李景奇 程樊啟 管軍

摘要：隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術的快速發(fā)展和應用，高校現(xiàn)有的教務教學平臺越來越難以適應網(wǎng)絡教學的需要，存在管理分散、資源分散、數(shù)據(jù)分散、信息化基礎設施不足的問題。針對這些問題，作者通過對高校網(wǎng)絡學習空間和混合云技術的探討，構建了基于混合云的高校網(wǎng)絡學習空間平臺，并分析了其數(shù)據(jù)共享和混合云管理兩個關鍵技術。

關鍵詞：混合云;網(wǎng)絡學習空間;數(shù)據(jù)共享;個性化空間

中圖分類號：G40-057 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）02-0095-04

當前，高校普遍建設有教務管理平臺、教學平臺，它們在實際教育教學中發(fā)揮著重要作用，但同時也存在一些問題，主要有：①管理分散。本科生、研究生、繼續(xù)教育學生等各類業(yè)務分隔，平臺隔離，各自為政。②資源分散。教務、教學和資源平臺相互獨立，教師需要登錄不同的平臺，上傳課件，設計課程資源，不但資源重復制作，而且浪費存儲資源。③數(shù)據(jù)分散。由于各類平臺不能統(tǒng)一管理，導致數(shù)據(jù)的完整性、準確性和業(yè)務流程的規(guī)范性難以保證，無法實現(xiàn)全面的質量管理、風險把控、科學決策，難以發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。④信息化基礎設施不足。缺乏高速、高可用的網(wǎng)絡信息化基礎設施，訪問速度慢，用戶體驗不佳。這些問題都需要進一步研究和解決，以滿足個性化、網(wǎng)絡化教育發(fā)展的需求。[1]

基于此，本文提出基于混合云平臺，構建支撐學生個性化學習的綜合網(wǎng)絡學習空間，以提高師生網(wǎng)絡教學體驗，支撐教學平臺和資源平臺的個性化推薦，實現(xiàn)校內和校外的網(wǎng)絡課程聯(lián)動和管理。

● 高校網(wǎng)絡學習空間概念

高校網(wǎng)絡學習空間是在網(wǎng)絡信息化基礎環(huán)境支持下，支撐高校教育教學活動的虛擬化的學生學習和教師教學的空間環(huán)境。高校網(wǎng)絡學習空間首先通過大數(shù)據(jù)技術，集成各類相關數(shù)據(jù)，構建網(wǎng)絡學習虛擬空間平臺，使得教師和學生能夠獲得和物理環(huán)境下相似的教學活動體驗。其次，進一步集成各類學習資源和教學平臺，構造及時互動、隨時可得的網(wǎng)絡學習工具庫和資源庫。

● 混合云技術

隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，云計算得到長足發(fā)展。作為信息化基礎設施，云計算設施一般包括計算、存儲、網(wǎng)絡等IT基礎資源，并要具備資源監(jiān)控、安全防護等功能。云計算按照提供主體可以分為公有云和私有云。公有云主要是提供通用性的云服務，具有強大的可拓展性;私有云主要是企事業(yè)單位建立的專用云服務，適合部署單位的核心業(yè)務，以及存儲敏感數(shù)據(jù)?；旌显苿t是將公有云和私有云結合起來的一種方式，旨在取兩者之長，既增強可拓展性也保證核心業(yè)務及數(shù)據(jù)的安全性。[2]采用混合云架構，可以將部分基礎資源剝離到公有云中，降低在IT基礎資源方面的一次性投入，實現(xiàn)基礎資源的IT彈性配置，做到按需部署，按需投入，降低信息化投入成本。[3]

高校公有云應用依托公有云提供商，提供校外信息基礎設施。對于學校而言，需要管理的主要是公有云服務器，能夠把公有云服務器納入到學校統(tǒng)一管理中來，以方便注冊、訪問、管理、備份和統(tǒng)計。高校私有云平臺是自建的云平臺，主要包括IDC機房環(huán)境、虛擬化平臺、存儲設備、高性能服務器、網(wǎng)絡安全設備、網(wǎng)絡交換機等。私有云平臺能夠方便地新建、管理和統(tǒng)計校內虛擬云服務器，為學校各類業(yè)務提供計算和存儲資源。公有云平臺和高校私有云平臺共同構成了高?；旌显骗h(huán)境。公有云服務器能夠提供公用網(wǎng)絡的高速訪問，高校私有云服務器可以方便地管理和自主供給。管理上，公有云服務器往往是根據(jù)業(yè)務需求定制的虛擬機服務器，其管理權由建設公司掌握，校方需要在技術上將公有云服務器納入到混合云平臺統(tǒng)一管理。

對于網(wǎng)絡學習空間而言，混合云技術有著明顯的優(yōu)勢。依托公有云的高速訪問優(yōu)勢，可在訪問性能上解決校外訪問網(wǎng)絡學習空間速度慢的問題。特別是對并發(fā)性高、流量大、安全要求低的視頻資源，公有云部署也有利于資源共享和節(jié)約硬件投入成本。在各類資源中，視頻資源是占用空間最大、性能要求最高的資源，同時又是學習資源中最重要的資源。視頻資源的公有云化，可以最大限度地利用現(xiàn)有慕課、公開課、精品課等資源，節(jié)約課程資源制作成本。而且公有云資源共享也比較方便，特別適合校際合作。在安全性方面，私有云由于其管理的封閉性，安全性較高。核心數(shù)據(jù)庫存放在校內私有云環(huán)境下，非核心業(yè)務數(shù)據(jù)可存放于公有云，提高數(shù)據(jù)的安全性。

● 基于混合云的高校網(wǎng)絡學習空間設計

1.設計思路

基于混合云的高校網(wǎng)絡學習空間平臺首先要解決教師和學生如何利用網(wǎng)絡學習空間平臺進行教與學的問題，其次需要解決如何實現(xiàn)混合云的部署以及混合云的統(tǒng)一管理的問題。因此，基于混合云的高校網(wǎng)絡學習空間建設的主要思路是：①利用公有云的高速訪問和彈性配置，支撐平臺建設和運行，解決訪問速度的問題。②利用私有云解決網(wǎng)絡安全問題，將備份和核心數(shù)據(jù)存儲于私有云，進行教學大數(shù)據(jù)分析。③建設基于混合云架構的網(wǎng)絡教學平臺和網(wǎng)絡資源平臺，同時構建可視化的遠程教學環(huán)境，全方位地支持遠程教學。④高校網(wǎng)絡學習空間平臺通過集成教務、教學、資源平臺的數(shù)據(jù)，個性化推薦學習方案，顯示學習計劃和進度，指導學生學習。

2.總體設計

基于混合云的高校網(wǎng)絡學習空間由基礎環(huán)境和網(wǎng)絡學習空間兩大部分構成。公有云和私有云構成的混合云平臺是網(wǎng)絡學習空間平臺的基礎環(huán)境，保證校內校外學生訪問的高速度和高可用。網(wǎng)絡學習空間平臺由網(wǎng)絡教學平臺、網(wǎng)絡教學資源平臺、用戶個性化空間組成。

網(wǎng)絡教學平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡教學環(huán)節(jié)，包括用戶管理、課程管理、課程設計、課程輔導、課件管理、課程資源、在線作業(yè)、在線考試、在線學習跟蹤、慕課制作支持等功能。網(wǎng)絡教學平臺是網(wǎng)絡學習空間的核心，該平臺的重點在于支撐教學活動過程，特別是教師的課程教學。在線作業(yè)是教學的必備環(huán)節(jié)，通過在線作業(yè)，教師能夠快速地對學生進行形成性評價。在遠程教育中，在線考試具有很大的需求。依靠人臉識別和數(shù)字視頻，可以構造遠程考試環(huán)境。

網(wǎng)絡資源平臺實現(xiàn)課程資源、視頻資源、慕課資源等學習資源的管理和應用。網(wǎng)絡資源平臺的資源包括自建資源和網(wǎng)絡資源。通過自建資源，學?？梢宰灾鏖_發(fā)適合本校實際的校本課程資源。通過網(wǎng)絡資源，能夠把網(wǎng)上的資源，通過管理員或教師的篩選，添加到資源管理平臺。資源管理平臺中的資源需要設置過期時間，以方便到期后的檢查和管理。

用戶個性化空間是指針對用戶的綜合展示空間，包括教師教學空間、學生學習空間和管理員管理空間。教師教學空間包括個人信息、我所教的課程、教學資源、教學通知、成績管理;學生學習空間包括個人信息、我所學的課程、課程資源、教學通知、學習進度、成績信息、教學大綱、學費信息等;管理員空間包括課程管理、教師管理、學生管理、教學計劃管理等。用戶個性化空間主要是具備用戶管理權限內信息的集成，實現(xiàn)常用信息的一體化展示，同時具有各個入口的總集成，方便用戶跳轉到具體業(yè)務系統(tǒng)。具體業(yè)務系統(tǒng)主要包括教學平臺和資源平臺，同時根據(jù)實際情況，能夠動態(tài)擴展。

其總體架構如右圖所示。

高校網(wǎng)絡學習空間需要滿足師生網(wǎng)絡教學的需求，滿足教學管理的需求，滿足統(tǒng)計、個性化推薦與管理、決策支持的需求。在網(wǎng)絡教學中，教學平臺可以支持各類教學活動，實現(xiàn)教學功能。從當前信息技術的發(fā)展來看，教學平臺支持的教學形式非常豐富，技術支持也較為有力。網(wǎng)絡教學資源平臺從資源管理上較為成熟，但其核心還是自建資源的管理，以及個性化推薦。另外，網(wǎng)絡學習空間中最具特色的難度較大的模塊是用戶個性化空間，在該空間中要把所有與該用戶有關的功能、管理統(tǒng)計信息、學習統(tǒng)計信息、學習推薦信息等集中于個人空間，集中展示。這是教學大數(shù)據(jù)的應用和擴展，不但需要從管理上確定管理需求，還需要在使用中逐步調研教師和學生需求，集成更多的數(shù)據(jù)，展現(xiàn)更多的內容。

在部署方式上，采用混合云方式部署，即同時部署于私有云和公有云，并統(tǒng)一管理。在數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)庫部署于私有云，保障數(shù)據(jù)的絕對安全，通過隧道技術，向公有云應用服務器提供數(shù)據(jù)支持。在應用層，同時部署于私有云、公有云應用。此時可根據(jù)不同的需求，選擇各類應用部署的不同方式。

3.關鍵技術

（1）數(shù)據(jù)共享

在混合云環(huán)境下，公有云與私有云之間的數(shù)據(jù)交換成為關鍵技術之一。在理想環(huán)境下，公有云與私有云由于都可以在公共網(wǎng)絡上連通，數(shù)據(jù)共享與單一網(wǎng)絡下并無不同。但由于網(wǎng)絡安全的需要，數(shù)據(jù)共享需要采用嚴格的網(wǎng)絡安全管理。因此，混合云下的數(shù)據(jù)存儲問題必須做到“高速訪問，安全可控”。為達到這一要求，有兩種方案可供選擇。

一是將網(wǎng)絡學習空間平臺數(shù)據(jù)庫服務器部署于私有云上，通過專線與公有云網(wǎng)絡學習空間平臺應用服務器相連。這種方式能達到以上要求，但成本較高。

二是把數(shù)據(jù)庫服務器部署于公有云上，將共享數(shù)據(jù)的中間庫部署于私有云上，應用服務器通過中間庫交換數(shù)據(jù)，同時對中間庫做嚴格的網(wǎng)絡安全管控，使其僅應用于公有云數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)交換。該方案成本低，容易實現(xiàn)。缺點是教學空間平臺上的數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡安全問題依賴于公有云廠家。

（2）混合云管理

在混合云架構下，將公有云服務器統(tǒng)一納入到混合云架構中，這樣，對學校整體的云服務器資源能夠統(tǒng)一管理和統(tǒng)一規(guī)劃。而對于網(wǎng)絡學習空間平臺的應用而言，則有兩種方案可供選擇。

一種是雙活模式，公有云和私有云環(huán)境中各部署一套，同時對外提供服務，當訪問者來源于校外時，則訪問公有云服務，當訪問者來源于校內時，則優(yōu)先選擇校內服務器。這樣，在校內高速的局域網(wǎng)環(huán)境下，校內用戶的訪問速度和體驗會更佳。

另一種是主備模式。在主備模式下，網(wǎng)絡學習空間平臺同樣在公有云和私有云環(huán)境中各自部署，但私有云環(huán)境僅提供對公有云環(huán)境的備份，只有在公有云環(huán)境不可用時，才由私有云環(huán)境提供支撐。這種方式相對而言成本低，容易實現(xiàn)。

● 結語

基于混合云的網(wǎng)絡學習空間平臺，在教學應用上提高了網(wǎng)絡教學平臺的可擴展性，可以引入更多的公有云產(chǎn)品和工具來實現(xiàn)網(wǎng)絡學習的功能，豐富網(wǎng)絡教學工具。同時，在底層平臺上，也發(fā)揮了公有云和私有云兩類云平臺的優(yōu)勢，擴展了網(wǎng)絡學習空間平臺的技術基礎，提高了平臺的可用性和便捷性，并同時保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

參考文獻：

[1]周明華，王永楠，李德寶.基于混合云架構的教學平臺構建與應用[J].在線學習，2020，62（08）：73-75.

[2]陳冬林，付敏，陳玲.基于混合云的高校實驗教學平臺建設模式研究[J].實驗技術與管理，2013（05）：63-66.

[3]韓兵，李東明.基于混合云技術的農(nóng)業(yè)信息化平臺架構的研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學報，2020，42（06）：693-698.

作者簡介：李景奇（1980.12—），高級工程師，在讀博士，主要研究方向為數(shù)字校園、信息管理。

基金項目：江蘇省高等學校教育技術研究會重點課題“基于D&M模型的高校信息化學習空間建設研究”（2019JSETKT003），全國職業(yè)教育教師企業(yè)實踐基地“產(chǎn)教融合”專項課題研究項目“人工智能職業(yè)技能等級評價標準研究”，江蘇省現(xiàn)代教育技術研究智慧校園專項重點課題“產(chǎn)教融合人工智能職業(yè)技能等級評價體系研究”（2020-R-84366），中央高校基本科研業(yè)務費項目（B200207073）。