一種基于云計(jì)算的在線式家用輔助教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳碧霞

（閩北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南平 353000）

1 引言

在線輔助教學(xué)平臺(tái)就是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行教學(xué)輔助，家用輔助教學(xué)平臺(tái)就是基于互聯(lián)網(wǎng)為學(xué)生提供一種家庭輔助式教學(xué)形式。這種學(xué)習(xí)模式可減少學(xué)習(xí)者對(duì)于課堂教學(xué)的依賴，學(xué)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)和內(nèi)容可由學(xué)習(xí)者自行決定，使得學(xué)習(xí)的自由程度大大提升，同地使得學(xué)習(xí)者能夠獲得海量學(xué)習(xí)資源。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，學(xué)習(xí)教材、知識(shí)點(diǎn)以及教學(xué)進(jìn)度基本一致，在基于網(wǎng)絡(luò)資源的教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性將得到充分發(fā)揮，學(xué)習(xí)才可按照自己和知識(shí)水平、理解能力來選擇性地學(xué)習(xí)，從而能夠充分利用時(shí)間，大大提升學(xué)習(xí)效率[1-2]。

在線教育平臺(tái)以多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容真正的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。云計(jì)算是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一種新技術(shù)。云計(jì)算可以根據(jù)用戶需求提供海量數(shù)據(jù)服務(wù)，它可以充分利用和共享各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源。云計(jì)算技術(shù)與教學(xué)的有效合理結(jié)合是實(shí)現(xiàn)教育信息化的重要途徑，云計(jì)算技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)教育事業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響或許會(huì)帶來教育行業(yè)的變革[3-4]。

2 云計(jì)算

近幾年來隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源急劇膨脹，出現(xiàn)了一種新型網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)-云計(jì)算技術(shù)，該技術(shù)的出現(xiàn)極大方便了用戶調(diào)用各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，各類應(yīng)用程序都被存儲(chǔ)在特定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，各類網(wǎng)絡(luò)資源被整合在一起并可被若干個(gè)用戶所共用。目前世界各國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)資源不但數(shù)量巨大而且毫無規(guī)則、雜亂無章，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的劇增，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力的不足與日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量之間的矛盾是當(dāng)前制約各國(guó)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要矛盾。如果將分散的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行整合并統(tǒng)一調(diào)度則可大大提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)則大大改善了這一情況，并使得客戶端計(jì)算能力對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)的影響明顯減小，用戶可以從“云”端得到計(jì)算處理能力，這將帶來良好網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)[5]。

圖1 云計(jì)算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

云計(jì)算可以為不同用戶在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)架構(gòu)層面上提供服務(wù)，服務(wù)的順序是按相關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。云計(jì)算的核心目標(biāo)是動(dòng)態(tài)解決各個(gè)用戶瞬時(shí)需要的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間問題，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管各類用戶來滿足他們不同的應(yīng)用需求。與傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)相比，云計(jì)算基礎(chǔ)框是將計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化等相關(guān)技術(shù)與各種硬件基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行整合形成一個(gè)虛擬資源空間，如圖1所示。各類資源有機(jī)組合形成一個(gè)資源利用率高、成本消耗低、可用性高、耗能低的系統(tǒng)。并且通過云管理層的自動(dòng)化管理為用戶提供能夠按需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、快速部署系統(tǒng)應(yīng)用和高效智能的服務(wù)[6]。

3 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

3.1 基本目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)是一種補(bǔ)充，學(xué)習(xí)者在只要在有網(wǎng)絡(luò)的地方就能參與學(xué)習(xí)，并根據(jù)自己的實(shí)際情況自主學(xué)習(xí)和反復(fù)學(xué)習(xí)，同時(shí)各類優(yōu)質(zhì)教育資源能得到充分共享，有利于解決教育資源分配不均的問題，使得欠發(fā)達(dá)地區(qū)的教育資源得到有效補(bǔ)充，促進(jìn)教育資源的平衡高效利用，提高新知識(shí)、新技術(shù)的傳播速度。基于云計(jì)算技術(shù)在線教學(xué)服務(wù)平臺(tái)的最大特點(diǎn)是基于“云”技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)，使得系統(tǒng)最大限度上發(fā)揮“云”的各種優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)性和高速處理能力將是最大優(yōu)勢(shì)。

3.2 用戶功能設(shè)計(jì)

下面對(duì)不同用戶對(duì)平臺(tái)相關(guān)教學(xué)功能的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.1 學(xué)生用戶功能

查看功能：當(dāng)?shù)卿浵到y(tǒng)后，可以自動(dòng)查看系統(tǒng)發(fā)布的公告，及時(shí)了解最新動(dòng)態(tài)。

選擇學(xué)習(xí)：學(xué)生用戶可以根據(jù)學(xué)習(xí)目的或者專業(yè)特長(zhǎng)，選擇符合個(gè)人實(shí)際的課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。

自我測(cè)試：學(xué)生可以通過系統(tǒng)的測(cè)試功能自身情況進(jìn)行檢查，及時(shí)查找不足。

在線交流：學(xué)生可以向老師或其他學(xué)生發(fā)送信息或留言，在學(xué)習(xí)的過程中也可與他人進(jìn)行在線實(shí)時(shí)交流。學(xué)生用戶可以將一些優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資料上傳到系，經(jīng)過審核后，系統(tǒng)將正式發(fā)布此學(xué)習(xí)資料，各類用戶均可下載。

資源下載：系統(tǒng)各類學(xué)習(xí)資料和視頻、自測(cè)試題對(duì)于學(xué)生用戶開放可任意下載這樣用戶的學(xué)習(xí)將不再受有無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的限制。

3.2.2 教師用戶功能

計(jì)劃發(fā)布：教師用戶具有學(xué)習(xí)計(jì)劃發(fā)布的權(quán)限與功能，新的學(xué)習(xí)計(jì)劃上傳后，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)通知各個(gè)注冊(cè)用戶。

資源上傳：教師用戶可以將各類學(xué)習(xí)資料，如教學(xué)大綱、教學(xué)輔導(dǎo)材料等上傳到系統(tǒng)，各類用戶均可下載，各類學(xué)習(xí)資源共享。

資源收集：教師用戶可瀏覽和下載別人共享的學(xué)習(xí)資源，及時(shí)了解最新學(xué)習(xí)需求，從而更有效和有針對(duì)性地背課。

在線交流：教師可通過網(wǎng)絡(luò)直播授課，學(xué)生可以分布在世界各地；能在線與學(xué)生進(jìn)行交流，回答學(xué)生的問題。

3.2.3 家長(zhǎng)用戶功能

信息獲取：家長(zhǎng)用戶通過系統(tǒng)可以得到最新課程動(dòng)態(tài)。

情況反饋：家長(zhǎng)可以將孩子學(xué)習(xí)進(jìn)度、自測(cè)成績(jī)等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)傳給老師，同時(shí)可以向老師提供相關(guān)的意見和建議。

動(dòng)態(tài)了解：家長(zhǎng)可以從系統(tǒng)平臺(tái)上掌握到學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，如測(cè)試成績(jī)、課后練習(xí)等等，從而更有針對(duì)性指導(dǎo)孩子進(jìn)行學(xué)習(xí)。

3.2.4 系統(tǒng)管理員功能

公告發(fā)布：管理員具有發(fā)布公告權(quán)限，能及時(shí)通知系統(tǒng)中的所有用戶。

權(quán)限設(shè)定：管理員具有系統(tǒng)最高操作權(quán)限，可設(shè)定不同用戶的權(quán)限。

平臺(tái)維護(hù)：管理員能夠?qū)ο到y(tǒng)的各類信息進(jìn)行管理，規(guī)范平臺(tái)秩序和保證網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)健康運(yùn)行。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

3.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成

在線教學(xué)平臺(tái)主要由操作系統(tǒng)、用戶界面、服務(wù)器、各類資源等幾部分組成。基于云計(jì)算技術(shù)進(jìn)構(gòu)建的在線教學(xué)平臺(tái)的架構(gòu)主要由用戶層、客戶端、應(yīng)用層、管理層、數(shù)據(jù)層以及基礎(chǔ)設(shè)施層組成。應(yīng)用層是整個(gè)教學(xué)平臺(tái)各類服務(wù)提供者，管理層給在線平臺(tái)提供各類維護(hù)，數(shù)據(jù)層是平臺(tái)各類資源的保障，基礎(chǔ)設(shè)施層是在線平臺(tái)的硬件基礎(chǔ)，平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

3.3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)可采用云平臺(tái)、云應(yīng)用和云存儲(chǔ)三級(jí)結(jié)構(gòu)，基于移動(dòng) B/S 架構(gòu)，給網(wǎng)絡(luò)用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的在線平臺(tái)系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，為用戶提供平臺(tái)在線瀏覽、在線學(xué)習(xí)與資料上傳下載和在線交流等功能，系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)保持同步。

系統(tǒng)平臺(tái)總體上采用C/S框架，個(gè)別功能可采用B/S框架。

（1）系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

服務(wù)器在cent OS 7.4，Windows server 2016 操作系統(tǒng)上運(yùn)行。系統(tǒng)選擇開源軟件承擔(dān)Web服務(wù)軟件開發(fā)功能。

（2）平臺(tái)開發(fā)工具

教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)的相關(guān)開發(fā)工具如表1所示。

表1 系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)工具

（3）系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)步驟

系統(tǒng)的具體步驟主要分為三個(gè)步驟，如圖3所示，首行要構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，其次是建立系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)，第三步是各個(gè)任務(wù)功能模塊的設(shè)計(jì)建立。

圖3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要步驟

4 結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與人們的生活結(jié)合日益緊密，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)已成為人們的一種學(xué)習(xí)方式。因此發(fā)展具有高穩(wěn)定性、大存儲(chǔ)空間和低成本的在線教育平臺(tái)其必要性不言而喻。云平臺(tái)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，而用戶可以從云端隨時(shí)下載自己所需要的資料，而在云平臺(tái)強(qiáng)大的硬件資源的支持下，用戶的各類請(qǐng)求將得到迅速響應(yīng)，多用戶訪問系統(tǒng)時(shí)，造成系統(tǒng)響應(yīng)遲緩或癱瘓等問題將有避免。因此基于云計(jì)算的在線教育平臺(tái)，將為會(huì)一個(gè)數(shù)據(jù)資源巨大、操作使用便利、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大的學(xué)習(xí)平臺(tái)。