基于云計算的數字化綜合學習平臺的研究與設計

陳宏揚 劉丹欣

(廣東輕工職業技術學院，廣東廣州510300)

基于云計算的數字化綜合學習平臺的研究與設計

陳宏揚 劉丹欣

(廣東輕工職業技術學院，廣東廣州510300)

目前，大部分職業院校的院系或者部門各自為營，單獨建立自己的線上學習平臺和教學管理系統，阻礙了學習數據的互融共通及互用。本文結合云計算技術，提出數字化綜合學習平臺的建設，一體化解決學校信息化教學的所有需求，對職業院校的線上學習和教學管理業務系統進行整合建設、全部打通，實現基于云平臺的移動學習、學習行為大數據分析與檢索、資源共建共享等多種功能，以期能摒棄信息孤島、降低學校建設成本、為學校提供數據決策以及提升學生的學習體驗，進一步提高學生的學習效果。

移動學習；云計算；數字化學習平臺；研究與設計

1 引言

2015年，教育部辦公廳在關于建立職業院校教學工作診斷與改進制度的通知（教職成廳[2015]2號）中提出，建立常態化的職業院校自主保證人才培養質量的機制，全面開展教學診斷與改進工作。強調了職業院校要充分利用信息技術，建立教學質量管理與診斷平臺，為教育教學質量保證體系提供支撐。該平臺的建立，需要對學校的教學管理部門系統以及數字化學習系統數據進行整合，而目前學校大部分的系統多是畫地為牢，各個部門建立自己的系統，阻礙了各個系統之間的共享互通與融合。以廣東輕工職業技術學院為例，由學校教務處牽頭，前后建立了網絡課程系統、精品課程系統、專業資源庫系統以及輕工在線慕課學習系統，教學管理系統則采用正方集團的教務系統。這些系統的數據由于企業層面或技術層面存在問題無法打通，填寫學校基礎數據表的時候，只能單獨從每個系統導出數據再進行人工匹配，從而整理出有效的數據，極大地加大了教師的工作量。另外，我校的創新創業學院、教師發展中心、成人繼續教育學院都有搭建線上學習功能的需求，為了避免信息孤島，降低學校教學數據和學習數據的整理難度以及減少學校后期的平臺建設或整合費用，有必要搭建一個全新的學習平臺體系，一體化解決學校信息化教學的所有需求，對需要開展線上學習和教學的業務系統進行整合建設，實現多個資源平臺共享互通與融合，最終建設成一個理念領先、技術先進、國際化特色突出的云計算數字化綜合學習平臺。

2 基于云計算的數字化綜合學習平臺的優勢及意義

云計算（Cloud Computing）是一種資源交付和使用模式，指通過網絡獲得所需的資源（硬件、平臺、軟件）。提供資源的網絡被稱為“云”，云中的資源在使用者看來是可以無限拓展的，并且可以隨時獲取，這種特性經常被比喻為像水電一樣使用的硬件資源，可以按需購買和使用。計算結合了虛擬化、分布存儲、海量數據管理等技術，利用互聯網將分散的、動態的、異構的信息資源和計算能力有效整合起來[1]。

使用云計算搭建學習平臺具有以下幾大優點：

（1）整個學習平臺架構主要以云計算為架構、集中托管提供平臺，資源共建共享摒棄信息孤島。

（2）降低學校成本。云平臺可以讓所有資源得到充分利用，其中包括價格昂貴的服務器以及各種網絡設備等支持平臺運行的基礎設施，企業技術人員的共享更使得成本降低。

（3）強大計算能力。云平臺有著強大的計算能力，無論是在處理海量數據，還是提升知識服務等方面，在云上能夠更好地進行學習行為數據存儲、挖掘、分析等工作。

（4）簡化維護。云學習平臺的使用，使軟硬件設施和管理數據不必再花費更大的精力，也不必對平臺版本進行維護升級。這樣管理人員可以省出更多的時間和精力投身于服務創新中。

（5）遠程異地備份和恢復功能。使用云平臺能夠實現對存儲數據的異地容災保護，消除安全策略的地域限制，從而構建全面的、完整的數據安全策略。

（6）使用云平臺，由于資源服務器和平臺服務器都可以部署在校外，所以當學生訪問學習平臺時，直接通過互聯網訪問云學習平臺，不需要占用學校的出口帶寬，大大緩解了學校的帶寬壓力。而且不存在并發數的問題，云學習平臺可以支持幾十萬人同時在線學習。

2.1 系統總體架構

平臺的整體架構包括基礎設施層、資源層、應用層和用戶層四大層次，通過管理機制、服務機制和評價機制的制度建設保障，構建完整的在線教學平臺。總體框架如圖1所示。層次之間的功能通過接口相互調用，每個層次的模塊既可以獨立使用，也可以結合其它模塊使用。

圖1 云計算數字化綜合學習平臺框架模型

在整個平臺系統模型中，用戶層包括本校學生、本校教師、聯盟學校、社會學習者、企業員工以及管理機構人員等，在后臺中管理員可以對不同身份的用戶賦予不同的學習和管理權限，還可以進行用戶審核、添加、刪除。

應用層是為用戶層與資源層的交互提供相互通信的一系列圖形UI，平臺中所有交互的流程均可在應用層上面實現。應用層內容分為兩部分。一是開發系統應用，包括數字化學習門戶、移動學習平臺、學習行為數據分析平臺、專業教學資源庫平臺、繼續教育平臺、教師發展中心平臺、數字創新創業平臺、通識課程平臺、教師和學生學習空間平臺以及數據共享中心的開發。在這個層次上，采用B/S結構，基于J2EE架構，頁面采用Web2.0 AJAX結合HTML5的DOM元素（文檔對象模型）來設計和開發整個系統的功能模塊，并采用扁平化設計，讓“信息”本身重新作為核心被凸顯出來，提供豐富的媒體交互性，使用AJAX技術來實現整個平臺子系統數據的及時更新，按需讀取，減少屏幕的刷新和閃爍，不需要另行安裝插件就可以支持IE9及以上版本、safari、Firefox、chrome等瀏覽器。二是與學校原有的信息系統進行整合，整合的平臺主要有數字化校園門戶，繼續教育學院平臺、教務系統以及數字圖書館等。

資源層主要由數據庫系統、文件系統、課程資源庫、試題庫、企業信息庫、培訓庫、教學資源庫、通識課、慕課微課、精品課、商業數字資源、學習期刊等資源及其數據接口API構成，本文數據庫采用Mysql數據庫系統，創建平臺系統所需的實體表。

基礎設施層主要是本地硬件、校園網絡、云平臺以及CDN技術組成。平臺采用“云端+本地化”相結合的部署方式，如圖2所示。整個數字化學習平臺部署在云端上，資源也部署在云端，由企業提供云端遠程數據異地備份和恢復功能，本地化部署則主要是在學校南海校區數據中心建立視頻資源和教學資源鏡像備份，并通過數據中心接口，與學校的數字化校園門戶、超星數字圖書館、教務系統進行數據整合打通，進一步擴大數據的共享范圍。

圖2 云計算數字化綜合學習平臺拓撲結構

2.2 系統模塊設計

本平臺把多個有線上教學需求的平臺進行融合建設，比如數字化創新創業平臺，教師發展中心和數字化學習門戶、移動學習平臺，打造綜合學習平臺體系；與學校教務系統和成人繼續教育學院的教學運行和管理數據進行對接，方便教師和學生查詢課程表、上課課室、考試成績、考勤簽到等情況；對學校數字化校園門戶進行整合，實現系統的單點登錄功能，不需要二次身份驗證，實現學生和老師用戶數據的集成，新生和新入職的教師信息能自動同步到數字化學習中心平臺等功能；與數字圖書館進行整合，教師可以從圖書館中查找并添加課程相關的電子參考書或教學視頻，推薦給學生進行在線閱讀，學生可實現對超星數字圖書館資源的各種檢索等功能，一體化地解決學校的信息化教學所有需求，可實現所有數據的整合，最終建設成一個理念領先、技術先進、國際化特色突出的基于云計算的綜合學習平臺。系統模塊詳細設計分為以下幾個部分：

（1）數字化學習門戶。包含學習空間、教學互動、課程建設、網絡教學、教學監督、教學管理評估等多個模塊。教師能夠應用教師空間進行校本課程建設、在線備課、教學監控、資源共享，可進行對教學的課前、課中和課后整個過程管理，完整記錄學生學習歷程，提供師生全面的教學互動管理功能。平臺支持網絡有償教學，在學校支持的情況下，教師可利用課余時間進行有償兼職，針對社會學習者在團隊的校本課程上開設收費網絡教學班，實施有償教育。學生能夠應用學習空間自主學習和協作性學習，并可充分利用碎片化時間實現移動式學習。

（2）移動端平臺。包含六大子系統：“移動課堂互動系統”、“移動修學分系統”、“移動閱讀系統”、“移動開放課程”、“移動教務系統”、“移動社交系統”。在課堂互動中可以進行簽到、搶答、投票、投屏等互動功能，同時在移動端的學習進度要自動同步到PC端，學生在任何終端上，都可以實現學習記錄的持續性。支持iOS和Android兩大在主流操作系統，同時滿足手機、平板電腦智能移動終端使用。

（3）學習行為大數據平臺。采用海量存儲技術，記錄用戶的學習軌跡、學習期間、學習內容、學習效果，展現用戶的學習過程，提供統計分析和預測的數據；采用數據挖掘技術，根據用戶的學習軌跡，在整個系統中快速聯想式地檢索相關數據資源，實現學校和教師各方面信息的多維關聯，建設有關學校發展和教師成長的信息化檔案，從而為教學質量管理與診斷平臺的建設提供海量的、種類繁多的數據支持，進一步提高學校管理者和教師的數據意識和技術。

（4）專業教學資源庫。包含專業管理、專業建設、資源建設、資源檢索、資源審核、后臺管理、在線學習等多個模塊。按照國家職業教育專業教學資源庫的技術標準打造平臺，構造能夠滿足教學資源建設長期持續發展的應用框架。以專業為基礎進行數字化教學資源的建設和組織，并實現院校級各專業的資源共建、共享、共用，實現學校軟資產的不斷積累。

（5）教師發展中心平臺。包含教師在線學習、教師在線學習檔案、課程中心、學分管理、教學評價、教學監督、咨詢交流、數據統計等多個模塊。采用“引入+自建”課程資源的模式為廣大教師提供校本培訓、繼續教育服務、技能與手段培訓服務，利用云端數字化學習平臺實現教師充分交流、相互合作與資源共享，促進教師提升教學質量。

（6）數字創新創業平臺。包含創業比賽、移動創業學院、課程中心、網絡創業實訓、在線學習、作業考試、教學監督、數據統計等多個模塊。采用“引入+自建”課程的模式為搭建完整的創新創業課程體系。配備先進的網絡教學平臺，提供包含移動創業學院、在線學習、學習行為分析、課程監控、創業項目展示、創業大賽、網絡創業實訓、協作交流等功能。

（7）通識課程平臺。包含課程資源、在線學習、學習過程管理、移動學習、教學監督、在線作業、作業考試等多個模塊。課程資源內容重點涵蓋人文情懷、社會科學、科學素養、社會責任、通用能力、教師培訓、國際視野、創新創業和國防等領域課程，課程高清拍攝、廣播級制作，配備完整字幕，配套相關教參書、作業、試題，以及包含繼續教育學院通識課程選修等。

3 結語

基于云計算的綜合學習平臺，打破時空限制，有效地將設備環境、時空環境和人文信息環境融合在一起，優化了教學流程，一體化解決了學校信息化線上教學的所有需求，提升了用戶體驗。希望本課題的研究能為高校信息化建設提供一定的參考價值。

[1] 李楚貞,吳新玲. 基于云計算的圖書智能推薦系統研究[J]·計算機科學與應用,2013(3):257-261.

[2] 王松禹. 基于云計算的全民終身學習平臺設計與實現[J]·中小學電教,2013(11):76-77.

Research and Design of Digital Integrated Learning Platform Based on Cloud Computing

Chen HongyangLiu Danxin
(Guangdong Industry Polytechnic，Guangzhou 510300，Guangdong)

Currently,most colleges or departments in vocational universities are managed independently while they establish their online learning platforms and teaching management systems individually.It highly hinders the interaction,integration and common accessibility of data.Combining with the cloud computing technology,this article puts forward the construction of digital integrated learning platform to meet the needs of informationized instructions in universities.Furtherer,vocational universities must integrate their online learning platform and teaching management systems to realize the cloud-based mobile learning,big data analysis and retrieval of learning behaviors,the co-building and sharing of resources,etc.Therefore,we can avoid inconsistent information,reduce the construction cost of universities,provide data-based decision suggestions to schools,improve students’learning experience and further enhance their learning effect.

mobile learning;cloud computing;digital learning platform;research and design

G434

A

1008-6609(2017)09-0015-03

陳宏揚（1985-），男，廣東汕頭人，碩士，助理研究員，研究方向為計算機應用。

廣東輕工職業技術學院教改項目“基于校企共建的網絡視頻公選課平臺的移動學習研究”，項目編號：粵輕院高【2016】2號JG 201615。