基于活碼技術(shù)的高校智慧教育云平臺構(gòu)建研究

王輝 潘俊輝 王浩暢 張強 高新成

(東北石油大學(xué)計算機與信息技術(shù)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318)

1 教育云發(fā)展概況

1.1 國外教育云發(fā)展

德國于2009年發(fā)布了《信息與通信技術(shù)2020創(chuàng)新研究計劃》，強調(diào)“要推動云計算技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建全國互聯(lián)互通的智能網(wǎng)絡(luò)”。2010年，又發(fā)布了《信息與通信技術(shù)戰(zhàn)略：2015數(shù)字化德國》。

法國于2009年12月啟動了“未來投資計劃”，為保障云計算安全，整合了本國數(shù)字經(jīng)濟的眾多主要參與者，打造了具有自主產(chǎn)權(quán)的云計算項目。2011年，又啟動了支持教育云在高等教育中發(fā)展的高等教育云信息項目。

日本于 2010年開設(shè)的“內(nèi)田教育云服務(wù)”積極推進了教育云發(fā)展[5]。2011年，又制定了數(shù)字教科書計劃。

英國于2011年啟動了基于云計算資源池的“政府云戰(zhàn)略”。

美國于2011年發(fā)布了《創(chuàng)建高等教育云》，使得云計算在教育信息化中的應(yīng)用得到全面推動。之后，美國絕大多數(shù)地區(qū)都制定了教育信息化發(fā)展規(guī)劃，而移動學(xué)習(xí)技術(shù)逐漸成為各地區(qū)的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域[1]。相關(guān)教育云產(chǎn)品應(yīng)用成果主要包括取代傳統(tǒng)電子郵件的Google apps、面向全球用戶的公有云GIS平臺ArcGIS Online、高仿真的虛擬云終端實驗室Lab Central[2]等等 。

韓國于2011年提出的《智能教育推進戰(zhàn)略》全面推動了教育云在智能教育中的發(fā)展，并推行了電子教科書計劃。

新加坡于2011年開始部署建設(shè)下一代教育云計算數(shù)據(jù)中心，以進一步提升高等教育水平。

印度于2012年開始全面建設(shè)國家云計算平臺。

需要注意的是，采用機械育秧播種時，要提前準(zhǔn)備好一定數(shù)量的硬塑盤作為托盤周轉(zhuǎn)。播種前要反復(fù)調(diào)試，確認(rèn)好播種機的狀態(tài)，將托盤內(nèi)的底土厚度穩(wěn)定在2.0-2.5 cm；精確調(diào)整好育秧播種的種子數(shù)量，使其維持在合適的范圍內(nèi)；上層的覆蓋用土的厚度一般維持在0.3-0.5 cm，實際情況中，以看不見芽谷為宜等。

歐盟于2012年正式發(fā)布了啟動歐洲云計算戰(zhàn)略的《在歐洲釋放云計算潛能》報告，以協(xié)調(diào)各成員國的云計算發(fā)展規(guī)劃[3-4]。

1.2 國內(nèi)教育云發(fā)展

我國于2003年開始引入云計算，隨著教育信息化的推進，逐步形成了“政府政策支持、企業(yè)參與建設(shè)、學(xué)校持續(xù)使用”的發(fā)展機制[6]。2008年2月，我國第一個云計算中心在無錫建立。同年12月，黎加厚教授在中國教育技術(shù)協(xié)會年會上提出了“云計算輔助教學(xué)”和“云計算輔助教育”的概念。隨后，我國教育技術(shù)協(xié)會在全國教育領(lǐng)域內(nèi)開展了一系列“云計算輔助教學(xué)”的培訓(xùn)和評選活動，進一步推進了教育云的快速發(fā)展[7]。近幾年，我國相繼出臺了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011 — 2020年)》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010 — 2020年)》《中國教育現(xiàn)代化2030》《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018 — 2022年)》和《中國教育現(xiàn)代化2035》等文件，描繪了未來教育發(fā)展的圖景，明確了教育現(xiàn)代化戰(zhàn)略目標(biāo)、戰(zhàn)略任務(wù)和實施路徑，著重大力發(fā)展我國教育信息化建設(shè)，并先后在無錫、深圳、綿竹等地進行了應(yīng)用試點。隨后，各地“教育云”建設(shè)開始蓬勃發(fā)展，大量的教育云平臺開始服務(wù)于課堂教學(xué)和教育管理。

2 活碼技術(shù)及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 活碼技術(shù)

條碼技術(shù)是一種重要的圖形識別技術(shù)，條碼可以分為一維條碼和二維條碼。 一維條碼即條形碼，具有輸入速度快、準(zhǔn)確度高、成本低、可靠性強等優(yōu)點[8]。常用一維條碼的碼制包括EAN碼、交叉25碼、39碼、128碼、UPC碼、93碼、Codabar(庫德巴碼)和ISBN碼等，其應(yīng)用領(lǐng)域各有不同。 二維條碼即二維碼，是在一維條碼的基礎(chǔ)上擴展出另一維具有信息承載維度的條碼，采用特殊的幾何圖形，按照一定規(guī)律在幾何平面上(二維方向)分布而成。二維碼在代碼編制上巧妙地利用了構(gòu)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流概念，使用若干個與二進制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖像輸入或光電掃描等設(shè)備自動識讀，以實現(xiàn)信息的自動處理[9]。 與一維碼相比，二維碼具備更大的信息容量和更強的容錯能力，其常用碼制包括QR Code碼、Data Matrix碼、PDF417碼、MaxiCode碼、Code16K碼、Code One碼等。目前應(yīng)用較為廣泛的二維碼是由日本Denso公司研發(fā)的QR Code碼。QR Code的每個版本均具備各自固定的碼元結(jié)構(gòu)，從版本1到版本40，根據(jù)碼元不同最多能夠存儲7 089個數(shù)字，或4 296個英文字母，或2 953個8位字節(jié)，或1 817個漢字[10]。

活碼是二維碼的一種高級形態(tài)，其原理是通過短網(wǎng)址指向任意保存在云端的信息[11]。應(yīng)用活碼技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電話、文本、短信、郵件、名片、WiFi的二維碼生成，還可通過云技術(shù)實現(xiàn)文件、圖片、視頻、音頻的二維碼生成。與普通二維碼相比，活碼具有以下優(yōu)勢：存儲容量和內(nèi)容不受限制，圖案更簡單，且易掃描；具備一定的編輯功能，可以先印刷圖案再填寫內(nèi)容，也可隨時更改內(nèi)容；具備強大的統(tǒng)計分析功能，可實現(xiàn)對掃描效果的跟蹤?；畲a的應(yīng)用，進一步彌補了普通二維碼信息滯后、容量小等缺陷。

2.2 活碼技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展和5G移動時代的到來，手機、平板電腦等終端應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，二維碼技術(shù)在其發(fā)展過程中扮演著重要的角色。2013年，華東師范大學(xué)科研團隊構(gòu)建了基于二維碼技術(shù)的紙質(zhì)教輔書服務(wù)平臺，實現(xiàn)了紙質(zhì)教輔書和數(shù)字化教輔資源的無縫對接[ 8]。2016年，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報編輯部開始應(yīng)用基于二維碼技術(shù)的遠程采編系統(tǒng)，實現(xiàn)了紙質(zhì)文獻與電子文獻的對接[12]。二維碼技術(shù)在校園智能化管理[13]、數(shù)字圖書館[14]、儀器設(shè)備管理[15]及多媒體教學(xué)[16]等領(lǐng)域都有了較廣泛的應(yīng)用。近年來，二維碼技術(shù)在高校信息化建設(shè)中越來越受到重視，許多高校紛紛在各自的教育云平臺中嵌入移動終端客戶子系統(tǒng)，各類數(shù)字教輔資料、互動教育平臺、教育資源管理等都被賦予二維碼標(biāo)識，用以提供并適應(yīng)手持終端的服務(wù)。但這些應(yīng)用大多仍僅限于靜態(tài)二維碼技術(shù)，活碼技術(shù)的應(yīng)用還有待深入。

面對龐大的、實時更新的智慧教育云數(shù)字資源，應(yīng)用活碼技術(shù)提供便捷服務(wù)勢在必行。

3 智慧教育云平臺架構(gòu)

通過智慧教育云平臺，可對所有基礎(chǔ)信息進行統(tǒng)一管理和整合，合理分配，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在云平臺中，將各種教學(xué)應(yīng)用軟件、計算等服務(wù)推向云端，用戶只需通過賬號登錄平臺，便可享受到平臺上的全部資源。為保障智慧教育云平臺的信息安全，必須對用戶賬號進行高級別管理和認(rèn)證。為此，依托大慶教育管理公共服務(wù)平臺，構(gòu)建了一個豐富集成應(yīng)用、高效可行的智慧教育云平臺。此平臺分為6個中心，分別是安全認(rèn)證服務(wù)中心、數(shù)據(jù)資源中心、資源應(yīng)用中心、虛擬化服務(wù)中心、活碼管理中心、數(shù)據(jù)決策分析中心(見圖1)。

安全認(rèn)證服務(wù)中心，采用“二級簽發(fā)、三級服務(wù)”的電子認(rèn)證服務(wù)體系，可提供普通認(rèn)證和數(shù)字認(rèn)證登錄方式。

數(shù)字資源中心，可整合各類教育信息資源，建立信息資源庫，提供全局共享的數(shù)字資源。

資源應(yīng)用中心，可整合各類教育應(yīng)用系統(tǒng)，如數(shù)字圖書館、數(shù)字博物館等資源。

虛擬化服務(wù)中心，提供服務(wù)器虛擬化資源池和桌面云服務(wù)， 如通過運行虛擬機進行資源的管理和監(jiān)控，結(jié)合不同的應(yīng)用場景建設(shè)桌面云。

圖1 智慧教育云平臺架構(gòu)

活碼管理中心，可提供二維活碼的生成、內(nèi)容修改、識別及信息記錄與管理等。

數(shù)據(jù)決策分析中心，服務(wù)對象為教育云平臺所有用戶，提供全方位、多視角的決策分析服務(wù)，如教育均衡分析服務(wù)、教育數(shù)據(jù)分析服務(wù)等。

4 基于活碼的高校教育云平臺

4.1 活碼技術(shù)的教育云平臺設(shè)計思想

在高校教育云平臺中的關(guān)鍵內(nèi)容處，放置高度關(guān)聯(lián)的二維活碼。通過平臺認(rèn)證的用戶可以利用移動終端設(shè)備掃描二維活碼，快速訪問豐富且有針對性的高校教育云平臺數(shù)字資源，接受虛擬化服務(wù)；同時，數(shù)據(jù)決策分析中心可以根據(jù)活碼掃描提供的頻率、時間等用戶訪問數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，為用戶制定并推送個性化內(nèi)容。

4.2 活碼管理業(yè)務(wù)流程

傳統(tǒng)的教育云平臺注重教育資源的整合，而基于活碼技術(shù)的教育云平臺更注重信息獲取中的便捷性和靈活性，對活碼管理的要求更高。在基于活碼技術(shù)的教育云平臺中，一旦整合了新的教育資源，或提供了新的應(yīng)用服務(wù)，管理員就需要對是否配備活碼作出決策，并合理放置活碼供用戶使用。活碼管理業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

4.3 終端活碼應(yīng)用流程

用戶登錄教育云平臺或移動終端后，后臺會根據(jù)用戶使用日志、活碼掃描數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)決策等進行數(shù)據(jù)分析，為用戶匹配相關(guān)性較強的活碼資源，從而提供所需的個性化資源和虛擬化服務(wù)。終端活碼應(yīng)用流程如圖3所示。

圖2 活碼管理業(yè)務(wù)流程

圖3 終端活碼應(yīng)用業(yè)務(wù)流程

4.4 活碼應(yīng)用及構(gòu)建

隨著網(wǎng)絡(luò)接入條件的不斷改善和5G移動網(wǎng)絡(luò)時代的到來，隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)實，活碼的應(yīng)用也日漸成熟。在智慧教育云平臺中，活碼管理平臺配合短網(wǎng)址生成算法將需要的資源生成活碼，為后續(xù)教育資源拓展和更新提供數(shù)據(jù)支持?；畲a應(yīng)用分為生成內(nèi)容活碼和跳轉(zhuǎn)活碼兩大類。內(nèi)容型用戶正常登錄后，平臺將呈現(xiàn)圖4所示界面，界面右上角會顯示該用戶權(quán)限到期時間。用戶需要選擇一張背景圖片，填寫二維碼標(biāo)題及文本內(nèi)容，再選擇一款預(yù)置顏色，最后點擊右下角“下載二維碼”即可將二維碼圖片下載到硬盤上。跳轉(zhuǎn)型用戶正常登錄后，平臺將呈現(xiàn)圖5所示界面，界面右上角會顯示該用戶權(quán)限的到期時間。此時，用戶只需要填寫二維碼標(biāo)題及跳轉(zhuǎn)鏈接即可。

圖4 內(nèi)容活碼生成示意圖

圖5 跳轉(zhuǎn)活碼生成示意圖

5 結(jié) 語

根據(jù)國內(nèi)外教育云平臺發(fā)展概況，結(jié)合二維碼及其活碼特點的應(yīng)用，構(gòu)建基于活碼技術(shù)的高校智慧教育云平臺。此平臺的應(yīng)用，可使用戶根據(jù)活碼從教育云平臺中快速搜索和獲取到所需資源及虛擬化服務(wù)，有利于加強學(xué)生分散式網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)、情景學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。同時，也為管理者提供了可靠的活碼管理平臺，使管理工作更便捷、靈活，工作量大幅減少，工作效率隨之提高。