大數據“校園云”實驗室開放共享理論與實踐研究

蘭勇 魯明 黃小喬 邢偉璐 繆寧

摘 要：近年來，隨著云計算的產生和發展，“云學習”也應運而生，云學習的提出，致力于進一步開拓學習思路，減輕教學負擔，突出有效學習的設計。云學習是云計算應用激發的基礎研究，和現代教育技術發展是相輔相成的，為現代教育技術的發展提出了新的理念和發展方向。教育云能對各種教學信息資源進行廣泛而高效的重組、優化與共享，教育云服務模式是實現高校教育大數據資源共享和知識協同創新的有效途徑，建立數據倉庫并進行數據挖掘的研究是對大數據資源有效利用的具體實現。基于此，本文以天津財經大學珠江學院為例，主要闡述大數據“校園云”實驗室開放共享理論與實踐。

關鍵詞：大數據；集成；管理；共享；云計算；云學習

中圖分類號：TP391.44；TN929.5；G647 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0023-04

A Theoretical and Practical Study on the

Sharing of "Cloud Campus Laboratory" Under Big Data

LAN Yong1 LU Ming2 HUANG Xiaoqiao1 XING WeiLu1 MIAO Ning1

（1. Pearl River College， Tianjin University of Finance and Economics，Tianjin 301830；2.Henan Radio and TV University，Zhengzhou Henan 450008）

Abstract： In recent years， with the emergence and development of cloud computing， cloud learning is also coming into being. Cloud learning put forward to further develop learning ideas， lighten the burden of teaching， and highlight the design of effective learning. Cloud learning is a basic research inspired by cloud computing applications， which is complementary to modern educational technology development. It brings forward new ideas and development direction for the development of modern educational technology. Educational cloud can widely and efficiently reorganize， optimize and share all kinds of teaching information resources. The educational cloud service model is an effective way to realize the big data resource sharing and knowledge collaborative innovation in university education. The research on establishing data warehouse and data mining is the concrete realization of efficient use of big data resources. Based on this， this paper， taking the Pearl River College of Tianjin University of Finance Economics as an example， mainly expounded the theory and practice of the opening and sharing of the large data "campus cloud" laboratory.

Keywords： big data；integration；management；sharing；cloud computing；cloud learning

1 研究背景

目前，國外對共享數據的研究多集中在表現數據共享方式的先進和不足、數據共享技術發展及教育延伸、相關政策法規、數據共享具體化實踐和用戶體驗與反饋等方面。例如，像美、英、日之類的發達國家，共享科學數據的意識和意愿早就在學術界達成一致，為了清掃數據共享進程中的阻礙，他們對科研人員進行了全面的調研分析，從而逐步完善共享數據的法規和政策，構造出社會數據共享運行模式[1]。另外，社會其他組織及機構也起到了推動和促進的作用，在科學數據的管理和創立科學共享平臺方面，國外高校積累了大量經驗[2]。但是，各領域間的完全共享化、主觀感知的多樣性和適合高校數據共享具體實現的統一模式等方面還需要更深入的研究[3]。

目前，我國無論是學術界還是社會組織，對探討科學數據共建共享模式也愈發重視，不斷研究、構想和實踐，尤其是我國高等院校對教育教學數據共享機制的研究一直飽含激情。陳大慶[4]將我國科學數據共建共享機制創建與國外對比，探討了我國科學數據共建共享機制創建較緩慢的主要原因，即起步較晚，實踐經驗不足，且共享政策法規的建立也相對滯緩。錢丹[5]則通過對云計算和私有云在高校教育信息平臺搭建中的有效應用進行探索，提出構建云共享的理論模式，以幫助學習者擺脫技術瓶頸，提升群體思維能力，有效互動協助，有效開展云學習。

但目前，國內高校共建共享數據機制的研究仍存在諸多缺陷，主要體現在3方面。首先，各高校當前的應用系統是獨立的，且為自主管理，缺乏統一規劃和管理，導致服務器利用率不均衡，為了實現各局域網之間數據量、響應速度等的分別管理，從而建立私有云實驗室。林瑜華[6]提出可以采用多點協作，以松散型為合作方式的模式來均衡現有設備的運行負載，充分利用協作管理程序。這將給高校數據資源共享筑造基礎環境區。王慶[7]總結了“云應用”提供網絡服務和運行網絡應用程序都是建立在擁有足夠數量的數據中心和高能服務器的基礎上，而這些服務器的空間功能主要體現在按需分配和按需回收數據兩方面上。此外，他還提出構建數據庫來進行大數據的整合、管理及更深層次的處理，如數據挖掘等。所以，數據中心必須要用相當大的存儲空間來儲存數據，以有效避免以往常見的因服務器訪問量過多而崩潰的問題。

其次，當前，應用程序和軟件的標準數據并不統一，不能實現數據共享，從而形成信息孤島。張偉[8]總結了因以往數據共享機制的獨立運作使接口和運行環境幾乎不能兼容的問題，這樣形成的數據資源孤島的數據共享率很低，著重強調了在云實驗室中，各個資源模塊之間可以在沒有技術屏障的情況下，提供同樣的數據訪問接口及平臺架構給所有終端用戶，使用者將能自由地訪問全部大數據資源。

最后，國家構建高校間大數據資源共享機制的力度不夠，例如，教育部在“十五”期間開始建設“高等院校服務器設備和優質資源共享”公共服務系統體系，現已有上千臺大型服務器設備共享規模，但優質資源共享進程相對滯緩[9]。王祖山[10]分析了現階段的公共服務體系，大數據共享機制對國內高等院校教育教學共享體系的貢獻還明顯不夠。由此，國家教育部需要從實際出發，協調各方，著力創建更大更強的適應高校教育發展的共享系統[11]。

綜上所述，在高等教育云實驗室數據共享研究的問題上，大多數學者分別從多重角度展開了研究，研究范圍從國家到社會再到高校，研究的深度也從實踐的總結到結構的構建，研究不斷深入。

要想建立數據教學資源共享機制，珠江學院必須從自身科研發展的具體特點和實情出發，確定科學的數據共建共享的發展方向和路線，以及如何以現已建成的大數據實驗室作為數據倉庫來開展多元數據的挖掘和分析研究工作，探討各院系如何在數據資源共建共享工作中調整其角色定位，以協調其在實驗教學資源共享方面的利益，并協同構建珠江學院科學數據的共連共享機制，從而更好地服務于全校師生。

2 天津財經大學珠江學院資源共享理論框架

數據的集成、管理、共享過程如圖1所示。

第一階段，利用珠江學院已有的云實驗室創建獨立的云計算平臺，使珠江學院的教學樓、圖書館、機房等場所實現桌面云化；第二階段，把珠江學院云實驗室信息數據中心的所有程序和軟件移動到桌面云平臺上；第三階段，在珠江學院云平臺上對教育教學的數據資源和程序應用進行統一管理，構成珠江學院獨有的云網絡系統；第四階段，集成珠江學院、院系、專業的所有教學數據資源構建數據庫，進行上課教學、科研以及實踐的數據挖掘。

網絡信息技術在當代社會的不斷發展，也為高等教育的高速發展提供了機遇。隨著“云計算”的不斷發展[12]，“云學習”應運而生，該系統的出現能有力地減輕教學負擔，不僅可以拓寬學習思路，還能開創新學習方式。云學習是云計算應用激發的基礎研究，其為當代信息化教育的發展提出了全新的方向和發展理念。利用天津財經大學珠江學院（以下簡稱“珠江學院”）已建成的云實驗室，可以將各種教育教學數據信息和數據資源進行全面且高效的優化重組和自由共享。

云實驗室解決方案是從云實驗室數據中心內網、外網和內外相對接網絡部分的組成來處理問題的，核心是有效利用好桌面云這個基于虛擬化技術和云計算技術的程序環境部分，使用戶能通過任何網絡設備使用所有平臺和應用軟件。

3 珠江學院資源共享的實現存在的問題

如何利用已建成的珠江學院云實驗室對教育教學數據進行全面、高效的整合處理、優化重組，這對實現珠江學院數據共享起著關鍵作用。要想實現促進珠江學院內部的科學數據資源共享利用和增值服務的最終目標，必須解決以下問題：①如何在不損害國家、學校、數據所有者利益和有效保護其知識產權的前提下實現科學數據的規范化有序搜集及管理；②如何科學地利用珠江學院已建成并投入使用的大數據實驗室進行教育教學數據的挖掘和數據分析；③要構建珠江學院共享機制的具體藍圖。

4 珠江學院資源共享機制的實施方案

珠江學院通過云平臺可以把網絡數據資源從軟件程序層面延伸到硬件資源，可以通過云實驗室工具、云計算模式將服務器的計算能力及存儲空間等硬件資源共享給在校師生。在此項技術的支持下，珠江學院可以實現不同院系教育教學資源的共享。為了高效運用校園實驗云環境來共享教學數據資源，珠江學院可以從以下幾方面著手。

4.1 建立開放共享機制

云計算服務模式的基礎是開放，是把數據資源從分散到整合的機制，這樣用戶在利用相對簡易的硬件設備時就能便捷地使用和共享數據資源。但是，這種開放共享并非是無償使用的，其包括多種方式的共享，例如，互惠共享、有償使用。云實驗室環境中的珠江學院同樣可以采用這些方式實現教育教學資源共享，但著重鼓勵教師自主上傳教育教學課件和其他教學資源，這樣就能使學院減少一些直接購置資源的成本。

4.2 堅持分布與統一原則

在實驗室環境下，“云計算”教育資源共享機制非常適用于“一個學校多個校區”“一個地區多個學校”及“大學城”等教育區域。在該環境下，珠江學院能和天津各高校不受時間限制和其他條件約束共享教育教學資源。這樣云計算數據中心可以統一部署于天津某一高校，利于實驗教學資源共享云服務平臺統一規劃、統一開發和統一管理。

此外，在區域性高校教育教學資源共享云服務的SaaS應用層構建統一的共享系統，并于SaaS應用層部署實驗教學軟件資源池。而針對學院內各院系的基本專業課和公共選修課等使用率較高的課程，統一購置所需的資料和軟件，再相應地一并安裝在學院云服務處理器上。

4.3 建設基于Web的教學共享系統，共享教學資源

實驗教學系統中的數據資源庫和索引目錄建立在SaaS應用層，通過整合所有的公共選修課和專業選修課的實驗情況，以及程序的資源使用說明材料和分析報告等實現。珠江學院的教師和學生可以方便地查看相關實驗細節，自主開展實驗；利用學院已經建成的大數據云環境實驗室，教學共享系統建立一個基于Web的實驗教育環境，為教師服務。該系統可以創建一個基本的實驗環境，自動評價學生的實驗過程，分析學生的實驗數據。

4.4 組建珠江學院云環境數據資源共享實驗部

數據實驗中心的規劃與建設、云實驗室服務器的配置、珠江學院院系共享教育資源協調和教育資源共享管理方法制訂等一系列工作的順利開展是完成珠江學院教育教學數據資源高效共享的必要條件和有效保障。所以，組建珠江學院云環境教育教學數據資源共享實驗部（或協作管理部）是非常有必要的，以便統一規劃、協調珠江學院云環境實驗室的教學數據資源共享。

數據的集成、管理、共享過程如圖2所示。

4.5 區域類高等院校教學及資源共享云服務中心的建設

在建設好學院數據資源共享機制的同時，還要積極地與天津多所高校聯系和溝通，依托天津各高校實驗教學資料來源，統一規劃建設天津各高等院校教學實驗資源云服務中心，以實現天津市先進的大數據教學教育資源的共享。該中心是整個區域類教育云服務建設的一部分，其一方面集中了資金購置高端服務器集群，另一方面整合了天津市各高校現存的大數據資源，能節省配置服務器的費用和維護的成本，同時縮小占地面積，為達到節能環保這一可持續性發展目標做出了卓越貢獻。天津各高等院校可以通過統一的接口進入該區域的高等院校云服務中心，取得相關的教育教學資源，并且可以通過這一平臺分享自己的特色資源。

5 結論

著力于搜集學院內各院系的教育教學資料，利用珠江學院已建成的大數據云環境實驗室進行數據挖掘和數據分析，搭建基于Web的實驗教學資源共享系統，旨在服務于整個珠江學院師生的學術和科研活動，完善全體師生的教學教育體驗。珠江學院實驗教學資源共享體系的成功建立，不僅可以協調珠江學院各院系在教育教學資源共享方面上的利益，促進科學數據資源共享利用和增值服務，也能為將來天津乃至全國區域性高校聯合數據資源共享奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]司莉，辛娟娟.英美高校科學數據管理與共享政策的調查分析[J].圖書館論壇，2014（9）：80-85.

[2]Brown R A Hadoop at home： large-scale computing at a small college[M]//Proceedings of the 40th ACM Technical Symposium on Computer Science Education.New York：Association for Computing Machinery，2009.

[3]Itasca Consulting Group.FLAC3DUsers Manual[M].New York：Inc Minnesota，2002.

[4]陳大慶.國外高校數據管理服務實施框架體系研究[J].大學圖書館學報，2013（6）：10-17.

[5]錢丹.基于私有云的高校云共享模式研究[J].中國電化教育，2013（5）：29-32.

[6]林瑜華.云計算環境下高校實驗教學模式的創新與實踐[J].實驗室研究與探索，2011 （8）：271-274.

[7]王慶.云計算環境下的區域性高校實驗教學資源共享[J].實驗技術與管理，2014（9）：187-191.

[8]張偉.高校實驗儀器使用率低的原因與對策[J].中國教育技術裝備，2013（18）：34-35.

[9]胡家俊.大型材料分析儀器的遠程共享與協作[D].上海：上海交通大學，2009.

[10]王祖山，何靜，汪洪，等.武漢城市圈高校教育資源共享機制的構建[J].武漢工程大學學報，2010（4）：56-62.

[11]白翠敏.京津冀高等教育協同發展戰略研究[D].濟南：山東財經大學，2015.

[12]白云娟，沈書生.云學習：云計算激發的學習理念[J].中國電化教育，2011（8）：14-18.