田進(jìn)華 黃淮學(xué)院

基于云計算平臺的教學(xué)資源平臺的設(shè)計

田進(jìn)華 黃淮學(xué)院

近幾年來，隨著海量的教育數(shù)字信息資源爆炸性的增長，對數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)檢索等關(guān)鍵技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。云計算在海量數(shù)據(jù)存儲方面的強(qiáng)大優(yōu)勢，構(gòu)建基于云計算的教學(xué)資源庫可以實現(xiàn)對海量教學(xué)資源的存儲管理，使用者可以即選即用、資源彈性管理，能有效整合各項教育服務(wù)，提供數(shù)字教學(xué)及學(xué)習(xí)環(huán)境，對提高教學(xué)資源的利用率和教育信息化進(jìn)程的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

云計算 教學(xué)資源庫 教育信息化

近年來，隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展、軟件與硬件的技術(shù)提升，許多用戶對于信息服務(wù)的需求越來越高。云計算的概念就是讓使用者無論何時、何地都能夠通過互聯(lián)網(wǎng)的接口，分享在云端科技中取得以信息科技為基礎(chǔ)的服務(wù)，讓用戶不需要投入大量的信息成本，就可以使用到云端服務(wù)供貨商所提供的強(qiáng)大的處理效能。云計算平臺可以幫助教師構(gòu)建個性化的教學(xué)環(huán)境。信息技術(shù)成為自主學(xué)習(xí)的重要工具。學(xué)生通過信息技術(shù)獲取所需的知識，主動掌握知識的過程。因此，構(gòu)建一個基于云計算平臺的教學(xué)資源庫，可以便捷地共享教學(xué)資源。

1 云計算與云服務(wù)

云計算是在網(wǎng)絡(luò)上提供一個分享平臺來使用計算機(jī)資源，一個用戶付費(fèi)的模型，這樣的形態(tài)可以讓用戶運(yùn)用少量的管理資源就可以獲得便利與滿足網(wǎng)絡(luò)需求的模型。云計算的服務(wù)可以分為三種型態(tài)，第一種為軟件式服務(wù)(Software-as-a-service,SAAS)，服務(wù)供貨商可以在云端的基礎(chǔ)建設(shè)中提供軟件應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序是由軟件供貨商進(jìn)行維護(hù)與管理。用戶不需要擁有自我的程序，只需要依據(jù)需求付費(fèi)使用供應(yīng)商所提供的服務(wù)。第二種為平臺式服務(wù)(Platform-as-a-service,PAAS)，PSSA是另一種取得應(yīng)用程序的模型，PSSA可以讓用戶使用程序語言或工具來運(yùn)用云端供貨商所提供的程序服務(wù)與云端設(shè)備，也就是使用者可以更該所需要服務(wù)的需求與程序代碼而不用承擔(dān)軟件與硬件的管理責(zé)任。第三種為(Infrastructure-as-a-service,IAAS)，此服務(wù)是主要建立在虛擬機(jī)上，可以提供使用者所想要開發(fā)的環(huán)境，而不用花費(fèi)金錢購買軟件、硬件、服務(wù)器、數(shù)據(jù)儲存設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。用戶只需要花費(fèi)使用的成本就可以透過網(wǎng)絡(luò)使用云端的各種軟件及硬件資源來達(dá)到其需求。

云計算應(yīng)用是非常廣泛的，只要具有適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)媒介與平臺，云計算系統(tǒng)可以達(dá)到任何個人計算機(jī)所可以執(zhí)行的作業(yè)，應(yīng)用云計算可以實現(xiàn)在任何時間任何地點(diǎn)只要能夠連上因特網(wǎng)的地方，就能夠使用云服務(wù)。云計算系統(tǒng)可以擁有強(qiáng)大的處理效能，在云計算系統(tǒng)中的用戶可以鏈接許多客戶端及網(wǎng)格計算機(jī)的處理資源，提供強(qiáng)大的信息處理能力。云計算服務(wù)提供企業(yè)或使用者只需要付出所需要服務(wù)的費(fèi)用，成本將大大降低，云計算服務(wù)系統(tǒng)提供企業(yè)將他們私人的數(shù)據(jù)儲存在云端中其他的儲存媒體中，而企業(yè)本身的儲存媒體就可以更具自由性的發(fā)揮。云計算在教學(xué)平臺建設(shè)上的運(yùn)用蘊(yùn)含巨大的能量，能夠為教學(xué)方式方法的改革帶來不可估計的影響。

2 云計算框架概述

Hadoop是由Apache軟件基 會底下的開放原始碼計劃中的一個平臺，提供可靠性、可擴(kuò)充性、高容錯性、分散式運(yùn)算的框架，如圖1所示。它支持在一般商用硬體構(gòu)建的大型集群上運(yùn)行的應(yīng)用，其透明地為應(yīng)用提供可靠性和數(shù)據(jù)存取能力。主要目的為提供平行運(yùn)算以及巨量資料的分析。Hadoop還提供了分布式文件系統(tǒng)(HDFS)，用以儲存所有計算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這為整個系統(tǒng)帶來了非常高的擴(kuò)充能力。MapReduce和分布式文件系統(tǒng)的設(shè)計，使得整個框架能夠處理節(jié)點(diǎn)故障。Hadoop可加入Apache基金會其他的相關(guān)開源組件，共同組成Hadoop體系，可用的相關(guān)組件如HBase、Hive、Pig、ZooKeeper、Mahout等，為分散式運(yùn)算的設(shè)計及資料庫的管理帶來更完善的解決方案。

圖1 hadoop系統(tǒng)

3 教學(xué)資源庫的設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

基于云平臺的教學(xué)資源庫的建設(shè)要遵循兼容共享原則，一是要充分利用、整合、吸收已有的教育資源，避免資源的重復(fù)建設(shè)，二是要不斷地連續(xù)增加新的教育資源，是不斷創(chuàng)新資源，實現(xiàn)共享資源。教學(xué)資源庫的建設(shè)還要遵守開放、可擴(kuò)展性原則，基于云平臺的教學(xué)資源庫是一個開放信息倉庫，能夠容納各種文件格式和各種類型的教育資源。技術(shù)克服了硬件上擴(kuò)展的難題，因此資源平臺需要有開放的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)格式。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，按照通用的數(shù)據(jù)格式提供一個開放的接口，通過接口訪問進(jìn)行資源訪問以及二次開發(fā)。

3.2 教學(xué)資源平臺的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

教學(xué)源資庫平臺的設(shè)計是基于云計算平臺設(shè)計的，平臺的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 云計算教學(xué)資源平臺框架

教學(xué)資源平臺由HDFS文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)、WEB控制系統(tǒng)組成。所有的教學(xué)資源都存儲HDFS文件系統(tǒng)上，由于用戶所需要的教學(xué)資源不是存儲在本地，都存儲在的大規(guī)模集群中。因此教學(xué)資源文件數(shù)據(jù)讀取與存儲的模塊，負(fù)責(zé)對將教學(xué)資源數(shù)據(jù)寫入和讀出平臺的分布式文件系統(tǒng)，由教學(xué)資源數(shù)據(jù)寫入功能的教學(xué)資源存儲模塊接口和教學(xué)資源從平臺文件系統(tǒng)中讀取功能資源數(shù)據(jù)接口兩個部分組成。WEB控制系統(tǒng)在開發(fā)框架中，作為視圖層。

3.3 教學(xué)資源平臺數(shù)據(jù)模塊實現(xiàn)

為滿足學(xué)生進(jìn)行知識的構(gòu)建的要求，教學(xué)資源的結(jié)構(gòu)設(shè)計按專業(yè)分類，構(gòu)建體系化的課程資源平臺，在體系化的資源平臺中按照專業(yè)代碼進(jìn)行建設(shè)和管理，能夠滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)的效率。

3.4 資源存儲設(shè)計

云平臺資源存儲訪問模塊基于的實現(xiàn)，整個教學(xué)資源平臺資源存儲訪問的架構(gòu)如圖3所示。在云教學(xué)資源平臺中，應(yīng)用程序?qū)⒃诿恳粋€運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)上安裝，將配置為系統(tǒng)的負(fù)載均衡中介，統(tǒng)一調(diào)度組成的應(yīng)用集群。集群提供對外的域名服務(wù)，由此可以對集群存儲的資源進(jìn)行訪問?？蛻敉ㄟ^集群自帶的均衡負(fù)載能力進(jìn)行獲取到資源所在節(jié)點(diǎn)，這樣既進(jìn)行了有效的均衡負(fù)載，同時控制了每個資源節(jié)點(diǎn)并發(fā)的訪問量控制，保證了資源的訪問速度。

圖3 教學(xué)資源平臺資源存儲訪問的架構(gòu)

3.5 基于云計算的資源共享平臺的體系結(jié)構(gòu)訪問流程

教學(xué)資源平臺的展示模塊需要從數(shù)據(jù)訪問層中提供的統(tǒng)一對外接口讀取教學(xué)資源，從這些接口中讀出的資源通過瀏覽器或者其他客戶端對外進(jìn)行顯示。資源數(shù)據(jù)的讀取包含兩種類型：數(shù)據(jù)列表讀取和實體數(shù)據(jù)讀取。整個資源的訪問流程如圖4所示。在圖4中顯示了教學(xué)資源平臺進(jìn)行教學(xué)資源數(shù)據(jù)讀取的處理流程，分為資源列表請求和資源數(shù)據(jù)請求的兩類流程。

圖4 教學(xué)資源請求流程

4 基于云計算的資源共享平臺的教學(xué)設(shè)計應(yīng)用

基于云計算的《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》資源共享平臺的教學(xué)設(shè)計應(yīng)用，是以數(shù)據(jù)查詢功能的教學(xué)內(nèi)容為例，開展信息化教學(xué)設(shè)計，設(shè)計的基本思想如圖所示，基于云計算的共享學(xué)習(xí)中，教師和學(xué)習(xí)者通過課堂和優(yōu)質(zhì)資源共享平臺進(jìn)行交互，師生借助平臺開展信息的發(fā)布、信息的加工、信息的共享與反饋，在基于云計算的優(yōu)質(zhì)資源共享平臺的輔助下，結(jié)合課堂交流思維方法，最終完成整個教學(xué)任務(wù)。

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田進(jìn)華（1982—），男，河南泌陽人，碩士，實驗師。研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。

河南省教育廳2016年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項目（編號16B120002）：基于云平臺的校園教學(xué)資源庫的設(shè)計與開發(fā)。