基于云計算教育服務(wù)平臺的研究與設(shè)計

唐鐵斌 郝秋燕

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410004）

1.引言

隨著云計算應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，云計算已經(jīng)成為了各行各業(yè)信息化發(fā)展的一個重要助推器，也為我國現(xiàn)代教育的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)建設(shè)提供了契機(jī)。2012年被認(rèn)為是我國現(xiàn)代教育改革發(fā)展的“機(jī)遇之年”，“十二五規(guī)劃”中提出了我國教育產(chǎn)業(yè)與信息化產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的指導(dǎo)方針，要求全國教育系統(tǒng)范圍內(nèi)切實做好教育產(chǎn)業(yè)《云計算服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展試點示范》的工作，云計算將成為我國教育人才培養(yǎng)與創(chuàng)新教育理念的核心技術(shù)。

云教育服務(wù)平臺的建設(shè)已經(jīng)在國內(nèi)外引起多方關(guān)注。教育組織、大學(xué)與公司協(xié)作相繼開發(fā)了多個云教育計算項目，如Google與高校圖書館合作推出了數(shù)字圖書館計劃、OCLC“基于云的服務(wù)”項目、CALIS數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺、世界大學(xué)城（www.worlduc.com）職教新干線網(wǎng)絡(luò)平臺等。教育部于2011年印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011年-2020年）》，提出實施“中國數(shù)字教育2020”，建設(shè)云教育資源平臺。廣州大學(xué)、清華大學(xué)、云南大學(xué)等高校紛紛響應(yīng)該規(guī)劃并構(gòu)建自己的云教育平臺，湖南高職院校率先依托世界大學(xué)城提供的云服務(wù)平臺為載體，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源開放課程[1]。云計算在輔助教學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)、構(gòu)筑開放式個性化學(xué)習(xí)環(huán)境等方面具有巨大的潛力。然而，目前教育領(lǐng)域云計算應(yīng)用只是停留在初始教學(xué)應(yīng)用的單一層面上，多數(shù)使用公司的計算資源，缺乏系統(tǒng)性發(fā)展規(guī)劃以及對云服務(wù)非技術(shù)因素安全性的考慮。

針對湖南教育信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前工作實際，構(gòu)建一個“全面覆蓋、設(shè)施完備、功能齊全、應(yīng)用廣泛、安全可靠”的云教育信息化服務(wù)平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)教育內(nèi)容、方法、手段和管理的現(xiàn)代化，增強(qiáng)教育信息公共服務(wù)能力、教育信息技術(shù)應(yīng)用能力和先進(jìn)文化傳播能力，為全省教育事業(yè)科學(xué)發(fā)展提供強(qiáng)力支撐。

2.云計算與現(xiàn)代教育

本文在云計算與教育行業(yè)緊密結(jié)合這一背景和趨勢下，針對目前湖南省云教育建設(shè)所面臨的問題和挑戰(zhàn)，構(gòu)建一個基于云計算的教育服務(wù)平臺，打造若干面向教育的特色服務(wù)，如仿真模擬類教學(xué)服務(wù)、學(xué)生在線評測服務(wù)、教師錄播服務(wù)、家長社區(qū)服務(wù)等，為教育管理部門、學(xué)校、教師、學(xué)生和家長提供一站式、個性化的按需服務(wù)。該服務(wù)平臺一方面強(qiáng)調(diào)教育軟硬件資源和應(yīng)用服務(wù)的“云”化，即將各類軟硬件資源集中化、虛擬化，統(tǒng)一在云端進(jìn)行分配、調(diào)度和管理；另一方面為方便各類教育用戶靈活、便捷地獲取各類云端服務(wù)[2]。

教育服務(wù)平臺是進(jìn)行教育信息化、智能化的基礎(chǔ)。由于發(fā)展規(guī)模、地域分布、基礎(chǔ)設(shè)施等因素的限制，當(dāng)前的服務(wù)存在平臺功能少、分散性強(qiáng)、耦合度高、用戶類型單一等缺點，這樣，就很容易形成“功能孤島”，很難滿足多種用戶復(fù)雜的教育服務(wù)需求。

針對這一現(xiàn)象，集成化的應(yīng)用功能集成教育服務(wù)平臺開發(fā)，則為這一瓶頸提供了一個可行的解決方案。集成化的教育服務(wù)平臺基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)、面向多種類型用戶進(jìn)行設(shè)計，提供海量分類明確的功能應(yīng)用服務(wù)。與此同時，再加上與云平臺的深度集成，這些都為我省教育信息化提供了可能的集成手段，必將大大提高全省教育信息化的水平[5]。

云計算平臺[3]是一個“云”網(wǎng)絡(luò)，連接了大量并發(fā)的計算和服務(wù)，可利用虛擬化技術(shù)擴(kuò)展到每一個服務(wù)器的能力，將各自的資源通過云計算平臺集合起來，提供超級計算和存儲能力。在“云”端之上建設(shè)大規(guī)模的共享教育資源庫，構(gòu)建新型圖書館，打造教育科研“云環(huán)境”，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，教育資源通過云計算和云存儲提供給用戶，可以節(jié)省投資，提高硬件系統(tǒng)的利用率、降低管理成本、擴(kuò)大資源的使用范圍，有利于資源的聚類、共享、升級、推送，解決了教育資源分布不均、更新速度慢、共享程度低等問題，促進(jìn)我省教育資源的均衡發(fā)展。

3.云計算教育服務(wù)平臺總體方案設(shè)計

在湖南省教育廳的大力推動下，充分利用我省世界大學(xué)城等已有的教育信息化平臺與成果，在消化吸收、集成融合的基礎(chǔ)上構(gòu)建云教育平臺。

圖1：基于云計算的智能教育服務(wù)總體架構(gòu)圖

本系統(tǒng)主要從“云服務(wù)端”和“教育終端”兩個方向開展研究。

3.1.云服務(wù)端

在教育私有“云”中，平臺擬采用將IAAS（平臺即服務(wù)）、DAAS（數(shù)據(jù)即服務(wù)）、SAAS(軟件及服務(wù))和用戶認(rèn)證管理四大部分無縫結(jié)合[1]，構(gòu)建高效、安全、拓展性強(qiáng)的私有云。對于私有云外部的共有云，采取“適配器”或者插件技術(shù)，保持私有云對公有云的無縫對接，從而實現(xiàn)私有云對公有云的持久化訪問。

3.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施管理

教育服務(wù)平臺需要為平臺使用者提供處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基本計算資源。使用者可以根據(jù)自己的需要申請和使用日常教學(xué)硬件，而無需考慮因此涉及到的安全問題和性能維護(hù)問題，為了確保能夠?qū)ζ脚_進(jìn)行安全、高速的訪問。

3.1.2 數(shù)據(jù)管理

教育服務(wù)具有資源數(shù)據(jù)量大、分散、異構(gòu)以及自治等特點。為了實現(xiàn)分布式海量信息數(shù)據(jù)管理與更深層次的開發(fā)利用，需要對不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，如影音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等；面對教育資源中的海量異構(gòu)同構(gòu)數(shù)據(jù)，通過研究服務(wù)中的數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)資源增量更新技術(shù)，提供數(shù)據(jù)合理高效的信息存儲；根據(jù)用戶的個性化需求，通過提取數(shù)據(jù)之間隱含的關(guān)系和規(guī)律，智能化地挖掘推薦有價值的知識和信息；為解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的幀頻缺失和數(shù)據(jù)延遲，采用創(chuàng)新化的教育多媒體資源高效傳輸技術(shù)，保障點播、錄播等視頻服務(wù)在較差網(wǎng)絡(luò)中的傳輸有效性；通過采用并行化多線程分塊語義化檢索技術(shù)，經(jīng)過語義推理，返回用戶滿意的搜索結(jié)果。

3.1.3 服務(wù)管理

教育服務(wù)平臺通過互聯(lián)網(wǎng)為平臺使用者提供各類教育服務(wù)，使用者不再需要購買軟件或服務(wù)，而是以租用的方式使用獨立提供商的軟件或服務(wù)，且無需對此進(jìn)行維護(hù)。例如常用的教學(xué)軟件、視頻點播和直播系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等服務(wù)。平臺不僅提供服務(wù)目錄、QoS(服務(wù)質(zhì)量)保障、服務(wù)生命周期管理以及服務(wù)調(diào)度等傳統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)，面向現(xiàn)代教育的特殊需求，而且推出了錄播服務(wù)、評測服務(wù)、社區(qū)服務(wù)、移動同屏服務(wù)等特色服務(wù)。

3.2.教育終端

“端”作為云的客戶端的一部分，分為交互式互動一體機(jī)、錄播系統(tǒng)、高清視頻展示臺和同屏設(shè)備四個主要部分，在端的部分，我們采取了創(chuàng)新性的多媒體高速傳輸技術(shù)，多目標(biāo)跟蹤自動化采集技術(shù)，開發(fā)了沉浸式的智能交互軟件，多種設(shè)備交互使用，提升用戶體驗。

4.云計算教育服務(wù)平臺的優(yōu)勢與意義

云計算向教育領(lǐng)域的遷移，將不可避免地帶來一場教育模式的變革，這種變革將打破傳統(tǒng)教育模式的限制，推動現(xiàn)代教育的發(fā)展。云教育的建設(shè)對現(xiàn)代教育的意義可總結(jié)為如下三方面[4]：

（1）實現(xiàn)教育資源整合。借助云技術(shù)，可以整合教育資源，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。如果能夠把來自不同地區(qū)的優(yōu)勢教育資源整合起來，形成一個強(qiáng)大的云教育，那么在家中就可以聆聽全國范圍內(nèi)各校名師的講課視頻，查閱各地的報紙、期刊，訪問所有的在線圖書館，從而達(dá)到學(xué)習(xí)方便、高效、費用低廉、節(jié)約時間和成本的作用。

（2）變革學(xué)生學(xué)習(xí)方式。由于云計算具有資源豐富、操作簡單、彈性高、擴(kuò)展性強(qiáng)和基于Web的服務(wù)器、存儲、數(shù)據(jù)庫等優(yōu)點，所以對于學(xué)生來說，便于其從“云”端選擇自己所需要的各種資源，也便于其根據(jù)自己的實際情況選擇適合的學(xué)習(xí)進(jìn)程、學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)方式。因此，將學(xué)生從過去傳統(tǒng)的死板的教學(xué)模式中解脫出來，有利于接受能力、認(rèn)知能力強(qiáng)的學(xué)生縮短自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，獲取更多的知識，還有利于其形成舉一反三、推陳出新的能力。

（3）推動教師教學(xué)改變。云技術(shù)的使用要求廣大教師也應(yīng)該具備良好的信息技術(shù)使用能力，否則教育資源難以發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，云教育的建設(shè)和應(yīng)用促使教師利用多媒體技術(shù)，逐步實現(xiàn)電子備課和網(wǎng)絡(luò)教案，最終實現(xiàn)和云技術(shù)的全面對接。

5.總結(jié)

隨著我國信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，我們相信云教育的建設(shè)將成為我國今后教育信息化的重要舉措。然而，當(dāng)前云計算在教育領(lǐng)域能否成功落地也面臨著諸多困難與挑戰(zhàn)，如云教育缺乏明確的建設(shè)、應(yīng)用、運行機(jī)制、缺乏云教育相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、難以形成統(tǒng)一的資源管理、發(fā)布和應(yīng)用、云計算本身的網(wǎng)絡(luò)流量、數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用加速及能耗等問題。因此，云教育的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要不斷地進(jìn)行探索和嘗試。

[1]胡伏湘.基于云平臺的網(wǎng)絡(luò)資源開放課程建設(shè)方法研究[J].湖南行政學(xué)院學(xué)報,2013,(2):28-32.

[2]袁磊,程美,劉丹等.我國云計算教育應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究,2011,(6):42-46.

[3]胡萬祥.“云端教育”——教育信息化下的云計算[J].西江月,2013,(21):83-83.

[4]蘇治中,劉竹松.基于云計算的開放式教育信息服務(wù)平臺設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機(jī)(下半月版),2012,(18):78-80.

[5]林冬青.省級教育數(shù)據(jù)中心引進(jìn)云計算的探索[J].中國教育信息化（基礎(chǔ)教育版）,2012,(6):4-8.