教育管理信息系统标准化研究.DOC

1、教育管理信息系统标准化研究杨琰华 1 余胜泉 北京师范大学现代教育技术研究所 北京 100875摘要随着教育信息化带来的数据共享与交换问题日益突出，教育信息管理方面急需一整套完善的标准。我们研究的目标就是建立一整套教育管理信息系统的规范。SIF 是国外已有的教育信息管理标准，本文通过介绍 SIF，以它为参考，提出了教育信息管理标准的基本框架。关键词 教育管理信息系统 标准 规范 SIFabstractWith development of the educational informatization in our country, the problem in data sharing an

2、d exchanging become more and more visible, as a result, a series of criterions in educational Information management is needed urgently. The purpose of our study is to set up a series of specifications in educational information management. SIF , the specification abroad in educational information m

3、anagement, is introduced in this article, and is referenced to advance the basic framework of the educational information management criterion.keywordsEducational Management Information Systerm SpecificationSchools Interoperability Framework一、 概述随着教育信息化进程的不断推进，越来越多的学校已经建立了自己的校园网，并以此开展了自己的教学和管理应用。同时，

4、各级各地教育管理部门也建立了自己的教育管理信息系统，方便对各级各地的教育信息进行汇总与管理。这对于提高教育管理的效率无疑起到了巨大的推动作用。但是，由于各个不同的系统之间数据共享与信息交换的需要不断增加，也逐渐暴露出越来越多的如下问题： （1）现有教育信息管理标准不完备，难以满足信息化建设的需要教育信息管理的标准化是整个国家教育管理信息化建设的基础，是实现全国范围内教育信息资源交流与共享的必要条件。1991 年原国家教委开始组织教育信息管理的标准化研究，目前已正式颁布了普通高等学校的一系列管理基本信息集，这对推动普通高校的管理信息化工作起到了积极的作用。但相对整个国家各级教育管理部门和各级各类

5、学校来讲，目前这些标准无论从涉及的深度还是广度来说，还都远远不够，难以满足教育信息管理化建设的要求。（2）现有标准执行困难，导致信息传输不畅，降低决策的科学性一方面，现有的教育信息管理标准很不健全，亟待完善，另一方面，由于标准本身不完善，应用困难，也导致现有的标准也没有得到很好的执行。许多学校，特别是不少中小学校使用的教育教学管理软件，所采集的教育管理信息，很多都不符合现有的教育信息管理标准，这就导致教育管理信息纵向传输与横向交换的困难，不利于教育管理信息的比较分析。不仅造成有限资源的浪费，限制了教育管理软件作用的发挥，而且也给各级各类教1杨琰华 北京师范大学信息科学学院 硕士 Email：

6、育管理，乃至经济社会发展的科学决策带来了难以估价的不良影响。（3）缺少网上信息交换规范，导致网上数据交换困难与重复投资由于教育管理信息化的步伐加快，网上的信息交换的需要也急剧增多，因此通过网络实现不同教育部门之间的信息交流也急需一套完整的网上信息交换规范（包括结构规范、接口规范及互操作规范） 。目前由于缺乏这样的规范，已经开始在一定程度上影响了教育部门间的网上信息交流：不同厂家的系统不能兼容，无法互换数据；新产品无法适应已有系统，甚至同一产品不同版本都不能兼容原有数据，造成重复建设，带来资金浪费。（4）采用同一管理软件，带来行业垄断的危机由于存在上述问题，很多地区在软件的采购上采用了一刀切的办

7、法，要求所有的学校的教育管理机构都采用统一的软件。这种解决办法，虽然解决了数据上报的问题，但同时也带来了行业垄断的危机。因为在后续的系统完善中，软件更新的控制权掌握在同一软件提供商手中，这样必然失去竞争和激励机制，从而导致行业垄断，难以保证持续的优质服务。管理是一个延续的过程，管理信息的数据必须长久保存，同时，管理信息系统需要不断完善，要体现一定的个性化，不能抹煞各个学校自己管理方面的特点，因此一个地区采用统一管理软件并不是解决互操作问题的好方案。以上诸多矛盾已经随着信息化进程的加快日益突出，如果不能立即着手制定与完善教育信息管理的标准，就会严重阻碍信息化的秩序和效率，对人员、资金造成巨大浪费

8、，甚至影响教育发展的决策问题。因此，我们必须制定一整套完善的教育管理信息系统的标准，建立本行业人员共同遵守的规范。只要所有的软件厂商都按照这样的规范来完成各自的系统，就能保证各个软件之间的互操作性。同时，我们所制定的规范必须保证体系结构的先进性、开放性，数据结构的完备性与可扩展性，这样才能保证规范的实用性与生命力。软件生产商家按规范的要求来完成各自的系统，不但有利于与其它系统兼容，节约成本，还能保留自己的特色，体现个性化。这样才能保证规范的有力推行和不断完善。我国教育管理信息系统的标准化研究，一方面要以我国已有的研究成果为基础，另一方面也要借鉴国际上的研究经验。国内方面，我们可以参照 1991

9、 年原国家教委颁布的高等学校管理基本信息集 （包括“高校教职工管理基本信息集” 、 “高校学生管理基本信息集” 、 “高校仪器设备管理基本信息集”等） 。国外方面，最有代表性的研究成果是学校互操作框架 SIF（Schools Interoperability Framework） 。这是由美国一些企业、组织发起制定的学校管理系统互操作解决方案，它的目标是使得学校管理方面的各种应用程序能够互相操作，并能够交换育环境内的多种数据。虽然 SIF 主要是针对 k12 学校管理信息系统标准化的解决方案，但这一方案的设计思想对我们的研究有极大的参考价值，因此我们主要参照 SIF 的设计思想来构建我国教育管

10、理信息系统的标准。二、学校互操作框架（SIF）概要SIF 简介几年前，美国从事教育行业的人员意识到，K-12（中小学和幼儿园）教育工业面临的最紧迫的挑战之一是软件的互用性，即如何使不同的软件应用者能够分享信息，以提高效率，减少花费，解决问题的关键就是制定一整套教育管理系统的技术规范。规范的制定必须做到与平台无关，与应用程序无关，利用一致、标准的客户机界面存取、解释和显示数据，这样对于不同的应用程序才有实用价值。XML 恰好就是一种格式独立、与平台和应用程序无关的可扩展标签语言，它不但适合存储结构化数据，而且能够定义针对不同行业不同领域的特点定义标签，制定记录行业或专业数据的标准，这些标准被称为

11、 XML 词汇，只要行业或专业领域内所有应用程序都理解并支持所定义的 XML 词汇，就可以实现不同系统之间的数据共享与互操作。根据这一思路，美国的一些教育软件公司和社会团体发起了学校管理系统规范的制定活动，并将最终的解决方案命名为 SIF（Schools Interoperability Framework） ，即学校互操作框架。目前 SIF 工作组已经开发出了 SIF 执行规范的草案，最新版本是由软件与信息工业协会（SIIS）在 2001 年 6 月 15 日发布的SIF 的执行规范 1.01 版和 SIF 数据对象规范 1.0 版 。该规范以数据对象与报文的形式对数据规范与互操作协议进行了

12、定义。SIF 的任务是为各种各样的教育软件提供互操作，也就是能够使不同的软件方便的进行数据共享，交换，更新等等。如果教育软件缺少共同的元数据规范和数据交换协议，就不能直接共享同一数据，通过编写脚本进行数据互换会增加成本。而 SIF 可以很好的解决这个问题，通过使用 XML 定义共同遵循的数据对象（如学生、教师）和数据传输协议，就可以方便的进行软件间的互操作。如果学校使用的软件都支持 SIF 和 XML，那么学校就可以针对不同的任务选择合适的应用程序，通过在一种应用程序中插接另一种应用程序模块，还能创建灵活的、更强大的解决方案。利用 XML 这样的中间格式，每个应用程序都能维护自己的格式，只要它

13、简便、精确的把数据转变成 XML 或由 XML 转变成数据。目前，越来越多的公司纷纷加入到 SIF 中，表示支持 SIF 的 XML 词汇，同时很多XML 开发、解析、浏览工具也表示在新版本中增加或即将增加对 SIF 的支持。SIF 期望掀起一场信息存储、访问、更新、以及传输方式的革新活动，彻底扫除学校管理的障碍。更重要的是，SIF 可以帮助家长，教师，学生，管理人员最大程度的获取各种信息，以便他们作出更好的决策。SIF 的体系结构SIF 是一个学校管理系统互操作的解决方案，它的体系结构是一种分布式联网系统，建立在代理程序和一个称为 ZIS(Zone Integration Server 区域

14、集成服务器)的中间层服务器基础上。每个应用程序软件都创建代理程序，它们充当应用程序与 ZIS 之间的接口。代理程序之间并不直接通信，而是通过 ZIS 间接通信，ZIS 是框架中所有代理程序的集成点。SIF 的关键是一种 SIF 报文接发协议所使用并描述所有对象的公共 XML 数据词汇。该词汇中最重要的两个部分是：描述交互协议的报文和报文发送的对象。对象包括数据对象和事件对象，事件对象是对数据对象所定义信息的变化的描述，报文可以看作是数据对象和事件对象的载体。当一个应用程序使得一个 SIF 数据对象发生改变时，它的代理程序就会发出一个包含描述这一变化的事件对象的报文，ZIS 收到这一事件后，将立

15、即将这一变化传递给其它正在使用这个数据对象的应用程序的代理，从而保证数据对象的更新。数据和事件对象在代理程序与 ZIS 之间的传递是以 SIF 报文为载体的。ZIS 理解 SIF报文规范中所描述的所有报文，代理程序使用报文执行提供数据、预约事件、发布事件、请求数据以及响应请求。例如（见图 1） ，一所学校可以用到学生信息管理系统、伙食服务管理系统以及图书馆自动化系统，后两个系统需要共享学生信息的数据，它们通过各自的代理向 ZIS 发出一个请求报文，登记需要共享的数据对象，学生信息管理系统也在此之前登记了可以提供的数据对象。当学生管理系统中的数据对象发生了数据的增删、修改等操作时，同时就会向ZI

16、S 发出一个包含事件对象的报文，表明数据对象的改变，ZIS 就会立即根据伙食服务管理系统以及图书馆自动化系统的登记，将这一报文发送到这两个系统的代理程序，代理程序理解这个 SIF 报文，就会在应用程序中进行相应的改变。通过代理程序和 ZIS，就可以轻松使各个应用程序之间发生联系，从而共享数据和交换数据。上述的情况是在一个小区域内的数据互操作，事实上，SIF 是一个开放的体系结构，不仅适用于一所学校，也可以适用于一个地区，只要各个小区域内的 ZIS 可以互相通信，就可以使一个地区内不同区域间的数据进行共享与互操作。图 2 就是 SIF 多个区域间数据互操作的体系结构示意图。每个区域内都有一个区域

17、集成服务器 ZIS，多个应用程序的服务器通过各自的代理程序与之相连，ZIS 和各个应用程序间以代理程序为中介，通过报文的形式进行数据互操作。各个不同区域的 ZIS 通过网络连接（如Internet） ，由于彼此都能够读懂报文，所以可以直接互相操作。操作的方式与 ZIS 和代理程序的操作类似。按照 SIF 执行规范的规定，各个区域的 ZIS 以及相应区域内的代理服务器都有统一的标识符，只要遵照 SIF 执行规范，就可以很容易的加入区域间通信机制ZIS 代理代理应用服务器应用服务器 C区域ZIS代理代理应用服务器应用服务器 B区域ZIS 代理代理应用服务器器应用服务器A区域图 2 SIF区域间通信

18、体系结构示意图图 1 SIF单区域体系结构示例图书馆管理系统代图书馆管理系统代理理 饮食服务管理系统代理饮食服务管理系统代理学生管理信息系统学生管理信息系统 + 代理代理ZIS区域集成服务器器其他应用程序代理其他应用程序代理SIF 框架中去，同时 ZIS 之间的操作也能够毫无错误的进行。SIF 的互操作原理如前所述，SIF 通过数据对象、事件对象以及报文实现数据的共享与互操作。下面就来探讨一下这些原理和机制。 数据对象与事件对象通常，学校使用数据库来存储各种信息，比如学生信息，可以使用“学生姓名” 、 “性别”、 “籍贯” 、 “生日”等字段来描述。但是数据库依靠平台，不同平台的数据库要实现数

19、据交换就必须使用 API，通过编写脚本来实现数据互换，这样势必耗费人力物力。于是，人们想象有一种与平台无关的中间格式的存储，任何数据在交换前都转换成这种通用的存储格式，并且对特定数据对象的描述方式作出统一规定。XML 恰好能够实现这一点。XML 是一种与平台无关的结构化存储方式，它的标签可扩展性恰好可以对数据对象的描述方式进行统一规定。 这样，使用 XML 语言，将学校范围内的数据对象的描述方式进行统一规定，就为数据共享和互操作提供了便利的前提。SIF 正是这样解决的，SIF 的执行规范中对不同的数据对象及其描述方式进行了定义。例如，学生信息用“Studenpersonel”描述，以 DTD

20、的方式定义了它的数据结构（ schema） ，规定描述学生信息的元素及其属性，以及元素的嵌套关系和出现次数、顺序。一个元素由一对标签来描述，在打开标签中包含了元素的属性，属性的值域以及数据类型在 DTD 中也有规定。标签中的内容的数据类型也在 DTD 中有所规定。这样，遵循数据对象的 DTD进行描述的数据就有了共同的结构。在 SIF 中，除了数据对象使用 XML 绑定外，还有一种对象也可以使用 XML 绑定，这就是事件对象。如果把数据对象看作是对静态信息的描述，那么事件对象就可以看作是对动态信息的描述。一个学生的基本情况可以用 XML 描述，对学生基本信息的内容进行更新、增删的操作也可以用 X

21、ML 描述。只不过，使用的元素中包含了描述动作的属性，如“action”，取值范围是“change ”、 “add”、 “delete”。 报文（Massages ）数据对象和事件对象必须放在报文中才能够传递，报文可以看作是数据对象和事件对象的包装器。报文同样使用 XML 绑定，不同类型的报文有各自的 DTD。任何报文都提供报文的名称空间，报文名称，报文来源，发送时间等。使用不同的报文可以实现数据交换以及互操作的功能。例如，报文 SIF_Event 可以用来传递事件对象， SIF-Ack 用来通知一个请求是否成功执行， SIF-Provide 用来公布可提供的数据对象， SIF-Registe

22、r 向 ZIS 进行注册登记，SIF-Request 用来向一个代理程序发出获取数据对象信息的请求，SIF-Response 用来对 SIF-Request 报文进行回复，SIF-Subscribe 用来预约事件对象。SIF 的功能模型对象和报文的规定是 SIF 互操作功能的前提，为了实现互操作，还需要建立一些功能模型，功能模型规定了实现不同功能所使用各种报文的流程。SIF 的目标是实现不同应用程序间可靠、有效、安全的交换数据。可靠是指，当一个应用程序向一个预定接收器发送报文时，必须保证收到；报文到达该接收器的顺序与发送他们的顺序相同，每份报文只发送一次。有效意味着 SIF 实现必须支持不同应

23、用程序之间的实时数据交换批数据交换除外。同时必须伸缩性好。安全包括三个方面：加密，确认与权限设置。发给 SIF 的每份报文必须加密并确认，以限制访问指定的应用程序。根据这些目标，SIF 主要创建并实现了下列功能模型： 数据供应：请求（Request）和回复(Response)模型当一个应用程序（即“请求者” ）想要从一个数据对象那里收集数据时，首先需要发送一个请求报文给 ZIS。这个请求中可以指定数据的提供者（即某个应用程序服务器） ，也可以不指定。如果报文中没有指定提供者，那么 ZIS 也可以为这一数据请求寻找合适的提供者。任何应用程序服务器都可以成为数据的提供者，但首先必须向 ZIS 进行

24、登记。利用登记报文 SIF-Register 在 ZIS 中登记，得到一个统一的标识符。然后还要使用 SIF-Provide 报文，将自己可以提供的数据对象向 ZIS 公布。这样，ZIS 在收到数据请求时，根据已有的登记就可以迅速找到数据的提供者，将数据请求发送给数据提供者，然后将数据的反馈传递回最初发出数据请求的应用程序。这里指的应用程序包含了各自的代理程序，代理程序能够读懂 SIF 的报文。事件报告：发布和预约模型代理程序通过发布关于 SIF 数据对象的添加、改变、删除的事件报文来传递数据的更新信息。如果其它应用程序需要随时得到这些更新信息，就需要由代理程序进行预约。预约的方法就是发出一个

25、或多个预约报文 SIF-Subscribe 给 ZIS。每当应用程序发布事件后，ZIS 都会将这一事件按照预约清单将这一事件发送给每个预约程序。这一更新数据的过程称为事件报告生成。信息传递：异步传输模型是在某一个代理与 ZIS 的连接发生故障时仍然能够保证数据更新的手段。它通过类似电子邮件等异步传输方式保证报文的传递。安全验证模型通过使用加密、验证、以及权限控制保证数据传输的安全性。在 SIF 的执行规范中详细规定了实现这些功能模型所应该遵守的协议，以及报文传递的流程，对如何解决报文传输队列中可能遇到的“死锁”问题也进行了详细的描述。SIF 的工作组教育信息管理涉及到教育领域的方方面面，在开发

26、 SIF 规范的过程中，必须根据涉及的不同的方面分成不同的工作组，工作组成员多由公司和协会构成。各工作组的任务就是开发出各功能领域内的数据对象和事件对象，以及 SIF 报文。他们不仅负责定义不同领域的对象和事件，并使它们彼此协调，还负责定义与各个功能领域由直接关系的公共词汇部分。当功能领域重叠时，各工作组必须就一种公共的解决方案达成一致。目前，SIF 主要的工作组有：数据分析与报告工作组、 兼容协调工作组 、客户介入、要求、交流、协调工作组、饮食服务工作组、 年级教科书信息工作组 、人力资源Schools Interoperability Framework Draft Data Objects Specification Version 1.0 http:/www.sifinfo.org 2 高等教育管理基本信息集樊晨晨 北京大学出版社 19953Designed to Ensure Instructional, Administrative Applications Work Together Effectivelyhttp:/ 从入门到精通 美Ann Navarro Chuck White Linda Burman 著，周生炳 宋洁 袁海洋 肖伟 译 电子工业出版社