基于云計算的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

任瓊

摘要：云計算技術(shù)的廣泛運用讓教學(xué)管理系統(tǒng)有了更大的發(fā)展空間，數(shù)字化的教學(xué)管理系統(tǒng)有利于提高學(xué)校的教學(xué)管理水平，也有利于教學(xué)改革的有效實施。教學(xué)管理系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)位訪問層。而基于云計算的教學(xué)管理系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的信息化管理系統(tǒng)的局限，在成本的投入方面得到了較大的節(jié)約。該文將主要介紹云計算及其在教育領(lǐng)域的運用，分析云計算環(huán)境下教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的問題，并論述教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計思路和實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：云計算；教學(xué)系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）30-0109-02

Design and Implementation of Teaching System Based on Cloud Computing

QIONG Ren

（School of Mathematics and Computer Science， Jianghan University，Wuhan 430056，China）

Abstract： The cloud computing technology is widely used for the teaching management system with larger development space， the digital teaching management system to improve the school teaching management level， and conducive to the effective implementation of the teaching reform. Teaching management system according to the structure can be divided into the presentation layer， business logic layer， and digital access layer. And teaching management system based on cloud computing is to breakthrough the limitation of the traditional information management system， large savings in the cost of commitment. This article will mainly introduce cloud computing and its use in the field of education， analysis of cloud computing environment should be pay attention to the teaching management system design， and discusses the design idea and implementation process of teaching management system.

Key words： cloud computing； teaching system； the design

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)管理中的綜合運用。信息化的教學(xué)管理模式能夠規(guī)范學(xué)校的教學(xué)管理方式方法，提高教學(xué)工作的質(zhì)量和效率，也是構(gòu)建數(shù)字化校園的重要環(huán)節(jié)。云計算代表了網(wǎng)絡(luò)移動應(yīng)用技術(shù)的普及，在推動教育信息化變革的道路上也起到了很大的推動作用。下面將著重針對云計算環(huán)境下教學(xué)管理信息系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計，探討其實現(xiàn)的過程。

1云計算及其在教育領(lǐng)域的運用

云計算是一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式，其計算模式有多種，分別在專用的超級計算機(jī)上進(jìn)行。主要有并行計算、分布式計算和網(wǎng)格計算、效用計算和網(wǎng)絡(luò)存儲，具有虛擬化和負(fù)載均衡的特征，是計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融性發(fā)展的成果。

云計算服務(wù)運用于教育領(lǐng)域，具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)為對教學(xué)方式的變革有著深遠(yuǎn)的影響。

首先，學(xué)校將不再需要在大型機(jī)和高性能機(jī)的購置方面花費大量的財力，大大降低了其教學(xué)資源建設(shè)的硬件成本。在云計算環(huán)境下，只需要配置一般的計算機(jī)終端設(shè)備便可以有效地使用各種云端的資源。

其次，云計算能夠提供安全性能高的數(shù)據(jù)存儲中心，以保障所有數(shù)據(jù)的安全性，師生均無需擔(dān)心病毒和黑客的攻擊會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，且可以隨時隨地在網(wǎng)絡(luò)平臺上進(jìn)行互動教學(xué)。

最后，在云計算環(huán)境下，各個學(xué)校的資源均可以進(jìn)行共享，有利于教學(xué)資源的均衡分布，大幅提高了各個學(xué)院的教學(xué)資源利用率。

2基于云計算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)注意的問題

在構(gòu)建校園數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)的過程中，應(yīng)充分考慮到其實用性、便利性和廣泛適用性。主要可歸納為以下幾個方面。

2.1 應(yīng)具有較強(qiáng)的教學(xué)實用性

在教學(xué)管理信息化平臺上，教師應(yīng)能夠隨時隨地上傳完成的課件和相關(guān)教學(xué)資源，學(xué)生能夠隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)、作業(yè)管理和論壇交流。教師能夠?qū)崿F(xiàn)在線答疑，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料下載。支持師生的一切在線教與學(xué)行為，并能夠?qū)崿F(xiàn)有效的信息交換和快樂學(xué)習(xí)。

2.2 能運用多種教學(xué)方法

基于云計算的教學(xué)管理系統(tǒng)需要提供多種可選擇的教學(xué)方法，用戶能夠根據(jù)自身的需求選擇適合其當(dāng)下需求的模式。比如網(wǎng)絡(luò)論壇、教學(xué)答疑等均可實現(xiàn)有效的師生信息交流。

2.3便于學(xué)生操作

基于云計算的教學(xué)系統(tǒng)能夠很好地滿足學(xué)生操作的便利性，能夠為學(xué)生提供個性化和功能強(qiáng)大的教學(xué)平臺。最重要的還是能夠便于操作，且維護(hù)簡單，比如：界面友好，操作便利，不會讓學(xué)生因操作繁瑣而產(chǎn)生厭倦的情緒。

2.4便于管理

基于云計算的教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)具備良好的管理功能，即能夠高效的對課程、教師、學(xué)院和教務(wù)活動等進(jìn)行管理，并突顯出數(shù)字化管理平臺應(yīng)有的管理優(yōu)勢。

3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)功能設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理信息系統(tǒng)的主要功能就是實現(xiàn)對教學(xué)活動的有效管理，除此之外還需要能夠?qū)崿F(xiàn)對這個軟件系統(tǒng)的維護(hù)和管理。一般情況下，將教學(xué)管理信息系統(tǒng)劃分為管理模塊和維護(hù)模塊兩個部分。在教學(xué)模塊中需要設(shè)置教師管理、學(xué)籍管理、系部管理、專業(yè)管理、課程管理、考試管理、成績管理、統(tǒng)計查詢和報表生成等功能子模塊。而系統(tǒng)維護(hù)模塊中需要設(shè)置如下功能模塊：用戶管理、密碼設(shè)置、數(shù)據(jù)導(dǎo)入即導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、自定義高級查詢、操作日志管理等。其結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

在上述功能模塊中，成績管理是數(shù)據(jù)量最大的子模塊，其中還涉及數(shù)據(jù)輸入、修改和查詢功能。在系統(tǒng)是涉及的過程中，其主要設(shè)計思路為各科任課老進(jìn)行成績輸入，并將紙質(zhì)的成績單遞交給教學(xué)管理部門存檔。在系統(tǒng)中設(shè)置專門的成績錄入窗口，并限定時間，教師可以在此期間輸入和更改成績。而期限一旦過去，所有的數(shù)據(jù)都將進(jìn)入歷史庫，成績便不能在更改。這個過程由教學(xué)管理相關(guān)人員進(jìn)行監(jiān)督和管理，為了保持成績的可靠性和安全性，在實際操作的過程中，需要嚴(yán)格遵守相關(guān)的管理制度。

3.2 教學(xué)管理信息系統(tǒng)用戶分析

在教學(xué)管理信息系統(tǒng)中，用戶可分為五個級別分別是學(xué)生、教師、行政用戶、教學(xué)管理人員和系統(tǒng)管理員。學(xué)生可以擁有學(xué)籍信息、課程信息和成績信息查詢的操作權(quán)限。教師也具備相應(yīng)的操作權(quán)限，比如：成績輸入、各種歷史數(shù)據(jù)的查詢。而行政用戶主要是面向?qū)W校的管理層，為他們提供各種數(shù)據(jù)的查詢、報表制作和統(tǒng)計分析的功能，行政用戶不具備數(shù)據(jù)維護(hù)的權(quán)限，只能查詢和調(diào)用數(shù)據(jù)。在這些不同層級的人員中，教學(xué)管理人員又分為基層教學(xué)管理員和中樞教學(xué)管理員，前者是各院系的教學(xué)管理人員，后者是教務(wù)管理部門的管理人員。前者對數(shù)據(jù)的管理有時間的限制，而后者沒有，任何時間均具有全權(quán)維護(hù)的權(quán)限。所有的管理人員均具有各類歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。而系統(tǒng)管理員主要是對全部的數(shù)據(jù)行進(jìn)維護(hù)和管理，確保整個系統(tǒng)安全有效的運行。

4 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

4.1 教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

在基于云計算的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程中，需要準(zhǔn)確地把握兩個關(guān)鍵點，首先是需要實現(xiàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的基本功能；其次是要使用云計算平臺作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺。這里云計算平臺將為系統(tǒng)提供三個層次的服務(wù)，一個是基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，即由底層的硬件和虛擬的網(wǎng)絡(luò)資源組成的基礎(chǔ)設(shè)施，主要是為用戶提供計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)通訊等服務(wù)；第二個是平臺服務(wù)，是指建立在基礎(chǔ)設(shè)施之上的，能夠為程序員提供云應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺；第三個是指軟件服務(wù)，它是基于云計算平臺開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)設(shè)施。根據(jù)云計算的服務(wù)層次以及教學(xué)管理信息系統(tǒng)的基本功能，在設(shè)計和實現(xiàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的時候可根據(jù)如下的系統(tǒng)架構(gòu)來進(jìn)行分層的實現(xiàn)。如下圖2所示。該系統(tǒng)可分為基礎(chǔ)設(shè)施層、云計算平臺層、教學(xué)管理應(yīng)用軟件層三個層面。

在該系統(tǒng)下，云計算也分為三個對應(yīng)的服務(wù)層次。

首先是基礎(chǔ)設(shè)施層，這是整個系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，它利用虛擬技術(shù)在屋里硬件資源的基礎(chǔ)上引入了虛擬化層。這個層面對基層的硬件設(shè)備進(jìn)行管理，并提供個向上的計算、存儲和通信等資源。并能屏蔽底層屋里硬件的動態(tài)性、分布性和異構(gòu)性，能夠支持硬件資源的共享和重復(fù)使用，且能夠為每一個用戶提供獨立的計算環(huán)境，也便于管理員在相應(yīng)的硬件資源和軟件資源上進(jìn)行集中管理。

其次是云計算平臺層面，這一層面是構(gòu)建在上述基礎(chǔ)層面之上的，面對開發(fā)人員的，旨在開發(fā)基于云計算的教育運用軟件的功用API、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境等軟件資源。

再次，教學(xué)管理應(yīng)用層是為云計算使用平臺提供的API開發(fā)的教學(xué)管理軟件，提供各種功能模塊，并面向教學(xué)管理系統(tǒng)提供各種軟件服務(wù)。這個過程的實現(xiàn)需要采用分層結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想，將應(yīng)用層的數(shù)據(jù)有效的運用起來。為了保證應(yīng)用層的結(jié)構(gòu)清晰，并提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，需要將數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)邏輯與表現(xiàn)形式分開，實現(xiàn)高效的管理和運用。

最后，客戶端是指在云計算環(huán)境下，用戶只需要通過終端設(shè)備，訪問應(yīng)用軟件，便可實現(xiàn)對海量資源的瀏覽、調(diào)用和各種服務(wù)。

4.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

當(dāng)前基于云計算的系統(tǒng)，首先需要假設(shè)云計算平臺，目前被認(rèn)為最好的云計算開發(fā)框架就是Hadoop框架，它能夠?qū)⒐雀杷械纳虡I(yè)技術(shù)按照自身的需求重新設(shè)計，實現(xiàn)在大量集群上分布的數(shù)據(jù)存儲和處理。且這個過程不需要高端的存儲硬件設(shè)施。只需要數(shù)臺普通服務(wù)器安裝Hadoop便可打造處于學(xué)校自身的云平臺。當(dāng)前，眾多預(yù)計算服務(wù)供應(yīng)商也普遍支持Hadoop，基礎(chǔ)此的云服務(wù)具有較好的編程和運行環(huán)境。

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