基于云計算的數字化教材資源共享方法研究

基金項目：吉林省教育科學“十四五”規劃2023年度教育數字化專項課題；項目編號：JS2301。

作者簡介：于佳（1983— ），女，副教授，碩士；研究方向：測繪工程。

摘要：當前共享方法常忽視用戶需求，導致數字化教材資源共享一致性低。為此，文章研究了基于云計算的數字化教材資源共享方法。首先，建立數字化教材資源數據庫；其次，集成不同類型資源，形成統一資源池，利用云計算技術調度資源，實現快速響應和高效利用；最后，構建認證框架確保共享安全。實驗結果表明，與P2P和FTP方法相比，基于云計算的共享方式在一致性上表現更優，與真實數據高度一致。

關鍵詞：云計算技術；數字化教材資源；資源共享；教材共享

中圖分類號：G434" 文獻標志碼：A

0" 引言

數字化教材資源共享方法的研究，不僅關系到教育信息化的推進，更直接影響到廣大學習者的學習效果和終身學習的發展。在研究過程中，利用P2P文件共享方法時，用戶可以直接與其他用戶交換教材資源，無需經過中間環節。然而，由于資源分散在不同用戶之間，如果某些用戶離線或斷開連接，可能導致資源無法訪問。而利用FTP服務器進行文件共享的方法可以提供穩定的文件傳輸服務，確保教材資源的完整性和準確性。但這種方法需要專門的服務器硬件和維護人員來維護FTP服務器的正常運行［1］。為此，本文研究了基于云計算的數字化教材資源共享方法。

1" 建立數字化教材資源數據庫

本文提出了一種基于網絡環境的網絡教學資源管理系統，將各個通信、傳輸接口的定位信息進行整合，生成一個完備的數據集合，并將其上載至數字教學資源庫［2］。用戶通過云計算的數據傳輸功能，可以把數據下載到云端，數據的數據傳遞函數可以表示為式（1）：

a（s）=w2s2+q（1）

式中，a是從云上載數據所需的時間；w是用于平臺操作的緩存因子；s是數據傳送的速率；q是一次上載的資料數量。在此基礎上，假定各個云平臺的各個模塊都具備相同的數據感知環境，但不同的數據類型卻有著各自的特點。在進行資源屬性分割時，設定一個與數字教科書資料資料相關聯的屬性參量。

r2=（1-e11）1+e11（k11+e21）2（2）

式中，r代表屬性參數和云數據的關聯；k11代表該數據的特性認知系數；e11、e21代表在不同時刻云計算承載的數據量。構建特定的關系表達式使得不同屬性參數與云端數據之間的關聯程度更加清晰，實現數字化教材資源數據庫的建立。

2" 教材資源集成

在構建優質教學資源集成模型時，本文將云計算技術作為構架模型中信息資源的并行計算框架。優質教學資源集成模型如圖1所示。

圖1展示了教學資源集成模型的核心架構。其中，App-VM表示虛擬機管理器，負責管理和調度虛擬機資源，確保教學資源的穩定運行。圖中的不同形狀（正方形、三角形和圓形）分別代表了不同類型的數字化教材資源。這些資源經過精心挑選和整理，以滿足不同教學需求［3］。集成操作分為以下幾部分：

2.1" 數據訪問與挖掘

在訪問這些數字化教材資源存儲數據庫時，采用可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）對請求中包含的信息資源進行挖掘。XML作為一種通用的數據描述語言，能夠有效地描述和存儲各種類型的教學資源，方便后續的處理和分析。

2.2" 數據檢測與處理

在建立數字化教材資源集成模型的過程中，數據信息的規范性至關重要。因此，本文對數據信息進行嚴格的檢測。當模型中存在不符合規范的數據信息時，這些數據將被返回至教學資源數據庫，進行二次分析挖掘，以確保數據的質量和準確性。只有當數據信息符合規范時，數字化教材資源集成模型才會直接輸出對應的信息，供用戶使用。

3" 利用云計算調度教材資源

在整合了教學資源之后，本文根據大學學生的學習需要，設計了一個基于云計算的虛擬教學資源調度函數，實現了教學資源的公平、高效配置。在調度教學資源時，首先要考慮到云服務器上的每日標準虛擬機存儲量，然后按照全局視圖為各個服務器分配教學資源［4］。

在充分考慮虛擬機性能的基礎上，本文對虛擬機設置了一種日尺度的記憶體值Q。

Q=U+Cmax，Fgt;U

Z，Cmin≤F≤Cmax

Z+Qmax，Flt;Cmin（3）

其中，U為虛擬機在運行期間占用的教學資源存儲空間；F代表在虛擬機處于閑置狀態時占用的教學資源存儲空間；Z是對虛擬機的要求和對日尺度內存的要求之差；Qmax代表一個虛擬機的最大日標記憶體；［Cmin，Cmax］代表一個虛擬機內存數值的范圍。

在對數字教學資源進行整體調度的過程中，考慮到虛擬機內存的實際狀況，有必要將其劃分為多個情景。（1）虛擬機存儲量充足，即Q≤HF（HF是當前可分配的教育資源內存），此時虛擬機的存儲容量足以滿足要分配的教學資源，因此，不需要對這些資源進行循環利用，而是將數據分析課程的教學資源直接分發到虛擬機上。（2）有充足的虛擬機存儲空間，即Q≤HF+K（K代表全局可循環存儲的數量）。目前，物理服務器上的空閑存儲已經無法滿足云虛擬機對存儲容量的需求，需要對其進行一定程度的恢復，才能滿足不同類型的網絡教學資源需求。（3）因為虛擬機的內存過少，即Qgt;HF+K，所以即使將各虛擬機的可分配內存都發揮到了極致，也無法滿足對教學資源的調度需求。此時必須針對虛擬機的存儲需求，設計合理的回收機制來優化網絡教學資源。以上措施的應用能夠實現以云計算為基礎，公平、高效、靈活地安排教學資源。

4" 構建認證框架實現安全共享

本文首先采用云計算技術，實現了數據共享，其次在保證數據安全的前提下，利用拜占庭容錯一致性算法［5］，構建數字教學資源的身份驗證體系。在此架構中，虛擬的數據就像普通的節點一樣對待，而其他節點可能包含無效數據或遭受惡意攻擊，框架中共有的節點數|R|公式為：

|R|=3f+m（4）

式中，f是虛擬化數據節點，m是無效節點數。

當使用者向其他使用者提出分享資料資料的要求時，鑒權架構的主控節點會即時執行雜湊值檢查。該程序在式（5）中表示為：

M=Hi（K-G）m（5）

其中，M是已通過哈希值驗證的數據、Hi是數據 i的哈希值、K是數據分享請求源區、G是數據驗證遍歷節點數。通過哈希值檢驗，判斷請求端的數據是否真實、有效，從而確保數據的安全性和可靠性。

在經過身份驗證后，被請求方將資料發送給請求方，完成了數據共享。在此基礎上，本文提出了一種以云計算為基礎的數字教科書資源安全共享方案。

5" 實驗

5.1" 實驗準備

本文以某高職院校為試點，采用本文提出的數字教材資源共享方式，構建了一個大學教育資源共享庫，并對該庫進行了測試，其實驗環境搭建如下：

5.1.1" 硬件環境

為了確保實驗的穩定性和可靠性，本文選用了高性能的服務器作為實驗環境的基礎。該服務器配備了Intel Xeon Gold 5115 CPU，主頻達到2.40 GHz，確保了處理能力的強大。

5.1.2" 軟件環境

在操作系統方面，本文選擇MacOS 12.01作為服務器操作系統。該系統的穩定性和安全性得到了廣泛認可。在開發語言方面，本文選擇Python 3.7作為主要的開發語言。

5.2" 實驗結果與分析

為充分驗證所提方法的先進性，本文開展比較實驗，分別選用P2P文件共享方法和基于FTP服務器的共享方法作為對照組，與本文基于云計算的數字化教材資源共享方法進行對比。不同共享方式下的實驗結果如圖2所示。

如圖2所示，在此測試中，在不同的數據量下，本文所建議的數據安全分享方法對數字化教學資源的共享結果的前后一致程度都很高，每一輪的實驗都與真實輸入的數據有很高的一致性，而P2P文件共享方法和FTP服務器文件共享方法在不同的數據數量上都比本文設計的方法要少。因此，本文提出的方法可以更好地保證數字化教學資源數據的安全、高質量分享，并且分享后的數據和原來的數據相同，降低了信息的損失，同時也保證了共享過程的安全性。

6" 結語

基于云計算的數字化教材資源共享方法展現出了顯著的優勢。通過云計算的分布式存儲和彈性計算能力，教材資源的共享變得更加高效和便捷。無論是教育機構還是個人學習者，都可以快速訪問和獲取" 所需的教材資源，大大提高了教育資源的利用效率。然而，在實際應用中，筆者也發現了一些不足之處。云計算平臺的安全性和隱私保護問題仍需要重點關注。基于云計算的數字化教材資源共享方法雖然采用了數據加密和訪問控制等安全措施，但仍需不斷提升安全防護能力，確保教材資源在共享過程中的安全性。在未來的研究中，需要進一步探索如何提升云計算平臺的穩定性和可靠性，確保教材資源共享的連續性和穩定性。

參考文獻

［1］張金華，廖桃玲.基于云計算與物聯網技術對高校體育教育資源區域性整合與共享研究［J］.文體用品與科技，2024（1）：178-180.

［2］尹丹.基于云計算的思政教學資源安全共享平臺［J］.信息與電腦（理論版），2023（20）：248-250.

［3］趙齊.基于云計算的高等數學優質教學資源集成共享平臺［J］.信息與電腦（理論版），2023（17）：244-246.

［4］孫天嬌.基于云計算的共享型優質教學資源管理系統［J］.信息與電腦（理論版），2023（17）：250-252.

［5］李曉霞.基于云計算的數據分析課程在線教育資源共享平臺［J］.信息與電腦（理論版），2023（14）：9-11.

（編輯" 王雪芬）

Research on the resource sharing method of digital textbooks based on cloud computing

YU" Jia

（School of Civil Engineering， Jilin University of Architecture and Technology， Changchun 130000， China）

Abstract：" The current sharing methods often overlook user needs， resulting in low consistency in the sharing of digital textbook resources. Therefore， this article studies the method of digital textbook resource sharing based on cloud computing. Firstly， establish a digital textbook resource database， and then integrate different types of resources to form a unified resource pool. Utilize cloud computing technology to schedule resources and achieve fast response and efficient utilization. Finally， build an authentication framework to ensure shared security. Experiments have shown that compared to P2P and FTP methods， cloud based sharing methods perform better in consistency and are highly consistent with real data.

Key words： cloud computing technology; digital teaching material resources; resource sharing; teaching material sharing