基于云计算的高校教育信息化平台建设研究

　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0134-02

　　Abstract：The emergence of cloud computing brings new construction and application mode for the educational information platform of higher education. Analysis of cloud computing three service models and their relations， and expounds the problems existing in the construction of university education information platform； and presents the architecture of college education information platform based on cloud computing； and through a typical case， illustrates the education cloud platform construction of content.

　　Key words：Cloud Computing； Educational Informationization； Architecture； Service Model； Virtualization

　　1 引言

　　在教育信息化平台建设中，各高校在基础设施的建设、软硬件设备的购置上，投入了大量的人力财力，在一定程度上促进了高校教育资源的均衡与共享，提高了信息化教学环境和管理水平。而随着高校教学改革的深入，越来越重视学生的个性化需求。完全学分制、创新教育、慕课等新的管理和教学形式的引入，对高校的教育信息化平台建设提出了新的要求。“互联网+”的提出，云计算、大数据、移动计算等技术的出现，为解决此问题提供了新的技术途径和模式，云计算又是其中的核心和基础。

　　2 云计算服务模式

　　云计算的一个重要特点就是面向服务的。云计算安全联盟（Cloud Security Alliance）曾指出了云计算的本质[1]，云计算是一种服务提供模型，通过该模型用户可不受时空的限制，根据自身需要，通过网络选择资源池中的共享资源；同时这些资源的分配是动态的和弹性的，可以在不同用户之间灵活划分。云计算提供了三种服务模式，即IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）。IaaS将底层的物理资源，如CPU、存储器、网络资源等，利用虚拟化技术进行整合，通过特定接口透明地提供给用户，用户可以按需申请资源。PaaS为用户提供完整的软件开发与运行环境，用户在获取到相应的虚拟化平台后，不必从零开始配置，而是可以直接进行应用的开发或部署。SaaS属于顶层服务，它面向的主要是应用软件的使用者，用户无需安装对应的软件，而是由云平台对用户软件和数据统一管理，按需提供服务，可伸缩性强。此三种服务模式的关系如图1所示：

　　3 高校教育信息化平台建设存在的问题

　　目前，高校教育信息化平台建设取得了长足的进展。校园网、智慧校园的兴起、在线学习平台的普及等，提高了教育资源的共享和利用率，促进了高校管理手段和教学方式的变革。但这其中暴露出的一些问题也不容忽视，关系着教育信息化平台的可持续发展。

　　3.1 软硬件设施分散，管理维护成本高

　　高校的各二级院系在信息化平台的建设中，一般会自购硬件设备和相应的教学软件，比如服务器、在线教学平台等。为了保证兼容性和稳定性，一台服务器上通常只运行1到2个应用，硬件资源的利用率不高。有些教学软件在功能上具有通用性，但仅供院系内部使用，软件资源的共享性也不足。同时，机房为了满足不同的教学需求，在每台机器上都安装了大量的软件[2]。为了维护软硬件资源的正常运行，每个院系都需要安排专门的人员进行管理，工作量较大，效率较低。

　　3.2 信息化教学资源日新月异，现有设施更新速度慢

　　随着信息化教学的深入开展，数字化学习资源越来越丰富。慕课（MOOC）、微课等教学模式的涌现，对于软硬件水平提出了更高的要求。比如在慕课建设和运行中，会存储大量的教学视频和各类学习资源，学习者对服务器会产生大规模的并发数据访问，慕课平台会实时动态生成大量的学习和统计数据。这就需要服务器等硬件设施具备更高数据处理能力，网络设备具备较高的数据吞吐量等。而二级院系现有的设备，通常已经运行多年，由于当初设计和自然损耗等原因，已不能跟上最新的需求。若独自更新相关软硬件，则需经历新一段规划与建设周期，耗时较长。

　　3.3 管理水平参差不齐，专业化不足

　　在教育信息化平台管理中，有些高校的二级学院没有配备专门的技术管理人员，而是由相关行政人员或专业教师兼为管理。而这些非专门技术人员，对平台软硬件的日常维护，停留在服务器的启停、后台数据的备份等功能性维护上，而对于性能优化、运行安全、负载均衡等专业技术层面的维护往往不足，导致平台在长时间运行后，出现反应迟缓、系统宕机等问题。

　　4 云计算与高校教育信息化平台的结合

　　在高校教育信息化平台建设中，使用云计算技术，可以有效利用现有的硬件基础设施，通过整合充分发挥它们的潜能；将各类型的教育资源和应用软件，统一进行管理，形成教育资源池，促进资源的共享；同时，这种集约化方式将促进管理方式的专业化，降低运维成本。 　　4.1 基于云计算的教育信息化平台架构体系

　　在架构体系设计上，以大规模高性能计算能力为保证，以资源虚拟化、管理统一化为基础，以按用户需求提供可伸缩性的稳定服务为目标。架构体系如图2所示。

　　最底层的基础设施层由服务器、存储器、网络设备等物理硬件构成，通过使用VMware ESX或Xen Server等[3]虚拟化软件，将它们整合成一个资源池，组成虚拟服务器集群，根据高校各二级学院或职能部门的实际需求按需分配，并实时监控资源的动态变化，实现负载均衡。这样能统一管理不同部门甚至不同校区分散的基础设施资源，提高其利用率和管理质量。该层在服务权限上，一般使用“私有云”[4]的形式，仅面向学校内部使用，保证安全性。

　　基础设施层之上是服务平台层。该层提供了通用的业务服务[5]，比如Web服务、数据库服务、应用服务、管理服务等，以及相关资源的调度；同时，该层还提供了一套标准的应用程序开发和运行框架，便于众多教育应用软件的部署和管理。该层的实现可通过Hadoop等技术搭建分布式运行环境，利用“混合云”模式，面向学校和社会提供不同等级的授权服务，其主要使用者是应用程序的开发和维护人员。

　　服务平台层之上是软件服务层。该层利用服务平台层上的环境，搭建类型丰富的教学应用程序与管理软件。比如慕课、虚拟实验等在线学习平台，讨论区等在线互动平台，教学课件等学习资源平台，在线测试、统计分析等教学评价与管理平台等。这些平台经过有机整合，能根据实际需要服务于高校教育的各个方面。该层也采用“混合云”模式，主要使用者是校内师生和校外的社会学习者。通过瘦客户端的B/S模式、虚拟桌面等技术，使用者可根据服务目录，选择所需应用，即可进行相关教学活动，无需在客户端安装大量的应用软件，所有软件都运行于云端。若要增删或更新服务，可在云端统一执行，客户端立即能反映出结果。真正做到了按需服务，统一管理。用户可利用多种终端设备访问云平台，既可以是传统PC，也可以是移动设备，摆脱了访问的时空限制，促进了移动学习、泛在学习等学习方式的变革。

　　4.2 应用案例

　　慕课又称大规模网络开放课程[6]，其应用越来越广泛。从理论上说，它能承担大量的学习者同时参与教学，数目可达成千上万，甚至十数万。其全部教学活动都通过网络在线进行，所有教学资源、互动信息、作业测试、跟踪统计等数据，都存储于网络并根据学习者需求快速响应和反馈。因此，慕课的运行需要高性能的服务器和网络环境的支持。从传统方式来说，若要开设慕课，需要新购置服务器和存储器等硬件设施，开发慕课服务和管理软件，安排专业技术人员对整个系统进行专门维护。这种方式前期投入高、开发周期长、后期成本大，但资源的共享和利用率不高，功能扩展不方便。若使用云计算平台架构，则能充分利用已有的硬件资源，进行弹性分配，其大规模分布式计算和存储能力可较好满足慕课运行的需要。软件环境也不用重新购买和配置，可按需申请，自动部署。开发者可将主要精力放在教学资源的开发和教学活动的设计等方面。其后期的维护也无需安排专门人员，而由云端统一完成，降低了成本，提高了效率。其架构简图如图3：

　　5 结束语

　　基于云计算的高校教育信息化平台，能有效利用高校现有软硬件设备，通过虚拟化技术统一建设和管理，充分发掘基础设施的潜能。使用者可按需申请服务，合理利用资源。云计算的大规模分布式计算能力，能为海量服务请求提供稳定高效的支持，能适应高校信息网络部门、各二级学院、老师与学生等不同层次和不同角色的服务需求，在降低成本的基础上，充分提高资源的利用率和共享率，促进管理水平的专业化。

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