基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)庫精品資源共享課建設(shè)

高波涌等

摘要：針對目前高校計(jì)算機(jī)專業(yè)精品課程建設(shè)中存在的一些問題，本文在分析了云計(jì)算的原理及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)基于云計(jì)算的精品資源共享課平臺框架，然后以相關(guān)省數(shù)據(jù)庫精品課程為例闡述利用云計(jì)算進(jìn)行課程共享設(shè)計(jì)與實(shí)施的方法及步驟，從而提高精品課程共享的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；數(shù)據(jù)庫課程；精品共享課

2012年5月教育部印發(fā)的《精品資源共享課建設(shè)工作實(shí)施辦法》中指出：在“十二五”期間，將建設(shè)5000門國家級精品資源共享課。優(yōu)質(zhì)教育資源的共享已經(jīng)成為國家教育發(fā)展的重要工作之一。

讓全社會更好共享優(yōu)質(zhì)教育資源，是精品課程建設(shè)的重要任務(wù)和基本要求。各精品課程在建設(shè)過程中，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將積累的課程資源進(jìn)行上網(wǎng)共享。然而，由于精品課程重心仍在申報(bào)等方面，而忽略了成果的使用和推廣，其資源共享應(yīng)用效果并不樂觀，主要存在以下問題：

（1）建立的精品課程網(wǎng)站的優(yōu)質(zhì)資源不豐富[1]。系統(tǒng)的、質(zhì)量較高的資源較少，這就在一定程度上影響了共享的質(zhì)量。

（2）現(xiàn)有的精品課程系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，這不利于學(xué)生個(gè)性化、自主學(xué)習(xí)。目前，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也很難跟上IT技術(shù)的發(fā)展步伐，無疑對在校生使用計(jì)算機(jī)輔助其學(xué)習(xí)起到了負(fù)面的影響。另外，其他學(xué)校的學(xué)生或社會人員更無法遠(yuǎn)程利用該高校實(shí)驗(yàn)室資源，造成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的利用回報(bào)率低。

（3）現(xiàn)有的精品課程網(wǎng)站的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔導(dǎo)雖然以網(wǎng)絡(luò)為媒介，不受時(shí)間、空間限制，但明顯缺乏實(shí)時(shí)互動(dòng)與同步交互[2]。很多時(shí)候，教師可能已上傳資料多日，學(xué)生才注意到，或是學(xué)生留言尋求幫助卻不能得到及時(shí)解答。

（4）目前的教育資源與傳統(tǒng)的流媒體技術(shù)的應(yīng)用主要是以B/S或P2P模式來實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多不足[3]：資源相對集中、容易造成系統(tǒng)瓶頸與網(wǎng)絡(luò)阻塞；流媒體服務(wù)可靠性與可用性不強(qiáng)。這些都會造成學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)興趣下降。

（5）維護(hù)問題多。各個(gè)精品課程都是獨(dú)立維護(hù)，整體維護(hù)成本高昂。如果維護(hù)工作不到位，這就不能很好地為共享服務(wù)。

精品共享課的建設(shè)是原精品課程的轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源的共建與共享是重點(diǎn)。利用云計(jì)算，促使各精品課程建設(shè)共享各自優(yōu)質(zhì)資源，凸顯學(xué)習(xí)者的主體地位，服務(wù)學(xué)習(xí)型社會建設(shè)，成為一種精品資源共享課建設(shè)的有效思路。

云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算是一種資源交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)獲得應(yīng)用所需的資源包括硬件、平臺和軟件，是一種新型的商業(yè)計(jì)算模型[4]。其基本原理是在一個(gè)大型的數(shù)據(jù)管理中心統(tǒng)一管理下，將分布在不同的地理位置的計(jì)算機(jī)組成超級虛擬計(jì)算機(jī)，并由管理中心負(fù)責(zé)資源分配以及安全控制等，使各種不同應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取存儲空間、計(jì)算資源以及各種軟件服務(wù)。云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）虛擬化技術(shù)：這是云計(jì)算的最主要特征，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的分離，用戶在虛擬層運(yùn)行自己的軟件，而無需考慮后臺硬件的實(shí)現(xiàn)。這樣就可以減少服務(wù)器的負(fù)載，可以更好地利用精品共享課資源。

（2）安全技術(shù)：云計(jì)算能確保云端數(shù)據(jù)存儲中心的安全可靠。在精品共享課建設(shè)過程中，我們就可以不用花費(fèi)大量的時(shí)間、精力和軟硬件成本來保障數(shù)據(jù)安全。

（3）SaaS（Software as a Service，軟件即服務(wù)）：SaaS就是以服務(wù)的形式訪問網(wǎng)絡(luò)上的軟件，服務(wù)商通過瀏覽器將軟件傳遞給客戶，客戶按時(shí)間或數(shù)量付費(fèi)后直接使用。這樣，就為精品共享課應(yīng)用節(jié)省了大量的軟件購買、更新、維護(hù)等資金。

因此，云計(jì)算在解決精品課程現(xiàn)有問題及其轉(zhuǎn)型升級上有著明顯的優(yōu)勢，可以充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源，提供強(qiáng)大的課程資源共享能力，使學(xué)生不受時(shí)空限制地訪問所需優(yōu)質(zhì)資源。并且節(jié)約了軟硬件投資，也提高了資源利用率。對基于云計(jì)算的精品共享課建設(shè)展開探討，為精品課程有效深入地共建共享提供了一條新的思路。

云計(jì)算下的精品資源共享課建設(shè)方案

我們結(jié)合精品共享課建設(shè)需要及云計(jì)算的特點(diǎn)，提出了基于云計(jì)算的精品資源共享課建設(shè)平臺，其基本架構(gòu)如右圖所示。

平臺層是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，云基礎(chǔ)平臺利用虛擬化技術(shù)管理底層硬件資源，實(shí)現(xiàn)資源多用戶共享下的數(shù)據(jù)和信息安全。應(yīng)用層提供各類的精品資源共享課教學(xué)相關(guān)的應(yīng)用軟件，主要包含：用于教學(xué)與教學(xué)管理的學(xué)習(xí)資源平臺、針對學(xué)生問題進(jìn)行答疑的學(xué)習(xí)交流平臺以及虛擬實(shí)驗(yàn)室。通過交互層的用戶Web門戶，用戶只需要使用瀏覽器就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流和虛擬實(shí)驗(yàn)。

精品資源共享課云計(jì)算平臺的建設(shè)，其最終目的是構(gòu)建一個(gè)良好的開放、共享課程體系，真正做到“人人可學(xué)、處處可學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”。借助云計(jì)算的平臺，一種靈活性強(qiáng)的可開放共享的精品教學(xué)資源和一種新型的師生交互服務(wù)將使得現(xiàn)有的精品課程的影響力發(fā)生巨變，課程建設(shè)傳播奠定了良好的教學(xué)支持服務(wù)架構(gòu)。

數(shù)據(jù)庫精品課程后續(xù)共享課建設(shè)的實(shí)踐

“數(shù)據(jù)庫原理及其應(yīng)用技術(shù)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程之一，具有理論性強(qiáng)、實(shí)踐應(yīng)用性突出等特點(diǎn)。我校通過多年的課程改革和實(shí)踐，逐漸形成了自己的課程教學(xué)特色，2006年成為浙江省精品課程。目前，我們正在積極籌備，依托云平臺進(jìn)行深入建設(shè)和共享應(yīng)用研究，準(zhǔn)備申報(bào)國家級精品課程以及精品資源共享課。我們的建設(shè)路徑如下：

1.選擇或開發(fā)適合的云平臺

為了能夠讓云計(jì)算更快更好地服務(wù)于現(xiàn)代教育事業(yè)，實(shí)現(xiàn)精品資源共享化，應(yīng)當(dāng)以能夠發(fā)揮最大效益的思想為指導(dǎo)，合理建設(shè)或選擇符合實(shí)際需求的云平臺。一般可以選擇微軟、IBM或者谷歌等提供的大型云服務(wù)來搭建自己的課程建設(shè)平臺。

由于Microsoft SQL Azure是基于本精品課程網(wǎng)站前期數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server的，因此本平臺采用微軟云計(jì)算平臺Azure。

2.通過云計(jì)算進(jìn)行精品共享課資源的整合

我們利用云計(jì)算平臺將精品課程網(wǎng)站的維護(hù)和新功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行“外包”，將課程建設(shè)的時(shí)間和精力主要花在優(yōu)質(zhì)資源內(nèi)容建設(shè)上。云計(jì)算最小化了終端設(shè)備的需求，可以很方便地實(shí)現(xiàn)精品教育資源的開放和共享。同時(shí)，我們將開源軟件等免費(fèi)優(yōu)質(zhì)資源納入到云計(jì)算教育中，如在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)教學(xué)中便采用了開源的MySQL作為學(xué)生課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)所使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.通過云計(jì)算建立個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境

云計(jì)算以終端用戶為中心，因此建立的精品資源共享課平臺讓學(xué)生能夠方便快速地構(gòu)建自己的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，自主決定學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，云計(jì)算的高效智能數(shù)據(jù)服務(wù)等也會有效地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效率。學(xué)生普遍反映通過個(gè)性化學(xué)習(xí)，不僅增加了學(xué)習(xí)的興趣，能深入對數(shù)據(jù)庫理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力也有提升。

4.建立虛擬數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)室

我們通過租用或自己搭建一個(gè)集中的服務(wù)器群作為虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室云平臺的網(wǎng)絡(luò)云，在服務(wù)器群中部署了微軟云軟件，其中云中心管理軟件可以根據(jù)需求動(dòng)態(tài)地分配和維護(hù)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室云。每個(gè)教師用戶都有一個(gè)賬戶，這個(gè)賬戶限制了這個(gè)用戶可以分配的虛擬機(jī)的總數(shù)量，可以通過Web門戶來完成申請?zhí)摂M機(jī)、創(chuàng)建虛擬機(jī)，安裝操作系統(tǒng)模板，配置虛擬機(jī)、設(shè)置IP地址、管理虛擬機(jī)和保存實(shí)驗(yàn)配置（用戶可以把所有的操作配置信息保存下來）等操作。

例如，有個(gè)教師用戶，他在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室云的權(quán)限是可以分配12G內(nèi)存，600G硬盤，這樣他可以登錄虛擬實(shí)驗(yàn)云的Web門戶，根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)的需要來創(chuàng)建對應(yīng)數(shù)量的虛擬機(jī)，他可以創(chuàng)建6臺（每臺內(nèi)存2G，硬盤100G）的虛擬機(jī)，也可以創(chuàng)建2臺（每臺內(nèi)存6G，硬盤300G）的虛擬機(jī)，供不同的學(xué)生使用。在創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)可以根據(jù)需要自動(dòng)安裝對應(yīng)的操作系統(tǒng)。他可以管理和配置虛擬機(jī)，執(zhí)行的是和配置物理機(jī)一樣的操作。

一般學(xué)生用戶可以通過Web門戶或遠(yuǎn)程桌面來使用自己的虛擬機(jī)。實(shí)驗(yàn)過程中，他可以隨時(shí)把配置文件保存下來后注銷，后臺的云管理系統(tǒng)自動(dòng)回收當(dāng)前用戶的虛擬機(jī)。等用戶下次登錄時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)云平臺可以根據(jù)用戶的選擇，自動(dòng)分配資源，把保存過的配置恢復(fù)，這樣用戶可以從上次實(shí)驗(yàn)結(jié)束的位置繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)。他可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)使用任何的上網(wǎng)設(shè)備登錄虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室云來完成做實(shí)驗(yàn)。這樣，不但充分提高了設(shè)備實(shí)驗(yàn)效率，也大大提高了用戶學(xué)習(xí)效率。

在數(shù)據(jù)庫相關(guān)課程的教學(xué)中，上機(jī)實(shí)驗(yàn)是非常重要的一個(gè)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生只有通過足夠的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，才能真正理解和掌握該學(xué)科的理論知識，才能獲得一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，并初步具有處理?shí)際問題的能力。通過建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，減少了對實(shí)驗(yàn)室軟硬件的投入以及在實(shí)驗(yàn)室管理方面的人力時(shí)間成本。并且讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作更加自由、充分、自主，對學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力、實(shí)踐能力的提升有極大促進(jìn)作用。

結(jié)語

我們在原有精品課程網(wǎng)站的基礎(chǔ)上，建立了基于云計(jì)算的在線測試系統(tǒng)和虛擬數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)一步凸顯了學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，將有效地提高學(xué)生使用的積極性，發(fā)揮精品課程的價(jià)值和作用，朝精品資源共享課不斷邁進(jìn)。