基于云计算网络教学平台架构的设计与实现

许朋 李宗伟

摘要：基于云计算模式下的网络教学平台具有成本低、能实现真正意义上的移动式学习服务等优势，相对于传统方式的网络教学平台受到了一定的冲击。因此，本文就基于云计算的网络教学平台架构设计与实现进行探讨。

关键词：云计算；网络教学平台；架构设计；关键技术

一、云计算与网络教学概述

（一）云计算。作为一种基于因特网的超级计算模式的云计算，融合了传统计算机技术和网络技术。广义的云计算是服务的交付及使用模式，而狭义的云计算是通过网络按需、易扩展的方式得到硬软件、平台等资源。云计算提供了三个层次服务：软件即服务（SaaS），是基于云计算平台开发的各类应用服务，提供一种应用框架；平台即服务（PaaS）将中间件平台给用户提供研发，它是提供了一个集成环境；基础设施即服务（IaaS），它的构成由底层的硬件及虚拟资源池两部分，将虚拟化服务器及用户需要的存储资源等服务提供给用户，它提供一个软件应用环境。

（二）网络教学。网络教学是一种自主性、互动性、个性化的教学方式和学习方式，是用户通过计算机网络进行学习、培训与教学活动，用户操作简单、界面简捷和使用方便，其主要功能是实现选课、学习课程内容、学习进度、网上作业、网上答疑、课程论坛、课程练习、课程考试和课程评价等，支持网络环境下的教与学的互动以及网络教学资源的管理，体现以人为本的教学模式。同时，提供对各种信息的管理，如：课件的上传和开发、用户个人信息等。

二、网络教学平台目前普遍存在的问题

（一）在线视频为主的课程是单向的信息输入，缺乏互动讨论。不论是M1T的OCW还是国内精品课程，主要形式都是采用演示文稿、在线或离线课堂视频的方式，教师向学习者输出信息。学习者只是单向的对信息的输入，学习者无法与教师或其他学习者进行互动。但是学习者是存在多样性，包括需求的多样性、学习方式多样性、接受能力多样性等，现有的课程教学方式无法满足个性化学习者的学习需求。

（二）教学方式缺乏互动、学习者之间缺乏协作。教师按教学大纲进行课程的编排，并将教学的内容录制成视频提供给学习者进行学习，作为正式教育的一部分，教师与学习者只是在完成教育角色的行为，教师讲授课程、学习者异步自我学习课程。然而，远程教育更应该利用时空的差异，提供个性化互动学习，即：学习者学习静态的视频开放课程，更重要的是参与到教师的实时互动交流的开放课程，教师与学习者之间交流不只是教学大纲的内容，更多的是与学习者共同探讨课程知识点的延展，同时也需要一个虚拟学习社区平台，与教师、学习者就学习问题、某个知识点进行实时或异步的交流互动。

（三）学习者学习评价缺乏真实性。在正式的远程教育环境下，对学习者的评估通常是通过正式评估、非正式评估、选择性评估实现，包括：测验、作业、出勤、讨论、选择性等方法，但在实际的学习过程中，无法对学习者学习过程进行评价，包括：学习者是否在认真的参与学习还是开着视频浏览其他网页或是开着视频人却离开：更为重要的是非实时的课后测验、作业很难保证质量以及独立完成。

（四）学习者学习方式缺乏灵活性。随着3G通信技术越来越多的应用，学习者将上班路上、地铁交通等碎片时间充分利用起来，形成了碎片式学习，而传统的网络教学平台很难实现异构接入终端连续性学习，包括：PC客户端、手机和移动PAD等终端。

三、平台的关键技术

（一）教学节目单管理。教学节目单门户在网络教学平台的极其重要的应用，它与视、音频节目一样，是互动视频平台的基本业务，被认为是互动类平台的门户。教学科目单可提供丰富的节目预告信息、方便灵活的检索引擎，通过它用户可以方便地浏览和查询教学节目信息，同时还可以通过门户看到更多的教学内容导引信息，如教师简介、授课视频片断等，资源库中的的教学视频直播。

（二）协作平台的实现。网络教学平台的协作平台是开发量最大的部分，要求是一套跨平台的即时通讯解决方案，基于先进的H，264视频编码标准、AAC音频编码标准与P2P技术，整合了音视频编码、多媒体通讯领域的开发技术。基本分为客户端SDK和服务器SDK两大部分。其中客户端SDK用于实现语音、视频的交互以及其它客户端相关的功能，而服务器SDK主要实现业务层逻辑控制，以及与第三方平台的互联等。客户端SDK和服务器SDK均支持c++、c#、VB，Net以及Delphi等开发语言。

（三）版权保护设计。DRM（Digital Right Management）加扰是保护互动平台视频内容版权的必要配备，可以有选择的实现网内线上的视频互动，而避免用户下载用于未经授权的其他用途。我们设计并实现的平台主要采取了实时加扰和防盗链设计两方面的措施来实现版权保护。

四、基于云计算网络教学平台架构的设计与实现

（一）网络教学平台的设计思路和主要内容。云计算的核心理论就是“服务”，在云计算环境下实现的各种服务统称为“云服务”，其主要特点主是在云端存储数据和提供软件服务，用户在能接入互联网的地方可以随时随地的使用“云服务”。在设计网络教学平台时，要使平台具有强大的教学功能、简捷实用的学习功能、全面的管理功能和内容丰富的教学资源功能，主要设计学习模块、教学模块、资源模块和管理模块等，真正实现自主性学习、个性化学习和教学互动，为学生、教师和管理人员提供教学、学习和管理服务。

（二）网络教学平台的架构设计。基于云计算的网络教学平台总体架构主要是服务层、接口管理层和应用层，其架构可以采用亚马逊、微软、谷歌、VMware和IBM公司的几款主流云产品便可快捷搭建。本架构主要采用MicrosoftVisualStudio2008为开发工具进行本项目的开发，后台数据库为SQLServer2005，采用三层体系结构Browser/WebServer/DatabaseServer达到设计和管理网络教学平台的目的。本平台以为教师、学生及管理人员提供教学服务为主要功能，下图是总体框架图略。网络教学系统在云计算环境下封闭成该系统所依赖的教学和学习资源“云服务”，如：网络课程、教学视频、电子课件、电子资源、课堂练习等资源也可以封装成“云服务”。既可以服务于本校学生，也可以为其他教育信息系统提供服务。对各模块采用特定的语言和框架，运用“松散耦合模式”进行开发，封装时基于云计算的标准向云环境发布，在最大范围能够共享学校的优质资源，提高教学资源的利用率。

（三）网络教学平台的实现。（1）服务层。服务层对应云计算的基础设施IaaS，通过虚拟化服务层将服务器、存储设备、网络设备和安全设备等全面虚拟化，建立一个随需选用的资源共享的基础资源池，如计算池、存储池、网络池和教学资源池等，并以服务的形式出租给用户，为用户提供IT基础设施。这一层是最重要的一层，也是云存储的核心，主要是通过云计算的集群、分布式文件管理以及网络计算等技术来实现网络资源的存储与管理，在网络资源的存储与管理中，最为重要的就是存储设备的协同工作。（2）接口管理层。接口管理层对应云计算的平台即服务，为用户提供应用软件开发环境、服务器平台、认证服务、数据存储等服务，既可以直接面向用户，也可以通过OpenAPI提供给用户。网络教学平台可以根据学校要求由学校或服务商设计和开发，根据不同需求开发出不同的接口，从而提供不同的服务。（3）应用层。应用层对应云计算的软件即服务（SaaS），该层通过因特网以及OpenAPI开发的客户端登陆到云计算环境下的网络教学平台，享受网络教学平台提供的各种软件服务。

【参考文献】

[1]缪富民.提升网上教学有效性的程序与策略[J].开放学习，2006（12）

[2]雷万军.云计算-技术、平台及应用案例[M].北京：清华大学出版社，2011.

[3]田文洪，赵勇.云计算资源调度管理[M].北京：国防工业出版社，2011.