■武漢市教育科學(xué)研究院王康廖漢文

基于云架構(gòu)的區(qū)域教育云構(gòu)建探究

■武漢市教育科學(xué)研究院王康廖漢文

自21世紀(jì)以來，我國在基礎(chǔ)教育信息化方面取得了巨大的成就。通過實(shí)施“校校通工程”、“農(nóng)村中學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程”以及“班班通”等項(xiàng)目，已實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)教育信息基礎(chǔ)設(shè)施的普及。但由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、整體規(guī)劃能力、共建共享機(jī)制等因素的制約，我國基礎(chǔ)教育信息化存在資源配置不均衡、教育應(yīng)用系統(tǒng)不統(tǒng)一、“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，已成為制約基礎(chǔ)教育信息化發(fā)展的瓶頸。而云計(jì)算的出現(xiàn)，對構(gòu)建基于云架構(gòu)的區(qū)域教育云，以此破解基礎(chǔ)教育信息化難題提供了絕佳的契機(jī)。本文結(jié)合云計(jì)算的特性，分析我國基礎(chǔ)教育信息化中的主要問題，研究探討教育云架構(gòu)設(shè)計(jì)及云平臺(tái)建設(shè)，提出了區(qū)域教育云的建設(shè)模式，以期為區(qū)域教育云搭建提供參考。

一、我國基礎(chǔ)教育信息化存在的問題

目前我國基礎(chǔ)教育信息化建設(shè)存在的問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）基礎(chǔ)教育信息化設(shè)施穩(wěn)步發(fā)展，城鄉(xiāng)差距縮小，但資源配置仍不平衡。具體表現(xiàn)在：平均生機(jī)比、師生比、校園網(wǎng)建設(shè)、互聯(lián)網(wǎng)接入等方面城鄉(xiāng)差距仍然較大。（2）應(yīng)用系統(tǒng)缺乏且不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享困難。各地區(qū)教育教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)量及種類都存在較大差異，薄弱地區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)缺乏。系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互訪難以實(shí)現(xiàn)，“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重。（3）資源共建共享機(jī)制不完善，量多質(zhì)不高精品少。受限于經(jīng)費(fèi)投入、實(shí)用性、資源規(guī)范化以及網(wǎng)絡(luò)帶寬等因素，實(shí)現(xiàn)資源共享困難，同時(shí)資源共建共享缺乏有效的運(yùn)行機(jī)制。

針對基礎(chǔ)教育信息化中存在的主要問題，我們引入云計(jì)算及其架構(gòu)，并將其應(yīng)用于區(qū)域教育信息化建設(shè)過程中，以此構(gòu)建區(qū)域教育云建設(shè)模式。

二、區(qū)域教育云

1．云計(jì)算相關(guān)概念

云計(jì)算是面向服務(wù)的架構(gòu)、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算和虛擬化等多種技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計(jì)算目前主要應(yīng)用于商用服務(wù)，其云端是以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一個(gè)巨大的虛擬化資源池（由硬件、開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)用軟件等組成），服務(wù)提供商將數(shù)據(jù)資源作為服務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶，用戶不需要特定的軟硬件支撐以及數(shù)據(jù)中心，只需按照“即用即付費(fèi)”的方式便可隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備獲取各種資源，云端資源還能動(dòng)態(tài)地根據(jù)各種服務(wù)規(guī)模的負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)配置，使資源的利用率達(dá)到最優(yōu)化。云計(jì)算具有基礎(chǔ)設(shè)施成本低廉、資源利用率高、軟件冗余度高三大基本特征。云計(jì)算提供三個(gè)層次的服務(wù)：（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。提供虛擬硬件資源服務(wù)，如主機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源，用戶只需通過互聯(lián)網(wǎng)租賃即可搭建自己的應(yīng)用系統(tǒng)。（2）平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）。構(gòu)建在云基礎(chǔ)設(shè)施之上，為云應(yīng)用程序開發(fā)者提供應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。（3）軟件即服務(wù)（SaaS）?；谠破脚_(tái)開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)以及根據(jù)特定需要通過多重租用作為一項(xiàng)服務(wù)提供的完整應(yīng)用程序。

（未完，待續(xù)）

責(zé)任編輯 向保秀

教育云則是云計(jì)算在教育領(lǐng)域的遷移，它是指將教育信息化所需的一切硬件資源利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建一個(gè)巨大的虛擬資源池，以資源池為基礎(chǔ)搭建面向教育機(jī)構(gòu)、教育從業(yè)人員和學(xué)員的服務(wù)平臺(tái)。

2．架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，基于云計(jì)算架構(gòu)的教育云架構(gòu)分5層：

基礎(chǔ)設(shè)施層由各數(shù)據(jù)中心的的服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，它是架構(gòu)的基石。

虛擬硬件資源服務(wù)層構(gòu)建在基礎(chǔ)設(shè)施層上，利用虛擬化技術(shù)對底層硬件設(shè)施進(jìn)行管理，構(gòu)造一個(gè)虛擬硬件資源池，資源池向上提供各種計(jì)算服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通訊等虛擬硬件資源，即IaaS。虛擬化技術(shù)就是淡化用戶對物理資源設(shè)施如處理器、內(nèi)存、I/O設(shè)備的直接訪問，取而代之的是用戶訪問邏輯的資源，后臺(tái)的物理連接則由虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和管理。用戶訪問的虛擬資源由各類虛擬機(jī)組成，當(dāng)前最流行的虛擬機(jī)軟件有Vmware、VirtualPC。

平臺(tái)服務(wù)層構(gòu)建在虛擬硬件資源服務(wù)層上，為軟件開發(fā)人員開發(fā)各類基于云計(jì)算的教育教學(xué)應(yīng)用軟件提供開發(fā)與測試環(huán)境、數(shù)據(jù)庫、公用API、Web服務(wù)API等平臺(tái)與接口，即PaaS，從而免去了開發(fā)人員開發(fā)所需的許多復(fù)雜系統(tǒng)配置。

軟件服務(wù)層，提供各類教育教學(xué)應(yīng)用軟件，即面向教育的SaaS。本層主要包含：（1）教學(xué)管理軟件：學(xué)生綜合信息管理系統(tǒng)、課程管理系統(tǒng)、師資綜合管理系統(tǒng)、教師績效考評系統(tǒng)；（2）網(wǎng)絡(luò)教育教學(xué)軟件：網(wǎng)上備課系統(tǒng)、在線作業(yè)系統(tǒng)、出卷評測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)課堂點(diǎn)播系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同教學(xué)系統(tǒng)、教師研討交流系統(tǒng)、教師繼續(xù)教育系統(tǒng)；（3）校務(wù)管理軟件：財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)；（4）協(xié)同辦公軟件；（5）教育資源庫：教學(xué)資源及目錄庫、教育統(tǒng)計(jì)信息庫、科研資源庫。（6）教育評估軟件：學(xué)生綜合素質(zhì)評估系統(tǒng)、教師發(fā)展評估系統(tǒng)、教育質(zhì)量評估系統(tǒng)、辦學(xué)水平評估系統(tǒng)；（7）公共應(yīng)用軟件：在線考試與統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)（遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)系統(tǒng)）；（8）學(xué)校門戶網(wǎng)站管理系統(tǒng)。以教育云上的教育教學(xué)應(yīng)用軟件經(jīng)過信息整合，即可建立起融合電子政務(wù)、信息服務(wù)、資源共享、教育管理、教育應(yīng)用、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、網(wǎng)上活動(dòng)等于一體的教育信息化公共云服務(wù)平臺(tái)。

用戶接入層主要是學(xué)生、教師、學(xué)校、家長、教育部門、教育科研機(jī)構(gòu)等用戶使用瀏覽器通過統(tǒng)一的身份認(rèn)證登陸訪問教育云服務(wù)平臺(tái)。

3．建設(shè)模式

我國通過“校校通工程”“農(nóng)村中小學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程”以及“班班通”等教育信息化項(xiàng)目的實(shí)施，目前許多地區(qū)已建立起各自的教育城域網(wǎng)和相配套的網(wǎng)絡(luò)管理中心，并積累了豐富的教育信息化建設(shè)和管理的經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)教育云應(yīng)該是分布式的，國家級、省級、地市級、縣區(qū)級、協(xié)同建設(shè)、分級部署。區(qū)域教育云則應(yīng)由各區(qū)級教育云和市級教育中心云組成。區(qū)級教育云是對現(xiàn)有的教育網(wǎng)絡(luò)信息中心進(jìn)行擴(kuò)充建成，市級教育中心云是對市教育網(wǎng)絡(luò)信息中心進(jìn)行擴(kuò)充建成規(guī)模大于區(qū)級教育云的教育云，經(jīng)過互聯(lián)而成的區(qū)域教育云為各類教育機(jī)構(gòu)提供教育教學(xué)應(yīng)用服務(wù)。

區(qū)域教育云以教育城域網(wǎng)為載體，依托教育城域網(wǎng)將各區(qū)教育云與市教育中心云互聯(lián)而成。區(qū)域教育云設(shè)立區(qū)域教育云建設(shè)管理中心進(jìn)行綜合管理，并兼顧市教育中心云的管理。區(qū)教育云設(shè)立區(qū)云管理中心，實(shí)現(xiàn)對區(qū)教育云資源的管理。

區(qū)域教育云中的基礎(chǔ)設(shè)施層可由各區(qū)教育云和市教育中心云各自建設(shè)。平臺(tái)服務(wù)層根據(jù)各自需要自行建設(shè)。軟件服務(wù)層分兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：區(qū)教育云的軟件服務(wù)層可根據(jù)各自的具體教育教學(xué)需要，與區(qū)域教育云建設(shè)管理中心進(jìn)行協(xié)商，同意后由教育軟件開發(fā)企業(yè)或自主開發(fā)；而市教育中心云的軟件服務(wù)層根據(jù)市教育教學(xué)發(fā)展需要，由教育軟件開發(fā)企業(yè)或自主開發(fā)，軟件服務(wù)層是建設(shè)的重點(diǎn)。

區(qū)域教育公共云服務(wù)平臺(tái)可由基于云平臺(tái)的各類教育教學(xué)應(yīng)用軟件經(jīng)信息整合而成。區(qū)教育云提供基礎(chǔ)性和自身特色性的系統(tǒng)服務(wù)，市教育中心區(qū)提供基于城市教育發(fā)展需求的統(tǒng)一性系統(tǒng)服務(wù)。其中教育資源庫建設(shè)采用市區(qū)校三級共建與二級分布式存儲(chǔ)聯(lián)合機(jī)制，由市教育中心云和區(qū)教育云共同建設(shè)。聯(lián)合機(jī)制的主要思路是市教育資源的管理與存儲(chǔ)、資源的統(tǒng)一檢索目錄庫由市教育中心云負(fù)責(zé)；區(qū)教育資源的管理與存儲(chǔ)由區(qū)教育云負(fù)責(zé)；校教育資源的管理由學(xué)校負(fù)責(zé)，但資源存儲(chǔ)在區(qū)教育云實(shí)行統(tǒng)一管理，以節(jié)省成本?；谫Y源統(tǒng)一目錄共享的聯(lián)合建設(shè)機(jī)制將對區(qū)域教育資源庫的大共享提供強(qiáng)有力的支撐。

4．應(yīng)用分析

建成的區(qū)域教育云將有效解決基礎(chǔ)設(shè)施資源配置不均衡、教育信息化系統(tǒng)不統(tǒng)一、教育資源無法有效共享三大難題。（1）實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均衡化。各地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平等客觀因素使得信息化設(shè)備建設(shè)方面的城鄉(xiāng)差異將長期存在。而區(qū)域教育云通過虛擬化技術(shù)所提供的云服務(wù)，支持各區(qū)校用戶隨時(shí)隨地通過各種終端設(shè)備獲取應(yīng)用服務(wù)，極大降低了對用戶端設(shè)備的硬性要求，同時(shí)保證在原有設(shè)備無需大量更新的基礎(chǔ)上獲得更佳的使用效益。（2）實(shí)現(xiàn)教育信息化平臺(tái)多元化。各區(qū)校無需投入資金獨(dú)自建設(shè)教育教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，區(qū)域教育信息化公共云服務(wù)平臺(tái)能向區(qū)校提供定制的辦公自動(dòng)化、教學(xué)教務(wù)、圖書、科研信息管理和后勤服務(wù)系統(tǒng)等各類教育教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，既節(jié)省大量的資金投入，又具有更好的擴(kuò)展性和靈活性，這將有力促進(jìn)基礎(chǔ)教育信息化應(yīng)用系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型升級。（3）實(shí)現(xiàn)教育資源共享高度化。目前各地區(qū)部分區(qū)校在建設(shè)教育資源庫時(shí)，投入大量軟硬件建設(shè)經(jīng)費(fèi)，但是區(qū)校間的資源卻未能有效實(shí)現(xiàn)高效共享。用“云計(jì)算”的模式，可以將學(xué)校的教育資源上傳到統(tǒng)一的平臺(tái)，并以云服務(wù)的形式提供給用戶，借助云計(jì)算超強(qiáng)的計(jì)算能力，檢索資源變得更快捷、更有效、更廉價(jià)。

責(zé)任編輯 向保秀