范雪雪　王志榮

【摘 要】計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)是提高醫(yī)學(xué)教學(xué)效果的有效手段。為了解決傳統(tǒng)構(gòu)架存在的存儲(chǔ)、服務(wù)器和帶寬等方面的問(wèn)題，開發(fā)了一個(gè)基于云平臺(tái)的醫(yī)學(xué)生多媒體學(xué)習(xí)社區(qū)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多媒體文件的共享和在線點(diǎn)播，并針對(duì)醫(yī)學(xué)生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了互動(dòng)功能，提高了醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】多媒體；學(xué)習(xí)社區(qū)；云平臺(tái)

0 引言

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（Computer Aided Instruction ，CAI）是提高醫(yī)學(xué)教學(xué)效果的有力手段，目前已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用[1-2]。隨著多媒體、云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，以視頻、音頻、動(dòng)畫等形式主的多媒體教學(xué)系統(tǒng)其更加直觀易懂、知識(shí)容量大的特點(diǎn)逐漸成為發(fā)展的主流。但是多媒體尤其是視頻文件的存儲(chǔ)和在線播放對(duì)服務(wù)器的存儲(chǔ)能力、轉(zhuǎn)碼計(jì)算能力、并發(fā)處理能力以及校園網(wǎng)的負(fù)載能力均提出了巨大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致很多醫(yī)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)還停留在以文字和圖片形式為主的階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足學(xué)習(xí)者的需求。云計(jì)算能夠以提供資源池的方式極大的提高資源的利用效率，滿足多媒體教學(xué)系統(tǒng)的各種需求[3]。為此，本文開發(fā)了一個(gè)基于云平臺(tái)的多媒體醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)社區(qū)。該系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了音、視頻等多媒體文件的上傳下載與在線觀看，還能夠讓師生進(jìn)行線上互動(dòng)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

1 系統(tǒng)構(gòu)架與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)架

隨著視頻數(shù)據(jù)量的不斷增加，視頻清晰度的不斷提高，必然要求服務(wù)器有更大的容量、更強(qiáng)的并發(fā)處理能力，采用傳統(tǒng)的構(gòu)架模式需要花費(fèi)大量資金。云計(jì)算能夠有效整合校園現(xiàn)有服務(wù)器集群、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和普通計(jì)算機(jī)，形成IT資源的池化共享和按需使用。為此，首先部署了校園云平臺(tái)然后構(gòu)建了基于云平臺(tái)多媒體學(xué)習(xí)社區(qū)。該系統(tǒng)采用了基于云的分層的構(gòu)架模式，從下到上分別是：物理層、虛擬化層、基礎(chǔ)管理層、接口層、應(yīng)用層和訪問(wèn)層。其中物理層包括物理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他硬件資源。虛擬化層包括虛擬機(jī)、虛擬服務(wù)器、虛擬操作系統(tǒng)等，它們與物理層共同組成了基礎(chǔ)設(shè)施資源池。基礎(chǔ)管理層是整個(gè)構(gòu)架的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)文件的分布式存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的加密、備份、壓縮和數(shù)據(jù)容災(zāi)等。接口層實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)上的應(yīng)用與下層之間的通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口、身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制等。應(yīng)用層則是部署建立在云平臺(tái)的上應(yīng)用系統(tǒng)，包括本文的醫(yī)學(xué)生多媒體學(xué)習(xí)系統(tǒng)、云數(shù)據(jù)中心、云資源管理系統(tǒng)等等。訪問(wèn)層包括了PC、平板電腦等各種訪問(wèn)應(yīng)用層的終端。

2 系統(tǒng)的功能與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能

醫(yī)學(xué)生多媒體學(xué)習(xí)社區(qū)是一個(gè)以分享和點(diǎn)播視頻為主的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社區(qū)，主頁(yè)設(shè)計(jì)包括通知公告欄、熱點(diǎn)視頻排行榜、英雄榜、教師與課程和討論區(qū)等。主要功能有：

（1）音頻、視頻和其他多媒體文件的上傳、下載和在線點(diǎn)播。在線觀看時(shí)可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、暫停、拖拽進(jìn)度條等操作，在上傳文件時(shí)需要選擇發(fā)布資源的類型、名稱等信息，提交后等待審核發(fā)布。

（2）資源簡(jiǎn)評(píng)功能。在每個(gè)音、視頻資源的播放窗口下方設(shè)有評(píng)論對(duì)話框，用戶能夠?qū)Y源的內(nèi)容進(jìn)行不超過(guò)100字的簡(jiǎn)評(píng)。

（3）資源搜索功能。系統(tǒng)提供了兩種查詢方法：一是，通過(guò)展開目錄樹查找的方法，系統(tǒng)會(huì)按章節(jié)列出屬于該章節(jié)的所有資源，默認(rèn)按照推薦程度排序，也可以選擇按時(shí)間排序。二是，關(guān)鍵詞搜索法，系統(tǒng)按關(guān)鍵詞匹配程度和推薦等級(jí)優(yōu)先進(jìn)行排序。

（4）交互答疑功能。系統(tǒng)為每一門所開課程設(shè)置一個(gè)討論區(qū)，討論區(qū)具備一般學(xué)習(xí)社區(qū)的基本功能，能夠發(fā)帖、回帖、帖子置頂，設(shè)置精品帖、上傳圖片和文件等一些列功能。

（5）用戶管理功能。系統(tǒng)將用戶分為學(xué)生、教師和管理員三種類型。教師可以審核學(xué)生上傳文件，推薦資源等級(jí)、獎(jiǎng)勵(lì)積分、管理學(xué)生評(píng)論和帖子等；具有在討論區(qū)發(fā)貼、回帖、設(shè)置版主等權(quán)限，可以對(duì)首頁(yè)的欄目進(jìn)行維護(hù)。學(xué)生具有上傳下載、在線點(diǎn)播視頻和在討論區(qū)參與討論的權(quán)限。學(xué)生的權(quán)限可以由系統(tǒng)從教務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)獲得，也可以從頁(yè)面注冊(cè)。管理員則對(duì)教師和學(xué)生權(quán)限和信息進(jìn)行管理，并維護(hù)系統(tǒng)信息。

（6）資料維護(hù)功能。教師可以查看自己所開課程，參加課程的學(xué)生人數(shù)，自己發(fā)布的視頻。學(xué)生可以查看自己上傳的視頻和學(xué)習(xí)積分及賬戶的基本信息。學(xué)習(xí)積分是作為鼓勵(lì)設(shè)置的一種社區(qū)規(guī)則，作為主頁(yè)“英雄榜”欄目的排名依據(jù)。

2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

學(xué)習(xí)社區(qū)采用JSP技術(shù)開發(fā)， Web服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境采用Apache + Tomcat ，服務(wù)器配置了16G內(nèi)存，500G硬盤和標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用 SQL Server2015。 虛擬機(jī)采用VMware Work Station 10搭建，分布式文件管理系統(tǒng)采用Hadoop，其運(yùn)行環(huán)境由Dell-T430雙路服務(wù)器和普通計(jì)算機(jī)組成，其中每臺(tái)Dell-T430配備兩個(gè)Intel E5-2603V處理器，8G內(nèi)存，配8個(gè)3.5英寸1TB硬盤。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 虛擬化技術(shù)

本文采用了VMware Work Station 10軟件搭建了服務(wù)器集群。它能將物理高性能服務(wù)器和計(jì)算機(jī)在邏輯上劃分為多個(gè)獨(dú)立的單元，單元之間不加任何影響地執(zhí)行不同用戶的指令，運(yùn)行各自的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件并且反應(yīng)迅速。在需要大規(guī)模計(jì)算時(shí)，它又能將很多性能一般的計(jì)算機(jī)整合形成一個(gè)邏輯上的超級(jí)計(jì)算機(jī)，協(xié)同完成用戶的計(jì)算任務(wù)，從而極大提高資源的利用效率。

3.2 分布式文件存儲(chǔ)

本文采用Hadoop實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)，以滿足不斷增大的存儲(chǔ)需求。它突破了文件本地存儲(chǔ)的局限，能夠?qū)⑽锢砩戏稚⒌亩鄠€(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理與分配，用戶只需要通過(guò)系統(tǒng)提供的接口訪問(wèn)該存儲(chǔ)系統(tǒng)，就可以像訪問(wèn)本體存儲(chǔ)系統(tǒng)一樣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)和操作。Hadoop還在數(shù)據(jù)容錯(cuò)、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)安全上具有非常大的優(yōu)勢(shì)，可以保證所存文件的安全、正確、快速的存取，并且可以部署在低廉的硬件設(shè)備上，從而節(jié)省了大量建設(shè)成本。

4 小結(jié)

多媒體在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，但是以往由于多媒體文件需要大量的存儲(chǔ)空間、高并發(fā)處理能力和占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬而受到了限制。云平臺(tái)的應(yīng)用可以解決以上問(wèn)題。本文開發(fā)了一套基于云平臺(tái)醫(yī)學(xué)生多媒體學(xué)習(xí)社區(qū)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)視頻的在線點(diǎn)播和互動(dòng)評(píng)論功能，并且針對(duì)醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了該多媒體學(xué)習(xí)社區(qū)的分享、討論和會(huì)員積分等各種功能，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]閆林林，姜慧杰，魏來(lái)，等.基于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)融合解剖學(xué)與病理學(xué)的綜合教學(xué)法在醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2015（3）：106-107.

[2]方會(huì)龍，王俊杰，彭彥茜，等.醫(yī)學(xué)成人高等教育的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)改革初探[J]. 湘南學(xué)院學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2015，17（1）：66-67.

[3]MELL P，GRANCE T. The NIST definition of cloud computing[EB/OL].https：//www.nist.gov/itl/cloud-computing.html.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]