基于云计算的教学系统设计及实现

任琼

摘要：云计算技术的广泛运用让教学管理系统有了更大的发展空间，数字化的教学管理系统有利于提高学校的教学管理水平，也有利于教学改革的有效实施。教学管理系统根据结构可以分为表现层、业务逻辑层和数位访问层。而基于云计算的教学管理系统突破了传统的信息化管理系统的局限，在成本的投入方面得到了较大的节约。该文将主要介绍云计算及其在教育领域的运用，分析云计算环境下教学管理系统设计应注意的问题，并论述教学管理系统的设计思路和实现过程。

关键词：云计算；教学系统；设计

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）30-0109-02

Design and Implementation of Teaching System Based on Cloud Computing

QIONG Ren

（School of Mathematics and Computer Science， Jianghan University，Wuhan 430056，China）

Abstract： The cloud computing technology is widely used for the teaching management system with larger development space， the digital teaching management system to improve the school teaching management level， and conducive to the effective implementation of the teaching reform. Teaching management system according to the structure can be divided into the presentation layer， business logic layer， and digital access layer. And teaching management system based on cloud computing is to breakthrough the limitation of the traditional information management system， large savings in the cost of commitment. This article will mainly introduce cloud computing and its use in the field of education， analysis of cloud computing environment should be pay attention to the teaching management system design， and discusses the design idea and implementation process of teaching management system.

Key words： cloud computing； teaching system； the design

网络教学管理系统是计算机技术、通信技术和网络技术在教学管理中的综合运用。信息化的教学管理模式能够规范学校的教学管理方式方法，提高教学工作的质量和效率，也是构建数字化校园的重要环节。云计算代表了网络移动应用技术的普及，在推动教育信息化变革的道路上也起到了很大的推动作用。下面将着重针对云计算环境下教学管理信息系统的功能和结构设计，探讨其实现的过程。

1云计算及其在教育领域的运用

云计算是一种基于因特网的超级计算模式，其计算模式有多种，分别在专用的超级计算机上进行。主要有并行计算、分布式计算和网格计算、效用计算和网络存储，具有虚拟化和负载均衡的特征，是计算机技术与网络技术相融性发展的成果。

云计算服务运用于教育领域，具有显著的优势，主要体现为对教学方式的变革有着深远的影响。

首先，学校将不再需要在大型机和高性能机的购置方面花费大量的财力，大大降低了其教学资源建设的硬件成本。在云计算环境下，只需要配置一般的计算机终端设备便可以有效地使用各种云端的资源。

其次，云计算能够提供安全性能高的数据存储中心，以保障所有数据的安全性，师生均无需担心病毒和黑客的攻击会导致数据的丢失，且可以随时随地在网络平台上进行互动教学。

最后，在云计算环境下，各个学校的资源均可以进行共享，有利于教学资源的均衡分布，大幅提高了各个学院的教学资源利用率。

2基于云计算的网络教学系统应注意的问题

在构建校园数字化教学系统的过程中，应充分考虑到其实用性、便利性和广泛适用性。主要可归纳为以下几个方面。

2.1 应具有较强的教学实用性

在教学管理信息化平台上，教师应能够随时随地上传完成的课件和相关教学资源，学生能够随时随地进行学习、作业管理和论坛交流。教师能够实现在线答疑，指导学生进行资料下载。支持师生的一切在线教与学行为，并能够实现有效的信息交换和快乐学习。

2.2 能运用多种教学方法

基于云计算的教学管理系统需要提供多种可选择的教学方法，用户能够根据自身的需求选择适合其当下需求的模式。比如网络论坛、教学答疑等均可实现有效的师生信息交流。

2.3便于学生操作

基于云计算的教学系统能够很好地满足学生操作的便利性，能够为学生提供个性化和功能强大的教学平台。最重要的还是能够便于操作，且维护简单，比如：界面友好，操作便利，不会让学生因操作繁琐而产生厌倦的情绪。

2.4便于管理

基于云计算的教学系统应具备良好的管理功能，即能够高效的对课程、教师、学院和教务活动等进行管理，并突显出数字化管理平台应有的管理优势。

3 网络教学管理系统功能设计

3.1网络教学管理系统功能设计

网络教学管理信息系统的主要功能就是实现对教学活动的有效管理，除此之外还需要能够实现对这个软件系统的维护和管理。一般情况下，将教学管理信息系统划分为管理模块和维护模块两个部分。在教学模块中需要设置教师管理、学籍管理、系部管理、专业管理、课程管理、考试管理、成绩管理、统计查询和报表生成等功能子模块。而系统维护模块中需要设置如下功能模块：用户管理、密码设置、数据导入即导出、数据备份和恢复、自定义高级查询、操作日志管理等。其结构如下图1所示。

在上述功能模块中，成绩管理是数据量最大的子模块，其中还涉及数据输入、修改和查询功能。在系统是涉及的过程中，其主要设计思路为各科任课老进行成绩输入，并将纸质的成绩单递交给教学管理部门存档。在系统中设置专门的成绩录入窗口，并限定时间，教师可以在此期间输入和更改成绩。而期限一旦过去，所有的数据都将进入历史库，成绩便不能在更改。这个过程由教学管理相关人员进行监督和管理，为了保持成绩的可靠性和安全性，在实际操作的过程中，需要严格遵守相关的管理制度。

3.2 教学管理信息系统用户分析

在教学管理信息系统中，用户可分为五个级别分别是学生、教师、行政用户、教学管理人员和系统管理员。学生可以拥有学籍信息、课程信息和成绩信息查询的操作权限。教师也具备相应的操作权限，比如：成绩输入、各种历史数据的查询。而行政用户主要是面向学校的管理层，为他们提供各种数据的查询、报表制作和统计分析的功能，行政用户不具备数据维护的权限，只能查询和调用数据。在这些不同层级的人员中，教学管理人员又分为基层教学管理员和中枢教学管理员，前者是各院系的教学管理人员，后者是教务管理部门的管理人员。前者对数据的管理有时间的限制，而后者没有，任何时间均具有全权维护的权限。所有的管理人员均具有各类历史数据的查询功能。而系统管理员主要是对全部的数据行进维护和管理，确保整个系统安全有效的运行。

4 网络教学管理系统设计实现

4.1 教学系统架构的设计与实现

在基于云计算的教学系统的设计与实现过程中，需要准确地把握两个关键点，首先是需要实现教学管理系统的基本功能；其次是要使用云计算平台作为系统的基础平台。这里云计算平台将为系统提供三个层次的服务，一个是基础设施服务，即由底层的硬件和虚拟的网络资源组成的基础设施，主要是为用户提供计算、存储和网络通讯等服务；第二个是平台服务，是指建立在基础设施之上的，能够为程序员提供云应用软件的开发平台；第三个是指软件服务，它是基于云计算平台开发的各类应用服务设施。根据云计算的服务层次以及教学管理信息系统的基本功能，在设计和实现教学管理系统的时候可根据如下的系统架构来进行分层的实现。如下图2所示。该系统可分为基础设施层、云计算平台层、教学管理应用软件层三个层面。

在该系统下，云计算也分为三个对应的服务层次。

首先是基础设施层，这是整个系统架构的基础，它利用虚拟技术在屋里硬件资源的基础上引入了虚拟化层。这个层面对基层的硬件设备进行管理，并提供个向上的计算、存储和通信等资源。并能屏蔽底层屋里硬件的动态性、分布性和异构性，能够支持硬件资源的共享和重复使用，且能够为每一个用户提供独立的计算环境，也便于管理员在相应的硬件资源和软件资源上进行集中管理。

其次是云计算平台层面，这一层面是构建在上述基础层面之上的，面对开发人员的，旨在开发基于云计算的教育运用软件的功用API、系统数据库系统、文件系统和开发环境等软件资源。

再次，教学管理应用层是为云计算使用平台提供的API开发的教学管理软件，提供各种功能模块，并面向教学管理系统提供各种软件服务。这个过程的实现需要采用分层结构的设计思想，将应用层的数据有效的运用起来。为了保证应用层的结构清晰，并提高系统的可维护性，需要将数据访问和业务逻辑与表现形式分开，实现高效的管理和运用。

最后，客户端是指在云计算环境下，用户只需要通过终端设备，访问应用软件，便可实现对海量资源的浏览、调用和各种服务。

4.2 系统功能的实现

当前基于云计算的系统，首先需要假设云计算平台，目前被认为最好的云计算开发框架就是Hadoop框架，它能够将谷歌所有的商业技术按照自身的需求重新设计，实现在大量集群上分布的数据存储和处理。且这个过程不需要高端的存储硬件设施。只需要数台普通服务器安装Hadoop便可打造处于学校自身的云平台。当前，众多预计算服务供应商也普遍支持Hadoop，基础此的云服务具有较好的编程和运行环境。

参考文献：

[1] 张翼飞，张澜宇.基于云计算的数字媒体教学平台架构研究[J].科技与企业， 2013（7）.

[2] 李弘.基于云计算的知识资源服务系统的设计与实现[J/OL].软件， 2014（9）.

[3] 向健极.高职教育教学管理云平台的设计思想和技术实现——以武汉城市职业学院为[J].大学教育， 2012（9）.

[4] 孙博，范新会，辛大欣.普通高校教学资源共享信息平台的设计与实现[J].价值工程， 2012（19） .