、教学备课授课信息和教学资源应用情况等信息的管理和处理。

③其它信息资源的管理和处理。

2.3.2服务资源管理

教育云平台核设置智能化的服务资源管理引擎，包括课件资源管理引擎、查询检索引擎、流媒体引擎、多媒体引擎、统计分析引擎、数据报表引擎和数据交换引擎，负责对用户实施统一授权控制等支撑服务。

2.3.3教学支撑服务

教育云平台核设置智能化的教学应用管理引擎，处理来自教学过程中的各种应用请求的处理和支持服务。包括：

2.3.4课程中心

教师可在课程中心对课程进行管理，并针对指定的课程编辑网络学案、添加资源、设置讨论、添加练习测试等，可针对特定班级与学生发布特定的网络学案，实现个性化教学，为学生的自主学习、小组合作学习提供帮助。课程中心与资源中心、班级论坛等功能相关联，可快速把资源中心引用到课程资源中。教师可在课程中心监控学生的学习情况、批改作业、查看与参与学生的讨论等活动。

学生客户端登陆平台后，可通过课程学习栏目访问教师发给自己的学案，可在线学习，