1从网络互联到应用互联 *“校校通”的“通”途余胜泉、杨琰华北京师范大学现代教育技术研究所（100875）摘 要：教育信息系统互操作（Interoperability）是指不同的教育应用软件间能够交换和使用彼此的信息。目前教育信息系统之间的互操作问题已经成为了制约教育信息化深层次发展的瓶颈问题之一，造成了严重的“信息孤岛”的现象。本文阐述了教育技术标准委员会组织制定的教育信息系统互操作规范基本框架，为教育信息系统之间的互操作问题的解决提供基本思路以及关键问题的解决方法。关键词：教育信息化、教育信息系统互操作、EMIF、应用互连随着互联网络的迅速普及，基于网络的信息系统部署和实施已是大势所趋，学习资源共享和教育信息系统互操作已经成为基本要求，学习资源共享是指一个学习对象可被多个学习系统利用；系统互操作是指多个系统及组件之间能够交换与使用彼此的信息。但目前教育信息系统建设却是条块分割，各部门自行开发自己的系统，缺乏标准化、规范化和兼容性，信息资源难以共享，出现了一个个“信息孤岛” ，与网络共享的基本要求背道而驰。比如在一个地区性的教育行政机构，经常是人事部门维护着一个人事数据库，财务部门维护着一个工资数据库，这两个系统中的人员信息，本应该是一致的，共享的，但往往是因为开发单位不一样，数据结构不一致，系统之间无法交互，形成两个部门的“信息孤岛” ，从而造成重复建设和管理效率低下。目前，随着不同管理系统之间数据共享与信息交换的需要不断增加，暴露出的问题也越来越多，主要体现在以下几个方面。 （1）教育管理信息横向交换与纵向传输的困难：由于缺乏数据交换的规范，教育机关内部不同部门开发的教育管理信息系统之间不能进行数据交换，而学校之间、学校与上级管理部门之间也不能直接传递数据，导致了教育管理信息横向交换与纵向传输的困难。（2）妨碍管理部门的科学决策：由于信息传输困难，不能对教育管理信息进行比较分析，各级各类教育管理部门就难以做出相应的正确决策，甚至还会对社会经济发展的决策做出带来不良影响。（3）导致重复建设，造成人力、资金的浪费：由于系统之间的信息资源不能共享，同样的数据需要录入多次，同样的系统功能也需要重复开发，这就极大的浪费了人力与资金。（4）行业垄断的危险：由于信息孤岛的问题，很多地区在软件的采购上采用了一刀切的办法，要求所有的学校的教育管理机构都采用统一的软件，缺乏有效的竞争和激励机制，必然导致行业垄断，使得优质服务将不可持续。“校校通”工程的实施，又对各个学校教育信息系统之间的互操作提出了挑战，统一的数据标准和接口规范成为了学校与学校之间，学校与教育管理部门之间信息互通的关键。一、应用互联关键焦点教育管理信息系统之间的互操作有两个层面：一是学校内部各管理部门之间的信息系统互操作问题，二是学校与上级教育管理部门之间以及学校与学校之间的信息系统互操作问题。第一个层面的问题，也是基于校园网的信息系统系统需要解决的问题。由于国内各级* 本文研究工作受现代远程教育工程中现代远程教育标准化体系研究项目资助。2各类学校的校园网发展不平衡，在信息系统方面 3种模式并存：即单机管理模式、部门局域网管理模式、校园网上的全校管理模式。前两种模式下的信息系统系统相对封闭、各自独立运行，都存在数据重复录入、统计数据不一致的现象，难以进行信息交换、共享、统计、分析等加工处理，因而难以形成决策依据，严重制约了信息的有效利用。而基于校园网的全校信息系统，是以各部门管理系统为基础，不但满足部门内部管理的需要，还通过部门管理系统的互操作为其他部门甚至全校师生员工提供信息服务，便于各部门之间的信息共享与交流，是信息系统发展的趋势，其实现的前提是在不同时期建立起来的部门应用系统按照一定的规范来实现数据共享与数据互换。对于第二个层面的问题，即学校与学校之间，学校与教育管理部门之间的互操作问题，目前主要存在两种解决方案。一种是在软件的采购上采用了一刀切的办法，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，虽然解决了数据传递的问题，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。同时，教育管理信息系统还应该允许一定的个性化，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。另一种就是为不同教育管理信息系统之间的互操作建立接口。由于没有使用标准的数据格式，必须事先为当前系统之间的数据交互编写专用脚本，以使被提取数据能转换为其他程序的数据库能理解的格式。大多数厂商也确实提供了应用程序接口（API）存取数据，然而，API 往往是专用接口并且要求专业知识，每次当软件升级时，必须重新编写脚本，这样做既费时又费钱。在一般情况下，是由两个厂商合作提供一致的数据接口，编写点对点转换数据的脚本，然而，如果增加第三个厂商，就需要与前两个厂商分别编写接口程序，增加的厂商越多，这种实现就越复杂，如下图所示：图 1 编写点对点接口的解决方案应用软件之间实现互操作或信息交换，无非是希望能够扩充应用软件的功能，提高信息管理的效率，从而达到利用信息手段建立一种“安全、可靠、自动、流程化的教育信息管理模式”的思想。若要实现这样一种理想模式，必须在教育信息系统应用领域建立起一系列教育信息管理规范（图 2） ，并使之成为行业标准，这是实现的基础。图 2 教育信息管理协议集从图中可见，教育信息管理协议集是由一系列互为支持的规范或协议构成，下层协议是建立上层协议的基础。网络层和传输层协议是引用已成为工业标准的各种互联网协议，包括 TCP/IP协议、HTTP 协议、FTP 协议、SMTP 协议等。数据规范提供了对各类教育信息其他高层协议工作流协议信息交换协议数据规范网络层和传输层协议应用程序 1 应用程序 2应用程序 3 应用程序 n3的统一定义；信息交换协议即互操作规范，提供了在教育应用软件之间实现信息交换的方法；工作流协议提供了在互操作的软件之间建立工作流的方法；其他协议是尚未发现的一些高级服务，可能包括事务性、伸缩性、路由等方面的协议。通过以上分析可以看出，要解决教育信息系统互操作的问题，关键在于与平台无关、与应用程序无关的数据交换格式以及与应用程序无关的信息交换机制，使得教育信息系统利用一致、标准的操作与客户机界面存取、解释和显示。二、国内外相关探索国际上已有不少国家的企业机构和学术团体致力于教育管理信息系统相关标准的研究，1996年 EDUCOM（美国大学校际交流委员会）设立了一个称为 IMS（教学管理系统）的研究项目，后来发展成为非赢利性的 IMS全球学习联合公司，专门从事教学系统技术标准制订和推广工作。其中，IMS Enterprise Specification （IMS 企业接口规范）是研究企业开发的教学管理系统之间互操作规范。但是 IMS企业接口规范只是针对同一个公司或组织开发的不同系统之间的接口，对不同企业开发的管理系统的互操作无能为力。而且该规范在信息模型方面并不适合我国国情。美国教育部教育统计中心（NCES：National Center for Education Statistics）于 1988年设立了一个称为“中学后教育电子数据交换标准化”和“学生与学校永久电子记录交换”的研究项目，简称 SPEEDE/ExPRESS，结果产生了一套教育电子数据交换标准，并于 1992年经美国国家标准研究院批准成为 ANSI ASC X12试用标准。2000 年由美国一些企业组织发起制定的中小学学校管理系统互操作标准（SIF：Schools Interoperability Framework） ，它的目标是使得学校管理方面的各种应用程序能够交换和使用彼此的信息，并能够交换环境内的多种数据。这一方案是对解决系统互操作问题在思维上的一大突破，抛开了传统的 API的开发问题，而是定义交换系统的体系结构、软件组件以及他们之间的接口。不同应用系统之间通过一台区域集成服务器作为中介，通过遵循共同的以 XML编写的 SIF词汇和语法，就可实现数据共享与互操作。目前在美国得到了大力的推广和广泛的应用。教育管理信息的标准化是整个国家教育管理信息化建设的基础，是将来实现全国范围内教育信息资源交流与共享的必要条件，我们国家也非常很重视，很早就开始相关的努力：1989年，原国家教委正式颁布实施了国家教育管理信息系统总体规划纲要 。1991 年原国家教委开始组织教育管理信息的标准化研究，1994 年正式颁布了普通高等学校的一系列管理基本信息集（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） 。1990 年教育部教育管理信息中心根据国家教育管理信息系统建设的要求制定了国家教育管理系统软件的一体化解决方案国家教育管理信息系统软件总体方案 ，并组织教育软件的开发与推广工作。1999 年教育部开始由发展规划司和教育管理信息中心牵头组织制定教育管理信息化标准 ，2000 年 9月推出了教育管理信息化标准的第一部分：学校管理信息标准。该标准定义了我国各级各类学校的管理信息集以及代码表，为学校管理信息系统的数据库建设提供了依据。上述工作基本停留在两个层面：一个是利用行政力量推动全国的一体化软件解决方案，这种思路在实施上存在很多困难，也存在诸多弊端，已经被时代所抛弃。另一个层面是制定数据标准，对规范教育管理系统起了一定的推动作用，但由于仍然没有规定平台无关、与应用程序无关的数据交换格式，没有提供系统之间的互操作机制，因此对于不同厂商开发的信息系统而言，互操作仍然是很困难的，问题没有得到根本解决。2001年，教育部成立了现代远程教育标准化委员会，2003 年正式命名为“全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会” ，也称为教育信息化技术标准委员会，专门4从事教育信息化相关技术标准的制定和推广工作。该标准的开发工作以实现资源共享、支持系统互操作、保障教育信息化质量为目标，通过跟踪国际标准并结合我国实际情况，力求形成有本国特色的教育技术标准体系。该标准体系的解决教育信息系统互操作的主要规范为教育管理信息系统互操作规范（EMIF） （CELTS-40） ，该规范借鉴了 SIF的思路，不仅规定了系统之间互换数据格式，更重要的是还规定了系统之间互换数据的机制，将教育信息系统互操作的领域推前了一步，推动“校校通”工程中应用软件的无缝互联，下文将介绍 EMIF的概要内容。三、教育信息系统互操作原理EMIF采用 XML技术，由体系结构，报文规范，数据规范三个标准所组成，它旨在解决教育系统内管理软件之间数据共享与互操作的问题，分两个层次：一是学校或教育管理部门内部各个子系统之间的互操作问题，二是学校和教育管理部门之间的系统互操作问题。它为各类教育信息系统应用开发提供参考，使得各个系统之间能够相互交换数据，互相操作。EMIF的体系结构和报文规范主要参考 SIF，EMIF 数据规范部分则根据教育管理信息化规范第一部分“学校管理信息标准”提供了 XML绑定的数据模式（schema）。根据该绑定模式的规定，应用程序可将数据绑定为 XML文档，并打包在 EMIF报文中，通过 HTTPs协议进行传递。通过遵循共同的数据传输模式，报文处理协议，安全协议等实现报文传递的自动化，最终实现系统互操作的自动化。1体系结构规范EMIF框架的结构是通过一台区域集成服务器（ZIS）将区域内的各个子系统连接起来的分布式联网系统。各个子系统各自创建他们的代理程序作为系统与 ZIS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 和代理程序都使用 EMIF规定的 XML词汇，作为数据传输与互操作的语言。ZIS 作为该区域的中间服务器，将各个不同的管理系统连接起来，通过收发报文实现各个管理系统之间的数据共享与互操作。EMIF框架包含的最基本的组件是