曹 博

（1.西安電子科技大學(xué)，陜西西安 710071；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710018）

教學(xué)資源（包括軟硬件設(shè)施、各類教學(xué)資源、信息技術(shù)服務(wù)等）是開展遠(yuǎn)程教育的基本條件。作為遠(yuǎn)程教育的代表，廣播電視大學(xué)遠(yuǎn)程教育平臺的技術(shù)特征已經(jīng)歷三大階段，第一階段通過廣播通信傳播教育節(jié)目音頻，由最高層將學(xué)習(xí)資源直接傳播給目標(biāo)聽眾，傳播方式單一，由于無法進(jìn)行有效互動，所以學(xué)習(xí)效果提升并不明顯；第二階段通過電視視頻節(jié)目進(jìn)行教育傳播；第三階段通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳播教育資源，資源從頂端沿三角逐級垂直下發(fā)，這種學(xué)習(xí)資源傳播模式能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互動與溝通。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的教育模式難以滿足現(xiàn)代教育教學(xué)的發(fā)展需求。為此，文中提出了一種基于云計(jì)算的智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺的構(gòu)建方案，為提供便捷高效的海量互動服務(wù)提供支撐[1-2]。

1 遠(yuǎn)程開放教育資源建設(shè)存在的問題

1）資源互動性較差，基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教育缺乏傳統(tǒng)課堂的面對面溝通交流優(yōu)勢，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的積極性不高，學(xué)習(xí)資源互動性的重要程度日益凸顯。目前，教育資源的互動性建設(shè)普遍停留在線上討論、即時通訊等單一的網(wǎng)絡(luò)互動上，對學(xué)習(xí)者同學(xué)習(xí)資源、教育者、資源建設(shè)者、其他學(xué)習(xí)者間的互動大多停留在網(wǎng)絡(luò)同、異步交流層面上。2）教學(xué)資源建設(shè)缺乏總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，對具體學(xué)科的課程資源建設(shè)需求、課程資源負(fù)責(zé)單位、課程資源建設(shè)內(nèi)容、所需媒體、媒體間的銜接方式等缺少統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各遠(yuǎn)程開放教育建設(shè)單位缺少有效的溝通與合作，資源共享程度不高，重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，資源存放布局混亂，同時加重了學(xué)習(xí)者的負(fù)擔(dān)，使學(xué)習(xí)者難以便捷高效地獲取所需學(xué)習(xí)資源。3）資源存儲及管理效率不高，各遠(yuǎn)程教育教學(xué)資源通常存儲在其辦學(xué)單位的服務(wù)器上，形成了相互獨(dú)立的教學(xué)資源系統(tǒng)，相互之間訪問難度較大，造成了數(shù)據(jù)存儲孤島現(xiàn)象，資源管理者需逐一上傳資源到專門用于存儲的服務(wù)器上，并進(jìn)行歸類，同時需有專門人員負(fù)責(zé)包括實(shí)時監(jiān)控服務(wù)器在內(nèi)的硬件管理工作，不斷增加的教育資源通常要重新配備服務(wù)器及相關(guān)軟硬件以滿足資源共享需求，增加了資源服務(wù)管理負(fù)擔(dān)，使管理費(fèi)用驟增[3-4]。

2 智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺的構(gòu)建

2.1 功能需求

教育的順利開展需基于教育資源共享平臺的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)上述教育資源建設(shè)存在的問題分析共享平臺的功能需求，學(xué)習(xí)者希望通過一個整體資源平臺獲取資源，無需花費(fèi)大量時間逐一尋找，平臺的教學(xué)資源需包含文本信息、音視頻等多種模式，并可通過移動終端隨時隨地進(jìn)行查看，資源訪問過程便捷高效，不會因平臺維護(hù)而無法訪問，能夠在其他服務(wù)器自動備份上傳的教學(xué)資源。以分布式計(jì)算和存儲為核心的云計(jì)算能夠快速處理和響應(yīng)用戶任務(wù)，無需使用高性能的服務(wù)器，大任務(wù)處理通過聯(lián)合多個低配置服務(wù)器完成，由供應(yīng)商負(fù)責(zé)維護(hù)工作，可有效提高遠(yuǎn)程教育資源共享平臺的智能性、可靠性和性價(jià)比，通過使用云計(jì)算系統(tǒng)、技術(shù)存儲和管理教育資源可使相關(guān)軟硬件的運(yùn)維成本顯著降低，小規(guī)模的遠(yuǎn)教機(jī)構(gòu)通過租用云服務(wù)資源即可實(shí)現(xiàn)所需服務(wù)的獲取。學(xué)習(xí)者通過移動終端設(shè)備或PC 機(jī)利用云計(jì)算功能可隨時隨地訪問所需的資源信息[5-6]。

2.2 基于云計(jì)算的智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺建設(shè)方案

2.2.1 共享平臺構(gòu)建原則

該共享平臺需滿足包括資源服務(wù)及用戶交流在內(nèi)的各種需求，需包含豐富的存儲資源且功能齊全，可有效解決網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源重復(fù)及查找困難等方面的問題，為使教學(xué)資源更好地共享，該平臺需滿足以下需求：1）具有資源整合功能，為學(xué)習(xí)者提供資源分享交流平臺，學(xué)習(xí)者可上傳資源；同各學(xué)校、機(jī)構(gòu)合作，整合各個學(xué)校資源（可通過互利共享的方式），不斷發(fā)展和豐富教育資源共享平臺；結(jié)合運(yùn)用云計(jì)算的虛擬化及存儲技術(shù)整合已有教學(xué)資源平臺中豐富的教學(xué)資源，進(jìn)一步完善教育資源建設(shè)工作。2）提供個性化資源服務(wù)，建設(shè)互動的學(xué)習(xí)社區(qū)功能，通過用戶個人空間記錄個人學(xué)習(xí)日志、學(xué)習(xí)狀況及進(jìn)度等，并以用戶興趣及搜索習(xí)慣為依據(jù)推送相關(guān)教學(xué)資源信息及最新動態(tài)。3）建設(shè)開放的平臺以便平臺資源的有效共享，通過提供相應(yīng)的資源平臺應(yīng)用接口使平臺的使用、傳播質(zhì)量和效率得到有效提升，達(dá)到共享效果的最優(yōu)化[7-8]。

2.2.2 平臺總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

文中構(gòu)建的智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺的總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)程教育資源共享平臺架構(gòu)

1）服務(wù)層：主要負(fù)責(zé)提供資源共享服務(wù)的直接入口，用戶可使用手機(jī)、Pad、電腦等設(shè)備訪問共享平臺。2）管理層：主要負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)管理功能，采用云平臺架構(gòu)簡化了管理過程（由云服務(wù)商提供硬件設(shè)備、存儲、運(yùn)算等的管理）及教育資源管理者對平臺資源（包括服務(wù)、賬戶、資源、用于管理平臺服務(wù)條目的平臺門戶等）的管理。各分校申請并獲取統(tǒng)一ID 后即可訪問資源池，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)服務(wù)的獲取。3）資源層：通過統(tǒng)一接口對教學(xué)資源及學(xué)習(xí)資源進(jìn)行匯總，通過資源整合實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，并統(tǒng)一存儲整合后的教學(xué)資源，有效解決教學(xué)資源管理存在的孤島問題[9-10]。

2.2.3 資源共享平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺由管理系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)、管理用戶、學(xué)生用戶以及各個資源節(jié)點(diǎn)共同組成，平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 資源共享平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)平臺中，教學(xué)系統(tǒng)是學(xué)生訪問云端的重要接口，通過管理系統(tǒng)對學(xué)生用戶、管理用戶、數(shù)據(jù)資源等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并管理。學(xué)生用戶通過賬號密碼進(jìn)入系統(tǒng)后，可以直接進(jìn)入由多種資源節(jié)點(diǎn)所組成的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，該學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)以中心資源節(jié)點(diǎn)為核心，連接多個子節(jié)點(diǎn)。在資源調(diào)度系統(tǒng)下對節(jié)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行判斷，最終選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，有效保證學(xué)習(xí)資源點(diǎn)播的流暢性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源與學(xué)習(xí)資源的最優(yōu)共享。

2.2.4 教學(xué)資源信息的封裝處理

以往由于缺少統(tǒng)一的教學(xué)資源建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致存在大量的異構(gòu)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，為此采用封裝標(biāo)準(zhǔn)化處理現(xiàn)有教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)資源的有效共享，具體方法為：1）對目前的教學(xué)資源共享狀況、對所使用的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，從中找出符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的教學(xué)資源信息，并將不符合的教學(xué)資源信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。2）不斷規(guī)范和完善信息技術(shù)的使用及資源共享的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源信息共享，提供便捷高效的資源共享服務(wù)。3）將現(xiàn)有教學(xué)資源根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封裝，形成包括課程及素材資源模塊、資料庫模塊等在內(nèi)的教學(xué)資源單元，以便管理和使用[11-12]。

3 智能化遠(yuǎn)程教育資源共享平臺的實(shí)現(xiàn)路徑

基于云技術(shù)環(huán)境的遠(yuǎn)程教育資源共享平臺屬于一個大型的數(shù)據(jù)中心平臺（而非單一的商業(yè)網(wǎng)站服務(wù)器），由分布于多個區(qū)域的資源數(shù)據(jù)中心構(gòu)成，借助高速通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成統(tǒng)一的整體平臺，教育資源共享平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3 所示，由開放大學(xué)控制節(jié)點(diǎn)向各區(qū)域云數(shù)據(jù)中心（面向終端用戶，相互間具有自動備份機(jī)制）傳送教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在不同云數(shù)據(jù)中心間的自動傳送功能。中央平臺具有為各省市用戶分配級別的權(quán)限，結(jié)合訪問用戶地址完成對數(shù)據(jù)中心的鎖定，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸效率。通過使用OpenStack 工具集對資源共享平臺進(jìn)行模擬，OpenStack 可有效管理大量資源池（由計(jì)算機(jī)、存儲器、網(wǎng)絡(luò)資源形成），基于OpenStack 實(shí)現(xiàn)的存儲功能架構(gòu)如圖4 所示[13-14]。

圖3 教育資源共享平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖4 存儲架構(gòu)示意圖

Proxy Server 主要功能在于上傳與存儲文件、為Web 提供目錄服務(wù)、對元數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，Proxy Server向Auth 中間件發(fā)送訪問者發(fā)出的請求完成認(rèn)證過程，接下來向包含Account/Container/Object server 的Storage Node 轉(zhuǎn)發(fā)申請（根據(jù)原始請求者位置）由其進(jìn)行處理。通過資源調(diào)度合理調(diào)配各數(shù)據(jù)中心的計(jì)算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，其工作模式如圖5 所示，向中心調(diào)度節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求之后，該節(jié)點(diǎn)會對最合適的業(yè)務(wù)站點(diǎn)進(jìn)行定位，通過相應(yīng)站點(diǎn)對用戶提供服務(wù)。遠(yuǎn)程化教育資源共享平臺層次體系如圖6 所示。實(shí)體設(shè)備層（云平臺的物理資源）作為資源共享平臺的硬件設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)、路由器、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫配套設(shè)施等構(gòu)成，通過OpenStack 進(jìn)行管理，主要功能在于提供基礎(chǔ)環(huán)境；虛擬設(shè)備層主要負(fù)責(zé)將硬件設(shè)施轉(zhuǎn)變成虛擬設(shè)施來提供IAAS 服務(wù)，以供用戶使用；管理層負(fù)責(zé)將后臺數(shù)據(jù)保障提供給人機(jī)接口層，虛擬設(shè)施通過管理層連接平臺軟件系統(tǒng)；作為用戶應(yīng)用終端，人機(jī)接口層采用平臺可視化界面。文中重點(diǎn)說明了管理層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

圖5 資源調(diào)度工作模式

圖6 平臺層次體系

1）資源管理模塊作為整個平臺的關(guān)鍵模塊，由OpenStack 虛擬資源池完成，包括對資源的新建、監(jiān)視、刪除等操作，接收用戶申請后會對用戶的安全認(rèn)證進(jìn)行審核，從而獲取網(wǎng)絡(luò)配置情況。具體采用OpenStack API create 方法接收用戶申請，主要代碼如下[15]：

2）用戶管理模塊，可通過OpenStack 擴(kuò)展該模塊的功能，對用戶身份認(rèn)證的過程中會向服務(wù)器提交用戶REST，告知用戶服務(wù)器端API 地址，具體認(rèn)證請求模擬示例如下（用戶名為zhihong）：

4 結(jié)束語

遠(yuǎn)程教育需基于豐富的教育教學(xué)資源來實(shí)現(xiàn)，種類和數(shù)量不斷增加的教育資源及用戶的多樣化學(xué)習(xí)需求，對遠(yuǎn)程教育資源的共建、共享提出了更高的要求，現(xiàn)有遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)教學(xué)資源的共享水平仍然有待進(jìn)一步提高，作為一種共享基礎(chǔ)架構(gòu)云計(jì)算，通過集成大量網(wǎng)絡(luò)教育資源（采用虛擬技術(shù)完成）形成一個實(shí)現(xiàn)了自動管理的虛擬資源池，突破了不同區(qū)域及數(shù)據(jù)庫的限制，對現(xiàn)有教育資源進(jìn)行了有效整合，充分解決了教育數(shù)據(jù)資源信息不均衡的問題，顯著提高了教育資源的共享及使用質(zhì)量和效率[16]。