云計(jì)算在高等教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討

王鳳領(lǐng)+張莉+李鈺

摘要：云計(jì)算是當(dāng)前重要的研究熱點(diǎn)?；诖?，通過對云計(jì)算、教育信息化的相關(guān)概念及特點(diǎn)的闡述，分析了云計(jì)算在高等教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合高等教育特點(diǎn)，提出一種高等教育云計(jì)算服務(wù)平臺架構(gòu)，并指出云計(jì)算為高等教育信息化建設(shè)帶來的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；教育信息化；高等教育；教育信息化資源

中圖分類號：G40-057文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-7836（2014）04-0019-03

隨著高等教育信息化建設(shè)水平的逐步提升，云計(jì)算時(shí)代的到來，云計(jì)算的應(yīng)用必將對高等教育領(lǐng)域起到重要的作用并產(chǎn)生深刻的影響，促進(jìn)教育教學(xué)的發(fā)展。如何將云計(jì)算應(yīng)用在高等教育中也正在成為目前研究的熱點(diǎn)問題。在這種環(huán)境下，云計(jì)算結(jié)合到高等教育領(lǐng)域，對高等教育信息化建設(shè)有著一定的理論意義和實(shí)踐意義。

1相關(guān)概念

1.1云計(jì)算

云計(jì)算（Cloud Computing）作為網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算和并行計(jì)算的發(fā)展，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取存儲空間、各種軟件服務(wù)和計(jì)算能力，能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)分布到眾多計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上[1]。云計(jì)算所具有的海量數(shù)據(jù)存儲、高可用性、資源共享、強(qiáng)大計(jì)算能力等特點(diǎn)，是高等教育信息化建設(shè)演進(jìn)的理想選擇。

1.2教育信息化

教育信息化是指將以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及多媒體等技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用到教育系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在教育教學(xué)活動中的數(shù)字信息化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，從而提升高等教育教學(xué)質(zhì)量。而教育信息化的實(shí)質(zhì)就是在教育所涉及到的各個(gè)領(lǐng)域中使用先進(jìn)的信息技術(shù)，促進(jìn)教育發(fā)展和改革的一種過程。

1.3教育信息化資源

教育信息化資源就是指在教育信息化進(jìn)程中所產(chǎn)生的共享、可存儲、可傳播、可進(jìn)行再加工的信息集合。教學(xué)媒體和教學(xué)資源都包含于教育信息化資源中，這些信息是以視頻、文字、圖像和音頻等多媒體信息方式存儲于載體當(dāng)中。信息與信息之間能夠?qū)崿F(xiàn)共享，以不同的渠道和方式加以傳播和擴(kuò)散，這是教育信息化過程中的核心要素。

1.4云計(jì)算的特點(diǎn)

（1）快速、便捷的云服務(wù)。只需要一臺能上網(wǎng)的電腦和瀏覽器，即可以隨時(shí)隨地獲取云服務(wù)。軟件在云端，動態(tài)的升級，無須下載。無數(shù)的服務(wù)和軟件置放于云中，用起來方便、快捷。

（2）安全，可靠的數(shù)據(jù)存儲中心。嚴(yán)格的權(quán)限管理策略可幫助你放心地與指定的人共享數(shù)據(jù)。同時(shí)，在“云”里有最專業(yè)的團(tuán)隊(duì)來管理信息，用戶可在云端存儲數(shù)據(jù)信息，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)丟失和病毒入侵的麻煩。這樣，你不用花錢就可以享受到最安全、最好的服務(wù)。

（3）經(jīng)濟(jì)效益。只需租用云端的設(shè)備就能方便地構(gòu)建自己的信息化教育平臺，企業(yè)和教育機(jī)構(gòu)不用購買昂貴的硬件設(shè)備，從硬件、軟件上都能達(dá)到效益的最大化[2]。

（4）超強(qiáng)的計(jì)算能力。云服務(wù)中是由上萬的計(jì)算機(jī)組成的，形成一個(gè)超強(qiáng)的服務(wù)器，這種服務(wù)器能夠?yàn)橛脩籼峁?qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，而這些在個(gè)人電腦上是難以實(shí)現(xiàn)的。

2云計(jì)算在高等教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

就目前來看，在高等教育領(lǐng)域中，云計(jì)算也已經(jīng)開始初步的實(shí)驗(yàn)型應(yīng)用，大型IT公司都推出了各種云計(jì)算服務(wù)。目前在高等教育信息化實(shí)踐中，已經(jīng)有一些個(gè)人和機(jī)構(gòu)有選擇地使用云服務(wù)，大學(xué)與公司協(xié)作、高等教育組織相繼開發(fā)了多個(gè)教育云計(jì)算項(xiàng)目。2010年，微軟和NSF宣布要選出一批研究人員和團(tuán)體，讓他們免費(fèi)訪問Windows Azure的云計(jì)算資源。加拿大大學(xué)CIO委員會也正在積極地工作，爭取在加拿大立法框架通過一些隱私評估方案保障與云服務(wù)商協(xié)商合作。在英國，紐卡爾斯大學(xué)的Paul Wastson教授和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于云計(jì)算技術(shù)的平臺eScience Central，基于JISC資助的項(xiàng)目研究經(jīng)驗(yàn)，該平臺支持跨學(xué)科的研究活動。在美國，Kuali基金會發(fā)起諸如Kuali Ready等開源項(xiàng)目面向多所高校提供云服務(wù)。除此以外，谷歌、IBM、微軟等一些云服務(wù)提供商也正在積極尋求與專業(yè)組織或高校進(jìn)行合作，來推廣其服務(wù)。也有以個(gè)人方式的學(xué)生和教師自由選擇Eucalyptus、E-mail、Google Docs等多種云端服務(wù)輔助日常的存儲和編輯，以及科學(xué)研究等工作。

3高等教育云計(jì)算服務(wù)平臺構(gòu)架

高等教育的云計(jì)算承載日益增多的海量學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)者根據(jù)需要安排自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度，選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，形成學(xué)習(xí)小組討論與探究問題，在任何地點(diǎn)和任何時(shí)間通過一般配置網(wǎng)絡(luò)終端獲取學(xué)習(xí)資源，充分組織、開發(fā)和利用各種學(xué)習(xí)資源以拓展學(xué)習(xí)空間。就個(gè)人學(xué)習(xí)環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，需要一個(gè)可靠的技術(shù)平臺來支撐。目前，提出了較完整的云基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)構(gòu)架主要有IT企業(yè)、學(xué)術(shù)界、開源組織，都具有各自的應(yīng)用優(yōu)勢。依據(jù)提出的云基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)模型與高等教育特點(diǎn)，將高等教育云計(jì)算服務(wù)平臺可分為服務(wù)層、應(yīng)用程序?qū)?、中間件服務(wù)層、基礎(chǔ)管理層、虛擬服務(wù)器層和物理資源層六個(gè)層次[3]，如下圖所示。

3.1服務(wù)層

高等教育云計(jì)算服務(wù)平臺提供安全、便捷、快速的應(yīng)用程序、計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲，用戶以任何可以連接到互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備來訪問這些服務(wù)，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、管理決策、科學(xué)研究、協(xié)同辦公、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、校務(wù)管理等多種事務(wù)。

3.2應(yīng)用程序?qū)?/p>

高等教育云計(jì)算服務(wù)體現(xiàn)高等教育相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，不同于一般云計(jì)算的關(guān)鍵在于應(yīng)用程序?qū)?。高等教育?yīng)用程序?qū)又饕瑑?nèi)容：科研類軟件系統(tǒng)、工程，包含建模與仿真環(huán)境、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境、工程實(shí)驗(yàn)環(huán)境、科學(xué)計(jì)算環(huán)境等程序；高等教育學(xué)習(xí)與管理程序，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和管理業(yè)務(wù)、教育教學(xué)，如財(cái)務(wù)管理、學(xué)習(xí)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、互動交流、圖書管理、教務(wù)管理、學(xué)生管理、協(xié)同辦公等系統(tǒng)。

3.3中間件服務(wù)層

中間件是基礎(chǔ)管理層和應(yīng)用程序?qū)又g的一類服務(wù)支持程序，而中間件服務(wù)層是為用戶提供一系列的部署、應(yīng)用開發(fā)、服務(wù)總線、運(yùn)行、虛擬主機(jī)托管、工作流、數(shù)據(jù)存儲等服務(wù)，是一個(gè)應(yīng)用服務(wù)平臺。專門分離出來的中間件服務(wù)層能夠使編寫和運(yùn)行用于處理海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序變得更加簡單容易，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分布式存儲和運(yùn)算。技術(shù)成熟實(shí)用的有：Amazon提供的Dynamo框架、簡單消息隊(duì)列Simple Queuing Service、簡單數(shù)據(jù)庫管理SimpleDB，Google云計(jì)算平臺的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable、程序設(shè)計(jì)模式MapReduce、分布式鎖機(jī)制Chubby，Windows Azure Service Platform提供的SQL服務(wù)、Dryad框架、Live服務(wù)、.NET服務(wù)，Hadoop對MapReduce的開源實(shí)現(xiàn)[4]。

3.4基礎(chǔ)管理層

該層是云計(jì)算服務(wù)平臺的關(guān)鍵層，主要由存儲體系結(jié)構(gòu)、虛擬化計(jì)算資源管理、服務(wù)處理與控制三類軟件構(gòu)成。云計(jì)算存儲體系結(jié)構(gòu)需與分布式數(shù)據(jù)處理的需求結(jié)合起來，才能獲得最好的性能提升，不管是用戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)或者是服務(wù)程序、硬件管理系統(tǒng)都保存在存儲體系中。服務(wù)處理與控制系統(tǒng)監(jiān)聽處理來自中間件服務(wù)層的請求服務(wù)，并根據(jù)服務(wù)的等級協(xié)議提供計(jì)算費(fèi)用和服務(wù)，根據(jù)虛擬機(jī)的能力來進(jìn)行智能化分配任務(wù)，實(shí)現(xiàn)安全的訪問控制。虛擬化計(jì)算資源管理硬件資源的變更事務(wù)、配置管理、異常處理、部署、虛擬化、運(yùn)行監(jiān)控等，以架設(shè)一個(gè)分布式、可信的資源結(jié)構(gòu)。

3.5虛擬服務(wù)器層

當(dāng)一臺服務(wù)器超載時(shí)，遷移到另外服務(wù)器上，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了資源在服務(wù)器上的遷移。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件的分離，只需要在虛擬層運(yùn)行自己的軟件，用戶則不需要考慮后臺硬件的實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算通過對如存儲和計(jì)算的虛擬化、內(nèi)存、I/O設(shè)備等硬件資源，向用戶提供各種服務(wù)以租用虛擬機(jī)的方式，如Amazon提供的S3存儲服務(wù)和EC2彈性計(jì)算云服務(wù)。

3.6物理資源層

云計(jì)算以數(shù)據(jù)為中心，采用管理數(shù)據(jù)資源和集群存儲，調(diào)度計(jì)算任務(wù)到數(shù)據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，形成由生產(chǎn)者到消費(fèi)者模型，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)獲取云計(jì)算系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)處理服務(wù)。而將若干計(jì)算機(jī)集群或普通服務(wù)器連接在一起采用以太網(wǎng)等快速網(wǎng)絡(luò)，把I/O設(shè)備資源、內(nèi)存、計(jì)算能力和存儲聚集起來，形成一個(gè)大的數(shù)據(jù)處理和存儲中心[5]。

4云計(jì)算在高等教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用

在高等教育領(lǐng)域中，云計(jì)算的方便和廉價(jià)使更多的個(gè)人和學(xué)校把自己的信息處理都遷移到“云”上。要提前著手探索“云計(jì)算”時(shí)代對教學(xué)方式變化和教育資源建設(shè)的影響，使人們在考慮教育信息化的發(fā)展策略時(shí)具有一定的前瞻性，就目前的軟、硬件建設(shè)“夠用為宜”，來研究教育技術(shù)機(jī)構(gòu)的重新定位、研究學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)中心、研究教育信息化的“云”機(jī)制[6]。

將云計(jì)算應(yīng)用于高等教育教學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)勢[7]，如：

（1）隨時(shí)隨地進(jìn)行教學(xué)活動。只要通過可以上網(wǎng)的終端設(shè)備即可，教師可將教學(xué)任務(wù)帶回家做；用戶可以隨時(shí)隨地利用這些想要的資源，由于所有的數(shù)據(jù)都存儲在“云端”，學(xué)生想學(xué)習(xí)教師講過的知識，不受任何地點(diǎn)和任何時(shí)間的限制，通過筆記本電腦、PDA或者手機(jī)，在線查看教師的視頻教學(xué)或電子教案。

（2）可大幅降低學(xué)校教育資源建設(shè)中的軟硬件成本。只要擁有一個(gè)可以上網(wǎng)的終端設(shè)備和一個(gè)瀏覽器，云計(jì)算對用戶端的設(shè)備要求很低，將終端設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)想做的任何事情。

（3）更有利于實(shí)現(xiàn)教育信息資源的共享和共建。將高等教育信息資源存儲在“云”上，將云計(jì)算應(yīng)用到高等教育領(lǐng)域中，這樣更有利于實(shí)現(xiàn)教育信息資源的共享。目前，各級教育行政機(jī)構(gòu)、教育企業(yè)和學(xué)校已經(jīng)或者正在建設(shè)大量的教育信息資源?？梢园讯鄠€(gè)不同學(xué)?，F(xiàn)有的教育信息資源共同加入到一個(gè)“云”中，由于云計(jì)算擴(kuò)展性非常強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源共享，從而以減少單個(gè)院校的時(shí)間和資金上的投入?？衫迷朴?jì)算所提供的強(qiáng)大的協(xié)同工作能力使信息資源建設(shè)人員或各個(gè)教育機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)教育信息資源的共建[8]。

（4）保證學(xué)校師生的數(shù)據(jù)安全。由云計(jì)算服務(wù)提供商提供安全、高效和專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲，云計(jì)算服務(wù)將數(shù)據(jù)存儲在“云端”。因此，學(xué)校使用云計(jì)算，可極大地保證師生的數(shù)據(jù)安全可靠，師生無須再擔(dān)心病毒和黑客的侵襲，以及由硬件損壞所造成的數(shù)據(jù)丟失問題。

云計(jì)算是一種更加靈活、高效、節(jié)能、低成本的信息運(yùn)作方式，是信息技術(shù)長期發(fā)展和積累的結(jié)果，也是自互聯(lián)網(wǎng)革命以來IT產(chǎn)業(yè)最深刻的變革。云計(jì)算將會成為高等教育未來發(fā)展的潮流和趨勢，隨著Internet的發(fā)展和技術(shù)的不斷成熟，在高等教育信息化建設(shè)過程中，勇于研究和探索，統(tǒng)籌規(guī)劃并循序漸進(jìn)地堅(jiān)定執(zhí)行，以前瞻的思維把握時(shí)機(jī)與方向，云計(jì)算必將對高等教育領(lǐng)域產(chǎn)生重要的作用和影響。

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Abstract：Cloud computing is one of the important hot research issues. Therefore， based on the elaboration of cloud computing， information education related concepts and the characteristics， the present situation of cloud computing application in higher education is analyzed， and combined with the characteristics of higher education， this paper puts forward a kind of platform for higher education cloud computing service， and points out the benefits brought by cloud computing for the information construction of higher education.

Key words：cloud computing； education information； higher education； education information resources