基于云計算的高校青年教師O2O學習私有云平臺構(gòu)建

摘 ?要： 在云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的推動下，高校面向?qū)W生的實踐教學得到顯著發(fā)展。與此同時，高校青年教師培訓仍以傳統(tǒng)授課模式為主，重理論、輕實踐，青年教師參與功利性日漸明顯。針對這一現(xiàn)狀，提出了基于云計算的高校青年教師學習私有云平臺，創(chuàng)立了一種O2O青年教師培養(yǎng)體系。實踐表明，該平臺能有效提升青年教師教學技能水平。

關(guān)鍵詞： 云計算;O2O;私有云;教師教育;青年教師學習系統(tǒng)

中圖分類號： TP393 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.12.011

本文著錄格式：杜坤. 基于云計算的高校青年教師O2O學習私有云平臺構(gòu)建[J]. 軟件，2019，40（12）：4650

Construction of O2O University New Faculty Development

System Based on Private Cloud Platform

DU Kun

（College of Education Science and Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

【Abstract】： Promoted by cloud computing， mobile internet and virtual reality technology， the practical teaching for students has significantly developed in colleges and universities. Meanwhile， it is still adopting the traditional teaching mode in the new faculty training for the young teachers， for example overstressing theory but neglecting skill and so on. To address the problem， this paper proposes O2O new faculty development system for the young teachers based on the private cloud platform. The experiment shows that the new platform can improve the young teachers teaching skill effectively.

【Key words】： Cloud Computing; Online to offline; Private cloud platform; Teachers education; New faculty development System

0 ?引言

在知識經(jīng)濟主體地位凸顯的今天，創(chuàng)新能力培養(yǎng)在高等教育體系中扮演極為重要的角色。在此背景下，教育信息化作為創(chuàng)新能力的催化劑，越來越多地影響著高校教學環(huán)節(jié)的各個層面。隨著教育信息化的深入發(fā)展，云計算技術(shù)由于其按需定制方案、個性差異化服務(wù)等特點被教育領(lǐng)域廣泛關(guān)注和積極應(yīng)用。

根據(jù)CNKI檢索可見，近年來云計算技術(shù)在高等教育領(lǐng)域的運用多集中在計算密集的科研平臺、存儲海量的資源備份平臺、以及面向?qū)W生的在線教

學平臺三個方面，而針對“云計算+教師學習發(fā)展”的實踐研究鳳毛麟角[1-3]。以此為著眼點，本文基于云平臺框架，結(jié)合高校教師學習工作的特點，嘗試構(gòu)建一種適合高校教師，特別是青年教師的O2O（online to offline）學習發(fā)展體系[4]。通過實踐，這種實踐體系能夠積極高效地提升青年教師教學水平、促進廣大教師教學模式多樣化生態(tài)的形成，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

1 ?私有云平臺框架

“云”的實質(zhì)就是網(wǎng)絡(luò)，云計算技術(shù)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計算方式。云計算技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)連接的大量IT資源進行更靈活、高效的統(tǒng)一部署，任務(wù)被分布在共享計算資源池中，并根據(jù)需要獲取如計算力、存儲空間、軟件等交互式應(yīng)用服務(wù)。用戶和應(yīng)用之間不受時空限制，用戶可以通過各種終端在任意位置登錄云端獲取服務(wù)[5-6]。云平臺的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ?云計算網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

Fig.1 ?Cloud computing network topology

顯而易見，云計算并不是一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是一種新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用理念。其核心概念是以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供云端快速安全的計算和存儲服務(wù)。相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，云計算技術(shù)具有以下多種特點[7-8]：1.虛擬化：物理平臺和應(yīng)用部署的環(huán)境在空間上么有任何聯(lián)系，用戶可以隨時隨地運用任意設(shè)備登錄云端;2.動態(tài)可擴展、按需服務(wù)：用戶可以根據(jù)需求部署云服務(wù)功能，提升計算能力，實現(xiàn)對已有業(yè)務(wù)以及新業(yè)務(wù)的擴展;3.高可靠性：單點服務(wù)器故障不會影響計算與應(yīng)用的正常運行，可以通過虛擬化技術(shù)將分布在不同層面的應(yīng)用進行恢復或利用動態(tài)擴展功能部署至新的服務(wù)器進行計算;4.高靈活性、通用性：絕大多數(shù)IT資源，軟件、硬件都可以支持虛擬化，云系統(tǒng)資源池具有極強的兼容性。

從用戶使用角度，云平臺可以分為公有云、私有云和混合云三種[9]。公有云用戶通過互聯(lián)網(wǎng)從提供商處購買使用云端的計算和存儲服務(wù);私有云整體部署在區(qū)域防火墻內(nèi)部，資源服務(wù)也僅提供給區(qū)域內(nèi)部人員使用。從技術(shù)角度，云計算一般分為三個基本技術(shù)層面，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層（IAAS，infrastructure as a service），管理平臺層（PAAS，platform as a service）和軟件服務(wù)層（SAAS，software as a service）。理論上三種服務(wù)層面都可以被系統(tǒng)終端設(shè)備所訪問。實際中云計算技術(shù)層面架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 ?云計算技術(shù)層面架構(gòu)圖

Fig.2 ?Cloud computing technology

level architecture diagram

作為校園網(wǎng)教育云的典型應(yīng)用，高校教師學習平臺需要高速的網(wǎng)絡(luò)帶寬和強大的安全性保障。因此，利用私有云技術(shù)在校園網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建教師學習平臺，能夠有效利用私有云安全性強、高校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源豐富的特點，高質(zhì)量地獲取云服務(wù);與此同時，基于openstack[10]的開源解決方案，使用成本低廉，代碼工作量低，可擴展性強，比較符合高校內(nèi)部云服務(wù)的需求。綜合以上，本文擬采用基于openstack的私有云計算架構(gòu)建造高校教師學習云平臺。

2 ?O2O教師學習平臺建設(shè)思路

信息科學的迅猛發(fā)展，教育信息化規(guī)模的蓬勃壯大，促使越來越多的新技術(shù)被運用到高校教學實踐中來。然而國內(nèi)針對高校青年教師開展的培訓與學習，仍以入職首年利用節(jié)假日時段參加省市級聯(lián)合舉辦的教育學相關(guān)課程培訓為主。筆者通過對江蘇省高校青年教師培訓的調(diào)研，分析得到現(xiàn)有師資培訓具有以下幾個劣勢：

2.1 ?青年教師缺乏教學經(jīng)驗，教學技能嚴重不足

近年來，高校擴招使得高等教育實現(xiàn)從精英教育到大眾教育的轉(zhuǎn)變。大學生人數(shù)逐年增加，高校青年教師的招聘人數(shù)也不斷攀升。高校新入職專任教師多為國內(nèi)外高校的應(yīng)屆博士畢業(yè)生，高校招聘條件更多關(guān)注教師的科研能力，教學水平考查甚少。青年教師缺乏甚至毫無教學經(jīng)驗，教學技能嚴重不足;

2.2 ?青年教師培訓參與度低，學習時間少

從學生到教師角色的轉(zhuǎn)變的不適應(yīng)，崗位職責帶來的壓力，繁雜的工作內(nèi)容賦予的責任，使得多數(shù)青年教師很難保證每次固定時段培訓的出勤率，更遑論投入大量的時間和精力進行相關(guān)知識學習，培訓效果不容樂觀;

2.3 ?培訓教材偏重傳統(tǒng)理論，與實際結(jié)合不緊密

教學是一項人與人交互的實踐活動，而傳統(tǒng)的師資培訓內(nèi)容多以教育學、教育心理學等相關(guān)傳統(tǒng)理論為主，對于缺乏教學經(jīng)驗的青年教師而言，不能將理論與實際工作相結(jié)合，理論知識難以得到真正的消化和理解;

2.4 ?信息化教學方式涉及少，與當前實際教學模式脫節(jié)

為了更好地調(diào)動學生學習的主觀能動性，當下各高校大力發(fā)展各種信息化教學的普及工作，從慕課、微課，到云端智慧課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等等，不一而足。然而針對信息化教學應(yīng)該采用的教學方法和教學模式，在青年教師師資培訓中很少涉及，不利于高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)師資隊伍的建設(shè)。

可以看出，針對以上問題只有利用工作之余的碎片時間，只有在培訓過程中兼顧理論與實踐的結(jié)合，才能使青年教師真正從培訓中汲取教學技能，達到豐富教學經(jīng)驗，提升教學水平的目的。為了實現(xiàn)上述目標，將理論知識相關(guān)MOOC視頻、教學實踐所需硬件、軟件資源放諸云端，絕大多數(shù)學習活動都在線上完成。這樣，不同青年教師可以根據(jù)自己的實際情況自行選擇學習方式和內(nèi)容，對于知識點的討論和互動也主要在線上進行;培訓教師在線下主要負責對青年教師學習內(nèi)容的布置和方法的引領(lǐng)，以及舉辦多樣的教學實踐活動，讓青年教師互為師生，為對方的試講進行點評，共同提高等。線上線下相結(jié)合，線下成為線上學習的“實踐田”，最終創(chuàng)新融合，實現(xiàn)青年教師從入門到深化再到提高，逐步形成自己獨到教學方法的目的，整體學習模式如圖3所示。

圖3 ?O2O三段式學習模式圖

Fig.3 ?O2O three-stage learning mode diagram

具體而言，入門階段，offline培訓老師對教師

職業(yè)基本標準和要求進行引導性的講解，完成把被培訓者“領(lǐng)進來”的任務(wù)。青年教師online自主靈活完成基礎(chǔ)性理論MOOC學習，和培訓老師以及同學可以在線上進行知識的非實時討論和交流，彼此促進知識的理解;深化階段，online青年教師可以選擇交互式實踐模塊進行學習，例如基于虛擬現(xiàn)實軟件的教師試講等，offline培訓教師可以根據(jù)online青年教師試講情況，有針對性地選擇部分青年教師進行現(xiàn)場授課，培訓者與被培訓者一起研討授課中普遍存在的問題和閃光點，加快共同進步;經(jīng)過多次online“理論學習+軟件模擬+討論交互”，輔以offline實踐點評，每位老師都能融合創(chuàng)新，培養(yǎng)出符合本人特色的教學方法。整個學習過程中，被培訓者的學習絕大多數(shù)通過云平臺完成，青年教師可以利用自己的碎片時間隨時隨地采用各種終端設(shè)備獲取云端教學視頻、虛擬仿真軟件、在線交流、個性化學習等多種服務(wù)，同時形式多樣的學習資源也能夠有效提升被培訓者的學習興趣，線下實踐活動只需要占用青年教師很少的時間。顯然，這種基于云平臺的O2O學習模式實現(xiàn)了學習環(huán)境的云化、實踐考核的過程化、學習終端的移動化以及物理設(shè)備的池化，完美地解決了原培訓方式理論實際脫節(jié)、理論知識枯燥、被培訓者參與時間不足等問題，青年教師教學技能真正得以鍛煉和提高。

3 ?基于openstack的青年教師學習云平臺構(gòu)建

從以上分析可知，本云計算平臺為教師理論和實踐學習提供實驗環(huán)境和展示服務(wù)，需要能根據(jù)用戶需求創(chuàng)建實踐環(huán)境，并對資源分配和使用進行有效管控。為此，云平臺設(shè)計過程中要遵從以下設(shè)計目標：（1）重構(gòu)硬件資源，建立符合規(guī)范的資源池，保證學習資源接入的標準化，以便學習資源可以跨平臺共享;（2）確立良性的資源調(diào)度方案，做好滿足用戶使用和實現(xiàn)資源最大利用的平衡;（3）對教師學習過程數(shù)據(jù)做高效存儲。

此處選擇基于“IBM OpenStack Solution for System X”云平臺解決方案進行構(gòu)建[11]。OpenStack云平臺的構(gòu)建可以采用腳本安裝、源碼安裝或者借助自動化部署工具快速安裝等方式完成。私有云一般只提供SAAS和IAAS服務(wù)，前者包含理論、實踐、流媒體、交互等應(yīng)用，后者提供網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源。本方案提出的私有學習平臺模型如圖4所示。

物理設(shè)備層主要包含服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、計算以及安全設(shè)備。針對本方案搭建的云平臺物理節(jié)點選用PC Server。服務(wù)器資源選擇計算型服務(wù)器，提供足夠的虛擬機性能;存儲設(shè)備選用存儲型服務(wù)器，每個節(jié)點配備大容量硬盤，實現(xiàn)分布式存儲系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)與安全設(shè)備分別選用10G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和1G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖4 ?基于openstack的教師學習私有云架構(gòu)圖

Fig.4 ?Teacher-based private cloud architecture diagram based on openstack

本方案采用全面虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)全盤虛擬化，以滿足上層云服務(wù)的需求。計算虛擬化使用KVM技術(shù)達成，采用Ceph分布式文件技術(shù)實現(xiàn)存儲虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化采用千兆網(wǎng)絡(luò)與Vlan配合的模式。

云服務(wù)管理層利用Openstack實現(xiàn)資源自動管理和動態(tài)分配。根據(jù)用戶需求定制虛擬架構(gòu)，包括服務(wù)器的配置、數(shù)量、存儲大小等，在使用結(jié)束后完成資源自動回收。用戶通過各種終端交互界面提出業(yè)務(wù)請求，應(yīng)用業(yè)務(wù)請求生命周期由云平臺控制，從而降低業(yè)務(wù)運行成本。

4 ?教師學習云平臺應(yīng)用實例

基于openstack的O2O教師學習私有云平臺運用了云計算、虛擬仿真等多項技術(shù)，實際應(yīng)用中承載了如下實踐成果：

4.1 ?教學基礎(chǔ)視頻資源

枯燥深奧的教育學理論不便于青年教師進行學習，本云平臺上載了一系列與現(xiàn)代高校教學實際相結(jié)合的培訓視頻，幫助青年教師更好地理解基本原理。其中包括MOOC相關(guān)教育技術(shù)、教學案例和策略、Office等工具使用、本校教學網(wǎng)的使用、教學方法系列介紹、助教教學技能培訓等;

4.2 ?青年教師微格教學

讓青年教師選擇自己熟悉的學科內(nèi)容，進行一次線上15-20 mins的課堂教學模擬授課，由專家和其他青年教師進行線上分析和反思，幫助教師改進教學方法;

4.3 ?視頻會議系統(tǒng)

線上視頻教學系統(tǒng)，適用于青年教師之間、培訓老師和部分青年教師之間進行線上實時討論交流，滿足影像和聲音的交互通訊和遠程教學需要的所有功能。不但具有程序共享、桌面共享、電子白板、文件分發(fā)、文件傳送等超強數(shù)據(jù)功能，還可以同步錄制上傳在線交流內(nèi)容至云端以供后期查閱瀏覽。

4.4 ?基于虛擬現(xiàn)實的教學技能訓練系統(tǒng)

針對具體教學技能訓練內(nèi)容，運用基于虛擬現(xiàn)實的仿真軟件構(gòu)建虛擬教室和虛擬學生，建立與真實環(huán)境高度相似的虛擬空間。云端虛擬現(xiàn)實教學技能訓練系統(tǒng)如圖5所示。

5 ?結(jié)語

借助云計算技術(shù)和線上線下結(jié)合的理念，實現(xiàn)高校青年教師學習發(fā)展云平臺的構(gòu)建。該平臺采用低成本高回報的私有云解決方案，有效緩解了傳統(tǒng)

師資培訓重理論學習輕能力培養(yǎng)、青年教師培訓功利性日漸明顯等問題，為建立具有持續(xù)性的青年教師培養(yǎng)體系打下堅實的基礎(chǔ)。

圖5 ?基于虛擬現(xiàn)實的教學實踐系統(tǒng)

Fig.5 ?Teaching practice system based on virtual reality

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