基于云計算網絡教學平臺的設計研究

白會劍

【摘要】云計算是近年來非常熱門的一個詞，其含義已經跨越了學術和科技界，融入到許多社會行業之中。云計算因為有其突出的優勢與特點，所以早已得到許多教育界精英的高度關注。根據網絡教學平臺模型的設想與思路，初步把基于云計算網絡教學平臺的構建分為“最終展現層”、“應用核心層”、“運營管理層”、“基礎架構層”、“平臺資源層”五個部分，主要是為了使網絡教學平臺可以更充分地利用云計算的優勢，通過整合整個教學系統的資源、設備、網絡與資金等資源，將相關數據存儲在云端，將相關應用也存儲在云端，從而更好地體現新一代網絡教學平臺的優越性。

【關鍵詞】云計算；網絡教學平臺；設計方案

一、云計算已得到教育界的高度關注

云計算是近年來非常熱門的一個詞，其含義已經跨越了學術和科技界，融入到許多社會行業之中。根據美國國家標準與技術研究院（NIST）的定義[1]，云計算是一種利用互聯網實現隨時隨地、按需、便捷地訪問共享資源池（如計算設施、存儲設備、應用程序等）的計算模式。

筆者在中國知網進行了五次檢索，主要是通過輸入不同的檢索條件得到相應的數據，用以分析云計算受教育界的關注程度。檢索時間均為1989年1月1日至2013年12月31日；檢索范圍均為全部期刊；匹配標準均為精確匹配。最終得出了以下結論：第一次檢索時以“云計算”為篇名，共檢索到文章11147篇；第二次檢索時以“云計算；教育”為篇名，共檢索到文章267篇；第三次檢索時以“云計算；教學”為篇名，共檢索到文章239篇；第四次檢索時以“云計算；網絡教學”為篇名，共檢索到文章20篇（見表一）。

通過表一呈現的檢索結果不難發現，關于介紹云計算的相關文章雖然不少，但是與教育相關的文章卻不算多，特別是與網絡教學有關的文章只有屈指可數的20篇。由此可見，云計算已經得到了很多教育工作者的高度重視，而一些有遠見的先行者正試圖把云計算應用到教育教學中，達到改善教育教學效果的目的。本文主要的目的是就如何基于云計算的網絡教學平臺的設計問題進行探索與研究。

二、云計算的突出特點分析

1.云計算對用戶端的設備要求非常低，使用起來非常方便。當用戶不是在云計算的環境下，用戶如果要使用某個最新的操作系統，或者要使用某軟件的最新版本，那么用戶就必須不斷地升級自己的電腦硬件。有時候為了打開朋友發來的一些特殊格式的文件，用戶必須尋找并下載可以打開這特殊格式應用軟件。而在云計算的運行環境下，絕大部分的任務都將交給“云端”完成，用戶只要擁有可以上網的終端設備，再加上一個自己喜歡的瀏覽器，然后將終端設備接入Internet，用戶就可以實現自己想做的任何事情。用戶不但可以繼續使用原有的舊電腦，還可以使用性能一般的上網本或智能手機，并且所得到的實際效果往往比升級自己的電腦硬件還要好，用戶可以充分享受云計算所帶來的樂趣。

2.“云端”是用戶最可靠、最安全的數據存儲中心。把自己的數據放在專業的“云端”上，用戶再也不用擔心數據丟失、病毒入侵等煩惱。可能很多人都可能會認為自己的數據只有保存在看得見、摸得著的自己辦公室或家里的那臺電腦里才是最安全的。其實不然，你想想，如果你的電腦損壞或者被病毒攻擊，而導致硬盤上那些重要的數據無法恢復怎么辦？特別是當你拿去維修時，卻被一些不法之徒竊取了你的重要數據怎么辦？反之，如果你的數據保存在“云端”上，因為那里有全世界最專業的團隊來幫你管理信息，有全世界最先進的數據中心來幫你保存數據。同時，嚴格的權限管理策略可以幫助你放心地與你指定的人共享數據。這樣，你不用花錢就可以享受到最好、最安全的服務，甚至比在銀行里存錢還方便。

3.云計算可以輕松實現不同設備間的數據與應用共享。云計算可以使你擺脫更換電腦設備時帶來的保存和COPY眾多資料和數據的煩惱，另外，你的數據和資料常常不得不在家里的電腦有一份，在辦公室里的電腦還有一份，并且這些數據往往是不同步的，你為了讓這些數據資料達到同步，也是一個非常麻煩的事，你必須為此付出難以計數的時間和精力。但是，這一切如果用云計算來處理，那一切都變得很簡單。因為在云計算的網絡應用模式中，數據只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有電子設備只需要連接互聯網，無論在何時何地都同時訪問和使用同一份數據。

4.云計算還可以為用戶使用網絡提供了幾乎無限多的可能，為存儲和管理數據提供幾乎無限多的空間，也為用戶完成各種各樣的應用提供了幾乎無限強大的計算能力。個人電腦或其他電子設備不可能提供無限量的存儲空間和計算能力，但在“云端”上，那里由數千臺、數萬臺甚至更多服務器組成的龐大的集群，卻可以輕而易舉地實現這一功能。當你把最常用的數據和最重要的功能都放到“云端”時，那么你對電腦、應用軟件乃至整個網絡的認識都會有翻天覆地的變化，你的生活也會因此而改變[2]。

總之，云計算實現了從計算機到使用者，從應用到任務、從孤立的數據到可以隨處訪問、可以與任何人共享的數據的轉變。云計算的這些特性十分適合我們當前教育教學的需要，為教師教學和學生學習帶來非常大的便利，提供強而有力的支持。因此，在教育信息化深入發展的今天，開展基于云計算的網絡教學平臺設計和研究，以輔助教育教學活動顯得尤為必要和可行。

三、網絡教學平臺模型的設想

1.網絡教學平臺應該具有實用的教學功能。一個良好的網絡教學平臺應包含教師的在線備課，教學資源上傳，可以及時地對學生的學習和作業進行管理，同學們可以在網絡論壇進行討論，教師可以在線答疑，學生還可以很方便地利用課程資源，進行實訓與練習，在學習結束后還可以自主進行在線測試等基本功能。網絡教學平臺最重要的就是支持教師和學生，在網絡環境下可以完成一切教與學的行為，師生之間、學生之間都可以很及時地交換信息，進行高效學習。

2.網絡教學平臺應該能夠運用各種教學策略。學生可以通過網絡論壇、在線答疑等模塊實現協作學習策略，學生還可以根據教師提供的電子課件等各種教學資源學生進行個性化學習，學習結束后還可以通過進行實訓或練習檢測自己的學習效果，最后還可以進行在線測試等。網絡教學平臺應該能充分體現現代教育思想和教學理念，能在教學過程貫穿學生“自主學習與協作學習相結合”的理念，為教師的“教”與學生的“學”提供最便捷的交流平臺。

3.網絡教學平臺應該體現學生中心，做到簡單實用。網絡教學平臺其實就是“以學生為中心”的教學模式的最好體現，不但可以提供學生個性化學習的教學平臺，而且功能強大，維護簡單，使用方便，界面簡單友好，學生容易操作。學生們在線學習、作業提交以及在線測試都方便快捷，無論用戶計算機水平如何，都很容易學會使用，不會讓人感到煩瑣。

4.網絡教學平臺應該具有良好的管理功能。網絡教學平臺應該具有教務管理、課程管理、教師管理、班級管理、學籍管理、考試管理、資源管理、用戶管理、運營管理等各種功能，體現網絡教學平臺的先進性與方便性[3]。

四、網絡教學平臺設計方案

既然云計算有那么多突出的特點，網絡教學平臺有那么多的優優勢，同時受那么多的有遠見卓識的教育先行者的重視，所以基于云計算的網絡教學平臺的優勢是不言而喻的，現在我們面臨的主要問題就是如何設計網絡教學平臺的設計方案。我們初步設想的方案應該包括最終展現、應用核心、運營管理、基礎架構、平臺資源這五個層面，大概的設想架構如圖一：

圖一：網絡教學平臺的設計架構[4]

1.最終展現層

最終展現層其實就是整個網絡教學平臺的門戶系統，主要包括“學生子門戶”、“教師子門戶”、“家校互動子門戶”和“運營管理子門戶”四個部分。其中“學生子門戶”主要是面向學生的，學生在這一模塊中可以實現在線選課、在線聽課、在線學習、在線提問、在線考試、在線使用學習工具等功能；“教師子門戶”主要是面向教師的，教師在這一模塊中可以實現在線呈現自己的教學計劃、課程安排、在線備課、在線授課、在線答疑、在線評估、在線培訓、在線使用教學工具等功能；家校互動子門戶主要是面向家長的，家長在這一模塊中可以實現與教師的互動和交流，或就一些熱點問題和教師進行討論等，當然教師也可以利用這一模塊中的功能向家長發送要求家長參與的家校互動的通知等；“運營管理子門戶”主要面向平臺維護人員的，維護人員可以通過這一模塊的功能，實現各種工具軟件的版本更新，平臺運行狀態的實時監控，各種故障的處理，系統安全管理、后臺數據的維護和備份等功能。

2.應用核心層

應用核心層是整個網絡教學平臺的應用核心，是最終展現層所呈現內容的具體承載層，這一層是教育行業各種流程與具體實踐在網絡上的完整體現，不但要充分體現出人事的管理流程、教務的管理流程、班級的管理流程，還要充分教師的教學計劃、課程安排、教學實施、在線授課、在線考評等完整的流程，學生還可以在此基礎上實現網上圖書館的閱讀功能，網上實驗室的操作功能，以及各種學習軟件、教學軟件、教學資源、搜索引擎的利用等基礎功能。

3.運營管理層

運營管理層是整個網絡教學平臺的管理核心，是“運營管理子門戶”展現功能的具體承載層，其主要職能是實現網絡教學平臺所有功能與資源的統一調度，整個系統的監控、平臺性能的管理、系統安全的管理、資源維護與備份管理、用戶的計費管理等功能都是在這一層面完成的。這個層面技術含量非常高，如果有專業技術人員那可以自主開發，如果沒有專業技術人員那可以由專業的第三方軟件提供商提供。

4.基礎架構層

基礎架構層是整個網絡教學平臺的技術核心，屬于當今最前沿的技術領域，只有專業的技術公司才能提供，如國外的Google App Engine（簡稱：GAE），國內的百會（www.Baihui.com）云計算服務，開源平臺Apache Hadoop平臺等。基礎架構層所涉及到的技術是云計算的關鍵技術，其中以編程模型、數據存儲技術、數據管理技術、虛擬化技術、云計算平臺管理技術最為關鍵。

該平臺的基礎架構層主要提供四大基礎能力：基礎框架能力、開發測試能力、部署運行能力、運營管理能力。這四大基礎能力各自分工非常細密，技術含量也非常高，該設計方案只是對其分工進行了大致劃分（可參見圖一）。

5.平臺資源層

平臺資源層主要包含物理資源層和虛擬化資源層，這一層所涉及到的最為關鍵的技術就是虛擬化技術。物理資源層主要包括主機、設備、數據、存儲、網絡等，這個很容易懂。虛擬化資源層主要的作用就是對物理資源層最終實現虛擬化，形成計算資源池、設備資源池、數據資源池、存儲資源池、網絡資源池，最終實現對資源的池化管理，這樣最大的好處就是便于資源的動態分配、再分配和回收。

虛擬化技術主要分為平臺虛擬化（Platform Virtualization）、資源虛擬化（Resource Virtualization）、.應用程序虛擬化（Application Virtualization）。通常說的虛擬化主要是指平臺虛擬化，通過使用控制程序（Control Program，也被稱為Virtual Machine Monitor或Hypervisor），把計算平臺特定的實際物理特性隱藏起來，為用戶提供可以直接使用的虛擬機（Virtual machine或VM），可以像真實機器一樣運行程序的計算機的軟件實現[5]。這時候的用戶不需要知道服務器、存儲、設備、資源、網絡的具體位置，只要通過統一規定的方法去獲得它、使用它就可以了。

虛擬化本質上是資源的一種邏輯表示，它不受物理限制的約束。其實現形式是在系統中加入一個虛擬化層，虛擬化層的作用就是可以將物理資源抽象成另一形式的資源，提供給上層使用。虛擬化可以將一份資源抽象成多份；同時，虛擬化也可以將多份資源抽象成一份。另外，虛擬化技術還有自動恢復功能，當系統出現故障后，能夠自動診斷并通過改變資源配置自動恢復。

五、結 論

基于云計算的網絡教學平臺是一種隨著云計算出現后的才出現的新型教學系統。該平臺的特點就是充分利用了云計算的優勢，通過整合整個教學系統的資源、設備、網絡與資金等資源，將相關數據存儲在云端，將相關應用也存儲在云端。因為云計算是一個新興的、革命性的概念。它使人們從個人終端解脫出來，使人們從傳統以個人桌面系統為中心的應用模式走向全新的以網絡為中心的應用模式。在這種新模式里，人們可以像使用水電一樣使用IT資源，用戶按需使用服務，根據使用多少付費，人們也可以像存取錢一樣存取自己的數據。這種模式可以使最小化性能的計算機獲得最大化的功能，它將改變我們的生活方式，最終改變我們的世界[6]。

參考文獻：

[1]MELLP，GRANCE.The NIST Definition of Cloud Computing[R].National Institute of Standards and Technology，2011.

[2]薛慧麗.基于云計算的高校教育資源平臺設計研究[J].科技信息，2011，（20）：215-216.

[3]王磊.云計算時代高校新型網絡教學平臺的構建[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2013，（1）：23-24.

[4]張樹青，梁鵬.云計算環境下網絡教學平臺的建設探索[J].計算機教育，2012，（24）：134-137.

[5]百度百科（Wikipedia）虛擬化技術.

http：//baike.baidu.com/link？url=7uzv5Dh_XWq-CEy1QKrHnby_ScWYh7NwsmQAcwo2VnV4JVPa0z5Mf0A8YgkbZvkA.

[6]謝偉彬.基于云計算的高校網絡教學實踐探究[J].廣東技術師范學院學報，2011，（3）：61-63.