基于云計算的高校教育資源共享服務平臺構建研究

孫 力，葉得學

(蘭州財經大學隴橋學院，甘肅 蘭州 730101)

大數據、云計算等信息技術在教育領域內顯示出的獨特優勢，信息化教育水平逐漸成為影響高校教學質量的關鍵因素，各大高校紛紛加大對教育信息化的投資力度，開展了一系列教育實踐，有效推動了教育資源的優化配置，提高了我國高等教育的發展水平。然而，大量優秀的數字化教育資源局限于各校的網站中，相互獨立形成了信息孤島，大量教育資源沒有得到有效利用。云計算作為一種新的數據處理方式，具有較高的安全性和可擴展性，加上相對低廉的價格，得以廣泛應用在經濟、教育、學術等領域中。以云計算為技術支持的教育資源共享服務平臺，能夠有效整合龐大的教育資源信息量，并構建資源共享程度高的教育資源共享平臺，為師生提供優質的教育資源服務，在滿足學生個性化學習的同時，使教師能夠依托平臺開展備課、教學等一系列工作，對傳統課堂生態產生了顛覆性的革新，不僅有效提升高校教育質量，還為推動教育信息化的發展起到重要推動作用。

一、高校教育資源共享平臺的技術基礎

(一)云計算

云計算是分布式計算的一種，通過網絡的串接將龐大數據處理程序進行分解，并通過多臺設備增強計算力及存儲空間，從而為用戶提供更優質的信息服務。云計算是分布式計算商業化的成果之一，可以在極短的時間內完成龐大數據量的處理，是信息時代下對計算機與互聯網技術的重大革新，也是信息時代未來的主要發展方向。云計算具備以下幾種特點：其一，大規模。通過串聯大量計算機以拓展其節點數量，云計算能夠形成超大規模的計算機集群。亞馬遜、微軟、雅虎、IBM等著名互聯網公司的云計算服務，均有數10萬臺服務器的節點數量，而谷歌云計算更是達到了100萬臺服務器的規模，為用戶提供了強大的數據服務功能。其二，虛擬化。云計算服務與數據處理完全在虛擬化的“云”環境下進行，無論是用戶使用終端設備獲取云計算服務，還是實際的數據處理運行過程，都無需有具體位置或固定實體，只需要有能夠使用云計算服務的終端設備就能夠得到云計算服務。其三，可靠性。云計算的可靠性一方面源自于數據多副本容錯，另一方面則源于計算節點同構可互換，這種措施使云計算的數據可靠性甚至高于本地計算機，存儲在云端的重要數據丟失的可能性極低。其四，通用性。云計算是一種數據處理模式而非特定應用，在云計算的技術支持下能夠產生多種不同的應用，如網絡教育、網絡存儲、信息共享、關鍵詞檢索等，賦予了云計算以不同應用的通用性。其五，可伸縮性。云計算規模的可變化特點，使其能夠滿足用戶規模增長和應用形式增加對云計算產生的新需求。其六，按需服務。按需購買的計價模式使得用戶可以根據自身對云計算的需求，采取不同的訂購模式使用云計算服務，并且云計算服務本身的管理成本、能源成本較低，且資源的利用率高，使得云計算服務擁有相對低廉的價格。

(二)教育資源共享平臺

教育資源共享平臺是整合多學科、多層次、多學習對象、多資源類型樹的教育資源，并在計算機網絡平臺中依托于計算機群進行信息的存儲、傳遞和共享的平臺。該平臺能夠根據用戶需求提供具有針對性的教育資源，能有效推動高等教育資源中心從教育資源自身過渡到用戶需求，是教育信息化高度發展的產物。在教育領域內，教育資源共享平臺的教育價值體現在以下幾點：首先，虛擬化特點帶來低成本優勢。高校運用信息技術支持開展教學工作，必須要加強對軟硬件設施的建設，這一過程中會產生大量資源重復投資問題，為高校帶來較大的資金壓力。而云計算按需服務的特點使其不需要建設大量服務器等基礎設施就能滿足師生的應用需求，且其對資源的高效率應用有效避免了資源重復問題，顯著節約了教育資金投入。其次，共享性特點避免了信息孤島的產生。傳統高校信息化教育系統之間的信息溝通效率較差，信息資源共享水平偏低，既難以滿足用戶的信息需求，又無力進行教育業務分析，并為其后續的運維管理提供助力。而教育資源共享平臺的共享性特點能夠為師生提供一站式服務，對異構的教育信息資源進行整合，有效避免了傳統教育信息系統的信息孤島問題。最后，相同的利益方向為教育資源共享平臺提供了穩定的發展環境。從開發商的角度來看，教育資源共享平臺能夠盈利必須擁有數量充足的用戶，而從高校的角度來看，平臺必須擁有豐富的教育資源才能夠彰顯其教育價值。可以看出高校與服務平臺的開發企業擁有相同的利益訴求，這就為平臺的穩定發展奠定了良好基礎。

二、教育資源共享平臺基本需求

(一)整體需求

教育資源共享平臺首先要具備可伸縮的性質，使其契合按需配置教育資源的需求。教育信息化的發展拓展了教育信息資源的深度和廣度，而資源本身的變化對教育資源負載的影響，使其變化趨勢難以預料，對教育資源管理與應用帶來了較大難題。這就需要教育資源共享平臺具有可伸縮的性質，能夠根據教育資源負載的變化對平臺底層設備進行調整，甚至可以結合應用需求的變化開發平臺應用組件，采取定制化的模式在提升教育資源的應用效率的同時，避免基礎設施重復建設帶來的資源浪費問題。此外，平臺需要具備專業的安全系統和運行維護系統，確保教育資源的安全性和可靠性，避免重要教育資源丟失等問題。

從教師教育需求的角度出發，教師使用教育資源共享平臺的目的主要在于制作教學課件和備課，此外則是試題編制、課堂教學、教學反思和學生答題。可見，平臺的發展能夠為推動教育公平提供助力，因此應將教育資源的制作和共享作為平臺的核心功能，并提供線上教學、作業布置、教學反思等輔助功能。從教育資源類型的角度出發，除去極少數資金充裕的頂級學府，絕大部分地方高校的教育資金有限，教育設備老化、資源不足等問題困擾著高校的進一步發展，雖然遠程教育等網絡教育形式的發展緩解了這一問題，但問題本身并沒有得到完全解決，信息資源的整合程度偏低，網絡教育資源的影響力有限，本校重要的文獻資料只發布在校內網站上，需要學校的賬號和密碼才能查看，這就導致外校師生無法使用本校的教育資源，影響了學術交流的發展。因此，平臺的教育資源應重視導入一些學術會議、文獻資料中得到的重要結論，以保障平臺教育資源的實用價值。

(二)功能需求

教育資源共享平臺需要對教育資源進行分類整理，并針對用戶需求進行資源的共享。因此，平臺系統需要具備以下幾種功能：其一，教育資源獲取與質量審核。為確保教育資源的實際價值，平臺需要構建管理員初審、教授復審、教師內檢、定期抽樣檢查、學生反饋的五層級審核與質量管理體系，針對提供高質量教育資源或篩選出低質量教育資源的個人予以獎勵，從而提升平臺教育資源的整體教育價值。其二，云存儲服務。為避免信息化教育帶來的高昂設備投入與維護成本，教育資源共享平臺需要具備云存儲功能，一方面便于師生的有效利用，另一方面利于技術人員對設備及資源的維護管理。其三，教師應用模塊。平臺需要針對教師需求提供個性化的應用模塊，具體包括教育資源整理與應用、教師的培訓進修、學科與校內新聞、平臺應用等，從而使教師能夠在平臺中完成資料查閱、資源審核上傳等工作，同時輔以獎懲機制以激勵教師的應用熱情。其四，教育資源智能化推送功能。根據教師學科專業、教學進度等個人信息，應通過大數據分析篩選出教師可能需要的教育資源，同時細化個人信息的具體內容，進而為教師推送更具個性化的教育資源。

為滿足上述功能需求，平臺應包含四個層級：第一層為應用層，直接服務于教師和學生，具體包括課程概況、教學內容、教學方法、教學考核、課程設置、教學互動、教學效果評價、教學反思等。第二層為管理支撐層，分為系統管理和模塊管理兩個方面。前者包括用戶管理、內容管理、教師管理、評論管理等，后者包括資源管理、站內編輯、教學日歷等。第三層為系統軟件層，包括操作系統軟件、數據庫系統、應用軟件、應用中間件系統等。第四層為物理設備層，包括服務器、存儲設備、網絡設備、安全設備等。見圖1。

三、基于云計算的教育資源共享平臺模塊設計

(一)用戶登錄注冊模塊

雖然教育資源共享平臺具備開放性的特點，但為便于安全管理和權限管理，需要設立注冊和認證機制。平臺用戶一般包括三類，第一類是以學生為主的學習者，第二類是以教師為主的教育資源建設者，第三類是以技術人員為主的管理員。其中，學習者占用戶的絕大多數，需要為其提供教育資源瀏覽、查詢、下載等功能，并提供一系列學習相關的輔助功能；教育資源建設者需要具備教學資源上傳、修改、刪除的權限，使其在管理員的審核后能夠對教育資源進行合理更改；管理員需要承擔運行維護、用戶管理等職能，保障平臺的正常運作。

圖1 教育資源共享平臺

(二)教育資源管理模塊

該模塊是教育資源共享平臺的核心，根據用戶賬號權限規定用戶的操作權限，并完成資源下載、上傳、刪除等各項工作。其中，教育資源的上傳模塊需要將通過審核的教育資源存儲至云端數據庫。需要注意的是，教育資源本身的嚴肅性使得教育資源審核應建立嚴格的審核機制，包括對資源本身的審核及對來源的審核。未通過審核的資源應進行修改和調整后，再次進行審核，通過審核的教育資源在正式入庫后，交由有權限的賬戶進行定期更新維護，一般資源的維護由原上傳者負責。而資源刪除工作必須由管理員負責，所刪除的資源一種情況是上傳者申請刪除，在審核完成后由管理員執行刪除工作，另一種情況則是在平臺定期維護中，刪除部分重復或失效的教育資源。

(三)目錄瀏覽模塊

為便于用戶瀏覽，平臺應采取目錄式瀏覽模式，為用戶提供多種排列模式。首先是網站標準的目錄瀏覽方式，以上傳時間、下載數量、質量評價等進行綜合性權重評價，將優質教育資源排列在前；其次是以資源層次為排列模式的目錄設置，需要按照國家、地方、個人等上傳者層級進行排列，優先提供國家和地方級的精品教育資源；第三是按學科樹的排列模式，按照專業、學科、課程進行逐步細化，屬于學生最常用的排列方式；第四是基于學習對象的目錄設置，需要根據對用戶個人信息與學習數據的采集，優先提供用戶可能需要的內容，并與信息推送機制進行協同，保證用戶實時接收喜好內容的更新動態；第五是基于資源類型樹的排列模式，即根據用戶的瀏覽數據進行資源分類，為未設置個人偏好的用戶提供資源推薦。

(四)平臺管理模塊

在用戶管理方面，管理員需要具備管理賬號信息及權限的能力，包括查看、刪改、添加用戶信息，賬號權限初始化等功能。在日志管理中，由于日志能夠對平臺運行的相關信息進行記錄，在平臺故障或遇到其他問題后能快速找出責任人，因此日志不允許管理員修改，應設為只讀模式。

(五)數據庫設計

教育資源共享平臺應采取MySQL數據庫與MongoDB數據庫協同的設計模式。其中，前者作為關系型數據庫，用于存儲用戶信息等數據，而后者作為非關系型數據庫則用于存儲賬號文件等非結構化信息。在云計算的技術支持下，教育資源共享平臺超大規模的文件數量產生了大量非結構化的數據，而MongoDB數據庫以其靈活的數據存儲方式，能夠滿足對文件信息存儲的需求，這是作為關系型數據庫的MySQL數據庫所不具備的優勢。此外，伴隨著NoSQl數據庫的發展，愈發常用于系統開發中，是未來可行的平臺數據庫之一。

四、教育資源共享平臺系統測試

(一)系統測試方法

教育資源共享平臺的系統測試方法主要包括以下幾點：第一是黑盒測試。黑盒測試的目的在于通過對輸入和輸出信息正確性的檢測，測試系統功能能否正常使用且滿足用戶需求，并檢驗系統界面的清晰性。第二是白盒測試。與黑盒測試截然相反，白盒測試更加注重功能測試，其目的在于檢驗程序的運行過程是否符合用戶的要求，同時要檢驗模塊間的信息和數據傳遞是否符合預期。由于白盒測試重視驗證程序本身的特性，測試人員必須了解程序邏輯與代碼設計，才能通過用例測試等方式，通過輸入邊界值和特殊值得出正確的輸出結果。需要注意的是，即便系統通過了白盒測試，也不意味著系統本身不會產生運行問題。第三是集群負載測試。云計算的技術支持使得平臺具有大規模集群的特性，這就需要利用Bench4Q Tool軟件進行集群負載測試，檢驗在大負載、多并行數據的情況下平臺能否正常運作，避免因用戶流量過大而導致的響應過慢甚至無響應問題。第四是頁面完整性測試。在軟件集成后階段，需要通過頁面完整性測試檢驗網頁質量，屬于檢查性測試的一類。第五是安全性測試，用戶檢驗平臺的安全性和可靠性，并檢驗在未獲得授權的前提下是否會被網絡攻擊，以及攻擊后是否會出現數據丟失等安全性問題。第六是頁面腳本測試。即檢驗頁面腳本能否正常運行，避免頁面錯誤等問題的產生。第七是瀏覽器測試。由于教育資源共享平臺是以網頁的形式運行，需要對如火狐、IE、谷歌、微軟等不同瀏覽器的兼容程度進行測試，避免產生瀏覽器不兼容的問題。

(二)系統測試內容

教育資源共享平臺的系統測試內容包括以下幾個方面：第一是功能測試，采取黑盒測試的方式檢驗系統功能能否在運行過程中正常使用，以及用戶需求是否得到滿足。第二是恢復力測試，即采取安全性測試方法，檢驗在平臺遇到故障或其他問題時調整恢復的能力。第三是性能測試，即檢驗系統處理操作的效率、系統整體和部分性能能否滿足用戶需求。采用Bench4Q Tool軟件模擬大量用戶行為，結合用戶對平臺的容忍度、等待時間等，對平臺服務器響應時間等關鍵數據進行測試。第四是用戶界面測試，網頁界面需要滿足用戶審美偏好，這就需要對界面的視覺觀感舒適程度、信息獲取的難度、界面風格的一致性等進行測試。第五是數據庫測試，數據庫的穩定性決定了平臺的穩定運行，由于平臺數據庫采取了MySQL數據庫與MongoDB數據庫協同的設計模式，其主要出現的數據庫錯誤主要包括用戶提交數據后的存儲錯誤、導出數據的錯誤信息等，這些問題一方面可能是用戶自身的網絡問題，另一方面可能是系統內部結構問題。第六是登錄相應測試，用戶登錄時需要進行身份認證，而如果服務器的響應時間過長，排除用戶自身網絡問題后可以判斷是平臺的判定程序出現故障。

(三)系統測試結果

根據系統缺陷的嚴重程度，可以將結果分為四個級別：第一是提示/建議級別，屬于對用戶造成不便，但不影響平臺正常使用的缺陷，包括提示信息文字描述、程序的提示信息、頁面設計、可優化的程序應用方式等；第二是一般級別，屬于會對平臺發揮基本功能產生明顯影響，或出現包括運行錯誤等功能問題的缺陷，具體包括頁面選項的功能缺失，但存在其他實現功能的方法、缺乏數據約束功能或與需求不相符、沒有實現次要功能等；第三是嚴重級別，屬于嚴重影響平臺功能的實現，且不存在替代方法的缺陷，主要功能與預先設定不符，具體包括重要的菜單按鈕沒有發揮作用，影響重要功能的實現或下一個流程的操作、按鈕與本身功能不符、功能遺漏、數據損壞或丟失、重要功能無法使用、頁面跳轉錯誤等；第四是致命級別，屬于會導致平臺崩潰、內存溢出、數據丟失等問題的嚴重缺陷，具體包括數據庫錯誤、數據丟失、資料損壞、服務器崩潰等。

五、教育資源共享平臺的應用形式

(一)私有云服務平臺

私有云是為了面向單一客戶構建的，具有更強可靠性和高服務質量的云服務模式，通過在客戶數據中心防火墻內建設主機托管場所，能為客戶提供私人的云服務。教育資源共享平臺應用私有云服務，應由第三方及本地的應用平臺以及應用系統構成，為高校提供網絡教育資源管理、校際交流、網站監控、賬號登錄注冊、版權及日志管理等服務。其中，本地應用平臺主要提供不同云平臺的交換功能，滿足分布式資源的實際應用需求。本地應用系統服務于高校教育工作中的具體業務，并根據其提出的要求建設云服務。第三方應用平臺則與高校本地平臺協同開展資源管理工作，滿足師生對網絡教育資源的使用需求。私有云服務平臺面向單一客戶的特性，使得高校能夠靈活控制教育資源共享平臺，根據實際需求對其安全性能與擴展性進行調整，并且維護工作相對簡單，不會產生昂貴的維護費用。依托于私有云平臺，工作人員可以完成一系列高校本地的業務工作，且通過對用戶授權能使師生使用平臺中提供的各項服務，并且與其他云平臺形式的結合能夠為校際交流和資源共享提供渠道。

(二)公有云服務平臺

公有云服務分為兩類：一類是面向用戶的服務，通過整合不同學校的網絡教育資源及教育服務，構建為用戶提供一站式服務的公有云平臺；另一類是依托于云計算服務商的服務，如谷歌、IBM、亞馬遜等第三方公有云服務平臺，能夠為高校提供資源檢索、網絡資源調配及下載、賬號管理等服務，且按需服務的計價方式價格相對低廉，不需要投入大量資金進行基礎設施建設。需要注意的是，這種方式固然有其優勢，且資源的安全性能夠得到保證，但數據風險要略高于私有云服務平臺，具有高價值的資源及數據應盡量存儲在安全性更高的私有云服務平臺中。

(三)混合云服務平臺

混合云服務平臺主要用于校際間的交流合作，將各大院校不同類型、不同內容的云平臺進行融合，并構建區域間統一的教育資源共享平臺。混合云服務平臺的建設中，應通過第三方服務平臺，整合各校的私有云和公有云平臺，從用戶注冊和登錄出發構建認證系統、托管系統、服務系統相統一的云服務模式，并能夠為各大院校師生所共同使用，能夠有效降低學校間教學資源重復建設等問題，提高對網絡教育資源的應用效率。

六、結語

以云計算為技術支持的教育資源共享服務平臺有效拓展了信息化教育的深度和廣度，既能夠滿足教師依托平臺開展備課、教學、作業布置、課后反思等各項工作的需求，又能滿足學生的自主學習需求，對推動高校教學質量的提升具有重要意義。教育資源共享平臺應分為用戶登錄模塊、教育資源管理模塊、目錄瀏覽模塊、平臺管理模塊和數據庫模塊五個部分，并采取黑盒測試、白盒測試、集群負載測試等測試方法進行檢驗，以確保平臺能夠正常運作，同時結合私有云、公有云和混合云的應用形式，滿足高校對教育資源共享服務平臺的多元化需求。