蘭勇 魯明 黃小喬 邢偉璐 繆寧

摘 要：近年來，隨著云計算的產(chǎn)生和發(fā)展，“云學習”也應運而生，云學習的提出，致力于進一步開拓學習思路，減輕教學負擔，突出有效學習的設計。云學習是云計算應用激發(fā)的基礎研究，和現(xiàn)代教育技術發(fā)展是相輔相成的，為現(xiàn)代教育技術的發(fā)展提出了新的理念和發(fā)展方向。教育云能對各種教學信息資源進行廣泛而高效的重組、優(yōu)化與共享，教育云服務模式是實現(xiàn)高校教育大數(shù)據(jù)資源共享和知識協(xié)同創(chuàng)新的有效途徑，建立數(shù)據(jù)倉庫并進行數(shù)據(jù)挖掘的研究是對大數(shù)據(jù)資源有效利用的具體實現(xiàn)?；诖耍疚囊蕴旖蜇斀?jīng)大學珠江學院為例，主要闡述大數(shù)據(jù)“校園云”實驗室開放共享理論與實踐。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；集成；管理；共享；云計算；云學習

中圖分類號：TP391.44；TN929.5；G647 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0023-04

A Theoretical and Practical Study on the

Sharing of "Cloud Campus Laboratory" Under Big Data

LAN Yong1 LU Ming2 HUANG Xiaoqiao1 XING WeiLu1 MIAO Ning1

（1. Pearl River College， Tianjin University of Finance and Economics，Tianjin 301830；2.Henan Radio and TV University，Zhengzhou Henan 450008）

Abstract： In recent years， with the emergence and development of cloud computing， cloud learning is also coming into being. Cloud learning put forward to further develop learning ideas， lighten the burden of teaching， and highlight the design of effective learning. Cloud learning is a basic research inspired by cloud computing applications， which is complementary to modern educational technology development. It brings forward new ideas and development direction for the development of modern educational technology. Educational cloud can widely and efficiently reorganize， optimize and share all kinds of teaching information resources. The educational cloud service model is an effective way to realize the big data resource sharing and knowledge collaborative innovation in university education. The research on establishing data warehouse and data mining is the concrete realization of efficient use of big data resources. Based on this， this paper， taking the Pearl River College of Tianjin University of Finance Economics as an example， mainly expounded the theory and practice of the opening and sharing of the large data "campus cloud" laboratory.

Keywords： big data；integration；management；sharing；cloud computing；cloud learning

1 研究背景

目前，國外對共享數(shù)據(jù)的研究多集中在表現(xiàn)數(shù)據(jù)共享方式的先進和不足、數(shù)據(jù)共享技術發(fā)展及教育延伸、相關政策法規(guī)、數(shù)據(jù)共享具體化實踐和用戶體驗與反饋等方面。例如，像美、英、日之類的發(fā)達國家，共享科學數(shù)據(jù)的意識和意愿早就在學術界達成一致，為了清掃數(shù)據(jù)共享進程中的阻礙，他們對科研人員進行了全面的調(diào)研分析，從而逐步完善共享數(shù)據(jù)的法規(guī)和政策，構造出社會數(shù)據(jù)共享運行模式[1]。另外，社會其他組織及機構也起到了推動和促進的作用，在科學數(shù)據(jù)的管理和創(chuàng)立科學共享平臺方面，國外高校積累了大量經(jīng)驗[2]。但是，各領域間的完全共享化、主觀感知的多樣性和適合高校數(shù)據(jù)共享具體實現(xiàn)的統(tǒng)一模式等方面還需要更深入的研究[3]。

目前，我國無論是學術界還是社會組織，對探討科學數(shù)據(jù)共建共享模式也愈發(fā)重視，不斷研究、構想和實踐，尤其是我國高等院校對教育教學數(shù)據(jù)共享機制的研究一直飽含激情。陳大慶[4]將我國科學數(shù)據(jù)共建共享機制創(chuàng)建與國外對比，探討了我國科學數(shù)據(jù)共建共享機制創(chuàng)建較緩慢的主要原因，即起步較晚，實踐經(jīng)驗不足，且共享政策法規(guī)的建立也相對滯緩。錢丹[5]則通過對云計算和私有云在高校教育信息平臺搭建中的有效應用進行探索，提出構建云共享的理論模式，以幫助學習者擺脫技術瓶頸，提升群體思維能力，有效互動協(xié)助，有效開展云學習。

但目前，國內(nèi)高校共建共享數(shù)據(jù)機制的研究仍存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)在3方面。首先，各高校當前的應用系統(tǒng)是獨立的，且為自主管理，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理，導致服務器利用率不均衡，為了實現(xiàn)各局域網(wǎng)之間數(shù)據(jù)量、響應速度等的分別管理，從而建立私有云實驗室。林瑜華[6]提出可以采用多點協(xié)作，以松散型為合作方式的模式來均衡現(xiàn)有設備的運行負載，充分利用協(xié)作管理程序。這將給高校數(shù)據(jù)資源共享筑造基礎環(huán)境區(qū)。王慶[7]總結了“云應用”提供網(wǎng)絡服務和運行網(wǎng)絡應用程序都是建立在擁有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)中心和高能服務器的基礎上，而這些服務器的空間功能主要體現(xiàn)在按需分配和按需回收數(shù)據(jù)兩方面上。此外，他還提出構建數(shù)據(jù)庫來進行大數(shù)據(jù)的整合、管理及更深層次的處理，如數(shù)據(jù)挖掘等。所以，數(shù)據(jù)中心必須要用相當大的存儲空間來儲存數(shù)據(jù)，以有效避免以往常見的因服務器訪問量過多而崩潰的問題。

其次，當前，應用程序和軟件的標準數(shù)據(jù)并不統(tǒng)一，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而形成信息孤島。張偉[8]總結了因以往數(shù)據(jù)共享機制的獨立運作使接口和運行環(huán)境幾乎不能兼容的問題，這樣形成的數(shù)據(jù)資源孤島的數(shù)據(jù)共享率很低，著重強調(diào)了在云實驗室中，各個資源模塊之間可以在沒有技術屏障的情況下，提供同樣的數(shù)據(jù)訪問接口及平臺架構給所有終端用戶，使用者將能自由地訪問全部大數(shù)據(jù)資源。

最后，國家構建高校間大數(shù)據(jù)資源共享機制的力度不夠，例如，教育部在“十五”期間開始建設“高等院校服務器設備和優(yōu)質(zhì)資源共享”公共服務系統(tǒng)體系，現(xiàn)已有上千臺大型服務器設備共享規(guī)模，但優(yōu)質(zhì)資源共享進程相對滯緩[9]。王祖山[10]分析了現(xiàn)階段的公共服務體系，大數(shù)據(jù)共享機制對國內(nèi)高等院校教育教學共享體系的貢獻還明顯不夠。由此，國家教育部需要從實際出發(fā)，協(xié)調(diào)各方，著力創(chuàng)建更大更強的適應高校教育發(fā)展的共享系統(tǒng)[11]。

綜上所述，在高等教育云實驗室數(shù)據(jù)共享研究的問題上，大多數(shù)學者分別從多重角度展開了研究，研究范圍從國家到社會再到高校，研究的深度也從實踐的總結到結構的構建，研究不斷深入。

要想建立數(shù)據(jù)教學資源共享機制，珠江學院必須從自身科研發(fā)展的具體特點和實情出發(fā)，確定科學的數(shù)據(jù)共建共享的發(fā)展方向和路線，以及如何以現(xiàn)已建成的大數(shù)據(jù)實驗室作為數(shù)據(jù)倉庫來開展多元數(shù)據(jù)的挖掘和分析研究工作，探討各院系如何在數(shù)據(jù)資源共建共享工作中調(diào)整其角色定位，以協(xié)調(diào)其在實驗教學資源共享方面的利益，并協(xié)同構建珠江學院科學數(shù)據(jù)的共連共享機制，從而更好地服務于全校師生。

2 天津財經(jīng)大學珠江學院資源共享理論框架

數(shù)據(jù)的集成、管理、共享過程如圖1所示。

第一階段，利用珠江學院已有的云實驗室創(chuàng)建獨立的云計算平臺，使珠江學院的教學樓、圖書館、機房等場所實現(xiàn)桌面云化；第二階段，把珠江學院云實驗室信息數(shù)據(jù)中心的所有程序和軟件移動到桌面云平臺上；第三階段，在珠江學院云平臺上對教育教學的數(shù)據(jù)資源和程序應用進行統(tǒng)一管理，構成珠江學院獨有的云網(wǎng)絡系統(tǒng)；第四階段，集成珠江學院、院系、專業(yè)的所有教學數(shù)據(jù)資源構建數(shù)據(jù)庫，進行上課教學、科研以及實踐的數(shù)據(jù)挖掘。

網(wǎng)絡信息技術在當代社會的不斷發(fā)展，也為高等教育的高速發(fā)展提供了機遇。隨著“云計算”的不斷發(fā)展[12]，“云學習”應運而生，該系統(tǒng)的出現(xiàn)能有力地減輕教學負擔，不僅可以拓寬學習思路，還能開創(chuàng)新學習方式。云學習是云計算應用激發(fā)的基礎研究，其為當代信息化教育的發(fā)展提出了全新的方向和發(fā)展理念。利用天津財經(jīng)大學珠江學院（以下簡稱“珠江學院”）已建成的云實驗室，可以將各種教育教學數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)資源進行全面且高效的優(yōu)化重組和自由共享。

云實驗室解決方案是從云實驗室數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和內(nèi)外相對接網(wǎng)絡部分的組成來處理問題的，核心是有效利用好桌面云這個基于虛擬化技術和云計算技術的程序環(huán)境部分，使用戶能通過任何網(wǎng)絡設備使用所有平臺和應用軟件。

3 珠江學院資源共享的實現(xiàn)存在的問題

如何利用已建成的珠江學院云實驗室對教育教學數(shù)據(jù)進行全面、高效的整合處理、優(yōu)化重組，這對實現(xiàn)珠江學院數(shù)據(jù)共享起著關鍵作用。要想實現(xiàn)促進珠江學院內(nèi)部的科學數(shù)據(jù)資源共享利用和增值服務的最終目標，必須解決以下問題：①如何在不損害國家、學校、數(shù)據(jù)所有者利益和有效保護其知識產(chǎn)權的前提下實現(xiàn)科學數(shù)據(jù)的規(guī)范化有序搜集及管理；②如何科學地利用珠江學院已建成并投入使用的大數(shù)據(jù)實驗室進行教育教學數(shù)據(jù)的挖掘和數(shù)據(jù)分析；③要構建珠江學院共享機制的具體藍圖。

4 珠江學院資源共享機制的實施方案

珠江學院通過云平臺可以把網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資源從軟件程序?qū)用嫜由斓接布Y源，可以通過云實驗室工具、云計算模式將服務器的計算能力及存儲空間等硬件資源共享給在校師生。在此項技術的支持下，珠江學院可以實現(xiàn)不同院系教育教學資源的共享。為了高效運用校園實驗云環(huán)境來共享教學數(shù)據(jù)資源，珠江學院可以從以下幾方面著手。

4.1 建立開放共享機制

云計算服務模式的基礎是開放，是把數(shù)據(jù)資源從分散到整合的機制，這樣用戶在利用相對簡易的硬件設備時就能便捷地使用和共享數(shù)據(jù)資源。但是，這種開放共享并非是無償使用的，其包括多種方式的共享，例如，互惠共享、有償使用。云實驗室環(huán)境中的珠江學院同樣可以采用這些方式實現(xiàn)教育教學資源共享，但著重鼓勵教師自主上傳教育教學課件和其他教學資源，這樣就能使學院減少一些直接購置資源的成本。

4.2 堅持分布與統(tǒng)一原則

在實驗室環(huán)境下，“云計算”教育資源共享機制非常適用于“一個學校多個校區(qū)”“一個地區(qū)多個學?！奔啊按髮W城”等教育區(qū)域。在該環(huán)境下，珠江學院能和天津各高校不受時間限制和其他條件約束共享教育教學資源。這樣云計算數(shù)據(jù)中心可以統(tǒng)一部署于天津某一高校，利于實驗教學資源共享云服務平臺統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開發(fā)和統(tǒng)一管理。

此外，在區(qū)域性高校教育教學資源共享云服務的SaaS應用層構建統(tǒng)一的共享系統(tǒng)，并于SaaS應用層部署實驗教學軟件資源池。而針對學院內(nèi)各院系的基本專業(yè)課和公共選修課等使用率較高的課程，統(tǒng)一購置所需的資料和軟件，再相應地一并安裝在學院云服務處理器上。

4.3 建設基于Web的教學共享系統(tǒng)，共享教學資源

實驗教學系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源庫和索引目錄建立在SaaS應用層，通過整合所有的公共選修課和專業(yè)選修課的實驗情況，以及程序的資源使用說明材料和分析報告等實現(xiàn)。珠江學院的教師和學生可以方便地查看相關實驗細節(jié)，自主開展實驗；利用學院已經(jīng)建成的大數(shù)據(jù)云環(huán)境實驗室，教學共享系統(tǒng)建立一個基于Web的實驗教育環(huán)境，為教師服務。該系統(tǒng)可以創(chuàng)建一個基本的實驗環(huán)境，自動評價學生的實驗過程，分析學生的實驗數(shù)據(jù)。

4.4 組建珠江學院云環(huán)境數(shù)據(jù)資源共享實驗部

數(shù)據(jù)實驗中心的規(guī)劃與建設、云實驗室服務器的配置、珠江學院院系共享教育資源協(xié)調(diào)和教育資源共享管理方法制訂等一系列工作的順利開展是完成珠江學院教育教學數(shù)據(jù)資源高效共享的必要條件和有效保障。所以，組建珠江學院云環(huán)境教育教學數(shù)據(jù)資源共享實驗部（或協(xié)作管理部）是非常有必要的，以便統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)珠江學院云環(huán)境實驗室的教學數(shù)據(jù)資源共享。

數(shù)據(jù)的集成、管理、共享過程如圖2所示。

4.5 區(qū)域類高等院校教學及資源共享云服務中心的建設

在建設好學院數(shù)據(jù)資源共享機制的同時，還要積極地與天津多所高校聯(lián)系和溝通，依托天津各高校實驗教學資料來源，統(tǒng)一規(guī)劃建設天津各高等院校教學實驗資源云服務中心，以實現(xiàn)天津市先進的大數(shù)據(jù)教學教育資源的共享。該中心是整個區(qū)域類教育云服務建設的一部分，其一方面集中了資金購置高端服務器集群，另一方面整合了天津市各高校現(xiàn)存的大數(shù)據(jù)資源，能節(jié)省配置服務器的費用和維護的成本，同時縮小占地面積，為達到節(jié)能環(huán)保這一可持續(xù)性發(fā)展目標做出了卓越貢獻。天津各高等院?？梢酝ㄟ^統(tǒng)一的接口進入該區(qū)域的高等院校云服務中心，取得相關的教育教學資源，并且可以通過這一平臺分享自己的特色資源。

5 結論

著力于搜集學院內(nèi)各院系的教育教學資料，利用珠江學院已建成的大數(shù)據(jù)云環(huán)境實驗室進行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，搭建基于Web的實驗教學資源共享系統(tǒng)，旨在服務于整個珠江學院師生的學術和科研活動，完善全體師生的教學教育體驗。珠江學院實驗教學資源共享體系的成功建立，不僅可以協(xié)調(diào)珠江學院各院系在教育教學資源共享方面上的利益，促進科學數(shù)據(jù)資源共享利用和增值服務，也能為將來天津乃至全國區(qū)域性高校聯(lián)合數(shù)據(jù)資源共享奠定堅實的基礎。

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