基于虛擬化的慕課（MOOCs）平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

任海鵬 孫宇 張婷婷

摘要：慕課是應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，在近年來(lái)大規(guī)模開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)在線課程，即MOOC。而慕課平臺(tái)的產(chǎn)生，是云計(jì)算大數(shù)據(jù)環(huán)境下慕課建設(shè)和推廣的重要組成部分。慕課（MOOCs）在一定程度上改善了學(xué)習(xí)和教育資源，但也有一些不足需要改進(jìn)。對(duì)虛擬化的慕課平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，有利于慕課（MOOCs）為缺乏資源的學(xué)習(xí)者和工作者提供更加便捷的學(xué)習(xí)途徑。

關(guān)鍵詞：慕課在線教學(xué)；虛擬技術(shù)；慕課平臺(tái)；慕課平臺(tái)的便捷

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）16-0148-02

Research on the Application of Virtual Reality Technology in Modern Education

REN Hai-peng， SUN Yu， ZHANG Ting-ting

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical The Department of Information Engineering，Wuhu 241002， China）

Abstract： For class is the application of virtual simulation experiment teaching means， the massive open online course in recent years， or MOOC. And of course platform， cloud computing is big data environment for the class is an important part of the construction and promotion. For class （MOOCs） to a certain extent， improve the learning and education resources， but there are some deficiencies need to improve. Longed for class platform architecture design of virtualization， longed for class （MOOCs） is a lack of resources and learner and worker to provide more convenient way to learn.

Key words： for class online teaching； Virtual technology； For class platform； Of course platform is convenient

相對(duì)于傳統(tǒng)課堂的封閉性，慕課（MOOCs）的產(chǎn)生使更廣泛、更多的學(xué)生、學(xué)習(xí)工作者杰克參與在線慕課。慕課平臺(tái)使學(xué)習(xí)者自主完成學(xué)習(xí)過(guò)程，使得現(xiàn)代化教育更加便捷。而今，很多慕課平臺(tái)能夠免費(fèi)給大眾提供不同教育水平的在線教育課程[1]。伴隨著慕課教學(xué)的發(fā)展，我們不僅要為其不斷優(yōu)化、增添新的功能，還要注意和認(rèn)識(shí)到這一事物發(fā)展的全過(guò)程[2]。

1 慕課平臺(tái)發(fā)展背景及現(xiàn)狀

早在2012年，查爾斯河兩岸的兩所高等學(xué)府就聯(lián)手創(chuàng)建了一個(gè)在線大規(guī)模開(kāi)放的在線教育課程平臺(tái)，這一慕課平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)功能在于，它能夠免費(fèi)給大眾提供大學(xué)教育水平的在線教育課程，并已具備基本的在線教育網(wǎng)站功能[3]。這一平臺(tái)在2013年7月公布了其代碼，至2016年10月，漸漸的已有63個(gè)來(lái)自世界各地的開(kāi)發(fā)者參與其中，并為其不斷增添新的功能[4]?；蛟S也正是基于這一平臺(tái)的資源開(kāi)源性和免費(fèi)性，很快受到了國(guó)內(nèi)眾多高校的青睞和贊賞，因而成為眾多高校的慕課搭建平臺(tái)。仿真虛擬教學(xué)伴隨著科學(xué)技術(shù)地發(fā)展和“三網(wǎng)合一”地發(fā)展，以及城域直連WiFi、無(wú)線4G網(wǎng)絡(luò)的推進(jìn)和移動(dòng)終端的普及，為慕課在線教育提供了有效的途徑和保障[5][6]。而國(guó)家也在“十三五”時(shí)期大力鼓勵(lì)各高校建立創(chuàng)建有自主特色的慕課（MOOCs）教育平臺(tái)。

2 基于虛擬化的慕課（MOOCs）平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

仿真虛擬慕課平臺(tái)能夠憑借其工具資源的多元化、課程的豐富性、受眾面的廣泛、自主參與性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在教育界蓬勃興起[7]。目前發(fā)展起來(lái)的慕課平臺(tái)，既解決了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在資源約束和教育成本方面的成本，又能夠使學(xué)生可以不受地域時(shí)空的限制通過(guò)在線課程學(xué)習(xí)，更直觀和方便地進(jìn)行信息獲取、展示和交互。

2.1服務(wù)器虛擬化

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（簡(jiǎn)稱VR）是通過(guò)計(jì)算機(jī)集成技術(shù)模擬虛擬三維空間，將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，提供一個(gè)實(shí)時(shí)虛擬的環(huán)境，讓服務(wù)器之間不在受限于物理上的距離，而是讓計(jì)算機(jī)的硬件與軟件結(jié)合。服務(wù)器虛擬化技術(shù)不但能很好的提高資源利用率、還能進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器之間的整合，對(duì)整個(gè)IT業(yè)務(wù)行業(yè)更具有適應(yīng)性力的科學(xué)技術(shù)。在虛擬世界里存在著眾多的虛擬化對(duì)象，不僅存在于對(duì)象的眾多這一因素，還有層次和結(jié)構(gòu)較為繁雜的特點(diǎn)。但服務(wù)器虛擬化通過(guò)對(duì)捕獲的各類(lèi)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的建模，是以三維虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景來(lái)呈現(xiàn)出來(lái)的。

下面介紹幾種虛擬技術(shù)：

①全虛擬化

這種全虛擬化技術(shù)由服務(wù)器操作系分配服務(wù)器資源 ，再將分配到服務(wù)器的資源分配給運(yùn)行在其上的VM操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

②半虛擬化半虛擬化是直接位于服務(wù)器的硬件之上 ，而不需要事先安裝服務(wù)器操作系統(tǒng) ，可直接來(lái)控制服務(wù)器硬件的性能比全虛擬化平臺(tái)要好的一種架構(gòu)。

③OpenedX 平臺(tái)架構(gòu)

OpenedX 平臺(tái)由課程管理等多個(gè)模塊組成 ，含有60余個(gè)基本功能的模塊 。本文采用半虛擬化技術(shù)作為OpenedX 慕課平臺(tái)的服務(wù)器虛擬化技術(shù)方案 。為了避免發(fā)生大量用戶涌入而導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓問(wèn)題 ，還對(duì) OpenedX 慕課平臺(tái)架構(gòu)實(shí)行分布式的管理?；诎胩摂M化的 OpenedX 慕課平臺(tái)架構(gòu)和模式（參見(jiàn)圖1和圖2）。

④慕課平臺(tái)的虛擬化：相對(duì)于傳統(tǒng)慕課平臺(tái)來(lái)說(shuō)，其軟件與硬件要緊密結(jié)合才能操作成功，平臺(tái)內(nèi)的虛擬機(jī)可以如同真實(shí)的機(jī)器一樣運(yùn)行計(jì)算機(jī)軟件。虛擬器的服務(wù)層是從低到高由硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序三部分組成的，在每臺(tái)虛擬硬件機(jī)器上都需要對(duì)應(yīng)安裝一個(gè)對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)，使得每個(gè)操作系統(tǒng)都能夠?qū)?yīng)部署一個(gè)應(yīng)用程序。在虛擬化技術(shù)出現(xiàn)不久后，包含操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的嚴(yán)密隔離的軟件容器“虛擬機(jī)"就出現(xiàn)了（參見(jiàn)圖3）。綜上我們知道，在一臺(tái)服務(wù)器上可以有很多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行，且每個(gè)虛擬機(jī)也都可以是完全相對(duì)隔離和獨(dú)立的個(gè)體。什么是虛擬機(jī)呢？虛擬機(jī)是對(duì)真實(shí)計(jì)算環(huán)境的抽象和模擬，由此可見(jiàn)，這就必需要為每一個(gè)虛擬機(jī)提供一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理與此相適應(yīng)的狀態(tài)。利用硬件設(shè)施，來(lái)輔助處理指令以實(shí)現(xiàn)慕課平臺(tái)的虛擬化。利用虛擬化軟件層，可將虛擬機(jī)與主機(jī)分離，并根據(jù)所需要為每個(gè)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)來(lái)分配計(jì)算資源。

2.2平臺(tái)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

①慕課采用桌面虛擬化架構(gòu)，主要技術(shù)就是服務(wù)器仿真模擬化。虛擬化技術(shù)是一種快速發(fā)展的資源管理技術(shù)，它可以將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源通過(guò)抽象轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)出來(lái)，然后靈活分配到應(yīng)用系統(tǒng)上。最后在原有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上面打破實(shí)體間的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使用戶以實(shí)現(xiàn)到用快捷、靈活的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。服務(wù)器虛擬技術(shù)體現(xiàn)了對(duì)眾多資源的整合，有使運(yùn)用成本降低和利用效率提高等優(yōu)勢(shì)。

②虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生及學(xué)習(xí)者獲取相關(guān)知識(shí)必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的一個(gè)重要手段。慕課平臺(tái)構(gòu)架的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，就可以滿足相關(guān)要求，能實(shí)現(xiàn)支持多用戶同時(shí)在線操作時(shí)的遠(yuǎn)程實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。用戶界面：虛擬實(shí)驗(yàn)信息展示平臺(tái)；事件處理器；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；圖形引擎；物理引擎；燈光引擎；邏輯處理引擎。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)際是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的虛擬。這是一種運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)允許根據(jù)平臺(tái)上的資源，自由任意搭建理想合理的實(shí)驗(yàn)，而這也是虛擬平臺(tái)相對(duì)于一般實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要特征。

2.3教學(xué)案例應(yīng)用

不少國(guó)內(nèi)專家學(xué)者也從多個(gè)角度對(duì)提升慕課質(zhì)量等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并針對(duì)我國(guó)不同教育模式的特征，提出相應(yīng)的認(rèn)證機(jī)制和制定意見(jiàn)。郭沫含，馬卓對(duì)國(guó)外慕課教育的案例分析，分析國(guó)外慕課教學(xué)案例，為我國(guó)高校開(kāi)展慕課教學(xué)工作提供了參考依據(jù)。采用案例和文獻(xiàn)分析，對(duì)曼徹斯特大學(xué)、危地馬拉伽利略等大學(xué)的慕課教學(xué)情況進(jìn)行了分析，指出在慕課教學(xué)中，存在完成率較低、學(xué)習(xí)證書(shū)可信度低和學(xué)識(shí)身份模糊等問(wèn)題。邱均平，歐玉芳通過(guò)構(gòu)建慕課質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，幫助公眾對(duì)具體慕課課程做出較為客觀的評(píng)價(jià)。從而使研發(fā)者更加注重于提高慕課授課質(zhì)量方面的架構(gòu)選擇；林萍，陳永明則結(jié)合國(guó)內(nèi)外慕課精品課的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，從另一個(gè)角度指出了我國(guó)慕課教育在發(fā)展過(guò)程中的一些優(yōu)勢(shì)和局限。不斷地將慕課在線教學(xué)模式慢慢融入于應(yīng)用型本科大學(xué)教學(xué)之中，也能提高應(yīng)用型大學(xué)的教育現(xiàn)代化水平也將有利于大學(xué)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

3 結(jié)論與展望

為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，慕課（MOOCs）平臺(tái)大規(guī)模在線教育的探究將有利于在線教育的發(fā)展，一定程度上有利于促進(jìn)教育公平和社會(huì)隱性資源的共享。對(duì)虛擬化的慕課平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，有利于慕課（MOOCs）為缺乏資源的學(xué)習(xí)者和工作者提供更加便捷的學(xué)習(xí)途徑。相信不久之后，通過(guò)對(duì)慕課（MOOCs）平臺(tái)構(gòu)架的探索，能夠極大的整合好慕課平臺(tái)上的資源，提高服務(wù)器效率，慕課平臺(tái)在線教育再上一個(gè)臺(tái)階。

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