教育管理信息系统标准化研究(转)
【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 SIF
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，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信息管理化建设的基础，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，所采集的教育信息管理，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迅速蔓延，网上的信息交换的需要也急剧增多，而通过网络实现不同教育部门之间的信息交流需要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）。目前由于缺乏这样一个规范，已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，软件更新的控制权将掌握在同一软件提供商手中，失去竞争和激励机制，必然导致行业垄断，使得优质服务将不可持续。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，管理信息系统是需要不断完善的，要体现一定的个性化。但抹杀了各个学校自己管理方面的特点
这些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，甚至影响到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理信息系统的标准。
二、学校互操作框架（SIF）概要
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。
1．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，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ZIS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1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SIF框架中去，同时ZIS之间的操作也能够毫无错误的进行。
2．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。
图１ SIF区域间通信体系结构示意图
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XML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-Register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。
3．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。
4．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&财务信息工作组基础结构工作组、课程管理工作组、图书馆自动化工作组、市场服务工作组、学生信息系统工作组 、接送和地理信息工作组。
三、SIF对教育管理信息标准研究的启示
通过上述分析，我认为，学校互操作框架对我国教育管理信息标准的建立有以下启示：
1．使用XML技术对教育管理信息系统的数据对象、事件对象和报文进行定义。
2．鼓励学校、企业、管理部门参与到标准的研讨中来，将教育管理信息系统根据功能划分为不同的工作组，工作组的成员可以由各学校、组织、企业组成，负责提交各种对象和报文的Schema，由教育管理信息标准委员会统一些协调制定的规范草案。
3．规范草案的制定必须与实际应用相结合，这就需要开发教育管理信息系统的学校或企业按照规范草案为自己的应用程序编写代理程序，以及开发ZIS系统，在学校等小范围区域内试运行。在试用过程中不断对草案进行修改与完善，并不断扩大规范的应用范围，从一个学校发展到一个城市，从一个城市再到多个城市，最终形成全国范围内的通用。
四、我国教育管理信息系统标准基本框架的构想
根据这些分析，我们提出了我国教育管理信息系统标准的基本框架：
教育管理信息系统的标准包含三个规范：体系结构规范、数据规范和接口规范。
1．教育管理信息系统体系结构规范
体系结构是后续数据规范和接口规范的基础，它必须要解决两个方面的问题。一个是学校内部管理信息系统的体系结构问题，另外一个就是地区级教育管理信息系统的体系结构问题。对于学校内部来说，体系结构必须能满足这样的要求：学校的管理信息数据可以被多个厂商的管理信息系统共享。对于一个地区的教育管理信息系统来说，它首先要解决的就是数据的无缝连接。当然，不管在学校内部和外部，体系结构都要确保各级数据的安全性，同时，对于各种需要下级单位上报的数据，该体系结构必须提供一个要求上报单位验证的接口，以保证上报数据的有效性。
2．教育管理信息系统数据规范
数据规范的研究对于一个行业来说是非常重要的，如果数据没有一个统一的规范，那么在数据上报和下发过程中，必然还存在这一个转化的过程，也许，原有的数据还不能生成我们需要的数据，这对数据的上下沟通是不可能的。我们将采用元数据的思想和XML技术对教育行业内方方面面的数据进行规范，主要包含人事信息、学生信息、教务信息、财务信息、文档信息、其它信息、安全信息等。
3．教育管理信息系统接口规范
教育信息管理数据是经常需要交换的，为了能够让所有的系统都识别这些数据，我们必须对接口进行规范。
我们的数据交换以报文的形式发送和接收，因此，我们的接口规范只是指数据交换报文的规范，我们会规定报文中各个部分的含义，用户软件的功能就必须去解释这些报文，把它要表达的信息用自己的解释程序去处理。
报文有以下几类，注册报文，事件报文，请求报文等，每种报文都有自己的应答信息，每个报文都应该有一些固定的元素，如报文编号，报文的发送者，报文的接收者，报文发送时间，安全信息，信息实体。
以上三个部分是规范中不可分割的三个部分，只有每个部分都达到了自己的目标，才能完成完整的教育管理信息系统技术规范。
参考文献
[1] Schools Interoperability Framework Implementation Specification Version 1.01 http://www.sifinfo.org/
[2] Schools Interoperability Framework Draft Data Objects Specification Version 1.0 http://www.sifinfo.org/
[3]《高等教育管理基本信息集》樊晨晨 北京大学出版社 1995
[4]Designed to Ensure Instructional, Administrative Applications Work Together Effectivelyhttp://sun.systemnews.com/system-news/jobdir/submitted/2000.08/2442/2442.html
[5]. XML_org-ZapThink Standards Report,http://www.xml.org/xml/zapthink/std168.html
[6]HOSPITALITY INDUSTRY TECHNICAL INTEGRATION STANDARDS PROJECThttp://www.hitis.org/advisorycomm/inframin6.htm
[7]《XML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
