大數(shù)據(jù)“校園云”實(shí)驗(yàn)室開放共享理論與實(shí)踐研究

蘭勇 魯明 黃小喬 邢偉璐 繆寧

摘 要：近年來，隨著云計(jì)算的產(chǎn)生和發(fā)展，“云學(xué)習(xí)”也應(yīng)運(yùn)而生，云學(xué)習(xí)的提出，致力于進(jìn)一步開拓學(xué)習(xí)思路，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)，突出有效學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)。云學(xué)習(xí)是云計(jì)算應(yīng)用激發(fā)的基礎(chǔ)研究，和現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展是相輔相成的，為現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展提出了新的理念和發(fā)展方向。教育云能對(duì)各種教學(xué)信息資源進(jìn)行廣泛而高效的重組、優(yōu)化與共享，教育云服務(wù)模式是實(shí)現(xiàn)高校教育大數(shù)據(jù)資源共享和知識(shí)協(xié)同創(chuàng)新的有效途徑，建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的研究是對(duì)大數(shù)據(jù)資源有效利用的具體實(shí)現(xiàn)。基于此，本文以天津財(cái)經(jīng)大學(xué)珠江學(xué)院為例，主要闡述大數(shù)據(jù)“校園云”實(shí)驗(yàn)室開放共享理論與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；集成；管理；共享；云計(jì)算；云學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP391.44；TN929.5；G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）02-0023-04

A Theoretical and Practical Study on the

Sharing of "Cloud Campus Laboratory" Under Big Data

LAN Yong1 LU Ming2 HUANG Xiaoqiao1 XING WeiLu1 MIAO Ning1

（1. Pearl River College， Tianjin University of Finance and Economics，Tianjin 301830；2.Henan Radio and TV University，Zhengzhou Henan 450008）

Abstract： In recent years， with the emergence and development of cloud computing， cloud learning is also coming into being. Cloud learning put forward to further develop learning ideas， lighten the burden of teaching， and highlight the design of effective learning. Cloud learning is a basic research inspired by cloud computing applications， which is complementary to modern educational technology development. It brings forward new ideas and development direction for the development of modern educational technology. Educational cloud can widely and efficiently reorganize， optimize and share all kinds of teaching information resources. The educational cloud service model is an effective way to realize the big data resource sharing and knowledge collaborative innovation in university education. The research on establishing data warehouse and data mining is the concrete realization of efficient use of big data resources. Based on this， this paper， taking the Pearl River College of Tianjin University of Finance Economics as an example， mainly expounded the theory and practice of the opening and sharing of the large data "campus cloud" laboratory.

Keywords： big data；integration；management；sharing；cloud computing；cloud learning

1 研究背景

目前，國(guó)外對(duì)共享數(shù)據(jù)的研究多集中在表現(xiàn)數(shù)據(jù)共享方式的先進(jìn)和不足、數(shù)據(jù)共享技術(shù)發(fā)展及教育延伸、相關(guān)政策法規(guī)、數(shù)據(jù)共享具體化實(shí)踐和用戶體驗(yàn)與反饋等方面。例如，像美、英、日之類的發(fā)達(dá)國(guó)家，共享科學(xué)數(shù)據(jù)的意識(shí)和意愿早就在學(xué)術(shù)界達(dá)成一致，為了清掃數(shù)據(jù)共享進(jìn)程中的阻礙，他們對(duì)科研人員進(jìn)行了全面的調(diào)研分析，從而逐步完善共享數(shù)據(jù)的法規(guī)和政策，構(gòu)造出社會(huì)數(shù)據(jù)共享運(yùn)行模式[1]。另外，社會(huì)其他組織及機(jī)構(gòu)也起到了推動(dòng)和促進(jìn)的作用，在科學(xué)數(shù)據(jù)的管理和創(chuàng)立科學(xué)共享平臺(tái)方面，國(guó)外高校積累了大量經(jīng)驗(yàn)[2]。但是，各領(lǐng)域間的完全共享化、主觀感知的多樣性和適合高校數(shù)據(jù)共享具體實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一模式等方面還需要更深入的研究[3]。

目前，我國(guó)無論是學(xué)術(shù)界還是社會(huì)組織，對(duì)探討科學(xué)數(shù)據(jù)共建共享模式也愈發(fā)重視，不斷研究、構(gòu)想和實(shí)踐，尤其是我國(guó)高等院校對(duì)教育教學(xué)數(shù)據(jù)共享機(jī)制的研究一直飽含激情。陳大慶[4]將我國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)共建共享機(jī)制創(chuàng)建與國(guó)外對(duì)比，探討了我國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)共建共享機(jī)制創(chuàng)建較緩慢的主要原因，即起步較晚，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，且共享政策法規(guī)的建立也相對(duì)滯緩。錢丹[5]則通過對(duì)云計(jì)算和私有云在高校教育信息平臺(tái)搭建中的有效應(yīng)用進(jìn)行探索，提出構(gòu)建云共享的理論模式，以幫助學(xué)習(xí)者擺脫技術(shù)瓶頸，提升群體思維能力，有效互動(dòng)協(xié)助，有效開展云學(xué)習(xí)。

但目前，國(guó)內(nèi)高校共建共享數(shù)據(jù)機(jī)制的研究仍存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)在3方面。首先，各高校當(dāng)前的應(yīng)用系統(tǒng)是獨(dú)立的，且為自主管理，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理，導(dǎo)致服務(wù)器利用率不均衡，為了實(shí)現(xiàn)各局域網(wǎng)之間數(shù)據(jù)量、響應(yīng)速度等的分別管理，從而建立私有云實(shí)驗(yàn)室。林瑜華[6]提出可以采用多點(diǎn)協(xié)作，以松散型為合作方式的模式來均衡現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行負(fù)載，充分利用協(xié)作管理程序。這將給高校數(shù)據(jù)資源共享筑造基礎(chǔ)環(huán)境區(qū)。王慶[7]總結(jié)了“云應(yīng)用”提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都是建立在擁有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)中心和高能服務(wù)器的基礎(chǔ)上，而這些服務(wù)器的空間功能主要體現(xiàn)在按需分配和按需回收數(shù)據(jù)兩方面上。此外，他還提出構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)來進(jìn)行大數(shù)據(jù)的整合、管理及更深層次的處理，如數(shù)據(jù)挖掘等。所以，數(shù)據(jù)中心必須要用相當(dāng)大的存儲(chǔ)空間來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，以有效避免以往常見的因服務(wù)器訪問量過多而崩潰的問題。

其次，當(dāng)前，應(yīng)用程序和軟件的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)并不統(tǒng)一，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而形成信息孤島。張偉[8]總結(jié)了因以往數(shù)據(jù)共享機(jī)制的獨(dú)立運(yùn)作使接口和運(yùn)行環(huán)境幾乎不能兼容的問題，這樣形成的數(shù)據(jù)資源孤島的數(shù)據(jù)共享率很低，著重強(qiáng)調(diào)了在云實(shí)驗(yàn)室中，各個(gè)資源模塊之間可以在沒有技術(shù)屏障的情況下，提供同樣的數(shù)據(jù)訪問接口及平臺(tái)架構(gòu)給所有終端用戶，使用者將能自由地訪問全部大數(shù)據(jù)資源。

最后，國(guó)家構(gòu)建高校間大數(shù)據(jù)資源共享機(jī)制的力度不夠，例如，教育部在“十五”期間開始建設(shè)“高等院校服務(wù)器設(shè)備和優(yōu)質(zhì)資源共享”公共服務(wù)系統(tǒng)體系，現(xiàn)已有上千臺(tái)大型服務(wù)器設(shè)備共享規(guī)模，但優(yōu)質(zhì)資源共享進(jìn)程相對(duì)滯緩[9]。王祖山[10]分析了現(xiàn)階段的公共服務(wù)體系，大數(shù)據(jù)共享機(jī)制對(duì)國(guó)內(nèi)高等院校教育教學(xué)共享體系的貢獻(xiàn)還明顯不夠。由此，國(guó)家教育部需要從實(shí)際出發(fā)，協(xié)調(diào)各方，著力創(chuàng)建更大更強(qiáng)的適應(yīng)高校教育發(fā)展的共享系統(tǒng)[11]。

綜上所述，在高等教育云實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享研究的問題上，大多數(shù)學(xué)者分別從多重角度展開了研究，研究范圍從國(guó)家到社會(huì)再到高校，研究的深度也從實(shí)踐的總結(jié)到結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，研究不斷深入。

要想建立數(shù)據(jù)教學(xué)資源共享機(jī)制，珠江學(xué)院必須從自身科研發(fā)展的具體特點(diǎn)和實(shí)情出發(fā)，確定科學(xué)的數(shù)據(jù)共建共享的發(fā)展方向和路線，以及如何以現(xiàn)已建成的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室作為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)來開展多元數(shù)據(jù)的挖掘和分析研究工作，探討各院系如何在數(shù)據(jù)資源共建共享工作中調(diào)整其角色定位，以協(xié)調(diào)其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享方面的利益，并協(xié)同構(gòu)建珠江學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)的共連共享機(jī)制，從而更好地服務(wù)于全校師生。

2 天津財(cái)經(jīng)大學(xué)珠江學(xué)院資源共享理論框架

數(shù)據(jù)的集成、管理、共享過程如圖1所示。

第一階段，利用珠江學(xué)院已有的云實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建獨(dú)立的云計(jì)算平臺(tái)，使珠江學(xué)院的教學(xué)樓、圖書館、機(jī)房等場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)桌面云化；第二階段，把珠江學(xué)院云實(shí)驗(yàn)室信息數(shù)據(jù)中心的所有程序和軟件移動(dòng)到桌面云平臺(tái)上；第三階段，在珠江學(xué)院云平臺(tái)上對(duì)教育教學(xué)的數(shù)據(jù)資源和程序應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一管理，構(gòu)成珠江學(xué)院獨(dú)有的云網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；第四階段，集成珠江學(xué)院、院系、專業(yè)的所有教學(xué)數(shù)據(jù)資源構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行上課教學(xué)、科研以及實(shí)踐的數(shù)據(jù)挖掘。

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在當(dāng)代社會(huì)的不斷發(fā)展，也為高等教育的高速發(fā)展提供了機(jī)遇。隨著“云計(jì)算”的不斷發(fā)展[12]，“云學(xué)習(xí)”應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)的出現(xiàn)能有力地減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)，不僅可以拓寬學(xué)習(xí)思路，還能開創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式。云學(xué)習(xí)是云計(jì)算應(yīng)用激發(fā)的基礎(chǔ)研究，其為當(dāng)代信息化教育的發(fā)展提出了全新的方向和發(fā)展理念。利用天津財(cái)經(jīng)大學(xué)珠江學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“珠江學(xué)院”）已建成的云實(shí)驗(yàn)室，可以將各種教育教學(xué)數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)資源進(jìn)行全面且高效的優(yōu)化重組和自由共享。

云實(shí)驗(yàn)室解決方案是從云實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和內(nèi)外相對(duì)接網(wǎng)絡(luò)部分的組成來處理問題的，核心是有效利用好桌面云這個(gè)基于虛擬化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的程序環(huán)境部分，使用戶能通過任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用所有平臺(tái)和應(yīng)用軟件。

3 珠江學(xué)院資源共享的實(shí)現(xiàn)存在的問題

如何利用已建成的珠江學(xué)院云實(shí)驗(yàn)室對(duì)教育教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、高效的整合處理、優(yōu)化重組，這對(duì)實(shí)現(xiàn)珠江學(xué)院數(shù)據(jù)共享起著關(guān)鍵作用。要想實(shí)現(xiàn)促進(jìn)珠江學(xué)院內(nèi)部的科學(xué)數(shù)據(jù)資源共享利用和增值服務(wù)的最終目標(biāo)，必須解決以下問題：①如何在不損害國(guó)家、學(xué)校、數(shù)據(jù)所有者利益和有效保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前提下實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的規(guī)范化有序搜集及管理；②如何科學(xué)地利用珠江學(xué)院已建成并投入使用的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教育教學(xué)數(shù)據(jù)的挖掘和數(shù)據(jù)分析；③要構(gòu)建珠江學(xué)院共享機(jī)制的具體藍(lán)圖。

4 珠江學(xué)院資源共享機(jī)制的實(shí)施方案

珠江學(xué)院通過云平臺(tái)可以把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源從軟件程序?qū)用嫜由斓接布Y源，可以通過云實(shí)驗(yàn)室工具、云計(jì)算模式將服務(wù)器的計(jì)算能力及存儲(chǔ)空間等硬件資源共享給在校師生。在此項(xiàng)技術(shù)的支持下，珠江學(xué)院可以實(shí)現(xiàn)不同院系教育教學(xué)資源的共享。為了高效運(yùn)用校園實(shí)驗(yàn)云環(huán)境來共享教學(xué)數(shù)據(jù)資源，珠江學(xué)院可以從以下幾方面著手。

4.1 建立開放共享機(jī)制

云計(jì)算服務(wù)模式的基礎(chǔ)是開放，是把數(shù)據(jù)資源從分散到整合的機(jī)制，這樣用戶在利用相對(duì)簡(jiǎn)易的硬件設(shè)備時(shí)就能便捷地使用和共享數(shù)據(jù)資源。但是，這種開放共享并非是無償使用的，其包括多種方式的共享，例如，互惠共享、有償使用。云實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的珠江學(xué)院同樣可以采用這些方式實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)資源共享，但著重鼓勵(lì)教師自主上傳教育教學(xué)課件和其他教學(xué)資源，這樣就能使學(xué)院減少一些直接購(gòu)置資源的成本。

4.2 堅(jiān)持分布與統(tǒng)一原則

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，“云計(jì)算”教育資源共享機(jī)制非常適用于“一個(gè)學(xué)校多個(gè)校區(qū)”“一個(gè)地區(qū)多個(gè)學(xué)?！奔啊按髮W(xué)城”等教育區(qū)域。在該環(huán)境下，珠江學(xué)院能和天津各高校不受時(shí)間限制和其他條件約束共享教育教學(xué)資源。這樣云計(jì)算數(shù)據(jù)中心可以統(tǒng)一部署于天津某一高校，利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享云服務(wù)平臺(tái)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開發(fā)和統(tǒng)一管理。

此外，在區(qū)域性高校教育教學(xué)資源共享云服務(wù)的SaaS應(yīng)用層構(gòu)建統(tǒng)一的共享系統(tǒng)，并于SaaS應(yīng)用層部署實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件資源池。而針對(duì)學(xué)院內(nèi)各院系的基本專業(yè)課和公共選修課等使用率較高的課程，統(tǒng)一購(gòu)置所需的資料和軟件，再相應(yīng)地一并安裝在學(xué)院云服務(wù)處理器上。

4.3 建設(shè)基于Web的教學(xué)共享系統(tǒng)，共享教學(xué)資源

實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源庫(kù)和索引目錄建立在SaaS應(yīng)用層，通過整合所有的公共選修課和專業(yè)選修課的實(shí)驗(yàn)情況，以及程序的資源使用說明材料和分析報(bào)告等實(shí)現(xiàn)。珠江學(xué)院的教師和學(xué)生可以方便地查看相關(guān)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，自主開展實(shí)驗(yàn)；利用學(xué)院已經(jīng)建成的大數(shù)據(jù)云環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)共享系統(tǒng)建立一個(gè)基于Web的實(shí)驗(yàn)教育環(huán)境，為教師服務(wù)。該系統(tǒng)可以創(chuàng)建一個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，自動(dòng)評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.4 組建珠江學(xué)院云環(huán)境數(shù)據(jù)資源共享實(shí)驗(yàn)部

數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中心的規(guī)劃與建設(shè)、云實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器的配置、珠江學(xué)院院系共享教育資源協(xié)調(diào)和教育資源共享管理方法制訂等一系列工作的順利開展是完成珠江學(xué)院教育教學(xué)數(shù)據(jù)資源高效共享的必要條件和有效保障。所以，組建珠江學(xué)院云環(huán)境教育教學(xué)數(shù)據(jù)資源共享實(shí)驗(yàn)部（或協(xié)作管理部）是非常有必要的，以便統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)珠江學(xué)院云環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)數(shù)據(jù)資源共享。

數(shù)據(jù)的集成、管理、共享過程如圖2所示。

4.5 區(qū)域類高等院校教學(xué)及資源共享云服務(wù)中心的建設(shè)

在建設(shè)好學(xué)院數(shù)據(jù)資源共享機(jī)制的同時(shí)，還要積極地與天津多所高校聯(lián)系和溝通，依托天津各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料來源，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)天津各高等院校教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源云服務(wù)中心，以實(shí)現(xiàn)天津市先進(jìn)的大數(shù)據(jù)教學(xué)教育資源的共享。該中心是整個(gè)區(qū)域類教育云服務(wù)建設(shè)的一部分，其一方面集中了資金購(gòu)置高端服務(wù)器集群，另一方面整合了天津市各高?，F(xiàn)存的大數(shù)據(jù)資源，能節(jié)省配置服務(wù)器的費(fèi)用和維護(hù)的成本，同時(shí)縮小占地面積，為達(dá)到節(jié)能環(huán)保這一可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)做出了卓越貢獻(xiàn)。天津各高等院?？梢酝ㄟ^統(tǒng)一的接口進(jìn)入該區(qū)域的高等院校云服務(wù)中心，取得相關(guān)的教育教學(xué)資源，并且可以通過這一平臺(tái)分享自己的特色資源。

5 結(jié)論

著力于搜集學(xué)院內(nèi)各院系的教育教學(xué)資料，利用珠江學(xué)院已建成的大數(shù)據(jù)云環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，搭建基于Web的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享系統(tǒng)，旨在服務(wù)于整個(gè)珠江學(xué)院師生的學(xué)術(shù)和科研活動(dòng)，完善全體師生的教學(xué)教育體驗(yàn)。珠江學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享體系的成功建立，不僅可以協(xié)調(diào)珠江學(xué)院各院系在教育教學(xué)資源共享方面上的利益，促進(jìn)科學(xué)數(shù)據(jù)資源共享利用和增值服務(wù)，也能為將來天津乃至全國(guó)區(qū)域性高校聯(lián)合數(shù)據(jù)資源共享奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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