基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育研究與設(shè)計(jì)

孫鳴悅++劉陽

摘 要：中國疆域廣大、人口眾多，遠(yuǎn)程教育的應(yīng)用前景非常廣闊。把云計(jì)算的技術(shù)與方法運(yùn)用到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的建設(shè)中，可以整合教學(xué)信息資源、提高資源的利用率、提升教學(xué)水平。該文討論了云計(jì)算技術(shù)的基本概念和使用背景，并對(duì)云計(jì)算技術(shù)可以解決的遠(yuǎn)程教育問題進(jìn)行了探討，最后在構(gòu)建云計(jì)算技術(shù)下遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)環(huán)境提出了設(shè)計(jì)方案，為基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)提供了有力支持。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算技術(shù) 遠(yuǎn)程教育 學(xué)習(xí)環(huán)境

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（b）-0099-02

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的求知欲望越來越高，希望通過知識(shí)來提升自己。為了滿足各類人群對(duì)于不同教育的需求，出現(xiàn)了越來越多樣化的教育模式。遠(yuǎn)程教育就是在這個(gè)背景下誕生并取得長足發(fā)展，它填補(bǔ)了日常課堂教育的缺乏，在教育領(lǐng)域占據(jù)了關(guān)鍵地位。多年來這種教育一直發(fā)展迅速，但也遇到了技術(shù)上的局限，現(xiàn)在云計(jì)算技術(shù)的崛起并在遠(yuǎn)程教育中得到應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展遠(yuǎn)程教育提出了新的方向。

1 云計(jì)算的概述

1.1 云計(jì)算的概念

云計(jì)算的維基百科定義為：云計(jì)算將為用戶提供IT相關(guān)的能力服務(wù)，允許用戶在沒有相關(guān)技術(shù)知識(shí)和不具備設(shè)備操作能力基礎(chǔ)上，通過因特網(wǎng)獲得需要的服務(wù)。云計(jì)算包括因特網(wǎng)提供的用戶所需的服務(wù)和數(shù)據(jù)中心中提供應(yīng)用服務(wù)的軟硬件設(shè)施，軟硬件設(shè)施組合起來即為云。目前在學(xué)界尚沒有對(duì)云計(jì)算進(jìn)行一個(gè)全面的定義，但云計(jì)算的架構(gòu)可以概括為：動(dòng)態(tài)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施；提供IT服務(wù)的目標(biāo)；用戶自主獲得服務(wù)；云服務(wù)用戶平臺(tái)；計(jì)費(fèi)功能。云計(jì)算的基本思想可以概括為：通過對(duì)于數(shù)字中心的計(jì)算資源整合，將計(jì)算資源虛擬化，向用戶提供計(jì)服務(wù)。

1.2 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算平臺(tái)包含了大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)的提供，利用虛擬化技術(shù)擴(kuò)展每個(gè)服務(wù)器的容量，是一個(gè)巨大而且復(fù)雜的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。云計(jì)算平臺(tái)包括云端服務(wù)器、系統(tǒng)管理服務(wù)器以及資源監(jiān)控系統(tǒng)等服務(wù)節(jié)點(diǎn)。云計(jì)算平臺(tái)提供各類用戶所需求的資源，通過云端服務(wù)器進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)工作，并由云端服務(wù)器所在的數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)集群管理數(shù)據(jù)。用戶可以通過Web瀏覽器進(jìn)行云計(jì)算平臺(tái)的注冊(cè)、登錄以及資源配置。用戶注冊(cè)以后，獲取相應(yīng)的權(quán)限，可以對(duì)于自己所需的服務(wù)進(jìn)行服務(wù)定制。用戶確定好所需服務(wù)后，將服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器。系統(tǒng)管理服務(wù)器對(duì)接收到的用戶申請(qǐng)服務(wù)的請(qǐng)求進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證通過后分派計(jì)算資源，進(jìn)行資源的智能化配置。資源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控云平臺(tái)資源的使用情況。為了確保資源平滑高效地分配到適當(dāng)?shù)挠脩?，資源監(jiān)控系統(tǒng)需要做到各用戶需求資源的負(fù)載配置均衡。

1.3 云計(jì)算應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育的背景

目前，我國各地區(qū)日益增長的學(xué)習(xí)需求在教育資源的不合理配置下不能得到滿足，主要是因?yàn)槲覈逃Y源分布存在區(qū)域差異，同一地區(qū)存在重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象。同時(shí)，在技術(shù)上，現(xiàn)有的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)存在使用方面的問題。面對(duì)日益增長的學(xué)習(xí)需求，這些問題嚴(yán)重阻礙了我國教育的發(fā)展，國家教育資源需要進(jìn)一步整合集群管理。

1.3.1 學(xué)習(xí)需求不斷增長，同時(shí)學(xué)習(xí)資源不足

整個(gè)社會(huì)目前都在提倡終身學(xué)習(xí)的理念，人們對(duì)于學(xué)習(xí)的需求不斷增長，體現(xiàn)為多元化學(xué)習(xí)和靈活時(shí)間的學(xué)習(xí)。不僅是在校生接受教育，對(duì)于已經(jīng)工作的社會(huì)人士甚至退休的老年人，都在尋求自身的知識(shí)完善，具有強(qiáng)烈的求學(xué)欲望。上海和太原等地逐漸引入了關(guān)于終身教育的地方性法律法規(guī)，鼓勵(lì)地方上繼續(xù)教育機(jī)構(gòu)的建設(shè)，尋求滿足人們對(duì)學(xué)習(xí)的巨大需求。這些舉措是支持終身學(xué)習(xí)的好方法，但仍然不能滿足人民群眾學(xué)習(xí)需求的快速增長。對(duì)學(xué)習(xí)日益增長的需求和缺乏協(xié)調(diào)的學(xué)習(xí)資源是互相矛盾的，基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)是連接它們的紐帶。

1.3.2 教育資源分散

我國教育區(qū)域發(fā)展不平衡，教育資源配置較為集中，如中西部地區(qū)高等教育資源的缺口較大，如上海市就有10所211高校，南京也有8所211高校，12個(gè)中西部省份一省僅有一所211。這種教育資源配比的嚴(yán)重失衡造成了地區(qū)、大學(xué)間教育水平的區(qū)域差異。面對(duì)這種情況，基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域和機(jī)構(gòu)之間的資源整合和共享，在一定程度上可以解決這種問題。

1.3.3 重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致資源浪費(fèi)

各地的繼續(xù)教育機(jī)構(gòu)在政府的扶持下投入了大量資金，以滿足人們的教育需求，從而豐富學(xué)習(xí)資源。但一般來說，遠(yuǎn)程教育資源規(guī)劃并不科學(xué)，其中存在的最嚴(yán)重的問題就是教育機(jī)構(gòu)的重復(fù)性建設(shè)較多。同時(shí)，在線教育資源由于重復(fù)上傳，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)較為緊張，接收教育資源的效率非常低。另外，由于學(xué)習(xí)資源不及時(shí)更新，使得高質(zhì)量的教育資源不能共享，一定程度上降低了遠(yuǎn)程教育的質(zhì)量。

1.3.4 技術(shù)服務(wù)支持比較落后

遠(yuǎn)程教育作為開放教育，對(duì)于遠(yuǎn)程教育技術(shù)服務(wù)，最重要的是技術(shù)環(huán)境建設(shè)即硬件和軟件系統(tǒng)的建設(shè)。硬件、軟件系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)平臺(tái)和基于網(wǎng)絡(luò)的教育支持軟件。目前，用戶在登錄遠(yuǎn)程教育資源服務(wù)器時(shí)需要多次登錄，想瀏覽相應(yīng)的資源，必須逐級(jí)登錄服務(wù)器。這種多次登錄的形式使得使用網(wǎng)絡(luò)資源是非常麻煩和低效的。另外，由于資金面和技術(shù)的原因，部分地區(qū)的硬件和軟件建設(shè)仍然相對(duì)落后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前的需求。

2 基于云計(jì)算技術(shù)的遠(yuǎn)程教育設(shè)計(jì)

（1）遠(yuǎn)程教育的云計(jì)算系統(tǒng)建設(shè)。云計(jì)算系統(tǒng)的建設(shè)分為五級(jí)制。第一級(jí)是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的硬件和軟件設(shè)施，整合現(xiàn)有學(xué)校和教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成相對(duì)較大的數(shù)據(jù)資源中心，由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器終端和其他資源設(shè)備構(gòu)成。第二級(jí)是虛擬資源池的業(yè)務(wù)應(yīng)用，即基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)于第一級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施軟硬件設(shè)施層的統(tǒng)一管理，包括數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)、信息存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信的管理。第三級(jí)是用戶獲取平臺(tái)即服務(wù)所需的平臺(tái)服務(wù)。相應(yīng)的軟件開發(fā)人員構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)資源池，為教育和教學(xué)應(yīng)用軟件的開發(fā)測(cè)試環(huán)境，并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，并兼容公共API、Web服務(wù)協(xié)議API平臺(tái)和接口。第四級(jí)為具體用戶服務(wù)所需要的軟件服務(wù)，即軟件服務(wù)。用戶通過自身的選擇操作來滿足自身的需求，如進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻的點(diǎn)播，模擬實(shí)驗(yàn)，查詢教學(xué)資源、論文文獻(xiàn)資源，參加教學(xué)會(huì)議和自身教學(xué)評(píng)估等。第五級(jí)為用戶授權(quán)，為各種用戶提供軟件的root權(quán)限和用戶的http協(xié)議。

（2）遠(yuǎn)程教育下云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)行環(huán)境直接連接到被動(dòng)和主動(dòng)服務(wù)器。被動(dòng)和主動(dòng)服務(wù)器連接到負(fù)載均衡控制器，負(fù)載均衡控制器確定哪個(gè)服務(wù)器處于活動(dòng)狀態(tài)。負(fù)載均衡控制器還確定哪個(gè)服務(wù)器需要管理負(fù)載，例如用戶的服務(wù)需求到來后由哪個(gè)服務(wù)器負(fù)責(zé)進(jìn)行云計(jì)算。主動(dòng)和被動(dòng)服務(wù)器連接到存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和集群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。從存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收并處理的需要進(jìn)行云計(jì)算的數(shù)據(jù)，并將所有初步計(jì)算后判斷有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到集群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而進(jìn)行下一步計(jì)算。集群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有大量的互連的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)中包含普通節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)又確定哪些節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)執(zhí)行數(shù)據(jù)計(jì)算。一旦計(jì)算出數(shù)據(jù)，最終信息就會(huì)發(fā)回給用戶。如果控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障并且無法正常工作，則另一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)將成為控制節(jié)點(diǎn)。此種遠(yuǎn)程教育的云計(jì)算模型的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以在校園內(nèi)網(wǎng)提供云計(jì)算服務(wù)滿足遠(yuǎn)程教育的需求，也可以讓用戶在家里通過操作電腦設(shè)置操縱手機(jī)或者IPAD來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的登錄。這是云計(jì)算中心在遠(yuǎn)程教育平臺(tái)不同媒介下的成果。統(tǒng)計(jì)計(jì)算的云數(shù)據(jù)通過使用云計(jì)算中心連接到遠(yuǎn)程教育平臺(tái)和內(nèi)網(wǎng)云數(shù)據(jù)庫。云計(jì)算中心內(nèi)集群架構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)是它能讓需要獲得遠(yuǎn)程教育的人通過在移動(dòng)設(shè)備或筆記本電腦上運(yùn)行云計(jì)算，獲取遠(yuǎn)程教育。此模型的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它提供遠(yuǎn)程教育服務(wù)的連續(xù)性。

（3）云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)時(shí)，通過云計(jì)算中心和云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，不再由學(xué)校本身進(jìn)行管理維護(hù)，由外包的云計(jì)算中心的運(yùn)營商進(jìn)行。在遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用的云計(jì)算技術(shù)完全基于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生作用。這種情況下用戶所有的互動(dòng)和數(shù)據(jù)都需要通過互聯(lián)網(wǎng)，因此數(shù)據(jù)具有很高的安全風(fēng)險(xiǎn)。雖然遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)沒有對(duì)安全具有極高要求，但是教師和學(xué)生的信息，課程、課件、個(gè)人成績等私人數(shù)據(jù)或產(chǎn)生版權(quán)作用的作品，不可以對(duì)外泄露。這需要我們必須采用更可靠的技術(shù)和手段來確保云計(jì)算技術(shù)下遠(yuǎn)程教育平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全。在開發(fā)軟件的過程中，將用戶數(shù)據(jù)與軟件分離，并且在軟件運(yùn)行之后，將用戶的新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非軟件本地?cái)?shù)據(jù)庫之下，例如，一個(gè)由用戶自己設(shè)置的隔離數(shù)據(jù)庫，并且不告知軟件服務(wù)運(yùn)營商，可以對(duì)用戶的敏感數(shù)據(jù)提供保障。

3 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了遠(yuǎn)程教育模式的發(fā)展，云計(jì)算的發(fā)展為中國當(dāng)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展提供了技術(shù)支持。通過對(duì)云計(jì)算概念及其特征的分析和解釋，認(rèn)為當(dāng)前遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)是必須的。通過對(duì)遠(yuǎn)程教育背景下云計(jì)算技術(shù)環(huán)境構(gòu)建的說明，展現(xiàn)了新技術(shù)在遠(yuǎn)程教育教學(xué)中的系統(tǒng)構(gòu)建方法。未來云計(jì)算技術(shù)的前景十分廣闊。

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