分析測試方法標準在線學習云平臺應用架構1）

陳婷（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）劉清珺（北京市科學技術研究院）張旭（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）孫暢（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）

分析測試方法標準在線學習云平臺應用架構1）

陳婷（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）
劉清珺（北京市科學技術研究院）
張旭（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）
孫暢（北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心）

利用云計算架構搭建分析測試方法標準在線學習平臺，為分析測試人員提供直觀、規(guī)范的方法標準操作和分析儀器使用在線學習課件，提升對方法標準的應用能力。分析了我國方法標準的組成結構特點，提出了結構化和模塊化的標準在線學習課件設計模式，搭建了在線學習云平臺，探討了平臺的關鍵技術和主要功能。采用本文提出的架構方案在很短的時間制作出了食品安全近100項方法標準在線學習課件，分析測試人員可以通過訪問平臺（http：//chinatt315. e-learning.ac.cn）進行學習。以本文提出的架構方案進行方法標準在線學習課件制作，能夠節(jié)省課件制作成本，提高課件制作效率；平臺采用多媒體演示和個性化學習的模式進行方法標準應用學習，能夠提升分析測試人員對方法標準的學習興趣和學習效果。

分析測試方法標準在線學習云計算食品安全

近年來，我國分析測試方法標準的數量逐年遞增，這些方法標準需要相關分析測試人員能夠及時了解和掌握。同時，隨著現代分析儀器的日新月異，分析測試人員要不斷學習新的儀器使用和儀器維護知識。從目前檢測實驗室方法標準應用情況看，實施效果并不理想。2011年12月，國家質檢總局在抽樣檢測中發(fā)現蒙牛乳業(yè)（眉山）有限公司生產的一批次產品被檢測出黃曲霉素M1超標140%，而眉山工廠原奶質檢員工由于方法標準操作有誤導致這一批次原奶中超標的黃曲霉素M1未能檢出［1］。2012 年7月，美贊臣惠氏1階段奶粉被報道違禁“添香”危害嬰兒肝腎，而后負責出具檢驗報告的湖南農業(yè)大學營養(yǎng)與食品安全檢測中心發(fā)表聲明承認是檢驗技術人員誤判了色譜分析圖譜導致檢測結果錯誤，該次送檢樣品未檢出香蘭素［2］。2013年5月，寧波知名品牌龍海蜇頭被江東工商局查出硼酸超標，事后負責產品質量標準檢驗的第三方檢測機構寧波中普檢測公司發(fā)表道歉聲明，系公司檢驗人員對標準的理解錯誤，將檢出5.9mg/kg天然硼酸本底含量的陸龍家宴海蜇絲誤判為“不合格”［3］。2016年4月，由于北京興奮劑檢測實驗室在2015年10月世界反興奮劑機構（WADA）組織的雙盲考試中報告兩個假陰性結果被暫停實驗室檢測資格。據報道，實驗室出現假陰性結果報告首先是因為檢測方法沒有及時跟上WADA的最新技術要求，其次在審閱儀器分析結果時出現疏忽［4］。通過以上案例不難發(fā)現，分析測試方法標準的有效實施亟待提升。

截至2015年12月底，全國各類檢驗檢測機構31122家，分布在31個省份，從業(yè)分析測試人員近94萬人［5］。由于檢測實驗室每天承擔著大量的檢測任務，分析測試人員能夠用于集中學習的時間十分有限。要實現對如此分散、數量龐大、學習時間有限的分析測試人員進行系統性和針對性的方法標準學習，平臺化的方法標準在線學習模式是可行途徑。首先，平臺化的方法標準在線學習模式不需要對分析測試人員進行大規(guī)模的集中，技術人員學習時間和學習空間比較自由；其次，分析測試人員對儀器實操學習的需求旺盛，現場進行實操學習，分析測試人員往往無法完全跟上演示者的實操講解進程，通過平臺化的方法標準在線學習模式可以反復學習，使得實操學習更加全面深入；第三，平臺化的方法標準在線學習模式涵蓋的內容形式豐富，這是現場學習難以企及的；第四，平臺化的方法標準在線學習模式能夠讓分析測試人員自主選擇需要學習的內容，學習主動性和彈性大大增強。

1　方法標準在線學習技術述評

在線學習（E-learning）是指利用現代信息網絡技術提供的具有豐富資源與溝通機制的學習環(huán)境進行學習的方式。在線學習最早興起于美國，隨后在全球范圍內得到迅速普及［6-12］。早期，在線學習課件受限于網絡帶寬的限制，主要以文字課程的形式展示。2007年，可汗學院（khan academy）以視頻教學模式吸引了千萬學生的關注，引發(fā)在線學習發(fā)生重要變革。隨后，伴隨著智能終端的普及，基于應用商店模式的在線學習應用大量涌現，泛在學習模式雛形出現。近年來，緊隨著云計算與大數據時代的到來，基于云學習平臺的統一資源中心與數據中心開始形成，并為精細化學習分析提供了可能［13］。經過近20年的發(fā)展，在線學習在大規(guī)模學習覆蓋率與個性化學習體驗之間實現了較好的平衡。

在線學習的廣泛應用推動了標準的電子化發(fā)展。據統計，全國提供標準信息的平臺網站有200多個。

縱觀目前標準在線服務平臺，主要提供標準分類、標準檢索、標準更新與標準全文閱覽信息服務，不涉及標準實操在線學習、標準個性化學習評估以及標準互動交流學習功能。而針對分析測試方法標準規(guī)范使用，讓分析測試人員自主進行標準實操在線學習，并自發(fā)性地進行標準互動交流討論以及技能考試測評具有積極的作用。同時，通過線上大量學員的學習行為記錄進行大數據分析，針對性地引導其進行線下實操培訓，強化其標準的規(guī)范實踐能力。因此，研究制作成本低、服務體驗好的分析測試方法標準實操在線學習云平臺是對現有標準在線服務平臺能力的一個有力補充。

2　分析測試方法標準特征分析

為了實現分析測試方法標準實操多媒體課件的高效、規(guī)范制作，首先對分析測試方法標準的結構特征進行分析。我國分析測試方法標準涉及領域眾多，但其結構具有相似性，通常包含樣品前處理操作與上機操作兩個部分。其中，樣品前處理操作和上機操作是由一系列的規(guī)范操作組合而成，如圖1所示。

圖1　分析測試方法標準的結構特征

以GB 5009.12—2010《食品安全國家標準食品中鉛的測定》［14］與GB 5009.123—2014《食品安全國家標準食品中鉻的測定》［15］的樣品前處理為例。

糧食、豆類、堅果類中鉛的測定與鉻的測定，樣品前處理操作均為圖2所示。

圖2　糧食、豆類、堅果類中鉛和鉻的測定前處理操作

蔬菜、水果、肉類、魚類及蛋類中鉛的測定與鉻的測定，樣品前處理操作均為圖3所示。

圖3　蔬菜、水果、肉類、魚類及蛋類中鉛和鉻的測定前處理操作

從以上兩個例子看出，雖然是兩個不同的方法標準，但是對于同類型樣品其前處理操作基本是相同的，不同的是所需的溶液、體積和操作時間因方法而異。對同類型樣品前處理操作進行多媒體課件制作，我們會發(fā)現：畫面是相同的，只是字幕和音頻不一樣。而對于不同類型的樣品，雖然樣品前處理過程有差異，但是有些操作步驟是相同的。因此，在進行分析測試方法標準多媒體課件制作時，將樣品前處理過程進行模塊拆分，按照模塊進行多媒體拍攝制作能夠大大減少課件重復錄制過程。同理，儀器操作過程基本上是相同的，只是在軟件設置上會有所不同。

利用面向對象的結構化思想，將樣品前處理操作和分析儀器操作流程分解為最小完備操作集，形成標準化操作規(guī)范多媒體課件素材庫。然后，通過結構化和模塊化的多媒體課件制作技術，將素材庫內容按照新的分析測試方法標準流程進行快速組合，實現方法標準多媒體課件的快速制作，如圖4所示。

圖4 分析測試方法標準多媒體課件結構化與模塊化設計

3　方法標準在線學習平臺架構

以結構化和模塊化的分析測試方法標準實操多媒體課件為基礎，搭建分析測試方法標準在線學習云平臺，為分析測試人員打造用戶體驗好的方法標準個性化學習與互動交流學習社區(qū)。平臺采用SOA （ServiceOrientedArchitecture）的技術體系架構，流程、任務、文檔、組織、權限等組成部分均以細粒度的服務形式存在，由在線學習模型對這些服務進行組合、編排，依靠XML（Extensible Markup Language）、WebService、SOAP（Simple Object Access Protocol）等技術通過ESB（Enterprise Service Bus）最終形成綜合管控平臺。

3.1平臺應用架構

分析測試方法標準在線學習云平臺采用分層應用架構，涵蓋資源層、服務層、業(yè)務層和表現層，如圖5所示。

圖5　分析測試方法標準在線學習云平臺應用架構

3.1.1資源層

資源層支撐整個平臺的數據庫群并預留數據接口，包括學習資源中心、用戶數據中心、社區(qū)數據中心以及運營數據中心等。其中，學習資源中心由樣品前處理微視頻素材庫、分析儀器操作微視頻素材庫、分析儀器工作原理3D動畫素材庫等組成；用戶數據中心包含平臺用戶的基本信息、個性化學習記錄信息等；社區(qū)數據中心涵蓋了社區(qū)論壇的留言信息以及論壇用戶關聯信息等；運營數據中心是支撐平臺安全運行的后臺信息數據庫群。

3.1.2服務層

服務層是實現注冊、編目、存儲、多媒體處理和智能應用的核心。依托云計算技術構建門戶、目錄、存儲、搜索、安全、多媒體處理、多媒體播放等一系列全局核心服務，對資源層的數據進行加工、編目與存儲，并提供搜索機制，創(chuàng)建平臺在線學習共享環(huán)境，通過技術上松耦合的SOA架構，為上層業(yè)務應用提供廣泛信息共享與跨平臺智能應用支持能力。

3.1.3業(yè)務層

業(yè)務層直接面向用戶，為分析測試人員提供方法標準在線學習、考試、培訓等服務。業(yè)務層實現多媒體課件在線學習核心業(yè)務，依托下層提供的全局核心服務功能，對平臺學習資源數據進行綜合加工，對用戶數據信息進行智能分析，為分析測試人員提供更加智能化的服務。

3.1.4表現層

表現層集中呈現面向終端用戶提供的服務內容，包括在線學習管理、培訓管理、考試管理、資源管理、查詢和統計等功能。該層面向多屏融合多媒體應用開發(fā)了多屏門戶內容管理平臺App接口，并開發(fā)了多屏移動終端客戶端，從而實現Web/App終端自適應功能。

3.2平臺關鍵技術

本文提出的分析測試方法在線學習云平臺關鍵技術有3項，包括：云計算平臺構建技術、開放式平臺P2P技術以及模塊化的多媒體課件制作技術。

3.2.1云計算平臺構建技術

云計算是一種通過網絡把計算、存儲、應用資源當作服務來使用的計算應用模式［16］。由于分析測試方法標準在線學習平臺面向的受眾群體廣泛、學習功能眾多，相應的信息平臺具有高并發(fā)、低關聯、海量數據分級授權、集中管理的特征，因此需要借助計算資源虛擬化與管理調度技術以及存儲資源虛擬化與管理調度技術提供負載均衡，實現系統并發(fā)支持能力的線性擴展以及流媒體服務。同時，采用CPK（Combined Public Key）技術實現對平臺學習資源的安全使用加密以及對學習人員的信息和學習資格的保護。

3.2.2開放式在線學習平臺P2P技術

P2P（Peer-To-Peer）技術是通過一種分散、自治的方式來使用分布資源達到一定的目的［17］。在線學習平臺采用P2P技術，能夠保障平臺成員完全控制擁有自主知識產權的課件資源，制定自己的課件資源使用策略以及撤銷提供課件資源的功能。通過該技術一方面可以充分調動分析測試行業(yè)中的專業(yè)積極性，推動這些專家手中的資源發(fā)揮最大的社會價值；另一方面可以使學習人員得到最大限度的資源學習，提高學習的質量和較好的執(zhí)業(yè)技能增長，從而保證學習資源（課件）組織的最大化和自由化。

3.2.3模塊化的多媒體課件制作技術

以分析儀器設備作為模塊劃分基礎，將樣品前處理、儀器分析的操作流程、儀器安裝和維護以及儀器結構與原理等學習內容分解為最小完備操作集，實現標準化操作規(guī)范并錄制，形成獨立的可重復使用的在線學習視頻模塊。然后，針對分析測試方法標準的各個環(huán)節(jié)采用字幕、音頻自動匹配等技術進行模塊化組合、標準化制作，從而降低方法標準課件制作成本，提高課件制作效率。

3.3平臺主要功能

分析測試方法標準在線學習云平臺主要實現全媒體運營管理、個性化學習與O2O（Online To Offline）培訓三大主要功能。

3.3.1全媒體運營管理

全媒體運營管理主要實現分析測試方法標準多媒體課件制作與播放的管理功能。它涵蓋了視頻管理、CMS（Content Management System）欄目管理、播放器管理、視頻自動轉碼、視頻、音頻、字幕自動同步、字幕與視頻反向定位、流媒體服務、負載均衡、防盜鏈等子功能。其中，視頻、音頻與字幕自動同步技術解決了模塊化多媒體課件自動編輯功能，而字幕與視頻反向定位技術可以讓分析測試人員通過方法標準的文字描述定位到對應的實操視頻演示畫面，從而分析測試人員無需從頭至尾觀看視頻課件，只需對標準中自己關注的操作步驟進行觀看學習。

3.3.2個性化學習

分析測試人員通過平臺課程分類、最熱課程、最新上線等方式快速定位選擇“選課中心”的課程進行學習。在選課的過程中，分析測試人員可以將所選課程放到“我的收藏”中，方便隨時快速訪問所選課件。平臺在選課功能中還預留了“最近瀏覽”子功能，可以快速查看最新學習的課件。分析測試人員在“選課中心”選擇相應的課件后，可以在我的任務課程列表中進行相應課程學習。當學習開始后，平臺將人員的學習軌跡、并根據課件信息進行相應的學習積分轉換，記錄到人員學習檔案中。學習結束后，平臺自動將人員學習軌跡歸檔，學員可以在個人中心查看個人的學習檔案。平臺可以通過統計分析學習當前課程的人數、學歷、年齡段等具體信息。

3.3.3020培訓

分析測試方法標準在線學習的最終目的是通過分析測試人員的在線學習轉化為實際操作技能的有效提升，因此，平臺針對方法標準需要實際操作的需求，建立了線上線下（O2O）相結合的課程培訓體系。線上，通過平臺“課程體系管理”功能建立崗位層級與課程的對應關系。“崗位課程”形成基于能力模型的課程體系，實現課程與能力要求匹配，構建崗位—能力—課程的聯動機制。對于結構樹上的崗位節(jié)點，調用“學習管理”為其分配學習資源，并制定和發(fā)布學習任務和考核任務。線下，通過線上學員引流到全國分析檢測人員能力培訓委員會 NTC（National Training Committee for Analyzing & Testing Personnel）培訓機構/考核基地進行實際操作能力考核，并頒發(fā)相應方法標準技術認定資格證書。

4　結語

本文提出了以結構化和模塊化的分析測試方法標準在線學習課件設計為基礎，以云計算架構技術為核心的分析測試方法標準在線學習云平臺應用架構方案。本文的研究不僅可以為分析測試人員提供個性化學習課程，還可以為不同規(guī)模的檢測機構提供一站式分析檢測能力培訓解決方案。通過應用推廣分析測試方法標準在線學習云平臺，對提升檢測實驗室的技術服務能力，擴大國家標準普及范圍、規(guī)范實施國家方法標準起到積極的作用。

［1］中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局產品質量監(jiān)督司.液體乳產品質量國家監(jiān)督抽查結果EB/OL］.［2016-06-24］.http：//cpzljds.aqsiq.gov.cn/cpzlbgt/ zxgg/201112/t20111224_205617.htm.

［2］湖南農業(yè)大學營養(yǎng)與食品安全檢測中心承認檢測失誤并致歉［EB/OL］.［2016-06-24］. http：//www.instrument. com.cn/news/20120712/080139.shtml.

［3］何蔣勇，徐小勇. 寧波海產品牌陷“硼酸門”，檢測方推翻結論致歉 ［EB/OL］.［2016-06-24］. http：//www. chinanews.com/ gn/2013/05-26/4856548.shtml.

［4］馬向菲.北京興奮劑檢測實驗室負責人詳解被暫停資格原因 ［EB/OL］.［2016-06-24］. http：//news.xinhuanet. com/sports/2016-04/22/c_128922607.htm.

［5］中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.質檢總局召開新聞發(fā)布會通報國家檢驗檢測服務業(yè)統計信息［EB/OL］.［2016-06-24］.http：//www.aqsiq.gov.cn/zjxw/ zjxw/xwfbt/201606/t20160612_468267.htm.

［6］Hassan M S. Comput. Educ. ［J］， 2007 （2）： 67-69.

［7］Stefan H. Info. Mgmt. ［J］， 2008 （7）： 21-23.

［8］Marijana D Z， Dusan B， Zorica B， Branislav J，Bozidar R. Int.. J. Fed. Eur. Simul. Soc. ［J］， 2012 （3）：66-68.

［9］Agustin C. Comput. Educ. ［J］， 2009 （4）： 35-37.

［10］Asbjorn R. J. Intell. Manuf. ［J］， 2013 （3）：78-79.

［11］Vikas S， Shivraj k. Comput. Educ. ［J］， 2014 （6）： 23-25.

［12］Rynson W H L， Neil Y Y， Frederick L， Benjamin W. World Wide Web［J］， 2014 （2）：21-23.

［13］吳戰(zhàn)杰. 大數據時代E-learning融合式學習框架——學習的規(guī)模效益與個性化的實現途徑［J］.開放教育研究，2013 （4）：53-59.

［14］GB 5009.12—2010食品安全國家標準食品中鉛的測定.

［15］GB 5009.123—2014食品安全國家標準食品中鉻的測定.

［16］Ernesto E. Smart SOA Platforms in Cloud Computing Architectures ［M］. New York： Wiley，2014： 38.

［17］Eric S，Bernd G.Peer-To-Peer Video Streaming［M］. Berlin： Springer， 2010： 23.

The Cloud Application Architecture of Analyzing and Testing Standard Methods E-Learning Platform

Chen Ting （ Beijing Engineering Research Center of Food Safety Analysis， Beijing Centre for Physical and Chemical Analysis ）
Liu Qingjun （ Beijing Academy ofScience and Technology ）
Zhang Xu （ Beijing Engineering Research Center of Food Safety Analysis， Beijing Centre for Physical and Chemical Analysis ）
Sun Chang （ Beijing Engineering Research Center of Food Safety Analysis， Beijing Centre for Physical and Chemical Analysis ）

With cloud computing architecture， analyzing and testing methods E-learning platform provides an intuitive，standardized operation on standard methods and analytical instrument using E-learning courseware， improving the capacity of the application of standard methods. It is analyzed the standard methods composition structure， proposed a structured and modular standard E-learning courseware design patterns， set up E-learning cloud platform and discussed key technologies and main functions of the platform. Using the proposed architecture solution in this paper，it is produced nearly 100 items of food safety testing E-learning courseware in a short time. Analyzing and testing personnel can access the internet （http://chinatt315.e-learning.ac.cn） to learn. In the proposed architecture solution，it can save courseware production costs， improve courseware production efficiency； the platform can enhance the learning interests and effects using the multimedia presentation and personalize learning on analyzing and testing standard methods.

analyzing and testing， standard method， E-learning， cloud computing， food safety

1））基金項目：質檢公益性行業(yè)科研專項（201510041）。通訊作者：陳婷，碩士，副研究員，研究方向：數據分析與信息系統設計，Tel：010-68723182，E-mail： chenting@beijinglab.com.cn。