基于云計算的終身教育服務平臺設計

摘 要:為了滿足符合終身教育的要求，設計一種“云學習”系統，它可以根據用戶的需求實現彈性擴展;用戶學習的對象是知識碎片化了的積件;所有的用戶需求都被看作是一種云計算服務要求。這種“云學習”是一種基于“云計算”的學習模式，云學習利用云計算技術，在云計算平臺上，通過云計算平臺對資源進行統一管理和調配，并以服務的形式提供給用戶，以此構建基于云計算的終身教育服務平臺。仿真實驗測試表明，基于云計算的終身教育服務平臺利用了云計算的定制服務和并發計算優勢，優化了現有資源的整合，能為學員提供定制終身教育服務的在線學習方式。

關鍵詞:云計算; 積件; 云學習; 終身教育

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2010)12-0043-04

Design of Lifelong Education Platform Based on Cloud-computation

TANG Jian1， GUO Li-juan1， GONG Tao2

(1. Yiyang Radio and Television University， Yiyang 413000， China;

2. College of Information Science and Technology， Donghua University， Shanghai 201620， China)

Abstract: A \"cloud study\" system that can realize the elasticity expansion according to the users′ requirements is designed to meet the request of the lifelong education. The study objects of users are integrable wares of knowledge pieces. All the userdemands are regarded as a service requirement for cloud calculation. This \"cloud study\" is a study mode based on \"cloud calculation\". As for \"cloud study\"， the centralization of management and allocation is realized by utilizing the \"cloud computation\" technology through the \"cloud computation\" platform. The lifelong education service platform is constructed based on \"cloud calculation\". The simulation experiment indicates that the lifelong education service platform based on the \"cloud calculation\" can offer the online study way of the customized lifelong education service for students.

Keywords:cloud computation; integrable ware; cloud learning; lifelong education

0 引 言

《中國遠程教育》記者王鐵軍撰文說“云學習”時代已經悄然而至了[1]。他指出“云”的思想核心就是資源的集中共享。“云”將所有資源集中在一個先進的平臺上，使資源在統一平臺的統一管理調配下，具備最大的靈活性和利用率，最終以服務的形式提供給用戶。他所說的“云”指的即是 “云計算”，而“云學習”則是一種基于“云計算”的學習模式。這種學習是利用現代最先進的云計算技術，在云計算平臺上，通過云計算平臺對所有集中在一個平臺上的資源進行統一管理調配，以服務的形式提供給用戶的一種學習模式。“云”能提供的存儲與計算能力[2]是可以隨意調節的，它能實現一些傳統硬件條件下難以實現的課程形式和通信方式。“云”能建立真正意義上的移動學習[3-4]，能實現國內一些學者所提倡的“小型化學習”、“微型化學習”。云學習模式要求知識必須碎片化，以具備足夠的靈活性。“人人皆學、時時能學、處處可學、樣樣有學”的終身教育理想，通過基于云計算的終身教育移動學習服務平臺，已成為可能。

1 云計算概述

從本質上來講，云計算[2]實際上是服務器虛擬化技術和基礎架構即服務(infrastructure as a service，I

S)兩者的結合，其核心是將某一或某幾個數據中心的計算資源虛擬化之后，向用戶提供以租用計算資源為形式的服務。這種提供計算資源的服務實際上并不是新技術，而是業務模式上的創新。簡單地講，就是將很多位于同一地點或不同地點的計算機集合起來為企業或個人用戶提供各種服務。云計算是一個新興的IT部署和交付模式，用來通過網絡實時提供產品、服務和解決方案。人們日常所說的云計算，實際上是指這種部署和交付模式的基礎架構平臺。而云服務則更延伸一步，是指通過云計算平臺提供應用和解決方案的服務過程。但在多數情況下，云計算是在大家認可的服務后臺運行的，諸如銀行業務，在線購物或者在線存儲等。云計算的基本特征:首先，云計算是基于互聯網的，也就是以瀏覽器為基礎;其次，數據存儲在云端，應用也存儲在云端，這些對用戶透明，通常由第三方提供;最后，云計算強調服務，用戶按需使用服務，根據使用多少付費。

云計算在過云計算平臺提供的強大基礎架構平臺上提供云計算服務。云計算服務的基本形式有3種，即基礎設施服務(I

S)、平臺即服務(P

S)、軟件即服務(S

S)，從下到上，構成云計算的金字塔。

2 積件概述

云學習模式要求知識必須碎片化，以具備足夠的靈活性。其實知識的碎片化應該就是知識的積件化。

積件思想作為一種關于計算機輔助教學發展的系統思路，是對多媒體教學信息資源和教學過程進行準備、檢索、設計、組合、使用、管理、評價的理論與實踐。積件[5](integrable ware)是構成課件的基本教學元件，它是基于某一知識點的微教學單元、教學素材或微教學策略等，人們能根據教學需要對它們進行編排、組合和運用，生成具有一定教學功能的多媒體教學程序。由積件構成的積件庫以及對積件進行開發、管理、組合、生成、使用處理的軟件環境統稱為積件系統。積件庫是教學資料和表達方式的集合，可將大量的知識信息素材提供給教師和學生在課堂教學中自由使用。積件庫包括5種類型:多媒體教學資料庫、微教學單元庫、虛擬積件資源庫、資料呈現方式庫、教學策略庫。積件是針對課件的局限性而發展起來的新教學軟件模式和新教材建設思想，它的主要特點有基元性與可積性、開放性與自繁殖性、繼承性與發展性、易用性、通用性、靈活性、實用性等。為了實現積件在云計算平臺上的可重組性，積件的各類信息資源必須遵從當今世界主流標準和規范，例如，文本格式、圖形格式、聲音格式、動畫格式、Internet網絡接口格式等都必須與世界主流應用軟件一致，否則無法實現素材資料的組合。

3 云學習的系統模型

3.1 系統模型

云學習模式利用云計算技術，在云計算平臺上，通過統一的云計算服務平臺，對所有集中在一個平臺上的資源進行統一管理調配，以服務的形式提供各種云學習服務給用戶。要實現這種云學習模式，進行真正意義上的移動學習，必須構建云學習系統。云學習系統可以根據用戶的需求實現彈性擴展，用戶學習的對象是知識碎片化了的積件，所有的用戶需求都被看作是一種云計算服務請求。用戶的終端可以是IE瀏覽器、手機、商務通、掌上電腦或者其他電子電訊產品。云學習系統是建立在云計算平臺之上的一個云計算應用系統。開發者可以用.NET，PHP等工具開發云學習系統。云學習系統架構一個云計算服務平臺，通過各種云計算Windows操作系統，可以提供各種云學習應用服務給用戶，如圖1所示。

圖1 云學習的系統模型

3.2 云學習系統組成

云學習系統的模型包含3個模塊，即交互控制模塊、用戶評價模塊、教師指導模塊;以及3個數據庫，即積件資源庫、評價庫、教師指導庫。交互控制模塊、用戶評價模塊及教師指導模塊構建成網絡課件系統(云學習前臺系統);資源庫、用戶評價庫、教師指導庫構建成云學習系統的后臺數據庫系統。網絡課件系統[6]是建立在云計算平臺之上的一個云學習應用系統。管理者通過云計算平臺對網絡課件系統和數據庫系統進行維護和管理。用戶和教師通過交互控制等模塊與網絡課件系統和數據庫系統之間進行信息的交互、交流。這些信息或資源通過3個模塊對3個數據庫進行信息的完善與更新。云學習系統模型的結構如圖2所示。

圖2 云學習系統組成

在這個系統中，無論是普通用戶，還是管理者或者指導者都可以通過統一的人機界面登陸，系統對他們進行行為分析與記錄，并通過計費系統進行登記。用戶評價模塊用于用戶對系統功能進行評價，以利于對系統進行改進;交互控制模塊用于用戶進行交互控制操作，一般的交互控制操作都通過這一模塊來實現;教師指導模塊用于教師進行指導、文章管理等。

4 云學習系統的關鍵技術

4.1 積件標準

4.1.1 積件標準

適應帶寬:50 Kb/s及以上;

顯示大小:可以任意縮放;

文件大小:500 KB以下(視情況可達到500 KB~5 MB，甚至更多);

主要文件格式:圖片、文本、Flash動畫、在線MP3、在線錄像等;

播放方法:某種播放器;

實現方式:瀏覽器、手機、商務通、掌上電腦或者其他電子電訊產品等。

4.1.2 積件的組合標準

積件必須組合成課件之后才能完整的運行。在此，可以使用標記語言來組織這些資源，以純文本的方式來描述這些資源的表達方式，其表達能力非常強大。特有的事件與代碼節，使該標記語言的擴展能力非常強大，以至可以實現復雜的交互。

多媒體標記語言(以HTTP協議為基礎):

字體樣式:說明

格式化文本:文本

圖像:說明

形狀:繪制語句

熱區:說明

按鈕:說明

美術文本:文本

表格:

聲音:說明

錄像:說明超鏈接:鏈接內容

文本框:說明

插件:說明

開始和結束:

頭部:標題

標題:

主體:標題

事件:事件可以如下定義

function 名字.事件名{代碼;}

代碼:代碼塊一般在程序的最后

4.2 視頻播放流媒體技術

流媒體技術的成熟與發展為實現視頻點播(VOD)等網上多媒體教學功能提供了有效的技術支持。流媒體技術采用流媒體格式傳輸方式，將整個多媒體文件壓縮解析成多個數據包，實時地向客戶端順序傳送。因此用戶無需等待整個文件下載完畢，就可以邊下載，邊解壓，邊播放。

4.3 云學習計費技術

云學習系統應以消費為基礎來計費，以確保消費者只為他們使用的資源付費。為實現上述功能，云學習計費系統[7]應提供網絡行為的實時監視、上網行為歷史數據統計分析與計費、日志和費用查詢、自動生成報表等功能。云學習計費系統應根據各運營商制定的相關計費規則完成對云服務綜合計費和結算功能，同時完成云服務的維護、管理、脫機備份等功能。云學習計費系統應能夠對正在發生的網絡通信和過去某段時間內的網絡訪問進行監視;統計一定時期內部門和個人的訪問請求量、數據流量和訪問時間;分析上網數據指標(訪問請求、發出流量、接收流量、通信時間、瀏覽時間)及其百分比;能夠區分工作日和節假日、工作時間/非工作時間，采用不同計費單價對用戶上網行為計費(或者虛擬計費)，同時還應當滿足以下功能需求:多種計費原始數據格式統一;不同業務不同計費關鍵字在同一計費平臺的整合;對預付費用戶實時扣費的支持;對云服務業務無縫擴展性的支撐。

4.4 高可靠的系統技術

支撐云計算的是大規模的集群計算系統，當系統規模增大后，可靠性和穩定性就成為最大的挑戰之一。需要通過有效的系統配置、監控、管理、調度、虛擬化等技術，實現一個強大的、動態的、自治的計算存儲資源池，提供云計算所需要的大容量計算力。系統級的容錯技術是系統技術[8]方面的一個難點。

4.5 數據存儲技術

為保證系統的高可用性、高可靠性和經濟性，云計算采用分布式存儲的方式來存儲數據，采用冗余存儲的方式來保證存儲數據的可靠性。另外，云學習系統需要同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務。因此，云計算的數據存儲技術[9-10] 必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。未來的發展將集中在超大規模的數據存儲、數據加密和安全性保證、以及繼續提高I/O速率等方面。為了滿足云計算的分布式存儲方式，同時保證數據的可靠性、高吞吐率以及高傳輸率的需求。云計算的資源存儲即云存儲。云存儲不僅是一個硬件，而且是一個網絡設備、存儲設備、服務器、應用軟件、公用訪問接口、客戶端程序等多個部分組成的復雜系統。各部分以存儲設備為核心，通過應用軟件來對外提供數據存儲和業務訪問服務。使用者使用云存儲，并不是使用某一個存儲設備，而是使用整個云存儲系統帶來的一種數據訪問服務。嚴格來講，云存儲不是存儲，而是一種服務。云存儲的核心是應用軟件與存儲設備相結合，通過應用軟件來實現存儲設備向存儲服務的轉變。

4.6 數據管理技術

云學習系統對大數據集進行處理、分析向用戶提供高效的服務。因此，數據管理技術必須能夠高效地管理大數據集，同時必須在規模巨大的數據中找到特定的數據。云計算的特點是對海量的數據存儲、讀取后進行大量的分析，數據的讀操作頻率遠大于數據的更新頻率。云中的數據管理是一種讀優化的數據管理。由于云計算采用列存儲的方式管理數據，如何提高數據的更新速率以及進一步提高隨機讀速率是未來數據管理技術必須解決的問題。

云學習系統對學習資源進行管理，其管理的基本功能是接受來自云用戶的資源請求，并且把特定的資源分配給資源請求者，合理地調度相應的資源，使請求資源的作業得以運行。為實現上述功能，云學習系統的資源管理系統應提供4種基本服務[11-12]，如:資源發現、資源分發、資源存儲和資源調度。資源發現和資源分發提供相互補充的功能。資源分發由資源啟動且提供有關機器資源的信息或一個源信息資源的指針，并試圖去發現能夠利用該資源的合適應用，而資源發現由網絡應用啟動并在云計算中發現適于本應用的資源。通常通過使用一個資源信息協議來發布云計算中的資源信息，而資源信息協議由資源發現和分發功能所實現。資源分發和資源發現以及資源存儲是資源調度的前提條件，資源調度實施把所需資源分配到相應的請求上去，包括通過不同結點資源的協作分配。

5 云學習教學系統仿真示例

以“經濟數學”課程的網絡教學為例，利用云計算仿真軟件CloudSim的Java包，將“經濟數學”遠程教學課程的課件資源集成到云計算網絡平臺中，然后按照如下步驟啟動云計算過程:初始化GridSim庫;創建數據中心;創建代理Broker;創建虛擬機;創建云任務;啟動仿真主程序;在仿真結束后統計結果。該例的仿真結果如圖3所示。

圖3 基于云計算的終身教育平臺示例結果

云計算等先進計算機技術無疑為網絡教學改革注入了新的活力和自動化能力，下面給出網絡教學實驗班與普通班的教學結果比較，如圖4和表1所示。

圖4 “經濟數學”課程的網絡教學改革結果

表1 《經濟數學》課程統計與分析

統計項目實驗班普通班

總人數6077

及格率98.33%93.51%

優秀率(≥80)30.00%6.49%

總分4 5705 393

均分76.1770.04

最高分9693

最低分5856

若是根據自己的研究對平臺進行了擴展，平臺重生成后，就可以在仿真程序中調用自己編寫的類、方法、成員變量等。

6 結 語

“云學習”是一種基于“云計算”的學習。這種學習是利用現代最先進的云計算技術，在云計算平臺上，通過云計算平臺對資源進行統一管理調配，以服務的形式提供給用戶的一種學習模式。“云”能建立真正意義上的移動學習，能實現國內一些學者所提倡的“小型化學習”、“微型化學習”、 “人人皆學、時時能學、處處可學、樣樣有學”的終身教育理想，通過基于云計算的終身教育服務平臺，一定可以實現。云學習系統提供的各種云學習服務可以根據用戶的需求實現彈性擴展。用戶的終端可以是瀏覽器、手機、商務通、掌上電腦或者其他電子電訊產品。用戶學習的對象是知識碎片化了的積件。在云學習系統中，所有的用戶需求即被看作是一種對云計算服務的要求。它基于互聯網，以瀏覽器為基礎;將數據存儲在云端，應用也存儲在云端;它強調服務，用戶按需使用服務，根據使用多少付費。云學習系統能為廣大的學員用戶提供一種新興的IT部署和交付模式，將有廣闊的應用前景。

參考文獻

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