云教材体系资源虚拟化框架设计方法研究

罗晓莉

［摘要］云教材不仅是一种面向服务的移动交互式数字教材，还是一种能够满足作者、教师、学生以及编辑联合开发、完善、升级、应用教材的新协同模式，互联网等先进技术的发展为其落地提供了重要支撑。其中，云教材的资源服务化方法是一个亟待解决的基础性问题。为了解决云教材资源服务化顶层设计问题，文章在探讨云教材体系架构设计的基础上，分析了云教材资源形态与资源特性，提出了一种互联网支撑下的多角色多维度云教材资源虚拟化框架设计，从属性、任务和流程三个层次对云教材虚拟资源生成进行了探索，为分布多源的教材资源转化为集中同源的教材云服务提供了有效解决方案。

［关键词］云教材；虚拟化；框架设计；多维度；多角色

我国教材形式经历了传统纸质教材、电化教材、立体化教材和数字化教材四个阶段。在当前信息技术高速发展以及高校信息化环境全面普及背景下，数字化教材作为一种新形态教材获得了高速发展。其中，云教材作为一种面向服务的移动交互式数字教材，是数字化教材新发展阶段的典型代表［1］。云教材区别于传统意义上的数字化教材，云教材开发者应依据相关方情景化、动态化和形象化的编写、编辑、使用、学习等多样化需求，利用云服务、互联网、大数据、人工智能等技术，打造云—网—端的云教材体系，面向用户端（作者、教师、学生、编辑等）及所使用物理端（手机、PC、Pad等），构建一种能够满足作者、教师、学生以及编辑联合开发、完善、升级、应用教材的新协同模式［2］。

迄今为止，国内外对“云教材”還没有形成明确的、一致的认识。云教材的资源服务化方法是云教材落地实施首先需要解决的问题，也是当前研究热点。文章提出了一种基于互联网支撑下的多角色多维度云教材资源虚拟化框架设计，为解决云教材资源服务化顶层设计问题提供一套有效解决方案。

一、云教材体系架构设计

一种互联网支撑下的云教材体系架构设计如图1所示。云教材开发相关方包括作者、编辑、教师和学生等，他们既是云教材的编著者，也是云教材的运用者，互动参与云教材全寿命全周期过程。云教材编著层为各种可用教材资源提供者，主要来源于作者和编辑，教师、学生、专家以及其他云教材关注者也是重要来源；数据层指通过互联网、大数据、人工智能等技术获取教材资源，进行相应数字化处理、接入及适配，形成标准化云教材资源数据库；虚拟层将数据层资源作虚拟化处理，转化为集中同源的云教材服务资源，在平台上形成即时可用的教材资源云池；面对用户的各项个性化需求，运用层作出智能识别及最优化响应，需求主要来源于教师和学生，作者、编辑、专家以及其他云教材关注者也是重要来源。

教材资源作为云教材体系的核心，以不同形式存在于互联网支撑下的云教材体系架构中。教材资源作为一种知识载体，源自作者、编辑等知识贡献者，以客观的物理形态存在于编著层；通过一系列技术处理后形成特定的数字资源，如基于互联网的机器语言教材资源；在云教材体系架构的约束下，经教材资源建模等处理后，教材数字资源传送到虚拟层，分布多源的教材资源转化为集中同源的教材服务；最后依据云教材服务模式和用户不同需求，提供各种最优化的云服务，在运用层以尽量短的时间在教材资源云池中提取出最合适的内容。

二、云教材资源虚拟化特性分析

在云教材体系架构中，虚拟层将数据层资源虚拟化，汇集转化生成云服务内容，形成即时可用的教材资源云池，为用户提供随时可取、按需可用、优质高效、安全可靠的全周期教材云服务。教材虚拟化技术是支撑构建教材资源云池的核心关键技术之一，通过互联网、物联网、计算虚拟化等技术，实现云计算平台中全部资源的有效管理和利用，具有数据来源多元化、资源内容融合化、需求应对敏捷化、服务模式共享化、资源运用定制化等特性［3］。

（一）数据来源多元化

在传统教材开发中，作者和编辑是主要参与者；在云教材开发过程中，不仅仅只有作者和编辑参与开发，学生、专家以及其他云教材关注者也是重要参与者，均可为云教材的开发提供有价值的数据资源。另外，以上参与者的身份也具有多元性，比如作者一般为具有扎实教学经验的教师和丰富工程经验的工程人员，参与者身份多元是导致教材资源数据来源多元化的重要原因。

（二）资源内容融合化

基于云教材内容体系设计，云教材开发者可以从多个层面实现教材数字资源融合，如在学科专业方面，将所获取多元化教材资源数据按不同学科的知识和方法进行整合；在教材内容方面，将理论知识、技术基础、试验方法、能力训练以及职业技能等有机融合；在物理形态方面，将来自手机、PC和Pad等物理端的文字、声音、图片、图像等资源进行融合处理等。

（三）需求应对敏捷化

云教材开发者应遵循敏捷开发原则，通过教材虚拟资源与物理资源的松耦合模式、内容映射机制等，以需求变化为中心，快捷获取需求，敏捷应对变化，实现教材资源云池内容可按云业务量需求变化而灵活变更。

（四）服务模式共享化

云教材开发者应以教材资源高效利用和全面共享为目标，使教材资源环境构建可按需进行、动态调度，支持各种软硬教材资源的接入和运维，实现教材资源利用最大化；采用容错技术，任务环境在发生单点故障、遭受攻击时可动态迁移至其他物理端继续运行，确保多主体、多模式协同运行正常。

（五）资源运用定制化

云教材面向各类教材资源应用服务，具备可定制化人机物交互、任务执行、工具应用、知识应用、综合视图等功能；在全生命周期内，支持各种教材资源用户按需定制个性化终端设备、运行环境、界面风格、交互方式等。

三、多角色多维度云教材资源虚拟化框架设计

针对教材资源种类繁多、形式多样、应用模式灵活等特点，文章提出了一种多角色多维度云教材资源虚拟化框架设计方法。首先对云教材资源进行规范化描述，在教材资源数据层，将来自于作者、教师、学生、编辑等教材资源用户的原始数据转化为计算机语言，形成教材资源数据；在教材资源语法层，利用教材资源数据和教材资源建模方法，对各类型教材资源进行统一化建模，基于多角色多维度资源分类处理方法对所有教材资源进行语法层标准化定义，形成教材资源库；教材资源语义层接收教材资源信息后，进行特征解析与提取、资源语义标注、语义模型构建等流程化作业，完成教材资源语义标注，形成教材资源语义知识库［4］。

云教材资源多角色指云教材开发过程中的众多参与者，包括作者、编辑、教师、学生、专家以及其他云教材关注者等。云教材资源以三种形态存在：教材资源、教材资源所具有的知识能力、教材资源所提供的教材云服务。假定A、B、C分别代表以上三种形态资源的集合，从B至A可建立知识能力到教材资源的一对多的映射关系，这种映射被称之为一个云教材维度，同一教材资源可以与同一角色多种维度的知识能力产生关联，云教材资源多维度则指此类多种映射关系，如图2所示。

C代表教材云服务，是将不同教材资源、知识能力、服务模式及用户需求的教材资源聚合形成的功能教材云，分为教材信息获取云、教材信息处理云和教材信息保障云。

教材信息获取云：针对教材云空间的多维互联关系，教材云服务体系必须具有各种参与者实时的信息获取能力。云教材编著将在多角色空间同步展开，具有专业范围广、参与角色多、时空不同步、交互频繁、瞬息万变等特征，云教材开发者要使教材云服务知识具备广度和深度。

教材信息处理云：针对大量的多源异构教材信息，教材云服务体系必须具有智能、高效的多源信息融合处理能力及计算判断决策能力。只有将教材信息获取流程中各环节数据进行有效融合，教材云才能获得可靠、有效的数据支撑。另外，由于信息来源较多、交互迭代頻繁，存在信息质量层次不清、真实虚假信息并存、残缺无效信息泛滥等问题。在教材信息处理中，云教材开发者须充分发挥云计算技术精确、灵活、即时等优势，采用数据挖掘、信息融合、智能识别、在线决策等前沿技术，对海量教材信息数据去粗取精、去伪存真，确保用户以最短时间获取最有用、最准确的教材信息。

教材信息保障云：教材云服务用户群体庞大，教材信息更新快、用户角色转化快、用户个性化需求多。云教材开发者应综合运用云平台多元保障能力，为教材云提高信息服务效能提供保障。

四、多层次云教材虚拟资源生成

以往单一化的虚拟资源生成方法已无法满足云教材用户的多样化需求，因此云教材开发者须采用多层次云教材资源虚拟化方法。云教材资源及其知识能力的多层次特性主要来源于两个方面：一是云教材用户的多样化需求，二是云教材资源描述时的维度差异。云教材开发者应采用云教材资源规范化描述方法，建立云教材资源语义填充模型，以充分表达云教材资源的多层次特性，并实现不同维度层间数据转化。云教材开发者主要按照属性、任务和流程三个层次，生成云教材虚拟资源［5］。

（一）面向属性的云教材虚拟资源生成

属性主要指云教材资源具有知识能力的本质特性，是多层次云教材资源的基本维度。面向属性的云教材虚拟资源生成按照云教材资源所具备的知识能力，将相同或者相近知识能力所对应的云教材资源划分为同类，并提升同一云教材虚拟资源范围内的所有知识能力的同构性。对云教材虚拟资源的生成，云教材开发者可从逻辑层面解耦教材资源和与之对应的知识能力，防止教材资源运行过程中动态变化导致的资源失效

问题。

（二）面向任务的云教材虚拟资源生成

面向任务的云教材虚拟资源生成与云教材开发参与者角色有关，主要存在作者、教师、学生、编辑四种角色，每种角色代表云教材资源虚拟化工作任务中的一项子任务。每项子任务需要的知识能力和云教材资源所能提供的知识能力决定了虚拟资源生成质量，并对教材资源和虚拟资源之间的匹配性有较大影响。作者、编辑、教师和学生互动参与云教材全寿命全周期过程，是云教材虚拟资源的提供者，也是云教材的使用者。因此，云教材开发者须从云教材资源编著者和云教材资源运用者双向维度和视角，衡量云教材资源和虚拟资源之间的匹配程度。

（三）面向流程的云教材虚拟资源生成

在教材资源虚拟化任务所分解的任务流中，每一个节点被定义为一个生成活动，节点按时序约束关系排序。每一个生成活动对应一种云教材虚拟资源，由全流程生成活动产生云教材虚拟资源集合。在面向流程的云教材虚拟资源集合中，每一种云教材虚拟资源均可支持虚拟资源集合中每一个生成活动完成。

五、结语

当前，云教材作为新形态智能立体化数字教材成为教育部教材建设大力推动的新形态教材。文章针对云教材资源服务化顶层设计问题，提出了一种互联网支撑下的多角色多维度云教材资源虚拟化框架，进行了多层次云教材虚拟资源生成方法研究，以期为大力推动我国云教材体系化建设、工程化落地提供有价值的解决方案。

［参考文献］

［1］蔡喆，赵延永.新形态教材的策划与出版探析：以云教材为例［J］.今传媒，2023（04）：63-66.

［2］尚洁.《国际贸易实务》云教材创新建设与实践探索［J］.武汉交通职业学院学报，2022（04）：121-124.

［3］李晶晶，王菲.产教融合背景下高职交通土建类专业核心课程云教材的内涵与开发研究［J］.中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2023（02）：13-16.

［4］周文，颜喜富，孙晓民，等.一种网络信息体系支撑下的云作战资源虚拟化框架设计［C］//国防科技大学系统工程学院.第四届体系工程学术会议论文集：数字化转型中的体系工程.［出版者不详］，2022：2-11.

［5］郑可飚.虚拟化技术在云计算环境下的性能优化与资源管理研究［J］.数字通信世界，2023（05）：50-52.