智能化遠程教育資源共享平臺設計

曹 博

（1.西安電子科技大學，陜西西安 710071；2.陜西交通職業技術學院，陜西西安 710018）

教學資源（包括軟硬件設施、各類教學資源、信息技術服務等）是開展遠程教育的基本條件。作為遠程教育的代表，廣播電視大學遠程教育平臺的技術特征已經歷三大階段，第一階段通過廣播通信傳播教育節目音頻，由最高層將學習資源直接傳播給目標聽眾，傳播方式單一，由于無法進行有效互動，所以學習效果提升并不明顯；第二階段通過電視視頻節目進行教育傳播；第三階段通過計算機網絡傳播教育資源，資源從頂端沿三角逐級垂直下發，這種學習資源傳播模式能夠通過互聯網進行互動與溝通。隨著信息技術的快速發展，傳統的教育模式難以滿足現代教育教學的發展需求。為此，文中提出了一種基于云計算的智能化遠程教育資源共享平臺的構建方案，為提供便捷高效的海量互動服務提供支撐[1-2]。

1 遠程開放教育資源建設存在的問題

1）資源互動性較差，基于網絡的遠程教育缺乏傳統課堂的面對面溝通交流優勢，導致學習者網絡學習的積極性不高，學習資源互動性的重要程度日益凸顯。目前，教育資源的互動性建設普遍停留在線上討論、即時通訊等單一的網絡互動上，對學習者同學習資源、教育者、資源建設者、其他學習者間的互動大多停留在網絡同、異步交流層面上。2）教學資源建設缺乏總體規劃和設計，對具體學科的課程資源建設需求、課程資源負責單位、課程資源建設內容、所需媒體、媒體間的銜接方式等缺少統一的規劃和設計標準，各遠程開放教育建設單位缺少有效的溝通與合作，資源共享程度不高，重復建設現象嚴重，資源存放布局混亂，同時加重了學習者的負擔，使學習者難以便捷高效地獲取所需學習資源。3）資源存儲及管理效率不高，各遠程教育教學資源通常存儲在其辦學單位的服務器上，形成了相互獨立的教學資源系統，相互之間訪問難度較大，造成了數據存儲孤島現象，資源管理者需逐一上傳資源到專門用于存儲的服務器上，并進行歸類，同時需有專門人員負責包括實時監控服務器在內的硬件管理工作，不斷增加的教育資源通常要重新配備服務器及相關軟硬件以滿足資源共享需求，增加了資源服務管理負擔，使管理費用驟增[3-4]。

2 智能化遠程教育資源共享平臺的構建

2.1 功能需求

教育的順利開展需基于教育資源共享平臺的實現，根據上述教育資源建設存在的問題分析共享平臺的功能需求，學習者希望通過一個整體資源平臺獲取資源，無需花費大量時間逐一尋找，平臺的教學資源需包含文本信息、音視頻等多種模式，并可通過移動終端隨時隨地進行查看，資源訪問過程便捷高效，不會因平臺維護而無法訪問，能夠在其他服務器自動備份上傳的教學資源。以分布式計算和存儲為核心的云計算能夠快速處理和響應用戶任務，無需使用高性能的服務器，大任務處理通過聯合多個低配置服務器完成，由供應商負責維護工作，可有效提高遠程教育資源共享平臺的智能性、可靠性和性價比，通過使用云計算系統、技術存儲和管理教育資源可使相關軟硬件的運維成本顯著降低，小規模的遠教機構通過租用云服務資源即可實現所需服務的獲取。學習者通過移動終端設備或PC 機利用云計算功能可隨時隨地訪問所需的資源信息[5-6]。

2.2 基于云計算的智能化遠程教育資源共享平臺建設方案

2.2.1 共享平臺構建原則

該共享平臺需滿足包括資源服務及用戶交流在內的各種需求，需包含豐富的存儲資源且功能齊全，可有效解決網絡教學資源重復及查找困難等方面的問題，為使教學資源更好地共享，該平臺需滿足以下需求：1）具有資源整合功能，為學習者提供資源分享交流平臺，學習者可上傳資源；同各學校、機構合作，整合各個學校資源（可通過互利共享的方式），不斷發展和豐富教育資源共享平臺；結合運用云計算的虛擬化及存儲技術整合已有教學資源平臺中豐富的教學資源，進一步完善教育資源建設工作。2）提供個性化資源服務，建設互動的學習社區功能，通過用戶個人空間記錄個人學習日志、學習狀況及進度等，并以用戶興趣及搜索習慣為依據推送相關教學資源信息及最新動態。3）建設開放的平臺以便平臺資源的有效共享，通過提供相應的資源平臺應用接口使平臺的使用、傳播質量和效率得到有效提升，達到共享效果的最優化[7-8]。

2.2.2 平臺總體架構設計

文中構建的智能化遠程教育資源共享平臺的總體架構如圖1 所示。

圖1 遠程教育資源共享平臺架構

1）服務層：主要負責提供資源共享服務的直接入口，用戶可使用手機、Pad、電腦等設備訪問共享平臺。2）管理層：主要負責提供系統管理功能，采用云平臺架構簡化了管理過程（由云服務商提供硬件設備、存儲、運算等的管理）及教育資源管理者對平臺資源（包括服務、賬戶、資源、用于管理平臺服務條目的平臺門戶等）的管理。各分校申請并獲取統一ID 后即可訪問資源池，實現相應服務的獲取。3）資源層：通過統一接口對教學資源及學習資源進行匯總，通過資源整合實現教學資源的共享，并統一存儲整合后的教學資源，有效解決教學資源管理存在的孤島問題[9-10]。

2.2.3 資源共享平臺系統結構

智能化遠程教育資源共享平臺由管理系統、教學系統、管理用戶、學生用戶以及各個資源節點共同組成，平臺系統結構如圖2 所示。

圖2 資源共享平臺系統結構

在該系統平臺中，教學系統是學生訪問云端的重要接口，通過管理系統對學生用戶、管理用戶、數據資源等進行統計并管理。學生用戶通過賬號密碼進入系統后，可以直接進入由多種資源節點所組成的學習網絡，該學習網絡以中心資源節點為核心，連接多個子節點。在資源調度系統下對節點狀態進行判斷，最終選擇最優節點提供服務，有效保證學習資源點播的流暢性，實現教學資源與學習資源的最優共享。

2.2.4 教學資源信息的封裝處理

以往由于缺少統一的教學資源建設標準，導致存在大量的異構教學資源數據庫，為此采用封裝標準化處理現有教學資源，實現資源的有效共享，具體方法為：1）對目前的教學資源共享狀況、對所使用的技術和標準進行分析，從中找出符合規范標準要求的教學資源信息，并將不符合的教學資源信息進行轉換處理。2）不斷規范和完善信息技術的使用及資源共享的相關標準，最大范圍內實現資源信息共享，提供便捷高效的資源共享服務。3）將現有教學資源根據這些標準進行封裝，形成包括課程及素材資源模塊、資料庫模塊等在內的教學資源單元，以便管理和使用[11-12]。

3 智能化遠程教育資源共享平臺的實現路徑

基于云技術環境的遠程教育資源共享平臺屬于一個大型的數據中心平臺（而非單一的商業網站服務器），由分布于多個區域的資源數據中心構成，借助高速通信網絡構成統一的整體平臺，教育資源共享平臺網絡架構如圖3 所示，由開放大學控制節點向各區域云數據中心（面向終端用戶，相互間具有自動備份機制）傳送教學資源，實現了數據在不同云數據中心間的自動傳送功能。中央平臺具有為各省市用戶分配級別的權限，結合訪問用戶地址完成對數據中心的鎖定，進一步提升數據傳輸效率。通過使用OpenStack 工具集對資源共享平臺進行模擬，OpenStack 可有效管理大量資源池（由計算機、存儲器、網絡資源形成），基于OpenStack 實現的存儲功能架構如圖4 所示[13-14]。

圖3 教育資源共享平臺網絡架構

圖4 存儲架構示意圖

Proxy Server 主要功能在于上傳與存儲文件、為Web 提供目錄服務、對元數據進行修改，Proxy Server向Auth 中間件發送訪問者發出的請求完成認證過程，接下來向包含Account/Container/Object server 的Storage Node 轉發申請（根據原始請求者位置）由其進行處理。通過資源調度合理調配各數據中心的計算、存儲及網絡資源，實現負載均衡，其工作模式如圖5 所示，向中心調度節點發送請求之后，該節點會對最合適的業務站點進行定位，通過相應站點對用戶提供服務。遠程化教育資源共享平臺層次體系如圖6 所示。實體設備層（云平臺的物理資源）作為資源共享平臺的硬件設備主要由計算機、路由器、服務器、數據庫配套設施等構成，通過OpenStack 進行管理，主要功能在于提供基礎環境；虛擬設備層主要負責將硬件設施轉變成虛擬設施來提供IAAS 服務，以供用戶使用；管理層負責將后臺數據保障提供給人機接口層，虛擬設施通過管理層連接平臺軟件系統；作為用戶應用終端，人機接口層采用平臺可視化界面。文中重點說明了管理層的實現技術。

圖5 資源調度工作模式

圖6 平臺層次體系

1）資源管理模塊作為整個平臺的關鍵模塊，由OpenStack 虛擬資源池完成，包括對資源的新建、監視、刪除等操作，接收用戶申請后會對用戶的安全認證進行審核，從而獲取網絡配置情況。具體采用OpenStack API create 方法接收用戶申請，主要代碼如下[15]：

2）用戶管理模塊，可通過OpenStack 擴展該模塊的功能，對用戶身份認證的過程中會向服務器提交用戶REST，告知用戶服務器端API 地址，具體認證請求模擬示例如下（用戶名為zhihong）：

4 結束語

遠程教育需基于豐富的教育教學資源來實現，種類和數量不斷增加的教育資源及用戶的多樣化學習需求，對遠程教育資源的共建、共享提出了更高的要求，現有遠程教育系統教學資源的共享水平仍然有待進一步提高，作為一種共享基礎架構云計算，通過集成大量網絡教育資源（采用虛擬技術完成）形成一個實現了自動管理的虛擬資源池，突破了不同區域及數據庫的限制，對現有教育資源進行了有效整合，充分解決了教育數據資源信息不均衡的問題，顯著提高了教育資源的共享及使用質量和效率[16]。