云存儲環(huán)境下數(shù)據(jù)庫課程資源共享平臺框架模型研究

袁競

（常州開放大學(xué)，江蘇 常州 213001）

1 引言

數(shù)據(jù)庫課程是計算機專業(yè)課程中一門兼具理論與實踐的課程，受到各大高校的重視，為其建設(shè)了相關(guān)的精品課程網(wǎng)站、課程資源庫等。但這些課程資源或多或少都存在著某些問題，如課程資源種類比較單一、缺乏師生交互手段、課程資源品質(zhì)參差不齊、存在重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象等。為此，這些課程資源在實際的使用過程中難以充分發(fā)揮作用，使得數(shù)據(jù)庫課程成為計算機專業(yè)中擁有較多課程教學(xué)資源，但依然是學(xué)生難以掌握理論、精通操作的專業(yè)課程。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，云計算技術(shù)逐漸走入人們的工作、生活與學(xué)習，云計算的衍生技術(shù)——云存儲亦成為關(guān)注熱點。云存儲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為教育教學(xué)資源的共享與整合提供了可能性，利用云存儲技術(shù)搭建課程資源的存儲、共享與服務(wù)平臺，一方面能夠豐富課程資源的類型，解決課程資源重復(fù)建設(shè)的問題，在存儲課程資源的基礎(chǔ)上為師生提供交流的平臺；另一方面通過云存儲平臺以及相應(yīng)課堂教學(xué)方法的應(yīng)用，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的能動性，加深其對理論的理解與技能的掌握，從而提高數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)質(zhì)量。

2 構(gòu)建基于云存儲數(shù)據(jù)庫課程資源共享平臺必要性

2.1 數(shù)據(jù)庫課程資源的現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)庫課程資源主要包括課程視頻、操作演示、教學(xué)課件、項目實例、試題等。這些課程資源屬于存儲類型的文件資源，在資源建設(shè)過程中只需要提供穩(wěn)定的海量存儲空間、高效的傳輸速度，教師或者學(xué)生用戶即可體驗到課程資源共享的便捷性與使用的高效性[1]。目前，在數(shù)據(jù)庫課程資源平臺的實際建設(shè)過程中，各個高校通過數(shù)據(jù)庫精品課程網(wǎng)站、數(shù)據(jù)庫課程資源庫等方式，構(gòu)建了大量的數(shù)據(jù)庫課程存儲型資源平臺。但這些資源幾乎都是相對孤立的，存在著資源的重復(fù)建設(shè)、信息交互困難等問題[2]。

此外，數(shù)據(jù)庫課程資源的利用率不高。數(shù)據(jù)庫課程是一門理論與操作并重的課程，課程要求學(xué)生既要理解數(shù)據(jù)庫的理論知識，又要掌握操作的具體技能。但在實際的教學(xué)過程中，初學(xué)數(shù)據(jù)庫的學(xué)生往往難以理解其理論，經(jīng)過一段時間學(xué)習后對其進一步的理論知識點又難以理解透徹，在此基礎(chǔ)上的實驗操作任務(wù)也就難以徹底完成。這樣的情況下，數(shù)據(jù)庫課程的教學(xué)資源在教學(xué)過程中可以起到重要的作用，然而實際情況卻相反，學(xué)生大多滿足于課本的教輔材料，少數(shù)能夠利用網(wǎng)絡(luò)尋找資源的學(xué)生，往往會因為網(wǎng)上多數(shù)重復(fù)的資源、過度碎片化的資源感到無從下手。學(xué)生缺乏學(xué)習的主觀能動性、數(shù)據(jù)庫課程資源缺乏條理性是造成課程資源利用率低的兩方面原因，這就要求教師在構(gòu)建課程資源的過程中要想方設(shè)法將其融入到教學(xué)過程中，以課程任務(wù)、作業(yè)、項目的方式調(diào)動學(xué)生查閱資料的積極性。

2.2 云存儲的優(yōu)勢

云存儲技術(shù)作為云計算的一種衍生技術(shù)，已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲的新形式，其強化整合了互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳輸以及應(yīng)用交互功能[3]。云存儲最大的優(yōu)勢是其虛擬性，它可以幫助用戶不受時間與空間的限制，隨時隨地享受到存儲服務(wù)以及相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)，而服務(wù)所需要的資源都來自云端，且服務(wù)的實現(xiàn)形式并不局限于一個特定的有形實體。用戶只需要通過接入云端的終端進行操作，而服務(wù)與應(yīng)用的具體運行過程對用戶來說是透明的。

盡管云存儲的服務(wù)提供過程對用戶來說是透明的，但云端的數(shù)據(jù)多副本容錯以及節(jié)點同構(gòu)互換策略保證了服務(wù)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)多副本容錯以及節(jié)點同構(gòu)互換策略可以通過多個廉價的節(jié)點來構(gòu)成，云端的集中化管理可以降低資源規(guī)模上漲帶來的管理成本，從而整體上降低云存儲系統(tǒng)的建構(gòu)成本[4]。在用戶使用方面，云存儲的通用性能夠提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，同時亦能夠使用戶享受云存儲帶來的低成本優(yōu)勢與高效率資源，從而降低用戶的使用成本。

3 基于云存儲的數(shù)據(jù)庫課程資源平臺框架模型

3.1 架構(gòu)設(shè)計

對數(shù)據(jù)庫課程資源平臺的功能進行需求分析，其主要功能是實現(xiàn)對課程教學(xué)資源的管理，實現(xiàn)課程資源的存儲、查詢、瀏覽、編輯等功能，同時為師生提供一個信息的交互平臺，根據(jù)這些實際需求以及平臺體系功能，可以將基于云存儲的數(shù)據(jù)庫課程資源平臺框架體系自上而下分為三個結(jié)構(gòu)層次，即應(yīng)用層、服務(wù)管理層、設(shè)施層[5]。該三層結(jié)構(gòu)體系不是簡單的物理結(jié)構(gòu)體系，它們之間存在一定的邏輯關(guān)系，其具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 基于云存儲的數(shù)據(jù)庫課程資源平臺框架

設(shè)施層中最主要的包含了硬件資源、數(shù)字化資源以及虛擬資源。硬件資源主要由多個服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備以及存儲器構(gòu)成，為整個課程資源的云存儲平臺提供運行所需的底層硬件設(shè)施。數(shù)字化資源中包含的是數(shù)據(jù)庫課程的各類課程資源，每類資源封裝保存成為獨立的單元模塊，如PPT課件資源、動畫資源、視頻資源、試題資源、實踐素材資源等，獨立的單元模塊便于課程資源的共享與管理。虛擬資源主要由多個虛擬服務(wù)器和虛擬化的云計算資源池組成，負責對資源進行統(tǒng)一管理和部署，并按照不同的需求提供相應(yīng)的服務(wù)。例如屏蔽資源不同的地理分布與物理異構(gòu)、提供統(tǒng)一的接口使其具備更好的兼容性等。

位于中間的是服務(wù)管理層，這是整個框架結(jié)構(gòu)的核心環(huán)節(jié)，主要為下層的設(shè)施層和上層的應(yīng)用層提供協(xié)調(diào)和交互服務(wù)，實現(xiàn)課程資源訪問、調(diào)度、存儲、編輯的動態(tài)管理，同時為整個系統(tǒng)的運行提供管理服務(wù)。服務(wù)管理層主要由用戶管理、服務(wù)管理、系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)安全管理、負載管理、容錯管理等幾個模塊組成。用戶管理模塊為教師和學(xué)生提供不同的權(quán)限，服務(wù)管理模塊則根據(jù)權(quán)限的不同，為不同用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。教師可以上傳課程資源、對課程資源進行編輯管理操作、給學(xué)生布置課程任務(wù)、作業(yè)、對學(xué)生上傳的任務(wù)做出相應(yīng)的批閱以及完成師生互動等；學(xué)生則主要是查閱課程資源、完成教師發(fā)布的課程任務(wù)、完成作業(yè)等。

應(yīng)用層位于系統(tǒng)的最上層，是為用戶提供服務(wù)的接口層。應(yīng)用層為用戶提供資源的查詢、閱讀、下載等個人用戶服務(wù)，為教師用戶提供課程資源的存儲服務(wù)，為系統(tǒng)管理員提供增刪用戶、備份數(shù)據(jù)等系統(tǒng)管理服務(wù)。用戶可以通過電腦終端或者移動終端接入系統(tǒng)，向系統(tǒng)提出服務(wù)申請，云服務(wù)器根據(jù)服務(wù)的具體類型做出響應(yīng)。

基于云存儲的數(shù)據(jù)庫課程資源平臺三層體系架構(gòu)由靈活的計算機硬件構(gòu)成，三層結(jié)構(gòu)的處理能力與負載要求各不相同，規(guī)劃構(gòu)建時可以根據(jù)系統(tǒng)實際需求靈活變換。應(yīng)用層、服務(wù)管理層與設(shè)施層的開發(fā)與維護可以單獨分開進行，因而各層具備相對獨立性，使得整個系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性、安全性和可操作性。

3.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

基于云存儲的數(shù)據(jù)庫課程資源共享平臺中的業(yè)務(wù)流程管理主要由主管理器、業(yè)務(wù)組件、服務(wù)定位器、數(shù)據(jù)庫訪問組件組成。學(xué)生或者教師通過終端的瀏覽器訪問平臺，平臺接收到用戶請求后會將其以工作任務(wù)的形式發(fā)送給主管理器，主管理器對當前工作任務(wù)分析后，做出相應(yīng)響應(yīng)。在不需要訪問數(shù)據(jù)庫的情況下，如系統(tǒng)的管理、平臺的監(jiān)控等，通過服務(wù)定位器查找相應(yīng)服務(wù)，并將服務(wù)提供給當前用戶；在需要訪問數(shù)據(jù)庫的情況下，如課程資源的查詢、課程任務(wù)的上傳下載等，主管理器會調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)組件訪問數(shù)據(jù)庫，再將數(shù)據(jù)庫的訪問結(jié)果返回給用戶。

通過這樣的業(yè)務(wù)管理流程，教師或者學(xué)生只需要通過瀏覽器對所需要的數(shù)據(jù)庫課程資源做相應(yīng)的操作，云存儲平臺屏蔽了資源管理、系統(tǒng)設(shè)置等后臺操作，用戶所需要的資源信息可能由一個或多個服務(wù)器提供，但具體的資源定位、服務(wù)提供則不需要用戶去具體完成。云存儲平臺中的設(shè)備對于用戶來說是透明的，無論是平臺管理員上傳的課程資源或者是普通用戶上傳的課程資源都會存儲在云端，使用過程就如同操作本地電腦一樣。云存儲技術(shù)的規(guī)范化管理和定期維護可以為課程資源平臺提供較高的安全性，從而保證信息的安全與完整，用戶不必擔心自己資源丟失或者被損壞。

3.3 功能模塊設(shè)計

云存儲環(huán)境下數(shù)據(jù)庫課程的資源平臺根據(jù)用戶身份的不同，其權(quán)限和能夠進行的操作也會存在差異性，依此將平臺的功能模塊分成三個組成部分：教師、學(xué)生與系統(tǒng)管理員，每個部分根據(jù)用戶所需要進行的操作再次被劃分為如圖2所示的數(shù)個功能子模塊。

圖2 功能模塊

教師功能模塊中共有三個子模塊：課程資源管理模塊、課程任務(wù)管理模塊以及在線互動模塊。課程資源管理模塊主要是給教師進行教學(xué)資源的上傳、編輯、刪除等操作。數(shù)據(jù)庫課程教學(xué)資源較多，如教學(xué)視頻、實驗演示、課件、真題試卷等，教師可以按照資源類別或者章節(jié)內(nèi)容進行課程資源的管理。課程任務(wù)管理模塊主要是為配合教師的教學(xué)進度，進行課程任務(wù)的發(fā)布與批閱，如針對每次課發(fā)布課前預(yù)習任務(wù)或者課后作業(yè)、章節(jié)的測驗、實操任務(wù)、小組任務(wù)等。在線互動模塊是為教師提供與學(xué)生進行在線互動的功能，在線互動分為兩類，一類是配合教師進行課堂教學(xué)，進行課堂訓(xùn)練項目或者小組討論任務(wù)發(fā)布，然后由學(xué)生完成并展示；另一類則是非實時的互動，用于教師發(fā)布討論話題或者是回復(fù)學(xué)生問題。

學(xué)生功能模塊由課程資源查閱、在線課程任務(wù)、在線互動討論三個子模塊組成。課程資源查閱模塊是提供給學(xué)生進行數(shù)據(jù)庫課程資源學(xué)習的端口，通過該模塊學(xué)生可以觀看課程教學(xué)視頻、操作流程演示、下載課程課件，根據(jù)自身的學(xué)習需要獲取相關(guān)的學(xué)習資源。在線課程任務(wù)模塊主要是用以完成教師發(fā)布的課程任務(wù)，如隨堂作業(yè)、章節(jié)測試等。學(xué)生在在線互動討論模塊中主要完成教師發(fā)布的討論話題，另外也可以向教師提出在學(xué)習中的疑問。可以看到教師模塊下的三個功能子模塊與學(xué)生模塊下的三個功能子模塊所能實現(xiàn)的功能基本一致，只是由于用戶的角色不一樣導(dǎo)致其權(quán)限、可完成的操作不一樣，在開發(fā)的時候可以避免重復(fù)開發(fā)，通過用戶身份判斷其權(quán)限，從而分配相應(yīng)的操作接口。

系統(tǒng)管理員模塊中主要用以管理人員與系統(tǒng)。人員管理子模塊中進行人員的添加、刪除以及權(quán)限的分配；系統(tǒng)管理子模塊中進行系統(tǒng)的管理操作，如系統(tǒng)監(jiān)控、負載均衡、虛擬服務(wù)器的設(shè)置、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、系統(tǒng)安全設(shè)置等。

4 結(jié)語

云存儲技術(shù)是在云計算概念上發(fā)展出的新概念，在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了廣大教育者的關(guān)注，其研究也從技術(shù)階段逐步過渡到應(yīng)用階段。本課題以計算機專業(yè)的數(shù)據(jù)庫課程為例，探討了以云存儲技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建課程資源共享平臺，并為該平臺搭建了框架模型。當互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進入云技術(shù)時代，將課程資源教育資源存儲在云端必然會成為趨勢，教育者不僅僅需要完成課程資源的建設(shè)，還需要建立課程資源的訪問規(guī)則。本文僅以數(shù)據(jù)庫課程云存儲資源平臺的構(gòu)建為研究點，為其他課程建立資源存儲共享平臺提供了借鑒。