基于云計算平臺的高校精品課程資源共享系統

河北省教育廳廳長 劉教民

“基于云計算平臺的高校精品課程資源共享系統”是河北省教育廳從2007年開始建設的。由于當時受網絡環境、軟硬件及計算功能的影響，這個系統做的一直不是很理想。而近兩年來，我們通過云計算做的這個系統相對還是比較理想的。大家都知道云計算也叫“云”，從2002年到2013年人們開始研究“云”和“云的應用”。支撐平臺有三方面應用：云服務、軟件即服務、設施即服務。“云”又有公有云和私有云之分，公有云是由供應商來提供軟件和硬件等基礎設施來形成的云；私有云則有部門及單位所應用的云計算和云網絡；公有云和私有云加在一起就是混合云。

什么是云計算

云計算是我們過去常用計算機技術里，比如：網格計算、并行計算、分布式計算、負載均衡、存儲、效用計算等常規的效用計算機計算伴隨著網絡技術融合而成的一個產物。云計算是聯入計算機系統的或是聯入網絡系統的計算機最低成本來實現的一種高效的計算機計算功能和網絡信息資源的數據功能或稱為資源池功能。云計算通過網絡以按需、易擴展的方式向使用者提供所需的各類軟件應用和基礎資源。其中的基礎資源可以是無限大、運算速度可以是幾十億次甚至是上百億次的計算速度。軟件服務是通過提供的軟件來服務。效用計算是按需使用，數據中心基礎硬件和軟件資源，效用計算里面包括：應用平臺服務、基礎設施服務。云計算的特征是：高效能、高共享、高安全、高速度。

國內外云計算在教育方面的現狀

Google及IBM在美國的一些大學校園（包括：卡內基梅隆大學、華盛頓大學、斯坦福大學、加州大學及麻省理工大學等）從2007年開始推廣云計算。到2008，Google宣布在臺灣啟動“云計算學術會議”，將于臺灣臺大、臺灣交大等學校合作，將大規模、快速地將云計算技術推廣到校園。2009年，IBM云構建服務幫助美國哈佛大學構建了基礎設施云計算服務，可以在多達10個學校之間共享計算資源，從而可以在整個大學系統之間優化計算能力、存儲、服務和數據中心工作，為其客戶集群提供服務。2011年7月，東南大學與IBM公司聯合成立IBM云計算聯合研究中心。2013年9月，全球云計算大會中國站將在上海國際會議中心舉辦。

高校精品課程建設背景與基礎主要是：2003年，教育部在全國高等院校啟動精品課程建設。2003年8月，河北省就建立了“河北省高校精品課程網站”，這是河北省燕山大學做的一項工作。2004年5月，我們精品課程門戶網站及數據庫面向全省高校開放。2007年1月，我們開發“精品課程網絡評審系統”，連續五年利用該系統來完成河北省精品課程評審工作。2008年9月，我省“精品課程網絡評審系統”獲得國家版權局軟件專利著作權。2002年到2011年，我省累計建設精品課程1千余門，初步形成精品課程數據庫，面向全省高校用戶免費開放。這些精品課程是很好的資源，覆蓋了大學很多基礎的應用和專業課的課程。但是這些精品課程在完成評審后，基本被束之高閣，除了有網站外沒有很好的資源共享和利用，這些問題逐步被提出。到了2011年7月，引進了云計算平臺基礎設施，拓寬網絡帶寬，為精品課程云服務平臺搭建硬件平臺。從2012年到2013年，我省開始建設云計算平臺虛擬化管理，高校精品課程平臺初具規模。

現有高校精品課程存在的問題

1.資源獲取 資源獲取困難包括：精品課程制作無統一技術規范，過多依賴插件導致信息獲取不暢；展示課程只有教學大綱，教案以及課件，無完整教學視頻，導致信息不全面；課程網站提供帶寬有限，造成網絡擁塞，導致信息獲取瓶頸。

2.數據更新 數據更新困難主要是缺乏有效約束和考評機制，導致課程負責人對后續建設與內容更新不重視。網絡平臺功能設計不便利導致平臺易用性差。

3.系統兼容 系統兼容困難主要是針對課程各類素材缺乏統一技術標準，各校各自選用平臺建設，軟硬件平臺的異構性導致平臺兼容性差。視頻發布格式單一，沒有顧及不同瀏覽器版本以及帶寬分布，導致資源通用性差。

4.課程互動 課程互動困難主要是課程互動需要巨大的工作量，然而教師精力有限，導致缺少互動，授課效果不佳。傳統網絡技術在多人同時在線時，無法提供穩定訪問，影響互動效果。

5.課程管理 現有精品課程管理的分散化，例如精品課程1到精品課程4它們分別對應著四所學校，這種管理模式使得資源分散，難以形成規模，資源不平衡，難以達到分配公平，管理不同步，難以形成標準。

云計算在精品課程建設中的應用價值

1.降低成本 每位用戶相當于一個輸入輸出設備，建設成本低，無需重復建設；由于基礎設施及網絡運維都有運營商提供，無需各個高校用戶實時維護，運維成本低。

2.無限資源 用戶可隨時使用，按需擴展，不受時間地點影響。

3.支持科研創新 老師們可以利用這些資源進行研究，這降低了科研研究的成本。

4.數據和資源可以共享

5.海量伸縮 通過“海量伸縮”更快速地部署和使用標準、共享、虛擬化等。

基于云計算平臺的高校精品課程系統建設目標

所有學校的精品課程通過云計算的服務平臺整合在一起，形成了在基礎架構平臺上實現虛擬化和自動化的資源調配，以及相應的管理配置功能。并將精品課程遷移到云計算平臺上，建設具有教、學兼備和互動交流等功能的高校精品課程共享系統。

建設方案與構想

1.云計算服務架構

云計算的服務構架是：IaaS(Infrastructure as a Service)，基礎設施作為服務(計算、存儲、網絡)；PaaS(Platform as a Service)軟件平臺作為服務)中間件、應用服務器、數據庫等)，這些都由運營商提供服務；SaaS(Software as a Service)應用，流程和信息作為服務。上述三個都是公有云，他們都是運營商或集團公司來提供。剩下的我們只需要把自己的信息中心和用戶網建好，每個高校都作為一個輸入輸出設備既可。

2.建設云計算平臺的時序主要是三個階段

第一個階段是虛擬化、管理自動化、建立自己的服務門戶，這個算基礎設施的建設；第二個建設是平臺建設，它是支持高校的中間件建平臺建設及數據庫及應用服務的建設；第三個階段是軟件服務，提供的是高校精品課的管理服務平臺及一些應用軟件的服務平臺。

3.實施方案

(1)基礎設施的建設層：采用惠普GL980G7（8×8核CPU、128G內存）高端服務器1臺；IBM3650M3型機架式服務器（2×4核CPU8G內存）5臺；IBM346服務器5臺；IBM SAN光纖存儲網絡（容量：50T）；教育網帶寬：500M；聯通網帶寬：100M。

(2)構建虛擬化管理平臺包括：計算平臺、網絡平臺、存儲平臺。它的實施是利用虛擬化軟件，將已有的服務器設備、存儲設備進行統一管理，形成硬件資源池，利用高效的管理手段，使得軟硬件資源進行統一的分配，方便地利用雙機熱備、服務動態遷移、動態負載均衡等高級功能，為用戶提供永不宕機的服務。

(3)PaaS應用服務平臺

1)PaaS基礎架構的必備功能建設：動態伸縮的共享基礎構架、支持組建共享、支持快速部署、支持自助服務、管理自動化；2)軟件設備和PaaS建設是通過中央部門創建軟件設備共享組件后，部門應用程序所有者基于軟件設備和共享件創建應用程序，做完后成功實現PaaS的關鍵因素是應用程序所有者將每個軟件設備中的相應內容公開為“可配置的”；3)組合件和PaaS建設，中央IT創建共享組合件，部門應用程序所有者使用組合件創建應用程序，然后將其部署到云平臺中。去創建組合的作用是強化了PaaS、為平臺預先構建更復雜的應用混序基礎、加快部署、降低發生配置錯誤的風險、通過標準化和一致性簡化了運行的操作。

(4)SaaS軟件服務層建設：即高校精品課程軟件門戶網站。其最底層是精品課程管理系統；再上一層是精品課程的一些服務平臺，包括一些服務軟件和服務功能來實現的。

系統建成之后的效果

1.建成高校精品課程資源“云”

目前河北省有1000多門精品課程，這些課程如果由“云”提供，那么河北省113所大學可以實現這些精品課程的資源共享。云計算的異構系統共存技術可實現資源整合；云計算的高性能、高共享等技術特點實現對現有的精品課程聚合的課程資源“云”；根據學科特點建設次級資源“云”；云計算降低了建立“云”時，各高校教育資源的軟硬件成本；云計算提高了使用“云”時，各用戶的易用性。

2.提高精品課程訪問安全與速度

現在雖然帶寬增加了，但是如果不使用“云”，這種分散型的管理仍然形成各高校的信息化孤島，不能有效地安全高效使用這些資源。而云計算高安全性等技術為課程資源提供可靠、安全的數據存儲中心；云計算的協同工作、負載均衡等技術特點提高了訪問速度和效率。

3.優化精品課程

云計算的高度技術提高了課程資源使用率等問題；云計算的優化等技術特點避免課程資源重復建設，實現優質資源廣泛利用，劣質資源的淘汰；云計算的計費等技術可實現資源的良性運轉，教育部門可將有限的經費投入到優質資源的建設中。

4.建設立體化教材、仿真實驗室等環境

利用云計算的超容量帶寬和視頻3D技術制作包括文本、音像、攝影、模擬軟件等在內的立體化教材；利用云計算的強大計算能力、通過仿真模擬工作過程來優化教學過程，提高教學質量和效率。

5.精品課程的互動平臺

利用云計算的協同工作和資源共享的特性，調動不同位置的眾多計算機資源，使用戶自主或合作學習；利用云計算建設文字及視頻互動平臺，增加了學習形式的多樣性。

6.實現個性化移動教學

云計算不考慮用戶接入物理位置與時間，可提供任何只是背景用戶所感興趣的資料，實現個性化教學；云計算允許用戶以任何硬件設備接入，提供用戶移動教學環境。

圖 基于云計算平臺的高校精品課程帶來的變化

基于云計算平臺的高校精品課程帶來的變化與傳統教學模式進行比較，如圖所示。