基于云計(jì)算技術(shù)的教學(xué)資源共享方案設(shè)計(jì)

馬潔

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 寶雞 721013）

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)開始大力推動(dòng)高校校園的信息化建設(shè)，從而提高高校教育教學(xué)的資源量和轉(zhuǎn)變教學(xué)方式。根據(jù)國(guó)家精品網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)顯示，全國(guó)精品類課程達(dá)到25 000個(gè)，其中國(guó)家級(jí)3 835門，省級(jí)為8 279門，校級(jí)精品課程為8 170門，OCW為4162門[1]。通過該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)精品課程呈現(xiàn)出資源豐富的特點(diǎn)。但是在教育資源豐富的背后，面對(duì)的是教育教學(xué)資源利用率低，重復(fù)建設(shè)和資源共享差等問題。對(duì)此，本文提出一種基于云計(jì)算平臺(tái)的教學(xué)資源共享平臺(tái)，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 系統(tǒng)可行性分析

可行性是指在當(dāng)前的組織內(nèi)外對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一切必要的資源和技術(shù)條件。通過可行性的研究，從而可使得開發(fā)著在最短的時(shí)間內(nèi)利用最小的代價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確的求解。對(duì)此，本文為確定該云計(jì)算共享平臺(tái)開發(fā)的可行性，從技術(shù)、操作和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行了分析。

1.1 技術(shù)可行性

技術(shù)可行性作為系統(tǒng)開發(fā)的第一步，其軟硬件條件是否具備將直接決定該系統(tǒng)開發(fā)的成敗。在軟件開發(fā)方面可以借采用現(xiàn)有的Google云計(jì)算平臺(tái)、新浪云平臺(tái)等，利用MYSQL、Java語(yǔ)言等進(jìn)行開發(fā)，采用DM、DW、CSS等實(shí)現(xiàn)對(duì)前臺(tái)頁(yè)面的開發(fā)設(shè)計(jì)[2]；在系統(tǒng)的硬件方面只需要配備一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境即可進(jìn)行。因此，從技術(shù)的角度來講，系統(tǒng)的開發(fā)完全具備技術(shù)條件。

1.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析

通過對(duì)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建分析，無論是借助谷歌云平臺(tái)，還是借助Hadoop搭建進(jìn)行實(shí)驗(yàn)云，在成本的投入方面都比較低，僅僅需要管理者在精力和時(shí)間方面有所投入即可[3]。在系統(tǒng)服務(wù)器維護(hù)方面，不需要對(duì)服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，教師或者老師即滿足對(duì)數(shù)據(jù)維護(hù)的基本條件。因此，從總體上來看，對(duì)該平臺(tái)的開發(fā)在周期和系統(tǒng)的維護(hù)方面與傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)要方便很多，并能夠節(jié)約大量的人力和物理，由此在經(jīng)濟(jì)方面該共享平臺(tái)其是可行的。

1.3 操作可行性

教育教學(xué)平臺(tái)能否被廣大的用戶所接受和使用，其操作的可行性則顯得同等重要。當(dāng)前，我國(guó)很多的高校都自建校園網(wǎng)路，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，從而為師生運(yùn)用共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了基礎(chǔ)。教師和學(xué)生只需在網(wǎng)絡(luò)接入的前提下，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)共享平臺(tái)的訪問。因此，在操作性方面相對(duì)簡(jiǎn)單。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本文針對(duì)云計(jì)算的教育教學(xué)資源共享體系采用流行的B/S模式進(jìn)行，并結(jié)合計(jì)算的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。現(xiàn)階段的B/S模式作為傳統(tǒng)的C/S模式的一種改進(jìn)，其優(yōu)勢(shì)在于僅僅通過瀏覽器的方式，從而替代了原來比較復(fù)雜的應(yīng)用程序，并將對(duì)復(fù)雜程序的處理放到了系統(tǒng)的服務(wù)器端[4]。但隨著各種資源應(yīng)用的增加，B/S模式針對(duì)這種訪問和交互量大的則不一定適用。同時(shí)本課題考慮到云計(jì)算平臺(tái)的自身的特點(diǎn)，借助PaaS的優(yōu)點(diǎn)，采用了一種改進(jìn)型的B/S模式[5]。其具體見圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Overall system architecture design

該體系包括表示層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層。該體系整合了云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)，用戶在通過瀏覽器向云計(jì)算服務(wù)池發(fā)送訪問的請(qǐng)求，在用戶端其并非僅僅包括個(gè)人的PC機(jī)，而是包括任何的上網(wǎng)終端，都可以通過該用戶層實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的訪問；然后通過業(yè)務(wù)處理層的相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理；最后到了數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)交換，完成對(duì)各個(gè)不同數(shù)據(jù)的管理和存儲(chǔ)。這些過程的實(shí)現(xiàn)都是在各種分布式的服務(wù)和統(tǒng)計(jì)中心當(dāng)中所進(jìn)行。

同時(shí)Google作為當(dāng)前最大的云計(jì)算的服務(wù)提供商，其推出的Google App Engine屬于云計(jì)算體系當(dāng)中的PaaS層。該層通常被作為一個(gè)比較大的虛擬機(jī)，在這個(gè)虛擬機(jī)當(dāng)中存在著傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和配置好的開發(fā)運(yùn)行的環(huán)境，用戶只需要將相關(guān)的應(yīng)用程序“寄存”到該平臺(tái)中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的訪問和資源的共享。通過這樣的方式，開發(fā)人員通過GAE，在Google服務(wù)器上很好的對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)用程序的訪問量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求對(duì)其進(jìn)行自由的擴(kuò)展。在該系統(tǒng)中，通過GFS實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的存儲(chǔ)，將響應(yīng)的文件存儲(chǔ)到分布式數(shù)據(jù)庫(kù)Bigtable當(dāng)中。

另外在對(duì)教學(xué)資源共享系統(tǒng)的web開發(fā)界面中，采用JSP+CSS對(duì)頁(yè)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在頁(yè)面中嵌入JAVASCRIPT腳本；在邏輯層方面則采用較為成熟的J2EE體系，從而使得系統(tǒng)具備良好的封裝性和可擴(kuò)展性[6]；在數(shù)據(jù)庫(kù)方面通過將傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中的表映射為云平臺(tái)下的持久化對(duì)象，從而產(chǎn)生XML的數(shù)據(jù)文件，并最終采用JDO技術(shù)將數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)到分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)Bigtable中。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

結(jié)合該教學(xué)資源平臺(tái)的需要，寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為依托，將其分為機(jī)電一體化、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、電氣自動(dòng)化等專業(yè)，按照不同的專業(yè)對(duì)共享資源進(jìn)行分類，因此，該系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)為如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)Fig.2 System function design

后臺(tái)管理模塊主要對(duì)個(gè)人信息及其相關(guān)用戶的權(quán)限進(jìn)行管理。上級(jí)用戶具有對(duì)下級(jí)用戶的添加、刪除等權(quán)限，還具備對(duì)下級(jí)用戶賬號(hào)使用權(quán)的封閉和解除封鎖等功能。在對(duì)用戶信息進(jìn)行刪除的時(shí)候，直接刪除用戶的相關(guān)文件和存儲(chǔ)的相關(guān)記錄。

課程門戶則主要結(jié)合不同的專業(yè)內(nèi)容對(duì)資源進(jìn)行分類，并通過該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)資料的搜索、上傳等功能。因此，該模塊包括詞條搜素、熱門標(biāo)簽、主題欄目、資源共享。其中詞條搜索主要為學(xué)習(xí)者提供相關(guān)文件、資源等關(guān)鍵詞的搜索，從而讓用戶在第一時(shí)間找到相應(yīng)的相關(guān)資料；熱門標(biāo)簽則表示通過采用各種不同標(biāo)簽的方式，根據(jù)關(guān)鍵詞訪問量的情況，將標(biāo)簽字體的大小和顏色呈現(xiàn)為不同顏色，從而體現(xiàn)出其熱門的程度。同時(shí)根據(jù)標(biāo)簽超級(jí)鏈接的功能，指向不同的分類頁(yè)面，更好的輔助用戶做好對(duì)資源的獲取；主題欄目則根據(jù)精品課程建設(shè)的基礎(chǔ)，將課程的主題欄目分為新聞公告、課程學(xué)習(xí)、課程描述、課程輔導(dǎo)資源、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、計(jì)算思維；資源共享則包括對(duì)各類不同教育教學(xué)資源的統(tǒng)一的管理，包括視頻資源、音頻資源、圖片資源、軟件資源和文字資源等，通過上傳和下載的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的共享。

4 系統(tǒng)的搭建與實(shí)現(xiàn)

4.1 GAE云平臺(tái)的搭建與部署

在應(yīng)用中由于GAE支持采用Java語(yǔ)言，因此，開發(fā)人員則可以采用標(biāo)準(zhǔn)的Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用程序的開發(fā)。對(duì)此，本文選擇eclipse3.5工具搭建Google App Engine平臺(tái)，其采取的方式為模擬Google App Engine后，在測(cè)試正常后再將其部署到GAE平臺(tái)中。其具體的步驟為：

1）首先安裝JDK和eclipse3.5工具；

2）安裝eclipse Google的插件。在運(yùn)行eclipse3.5之后，打開菜單，在Help→SoftWare Updates中獲取Google App Engine的插件；

3）安裝 Google App Engine的 SDK；

4）在PC端開發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序；

5）申請(qǐng)谷歌GAE空間；

6）運(yùn)用GAE的工具將應(yīng)用程序上傳到谷歌GAE平臺(tái)。

4.2 主要層的實(shí)現(xiàn)

以數(shù)據(jù)訪問層為例，在谷歌GAE平臺(tái)中其提供了強(qiáng)大的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)Dataatore，該存儲(chǔ)服務(wù)是以谷歌的Bigtable數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫(kù)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)不同，該數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)象叫做實(shí)體，其每個(gè)實(shí)體可擁有不同的屬性。因此，在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中其每個(gè)表都可以映射為一個(gè)實(shí)體類，其表內(nèi)的字段表示該實(shí)體類的屬性。

同時(shí)在GAE當(dāng)中其支持JPA和JDO組件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，本文在采用JPA的方式，其主要的原因是基于POJO的封裝，從而導(dǎo)致其基本上是不支持再用數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的查詢，或者需要采用更為復(fù)雜的觸發(fā)器等。如果在數(shù)據(jù)庫(kù)其數(shù)據(jù)表格是相互關(guān)聯(lián)的，則一般是通過Java類當(dāng)中的嵌套的關(guān)系來對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。另外應(yīng)用程序在和Datastore交互的時(shí)候，JPA通過其中的EntityManagerFactory來獲取Entity Manage類的實(shí)例來實(shí)現(xiàn)。因此，為更好的節(jié)約時(shí)間和內(nèi)存，才有用先設(shè)計(jì)EMF類，在通過和Datastore來完成對(duì)實(shí)體對(duì)象的添加、更新和查詢等，其具體的代碼則為：

public class EMF

{

private final static EntityManagerFactory emfInstance=

Persistence.createEntityManagerFactory （"hbasefilesharesys"）；

//hbase-filesharesys是指 persistence.xml文件中的配置集名稱

public static EntityManagerFactory getInstance（）{

return em fInstance；

}

}

通 過 上 述 的 實(shí) 現(xiàn) ， 在 通 過 EMF.getInstance（）.createEntityManager（）對(duì)實(shí)體對(duì)象的創(chuàng)建，最后就可將這些實(shí)體對(duì)象全部映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)當(dāng)中了。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過上述的構(gòu)建，使得基于云計(jì)算的教學(xué)教學(xué)資源在文件的安全性、存儲(chǔ)空間等方面與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比都有著很大的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)教師對(duì)功能的應(yīng)用。同時(shí)借助J2EE架構(gòu)的封裝功能，可對(duì)其中的應(yīng)用程序進(jìn)行擴(kuò)展，并根據(jù)系統(tǒng)的需要滿足用戶的需求。系統(tǒng)只需要提供相關(guān)的操作訪問權(quán)限，即可保障系統(tǒng)的運(yùn)行。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前教育教學(xué)資源的共享提供了一定的參考。

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