基于云平臺構建教學系統的技術方案研究

唐娟

摘要：云平臺為高校教學提供完善的軟件交互服務，基于云平臺構建的教學系統在很大程度上給學生提供了更加廣泛的學習空間，不僅培養學生的自主學習能力，同時有利于教師進行多元化教學與考核。據此，本文主要對基于云平臺構建教學系統的技術進行了詳細分析，給出了基于云平臺構建教學系統的結構和技術方案，以期能夠顯著提高教學效率和質量。

關鍵詞：云平臺；教學系統；技術方案

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0111-02

1 基于云平臺構建教學系統

云平臺主要包含資源平臺層、軟件設施層、實驗管理層等，其中層面不同，其中所存在的軟硬件設備十分多元化，其共同構成了云平臺。軟件與硬件都是資源平臺層面的重要設備，為教學服務層提供技術支撐條件。教學服務層則包含數據庫、用戶服務、存儲平臺、教學管理、評估等相關內容，是綜合性、整體性較強的實踐系統。其中，虛擬機直接為實踐教學提供了封閉式環境。基于云平臺的計算機實踐教學系統的結構如圖1所示。

在下層，通過云計算技術構建資源平臺層。基于服務器、網絡與存儲設備等硬件設施，以云計算系統軟件為載體，云平臺以（IaaS）、平臺服務（Paas）、軟件服務（Saas）形式為上層教學服務提供資源。在平臺層上，通過云平臺進行教學服務開發和布置。其中，所謂實驗室管理服務就是統一監控并管理設備、課程、環境等。在教學過程中，課程管理服務屬于核心環節，教師根據實際情況開發課程，即設計具體課程內容，并合理設置環境。進行課程開發需要所有教師一起努力開展，才能夠快速有效完成。學生在自主選擇所要學習課程時，需要對詳細內容與具體資料進行查詢，而教師的任務則是對資料進行客觀評判。就不同的實驗來說，學生與教師則可以采取彼此留言的方式實現溝通。教學評估服務則是基于教學過程分析挖掘其中所詳細記錄的數據信息，在班級、課程、學生等相關層面，客觀評價教學質量。

統一門戶、用戶管理、存儲等屬于基礎性服務，主要是為實踐教學的開展奠定基礎。在整個教學系統中，所謂入口位置就是統一門戶，其發揮著不可替代的重要作用，用戶通過登錄此入口，進行服務訪問與瀏覽。用戶管理服務主要是進行身份認證與權限管理，在認證之后，可以對權限內的服務開展訪問。而存儲服務可以給用戶提供一定的獨立空間，以便于自行存儲。服務發現主要是通過面向服務結構的方式，組織系統所有服務，再注冊其他服務，而服務為了進一步訪問其他服務，應先向服務發現查詢所需的具體信息等，并根據查詢結構做進一步的查詢結構訪問。在進行教學時，極有可能會涉及到各式各樣的服務，而SOA能夠實現各種相關服務之間的有效對接。

在服務運行時，會不斷形成完善的數據庫。用戶管理服務的根本在于數據庫，在進行實驗室管理服務中，相關課程數據庫、畢業設計數據庫等，可以將實踐教學狀態全方位展現出來，經過長時間積累數據信息，并進行深層挖掘與分析，客觀公平地評估真實的教學效率與質量。另外，教學評估服務主要是以數據庫與云平臺日志作為主要載體，以此評估教學整個過程。在服務發現中，數據庫進行服務注冊，以供相關服務進行查詢訪問。

2 基于云平臺構建教學系統的技術方案

2.1 虛擬化技術

在基于云平臺的教學系統中，可以應用虛擬化技術將各種實體資源，如服務器、網絡、內存及存儲等，予以抽象、轉換后呈現出來，打破實體結構間的不可切割的障礙，使系統用戶可以比原本的組態更好的方式來應用這些資源。

2.2 Hadoop

在計算機中，Hadoop屬于分布式文件管理系統，它的核心設計 HDFS為海量的數據提供了存儲， MapReduce則為海量的數據提供了計算，具備高可靠性、擴展性和容錯性。在教學系統在實際運行中，經過前臺后臺用戶操作，每天會生成海量數據信息，這其中包括普通文本數字類數據以及多媒體信息。但是，HDFS和MapReduce能夠對這些數據信息進行分類整理，而且Hive等數據倉庫工具也是教學系統的主要統計分析軟件，可以把結構化數據文件反映成數據庫表格，并提供一定的SQL查詢功能。在教學評估數據信息分析過程中，Hive數據倉庫工具能夠將自身作用充分發揮出來。

2.3 SOA

SOA是一種基于服務的系統集成方法，在教學系統結構中，多種服務通過定義接口與契約進行連接，接口則選擇中立的方式加以定義，并獨立在實現服務的硬件平臺、操作系統、編程語言等方面。面向服務的平臺結構能充分利用現有資源，SOA提供一個抽象層，將現有業務功能封裝成服務，供其他用戶調用，并且不依賴于具體的實現技術和平臺，易于集成和管理。因為SOA可以充分利用原有系統提供的可用服務，所以能快速構建或擴展一個教學系統。SOA教學系統主要是以服務為教學中心，服務注冊和訪問具備整體流程，信息訪問則需要通過進一步查詢，并依據協議實現與接口之間的有效銜接，然后，完成信息訪問與調用。

2.4 統一身份認證

在教學活動過程中，還應同時開展各種相關服務。用戶通過統一門戶便能夠登錄進去，再通過用戶管理服務加以認證，需先后訪問其他相關服務，這時應具備支持統一身份認證的功能，以便于能夠實現一次性登錄與多處訪問。基于PKI、CA、數字證書等安全性技術，以云平臺為載體，采取WEB服務形式對用戶身份進行統一認證。

3 基于云平臺的教學系統實踐應用

以教學系統為基礎的實踐教學運行是一項封閉循環的過程，其中主要分為三個階段，即課程開發、課程實施、課程評估，然后返回課程開發，以評估結果為載體改善優化課程體系。本文以C語言教學為例，進行云平臺教學系統實踐應用分析。

在進行課程開發的時候，教師通過統一門戶，登錄課程管理服務，請求開設C語言課程，并上傳相關教學資料，設計教學內容。就不同的專業，根據實際情況，合理設置教學環境，并構建Linux虛擬機模板或者Windows虛擬機模板。

在課程教學過程中，教師登錄到課程管理服務中，根據具體教學規劃，以實驗室管理服務為載體，具體安排課程時間和實驗教室。在課程開始之前，教師需先進行實驗室管理服務訪問，再根據環境的實際需要，進行虛擬實驗室構建，以為學生提供更加完善的虛擬機環境。與此同時，教師還需先明確規定虛擬實驗室的具體開放時間，不能太約束，學生應就自身需求進行充分恰當的安排。學生虛擬機實際上也可以當作服務，在進行虛擬機創建之后，通過服務發現進行服務注冊，并有效銜接課程管理服務的學生選課信息。在課程過程中，學生通過統一門戶登錄課程管理服務，能夠查看所選擇的課程，并瀏覽完成的實驗和已經完成的內容，就實驗環境和選課信息間的密切聯系，基于查詢服務快速進入虛擬機，并編寫代碼與調試運行。在實驗結束后，學生通過課程管理服務項目，上交報告與程序代碼等詳細信息。在關閉實驗室的時候，實驗環境會被隨之注銷掉，資源也能夠被全面釋放出來。

在進行課程評估的時候，教師需要通過課程管理服務，對學生上交的具體資料信息進行全面審核查看。學生通過課程管理服務，可以查詢具體結果，以留言的方式，實現學生與教師間的深層交流。在課程開發、實施、評閱時，教師與學生可以全方位控制，將資料信息完整存儲，以此形成課程狀態數據庫。在所有數據信息都全面積累之后，課程評估服務可以根據數據庫的信息，以及其他數據庫與云計算系統日志，利用數據挖掘算法，通過教學班級、實踐課程、學生個體等，客觀評估教學效率與質量，從而從中發現教學不足，據此采取科學合理、行之有效的對策。教師通過評估分析結果，進一步改善與優化課程具體內容與實施方式、流程等，以形成良性的內部循環過程。

4 結語

云平臺為高校教學提供完善的軟件交互服務，基于云平臺構建的教學系統，基于學生作為教學主體，在很大程度上給學生提供了更加廣泛的學習空間，不僅提高學生的專業技能，同時培養學生的自主學習能力，激發學生的創新能力。基于云平臺構建的教學系統可以擴展很多教學輔助功能，如教學管理和評估功能，有利于教師進行多元化教學與考核。

參考文獻：

[1] 李兵，黃錚，王亞飛.基于桌面云平臺的輔助教學系統實現與應用[J].電腦編程技巧與維護，2015（24）：72-73.

[2] 王斌.基于云平臺的計算機實踐教學系統研究[J].通訊世界，2017（21）.

[3] 羅文，張國兵.基于云平臺的多媒體教學系統研究與設計[J].電視技術，2013，37（22）.

[4] 曹興波.多媒體教學資源云共享平臺設計研究[J].河北建筑工程學院學報，2016（4）.

【通聯編輯：張薇】