基于数字化校园平台的高校教育云的研究与实践

聂明辉

摘 要：本文以高校教育云的构建为目标，详细解析了云概念和云技术的相关知识，并在此基础上指出了构造教育云技术上的可行性。同时，通过对当前教育云相关理论和实践文献的分析研究，总结了当前高校教育云研究与构建的四个特点，并给出了高校教育云的构造思路和概念框架。最后，以江苏警官学院构造基于数字化校园平台的教育云实践为例进行了具体的应用分析。

关键词：云概念；云技术；高校教育云；数字化校园

中图分类号：G250.73 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）15-0055-05

一、前言

“数字化校园”从最早概念的提出，到今天，在历经几次大跨度的建设之后，也差不多有十几年的时间了。就国内高校来看，大部分的应用已经比较成熟。高校基本实现了全面的数字化。在此基础上，对于“数字化校园”后续的建设大概有两个走向，一个是更深入的“数字化”研究或者说是“智能化”的研究，主要的着力点在于围绕高校内外的大范围的数据采集处理，以及立体化的分析，以提供基于信息技术控制的“智慧化”管理和长远的决策参考；另一个走向是从单纯校园的信息化管理走向信息化教学的研究，回归高校的本职。信息化建设是全球大趋势，就高校来看，“数字化校园”的建设方便了校园的日常管理，提高了教师职工的办公效率，丰富了师生的校园文化生活，同时还提升了大家关注网络、积极学习网络知识和技能的兴趣。个体参与的积极性以及个体所具有良好的网络知识技能是高校信息化学习环境构建的一个前提和基础。今天高校的“数字化校园”基本上是一个很完整的大平台，综合了用户的单点登录、按角色分配权限、数据的双向多系统流动等功能。在其整合的业务系统中包括了教务管理、学生管理、科研管理、党务管理等。部分高校还增加了网络教学系统，它是面向教师和学生的互动学习平台，也算是基于数字化校园项目的简单的信息化学习环境的尝试。然而，网络教学系统在教学实践中的应用始终不是很好，究其原因，不外有三条：第一应用单一，使用也比较繁琐，不够简单和人性；第二空间不够开放，资源不够丰富；第三系统的建设缺乏持续性和长远性。基于此，本文考虑引入前沿的云概念和云技术，尝试构建数字化校园平台基础上的，以服务教学科研、服务教师学生为主的高校教育云。

二、云概念和云技术

1.定义

就信息化建设层面而言，所谓云概念，是将用户体验与信息资源、系统应用的分离，所有的信息资源和系统应用都以一体的云的形式呈现，对用户透明，用户能够按照自己的需求，从云中以定制形式获取自己所需的信息和应用。当前的云概念，主要包括三大类，分别是：私有云、公有云和混合云。在云概念中，能够实现将所有信息资源和系统应用以一体云的形式呈现的技术就是云技术。云技术是基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。云技术按照服务的形式可以分为三个层次，分别是：架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。这里所谓的层次，是分层体系架构意义上的“层次”。IaaS、PaaS和SaaS分别在基础设施层、系统平台层和应用软件层实现。

2.优势分析

采用云概念，使得系统资源的“建”和客户的“用”进行适当的分离，相互之间保留一定的透明度，将用者和建者的关注点进行区分，从而在不同的方向上进行更深度的建设和挖掘。而云技术则将云概念具体化，将云分为硬环境资源、软环境资源以及系统应用资源三个实体层面，每个层面都能单独为客户提供所需服务。同时，在云内同一层面的资源相互之间都能实现共享共用，将本层资源的效用发挥到最大。三个层面各自功能区分如表所示。

如此，理论上，采用云概念和云技术，我们能够构建出一个足够持久和庞大的软、硬件环境的资源空间，而所有的应用都将部署其上，这些应用再通过互联的端口共享全部的数据，所有的用户按照不同层次的需求，可以从部署的云空间中获取各自所需的资源、环境或信息。

3.技术实现

当前云技术比较典型和成功的一例实现就是虚拟化系列产品如Citrix XenServer 、微软 Windows Server 2008 Hyper-V 、VMware ESX Server等。其中，XenServer是市场上唯一一款免费的、经云验证的企业级虚拟化基础架构解决方案，可实现实时迁移和集中管理多节点等重要功能。Hyper-V则是微软的一款虚拟化产品，是微软第一个采用类似Vmware和Citrix开源Xen一样的基于hypervisor的技术。VMware ESX Server则是Vmware公司的主力产品，它是具有高级资源管理功能高效，灵活的虚拟主机平台。目前主流的虚拟化系列产品及其衍生的软件已经全部实现了服务器、交换网络甚至是防火墙的虚拟化。这些技术实现为基于其上的大规模云部署和云应用提供了可能。

三、高校教育云构建研究

1.教育云概念和定义

对于教育云，就像当年的数字化校园一样，从来就不曾有过一个明确的定义，只是专家学者们根据各自的理解，从不同的角度给出了一些相对模糊的概念。其中较为典型的如2012年祝智庭教授对教育云的描述：“教育云是一个面向教育的行业云，它是教育技术系统的一个子类，也是云计算应用系统的一个子类。作为公共服务平台的教育云通常包括面向服务的学科教研网、教学博客、教育即时通讯、教育共享资源库、教研培训服务平台、学生学习服务平台、教育电子政务平台、社区教育服务平台等一系列应用。”2014年兰孝臣等人在祝智庭教授对教育云概念描述的基础上分别从教育应用和教育理论两方面进行了概括性的描述：“教育云是在对云计算技术继承的基础上能够为各类教育人员提供具有针对性的教育资源和服务，且对教育基本理论具有变革性促进作用的理论和实践。”2015年吴砥等人对教育云做了如下的定义：“教育云是云计算在教育领域的深入应用，通过提供按需服务、动态调配的服务模式，面向教育机构、教育提供者和接受者提供所需的信息化教学、管理等应用服务，教育云的影响不仅体现在为传统教育教学和教育管理提供便利，更在于创新传统教学和管理模式。”

在这里本文并不想对教育做概括性定义，综合前辈学者对教育云概念的讨论，本文提取出教育云的两个基本属性：一是基于云概念和云技术应用的属性；二是面向教学、科研服务的属性。对于高校教育云的构建，也应该紧紧围绕这两个基本属性进行规划、部署和实施。

2.高校教育云目前研究和应用状况

教育云其实包括了三个分类：公有教育云、私有教育云以及混合教育云。公有教育云主要由政府负责构建和推广，私有教育云则主要由全国各个地区的大、中、小院校独立构建和推广，混合云相对比较特别，它同时包括了私有云和公有云。本文中的高校教育云主要是指高校自己构建的服务于本校师生和校友的私有云。当前高校教育云的研究和应用具有以下几个特点：

（1）理论研究居多而实践应用较少。

较早的理论研究如2011年安阳师范学院的王继鹏的《高等教育云计算服务平台构建策略初探》；2012年李文广的《浅谈基础教育云的构建和运营模式》以及祝智庭、杨志和的《云技术给中国教育信息化带来的机遇与挑战》；2013年王斌等人的《国家教育云平台架构设计及关键技术分析》；2014年蒋东兴等人的《区域教育云系统功能与建设模式探讨》；2015年吴砥等人的《教育云服务标准体系研究》等等。对于教育云的理论研究从初探到关键技术分析，再到服务标准体系研究，理论的探索逐步深入和精细。

（2）在理论研究中以云技术和云平台架构研究居多，面向教学、科研的服务需求和应用规范研究较少。

2011年王继鹏在《高等教育云计算服务平台构建策略初探》文中相对完整和系统的提出了教育云平台构建应该具有的六层结构，分别为硬件资源层、虚拟服务层、基础管理层、中间件服务层、应用层以及服务层。此后大部分的理论研究都是以云计算、云技术为关注点围绕此六层结构进行扩展和剖析。如《基础教育云服务平台构建技术研究》、《基于云计算的区域高校教育云平台的构建》等等。这些研究大多对平台底层云技术架构关注较多，而对直接面向师生教学、科研的各类服务需求调研较少。

（3）对高校教育云的实践更多侧重于资源的共建共享，对于师生互动、个性化服务、学习效果分析等更多细节化的应用考虑较少。

如《班班通数字化教育云资源库的构建研究》、《教育云资源管理平台构建研究与实现》、《基于教育云资源平台的远程教育研究》论文对教育云资源的构建都做了比较深入的探讨和研究。

（4）高校教育云实践中的一些规范和标准正在逐步确立。

2015年吴砥等人的《教育云服务标准体系研究》在云平台结构理论的基础上从更高的层面进一步提出了教育云服务标准体系的构建，包括了教育云基础规范、教育云支撑技术相关规范、教育云应用相关规范以及教育云运营服务规范等四个层次。随着高校教育云平台构建理论的成熟以及很多高校参与教育云建设的实践逐步增多，高校教育云规划以及应用中的很多规范和标准也渐渐被重视，并正在逐步确立。

3.高校教育云构建思路以及概念框架

本文认为今天高校教育云的构建，无论从学术理论上还是从产品技术上都已经足够成熟。构建一个性能稳定、功能完善，能够长远服务于高校教学、科研的教育云平台具备了完全的可能性。而在实际的构建中，本文认为需要重点考虑以下几个方面的问题：

（1）教育云的概念是在数字化校园之后出现的，在这之前高校数字化校园已经历多年的建设，系统平台相对已经比较稳固，用户对数字化校园平台也已熟悉。所以教育云的构建必然是以数字化校园为基础，进而完善其功能布局。

（2）教育云主要是为高校的教学和科研服务，因而应用需求的调研也应该偏向于此。需要广泛收集高校师生对平台的使用需求，进行个性化定制开发。

（3）教育云的构建应该充分利用好目前技术发展上的两个优势：一个是快速发展的移动网络的优势，将应用与师生的移动客户端结合，保证师生随时随地能够访问教育云；二是日臻完善的大数据应用优势，做好大数据的收集整理工作，充分发挥大数据的分析决策功能，为高校的教学、科研提供智能化服务。

由此，本文勾勒出如图1所示的高校教育云概念框架。

高校教育云概念框架，以虚拟云为技术基础，以数字化校园为平台基础，突出科研和教学服务，同时加强移动、存储服务，以规范化的手段进行管理，用大数据方法对所有系统数据进行实时的判断分析，进而做出智能决策并及时反馈到各项服务中，对服务的效果做出评价并做出自动调整。

四、江苏警官学院教育云的构建

1.基础平台

江苏警官学院教育云基础平台部署了10台华为CH121刀片服务器和100T的SAS存储，以万兆流量的锐捷12000为上连汇聚，通过H3CH虚拟化云软件将所有服务器的计算资源和所有的存储资源汇成庞大的云资源池，再由H3CH云管理平台进行集中的分配管理。基础平台的总体架构示意如图2所示。

H3C虚拟化软件能够对所有的资源进行实时监控、预警并进行事件分析，提供精确的报表。同时还能对每一个虚拟机系统进行必要的自动容灾备份。

基础平台中服务器硬件和存储硬件的网络链接拓扑如图3所示。

每台华为刀片服务器和EMC存储都自带两台光交保证了网络链路的双连热备。虚拟化软件将网络和硬件资源虚拟化，形成虚拟资源池，利用虚拟资源池创建的虚拟主机作为云管理机对所有资源进行监控和管理。基础平台的网络部分被虚拟配置为三个VLAN，通过虚拟交换机进行划分。其中一个VLAN为管理段，一个为Web站群服务段，另一个为系统平台应用段。同时华为刀片服务器也被分为三个组：一组服务于数字化校园平台；一组服务于教学、科研系统；一组服务于资源管理。

2.系统和应用平台

江苏警官学院教育云在统一身份认证、统一服务管理、统一数据中心为核心的数字化校园三大基础平台上，以服务师生为目标，进行了全新的规划和部署。警院教育云首先从逻辑上划分了三个服务区，分别为互动服务区、教学服务区、科研服务区。服务区与数字化校园平台之间有专门的接口，能够随时进行扩展对接。其中互动服务区内部署了师生互动交流系统、家长学校互动系统、远程案件会商互诊系统以及移动交互平台（包括校园移动APP和警院企业号等）。教学服务区和科研服务区以校园私有云盘为基础，分别部署了MOOC系统、教务系统、网教系统、科研问题在线咨询系统以及学生课题申报和查询系统。警院教育云还引入了HADOOP以及数据仓库技术，构建了全院校情分析预判系统，对学院每天产生的结构和非机构数据信息进行实时的分析研判，自动决策。完整的警院教育云系统和应用平台的结构设计如图4所示。

警院教育云内所有新增的系统都与数字化校园进行了无缝集成，人员信息、业务信息、新闻通知全部自动汇聚到统一的数据中心进行灵活调配，分类管理。在用户端则实现了个性化的订制管理，按照需求定制私人的通知信息。通过强大的校内云搜索引擎，学生能够快速搜索到所需的任何校内信息。比如专业课程教师发布的知识要点和难点，比如其他学生学习该门课程的心得感悟等等，还能实时通过各种移动终端与任课教师进行互动交流。基于大数据技术的每日校情分析，按照制定好的策略自动进行分析、摘要，并分发到各级领导和管理人员的邮箱和手机终端，以供各级管理人员进行参考决策。

3.构建标准和操作规范

教育云内系统多，数据多，操作多，结构复杂。如果没有一套完整的构建标准和操作规范必然造成云系统内部的运行混乱。为此，学院专门制定了以下的构建标准和操作规范：

（1）构建标准：

①支撑技术标准。包括了《PaaS 需求和架构》、《云际网络和基础设施框架》、《开放云计算接口》、《网格计算和云计算技术：互操作和通信标准》等等；

②应用标准。包括了《学习资源元数据》、《都柏林核心元数据》、《网络课程建设和评价标准》以及云数据采集输入标准、云数据的存储标准、云数据过滤和分类标准、网上课程评价标准等；

③安全标准。包括《云计算安全高层框架》、《云计算运营安全指南》、《SaaS 应用环境的安全功能需求》、《云计算安全障碍与缓和措施》等等。

（2）操作规范：

①云平台管理规范。包括对云基础平台的资源调配、健康检查、安全监控等具体的操作规范；

②云系统管理规范。包括云内各类系统的后台管理、功能扩展、版面配置等具体的操作规范；

③云信息共建规范。包括单个系统的信息操作规范以及多个系统之间信息共享的操作规范；

④教育云的安全规范。包括网络安全检查操作规范、系统检查操作规范、新系统引入操作规范、数据引入操作规范等等。

同时在教育云推广应用上，学院还专门制定了一些奖惩措施，如：在资源平台的建设上，规定任课教师必须承担一定的资源建设任务，对优秀的资源给予创建者适当的物质奖励。学院每学年也都会定期举办精品课程的评选活动，对于获选的精品课程负责人给予适当的经济奖励。学生方面，也鼓励学生积极利用教育云平台进行学习资料的查询、学院课题的申报，大数据能够及时统计出学生对学院教育云的使用情况，对于积极主动使用云系统的学生将会给予各类奖励。

五、结束语

高校教育云的构建是教育信息化不断推进的必然环节。事实上高校教育云为所有人提供了一个能够持续学习、终身学习的平台。一方面，它能刺激教师相互之间切磋共勉，为平台的建设不断添砖加瓦；另一方面，它也激发了学生强烈的求知欲望，培养了自我学习，不断探索的能力。江苏警官学院教育云的构建还未最终完成，一些功能构想还处在实践摸索之中，但应用的效果已经初步显现，广大的师生正逐步融入其中，各尽所能，各取所需。最后，希望能以本文中浅薄的经验为其他高校教育云的构建提供一些有价值的参考。

参考文献：

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[4]王斌，李楠，孙月新，张海英.国家教育云平台架构设计及关键技术分析[J].现代电信科技，2013（5）：13-15.

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（编辑：杨馥红）