基于“云+端”模式的校園網(wǎng)絡(luò)教育平臺研究

摘要 目前我國的校園網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)正處于起步發(fā)展階段，各個區(qū)域的局部網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)互聯(lián)性較差，數(shù)據(jù)共享能力較弱，同時(shí)網(wǎng)際端口的帶寬有限，嚴(yán)重制約了全局教育網(wǎng)的建設(shè)，本文則提出借用一個共有的平臺來實(shí)現(xiàn)各個區(qū)域局域網(wǎng)的互聯(lián)互通(即云服務(wù)網(wǎng)絡(luò))，通過這個平臺可以有效解決帶寬、數(shù)據(jù)流量限制和大規(guī)模計(jì)算等一系列問題。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)教育 云+端 平臺架構(gòu)；

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 校園網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展現(xiàn)狀

我國的遠(yuǎn)程教育經(jīng)歷了函授教育、廣播電視教育等，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程教育已經(jīng)步入了網(wǎng)絡(luò)教育時(shí)代，通過十年的探索，網(wǎng)絡(luò)教育先后經(jīng)歷了起步、發(fā)展和規(guī)范階段，針對這個三個階段的代表技術(shù)及平臺見表1。

由表1可見，目前對于我國并沒有對網(wǎng)絡(luò)教育的統(tǒng)一規(guī)范，這將是一個長期完善的過程，當(dāng)然，在發(fā)展階段許多的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)是我們值得借鑒的，如基于流媒體的P2P網(wǎng)絡(luò)視頻授課系統(tǒng)，相比較而言，國外在這方面的技術(shù)就較為成熟，如美國的WISE，澳大利亞的LAMS系統(tǒng)、Moodle系統(tǒng)，加拿大的CSILE系統(tǒng)；也有許多成型的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，如ARCS模型，EL－ITE模型等。目前，鑒于國外網(wǎng)絡(luò)教育平臺的研究，我國不論是在整體架構(gòu)的建立還是具體模塊的設(shè)計(jì)都有了一定的發(fā)展，如早期我國建立的“校校通”架構(gòu)平臺，已經(jīng)覆蓋了我國的許多高校，但是現(xiàn)在來看，它的實(shí)際應(yīng)用性并非理想，主要是受限于數(shù)據(jù)帶寬、數(shù)據(jù)共享和存儲等方面的影響，因此，在這里本文提出了一種基于云服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)模型，其是在“校校通”平臺互聯(lián)的基礎(chǔ)上，完善整個教育網(wǎng)絡(luò)的搭建，同時(shí)建立幾個中心節(jié)點(diǎn)(用來負(fù)責(zé)局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)的存儲和計(jì)算等處理，即下文提到的“教育云”)，終端接口則采用Web技術(shù)，最終系統(tǒng)可以有效地解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)擁塞等問題。

2 云服務(wù)原理

云服務(wù)作為一種新型的計(jì)算數(shù)據(jù)處理模式，它強(qiáng)大的服務(wù)能力已經(jīng)使其涉及到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的方方面面，現(xiàn)在對于云服務(wù)(云計(jì)算)并沒有統(tǒng)一的定義。簡單地說，云服務(wù)就是數(shù)據(jù)存儲在云端，應(yīng)用和服務(wù)存儲在云端，充分利用數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自適應(yīng)性。同時(shí)，用戶按照“即用即付費(fèi)”(pay-per-use)的協(xié)議使用云服務(wù)中的資源，基礎(chǔ)架構(gòu)提供商(Infrastructure Provider)根據(jù)服務(wù)級別協(xié)議(SLA)提供服務(wù)。云和用戶終端的關(guān)系如圖l所示 對于云計(jì)算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，我們可以將其分為三個層次：(1)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS-InfrastructureasaService)，提供計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)通訊等資源。IaaS向用戶提供的不僅包括虛擬化的計(jì)算資源、存儲，同時(shí)還要保證用戶訪問時(shí)的網(wǎng)絡(luò)帶寬等。(2)平臺即服務(wù)(PaaS)，在基礎(chǔ)設(shè)施之上的平臺層可以認(rèn)為是整個云計(jì)算系統(tǒng)的核心層。平臺層主要為應(yīng)用程序開發(fā)者設(shè)計(jì)，開發(fā)者不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行時(shí)所需要的資源，平臺層可以提供應(yīng)用程序運(yùn)行及維護(hù)所需要的一切平臺資源。(3)應(yīng)用軟件即服務(wù)(SaaS)，基于云平臺開發(fā)的各類軟件應(yīng)用服務(wù)以及用戶交互接口等。

3 校園網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)“云+端”平臺架構(gòu)

教育平臺的構(gòu)建關(guān)系到校園教育網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展，那么，目前對于我國使用的教育平臺主要有以下幾種：Blackboard、Moodle、Sakai等，其中，Blackboard作為一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，許多高校的平臺都是基于Blackboard的，而Moodle、Sakai作為開源平臺，也同樣有其應(yīng)用市場，也正是因?yàn)楦鞲咝Ｊ褂玫钠脚_不統(tǒng)一，造成平臺之間的資源共享利用存在一定的技術(shù)問題，盡管現(xiàn)在有人提出了基于scorm標(biāo)準(zhǔn)的教育平臺建設(shè)，但筆者認(rèn)為這只是一個向“云+端”平臺的過渡階段，下面本文將介紹平臺構(gòu)建的相關(guān)概念和技術(shù)。

3.1 教育云的建立

云服務(wù)已經(jīng)觸及到我們生活的許多領(lǐng)域，其在教育領(lǐng)域的遷移，我們可以定義為教育云。然而，根據(jù)參與搭建的主體，可以將其分為：公有云、私有云和混合云。對于教育云的建立則是，外部由非本地的第三方云服務(wù)提供的公有云(也稱外部云)，內(nèi)部由各個高校自身的信息中心私有網(wǎng)提供的云計(jì)算服務(wù)(也稱內(nèi)部云)，而混合云是建立在公有云和私有云之間的，負(fù)責(zé)內(nèi)外云間的數(shù)據(jù)處理和交換。如圖2。

3.2 端的建立

“端”作為與用戶交互的節(jié)點(diǎn)，主要考慮是否能給用戶帶來較好的交互效果，而好的交互效果跟端的成本總是成反比的。當(dāng)云的出現(xiàn)，我們就能較好地解決這一矛盾。

3.2 A基本配置要求

在有了云計(jì)算、云存儲這個感念之后，計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速的發(fā)展，未來的趨勢將是：各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟硬件要求越來越高，而對于基本的終端輸出設(shè)備的要求、成本則越來越低。它們只需要具備一定的音頻和視頻解碼能力即可，即使是原本對顯卡要求很高的3D渲染，也可放在“云”中進(jìn)行，而終端只負(fù)責(zé)顯示即可。

3.2.2 “三屏合一”技術(shù)

對于終端的顯示設(shè)備，我們不僅僅局限于PC的顯示，當(dāng)然同時(shí)我們還可以將手機(jī)、電視和PDA等納入我們的終端顯示。目前這方面的研究相對成熟的當(dāng)屬微軟的“三屏合一”技術(shù)，即手機(jī)、電視和電腦屏幕的融合。也就是說，電視將兼有電腦和手機(jī)的功能，同樣，電腦兼有電視和手機(jī)的功能，手機(jī)也是如此。而“三屏合一”的前提就是做到“三網(wǎng)融合”(電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)的融合)。那么，對于傳統(tǒng)的電腦、手機(jī)、電視來說，屏幕所具備的功能將趨于一致性，只是各自的角色不同，消費(fèi)者選擇使用任何一個屏幕，都將可以獲得同樣的功能，這樣的趨勢必將給三屏帶來新的革命。其具體意義在于：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，避免低水平的重復(fù)建設(shè)，形成互相兼容、容易維護(hù)、費(fèi)用低廉的高速帶寬的多媒體基礎(chǔ)平臺。最終我們將建成起“無處不在”的網(wǎng)絡(luò)教育終端。

3.3 平臺架構(gòu)模型

教育云的出現(xiàn)，可以說標(biāo)志著我國的校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)新紀(jì)元的開始，具體的平臺架構(gòu)分為五層：基礎(chǔ)設(shè)施層、教育應(yīng)用層、數(shù)據(jù)接口層、用戶接口層和管理維護(hù)層。架構(gòu)模型如圖3。

基礎(chǔ)設(shè)施層，以云服務(wù)中的IaaS為基本框架，分為物理硬件子層和虛擬化子層。其中，物理硬件層主要由服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等構(gòu)成。虛擬化層則提供計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。

教育應(yīng)用層，提供各種教育教學(xué)相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，即面向教育對象的SaaS。此層主要包括有以下五個模塊：(1)教學(xué)與教學(xué)管理的基礎(chǔ)教學(xué)平臺，下屬教務(wù)管理系統(tǒng)和學(xué)籍管理系統(tǒng)；(2)教學(xué)資源開發(fā)平臺：(3)虛擬教室教學(xué)平臺：(4)基于云的服務(wù)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；(5)教學(xué)評價(jià)與自我評價(jià)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)接口層，用于基礎(chǔ)設(shè)施層與教育應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)傳輸與處理，其工作原理：首先對教育應(yīng)用層提出的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行分析，再進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化的無差別處理(即將教育應(yīng)用層的各種數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為單純的數(shù)據(jù)計(jì)算)，最后將計(jì)算需求提交給相應(yīng)的教育云。

用戶接口層，在用戶端為用戶訪問整個網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)提供基于Web的接口。整個基于云服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)提供的教育服務(wù)主要為B／S結(jié)構(gòu)，所以對于用戶端的設(shè)備要求大大降低，只需要一臺能夠按入互聯(lián)網(wǎng)使用瀏覽器進(jìn)行訪問服務(wù)的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)行的主要是Web2.0技術(shù)。移動校園網(wǎng)接口。總之，這類接口主要是處理“云”與“端”之間的連接，它們的工作就是考慮如何將在云服務(wù)中計(jì)算、響應(yīng)的結(jié)果輸出顯示在這些終端上。

管理維護(hù)層，管理維護(hù)層根據(jù)權(quán)限設(shè)有不同級的管理員，用以維護(hù)著整個系統(tǒng)，保障其正常運(yùn)行，他們一般不直接干預(yù)具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，在功能上它主要起一個管理的作用，并維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的安全和有效。另外，由于云服務(wù)有其自身的管理維護(hù)機(jī)制，在這里的管理維護(hù)層主要是教育應(yīng)用層、數(shù)據(jù)接口層和用戶接口層的管理，其中重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)接口層的管理維護(hù)上，用以確保網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)與教育云之間數(shù)據(jù)處理的暢通和正確。

4 運(yùn)作機(jī)制

與以往的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)相比，基于云服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)在繼承前者的同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)在教育網(wǎng)絡(luò)的需求，加強(qiáng)和整合了許多的系統(tǒng)功能，其運(yùn)作模式也有了很大的改進(jìn)。平臺主要可以依據(jù)以下體制進(jìn)行運(yùn)作：

4.1 區(qū)域教育云體制

教育云主要是由我國的幾大區(qū)域云構(gòu)成，而這里的區(qū)域云又是由若干高校的私有云組成，為平臺提供各種的計(jì)算服務(wù)。另外，每個區(qū)域云設(shè)立一個管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)對區(qū)域云的管理。最，再在整個教育云設(shè)立一個管理委員會進(jìn)行綜合管理。

4.2 資源索引體制

為實(shí)現(xiàn)平臺中資源的充分共享和利用，我們應(yīng)對各個資源進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，同時(shí)建立規(guī)范的資源索引庫，設(shè)計(jì)合理高效的索引算法，從而，用戶能更好地依據(jù)個人的需求來搜索庫內(nèi)的資源。這里我們可以將語義網(wǎng)作為對資源描述的可選方案之一。

5 總結(jié)

“云+端”的網(wǎng)絡(luò)教育模式將成為未來教育信息化的一個趨勢，由于該平臺模型具有較好的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)性、數(shù)據(jù)處理高效性和資源共享的有效性等特點(diǎn)，現(xiàn)在越來越多的人也開始關(guān)注到云計(jì)算等技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，在此本文則提出了構(gòu)建“云+端”這一平臺的基本模型，不僅分析了云計(jì)算的運(yùn)作，也指出了終端的前沿技術(shù)，最終搭建出整體的“云+端”網(wǎng)絡(luò)教育平臺。

下一步工作，在提出此平臺模型的基礎(chǔ)上，具體實(shí)現(xiàn)各層之間的接口問題，為云時(shí)期的到來做好技術(shù)準(zhǔn)備。