基于云計算網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

許朋 李宗偉

摘要：基于云計算模式下的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺具有成本低、能實現(xiàn)真正意義上的移動式學(xué)習(xí)服務(wù)等優(yōu)勢，相對于傳統(tǒng)方式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺受到了一定的沖擊。因此，本文就基于云計算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：云計算；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；架構(gòu)設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)

一、云計算與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)概述

（一）云計算。作為一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式的云計算，融合了傳統(tǒng)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。廣義的云計算是服務(wù)的交付及使用模式，而狹義的云計算是通過網(wǎng)絡(luò)按需、易擴(kuò)展的方式得到硬軟件、平臺等資源。云計算提供了三個層次服務(wù)：軟件即服務(wù)（SaaS），是基于云計算平臺開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)，提供一種應(yīng)用框架；平臺即服務(wù)（PaaS）將中間件平臺給用戶提供研發(fā)，它是提供了一個集成環(huán)境；基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），它的構(gòu)成由底層的硬件及虛擬資源池兩部分，將虛擬化服務(wù)器及用戶需要的存儲資源等服務(wù)提供給用戶，它提供一個軟件應(yīng)用環(huán)境。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是一種自主性、互動性、個性化的教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式，是用戶通過計算機網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)、培訓(xùn)與教學(xué)活動，用戶操作簡單、界面簡捷和使用方便，其主要功能是實現(xiàn)選課、學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度、網(wǎng)上作業(yè)、網(wǎng)上答疑、課程論壇、課程練習(xí)、課程考試和課程評價等，支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教與學(xué)的互動以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的管理，體現(xiàn)以人為本的教學(xué)模式。同時，提供對各種信息的管理，如：課件的上傳和開發(fā)、用戶個人信息等。

二、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺目前普遍存在的問題

（一）在線視頻為主的課程是單向的信息輸入，缺乏互動討論。不論是M1T的OCW還是國內(nèi)精品課程，主要形式都是采用演示文稿、在線或離線課堂視頻的方式，教師向?qū)W習(xí)者輸出信息。學(xué)習(xí)者只是單向的對信息的輸入，學(xué)習(xí)者無法與教師或其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動。但是學(xué)習(xí)者是存在多樣性，包括需求的多樣性、學(xué)習(xí)方式多樣性、接受能力多樣性等，現(xiàn)有的課程教學(xué)方式無法滿足個性化學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。

（二）教學(xué)方式缺乏互動、學(xué)習(xí)者之間缺乏協(xié)作。教師按教學(xué)大綱進(jìn)行課程的編排，并將教學(xué)的內(nèi)容錄制成視頻提供給學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)，作為正式教育的一部分，教師與學(xué)習(xí)者只是在完成教育角色的行為，教師講授課程、學(xué)習(xí)者異步自我學(xué)習(xí)課程。然而，遠(yuǎn)程教育更應(yīng)該利用時空的差異，提供個性化互動學(xué)習(xí)，即：學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)靜態(tài)的視頻開放課程，更重要的是參與到教師的實時互動交流的開放課程，教師與學(xué)習(xí)者之間交流不只是教學(xué)大綱的內(nèi)容，更多的是與學(xué)習(xí)者共同探討課程知識點的延展，同時也需要一個虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)平臺，與教師、學(xué)習(xí)者就學(xué)習(xí)問題、某個知識點進(jìn)行實時或異步的交流互動。

（三）學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)評價缺乏真實性。在正式的遠(yuǎn)程教育環(huán)境下，對學(xué)習(xí)者的評估通常是通過正式評估、非正式評估、選擇性評估實現(xiàn)，包括：測驗、作業(yè)、出勤、討論、選擇性等方法，但在實際的學(xué)習(xí)過程中，無法對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價，包括：學(xué)習(xí)者是否在認(rèn)真的參與學(xué)習(xí)還是開著視頻瀏覽其他網(wǎng)頁或是開著視頻人卻離開：更為重要的是非實時的課后測驗、作業(yè)很難保證質(zhì)量以及獨立完成。

（四）學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式缺乏靈活性。隨著3G通信技術(shù)越來越多的應(yīng)用，學(xué)習(xí)者將上班路上、地鐵交通等碎片時間充分利用起來，形成了碎片式學(xué)習(xí)，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺很難實現(xiàn)異構(gòu)接入終端連續(xù)性學(xué)習(xí)，包括：PC客戶端、手機和移動PAD等終端。

三、平臺的關(guān)鍵技術(shù)

（一）教學(xué)節(jié)目單管理。教學(xué)節(jié)目單門戶在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的極其重要的應(yīng)用，它與視、音頻節(jié)目一樣，是互動視頻平臺的基本業(yè)務(wù)，被認(rèn)為是互動類平臺的門戶。教學(xué)科目單可提供豐富的節(jié)目預(yù)告信息、方便靈活的檢索引擎，通過它用戶可以方便地瀏覽和查詢教學(xué)節(jié)目信息，同時還可以通過門戶看到更多的教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)引信息，如教師簡介、授課視頻片斷等，資源庫中的的教學(xué)視頻直播。

（二）協(xié)作平臺的實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的協(xié)作平臺是開發(fā)量最大的部分，要求是一套跨平臺的即時通訊解決方案，基于先進(jìn)的H，264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)、AAC音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)與P2P技術(shù)，整合了音視頻編碼、多媒體通訊領(lǐng)域的開發(fā)技術(shù)。基本分為客戶端SDK和服務(wù)器SDK兩大部分。其中客戶端SDK用于實現(xiàn)語音、視頻的交互以及其它客戶端相關(guān)的功能，而服務(wù)器SDK主要實現(xiàn)業(yè)務(wù)層邏輯控制，以及與第三方平臺的互聯(lián)等?？蛻舳薙DK和服務(wù)器SDK均支持c++、c#、VB，Net以及Delphi等開發(fā)語言。

（三）版權(quán)保護(hù)設(shè)計。DRM（Digital Right Management）加擾是保護(hù)互動平臺視頻內(nèi)容版權(quán)的必要配備，可以有選擇的實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)線上的視頻互動，而避免用戶下載用于未經(jīng)授權(quán)的其他用途。我們設(shè)計并實現(xiàn)的平臺主要采取了實時加擾和防盜鏈設(shè)計兩方面的措施來實現(xiàn)版權(quán)保護(hù)。

四、基于云計算網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

（一）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計思路和主要內(nèi)容。云計算的核心理論就是“服務(wù)”，在云計算環(huán)境下實現(xiàn)的各種服務(wù)統(tǒng)稱為“云服務(wù)”，其主要特點主是在云端存儲數(shù)據(jù)和提供軟件服務(wù)，用戶在能接入互聯(lián)網(wǎng)的地方可以隨時隨地的使用“云服務(wù)”。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺時，要使平臺具有強大的教學(xué)功能、簡捷實用的學(xué)習(xí)功能、全面的管理功能和內(nèi)容豐富的教學(xué)資源功能，主要設(shè)計學(xué)習(xí)模塊、教學(xué)模塊、資源模塊和管理模塊等，真正實現(xiàn)自主性學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)和教學(xué)互動，為學(xué)生、教師和管理人員提供教學(xué)、學(xué)習(xí)和管理服務(wù)。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的架構(gòu)設(shè)計。基于云計算的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺總體架構(gòu)主要是服務(wù)層、接口管理層和應(yīng)用層，其架構(gòu)可以采用亞馬遜、微軟、谷歌、VMware和IBM公司的幾款主流云產(chǎn)品便可快捷搭建。本架構(gòu)主要采用MicrosoftVisualStudio2008為開發(fā)工具進(jìn)行本項目的開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫為SQLServer2005，采用三層體系結(jié)構(gòu)Browser/WebServer/DatabaseServer達(dá)到設(shè)計和管理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的目的。本平臺以為教師、學(xué)生及管理人員提供教學(xué)服務(wù)為主要功能，下圖是總體框架圖略。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)在云計算環(huán)境下封閉成該系統(tǒng)所依賴的教學(xué)和學(xué)習(xí)資源“云服務(wù)”，如：網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)視頻、電子課件、電子資源、課堂練習(xí)等資源也可以封裝成“云服務(wù)”。既可以服務(wù)于本校學(xué)生，也可以為其他教育信息系統(tǒng)提供服務(wù)。對各模塊采用特定的語言和框架，運用“松散耦合模式”進(jìn)行開發(fā)，封裝時基于云計算的標(biāo)準(zhǔn)向云環(huán)境發(fā)布，在最大范圍能夠共享學(xué)校的優(yōu)質(zhì)資源，提高教學(xué)資源的利用率。

（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的實現(xiàn)。（1）服務(wù)層。服務(wù)層對應(yīng)云計算的基礎(chǔ)設(shè)施IaaS，通過虛擬化服務(wù)層將服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全設(shè)備等全面虛擬化，建立一個隨需選用的資源共享的基礎(chǔ)資源池，如計算池、存儲池、網(wǎng)絡(luò)池和教學(xué)資源池等，并以服務(wù)的形式出租給用戶，為用戶提供IT基礎(chǔ)設(shè)施。這一層是最重要的一層，也是云存儲的核心，主要是通過云計算的集群、分布式文件管理以及網(wǎng)絡(luò)計算等技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的存儲與管理，在網(wǎng)絡(luò)資源的存儲與管理中，最為重要的就是存儲設(shè)備的協(xié)同工作。（2）接口管理層。接口管理層對應(yīng)云計算的平臺即服務(wù)，為用戶提供應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺、認(rèn)證服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲等服務(wù)，既可以直接面向用戶，也可以通過OpenAPI提供給用戶。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以根據(jù)學(xué)校要求由學(xué)?；蚍?wù)商設(shè)計和開發(fā)，根據(jù)不同需求開發(fā)出不同的接口，從而提供不同的服務(wù)。（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層對應(yīng)云計算的軟件即服務(wù)（SaaS），該層通過因特網(wǎng)以及OpenAPI開發(fā)的客戶端登陸到云計算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，享受網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供的各種軟件服務(wù)。

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