基于云计算的终身教育服务平台设计

摘 要:为了满足符合终身教育的要求,设计一种“云学习”系统,它可以根据用户的需求实现弹性扩展;用户学习的对象是知识碎片化了的积件;所有的用户需求都被看作是一种云计算服务要求。这种“云学习”是一种基于“云计算”的学习模式,云学习利用云计算技术,在云计算平台上,通过云计算平台对资源进行统一管理和调配,并以服务的形式提供给用户,以此构建基于云计算的终身教育服务平台。仿真实验测试表明,基于云计算的终身教育服务平台利用了云计算的定制服务和并发计算优势,优化了现有资源的整合,能为学员提供定制终身教育服务的在线学习方式。

关键词:云计算; 积件; 云学习; 终身教育

中图分类号:TP393 文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)12-0043-04

Design of Lifelong Education Platform Based on Cloud-computation

TANG Jian1, GUO Li-juan1, GONG Tao2

(1. Yiyang Radio and Television University, Yiyang 413000, China;

2. College of Information Science and Technology, Donghua University, Shanghai 201620, China)

Abstract: A "cloud study" system that can realize the elasticity expansion according to the users′ requirements is designed to meet the request of the lifelong education. The study objects of users are integrable wares of knowledge pieces. All the userdemands are regarded as a service requirement for cloud calculation. This "cloud study" is a study mode based on "cloud calculation". As for "cloud study", the centralization of management and allocation is realized by utilizing the "cloud computation" technology through the "cloud computation" platform. The lifelong education service platform is constructed based on "cloud calculation". The simulation experiment indicates that the lifelong education service platform based on the "cloud calculation" can offer the online study way of the customized lifelong education service for students.

Keywords:cloud computation; integrable ware; cloud learning; lifelong education

0 引 言

《中国远程教育》记者王铁军撰文说“云学习”时代已经悄然而至了[1]。他指出“云”的思想核心就是资源的集中共享。“云”将所有资源集中在一个先进的平台上,使资源在统一平台的统一管理调配下,具备最大的灵活性和利用率,最终以服务的形式提供给用户。他所说的“云”指的即是 “云计算”,而“云学习”则是一种基于“云计算”的学习模式。这种学习是利用现代最先进的云计算技术,在云计算平台上,通过云计算平台对所有集中在一个平台上的资源进行统一管理调配,以服务的形式提供给用户的一种学习模式。“云”能提供的存储与计算能力[2]是可以随意调节的,它能实现一些传统硬件条件下难以实现的课程形式和通信方式。“云”能建立真正意义上的移动学习[3-4],能实现国内一些学者所提倡的“小型化学习”、“微型化学习”。云学习模式要求知识必须碎片化,以具备足够的灵活性。“人人皆学、时时能学、处处可学、样样有学”的终身教育理想,通过基于云计算的终身教育移动学习服务平台,已成为可能。

1 云计算概述

从本质上来讲,云计算[2]实际上是服务器虚拟化技术和基础架构即服务(infrastructure as a service,I

S)两者的结合,其核心是将某一或某几个数据中心的计算资源虚拟化之后,向用户提供以租用计算资源为形式的服务。这种提供计算资源的服务实际上并不是新技术,而是业务模式上的创新。简单地讲,就是将很多位于同一地点或不同地点的计算机集合起来为企业或个人用户提供各种服务。云计算是一个新兴的IT部署和交付模式,用来通过网络实时提供产品、服务和解决方案。人们日常所说的云计算,实际上是指这种部署和交付模式的基础架构平台。而云服务则更延伸一步,是指通过云计算平台提供应用和解决方案的服务过程。但在多数情况下,云计算是在大家认可的服务后台运行的,诸如银行业务,在线购物或者在线存储等。云计算的基本特征:首先,云计算是基于互联网的,也就是以浏览器为基础;其次,数据存储在云端,应用也存储在云端,这些对用户透明,通常由第三方提供;最后,云计算强调服务,用户按需使用服务,根据使用多少付费。

云计算在过云计算平台提供的强大基础架构平台上提供云计算服务。云计算服务的基本形式有3种,即基础设施服务(I

S)、平台即服务(P

S)、软件即服务(S

S),从下到上,构成云计算的金字塔。

2 积件概述

云学习模式要求知识必须碎片化,以具备足够的灵活性。其实知识的碎片化应该就是知识的积件化。

积件思想作为一种关于计算机辅助教学发展的系统思路,是对多媒体教学信息资源和教学过程进行准备、检索、设计、组合、使用、管理、评价的理论与实践。积件[5](integrable ware)是构成课件的基本教学元件,它是基于某一知识点的微教学单元、教学素材或微教学策略等,人们能根据教学需要对它们进行编排、组合和运用,生成具有一定教学功能的多媒体教学程序。由积件构成的积件库以及对积件进行开发、管理、组合、生成、使用处理的软件环境统称为积件系统。积件库是教学资料和表达方式的集合,可将大量的知识信息素材提供给教师和学生在课堂教学中自由使用。积件库包括5种类型:多媒体教学资料库、微教学单元库、虚拟积件资源库、资料呈现方式库、教学策略库。积件是针对课件的局限性而发展起来的新教学软件模式和新教材建设思想,它的主要特点有基元性与可积性、开放性与自繁殖性、继承性与发展性、易用性、通用性、灵活性、实用性等。为了实现积件在云计算平台上的可重组性,积件的各类信息资源必须遵从当今世界主流标准和规范,例如,文本格式、图形格式、声音格式、动画格式、Internet网络接口格式等都必须与世界主流应用软件一致,否则无法实现素材资料的组合。

3 云学习的系统模型

3.1 系统模型

云学习模式利用云计算技术,在云计算平台上,通过统一的云计算服务平台,对所有集中在一个平台上的资源进行统一管理调配,以服务的形式提供各种云学习服务给用户。要实现这种云学习模式,进行真正意义上的移动学习,必须构建云学习系统。云学习系统可以根据用户的需求实现弹性扩展,用户学习的对象是知识碎片化了的积件,所有的用户需求都被看作是一种云计算服务请求。用户的终端可以是IE浏览器、手机、商务通、掌上电脑或者其他电子电讯产品。云学习系统是建立在云计算平台之上的一个云计算应用系统。开发者可以用.NET,PHP等工具开发云学习系统。云学习系统架构一个云计算服务平台,通过各种云计算Windows操作系统,可以提供各种云学习应用服务给用户,如图1所示。

图1 云学习的系统模型

3.2 云学习系统组成

云学习系统的模型包含3个模块,即交互控制模块、用户评价模块、教师指导模块;以及3个数据库,即积件资源库、评价库、教师指导库。交互控制模块、用户评价模块及教师指导模块构建成网络课件系统(云学习前台系统);资源库、用户评价库、教师指导库构建成云学习系统的后台数据库系统。网络课件系统[6]是建立在云计算平台之上的一个云学习应用系统。管理者通过云计算平台对网络课件系统和数据库系统进行维护和管理。用户和教师通过交互控制等模块与网络课件系统和数据库系统之间进行信息的交互、交流。这些信息或资源通过3个模块对3个数据库进行信息的完善与更新。云学习系统模型的结构如图2所示。

图2 云学习系统组成

在这个系统中,无论是普通用户,还是管理者或者指导者都可以通过统一的人机界面登陆,系统对他们进行行为分析与记录,并通过计费系统进行登记。用户评价模块用于用户对系统功能进行评价,以利于对系统进行改进;交互控制模块用于用户进行交互控制操作,一般的交互控制操作都通过这一模块来实现;教师指导模块用于教师进行指导、文章管理等。

4 云学习系统的关键技术

4.1 积件标准

4.1.1 积件标准

适应带宽:50 Kb/s及以上;

显示大小:可以任意缩放;

文件大小:500 KB以下(视情况可达到500 KB~5 MB,甚至更多);

主要文件格式:图片、文本、Flash动画、在线MP3、在线录像等;

播放方法:某种播放器;

实现方式:浏览器、手机、商务通、掌上电脑或者其他电子电讯产品等。

4.1.2 积件的组合标准

积件必须组合成课件之后才能完整的运行。在此,可以使用标记语言来组织这些资源,以纯文本的方式来描述这些资源的表达方式,其表达能力非常强大。特有的事件与代码节,使该标记语言的扩展能力非常强大,以至可以实现复杂的交互。

多媒体标记语言(以HTTP协议为基础):

字体样式:说明

格式化文本:文本

图像:说明

形状:绘制语句

热区:说明

按钮:说明

美术文本:文本

表格:

声音:说明

录像:说明超链接:链接内容

文本框:说明

插件:说明

开始和结束:

头部:标题

标题:

主体:标题

事件:事件可以如下定义

function 名字.事件名{代码;}

代码:代码块一般在程序的最后

4.2 视频播放流媒体技术

流媒体技术的成熟与发展为实现视频点播(VOD)等网上多媒体教学功能提供了有效的技术支持。流媒体技术采用流媒体格式传输方式,将整个多媒体文件压缩解析成多个数据包,实时地向客户端顺序传送。因此用户无需等待整个文件下载完毕,就可以边下载,边解压,边播放。

4.3 云学习计费技术

云学习系统应以消费为基础来计费,以确保消费者只为他们使用的资源付费。为实现上述功能,云学习计费系统[7]应提供网络行为的实时监视、上网行为历史数据统计分析与计费、日志和费用查询、自动生成报表等功能。云学习计费系统应根据各运营商制定的相关计费规则完成对云服务综合计费和结算功能,同时完成云服务的维护、管理、脱机备份等功能。云学习计费系统应能够对正在发生的网络通信和过去某段时间内的网络访问进行监视;统计一定时期内部门和个人的访问请求量、数据流量和访问时间;分析上网数据指标(访问请求、发出流量、接收流量、通信时间、浏览时间)及其百分比;能够区分工作日和节假日、工作时间/非工作时间,采用不同计费单价对用户上网行为计费(或者虚拟计费),同时还应当满足以下功能需求:多种计费原始数据格式统一;不同业务不同计费关键字在同一计费平台的整合;对预付费用户实时扣费的支持;对云服务业务无缝扩展性的支撑。

4.4 高可靠的系统技术

支撑云计算的是大规模的集群计算系统,当系统规模增大后,可靠性和稳定性就成为最大的挑战之一。需要通过有效的系统配置、监控、管理、调度、虚拟化等技术,实现一个强大的、动态的、自治的计算存储资源池,提供云计算所需要的大容量计算力。系统级的容错技术是系统技术[8]方面的一个难点。

4.5 数据存储技术

为保证系统的高可用性、高可靠性和经济性,云计算采用分布式存储的方式来存储数据,采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性。另外,云学习系统需要同时满足大量用户的需求,并行地为大量用户提供服务。因此,云计算的数据存储技术[9-10] 必须具有高吞吐率和高传输率的特点。未来的发展将集中在超大规模的数据存储、数据加密和安全性保证、以及继续提高I/O速率等方面。为了满足云计算的分布式存储方式,同时保证数据的可靠性、高吞吐率以及高传输率的需求。云计算的资源存储即云存储。云存储不仅是一个硬件,而且是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、客户端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以存储设备为核心,通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务。使用者使用云存储,并不是使用某一个存储设备,而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。严格来讲,云存储不是存储,而是一种服务。云存储的核心是应用软件与存储设备相结合,通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变。

4.6 数据管理技术

云学习系统对大数据集进行处理、分析向用户提供高效的服务。因此,数据管理技术必须能够高效地管理大数据集,同时必须在规模巨大的数据中找到特定的数据。云计算的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析,数据的读操作频率远大于数据的更新频率。云中的数据管理是一种读优化的数据管理。由于云计算采用列存储的方式管理数据,如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来数据管理技术必须解决的问题。

云学习系统对学习资源进行管理,其管理的基本功能是接受来自云用户的资源请求,并且把特定的资源分配给资源请求者,合理地调度相应的资源,使请求资源的作业得以运行。为实现上述功能,云学习系统的资源管理系统应提供4种基本服务[11-12],如:资源发现、资源分发、资源存储和资源调度。资源发现和资源分发提供相互补充的功能。资源分发由资源启动且提供有关机器资源的信息或一个源信息资源的指针,并试图去发现能够利用该资源的合适应用,而资源发现由网络应用启动并在云计算中发现适于本应用的资源。通常通过使用一个资源信息协议来发布云计算中的资源信息,而资源信息协议由资源发现和分发功能所实现。资源分发和资源发现以及资源存储是资源调度的前提条件,资源调度实施把所需资源分配到相应的请求上去,包括通过不同结点资源的协作分配。

5 云学习教学系统仿真示例

以“经济数学”课程的网络教学为例,利用云计算仿真软件CloudSim的Java包,将“经济数学”远程教学课程的课件资源集成到云计算网络平台中,然后按照如下步骤启动云计算过程:初始化GridSim库;创建数据中心;创建代理Broker;创建虚拟机;创建云任务;启动仿真主程序;在仿真结束后统计结果。该例的仿真结果如图3所示。

图3 基于云计算的终身教育平台示例结果

云计算等先进计算机技术无疑为网络教学改革注入了新的活力和自动化能力,下面给出网络教学实验班与普通班的教学结果比较,如图4和表1所示。

图4 “经济数学”课程的网络教学改革结果

表1 《经济数学》课程统计与分析

统计项目实验班普通班

总人数6077

及格率98.33%93.51%

优秀率(≥80)30.00%6.49%

总分4 5705 393

均分76.1770.04

最高分9693

最低分5856

若是根据自己的研究对平台进行了扩展,平台重生成后,就可以在仿真程序中调用自己编写的类、方法、成员变量等。

6 结 语

“云学习”是一种基于“云计算”的学习。这种学习是利用现代最先进的云计算技术,在云计算平台上,通过云计算平台对资源进行统一管理调配,以服务的形式提供给用户的一种学习模式。“云”能建立真正意义上的移动学习,能实现国内一些学者所提倡的“小型化学习”、“微型化学习”、 “人人皆学、时时能学、处处可学、样样有学”的终身教育理想,通过基于云计算的终身教育服务平台,一定可以实现。云学习系统提供的各种云学习服务可以根据用户的需求实现弹性扩展。用户的终端可以是浏览器、手机、商务通、掌上电脑或者其他电子电讯产品。用户学习的对象是知识碎片化了的积件。在云学习系统中,所有的用户需求即被看作是一种对云计算服务的要求。它基于互联网,以浏览器为基础;将数据存储在云端,应用也存储在云端;它强调服务,用户按需使用服务,根据使用多少付费。云学习系统能为广大的学员用户提供一种新兴的IT部署和交付模式,将有广阔的应用前景。

参考文献

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