基于云計算的高校教學綜合管理平臺方案設計

劉玉華，陳建國，張春燕

(福建工程學院軟件學院，福建福州 350003)

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基于云計算的高校教學綜合管理平臺方案設計

劉玉華，陳建國，張春燕

(福建工程學院軟件學院，福建福州 350003)

[摘要]云計算技術是計算機科學領域的一種熱門前沿技術，將云計算和云服務技術運用于教育信息化改革中能夠優化教育信息化建設，有效節約各種資源，提高教學質量和教學管理水平。本文立足于福建省高校教學建設，提出一種基于云計算的高校教學綜合管理云平臺方案，包括教學綜合管理云平臺總體架構設計，以及網絡課程云、實驗環境云和教學管理云等教學資源云的方案設計。并對該平臺的管理機制提出一些建設性意見。

[關鍵詞]教學綜合管理；教學云平臺；教學資源云；云計算

1課題研究背景

隨著計算機科學技術、云計算技術的快速發展，教育領域的信息化改革力度不斷加大，各高校都在嘗試利用先進的互聯網技術，構建符合自身學校特色的現代化教學環境和教學管理系統。當今，云計算技術是計算機科學領域的一種熱門前沿技術，云計算技術能夠給人們帶來一種新的無障礙網絡服務和彈性資源服務[1-3]。將云計算和云服務技術運用于教育信息化改革中能夠優化教育信息化建設，有效節約各種資源，提高教學質量和教學管理水平[4-5]。

福建省教育廳充分利用云計算技術、在全省范圍內推廣實施教育信息化改革，建設具有福建特色的教育云平臺[6]。該教育云平臺采用虛擬化等核心技術實現各種教育資源的有效整合，對各類教育資源進行動態管理，并且根據各項業務的實際需求進行彈性分配資源。

本文立足于福建省高校教學建設，在分析該省高校教育信息化建設現狀的基礎上，提出一種基于云計算的高校教學綜合管理云平臺方案，以期為進一步促進該省高校教育信息化可持續發展提供參考和建議。

2研究目的及意義

基于云計算的高校教學綜合管理平臺依托云計算技術和云服務模式，將會為高校教育信息化領域的建設帶來新的發展和探索。

2.1共享優質教學資源

目前，福建省大部分高校基本都建設有不同規模和層次的網絡教學平臺，用于日常教學和管理工作。本課題所提出的教學綜合管理云平臺能夠利用虛擬化技術將各個高校的優質教學資源進行充分整合，包括教學課程資源和實驗設備資源等，通過云服務模式向各高校師生提供服務，使師生十分方便地獲取這些資源進行教學和學習，同時鼓勵師生不斷創新，持續更新及創建優質教學資源。

2.2開展實驗教學和科研建設

各個高校根據各自教學計劃安排，向云平臺申請所需要的實驗環境，云平臺的彈性資源分配技術進行調度和分配，在一定程度上消除高校間的隔閡，避免各自學校部分實驗設備的閑置。同時，也有能力為高校的科研工作提供高質量的科研環境，促進高校實驗教學和科研建設的開展。

2.3降低教學經費投入

云平臺的構建能夠充分利用各高校現有的教學資源和實驗設備資源，利用硬件虛擬化技術和集群管理技術對這些資源進行有效整合，形成統一的云資源。各高校在實際教學中能夠利用的教學資源不再是自身學校的現有資源，而是云平臺的統一資源。師生可以通過各種終端訪問云平臺，根據實際需要申請并使用相應的教學資源和服務。這在一定程度上降低了各個高校為采購和管理這些教學資源和設備的費用。

3云計算及其在高校教學的應用

3.1云計算技術

云計算技術是一種構建在互聯網技術之上的，對各種計算資源進行虛擬化，將互聯網中的計算資源匯集成一個統一、高效的平臺，并采用并行和分布式計算方式，根據用戶實際業務需求提供相應的計算資源和服務的一種運營模式。云計算技術的主要特征是資源共享和資源彈性供給[7]。下面對云計算的關鍵技術進行簡要闡述。

3.1.1虛擬化技術

通過硬件和軟件虛擬工具，將互聯網中的計算資源進行管理，進而匯集成一個統一、高效的平臺，實現平臺上的軟件應用與底層的物理硬件相互透明[8]。

3.1.2數據分布存儲技術

云平臺由大量計算資源通過虛擬化組成，云平臺采用分布存儲的方式將數據保存在多個計算資源中，同時采用冗余機制，為確保數據存儲的安全性和容錯性，同時滿足海量數據的存儲需求[9]。

3.1.3資源彈性調度技術

彈性是云計算的最主要的特征，云平臺能夠根據用戶實時變化的計算資源需求，通過資源調度、負載均衡管理等方法，盡可能及時地為用戶分配足夠而不浪費的計算資源，確保業務正常運作[10]。

3.2云計算在教育領域的應用

由于云計算具有資源有效整合、彈性調度和按需分配等優勢，已被廣泛應用于各個領域，包括教育領域[11-12]。云計算在教育領域的應用主要概括如下：(1)云計算能夠對高校的所有實驗設備進行虛擬化成實驗資源云，也可以將多個高校之間的實驗設備及其它教學資源進行有效整合，構建區域教育資源云平臺，實現各高校之間的教育資源共建共享[13]。(2)省市教育部門或者企業可以統一購買教育領域的商業軟件，并將其部署到云平臺上。多個高校能夠充分利用云平臺進行應用軟件租用服務，無需各自購買商業軟件，同時也減少了維護和管理這些軟件的人力成本和其它費用。(3)云計算技術能夠為各個高校提供統一的數據存儲平臺，同時確保數據的安全性和容錯性。各個高校只需要管理各自的隱私數據，而將大量數據存儲在云平臺，降低數據管理成本[14-15]。

4教學綜合管理云平臺設計

4.1總體架構設計

本研究根據福建省高校教育信息化建設現狀，提出一種基于云計算的高校教學綜合管理云平臺方案，實現高校優質教學資源的共享，在一定程度上促進各高校教學質量的提高。基于云計算的福建省高校教學綜合管理云平臺技術架構如圖1所示。

高校教學綜合管理云平臺由基礎設施層、教學資源層和應用服務層構成。

(1)基礎設施層：基礎設施層位云平臺的底層，將各個高校的計算機、服務器、實驗設備、網絡設施、存儲設備等資源進行互聯和整合管理，通過硬件和軟件虛擬技術匯集成一個統一、穩定、高效的云平臺基礎設施環境；(2)教學資源層：在基礎設施層的基礎上，將各個高校的教學資源(網絡課程資源、實驗環境資源和教學管理資源等)進行匯總、篩選、分類和標準化等管理操作，形成統一的教學資源，以便于為各個高校提供云服務；(3)應用服務層：云平臺根據各個高校的實際教學及管理需求，對資源層的教學資源進行調度，向高校分配所需的資源。云平臺提供的服務包括：資源訪問、在線學習、模擬實驗、資源管理、教學交流和教學管理等。

圖1　基于云計算的福建省高校教學綜合管理云平臺架構

4.2網絡課程云

由福建省教育廳組織，福州大學、廈門大學、福建師范大學等各個高校積極響應，將各自學校的優秀課程資源共享到教學綜合管理云平臺。同時，還可將一些企業的技能訓練課程，互聯網上的國內外優秀課程引入云平臺，構建成網絡課程云資源。福建省高校教學綜合管理云平臺中的網絡課程云的資源結構如圖2所示。

圖2　網絡課程云資源結構

網絡課程云資源的主要組成內容有：(1)院校課程：包括各個院校的精品課程、遠程教育課程、在線課堂等優秀課程資源。由福建省教育廳統一組織規劃，各市教育局及相關管理部門負責協調，全省各個高等院校根據課程云資源建設方案，積極將本院校的精品課程等課程資源發布到網絡課程云平臺中，并提供后續的更新和維護工作。全省各高校師生可以通過該網絡課程云平臺進行課程在線學習，并能夠在線交流討論；(2)企業課程：包括相關企業的專業技能培訓課程、考試培訓課程、傳統文化課程等資源。充分利用社會資源，積極鼓勵各培訓單位共享；(3)互聯網課程：包括互聯網上的各種國內外院校、單位的免費或收費課程資源。

教學綜合管理云平臺通過各種權限管理，將網絡課程云資源開放給相應的高校或者單位。各高校的廣大師生就可以十分方便地使用這些課程資源進行學習和研究，不受時空限制。課程資源云并不是簡單地將課程錄制成視頻上傳到云平臺，更需要各高校及單位實時維護和管理。學生訪問課程資源云，參加課程學習后，能夠與該課程的指導教師通過網絡進行互動，包括提問、完成作業及參與考核等。

同時，各高校在制定培養方案和教學計劃時，可以充分利用這些網絡課程云資源，實施網絡課程選修學分制。學生也可通過學習這些網絡課程，通過考核得到相應的學分。這樣可以擴大學生選修課程的選擇范圍，開拓學生的學習視野，同時也減輕學校教學管理的工作壓力，提高教學質量。

4.3實驗環境云

實驗教學是高校教學中十分重要的一個環節，學生在實驗環節中能夠對理論知識進行驗證，提高實踐動手能力，進而對完善對理論知識的認知。

目前，福建省大部分高校都擁有較為悠久的辦學歷史，積累了豐富的辦學經驗，建設有各自學校特色的品牌學科和專業。例如：廈門大學的工商管理、應用經濟學、生態學、統計學等專業是中國一流學科專業；福建師范大學的美術學、地理學等專業，福建農林大學的風景園林學、植物保護、作物學等專業屬于中國高水平學科專業；福州大學的化學工程與技術、機械工程、建筑學、土木工程等專業屬于中國知名學科專業。各個高校根據省教育廳的組織安排，將各自學校的品牌專業的先進實驗教學資源進行統一配置，通過虛擬化技術和集群管理技術，將這些資源構建成統一的實驗環境云資源。實驗環境云的資源結構如圖3所示。

圖3　實驗環境云資源結構

實驗環境云資源主要通過對各高校的特色專業實驗教學設備的標準化、虛擬化配置，完成統一實驗室環境建設。實現不同高校之間的實驗設備共享、實驗教學資源共享。根據各高校的實際教學需求和相應的資源訪問權限，向高校提供十分便捷和穩定的服務。通過實驗環境云的建設，能夠充分發揮各個高校特色專業的優勢，有效提高全省范圍內各高校實驗教學資源的利用率，實現實驗教學資源的整合和平衡，降低各高校實驗室建設成本，提高實驗教學質量。

4.4教學管理云

由福建省教育廳或者相關企業統一購買教育領域的商業軟件，并部署到云平臺上。教學管理云的資源結構如圖4所示。

圖4　教學管理云資源結構

教學管理資源主要包括各種教學管理軟件和教學管理數據。教學管理軟件主要包括辦公自動化系統、教學管理系統、教育評估系統、電子郵件系統和學生信息管理系統等。教學管理數據主要包括院校基礎數據、學生學籍數據、專業培養方案和教學過程管理數據等。各個高校能夠充分利用云平臺進行應用軟件租用服務，無需各自購買商業軟件，減少了維護和管理這些軟件的人力成本和其他費用。教學管理云資源的充分利用能夠有效提高高校的教學管理工作效率。

5教學綜合管理云平臺的管理機制

福建省高校建設教學綜合管理云平臺之后，為了使其良好運營，并充分發揮其相應的功能，需要有一套行之有效的、可操作的管理機制。本文對教學綜合管理平臺的管理機制提出一些建設性意見，分別從教育管理部門、高校管理部門、合作企業單位、廣大師生等方面進行闡述。

5.1教育管理部門

福建省、各市縣等教育管理部門在該教學綜合管理云平臺的建設和運營過程中起著領導和監督的重要作用。在平臺建設階段，由省教育廳統一部署工作，制定平臺建設的總體目標和各階段目標。根據平臺建設計劃，組織相關部門、企事業單位和高校參與平臺建設工作，并進行合理分工。協調并解決平臺建設過程中遇到的各種困難和問題。制定平臺建設標準，組織對平臺進行驗收。在平臺運營階段，要統籌協調各級參與單位進行平臺內容的上傳、審核、維護和各種管理工作，監督各級參與單位的工作進度和工作質量。制定相應的激勵機制和工作規章制度，確保平臺建設和運營工作的順利開展。

5.2高校管理部門

全省各個高校管理部門在該教學綜合管理云平臺的建設和運營過程中起著組織建設的重要作用。

在平臺建設階段，各高校管理部門根據省市教育領導部門的統一部署工作，根據本校所承擔的任務以及現有教學資源，積極參與平臺進行建設。組織各教學院系整理課程視頻、各種教學材料等資源，組織各教學院系及實驗中心統計各項實驗設備，重新制定在教學綜合管理云平臺環境下的教學工作計劃和實驗設備使用計劃。各高校之前取長補短，充分發揮各個高校的專業特色。

在平臺運營階段，組織并鼓勵各教學及管理部門、廣大師生積極參與該平臺的使用和維護。制定相應的激勵機制和工作規章制度，向學生開放相關課程選修功能，鼓勵學生通過平臺進行課程學習并取得相應學分。鼓勵教師將自己的優秀教學課程及資料共享到平臺中，并通過平臺與學生積極互動交流，并將其計入教師工作績效考核中。從而確保該教學綜合平臺達到“取之于高校，用之于高校”的作用，共同建設具有活力、競爭力的教學綜合管理平臺。

5.3合作企業單位

社會企業單位在該教學綜合管理云平臺的建設和運營過程中起著積極參與的重要作用。各企業單位可以根據企業自身經營內容及實力，充分參與到該平臺的建設中。各專業技術培訓機構(如各種職業技能培訓、外語培訓、普通話培訓、考研培訓、公務員培訓等)可以將培訓課程發布到平臺中，采取合理的收費標準或者免費共享的方式，供師生學習使用。各種教學設備提供商可以通過在線方式或者實體方式向全省各高校師生提供實驗設備、實驗軟件和實驗數據等教學資源。各相關企業單位可以根據自身業務需求及校企合作框架向師生提供各種實習、實踐機會，使得企業、高校、師生通過該平臺達到共贏的效果。

5.4廣大師生

全省各高校廣大師生在該教學綜合管理云平臺的建設和運營過程中充當建設者和受惠者的雙重作用。在平臺的建設和運營過程中，廣大師生積極發布分享各種教學資源，通過平臺交流、討論、相互學習。學生通過該平臺可以學習到各個高校以及企業的寶貴課程知識，擁有更豐富的實驗環境，得到更多企業實踐實習機會；教師通過平臺可以擁有更豐富的教學和科研環境，促進自身的成長。

總之，只有在省市各級教育管理部門、高校管理部門、合作企業單位和廣大師生積極建設、共同努力下，才能使該高校教學綜合管理系統成功建設和健康運營，在高校教學及管理過程中充分發揮作用。

6結語

綜上所述，本文闡述了云計算技術及其在教育領域的應用，根據福建省高校教育信息化建設現狀，提出一種基于云計算的高校教學綜合管理云平臺方案，包括云平臺總體架構設計，以及網絡課程云、實驗環境云和教學管理云等教學資源云的資源結構設計，實現了高校優質教學資源的共享，能夠在一定程度上促進各高校教學質量的提高。

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The Scheme Design of University Teaching Management Platform Based on Cloud Computing

LIU Yu-hua, CHEN Jian-guo, ZHANG Chun-yan

(Software College, Fujian University of Technology, Fuzhou Fujian 350003, China)

Abstract:Cloud computing is a hot technology in the field of computer science. With the application of the cloud computing and cloud services technology in education information reform, the construction of education information will be optimized, the resources will be saved, and the level of teaching quality and management will be improved. This paper focuses on the university teaching construction of Fujian Province, and proposes a scheme of integrated university teaching management platform based on cloud computing. The scheme contains the architecture of the cloud platform, the network curriculum, the experimental environment, the teaching management cloud and other teaching resources cloud. Then, some constructive suggestions are provided on the management mechanism of the platform.

Key words:teaching management; teaching cloud platform; teaching resource cloud; cloud computing

[收稿日期]2016-03-04

[基金項目]福建省教育科學“十二五”規劃課題“基于云計算的區域教育資源公共服務模式研究”(2014CG1363)。

[作者簡介]劉玉華(1985- )，女，助教，從事軟件工程、云計算研究。

[中圖分類號]TP31；G642

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-7602(2016)06-0054-06