基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間設(shè)計

李景奇 程樊啟 管軍

摘要：隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，高?，F(xiàn)有的教務(wù)教學(xué)平臺越來越難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的需要，存在管理分散、資源分散、數(shù)據(jù)分散、信息化基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題。針對這些問題，作者通過對高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間和混合云技術(shù)的探討，構(gòu)建了基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺，并分析了其數(shù)據(jù)共享和混合云管理兩個關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：混合云;網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間;數(shù)據(jù)共享;個性化空間

中圖分類號：G40-057 ?文獻標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）02-0095-04

當(dāng)前，高校普遍建設(shè)有教務(wù)管理平臺、教學(xué)平臺，它們在實際教育教學(xué)中發(fā)揮著重要作用，但同時也存在一些問題，主要有：①管理分散。本科生、研究生、繼續(xù)教育學(xué)生等各類業(yè)務(wù)分隔，平臺隔離，各自為政。②資源分散。教務(wù)、教學(xué)和資源平臺相互獨立，教師需要登錄不同的平臺，上傳課件，設(shè)計課程資源，不但資源重復(fù)制作，而且浪費存儲資源。③數(shù)據(jù)分散。由于各類平臺不能統(tǒng)一管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和業(yè)務(wù)流程的規(guī)范性難以保證，無法實現(xiàn)全面的質(zhì)量管理、風(fēng)險把控、科學(xué)決策，難以發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。④信息化基礎(chǔ)設(shè)施不足。缺乏高速、高可用的網(wǎng)絡(luò)信息化基礎(chǔ)設(shè)施，訪問速度慢，用戶體驗不佳。這些問題都需要進一步研究和解決，以滿足個性化、網(wǎng)絡(luò)化教育發(fā)展的需求。[1]

基于此，本文提出基于混合云平臺，構(gòu)建支撐學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的綜合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，以提高師生網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體驗，支撐教學(xué)平臺和資源平臺的個性化推薦，實現(xiàn)校內(nèi)和校外的網(wǎng)絡(luò)課程聯(lián)動和管理。

● 高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間概念

高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間是在網(wǎng)絡(luò)信息化基礎(chǔ)環(huán)境支持下，支撐高校教育教學(xué)活動的虛擬化的學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的空間環(huán)境。高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間首先通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，集成各類相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)虛擬空間平臺，使得教師和學(xué)生能夠獲得和物理環(huán)境下相似的教學(xué)活動體驗。其次，進一步集成各類學(xué)習(xí)資源和教學(xué)平臺，構(gòu)造及時互動、隨時可得的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)工具庫和資源庫。

● 混合云技術(shù)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，云計算得到長足發(fā)展。作為信息化基礎(chǔ)設(shè)施，云計算設(shè)施一般包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等IT基礎(chǔ)資源，并要具備資源監(jiān)控、安全防護等功能。云計算按照提供主體可以分為公有云和私有云。公有云主要是提供通用性的云服務(wù)，具有強大的可拓展性;私有云主要是企事業(yè)單位建立的專用云服務(wù)，適合部署單位的核心業(yè)務(wù)，以及存儲敏感數(shù)據(jù)?；旌显苿t是將公有云和私有云結(jié)合起來的一種方式，旨在取兩者之長，既增強可拓展性也保證核心業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)的安全性。[2]采用混合云架構(gòu)，可以將部分基礎(chǔ)資源剝離到公有云中，降低在IT基礎(chǔ)資源方面的一次性投入，實現(xiàn)基礎(chǔ)資源的IT彈性配置，做到按需部署，按需投入，降低信息化投入成本。[3]

高校公有云應(yīng)用依托公有云提供商，提供校外信息基礎(chǔ)設(shè)施。對于學(xué)校而言，需要管理的主要是公有云服務(wù)器，能夠把公有云服務(wù)器納入到學(xué)校統(tǒng)一管理中來，以方便注冊、訪問、管理、備份和統(tǒng)計。高校私有云平臺是自建的云平臺，主要包括IDC機房環(huán)境、虛擬化平臺、存儲設(shè)備、高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機等。私有云平臺能夠方便地新建、管理和統(tǒng)計校內(nèi)虛擬云服務(wù)器，為學(xué)校各類業(yè)務(wù)提供計算和存儲資源。公有云平臺和高校私有云平臺共同構(gòu)成了高?；旌显骗h(huán)境。公有云服務(wù)器能夠提供公用網(wǎng)絡(luò)的高速訪問，高校私有云服務(wù)器可以方便地管理和自主供給。管理上，公有云服務(wù)器往往是根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制的虛擬機服務(wù)器，其管理權(quán)由建設(shè)公司掌握，校方需要在技術(shù)上將公有云服務(wù)器納入到混合云平臺統(tǒng)一管理。

對于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間而言，混合云技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢。依托公有云的高速訪問優(yōu)勢，可在訪問性能上解決校外訪問網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間速度慢的問題。特別是對并發(fā)性高、流量大、安全要求低的視頻資源，公有云部署也有利于資源共享和節(jié)約硬件投入成本。在各類資源中，視頻資源是占用空間最大、性能要求最高的資源，同時又是學(xué)習(xí)資源中最重要的資源。視頻資源的公有云化，可以最大限度地利用現(xiàn)有慕課、公開課、精品課等資源，節(jié)約課程資源制作成本。而且公有云資源共享也比較方便，特別適合校際合作。在安全性方面，私有云由于其管理的封閉性，安全性較高。核心數(shù)據(jù)庫存放在校內(nèi)私有云環(huán)境下，非核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可存放于公有云，提高數(shù)據(jù)的安全性。

● 基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間設(shè)計

1.設(shè)計思路

基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺首先要解決教師和學(xué)生如何利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺進行教與學(xué)的問題，其次需要解決如何實現(xiàn)混合云的部署以及混合云的統(tǒng)一管理的問題。因此，基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)的主要思路是：①利用公有云的高速訪問和彈性配置，支撐平臺建設(shè)和運行，解決訪問速度的問題。②利用私有云解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，將備份和核心數(shù)據(jù)存儲于私有云，進行教學(xué)大數(shù)據(jù)分析。③建設(shè)基于混合云架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和網(wǎng)絡(luò)資源平臺，同時構(gòu)建可視化的遠(yuǎn)程教學(xué)環(huán)境，全方位地支持遠(yuǎn)程教學(xué)。④高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺通過集成教務(wù)、教學(xué)、資源平臺的數(shù)據(jù)，個性化推薦學(xué)習(xí)方案，顯示學(xué)習(xí)計劃和進度，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

2.總體設(shè)計

基于混合云的高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間由基礎(chǔ)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間兩大部分構(gòu)成。公有云和私有云構(gòu)成的混合云平臺是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺的基礎(chǔ)環(huán)境，保證校內(nèi)校外學(xué)生訪問的高速度和高可用。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺由網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺、用戶個性化空間組成。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)，包括用戶管理、課程管理、課程設(shè)計、課程輔導(dǎo)、課件管理、課程資源、在線作業(yè)、在線考試、在線學(xué)習(xí)跟蹤、慕課制作支持等功能。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的核心，該平臺的重點在于支撐教學(xué)活動過程，特別是教師的課程教學(xué)。在線作業(yè)是教學(xué)的必備環(huán)節(jié)，通過在線作業(yè)，教師能夠快速地對學(xué)生進行形成性評價。在遠(yuǎn)程教育中，在線考試具有很大的需求。依靠人臉識別和數(shù)字視頻，可以構(gòu)造遠(yuǎn)程考試環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)資源平臺實現(xiàn)課程資源、視頻資源、慕課資源等學(xué)習(xí)資源的管理和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)資源平臺的資源包括自建資源和網(wǎng)絡(luò)資源。通過自建資源，學(xué)校可以自主開發(fā)適合本校實際的校本課程資源。通過網(wǎng)絡(luò)資源，能夠把網(wǎng)上的資源，通過管理員或教師的篩選，添加到資源管理平臺。資源管理平臺中的資源需要設(shè)置過期時間，以方便到期后的檢查和管理。

用戶個性化空間是指針對用戶的綜合展示空間，包括教師教學(xué)空間、學(xué)生學(xué)習(xí)空間和管理員管理空間。教師教學(xué)空間包括個人信息、我所教的課程、教學(xué)資源、教學(xué)通知、成績管理;學(xué)生學(xué)習(xí)空間包括個人信息、我所學(xué)的課程、課程資源、教學(xué)通知、學(xué)習(xí)進度、成績信息、教學(xué)大綱、學(xué)費信息等;管理員空間包括課程管理、教師管理、學(xué)生管理、教學(xué)計劃管理等。用戶個性化空間主要是具備用戶管理權(quán)限內(nèi)信息的集成，實現(xiàn)常用信息的一體化展示，同時具有各個入口的總集成，方便用戶跳轉(zhuǎn)到具體業(yè)務(wù)系統(tǒng)。具體業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括教學(xué)平臺和資源平臺，同時根據(jù)實際情況，能夠動態(tài)擴展。

其總體架構(gòu)如右圖所示。

高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間需要滿足師生網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的需求，滿足教學(xué)管理的需求，滿足統(tǒng)計、個性化推薦與管理、決策支持的需求。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，教學(xué)平臺可以支持各類教學(xué)活動，實現(xiàn)教學(xué)功能。從當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展來看，教學(xué)平臺支持的教學(xué)形式非常豐富，技術(shù)支持也較為有力。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺從資源管理上較為成熟，但其核心還是自建資源的管理，以及個性化推薦。另外，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中最具特色的難度較大的模塊是用戶個性化空間，在該空間中要把所有與該用戶有關(guān)的功能、管理統(tǒng)計信息、學(xué)習(xí)統(tǒng)計信息、學(xué)習(xí)推薦信息等集中于個人空間，集中展示。這是教學(xué)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和擴展，不但需要從管理上確定管理需求，還需要在使用中逐步調(diào)研教師和學(xué)生需求，集成更多的數(shù)據(jù)，展現(xiàn)更多的內(nèi)容。

在部署方式上，采用混合云方式部署，即同時部署于私有云和公有云，并統(tǒng)一管理。在數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)庫部署于私有云，保障數(shù)據(jù)的絕對安全，通過隧道技術(shù)，向公有云應(yīng)用服務(wù)器提供數(shù)據(jù)支持。在應(yīng)用層，同時部署于私有云、公有云應(yīng)用。此時可根據(jù)不同的需求，選擇各類應(yīng)用部署的不同方式。

3.關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)共享

在混合云環(huán)境下，公有云與私有云之間的數(shù)據(jù)交換成為關(guān)鍵技術(shù)之一。在理想環(huán)境下，公有云與私有云由于都可以在公共網(wǎng)絡(luò)上連通，數(shù)據(jù)共享與單一網(wǎng)絡(luò)下并無不同。但由于網(wǎng)絡(luò)安全的需要，數(shù)據(jù)共享需要采用嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全管理。因此，混合云下的數(shù)據(jù)存儲問題必須做到“高速訪問，安全可控”。為達(dá)到這一要求，有兩種方案可供選擇。

一是將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署于私有云上，通過專線與公有云網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺應(yīng)用服務(wù)器相連。這種方式能達(dá)到以上要求，但成本較高。

二是把數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署于公有云上，將共享數(shù)據(jù)的中間庫部署于私有云上，應(yīng)用服務(wù)器通過中間庫交換數(shù)據(jù)，同時對中間庫做嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全管控，使其僅應(yīng)用于公有云數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。該方案成本低，容易實現(xiàn)。缺點是教學(xué)空間平臺上的數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)安全問題依賴于公有云廠家。

（2）混合云管理

在混合云架構(gòu)下，將公有云服務(wù)器統(tǒng)一納入到混合云架構(gòu)中，這樣，對學(xué)校整體的云服務(wù)器資源能夠統(tǒng)一管理和統(tǒng)一規(guī)劃。而對于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺的應(yīng)用而言，則有兩種方案可供選擇。

一種是雙活模式，公有云和私有云環(huán)境中各部署一套，同時對外提供服務(wù)，當(dāng)訪問者來源于校外時，則訪問公有云服務(wù)，當(dāng)訪問者來源于校內(nèi)時，則優(yōu)先選擇校內(nèi)服務(wù)器。這樣，在校內(nèi)高速的局域網(wǎng)環(huán)境下，校內(nèi)用戶的訪問速度和體驗會更佳。

另一種是主備模式。在主備模式下，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺同樣在公有云和私有云環(huán)境中各自部署，但私有云環(huán)境僅提供對公有云環(huán)境的備份，只有在公有云環(huán)境不可用時，才由私有云環(huán)境提供支撐。這種方式相對而言成本低，容易實現(xiàn)。

● 結(jié)語

基于混合云的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺，在教學(xué)應(yīng)用上提高了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的可擴展性，可以引入更多的公有云產(chǎn)品和工具來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的功能，豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)工具。同時，在底層平臺上，也發(fā)揮了公有云和私有云兩類云平臺的優(yōu)勢，擴展了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間平臺的技術(shù)基礎(chǔ)，提高了平臺的可用性和便捷性，并同時保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

參考文獻：

[1]周明華，王永楠，李德寶.基于混合云架構(gòu)的教學(xué)平臺構(gòu)建與應(yīng)用[J].在線學(xué)習(xí)，2020，62（08）：73-75.

[2]陳冬林，付敏，陳玲.基于混合云的高校實驗教學(xué)平臺建設(shè)模式研究[J].實驗技術(shù)與管理，2013（05）：63-66.

[3]韓兵，李東明.基于混合云技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息化平臺架構(gòu)的研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2020，42（06）：693-698.

作者簡介：李景奇（1980.12—），高級工程師，在讀博士，主要研究方向為數(shù)字校園、信息管理。

基金項目：江蘇省高等學(xué)校教育技術(shù)研究會重點課題“基于D&M模型的高校信息化學(xué)習(xí)空間建設(shè)研究”（2019JSETKT003），全國職業(yè)教育教師企業(yè)實踐基地“產(chǎn)教融合”專項課題研究項目“人工智能職業(yè)技能等級評價標(biāo)準(zhǔn)研究”，江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究智慧校園專項重點課題“產(chǎn)教融合人工智能職業(yè)技能等級評價體系研究”（2020-R-84366），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目（B200207073）。