云計算在高等教育信息化建設中的應用探討

王鳳領+張莉+李鈺

摘要：云計算是當前重要的研究熱點。基于此，通過對云計算、教育信息化的相關概念及特點的闡述，分析了云計算在高等教育中的應用現(xiàn)狀，結合高等教育特點，提出一種高等教育云計算服務平臺架構，并指出云計算為高等教育信息化建設帶來的優(yōu)勢。

關鍵詞：云計算；教育信息化；高等教育；教育信息化資源

中圖分類號：G40-057文獻標志碼：A文章編號：1001-7836（2014）04-0019-03

隨著高等教育信息化建設水平的逐步提升，云計算時代的到來，云計算的應用必將對高等教育領域起到重要的作用并產生深刻的影響，促進教育教學的發(fā)展。如何將云計算應用在高等教育中也正在成為目前研究的熱點問題。在這種環(huán)境下，云計算結合到高等教育領域，對高等教育信息化建設有著一定的理論意義和實踐意義。

1相關概念

1.1云計算

云計算（Cloud Computing）作為網格計算、分布式計算和并行計算的發(fā)展，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取存儲空間、各種軟件服務和計算能力，能夠將計算任務分布到眾多計算機構成的資源池上[1]。云計算所具有的海量數(shù)據(jù)存儲、高可用性、資源共享、強大計算能力等特點，是高等教育信息化建設演進的理想選擇。

1.2教育信息化

教育信息化是指將以網絡信息技術、計算機以及多媒體等技術為基礎的現(xiàn)代信息技術運用到教育系統(tǒng)中，實現(xiàn)在教育教學活動中的數(shù)字信息化、網絡虛擬化，從而提升高等教育教學質量。而教育信息化的實質就是在教育所涉及到的各個領域中使用先進的信息技術，促進教育發(fā)展和改革的一種過程。

1.3教育信息化資源

教育信息化資源就是指在教育信息化進程中所產生的共享、可存儲、可傳播、可進行再加工的信息集合。教學媒體和教學資源都包含于教育信息化資源中，這些信息是以視頻、文字、圖像和音頻等多媒體信息方式存儲于載體當中。信息與信息之間能夠實現(xiàn)共享，以不同的渠道和方式加以傳播和擴散，這是教育信息化過程中的核心要素。

1.4云計算的特點

（1）快速、便捷的云服務。只需要一臺能上網的電腦和瀏覽器，即可以隨時隨地獲取云服務。軟件在云端，動態(tài)的升級，無須下載。無數(shù)的服務和軟件置放于云中，用起來方便、快捷。

（2）安全，可靠的數(shù)據(jù)存儲中心。嚴格的權限管理策略可幫助你放心地與指定的人共享數(shù)據(jù)。同時，在“云”里有最專業(yè)的團隊來管理信息，用戶可在云端存儲數(shù)據(jù)信息，而不必擔心數(shù)據(jù)丟失和病毒入侵的麻煩。這樣，你不用花錢就可以享受到最安全、最好的服務。

（3）經濟效益。只需租用云端的設備就能方便地構建自己的信息化教育平臺，企業(yè)和教育機構不用購買昂貴的硬件設備，從硬件、軟件上都能達到效益的最大化[2]。

（4）超強的計算能力。云服務中是由上萬的計算機組成的，形成一個超強的服務器，這種服務器能夠為用戶提供強大的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力，而這些在個人電腦上是難以實現(xiàn)的。

2云計算在高等教育中的應用現(xiàn)狀

就目前來看，在高等教育領域中，云計算也已經開始初步的實驗型應用，大型IT公司都推出了各種云計算服務。目前在高等教育信息化實踐中，已經有一些個人和機構有選擇地使用云服務，大學與公司協(xié)作、高等教育組織相繼開發(fā)了多個教育云計算項目。2010年，微軟和NSF宣布要選出一批研究人員和團體，讓他們免費訪問Windows Azure的云計算資源。加拿大大學CIO委員會也正在積極地工作，爭取在加拿大立法框架通過一些隱私評估方案保障與云服務商協(xié)商合作。在英國，紐卡爾斯大學的Paul Wastson教授和他的團隊開發(fā)了基于云計算技術的平臺eScience Central，基于JISC資助的項目研究經驗，該平臺支持跨學科的研究活動。在美國，Kuali基金會發(fā)起諸如Kuali Ready等開源項目面向多所高校提供云服務。除此以外，谷歌、IBM、微軟等一些云服務提供商也正在積極尋求與專業(yè)組織或高校進行合作，來推廣其服務。也有以個人方式的學生和教師自由選擇Eucalyptus、E-mail、Google Docs等多種云端服務輔助日常的存儲和編輯，以及科學研究等工作。

3高等教育云計算服務平臺構架

高等教育的云計算承載日益增多的海量學習內容，學習者根據(jù)需要安排自己的學習進度，選擇學習內容，形成學習小組討論與探究問題，在任何地點和任何時間通過一般配置網絡終端獲取學習資源，充分組織、開發(fā)和利用各種學習資源以拓展學習空間。就個人學習環(huán)境及網絡學習環(huán)境的構建，需要一個可靠的技術平臺來支撐。目前，提出了較完整的云基礎設施體系結構構架主要有IT企業(yè)、學術界、開源組織，都具有各自的應用優(yōu)勢。依據(jù)提出的云基礎設施體系結構模型與高等教育特點，將高等教育云計算服務平臺可分為服務層、應用程序層、中間件服務層、基礎管理層、虛擬服務器層和物理資源層六個層次[3]，如下圖所示。

3.1服務層

高等教育云計算服務平臺提供安全、便捷、快速的應用程序、計算和數(shù)據(jù)存儲，用戶以任何可以連接到互聯(lián)網的終端設備來訪問這些服務，不受時間和地點的限制，實現(xiàn)教學管理、實驗教學、管理決策、科學研究、協(xié)同辦公、網絡學習、校務管理等多種事務。

3.2應用程序層

高等教育云計算服務體現(xiàn)高等教育相關的業(yè)務邏輯，不同于一般云計算的關鍵在于應用程序層。高等教育應用程序層主要包含內容：科研類軟件系統(tǒng)、工程，包含建模與仿真環(huán)境、應用開發(fā)環(huán)境、工程實驗環(huán)境、科學計算環(huán)境等程序；高等教育學習與管理程序，實現(xiàn)網絡學習和管理業(yè)務、教育教學，如財務管理、學習管理、實驗教學、互動交流、圖書管理、教務管理、學生管理、協(xié)同辦公等系統(tǒng)。

3.3中間件服務層

中間件是基礎管理層和應用程序層之間的一類服務支持程序，而中間件服務層是為用戶提供一系列的部署、應用開發(fā)、服務總線、運行、虛擬主機托管、工作流、數(shù)據(jù)存儲等服務，是一個應用服務平臺。專門分離出來的中間件服務層能夠使編寫和運行用于處理海量數(shù)據(jù)的應用程序變得更加簡單容易，進而實現(xiàn)分布式存儲和運算。技術成熟實用的有：Amazon提供的Dynamo框架、簡單消息隊列Simple Queuing Service、簡單數(shù)據(jù)庫管理SimpleDB，Google云計算平臺的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable、程序設計模式MapReduce、分布式鎖機制Chubby，Windows Azure Service Platform提供的SQL服務、Dryad框架、Live服務、.NET服務，Hadoop對MapReduce的開源實現(xiàn)[4]。

3.4基礎管理層

該層是云計算服務平臺的關鍵層，主要由存儲體系結構、虛擬化計算資源管理、服務處理與控制三類軟件構成。云計算存儲體系結構需與分布式數(shù)據(jù)處理的需求結合起來，才能獲得最好的性能提升，不管是用戶應用程序的數(shù)據(jù)或者是服務程序、硬件管理系統(tǒng)都保存在存儲體系中。服務處理與控制系統(tǒng)監(jiān)聽處理來自中間件服務層的請求服務，并根據(jù)服務的等級協(xié)議提供計算費用和服務，根據(jù)虛擬機的能力來進行智能化分配任務，實現(xiàn)安全的訪問控制。虛擬化計算資源管理硬件資源的變更事務、配置管理、異常處理、部署、虛擬化、運行監(jiān)控等，以架設一個分布式、可信的資源結構。

3.5虛擬服務器層

當一臺服務器超載時，遷移到另外服務器上，虛擬化技術實現(xiàn)了資源在服務器上的遷移。虛擬化技術實現(xiàn)了硬件和軟件的分離，只需要在虛擬層運行自己的軟件，用戶則不需要考慮后臺硬件的實現(xiàn)。云計算通過對如存儲和計算的虛擬化、內存、I/O設備等硬件資源，向用戶提供各種服務以租用虛擬機的方式，如Amazon提供的S3存儲服務和EC2彈性計算云服務。

3.6物理資源層

云計算以數(shù)據(jù)為中心，采用管理數(shù)據(jù)資源和集群存儲，調度計算任務到數(shù)據(jù)存儲節(jié)點運行，形成由生產者到消費者模型，用戶通過互聯(lián)網獲取云計算系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)處理服務。而將若干計算機集群或普通服務器連接在一起采用以太網等快速網絡，把I/O設備資源、內存、計算能力和存儲聚集起來，形成一個大的數(shù)據(jù)處理和存儲中心[5]。

4云計算在高等教育信息化建設中的應用

在高等教育領域中，云計算的方便和廉價使更多的個人和學校把自己的信息處理都遷移到“云”上。要提前著手探索“云計算”時代對教學方式變化和教育資源建設的影響，使人們在考慮教育信息化的發(fā)展策略時具有一定的前瞻性，就目前的軟、硬件建設“夠用為宜”，來研究教育技術機構的重新定位、研究學校的網絡中心、研究教育信息化的“云”機制[6]。

將云計算應用于高等教育教學領域的優(yōu)勢[7]，如：

（1）隨時隨地進行教學活動。只要通過可以上網的終端設備即可，教師可將教學任務帶回家做；用戶可以隨時隨地利用這些想要的資源，由于所有的數(shù)據(jù)都存儲在“云端”，學生想學習教師講過的知識，不受任何地點和任何時間的限制，通過筆記本電腦、PDA或者手機，在線查看教師的視頻教學或電子教案。

（2）可大幅降低學校教育資源建設中的軟硬件成本。只要擁有一個可以上網的終端設備和一個瀏覽器，云計算對用戶端的設備要求很低，將終端設備接入互聯(lián)網即可實現(xiàn)想做的任何事情。

（3）更有利于實現(xiàn)教育信息資源的共享和共建。將高等教育信息資源存儲在“云”上，將云計算應用到高等教育領域中，這樣更有利于實現(xiàn)教育信息資源的共享。目前，各級教育行政機構、教育企業(yè)和學校已經或者正在建設大量的教育信息資源。可以把多個不同學校現(xiàn)有的教育信息資源共同加入到一個“云”中，由于云計算擴展性非常強，可以實現(xiàn)真正意義上的資源共享，從而以減少單個院校的時間和資金上的投入。可利用云計算所提供的強大的協(xié)同工作能力使信息資源建設人員或各個教育機構實現(xiàn)教育信息資源的共建[8]。

（4）保證學校師生的數(shù)據(jù)安全。由云計算服務提供商提供安全、高效和專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲，云計算服務將數(shù)據(jù)存儲在“云端”。因此，學校使用云計算，可極大地保證師生的數(shù)據(jù)安全可靠，師生無須再擔心病毒和黑客的侵襲，以及由硬件損壞所造成的數(shù)據(jù)丟失問題。

云計算是一種更加靈活、高效、節(jié)能、低成本的信息運作方式，是信息技術長期發(fā)展和積累的結果，也是自互聯(lián)網革命以來IT產業(yè)最深刻的變革。云計算將會成為高等教育未來發(fā)展的潮流和趨勢，隨著Internet的發(fā)展和技術的不斷成熟，在高等教育信息化建設過程中，勇于研究和探索，統(tǒng)籌規(guī)劃并循序漸進地堅定執(zhí)行，以前瞻的思維把握時機與方向，云計算必將對高等教育領域產生重要的作用和影響。

參考文獻：

[1]王繼鵬.高等教育云計算服務平臺構建策略初探[J].安陽師范學院學報，2011，（10）：82-86.

[2]曹泰峰，李端明.云計算在高校信息化建設中的應用研究[J].現(xiàn)代情報，2010，（8）：167-170.

[3]安軍科.云計算對高校教育信息化建設的影響[J].信息與電腦：理論版，2011，（3）：173：175.

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[5]萬利平，陳燕.云計算在教育信息化中的應用探究[J].中國教育信息化，2009，（9）：74-77.

[6]章澤昂，鄔家煒.基于云計算的教育信息化平臺的研究[J].中國遠程教育，2010，（6）：66-80.

[7]王亞希，周紅春.高校現(xiàn)代化教學資源建設及應用的實踐探索[J].中國電化教育，2010，（6）：79-82.

[8]王福成.基于云計算的高校教學資源整合研究[J].福建電腦，2011，（2）：33-35.

Abstract：Cloud computing is one of the important hot research issues. Therefore， based on the elaboration of cloud computing， information education related concepts and the characteristics， the present situation of cloud computing application in higher education is analyzed， and combined with the characteristics of higher education， this paper puts forward a kind of platform for higher education cloud computing service， and points out the benefits brought by cloud computing for the information construction of higher education.

Key words：cloud computing； education information； higher education； education information resources