基于云平臺(tái)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)方案研究

唐娟

摘要：云平臺(tái)為高校教學(xué)提供完善的軟件交互服務(wù)，基于云平臺(tái)構(gòu)建的教學(xué)系統(tǒng)在很大程度上給學(xué)生提供了更加廣泛的學(xué)習(xí)空間，不僅培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)有利于教師進(jìn)行多元化教學(xué)與考核。據(jù)此，本文主要對基于云平臺(tái)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了基于云平臺(tái)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案，以期能夠顯著提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái)；教學(xué)系統(tǒng)；技術(shù)方案

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）05-0111-02

1 基于云平臺(tái)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)

云平臺(tái)主要包含資源平臺(tái)層、軟件設(shè)施層、實(shí)驗(yàn)管理層等，其中層面不同，其中所存在的軟硬件設(shè)備十分多元化，其共同構(gòu)成了云平臺(tái)。軟件與硬件都是資源平臺(tái)層面的重要設(shè)備，為教學(xué)服務(wù)層提供技術(shù)支撐條件。教學(xué)服務(wù)層則包含數(shù)據(jù)庫、用戶服務(wù)、存儲(chǔ)平臺(tái)、教學(xué)管理、評估等相關(guān)內(nèi)容，是綜合性、整體性較強(qiáng)的實(shí)踐系統(tǒng)。其中，虛擬機(jī)直接為實(shí)踐教學(xué)提供了封閉式環(huán)境。基于云平臺(tái)的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在下層，通過云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建資源平臺(tái)層?；诜?wù)器、網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)設(shè)備等硬件設(shè)施，以云計(jì)算系統(tǒng)軟件為載體，云平臺(tái)以（IaaS）、平臺(tái)服務(wù)（Paas）、軟件服務(wù)（Saas）形式為上層教學(xué)服務(wù)提供資源。在平臺(tái)層上，通過云平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)服務(wù)開發(fā)和布置。其中，所謂實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)就是統(tǒng)一監(jiān)控并管理設(shè)備、課程、環(huán)境等。在教學(xué)過程中，課程管理服務(wù)屬于核心環(huán)節(jié)，教師根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)課程，即設(shè)計(jì)具體課程內(nèi)容，并合理設(shè)置環(huán)境。進(jìn)行課程開發(fā)需要所有教師一起努力開展，才能夠快速有效完成。學(xué)生在自主選擇所要學(xué)習(xí)課程時(shí)，需要對詳細(xì)內(nèi)容與具體資料進(jìn)行查詢，而教師的任務(wù)則是對資料進(jìn)行客觀評判。就不同的實(shí)驗(yàn)來說，學(xué)生與教師則可以采取彼此留言的方式實(shí)現(xiàn)溝通。教學(xué)評估服務(wù)則是基于教學(xué)過程分析挖掘其中所詳細(xì)記錄的數(shù)據(jù)信息，在班級、課程、學(xué)生等相關(guān)層面，客觀評價(jià)教學(xué)質(zhì)量。

統(tǒng)一門戶、用戶管理、存儲(chǔ)等屬于基礎(chǔ)性服務(wù)，主要是為實(shí)踐教學(xué)的開展奠定基礎(chǔ)。在整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中，所謂入口位置就是統(tǒng)一門戶，其發(fā)揮著不可替代的重要作用，用戶通過登錄此入口，進(jìn)行服務(wù)訪問與瀏覽。用戶管理服務(wù)主要是進(jìn)行身份認(rèn)證與權(quán)限管理，在認(rèn)證之后，可以對權(quán)限內(nèi)的服務(wù)開展訪問。而存儲(chǔ)服務(wù)可以給用戶提供一定的獨(dú)立空間，以便于自行存儲(chǔ)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)主要是通過面向服務(wù)結(jié)構(gòu)的方式，組織系統(tǒng)所有服務(wù)，再注冊其他服務(wù)，而服務(wù)為了進(jìn)一步訪問其他服務(wù)，應(yīng)先向服務(wù)發(fā)現(xiàn)查詢所需的具體信息等，并根據(jù)查詢結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的查詢結(jié)構(gòu)訪問。在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，極有可能會(huì)涉及到各式各樣的服務(wù)，而SOA能夠?qū)崿F(xiàn)各種相關(guān)服務(wù)之間的有效對接。

在服務(wù)運(yùn)行時(shí)，會(huì)不斷形成完善的數(shù)據(jù)庫。用戶管理服務(wù)的根本在于數(shù)據(jù)庫，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)中，相關(guān)課程數(shù)據(jù)庫、畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫等，可以將實(shí)踐教學(xué)狀態(tài)全方位展現(xiàn)出來，經(jīng)過長時(shí)間積累數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行深層挖掘與分析，客觀公平地評估真實(shí)的教學(xué)效率與質(zhì)量。另外，教學(xué)評估服務(wù)主要是以數(shù)據(jù)庫與云平臺(tái)日志作為主要載體，以此評估教學(xué)整個(gè)過程。在服務(wù)發(fā)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)庫進(jìn)行服務(wù)注冊，以供相關(guān)服務(wù)進(jìn)行查詢訪問。

2 基于云平臺(tái)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)方案

2.1 虛擬化技術(shù)

在基于云平臺(tái)的教學(xué)系統(tǒng)中，可以應(yīng)用虛擬化技術(shù)將各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙，使系統(tǒng)用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。

2.2 Hadoop

在計(jì)算機(jī)中，Hadoop屬于分布式文件管理系統(tǒng)，它的核心設(shè)計(jì) HDFS為海量的數(shù)據(jù)提供了存儲(chǔ)， MapReduce則為海量的數(shù)據(jù)提供了計(jì)算，具備高可靠性、擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。在教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)過前臺(tái)后臺(tái)用戶操作，每天會(huì)生成海量數(shù)據(jù)信息，這其中包括普通文本數(shù)字類數(shù)據(jù)以及多媒體信息。但是，HDFS和MapReduce能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整理，而且Hive等數(shù)據(jù)倉庫工具也是教學(xué)系統(tǒng)的主要統(tǒng)計(jì)分析軟件，可以把結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)文件反映成數(shù)據(jù)庫表格，并提供一定的SQL查詢功能。在教學(xué)評估數(shù)據(jù)信息分析過程中，Hive數(shù)據(jù)倉庫工具能夠?qū)⒆陨碜饔贸浞职l(fā)揮出來。

2.3 SOA

SOA是一種基于服務(wù)的系統(tǒng)集成方法，在教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，多種服務(wù)通過定義接口與契約進(jìn)行連接，接口則選擇中立的方式加以定義，并獨(dú)立在實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、編程語言等方面。面向服務(wù)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)能充分利用現(xiàn)有資源，SOA提供一個(gè)抽象層，將現(xiàn)有業(yè)務(wù)功能封裝成服務(wù)，供其他用戶調(diào)用，并且不依賴于具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和平臺(tái)，易于集成和管理。因?yàn)镾OA可以充分利用原有系統(tǒng)提供的可用服務(wù)，所以能快速構(gòu)建或擴(kuò)展一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)。SOA教學(xué)系統(tǒng)主要是以服務(wù)為教學(xué)中心，服務(wù)注冊和訪問具備整體流程，信息訪問則需要通過進(jìn)一步查詢，并依據(jù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)與接口之間的有效銜接，然后，完成信息訪問與調(diào)用。

2.4 統(tǒng)一身份認(rèn)證

在教學(xué)活動(dòng)過程中，還應(yīng)同時(shí)開展各種相關(guān)服務(wù)。用戶通過統(tǒng)一門戶便能夠登錄進(jìn)去，再通過用戶管理服務(wù)加以認(rèn)證，需先后訪問其他相關(guān)服務(wù)，這時(shí)應(yīng)具備支持統(tǒng)一身份認(rèn)證的功能，以便于能夠?qū)崿F(xiàn)一次性登錄與多處訪問。基于PKI、CA、數(shù)字證書等安全性技術(shù)，以云平臺(tái)為載體，采取WEB服務(wù)形式對用戶身份進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證。

3 基于云平臺(tái)的教學(xué)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用

以教學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行是一項(xiàng)封閉循環(huán)的過程，其中主要分為三個(gè)階段，即課程開發(fā)、課程實(shí)施、課程評估，然后返回課程開發(fā)，以評估結(jié)果為載體改善優(yōu)化課程體系。本文以C語言教學(xué)為例，進(jìn)行云平臺(tái)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用分析。

在進(jìn)行課程開發(fā)的時(shí)候，教師通過統(tǒng)一門戶，登錄課程管理服務(wù)，請求開設(shè)C語言課程，并上傳相關(guān)教學(xué)資料，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。就不同的專業(yè)，根據(jù)實(shí)際情況，合理設(shè)置教學(xué)環(huán)境，并構(gòu)建Linux虛擬機(jī)模板或者Windows虛擬機(jī)模板。

在課程教學(xué)過程中，教師登錄到課程管理服務(wù)中，根據(jù)具體教學(xué)規(guī)劃，以實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)為載體，具體安排課程時(shí)間和實(shí)驗(yàn)教室。在課程開始之前，教師需先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)訪問，再根據(jù)環(huán)境的實(shí)際需要，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建，以為學(xué)生提供更加完善的虛擬機(jī)環(huán)境。與此同時(shí)，教師還需先明確規(guī)定虛擬實(shí)驗(yàn)室的具體開放時(shí)間，不能太約束，學(xué)生應(yīng)就自身需求進(jìn)行充分恰當(dāng)?shù)陌才?。學(xué)生虛擬機(jī)實(shí)際上也可以當(dāng)作服務(wù)，在進(jìn)行虛擬機(jī)創(chuàng)建之后，通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行服務(wù)注冊，并有效銜接課程管理服務(wù)的學(xué)生選課信息。在課程過程中，學(xué)生通過統(tǒng)一門戶登錄課程管理服務(wù)，能夠查看所選擇的課程，并瀏覽完成的實(shí)驗(yàn)和已經(jīng)完成的內(nèi)容，就實(shí)驗(yàn)環(huán)境和選課信息間的密切聯(lián)系，基于查詢服務(wù)快速進(jìn)入虛擬機(jī)，并編寫代碼與調(diào)試運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生通過課程管理服務(wù)項(xiàng)目，上交報(bào)告與程序代碼等詳細(xì)信息。在關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)環(huán)境會(huì)被隨之注銷掉，資源也能夠被全面釋放出來。

在進(jìn)行課程評估的時(shí)候，教師需要通過課程管理服務(wù)，對學(xué)生上交的具體資料信息進(jìn)行全面審核查看。學(xué)生通過課程管理服務(wù)，可以查詢具體結(jié)果，以留言的方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師間的深層交流。在課程開發(fā)、實(shí)施、評閱時(shí)，教師與學(xué)生可以全方位控制，將資料信息完整存儲(chǔ)，以此形成課程狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。在所有數(shù)據(jù)信息都全面積累之后，課程評估服務(wù)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫的信息，以及其他數(shù)據(jù)庫與云計(jì)算系統(tǒng)日志，利用數(shù)據(jù)挖掘算法，通過教學(xué)班級、實(shí)踐課程、學(xué)生個(gè)體等，客觀評估教學(xué)效率與質(zhì)量，從而從中發(fā)現(xiàn)教學(xué)不足，據(jù)此采取科學(xué)合理、行之有效的對策。教師通過評估分析結(jié)果，進(jìn)一步改善與優(yōu)化課程具體內(nèi)容與實(shí)施方式、流程等，以形成良性的內(nèi)部循環(huán)過程。

4 結(jié)語

云平臺(tái)為高校教學(xué)提供完善的軟件交互服務(wù)，基于云平臺(tái)構(gòu)建的教學(xué)系統(tǒng)，基于學(xué)生作為教學(xué)主體，在很大程度上給學(xué)生提供了更加廣泛的學(xué)習(xí)空間，不僅提高學(xué)生的專業(yè)技能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。基于云平臺(tái)構(gòu)建的教學(xué)系統(tǒng)可以擴(kuò)展很多教學(xué)輔助功能，如教學(xué)管理和評估功能，有利于教師進(jìn)行多元化教學(xué)與考核。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李兵，黃錚，王亞飛.基于桌面云平臺(tái)的輔助教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2015（24）：72-73.

[2] 王斌.基于云平臺(tái)的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)研究[J].通訊世界，2017（21）.

[3] 羅文，張國兵.基于云平臺(tái)的多媒體教學(xué)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013，37（22）.

[4] 曹興波.多媒體教學(xué)資源云共享平臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）.

【通聯(lián)編輯：張薇】