基于云計算網絡教學平臺架構的設計與實現

許朋 李宗偉

摘要：基于云計算模式下的網絡教學平臺具有成本低、能實現真正意義上的移動式學習服務等優勢，相對于傳統方式的網絡教學平臺受到了一定的沖擊。因此，本文就基于云計算的網絡教學平臺架構設計與實現進行探討。

關鍵詞：云計算；網絡教學平臺；架構設計；關鍵技術

一、云計算與網絡教學概述

（一）云計算。作為一種基于因特網的超級計算模式的云計算，融合了傳統計算機技術和網絡技術。廣義的云計算是服務的交付及使用模式，而狹義的云計算是通過網絡按需、易擴展的方式得到硬軟件、平臺等資源。云計算提供了三個層次服務：軟件即服務（SaaS），是基于云計算平臺開發的各類應用服務，提供一種應用框架；平臺即服務（PaaS）將中間件平臺給用戶提供研發，它是提供了一個集成環境；基礎設施即服務（IaaS），它的構成由底層的硬件及虛擬資源池兩部分，將虛擬化服務器及用戶需要的存儲資源等服務提供給用戶，它提供一個軟件應用環境。

（二）網絡教學。網絡教學是一種自主性、互動性、個性化的教學方式和學習方式，是用戶通過計算機網絡進行學習、培訓與教學活動，用戶操作簡單、界面簡捷和使用方便，其主要功能是實現選課、學習課程內容、學習進度、網上作業、網上答疑、課程論壇、課程練習、課程考試和課程評價等，支持網絡環境下的教與學的互動以及網絡教學資源的管理，體現以人為本的教學模式。同時，提供對各種信息的管理，如：課件的上傳和開發、用戶個人信息等。

二、網絡教學平臺目前普遍存在的問題

（一）在線視頻為主的課程是單向的信息輸入，缺乏互動討論。不論是M1T的OCW還是國內精品課程，主要形式都是采用演示文稿、在線或離線課堂視頻的方式，教師向學習者輸出信息。學習者只是單向的對信息的輸入，學習者無法與教師或其他學習者進行互動。但是學習者是存在多樣性，包括需求的多樣性、學習方式多樣性、接受能力多樣性等，現有的課程教學方式無法滿足個性化學習者的學習需求。

（二）教學方式缺乏互動、學習者之間缺乏協作。教師按教學大綱進行課程的編排，并將教學的內容錄制成視頻提供給學習者進行學習，作為正式教育的一部分，教師與學習者只是在完成教育角色的行為，教師講授課程、學習者異步自我學習課程。然而，遠程教育更應該利用時空的差異，提供個性化互動學習，即：學習者學習靜態的視頻開放課程，更重要的是參與到教師的實時互動交流的開放課程，教師與學習者之間交流不只是教學大綱的內容，更多的是與學習者共同探討課程知識點的延展，同時也需要一個虛擬學習社區平臺，與教師、學習者就學習問題、某個知識點進行實時或異步的交流互動。

（三）學習者學習評價缺乏真實性。在正式的遠程教育環境下，對學習者的評估通常是通過正式評估、非正式評估、選擇性評估實現，包括：測驗、作業、出勤、討論、選擇性等方法，但在實際的學習過程中，無法對學習者學習過程進行評價，包括：學習者是否在認真的參與學習還是開著視頻瀏覽其他網頁或是開著視頻人卻離開：更為重要的是非實時的課后測驗、作業很難保證質量以及獨立完成。

（四）學習者學習方式缺乏靈活性。隨著3G通信技術越來越多的應用，學習者將上班路上、地鐵交通等碎片時間充分利用起來，形成了碎片式學習，而傳統的網絡教學平臺很難實現異構接入終端連續性學習，包括：PC客戶端、手機和移動PAD等終端。

三、平臺的關鍵技術

（一）教學節目單管理。教學節目單門戶在網絡教學平臺的極其重要的應用，它與視、音頻節目一樣，是互動視頻平臺的基本業務，被認為是互動類平臺的門戶。教學科目單可提供豐富的節目預告信息、方便靈活的檢索引擎，通過它用戶可以方便地瀏覽和查詢教學節目信息，同時還可以通過門戶看到更多的教學內容導引信息，如教師簡介、授課視頻片斷等，資源庫中的的教學視頻直播。

（二）協作平臺的實現。網絡教學平臺的協作平臺是開發量最大的部分，要求是一套跨平臺的即時通訊解決方案，基于先進的H，264視頻編碼標準、AAC音頻編碼標準與P2P技術，整合了音視頻編碼、多媒體通訊領域的開發技術。基本分為客戶端SDK和服務器SDK兩大部分。其中客戶端SDK用于實現語音、視頻的交互以及其它客戶端相關的功能，而服務器SDK主要實現業務層邏輯控制，以及與第三方平臺的互聯等?？蛻舳薙DK和服務器SDK均支持c++、c#、VB，Net以及Delphi等開發語言。

（三）版權保護設計。DRM（Digital Right Management）加擾是保護互動平臺視頻內容版權的必要配備，可以有選擇的實現網內線上的視頻互動，而避免用戶下載用于未經授權的其他用途。我們設計并實現的平臺主要采取了實時加擾和防盜鏈設計兩方面的措施來實現版權保護。

四、基于云計算網絡教學平臺架構的設計與實現

（一）網絡教學平臺的設計思路和主要內容。云計算的核心理論就是“服務”，在云計算環境下實現的各種服務統稱為“云服務”，其主要特點主是在云端存儲數據和提供軟件服務，用戶在能接入互聯網的地方可以隨時隨地的使用“云服務”。在設計網絡教學平臺時，要使平臺具有強大的教學功能、簡捷實用的學習功能、全面的管理功能和內容豐富的教學資源功能，主要設計學習模塊、教學模塊、資源模塊和管理模塊等，真正實現自主性學習、個性化學習和教學互動，為學生、教師和管理人員提供教學、學習和管理服務。

（二）網絡教學平臺的架構設計?；谠朴嬎愕木W絡教學平臺總體架構主要是服務層、接口管理層和應用層，其架構可以采用亞馬遜、微軟、谷歌、VMware和IBM公司的幾款主流云產品便可快捷搭建。本架構主要采用MicrosoftVisualStudio2008為開發工具進行本項目的開發，后臺數據庫為SQLServer2005，采用三層體系結構Browser/WebServer/DatabaseServer達到設計和管理網絡教學平臺的目的。本平臺以為教師、學生及管理人員提供教學服務為主要功能，下圖是總體框架圖略。網絡教學系統在云計算環境下封閉成該系統所依賴的教學和學習資源“云服務”，如：網絡課程、教學視頻、電子課件、電子資源、課堂練習等資源也可以封裝成“云服務”。既可以服務于本校學生，也可以為其他教育信息系統提供服務。對各模塊采用特定的語言和框架，運用“松散耦合模式”進行開發，封裝時基于云計算的標準向云環境發布，在最大范圍能夠共享學校的優質資源，提高教學資源的利用率。

（三）網絡教學平臺的實現。（1）服務層。服務層對應云計算的基礎設施IaaS，通過虛擬化服務層將服務器、存儲設備、網絡設備和安全設備等全面虛擬化，建立一個隨需選用的資源共享的基礎資源池，如計算池、存儲池、網絡池和教學資源池等，并以服務的形式出租給用戶，為用戶提供IT基礎設施。這一層是最重要的一層，也是云存儲的核心，主要是通過云計算的集群、分布式文件管理以及網絡計算等技術來實現網絡資源的存儲與管理，在網絡資源的存儲與管理中，最為重要的就是存儲設備的協同工作。（2）接口管理層。接口管理層對應云計算的平臺即服務，為用戶提供應用軟件開發環境、服務器平臺、認證服務、數據存儲等服務，既可以直接面向用戶，也可以通過OpenAPI提供給用戶。網絡教學平臺可以根據學校要求由學?；蚍丈淘O計和開發，根據不同需求開發出不同的接口，從而提供不同的服務。（3）應用層。應用層對應云計算的軟件即服務（SaaS），該層通過因特網以及OpenAPI開發的客戶端登陸到云計算環境下的網絡教學平臺，享受網絡教學平臺提供的各種軟件服務。

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