基于云計算的通信工程自主學習應用研究＊

劉煥毅

（廣西建設職業技術學院，廣西 南寧 530007）

隨著中國高校教學改革不斷深入，中國高校的教學體系正逐步從傳統的封閉式課堂教學模式向開放式、多方位學習式教學模式轉變[1]，教學平臺也從簡單搭建教學需求向智能化教學和海量存儲等方向擴展。當前高校通信工程專業教學存在著實驗環境差、資源共享程度低、傳統教學平臺能耗高等問題，這些問題嚴重影響了通信工程專業的教學質量和教學效果。基于現有教學環境不能很好地達到教學效果，依托云計算技術的自主學習平臺成為高校目前通信工程教學改革的重點。近年來，技術創新導致云計算在教育行業快速發展。云計算技術包含系統程序、運算能力、存儲容量的服務，就是為了解決信息孤島和資源共享利用等所有問題，將分布式管理、并行處理、網格計算、海量存儲等相關技術整合在一起，提供安全可靠的數據存儲中心。基于云計算的自主學習是協作學習的延伸，基于云計算的通信工程自主平臺將在云計算技術和互聯網的快速發展下，改變傳統教學平臺數據分散化、負載能力低、資源耗能高等缺陷，整合當前的軟件和硬件教學資源，充分發揮其獨特的優勢，運用分布式存儲技術、虛擬化技術、高速索引技術，為學生搭建一個功能多樣、高度共享、高質量的自主學習平臺。

1 通信工程自主學習問題分析

1.1 學校實驗環境差，缺乏實驗項目條件

基礎硬件環境是實驗教學的必要前提，是實驗教學順利進行和取得良好效果的可靠保證。一些學校的教育信息化進程緩慢，學校教學模式以線下為主，缺乏在線實踐平臺、慕課等網絡資源的接入，學習軟件資源配置不足，與通信工程專業相關的硬件設施和實驗教學跟不上社會的發展，現有的基本教學條件與信息技術的發展不協調，缺乏綜合性創新實驗項目，學生按照教材內容進行機械操作，被動接受知識，制約了學生主動學習的能力和創造力，學生不能充分發揮他們的學習熱情，甚至不利于提升獨立思考的能力。

1.2 資源共享程度低，缺乏信息集成管理

高校內部和外部的學習資源實行分散化管理，共享程度差，開發和利用程度低。一方面，院系或高校之間缺乏溝通交流與合作，教學資源信息不能得到有效整合，教材和教學資源的重復生產大量浪費人力資源和教學資金。另一方面，信息集成管理不完善是造成信息資源共享困難的主要原因，高校的學習平臺缺乏連接的接口，無法共享教學數據，現有的信息系統和平臺無法互聯，資源無法整合。此外，部分學習平臺上的網絡資源實用性差，缺乏具體的專業學習方法、實踐指導、案例分析等，學校自建學習資源質量低，形式單一，內容有限。

1.3 傳統平臺能耗高，缺乏高效傳輸存儲

隨著5G網絡的快速發展，互聯網時代的學生更依賴移動終端隨時隨地學習，傳統的教學平臺受到挑戰。傳統教學平臺還有著嚴重的弊端，那就是大量學習資源和學習數據的存儲問題，由于開放和創新性課程不斷發展，產生了海量數據，加之網絡學習資源配置不合理，系統平臺的存儲空間亟需擴展，同時傳統服務器的承載能力無法承受大量用戶同時訪問，導致傳統教學平臺服務水平下降。

2 云計算在自主學習中的作用

云計算技術融合了多種互聯網技術，比如虛擬化技術、海量數據存儲技術、海量數據管理技術、平臺管理技術等，云計算技術能夠提供高效的信息查詢、大規模計算、端游共享化等服務，且具有準確性高、普適性強、集成式管理成本低等特點，基于大數據的云計算技術具有多種獲取信息的模式和可靠的數據處理方法，以及穩定的技術環境和數據恢復技術，能大大降低數據被盜風險。虛擬化技術使學生能夠在教師的指導下，采用計算機技術和多媒體技術學習和運用知識。海量數據存儲技術和海量數據管理技術讓自主學習平臺中的教學資源實現互聯互通，可進行信息共享和高速檢索，能有效提升高校實驗室的功能和管理效率。平臺管理技術可以有效地管理分布各地的服務器，使大量的服務器協同工作，以自動化、智能化的方式實現大型系統的可靠運行。自主學習平臺集成了教學、學習、練習和考核評價功能，而在云計算技術的支持下，自主學習平臺將向信息化、智能化方向快速發展，實現教學資源的高效利用和高度共享。

3 基于云計算的通信工程自主學習設計

3.1 架構設計

基于云計算的通信工程自主學習平臺將云計算技術與虛擬化技術相融合，以云技術為基本架構，通過統一接口實現平臺多功能應用業務的數據共享，為教師、學生和教學管理者提供可視化的自主學習平臺。基于通信工程自主學習平臺的系統結構和技術特征，將平臺基礎架構分為基礎層、技術層、數據層、接口層和應用層5個層次，其平臺系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

3.1.1 基礎層

基礎層為通信工程自主學習平臺系統提供硬件支持和保障，是整個系統的重要組成部分，采用通信網絡技術進行數據傳輸，為平臺系統進行數據云存儲提供原始數據來源，提供計算、存儲、網絡、備份、信息安全、等基礎服務。基礎層主要包含計算機、交換機、路由器、存儲器、服務器群、網絡連接設備、實驗硬件設備等。服務器群包括負責運行管理和資源的主服務器、負責存儲檢索的文件服務器、負責數據庫信息存儲管理的數據庫服務器、負責數據備份的備份服務器等。

3.1.2 技術層

技術層采用虛擬計算軟件構建虛擬機服務器集群，模擬設備，統一管理硬件設施，利用桌面虛擬化技術實現服務器和平臺存儲的虛擬操作，虛擬機之間獨立運行，安裝不同的操作系統，滿足不同功能的需要[2]。在虛擬技術層下，軟件系統部署在云端，形成共享資源池，利用桌面虛擬化技術，客戶端可以擺脫操作系統與硬件的限制，系統管理員依據用戶的實際需求分配相應的資源，技術層主要包含虛擬機、虛擬操作系統、真實操作系統、應用軟件系統等。

3.1.3 數據層

數據層是整個系統的核心部分，集中了基于云計算的關鍵技術數據，主要包括分布式文件存儲數據、視頻直播數據與海量高效索引數據，將采集到的數據進行分布式存儲，為各系統提供基礎數據，實現跨系統的信息共享和綜合利用，解決資源信息孤立問題，為系統提供數據支撐。數據層主要包含數據庫、學習資源庫、硬件資源庫和其他資源庫。

3.1.4 接口層

接口層主要負責應用層與其他層的數據在網絡上的無差錯傳輸，接口層主要包含API接口、網絡接口、配置環境和分配權限等。

3.1.5 應用層

應用層的自主學習平臺以瀏覽器界面方式呈現，還包括教學資源管理、云數據管理平臺、用戶注冊管理、效果評價管理、安全監測系統等。

3.2 功能設計

自主學習平臺的設計目標是提高學生線上線下自主學習和協作學習的興趣，提高學習質量和學生的動手能力、思考能力以及綜合素質。自主學習平臺全面整合各種硬件設備、軟件系統和教學資源，為師生提供完善的管理和學習功能。

自主學習平臺的系統功能如圖2所示。

圖2 自主學習平臺系統功能圖

3.2.1 系統用戶管理

系統用戶管理主要功能有教師注冊、學生注冊、管理員注冊、用戶權限設置、用戶信息修改等。用戶類型包括教師、學生以及管理員，首次登錄應進行注冊并設置系統密碼。管理員通過用戶權限設置在配置界面為教師和學生配置用戶權限。

3.2.2 實驗設備管理

實驗設備管理主要功能包括實驗室相關信息的添加、刪除、查詢和修改，實驗室工作狀態、維修設備數量和設備維護記錄的登記和查詢，實驗設備借出、歸還的查詢和審核等。

添加設備功能指對實驗室設備進行入庫管理，主要記錄設備信息；刪除設備功能指對實驗室設備的過時信息進行刪除等操作；欄目管理功能指對實驗室設備進行分類管理，進行添加、刪除、修改、轉移等操作。

3.2.3 教學資源管理

教學資源管理主要功能包括課件共享、多維文件歸檔、資料備份、課題教學、電子作業提交、高級搜索查詢、文件發布與上報等。資源檢索功能可實現模糊查詢和精確查詢，檢索系統數據庫內的資源；文件發布與上報功能提供資源下載和上傳服務。

3.2.4 教學考核管理

教學考核管理主要功能包括考評方案制定、系統臺賬、實施考評、結果輸出、統計分析等。教學考核管理主要為教師用戶提供實施教學計劃和教學方式所需要的手段，實現課前計劃、課后考評。

3.2.5 開放課程資源管理

開放課程資源管理主要功能是課程分類導航、開放課程資源上傳下載、課程資源檢索等。

3.2.6 實時互動教學管理

實時互動教學管理主要功能包括在線討論交流、共享和發送文件、共建學習資源、在線推薦資源等。實時互動教學管理功能為師生線上和線下提供更多溝通渠道。

3.2.7 學習效果跟蹤管理

學習效果跟蹤管理主要功能包括考試結果統計、學習狀態分析、學習數據明細等。學習效果跟蹤管理使教師能夠實時掌握學生的學習動態和學習效果，并根據學生學習和進步狀況給予動態指導。

3.2.8 學習進度管理

學習進度管理主要功能包括學習時間和進度記錄、學習數據智能分析、導出報表等。

4 云計算通信工程自主學習應用分析

通信工程專業是用工程化方法研究有效、實用、高質量軟件的構建和維護的一門學科，具有系統性、知識面廣、理論性強等特點，通信工程專業重點課程在于通信工程項目開發與測試相關的實驗，傳統教學平臺無法承載大量用戶的突發性訪問，所以通信工程自主學習平臺需要云計算的海量數據存儲的技術支持，在通信工程教學中引入云計算技術[3]。基于云計算的通信工程自主學習平臺比傳統的教學平臺具有更多的優勢[4]，如云計算下的平臺擁有強大的計算能力和數據存儲空間。

因此，學校不需要擔心服務器承載能力，云計算的海量數據管理技術將海量學習資源整合并存儲在云端，解決了資源孤立和信息孤島的問題，提高了學習資源的綜合利用率。對于教學管理者而言，云計算輔助教學的手段會大量減少信息技術的維護費用，無需考慮設備的經常性維護和更新換代的問題。

5 結語

本文針對現有高校教學平臺中存在的實驗環境差、資源共享程度低、平臺能耗高等問題，提出了基于云計算技術的自主學習平臺。

該平臺融合了云計算技術、虛擬技術和多媒體技術，利用服務器虛擬化技術提供動態實時交互系統，為師生提供了一個交互式的自主學習平臺，通信工程專業在教學中應用基于云計算的自主學習平臺，改進了傳統教學平臺所帶來的缺陷，提高了學習資源和教學資源的利用率，有利于高校之間進行相互溝通交流合作和資源共享，是開放式課程發展的必經之路[5]。