基于云存儲技術的教育資源構建與共享

吳明珠　陳瑛

摘要：針對當前教育資源建設狀況和面臨的問題，探討運用云存儲技術創(chuàng)新教育模式，提出將教師的數(shù)字化教學資源轉化成云教育資源，在云端實現(xiàn)教學、師生信息互動的云溝通模式。關鍵詞：教育資源；云存儲；私有云；共享

0 引言

當前在網(wǎng)絡與多媒體技術的影響下，各高校相繼出現(xiàn)多種形式的教學模式。教師的課件、教案等教學資料不再是單一的紙制材料，而是涌現(xiàn)出不同格式的電子文檔，甚至音視頻的數(shù)據(jù)文件，保存這些文件所占用的空間越來越大。很多學校也認識到，教育資源的整合不僅是安全存儲，更重要的是與學生作業(yè)共享、調(diào)用、傳遞，而這正是學校提高教學效率的核心競爭力之一。因此，現(xiàn)代化的教學模式要求我們必須制訂高效的數(shù)據(jù)共享與保護方案；而云教育則是在互聯(lián)網(wǎng)普及、IT技術深入學校、個人存儲云的實現(xiàn)等許多因素共同促進下的必然產(chǎn)物。

《國家重大科技基礎設施建設中長期規(guī)劃（2012—2030年）》中提出：三網(wǎng)融合、云計算和物聯(lián)網(wǎng)對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的可擴展性、安全性、移動性、能耗和服務質(zhì)量都提出了巨大挑戰(zhàn)，基于TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)依靠增加帶寬和漸進式改進已經(jīng)無法滿足未來發(fā)展的需求。為突破未來網(wǎng)絡基礎理論和支撐新一代互聯(lián)網(wǎng)實驗，建設未來網(wǎng)絡試驗的主要設施包括：原創(chuàng)性網(wǎng)絡設備系統(tǒng)，資源監(jiān)控管理系統(tǒng)，涵蓋云計算服務、物聯(lián)網(wǎng)應用、空間信息網(wǎng)絡仿真、網(wǎng)絡信息安全的開放式網(wǎng)絡試驗系統(tǒng)。

1 當前教育資源建設的現(xiàn)狀

教育資源是人類社會資源之一，而教育資源的建設則是教育信息化的重要組成部分，是實現(xiàn)信息技術與課程整合的前提和基礎，是實施網(wǎng)絡教育的基礎。因此教育資源的建設好壞對于教學質(zhì)量的提高具有重大影響，教育資源建設的現(xiàn)狀與存在的問題如下。

（1）教育資源數(shù)量巨大，形式多樣。隨著多媒體技術的發(fā)展，越來越多的數(shù)字化的教育資源開始出現(xiàn)，比如，電子教案、學案、課件、試卷、例題習題、各類活動視頻等。內(nèi)容之豐富、數(shù)據(jù)之巨大，使得當前的集中管理和存儲的教育資源組織管理模式已經(jīng)不能適應當前的實際需求。同時用于管理和維護這些教育資源的成本也面臨著很大的壓力。

（2）教育資源分布不平衡。辦學條件優(yōu)越的學校往往能夠獲得更好的教育資源，而有的學校，由于地域或師資力量、辦學資金等限制，教育資源面臨著嚴重不足，這就造成了教育資源分布不均的現(xiàn)狀。

（3）教育資源建設缺乏共享。目前很多學校的教育信息資源庫都是自行設計和開發(fā)的，相互之間只是通過超級鏈接簡單相連，很難有機地結合，因此大部分教育資源是分散孤立的，呈現(xiàn)出一種“信息孤島”現(xiàn)象，這在一定程度上造成_r資源的重復建設，導致資源的浪費。此外，學科之間不能相互整合，造成了資源單一、互不兼容。再加上技術支撐體系缺乏導致資源管理平臺的兼容性不強和資源應用平臺的實用性不高，使資源庫相互之間無法實現(xiàn)信息交流與整合，缺乏共享。

2 云存儲技術

Google公司首席執(zhí)行官Eric Schmidt于2006年首次提出“云計算”概念。在20世紀80年代網(wǎng)格計算、90年代公用計算，21世紀虛擬化技術、SOA、SaaS應用的支撐下，云計算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸為學界和產(chǎn)業(yè)界認知。

2.1 基本概念

云存儲是在云計算概念上延伸和發(fā)展出來的一個新概念，指通過集群應用、網(wǎng)絡技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的一個系統(tǒng)。云計算系統(tǒng)運算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲和管理，那么云計算系統(tǒng)就轉變成為一個云存儲系統(tǒng)，所以云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。

云計算是當今IT界發(fā)展的重大方向和必然趨勢。所謂云計算，是指將大量用網(wǎng)絡連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構成一個計算資源池向用戶按需服務——用戶使用計算資源時，就像使用水電一樣按需使用、按需付費。提供資源的網(wǎng)絡被稱為“云”。

從“云”的服務范圍來說，可分為“公有云”和“私有云”。運行在互聯(lián)網(wǎng)上、為互聯(lián)網(wǎng)全體用戶提供服務的云即為“公有云”。由于“公有云”難以解決服務可靠性、數(shù)據(jù)安全性等問題，因此也可將云計算技術運用在單位內(nèi)部，形成“私有云”，私有云只為本單位內(nèi)部的業(yè)務和用戶提供服務?！八接性啤钡某霈F(xiàn)，為分散式教育資源轉變?yōu)榉植际浇逃Y源，打下了基礎。

2.2 云存儲系統(tǒng)的結構模型

云存儲系統(tǒng)的結構模型由4層組成，由下而上分別為存儲層、基礎管理層、應用接口層和訪問層，如圖1所示。

2.3 云存儲技術的優(yōu)勢

由上述結構模型可以看出云存儲技術是將所有硬件資源虛擬化后進行一體化管理，因而可帶來如下顯而易見的優(yōu)勢。

（1）系統(tǒng)管理和維護成本大大降低；

（2）可將服務器閑置的計算和存儲能力投入資源池中，集約使用、提高效率；

（3）當“云”中的資源不夠用時，只需將新的硬件資源放入資源池中即可，很容易無限擴展；

（4）多個相對較便宜的硬件之間采用軟件進行冗余，在高安全性的同時，也實現(xiàn)了高性價比。

正是由于云存儲技術的優(yōu)異特性，云存儲會在各行各業(yè)中得到廣泛應用。這種趨勢也必然對教育信息化產(chǎn)生深遠影響。

3 云教育資源的優(yōu)勢分析與具體實施

對當前云教育資源建設所存在的問題和云存儲技術的優(yōu)勢進行分析后，我們可以看出為了更好地對教育資源進行構建與共享，可以利用虛擬化技術，在教育城域網(wǎng)內(nèi)部塔建“私有云”，為教育用戶提供按需使用、隨時擴展、易于管理、安全可靠的網(wǎng)絡應用服務。

3.1 云教育資源構建的意義

3.1.1 云教育資源建設成本低、利用率高

為了滿足各種教學需求，學校根據(jù)自己的需求進行設備采購，但是很多設備都是重復采購，這會導致成本的增加，而有些設備的利用率并不高，幾年后就被淘汰，這就造成建設成本極大的浪費。如果使用云存儲技術進行教育資源的建設，只需要讓計算機接人互聯(lián)網(wǎng)，由于云計算有實用計算服務，為用戶創(chuàng)造虛擬的資源池，并且對于軟件的升級以及硬件的維護等各種工作都可以交給云服務供應商。這樣在很大程度上節(jié)約了教育資源建設中的軟硬件成本，使學?，F(xiàn)有的資源能夠得到充分的利用。endprint

3.1.2 云教育資源建設解決了教育資源分布不均的問題

因為云計算可以實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)應用與共享，所以不論用戶身處哪座城市，只要能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，就可以同時訪問和使用同一份數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無界限的共享，這就可以解決教育資源分布不均的問題。

3.1.3 云教育資源建設實現(xiàn)了最大范圍內(nèi)的共享

通過云存儲模式，各個高校都將現(xiàn)有的教育信息資源加入到一個“云”中，這樣各院校就可以通過相同的云教育資源平臺實時地獲取其他學校的教育資源，而不用每個學校都各自建設自己的資源庫，從而大大減少了每個學校建設資金的投入，也使得“信息孤島”的現(xiàn)象逐漸消失，達到最大范圍內(nèi)的資源共享與共建。

3.1.4 云教育資源建設保證了教育資源的安全性

在病毒猖獗的網(wǎng)絡時代，數(shù)據(jù)存儲的安全可靠性也越來越引起人們的關注。而云存儲技術采用的是分布式存儲，教育資源被分割成很多數(shù)據(jù)塊分散地存儲在云中的各個節(jié)點，而且云存儲技術還有完善的備份機制，即使某些教育資源遭到了破壞，但是由于在云中其他節(jié)點還有若干備份，所以并不會影響到資源的完整性，因此教育資源的安全性得到了很大的保障。

3.2 云教育資源系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

3.2.1 基礎設施云（IaaS）建設

構建云教育資源的基礎是建設一套硬件基礎設施，以便能夠為學校提供“按需分配”“易于獲得”的資源環(huán)境，為各應用軟件提供“資源動態(tài)調(diào)配”“無限擴展”的資源環(huán)境。在傳統(tǒng)的管理模式中，每個學校管理本校的服務器。當服務器不夠用時，學校就采購新的服務器。這種對服務器實體的使用與管理方式（如圖2所示），不僅造成服務器本身的利用效率不高，而且會導致學校管理員的管理負擔加重，維護成本增加。

為了能夠向各個學校提供“按需分配”“易于獲得”的資源環(huán)境，需要在現(xiàn)有服務器、存儲的基礎上實施“虛擬化”操作，將單個的、分散的計算資源（CPU、內(nèi)存等）和存儲資源虛擬化為一個巨大的、一體化的運算資源池和存儲資源池；并采用虛擬化資源分配工具將上述虛擬的資源池根據(jù)需要切分為一臺臺“虛擬”的服務器，交付給學校或應用軟件使用。虛擬化環(huán)境構建如圖3所示。

隨著云計算技術的快速發(fā)展，越來越多的小型化、成本低、應用及管理簡易、有強大網(wǎng)絡存儲功能的存儲設備面世，本項目選用EMCIomega的產(chǎn)品作為教育資源存儲設備。EMC存儲寶箱既可以方便加載到任何網(wǎng)絡環(huán)境中，以方便實現(xiàn)老師和學生通過網(wǎng)絡共享信息。同時，它還可以對存儲寶箱中的共享文件建立不同的訪問安全設置，實現(xiàn)教學資料的安全保護與高效可用。此外，存儲寶箱還提供了專業(yè)級的磁盤冗余保護技術（RAID），避免因磁盤損害造成的數(shù)據(jù)丟失；它還內(nèi)置了EMC Retrospect備份軟件，可以為所有聯(lián)網(wǎng)的計算機提供數(shù)據(jù)備份保護。因此該網(wǎng)絡存儲設備為我們構建云教育資源提供了硬件環(huán)境保障。

在云教育資源平臺建設初期，我們先配備小型的云存儲設備，即EMC Iomega ix12，以規(guī)避初期投入過大所帶來的浪費和風險。將來根據(jù)云教育資源應用的使用情況，我們在需要時只需向已經(jīng)建好的小型云平臺中相應地增加硬件資源，即可無縫擴展。

3.2.2 開發(fā)平臺云（PaaS）建設

開發(fā)平臺云是指架構在基礎設施云上，為軟件應用提供開發(fā)平臺、運營平臺的軟件服務。本項目選用群暉科技股份有限公司（synology）開發(fā)的云平臺DSM（DiskStation Manager），該開發(fā)平臺對于云端服務、數(shù)字內(nèi)容管理、存儲空間設置、虛擬化架構支持等方面都提供支持服務。DSM具有的特色功能如下：

任何人，包括大型企業(yè)都可以輕易地在DiskStation架設私人云端空間，并且在使用Synology云端服務的同時享受多臺計算機間的自動文件同步、網(wǎng)絡一鍵設置和免費的動態(tài)域名服務。

把電影、直播電視節(jié)目、音樂和照片存放在同一地方，用戶能輕松地在單一平臺上，享受所有的多媒體文件。

DSM支持各大虛擬化解決方案，提供實時支持，包含VMware vSphere 5.1和WindowsServer2012認證，讓企業(yè)在建構IT設備時更加有彈性。

IT管理員可集中管理使用者賬號和權限設置，讓企業(yè)用戶通過單一網(wǎng)域賬號便可輕松存取DiskStation的數(shù)據(jù)和眾多服務及應用程序。DSM也能夠架設專屬的LDAP服務器促進網(wǎng)絡設備的管理。

3.2.3 軟件應用云（SaaS）建設

無論云平臺有多么強大，要想充分發(fā)揮作用，就必須要有符合業(yè)務需求的業(yè)務軟件。這就像臺式計算機一樣——無論CPU多么快、內(nèi)存多么大，用戶使用的卻只是操作系統(tǒng)和應用軟件。因此，作為一個行業(yè)應用來說，“云應用”才是需求之本，“云平臺”只是為“云應用”提供優(yōu)質(zhì)支撐環(huán)境的一種技術手段。沒有能夠支撐起教育核心業(yè)務的“云應用”，沒有“云應用”的廣泛推廣，“云平臺”也將失去存在的價值。

本項目在DSM開源平臺的基礎上進行二次開發(fā)，充分考慮教育資源建設的特點，以“用戶需求”和“用戶體驗”為兩個基本出發(fā)點，為學校、教師、學生和家長建立一個優(yōu)質(zhì)的教育資源共建與共享平臺。該平臺主要的云應用包括以下兩大方面。

1）云教育資源中心。

云教育資源中心服務平臺圍繞用戶資源共建、共享的需求進行設計，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的使用體驗。在資源共享端，云教育資源中心致力于讓用戶輕松獲取優(yōu)質(zhì)資源；在資源共建端，云教育資源中心致力于讓用戶輕松上傳自己制作和收集的資源。而在共建—共享中間，需要進行多層次、多方面的機制設計以及大量的運算，這些都是由云教育資源中心服務承擔的。云教育資源中心的主要建設內(nèi)容如下：

（1）教師的教學信息集中存儲，隨時能夠通過局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)在線訪問；教師可以在辦公室、教室、家中或外地出差途中隨時上傳或下載、編輯或調(diào)用自己的教學信息。endprint

（2）可對用戶進行權限設置，訪問時進行身份認證；對不同類別的用戶可按群組進行管理和開放可訪問的內(nèi)容與方式。

（3）對所有的教學信息進行豐富而全面的權限設置，可設置個性化的開放模式。

（4）讓學生或家長在數(shù)據(jù)中心建立開放或私有空間，上傳資料與教師進行互動。

（5）自動備份局域網(wǎng)內(nèi)教師（筆記本）電腦上的資料；遠程訪問時可對遠程的電腦實現(xiàn)資料定時備份。

（6）教云數(shù)據(jù)中心還可做家庭數(shù)據(jù)、多媒體播放中心，讓家人共享。

2）云課程系統(tǒng)。

云課程系統(tǒng)是由在線課程系統(tǒng)發(fā)展而來，與個人云技術相結合，真正實現(xiàn)由教師自主支配、進行教學的云教學平臺。

（1）云課程系統(tǒng)主要分為云課程“教”系統(tǒng)和云課程“學”系統(tǒng)。

（2）云課程系統(tǒng)的功能主要包括：視頻教學、課件資料共享、練習評改、在線互動答疑、綜合測試等多種教學功能；在線學習、資源下載、作業(yè)提交、正確答案對比、在線提問等多種云學習功能。

4 結語

利用云存儲技術實現(xiàn)對教育資源的構建與共享，不僅能夠促進優(yōu)質(zhì)教育資源建設工作的發(fā)展，也會給教師、學生和家長帶來豐富的資源共享與及時的溝通，教學質(zhì)量很大程度上也將得到提高。未來我們要在建立優(yōu)質(zhì)的云教育資源系統(tǒng)的基礎上，深入整合并研發(fā)適合于個人教云的技術及應用系統(tǒng)平臺，以每個教云為基本單元，構建起國家的云教育資源，服務于教育事業(yè)。

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（編輯：郭田珍）endprint