孔祥杰，楊 卓，夏 鋒，余辰笛

(大連理工大學(xué)軟件學(xué)院，遼寧 大連 116620)

基于云計算的教學(xué)資源共享平臺*

孔祥杰，楊 卓，夏 鋒，余辰笛

(大連理工大學(xué)軟件學(xué)院，遼寧 大連 116620)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，越來越多的高等院校意識到利用現(xiàn)有技術(shù)更有效服務(wù)于教育事業(yè)的重要性和迫切性。利用GAE所提供的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架、分布式存儲服務(wù)以及模板系統(tǒng)，本文提出一種基于GAE云計算服務(wù)的教學(xué)資源共享平臺，旨在最大程度上減輕教育機構(gòu)在教學(xué)資源資金投入方面以及系統(tǒng)開發(fā)維護成本方面的負擔(dān)。

云計算輔助教學(xué)；教學(xué)資源共享；云計算；GAE

一、引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，越來越多的高等院校已經(jīng)逐步意識到了利用現(xiàn)有的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更有效服務(wù)于教育事業(yè)的重要性和迫切性。通過建立服務(wù)于教學(xué)事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬社區(qū)，充分利用教學(xué)資源共享的理念，進一步保證面向未來發(fā)展的優(yōu)質(zhì)教育服務(wù)，從而不斷地推進教育事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)意義上的基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教育應(yīng)用服務(wù)往往建立在教育機構(gòu)自身搭建的軟硬件平臺基礎(chǔ)之上，要求校方在例如服務(wù)器機群的購置與維護、校內(nèi)局域網(wǎng)絡(luò)的組建、應(yīng)用服務(wù)的開發(fā)維護等諸多方面，投入十分可觀的資金與人力成本。這樣的需求，在如今世界經(jīng)濟大環(huán)境尚處于恢復(fù)期、相當(dāng)一部分的教育機構(gòu)面臨著資金有限甚至短缺問題的情況下，顯然是無法得到滿足的。[1]

云計算概念的產(chǎn)生以及云計算服務(wù)的興起，似乎讓許多正面臨著上述窘境的教育機構(gòu)看到了一絲希望。云服務(wù)供應(yīng)商通過提供它們現(xiàn)有的應(yīng)用程序接口，為用戶提供了間接使用上述所有類型云服務(wù)的可能。用戶所需要做的便是利用特定的應(yīng)用程序接口去創(chuàng)建特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，從而訪問和實現(xiàn)他們所關(guān)心的相應(yīng)服務(wù)功能。[2]因此，在云服務(wù)供應(yīng)商為用戶所搭建的強大的服務(wù)平臺基礎(chǔ)之上，用戶以最小的代價去實現(xiàn)符合其需求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)成為了可能。而對于教育機構(gòu)而言，最為現(xiàn)實的效果便是可以為基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教育應(yīng)用服務(wù)免去一大筆在軟硬件資源開發(fā)維護方面的開支，讓這些節(jié)余的資金流向教育事業(yè)中那些更需要財政支持的環(huán)節(jié)中去，保證了教育事業(yè)更為有效、持續(xù)的發(fā)展。[3]

本文通過分析教育資源共享系統(tǒng)發(fā)展等特點，提出基于GAE（即Google App Engine）云計算服務(wù)的教學(xué)資源共享系統(tǒng)。其中，GAE作為Google推出的一項重要云服務(wù)，除了為用戶免費提供了強大的服務(wù)器集群以外，還集成了包括Google User認證和Gmail服務(wù)在內(nèi)的等一系列網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，極大方便了用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用調(diào)用Google提供的相關(guān)服務(wù)?；贕AE云計算服務(wù)的教學(xué)資源共享系統(tǒng)，一方面無疑能夠滿足傳統(tǒng)意義上教師和學(xué)生對于教學(xué)資源的共享與使用需求，另一方面也最大限度地減輕了那些面臨資金問題的教育機構(gòu)在基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教育應(yīng)用服務(wù)投入方面的財政負擔(dān)，確保了其教育事業(yè)更持續(xù)、良好的發(fā)展。

二、系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)功能性需求分析

本系統(tǒng)將核心業(yè)務(wù)功能大致劃分成了三大版塊，分別為教師版塊、學(xué)生版塊以及審核員版塊。其中教師版塊主要滿足了在校教師對于教學(xué)資源的上傳共享、適時更新和及時刪除等功能的需求；學(xué)生版塊主要基于在校學(xué)生對于教學(xué)資源的高效檢索、快速下載以及提供反饋方面的現(xiàn)實需要；審核員版塊則主要保證了系統(tǒng)審核員對整個教學(xué)資源共享平臺的日常維護工作和資源審核管理。

（1）教師版塊

教師，作為教學(xué)活動中主要的指導(dǎo)者，往往需要為學(xué)生提供充分的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)材料。尤其進入到高等教育階段，這方面的資源一定程度上對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)起到了至關(guān)重要的作用。因此，本系統(tǒng)將充分考慮這一現(xiàn)實情況，為教師用戶提供除了普通意義上的用戶功能以外，還設(shè)置了對資源進行上傳、更新、刪除等一系列高效的資源管理功能。值得一提的是，要成為教師用戶，必須首先注冊Gmail以擁有標識唯一身份的電子郵件帳戶，然后登錄本系統(tǒng)，進入到教師版塊的使用。

（2）學(xué)生版塊

學(xué)生，作為教學(xué)活動中主要的參與者，往往需要一個相對便捷的渠道和一種高效的方式，來獲取他們所需的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)材料，以助于他們在學(xué)習(xí)上取得進一步進展?；谶@一點，本系統(tǒng)將為學(xué)生用戶提供對教學(xué)資源進行高效檢索、快速下載、瀏覽查看以及提供資源信息反饋等一系列較為完善的輔助功能，幫助他們更準確、快速地定位到真正所需的教學(xué)資源，同時學(xué)生的信息反饋也將進一步促進本平臺未來提供更加優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源服務(wù)。此外，學(xué)生用戶使用本系統(tǒng)的相關(guān)功能時，無須登錄，將以匿名用戶身份進行標識。

（3）審核員版塊

審核員，作為本系統(tǒng)唯一指定的具有最高權(quán)限的管理員，肩負著對整個平臺上傳的所有教學(xué)資源進行詳細審核和系統(tǒng)管理的重要使命，負責(zé)了本系統(tǒng)的日常維護和管理工作。因而，本系統(tǒng)為審核員用戶設(shè)置了相應(yīng)的資源審核管理以及回收站管理功能，一方面保證了審核員日常資源審核管理工作的高效性和實時性，另一方面也確保了本系統(tǒng)所分享的所有教學(xué)資源的優(yōu)質(zhì)性與可靠性。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合上述內(nèi)容有關(guān)系統(tǒng)基于不同用戶現(xiàn)實需求的論述，本系統(tǒng)將在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上分成三大模塊，分別對應(yīng)的是教師業(yè)務(wù)模塊、學(xué)生業(yè)務(wù)模塊以及系統(tǒng)審核員業(yè)務(wù)模塊。

其中，教師業(yè)務(wù)模塊為在校教師提供了包括上傳教學(xué)資源、更新教學(xué)資源、移除教學(xué)資源、查看資源信息反饋、收發(fā)站內(nèi)信件、修改個性化信息在內(nèi)的一系列滿足信息化和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)需求的功能；學(xué)生業(yè)務(wù)模塊為在校學(xué)生提供了包括檢索教學(xué)資源、下載教學(xué)資源、瀏覽教學(xué)資源、添加教學(xué)資源信息反饋、添加系統(tǒng)信息反饋以及查看用戶個性化信息在內(nèi)的一系列有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)資源服務(wù)；而系統(tǒng)審核員業(yè)務(wù)模塊則為本系統(tǒng)審核員提供了包括審核教學(xué)資源、置頂教學(xué)資源、永久刪除教學(xué)資源、恢復(fù)回收站資源、收發(fā)站內(nèi)信件以及審核用戶個性化信息在內(nèi)的一系列能夠充分保證審核員進行有效的資源審核管理以及系統(tǒng)日常維護工作的服務(wù)措施。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計

考慮到本系統(tǒng)將部署于GAE云計算服務(wù)平臺的基礎(chǔ)之上，同時也為了進一步貫徹軟件工程中所追求的“高內(nèi)聚，低耦合”的傳統(tǒng)理念，因此，系統(tǒng)軟件架構(gòu)將最終分為三大層次，分別為基于datastore的數(shù)據(jù)訪問層、基于webapp的業(yè)務(wù)邏輯層以及基于template的用戶表現(xiàn)層。

其中，基于datastore的數(shù)據(jù)訪問層不僅提供了直接操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的用戶接口，還自動處理了數(shù)據(jù)備份、集群以及負載平衡等伸縮性問題，并且可在數(shù)據(jù)存儲容量上無限擴展。基于webapp的業(yè)務(wù)邏輯層能夠讓開發(fā)者投入更多的精力到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的功能實現(xiàn)上，而不必過多糾纏于手動實現(xiàn)CGI標準中相應(yīng)代碼所面臨的一些細節(jié)問題。而基于template的用戶表現(xiàn)層，更是能夠有效地把基于HTML文件的用戶表現(xiàn)層和基于webapp框架的業(yè)務(wù)邏輯層分離開來，這將很大程度上有助于本系統(tǒng)后期的維護工作。[4]

三、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

1.上傳教學(xué)資源子模塊實現(xiàn)

首先，在資源上傳頁面通過調(diào)用blobstore所提供的成員方法create_upload_url，生成一個資源上傳鏈接，并且將該鏈接與資源上傳頁面同步載入，對用戶可見，并為用戶提供所需的資源上傳功能。于是，當(dāng)用戶成功上傳了某一項資源以后，通過調(diào)用該項資源所對應(yīng)的源文件信息blob_info的成員方法key，獲取該項資源源文件的鍵值，并且記錄到上傳資源的資源信息當(dāng)中去。最后，通過調(diào)用應(yīng)用程序輔助類AppHelper的成員方法isValidResource，來確認上傳資源信息的合法性，核查是否存在信息遺漏。只有通過合法性驗證的上傳資源信息才會最終被寫入到服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲端，否則系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)回至資源上傳頁面，以等待用戶的再次操作。[5]

教師用戶在進入到資源上傳頁面以后，需要完成系統(tǒng)所要求的對上傳資源信息的填寫，并且從本地添加相應(yīng)的資源源文件，點擊“上傳”按鈕便可完成操作。上傳以后的資源在經(jīng)過系統(tǒng)審核以后才會發(fā)布到在線資源列表。具體操作如圖2所示。

2.下載教學(xué)資源子模塊實現(xiàn)

在資源下載頁面，通過設(shè)置與相應(yīng)的源文件鍵值綁定之后的資源下載鏈接，從而為用戶提供所需要的資源下載功能。其中，首先通過調(diào)用urllib的成員方法unquote，將傳入的經(jīng)編碼后的源文件鍵值進行解碼，然后調(diào)用blobstore的成員方法get來確認源文件內(nèi)容是否存在。顯然只有在源文件內(nèi)容存在的情況下，系統(tǒng)才能響應(yīng)用戶的下載請求，否則系統(tǒng)將給出錯誤提示。最后通過調(diào)用頁面的send_blob方法來響應(yīng)用戶的資源下載請求。

學(xué)生用戶在進入到資源下載頁面以后，可以查看該項資源的資源詳細信息以及資源用戶反饋信息，以決定是否繼續(xù)下載該項資源。通過點擊相應(yīng)的資源下載鏈接，便可完成資源下載操作，并且在等待一段時間以后，遠程的服務(wù)器資源文件便可被下載到用戶本地。具體操作如圖3所示。

3.審核教學(xué)資源子模塊實現(xiàn)

首先，通過資源審核頁面的resrces字段值（其中保留了資源ID值），以及調(diào)用頁面request的get_all方法，來獲取審核員目前已經(jīng)確認審核結(jié)果的所有教學(xué)資源。然后，通過調(diào)用Resource類的成員方法get_by_id得到所有上述教學(xué)資源的詳細信息。最后，將各相關(guān)資源最新的審核結(jié)果信息寫入到服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲端，同時調(diào)用應(yīng)用程序輔助類AppHelper的addSystemMail方法向用戶發(fā)送一封系統(tǒng)信件，讓用戶得以了解最終的資源審核結(jié)果。

審核員用戶在進入到資源審核管理頁面以后，可以選擇相應(yīng)的需要進行審核管理的教學(xué)資源，通過點擊“審核/未審核”按鈕，來激活該資源相應(yīng)的審核狀態(tài)。具體操作如圖4所示。

四、結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，越來越多的教育機構(gòu)，無論是各類高等院校，還是中小學(xué)校，都已逐步意識到了利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)更有效服務(wù)于教育事業(yè)的重要性和迫切性。然而，建立起這樣的教育應(yīng)用服務(wù)所需要的成本開銷，已經(jīng)成為眾多正在或者即將面臨財政危機的教育機構(gòu)不得不面對的難題。不過，近年來，伴隨云計算服務(wù)的不斷商業(yè)化、成熟化，這項集高度可延展、安全可靠、高速穩(wěn)定以及廉價等特性于一身的新興技術(shù)似乎讓上述那些面臨抉擇的教育機構(gòu)看到了一絲曙光。

本文提出的GAE云計算服務(wù)的教學(xué)資源共享系統(tǒng)，旨在為在校教師提供最便利快捷的教學(xué)資源發(fā)布方式，為在校學(xué)生搭建一個最優(yōu)質(zhì)有效的自主學(xué)習(xí)平臺，并且保證系統(tǒng)審核員對于資源實時高效的審核管理。通過構(gòu)建一個面向教學(xué)資源共享服務(wù)的可持續(xù)發(fā)展的虛擬網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，一方面滿足傳統(tǒng)意義上教師和學(xué)生對于教學(xué)資源的共享與使用需求，另一方面也最大限度地減輕那些面臨資金問題的教育機構(gòu)在基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教育應(yīng)用服務(wù)投入方面的財政負擔(dān)，確保其教育事業(yè)更穩(wěn)定、持續(xù)、健康的發(fā)展。☉

[1]Liao Hancheng.Design of University Teaching& Research Resources Sharing Platform Architecture Based on SaaS[J].Proceedingsof2009 4th InternationalConference on Computer Science&Education.2009,1061-1064.

[2]Fion S.L.Lee,Douglas Vogel,Moez Limayem. VirtualCommunity Informatics:WhatWe Know and W hat We Need to Know[J].Proceedingsof the 35th Hawaii International Conference on System Sciences.2002.

[3]M ichael Bieber,Ricki Goldman-Segall,Starr Roxanne H iltz.Towards Know ledge-Sharing and Learning in VirtualProfessionalCommunities[J].Proceedingsof the 35th Hawaii International Conference on System Sciences.2002.

[4]胡凡剛.教育虛擬社區(qū)與學(xué)習(xí)交往設(shè)計[J].中國電化教育,2006(2):23-26.

[5]高昂,段念,何峰等.Google API大全[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

（編輯：楊馥紅）

G203

B

1673-8454(2012)11-0031-03

大連理工大學(xué)(本科生)教改基金課題“云計算輔助教學(xué)方法的研究與實踐”,大連理工大學(xué)研究生院教改基金（JP201006）。