基于云計算的數(shù)字化教學(xué)資源共享機制實踐*

王麗君，李 萌

（1.南華大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖南 衡陽421001；

2.南華大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，湖南 衡陽421001）

引言

人類社會進入二十一世紀(jì)，信息技術(shù)已滲透到經(jīng)濟發(fā)展和社會生活的各個方面，人們的生產(chǎn)方式、生活方式以及學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生深刻的變化，全民教育、優(yōu)質(zhì)教育、個性化學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)已成為信息時代教育發(fā)展的重要特征。面對日趨激烈的國力競爭，世界各國普遍關(guān)注教育信息化在提高國民素質(zhì)和增強國家創(chuàng)新能力方面的重要作用。教育部于2012年3月發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》中指出，數(shù)字教育資源不斷豐富，為構(gòu)建終身學(xué)習(xí)體系發(fā)揮了重要作用。[1]因此，教學(xué)資源共享、整合與優(yōu)化配置的研究與實踐意義重大，尤其是作為基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源共建共享平臺更是重中之重，促進高校教學(xué)資源整合與共享是破解當(dāng)前教學(xué)資源應(yīng)用困境、提升教學(xué)資源應(yīng)用實效性的必由之路，這已成為研究者們的共識，它對于促進教育公平、提高教育質(zhì)量、創(chuàng)新教育模式具有重要的支撐和帶動作用。

2001年4月，美國麻省理工學(xué)院啟動開放課程資源運動（MITOpenCourseWare，MITOCW）。我國教育部于2003年啟動了精品課程建設(shè)工程（NationalEssential Courses，NEC），旨在利用現(xiàn)代化的教育信息技術(shù)手段將精品課程上網(wǎng)，并免費向社會開放，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，為學(xué)習(xí)型社會營造良好環(huán)境（中華人民共和國教育部2003）。高?；径冀⒘诵问蕉鄻印?nèi)容豐富的數(shù)字化教學(xué)資源庫。國內(nèi)以網(wǎng)易公開課為代表的共享教育資源正逐漸豐富并形成一定規(guī)模，如：超星學(xué)術(shù)視頻、新浪公開課、搜狐公開課、騰訊等。大量數(shù)字化教學(xué)資源彼此獨立，資源應(yīng)用實效性不高。

云計算是一種嶄新的計算模型，是并行計算、分布式計算、網(wǎng)格計算、虛擬化和面向服務(wù)架構(gòu)等多種技術(shù)融合演進的商業(yè)實現(xiàn)。其提供三種層次的應(yīng)用形式：IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)），將各類硬件資源虛擬化，如存儲、計算資源等封裝成服務(wù)；PaaS（平臺即服務(wù)），將軟件平臺虛擬化，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件封裝為服務(wù)；SaaS（軟件即服務(wù)），將應(yīng)用程序虛擬化，如CRM、ERP、管理信息系統(tǒng)等打包成服務(wù)，數(shù)據(jù)存儲與計算都在遠程的數(shù)據(jù)中心完成，用戶只需使用瀏覽器即可消費上述服務(wù)，就像水、電、網(wǎng)絡(luò)一樣，數(shù)據(jù)與應(yīng)用的共享異常方便、快捷。

數(shù)字化教育資源共享屬于數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，正適用于云計算模型，建立教育資源云，共享各高校現(xiàn)有的海量優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源，充分為學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)與科研服務(wù)，是一個亟待解決的難題。

一、研究現(xiàn)狀

目前，高校數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。

1.研究熱點有[2]

（1）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)方案研究，檢索技術(shù)、共享與重用技術(shù)、安全技術(shù)；

（2）理論與應(yīng)用模式研究，資源整合與共享、精品課程、高校圖書館的作用；

（3）學(xué)科課程角度的研究，特定課程、大學(xué)公共課、學(xué)科或?qū)I(yè)視角的研究。

2.實踐中普遍存在的問題包括

（1）量與質(zhì)的問題，數(shù)量與質(zhì)量失衡、校際分布失衡、資源類型失衡；

（2）資源應(yīng)用實效性問題，重“建”輕“用”、技術(shù)支持與服務(wù)滯后；

（3）管理問題，機構(gòu)設(shè)置造成的障礙、相關(guān)政策機制不夠完善。

郭青春等認(rèn)為：資源庫首先應(yīng)定位于“支持學(xué)生學(xué)習(xí)”，其次為“支持教師教學(xué)”和“支持科學(xué)研究”，利益補償與版權(quán)保護措施的缺失、政策引導(dǎo)及激勵措施落后和資源豐富性與適用性存在失衡等因素影響了資源庫的共享。[3]他還提出建議：資源庫建設(shè)應(yīng)圍繞“需求導(dǎo)向”，建立互利互贏的利益分配機制，匯聚優(yōu)質(zhì)資源，規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行有關(guān)制度與政策。

張鼐以圖書館為中心，提出資源共享模式，從私有云與公有云兩個平臺開展內(nèi)容構(gòu)建，以公有云服務(wù)平臺、SaaS服務(wù)平臺、私有云服務(wù)平臺和云集群平臺四方面構(gòu)建服務(wù)體系。[4]

云計算環(huán)境下的數(shù)字化教學(xué)資源共享大多停留在系統(tǒng)架構(gòu)方案設(shè)計，尚無實踐相關(guān)研究成果出現(xiàn)。[5,6]對存在的問題進行了深入探討，并提出客服和消除阻礙因素的對策與建議。

二、方案提出

數(shù)字化教學(xué)資源共享機制所采用的系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)能夠提供可擴展性、高可用性，支持節(jié)點規(guī)模動態(tài)調(diào)整，一個或幾個節(jié)點失效系統(tǒng)仍應(yīng)正常服務(wù)等需求，同時可以避免對現(xiàn)有系統(tǒng)的擾動，提供統(tǒng)一的API，支持二次開發(fā)，以滿足多主題應(yīng)用。

1.體系結(jié)構(gòu)

筆者們提出建立“國家—區(qū)域—高?！比壗逃?，共享高校現(xiàn)有數(shù)字化教學(xué)資源，提供開放共享服務(wù)，即SaaS，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 教育云結(jié)構(gòu)

（1）高校節(jié)點為私有云，運行自建應(yīng)用；

（2）區(qū)域節(jié)點是公有云，匯聚本區(qū)域各高校節(jié)點資源，并緩存非本區(qū)域資源，內(nèi)容根據(jù)訪問頻度動態(tài)調(diào)整；

（3）國家節(jié)點為公有云，保存各區(qū)域節(jié)點的資源，根據(jù)訪問者的地理位置將訪問請求轉(zhuǎn)交給距離訪問者最近的區(qū)域節(jié)點。

私有云將訪問封裝為RESTfulWebService，上層節(jié)點只需通過HTTP協(xié)議即可實現(xiàn)對資源的獲取。

高校節(jié)點為校內(nèi)學(xué)生服務(wù)，“區(qū)域—國家”節(jié)點的受眾為社會共眾，采取了就近訪問措施，不但訪問者能獲得最佳體驗，而且有效地減輕了國家節(jié)點的壓力。國家節(jié)點將監(jiān)控區(qū)域節(jié)點狀態(tài)，作用有二：當(dāng)某區(qū)域節(jié)點失效，相關(guān)訪問由國家節(jié)點承擔(dān)；當(dāng)新區(qū)域節(jié)點加入，同步資源。

硬件資源虛擬化是云計算的基礎(chǔ)，市場上已有多種成熟解決方案，如VMware的vSphereESX、Redhat的KVM、思杰的Xen、微軟的Hyper-V等。只需購買相應(yīng)產(chǎn)品與服務(wù)，很快就能完成云計算所需基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，各類數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)用系統(tǒng)可實現(xiàn)平滑遷移。

2.私有云

建設(shè)教學(xué)資源的目的是促進教與學(xué)，因此要符合老師、學(xué)生、管理人員等涉眾的需要。業(yè)務(wù)系統(tǒng)是面向特定主題的，難以應(yīng)對需求的變化，如：精品課程系統(tǒng)是面向資源建設(shè)主題，提供對各類資源的上傳、下載、查閱；而教學(xué)建設(shè)主題不但要了解課程資源建設(shè)情況，而且希望掌握資源更新頻度、資源訪問量、訪問熱點、訪問者來源、使用者對資源的評價等信息；學(xué)習(xí)者主題關(guān)注個人學(xué)習(xí)軌跡（學(xué)過哪些課程、課程體系傾向于何專業(yè)方向、與個人專業(yè)興趣偏差程度）、學(xué)習(xí)社區(qū)（討論、交流、共享）、實踐案例等；系統(tǒng)運維主題則關(guān)心最頻繁訪問的文件、時間最長的操作、內(nèi)存占用最大的操作等。這些需求在系統(tǒng)建設(shè)之初是不可能考慮周全的，并且隨著應(yīng)用的深入，新需求還會不斷涌現(xiàn)，盡管五花八門，但都只是對現(xiàn)有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的二次利用。

為滿足上述需求，高校私有云的邏輯架構(gòu)如圖2所示，服務(wù)層采用SOA架構(gòu)，實現(xiàn)對系統(tǒng)層的集成，該方案不僅對現(xiàn)有系統(tǒng)的侵入性幾乎為零，而且有效地降低耦合，更能應(yīng)對多變需求，實現(xiàn)真正意義上的資源共享。

3.資源類型

各高校都建成了相當(dāng)規(guī)模的數(shù)字化教學(xué)資源庫，以南華大學(xué)為例，其數(shù)字化教學(xué)中心于2009年投入使用，截止2013年12月29日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該平臺上已開設(shè)349門課程，參與教師583人，受益學(xué)生人數(shù)88394人（含往屆畢業(yè)生），累計開設(shè)1585個教學(xué)班，資源容量達6百多G。

圖2 高校私有云邏輯結(jié)構(gòu)

資源類型主要有音視頻、Flash、課件、教案、教學(xué)大綱、習(xí)題、案例、參考資料、問題解答、師生互動、討論等，文件格式包括AVI、MP4、RMVB、FLV、WAV、MP3、PPT、DOC、XLS、ZIP、RAR、SWF等。

共享教學(xué)資源必須標(biāo)準(zhǔn)化，我國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會教育技術(shù)分委員會已頒布了CELTS系列標(biāo)準(zhǔn)，如將數(shù)字化教學(xué)資源分為媒體素材、試題、試卷、課件、案例、文獻資料、網(wǎng)絡(luò)課程、常見問題解答及資源目錄索引共9種類型。資源共享只有遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，彼此間通信才能順暢。

4.服務(wù)集成

各應(yīng)用系統(tǒng)的運行環(huán)境有Linux、Windows、Solaris，數(shù)據(jù)庫有MySQL、MSSQL、Oracle、MongoDB等，應(yīng)用服務(wù)器有Apache、JBoss、WebLogic、IIS等，這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，彼此獨立，造成重復(fù)功能多，如各系統(tǒng)中都有一套用戶管理子系統(tǒng)，冗余數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)質(zhì)量低下、集成難度大、難以共享，更談不上充分利用。共享異構(gòu)系統(tǒng)中的海量資源是必須解決的首要問題，只有校內(nèi)數(shù)字化教學(xué)資源實現(xiàn)共享，校際、區(qū)域的共享才成為可能。

共享就是將各個系統(tǒng)中的資源集成統(tǒng)一對外開放，異構(gòu)系統(tǒng)的集成在工程領(lǐng)域早已不是什么新鮮事，按邏輯層次可分為數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成與服務(wù)集成，研究表明，教學(xué)資源主要是讀取操作，如學(xué)生觀看授課錄像，教師查閱課件教案等，此類應(yīng)用適合采用服務(wù)集成。Web Service是服務(wù)集成的主要技術(shù)手段，按風(fēng)格分為SOAP與RESTful，前者常用于內(nèi)部網(wǎng)Intranet，后者多見于Internet，因后者充分利用HTTP協(xié)議語義，API簡單，易于二次開發(fā)，應(yīng)用范圍日趨廣泛。

RESTfulWebService用于教育云各節(jié)點的服務(wù)集成，既可減少復(fù)雜性，屏蔽軟硬件環(huán)境異構(gòu)性，而且該類型API具備自解釋性，將資源的共享操作以一種簡潔明了的方式對外呈現(xiàn)，有利于今后的擴展，如南華大學(xué)的精品課程123的內(nèi)容，可采用類似http://xxx.xxx.xxx.xxx/usc/jingpinkecheng/123的URL對外發(fā)布，訪問者只需使用HTTP-GET即可獲取資源，改用HTTP-POST方法則提交修改。

三、應(yīng)用實例

本文以密碼找回為背景介紹資源共享實現(xiàn)機制，現(xiàn)在智能手機擁有率越來越高，移動訪問的需求日趨強烈，為此應(yīng)用層采用微信公共服務(wù)，將系統(tǒng)層的功能集成，封裝為WebService放入服務(wù)層。開發(fā)平臺采用DotNet，RESTfulWebSrvice實現(xiàn)框架為ASP.NetWeb API，客戶端使用RestSharp消費服務(wù)，微信平臺SDK為Senparc.Weixin.MP。邏輯類圖如圖3所示。

圖3 密碼找回功能的類圖

首先定義密碼找回接口，服務(wù)層實現(xiàn)該接口，將其封裝為WebService，應(yīng)用層調(diào)用服務(wù)，實現(xiàn)與微信通訊。服務(wù)定義如表所示。

表 服務(wù)定義

代碼1服務(wù)代碼

代碼2路由配置代碼 應(yīng)用層調(diào)用服務(wù)代碼如代碼3所示。

代碼3調(diào)用服務(wù)代碼

使用密碼找回，只需通過微信發(fā)送格式文本消息，處理微信文字消息代碼如代碼4所示。

代碼4應(yīng)用層代碼

四、結(jié)論與展望

數(shù)字化教學(xué)資源共享的目標(biāo)是盤活已有資源，提高應(yīng)用效能，對公眾提供開放共享服務(wù)，滿足不同用戶的個性化應(yīng)用需求。要實現(xiàn)“國家—區(qū)域”層面的公有云服務(wù)，首先應(yīng)建立高校私有云，實現(xiàn)高校內(nèi)部各系統(tǒng)的資源共享，服務(wù)集成是一種有效的實現(xiàn)方案，本文通過實例證明該方案的可行性。

[1]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》的通知[EB/OL].[2012-09-05].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/201203/133322.html.

[2]劉新陽.近年我國高校數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用研究分析[J].電化教育研究,2012(3):29-34.

[3]郭青春,裴海燕.應(yīng)用視角下的數(shù)字化教學(xué)資源共享對策研究——以“國家現(xiàn)代遠程教育資源庫”為例[J].中國遠程教育,2009(12):53-57.

[4]張鼐.云計算環(huán)境下信息資源共享模式研究[J].情報科學(xué),2010(10):1476-1479.

[5]章澤昂,鄔家煒.基于云計算的教育信息化平臺的研究[J].中國遠程教育,2010(6):66-69.

[6]張家貴,羅龍濤.基于云計算理念構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源平臺[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2011,21(3):100-102.