基于云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)研究

白會(huì)劍

【摘要】云計(jì)算是近年來非常熱門的一個(gè)詞，其含義已經(jīng)跨越了學(xué)術(shù)和科技界，融入到許多社會(huì)行業(yè)之中。云計(jì)算因?yàn)橛衅渫怀龅膬?yōu)勢與特點(diǎn)，所以早已得到許多教育界精英的高度關(guān)注。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺模型的設(shè)想與思路，初步把基于云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建分為“最終展現(xiàn)層”、“應(yīng)用核心層”、“運(yùn)營管理層”、“基礎(chǔ)架構(gòu)層”、“平臺資源層”五個(gè)部分，主要是為了使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以更充分地利用云計(jì)算的優(yōu)勢，通過整合整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)的資源、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與資金等資源，將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，將相關(guān)應(yīng)用也存儲(chǔ)在云端，從而更好地體現(xiàn)新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；設(shè)計(jì)方案

一、云計(jì)算已得到教育界的高度關(guān)注

云計(jì)算是近年來非常熱門的一個(gè)詞，其含義已經(jīng)跨越了學(xué)術(shù)和科技界，融入到許多社會(huì)行業(yè)之中。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的定義[1]，云計(jì)算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地、按需、便捷地訪問共享資源池（如計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等）的計(jì)算模式。

筆者在中國知網(wǎng)進(jìn)行了五次檢索，主要是通過輸入不同的檢索條件得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，用以分析云計(jì)算受教育界的關(guān)注程度。檢索時(shí)間均為1989年1月1日至2013年12月31日；檢索范圍均為全部期刊；匹配標(biāo)準(zhǔn)均為精確匹配。最終得出了以下結(jié)論：第一次檢索時(shí)以“云計(jì)算”為篇名，共檢索到文章11147篇；第二次檢索時(shí)以“云計(jì)算；教育”為篇名，共檢索到文章267篇；第三次檢索時(shí)以“云計(jì)算；教學(xué)”為篇名，共檢索到文章239篇；第四次檢索時(shí)以“云計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”為篇名，共檢索到文章20篇（見表一）。

通過表一呈現(xiàn)的檢索結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)于介紹云計(jì)算的相關(guān)文章雖然不少，但是與教育相關(guān)的文章卻不算多，特別是與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有關(guān)的文章只有屈指可數(shù)的20篇。由此可見，云計(jì)算已經(jīng)得到了很多教育工作者的高度重視，而一些有遠(yuǎn)見的先行者正試圖把云計(jì)算應(yīng)用到教育教學(xué)中，達(dá)到改善教育教學(xué)效果的目的。本文主要的目的是就如何基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探索與研究。

二、云計(jì)算的突出特點(diǎn)分析

1.云計(jì)算對用戶端的設(shè)備要求非常低，使用起來非常方便。當(dāng)用戶不是在云計(jì)算的環(huán)境下，用戶如果要使用某個(gè)最新的操作系統(tǒng)，或者要使用某軟件的最新版本，那么用戶就必須不斷地升級自己的電腦硬件。有時(shí)候?yàn)榱舜蜷_朋友發(fā)來的一些特殊格式的文件，用戶必須尋找并下載可以打開這特殊格式應(yīng)用軟件。而在云計(jì)算的運(yùn)行環(huán)境下，絕大部分的任務(wù)都將交給“云端”完成，用戶只要擁有可以上網(wǎng)的終端設(shè)備，再加上一個(gè)自己喜歡的瀏覽器，然后將終端設(shè)備接入Internet，用戶就可以實(shí)現(xiàn)自己想做的任何事情。用戶不但可以繼續(xù)使用原有的舊電腦，還可以使用性能一般的上網(wǎng)本或智能手機(jī)，并且所得到的實(shí)際效果往往比升級自己的電腦硬件還要好，用戶可以充分享受云計(jì)算所帶來的樂趣。

2.“云端”是用戶最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。把自己的數(shù)據(jù)放在專業(yè)的“云端”上，用戶再也不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等煩惱?？赡芎芏嗳硕伎赡軙?huì)認(rèn)為自己的數(shù)據(jù)只有保存在看得見、摸得著的自己辦公室或家里的那臺電腦里才是最安全的。其實(shí)不然，你想想，如果你的電腦損壞或者被病毒攻擊，而導(dǎo)致硬盤上那些重要的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)怎么辦？特別是當(dāng)你拿去維修時(shí)，卻被一些不法之徒竊取了你的重要數(shù)據(jù)怎么辦？反之，如果你的數(shù)據(jù)保存在“云端”上，因?yàn)槟抢镉腥澜缱顚I(yè)的團(tuán)隊(duì)來幫你管理信息，有全世界最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心來幫你保存數(shù)據(jù)。同時(shí)，嚴(yán)格的權(quán)限管理策略可以幫助你放心地與你指定的人共享數(shù)據(jù)。這樣，你不用花錢就可以享受到最好、最安全的服務(wù)，甚至比在銀行里存錢還方便。

3.云計(jì)算可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。云計(jì)算可以使你擺脫更換電腦設(shè)備時(shí)帶來的保存和COPY眾多資料和數(shù)據(jù)的煩惱，另外，你的數(shù)據(jù)和資料常常不得不在家里的電腦有一份，在辦公室里的電腦還有一份，并且這些數(shù)據(jù)往往是不同步的，你為了讓這些數(shù)據(jù)資料達(dá)到同步，也是一個(gè)非常麻煩的事，你必須為此付出難以計(jì)數(shù)的時(shí)間和精力。但是，這一切如果用云計(jì)算來處理，那一切都變得很簡單。因?yàn)樵谠朴?jì)算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式中，數(shù)據(jù)只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有電子設(shè)備只需要連接互聯(lián)網(wǎng)，無論在何時(shí)何地都同時(shí)訪問和使用同一份數(shù)據(jù)。

4.云計(jì)算還可以為用戶使用網(wǎng)絡(luò)提供了幾乎無限多的可能，為存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)提供幾乎無限多的空間，也為用戶完成各種各樣的應(yīng)用提供了幾乎無限強(qiáng)大的計(jì)算能力。個(gè)人電腦或其他電子設(shè)備不可能提供無限量的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力，但在“云端”上，那里由數(shù)千臺、數(shù)萬臺甚至更多服務(wù)器組成的龐大的集群，卻可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)這一功能。當(dāng)你把最常用的數(shù)據(jù)和最重要的功能都放到“云端”時(shí)，那么你對電腦、應(yīng)用軟件乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識都會(huì)有翻天覆地的變化，你的生活也會(huì)因此而改變[2]。

總之，云計(jì)算實(shí)現(xiàn)了從計(jì)算機(jī)到使用者，從應(yīng)用到任務(wù)、從孤立的數(shù)據(jù)到可以隨處訪問、可以與任何人共享的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。云計(jì)算的這些特性十分適合我們當(dāng)前教育教學(xué)的需要，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來非常大的便利，提供強(qiáng)而有力的支持。因此，在教育信息化深入發(fā)展的今天，開展基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)和研究，以輔助教育教學(xué)活動(dòng)顯得尤為必要和可行。

三、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺模型的設(shè)想

1.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該具有實(shí)用的教學(xué)功能。一個(gè)良好的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)包含教師的在線備課，教學(xué)資源上傳，可以及時(shí)地對學(xué)生的學(xué)習(xí)和作業(yè)進(jìn)行管理，同學(xué)們可以在網(wǎng)絡(luò)論壇進(jìn)行討論，教師可以在線答疑，學(xué)生還可以很方便地利用課程資源，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)與練習(xí)，在學(xué)習(xí)結(jié)束后還可以自主進(jìn)行在線測試等基本功能。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺最重要的就是支持教師和學(xué)生，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可以完成一切教與學(xué)的行為，師生之間、學(xué)生之間都可以很及時(shí)地交換信息，進(jìn)行高效學(xué)習(xí)。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該能夠運(yùn)用各種教學(xué)策略。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)論壇、在線答疑等模塊實(shí)現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)策略，學(xué)生還可以根據(jù)教師提供的電子課件等各種教學(xué)資源學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)結(jié)束后還可以通過進(jìn)行實(shí)訓(xùn)或練習(xí)檢測自己的學(xué)習(xí)效果，最后還可以進(jìn)行在線測試等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該能充分體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想和教學(xué)理念，能在教學(xué)過程貫穿學(xué)生“自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合”的理念，為教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”提供最便捷的交流平臺。

3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)生中心，做到簡單實(shí)用。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺其實(shí)就是“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式的最好體現(xiàn)，不但可以提供學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的教學(xué)平臺，而且功能強(qiáng)大，維護(hù)簡單，使用方便，界面簡單友好，學(xué)生容易操作。學(xué)生們在線學(xué)習(xí)、作業(yè)提交以及在線測試都方便快捷，無論用戶計(jì)算機(jī)水平如何，都很容易學(xué)會(huì)使用，不會(huì)讓人感到煩瑣。

4.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該具有良好的管理功能。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)該具有教務(wù)管理、課程管理、教師管理、班級管理、學(xué)籍管理、考試管理、資源管理、用戶管理、運(yùn)營管理等各種功能，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的先進(jìn)性與方便性[3]。

四、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)方案

既然云計(jì)算有那么多突出的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺有那么多的優(yōu)優(yōu)勢，同時(shí)受那么多的有遠(yuǎn)見卓識的教育先行者的重視，所以基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的優(yōu)勢是不言而喻的，現(xiàn)在我們面臨的主要問題就是如何設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)方案。我們初步設(shè)想的方案應(yīng)該包括最終展現(xiàn)、應(yīng)用核心、運(yùn)營管理、基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺資源這五個(gè)層面，大概的設(shè)想架構(gòu)如圖一：

圖一：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)架構(gòu)[4]

1.最終展現(xiàn)層

最終展現(xiàn)層其實(shí)就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的門戶系統(tǒng)，主要包括“學(xué)生子門戶”、“教師子門戶”、“家校互動(dòng)子門戶”和“運(yùn)營管理子門戶”四個(gè)部分。其中“學(xué)生子門戶”主要是面向?qū)W生的，學(xué)生在這一模塊中可以實(shí)現(xiàn)在線選課、在線聽課、在線學(xué)習(xí)、在線提問、在線考試、在線使用學(xué)習(xí)工具等功能；“教師子門戶”主要是面向教師的，教師在這一模塊中可以實(shí)現(xiàn)在線呈現(xiàn)自己的教學(xué)計(jì)劃、課程安排、在線備課、在線授課、在線答疑、在線評估、在線培訓(xùn)、在線使用教學(xué)工具等功能；家?；?dòng)子門戶主要是面向家長的，家長在這一模塊中可以實(shí)現(xiàn)與教師的互動(dòng)和交流，或就一些熱點(diǎn)問題和教師進(jìn)行討論等，當(dāng)然教師也可以利用這一模塊中的功能向家長發(fā)送要求家長參與的家校互動(dòng)的通知等；“運(yùn)營管理子門戶”主要面向平臺維護(hù)人員的，維護(hù)人員可以通過這一模塊的功能，實(shí)現(xiàn)各種工具軟件的版本更新，平臺運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，各種故障的處理，系統(tǒng)安全管理、后臺數(shù)據(jù)的維護(hù)和備份等功能。

2.應(yīng)用核心層

應(yīng)用核心層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的應(yīng)用核心，是最終展現(xiàn)層所呈現(xiàn)內(nèi)容的具體承載層，這一層是教育行業(yè)各種流程與具體實(shí)踐在網(wǎng)絡(luò)上的完整體現(xiàn)，不但要充分體現(xiàn)出人事的管理流程、教務(wù)的管理流程、班級的管理流程，還要充分教師的教學(xué)計(jì)劃、課程安排、教學(xué)實(shí)施、在線授課、在線考評等完整的流程，學(xué)生還可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上圖書館的閱讀功能，網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室的操作功能，以及各種學(xué)習(xí)軟件、教學(xué)軟件、教學(xué)資源、搜索引擎的利用等基礎(chǔ)功能。

3.運(yùn)營管理層

運(yùn)營管理層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的管理核心，是“運(yùn)營管理子門戶”展現(xiàn)功能的具體承載層，其主要職能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺所有功能與資源的統(tǒng)一調(diào)度，整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、平臺性能的管理、系統(tǒng)安全的管理、資源維護(hù)與備份管理、用戶的計(jì)費(fèi)管理等功能都是在這一層面完成的。這個(gè)層面技術(shù)含量非常高，如果有專業(yè)技術(shù)人員那可以自主開發(fā)，如果沒有專業(yè)技術(shù)人員那可以由專業(yè)的第三方軟件提供商提供。

4.基礎(chǔ)架構(gòu)層

基礎(chǔ)架構(gòu)層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的技術(shù)核心，屬于當(dāng)今最前沿的技術(shù)領(lǐng)域，只有專業(yè)的技術(shù)公司才能提供，如國外的Google App Engine（簡稱：GAE），國內(nèi)的百會(huì)（www.Baihui.com）云計(jì)算服務(wù)，開源平臺Apache Hadoop平臺等?；A(chǔ)架構(gòu)層所涉及到的技術(shù)是云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)，其中以編程模型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計(jì)算平臺管理技術(shù)最為關(guān)鍵。

該平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)層主要提供四大基礎(chǔ)能力：基礎(chǔ)框架能力、開發(fā)測試能力、部署運(yùn)行能力、運(yùn)營管理能力。這四大基礎(chǔ)能力各自分工非常細(xì)密，技術(shù)含量也非常高，該設(shè)計(jì)方案只是對其分工進(jìn)行了大致劃分（可參見圖一）。

5.平臺資源層

平臺資源層主要包含物理資源層和虛擬化資源層，這一層所涉及到的最為關(guān)鍵的技術(shù)就是虛擬化技術(shù)。物理資源層主要包括主機(jī)、設(shè)備、數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等，這個(gè)很容易懂。虛擬化資源層主要的作用就是對物理資源層最終實(shí)現(xiàn)虛擬化，形成計(jì)算資源池、設(shè)備資源池、數(shù)據(jù)資源池、存儲(chǔ)資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池，最終實(shí)現(xiàn)對資源的池化管理，這樣最大的好處就是便于資源的動(dòng)態(tài)分配、再分配和回收。

虛擬化技術(shù)主要分為平臺虛擬化（Platform Virtualization）、資源虛擬化（Resource Virtualization）、.應(yīng)用程序虛擬化（Application Virtualization）。通常說的虛擬化主要是指平臺虛擬化，通過使用控制程序（Control Program，也被稱為Virtual Machine Monitor或Hypervisor），把計(jì)算平臺特定的實(shí)際物理特性隱藏起來，為用戶提供可以直接使用的虛擬機(jī)（Virtual machine或VM），可以像真實(shí)機(jī)器一樣運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)[5]。這時(shí)候的用戶不需要知道服務(wù)器、存儲(chǔ)、設(shè)備、資源、網(wǎng)絡(luò)的具體位置，只要通過統(tǒng)一規(guī)定的方法去獲得它、使用它就可以了。

虛擬化本質(zhì)上是資源的一種邏輯表示，它不受物理限制的約束。其實(shí)現(xiàn)形式是在系統(tǒng)中加入一個(gè)虛擬化層，虛擬化層的作用就是可以將物理資源抽象成另一形式的資源，提供給上層使用。虛擬化可以將一份資源抽象成多份；同時(shí)，虛擬化也可以將多份資源抽象成一份。另外，虛擬化技術(shù)還有自動(dòng)恢復(fù)功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，能夠自動(dòng)診斷并通過改變資源配置自動(dòng)恢復(fù)。

五、結(jié) 論

基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是一種隨著云計(jì)算出現(xiàn)后的才出現(xiàn)的新型教學(xué)系統(tǒng)。該平臺的特點(diǎn)就是充分利用了云計(jì)算的優(yōu)勢，通過整合整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)的資源、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與資金等資源，將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，將相關(guān)應(yīng)用也存儲(chǔ)在云端。因?yàn)樵朴?jì)算是一個(gè)新興的、革命性的概念。它使人們從個(gè)人終端解脫出來，使人們從傳統(tǒng)以個(gè)人桌面系統(tǒng)為中心的應(yīng)用模式走向全新的以網(wǎng)絡(luò)為中心的應(yīng)用模式。在這種新模式里，人們可以像使用水電一樣使用IT資源，用戶按需使用服務(wù)，根據(jù)使用多少付費(fèi)，人們也可以像存取錢一樣存取自己的數(shù)據(jù)。這種模式可以使最小化性能的計(jì)算機(jī)獲得最大化的功能，它將改變我們的生活方式，最終改變我們的世界[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1]MELLP，GRANCE.The NIST Definition of Cloud Computing[R].National Institute of Standards and Technology，2011.

[2]薛慧麗.基于云計(jì)算的高校教育資源平臺設(shè)計(jì)研究[J].科技信息，2011，（20）：215-216.

[3]王磊.云計(jì)算時(shí)代高校新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2013，（1）：23-24.

[4]張樹青，梁鵬.云計(jì)算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2012，（24）：134-137.

[5]百度百科（Wikipedia）虛擬化技術(shù).

http：//baike.baidu.com/link？url=7uzv5Dh_XWq-CEy1QKrHnby_ScWYh7NwsmQAcwo2VnV4JVPa0z5Mf0A8YgkbZvkA.

[6]謝偉彬.基于云計(jì)算的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐探究[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，（3）：61-63.