基于云平臺構建教學系統(tǒng)的技術方案研究

唐娟

摘要：云平臺為高校教學提供完善的軟件交互服務，基于云平臺構建的教學系統(tǒng)在很大程度上給學生提供了更加廣泛的學習空間，不僅培養(yǎng)學生的自主學習能力，同時有利于教師進行多元化教學與考核。據(jù)此，本文主要對基于云平臺構建教學系統(tǒng)的技術進行了詳細分析，給出了基于云平臺構建教學系統(tǒng)的結構和技術方案，以期能夠顯著提高教學效率和質(zhì)量。

關鍵詞：云平臺；教學系統(tǒng)；技術方案

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0111-02

1 基于云平臺構建教學系統(tǒng)

云平臺主要包含資源平臺層、軟件設施層、實驗管理層等，其中層面不同，其中所存在的軟硬件設備十分多元化，其共同構成了云平臺。軟件與硬件都是資源平臺層面的重要設備，為教學服務層提供技術支撐條件。教學服務層則包含數(shù)據(jù)庫、用戶服務、存儲平臺、教學管理、評估等相關內(nèi)容，是綜合性、整體性較強的實踐系統(tǒng)。其中，虛擬機直接為實踐教學提供了封閉式環(huán)境。基于云平臺的計算機實踐教學系統(tǒng)的結構如圖1所示。

在下層，通過云計算技術構建資源平臺層。基于服務器、網(wǎng)絡與存儲設備等硬件設施，以云計算系統(tǒng)軟件為載體，云平臺以（IaaS）、平臺服務（Paas）、軟件服務（Saas）形式為上層教學服務提供資源。在平臺層上，通過云平臺進行教學服務開發(fā)和布置。其中，所謂實驗室管理服務就是統(tǒng)一監(jiān)控并管理設備、課程、環(huán)境等。在教學過程中，課程管理服務屬于核心環(huán)節(jié)，教師根據(jù)實際情況開發(fā)課程，即設計具體課程內(nèi)容，并合理設置環(huán)境。進行課程開發(fā)需要所有教師一起努力開展，才能夠快速有效完成。學生在自主選擇所要學習課程時，需要對詳細內(nèi)容與具體資料進行查詢，而教師的任務則是對資料進行客觀評判。就不同的實驗來說，學生與教師則可以采取彼此留言的方式實現(xiàn)溝通。教學評估服務則是基于教學過程分析挖掘其中所詳細記錄的數(shù)據(jù)信息，在班級、課程、學生等相關層面，客觀評價教學質(zhì)量。

統(tǒng)一門戶、用戶管理、存儲等屬于基礎性服務，主要是為實踐教學的開展奠定基礎。在整個教學系統(tǒng)中，所謂入口位置就是統(tǒng)一門戶，其發(fā)揮著不可替代的重要作用，用戶通過登錄此入口，進行服務訪問與瀏覽。用戶管理服務主要是進行身份認證與權限管理，在認證之后，可以對權限內(nèi)的服務開展訪問。而存儲服務可以給用戶提供一定的獨立空間，以便于自行存儲。服務發(fā)現(xiàn)主要是通過面向服務結構的方式，組織系統(tǒng)所有服務，再注冊其他服務，而服務為了進一步訪問其他服務，應先向服務發(fā)現(xiàn)查詢所需的具體信息等，并根據(jù)查詢結構做進一步的查詢結構訪問。在進行教學時，極有可能會涉及到各式各樣的服務，而SOA能夠?qū)崿F(xiàn)各種相關服務之間的有效對接。

在服務運行時，會不斷形成完善的數(shù)據(jù)庫。用戶管理服務的根本在于數(shù)據(jù)庫，在進行實驗室管理服務中，相關課程數(shù)據(jù)庫、畢業(yè)設計數(shù)據(jù)庫等，可以將實踐教學狀態(tài)全方位展現(xiàn)出來，經(jīng)過長時間積累數(shù)據(jù)信息，并進行深層挖掘與分析，客觀公平地評估真實的教學效率與質(zhì)量。另外，教學評估服務主要是以數(shù)據(jù)庫與云平臺日志作為主要載體，以此評估教學整個過程。在服務發(fā)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)庫進行服務注冊，以供相關服務進行查詢訪問。

2 基于云平臺構建教學系統(tǒng)的技術方案

2.1 虛擬化技術

在基于云平臺的教學系統(tǒng)中，可以應用虛擬化技術將各種實體資源，如服務器、網(wǎng)絡、內(nèi)存及存儲等，予以抽象、轉換后呈現(xiàn)出來，打破實體結構間的不可切割的障礙，使系統(tǒng)用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來應用這些資源。

2.2 Hadoop

在計算機中，Hadoop屬于分布式文件管理系統(tǒng)，它的核心設計 HDFS為海量的數(shù)據(jù)提供了存儲， MapReduce則為海量的數(shù)據(jù)提供了計算，具備高可靠性、擴展性和容錯性。在教學系統(tǒng)在實際運行中，經(jīng)過前臺后臺用戶操作，每天會生成海量數(shù)據(jù)信息，這其中包括普通文本數(shù)字類數(shù)據(jù)以及多媒體信息。但是，HDFS和MapReduce能夠?qū)@些數(shù)據(jù)信息進行分類整理，而且Hive等數(shù)據(jù)倉庫工具也是教學系統(tǒng)的主要統(tǒng)計分析軟件，可以把結構化數(shù)據(jù)文件反映成數(shù)據(jù)庫表格，并提供一定的SQL查詢功能。在教學評估數(shù)據(jù)信息分析過程中，Hive數(shù)據(jù)倉庫工具能夠?qū)⒆陨碜饔贸浞职l(fā)揮出來。

2.3 SOA

SOA是一種基于服務的系統(tǒng)集成方法，在教學系統(tǒng)結構中，多種服務通過定義接口與契約進行連接，接口則選擇中立的方式加以定義，并獨立在實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)、編程語言等方面。面向服務的平臺結構能充分利用現(xiàn)有資源，SOA提供一個抽象層，將現(xiàn)有業(yè)務功能封裝成服務，供其他用戶調(diào)用，并且不依賴于具體的實現(xiàn)技術和平臺，易于集成和管理。因為SOA可以充分利用原有系統(tǒng)提供的可用服務，所以能快速構建或擴展一個教學系統(tǒng)。SOA教學系統(tǒng)主要是以服務為教學中心，服務注冊和訪問具備整體流程，信息訪問則需要通過進一步查詢，并依據(jù)協(xié)議實現(xiàn)與接口之間的有效銜接，然后，完成信息訪問與調(diào)用。

2.4 統(tǒng)一身份認證

在教學活動過程中，還應同時開展各種相關服務。用戶通過統(tǒng)一門戶便能夠登錄進去，再通過用戶管理服務加以認證，需先后訪問其他相關服務，這時應具備支持統(tǒng)一身份認證的功能，以便于能夠?qū)崿F(xiàn)一次性登錄與多處訪問?；赑KI、CA、數(shù)字證書等安全性技術，以云平臺為載體，采取WEB服務形式對用戶身份進行統(tǒng)一認證。

3 基于云平臺的教學系統(tǒng)實踐應用

以教學系統(tǒng)為基礎的實踐教學運行是一項封閉循環(huán)的過程，其中主要分為三個階段，即課程開發(fā)、課程實施、課程評估，然后返回課程開發(fā)，以評估結果為載體改善優(yōu)化課程體系。本文以C語言教學為例，進行云平臺教學系統(tǒng)實踐應用分析。

在進行課程開發(fā)的時候，教師通過統(tǒng)一門戶，登錄課程管理服務，請求開設C語言課程，并上傳相關教學資料，設計教學內(nèi)容。就不同的專業(yè)，根據(jù)實際情況，合理設置教學環(huán)境，并構建Linux虛擬機模板或者Windows虛擬機模板。

在課程教學過程中，教師登錄到課程管理服務中，根據(jù)具體教學規(guī)劃，以實驗室管理服務為載體，具體安排課程時間和實驗教室。在課程開始之前，教師需先進行實驗室管理服務訪問，再根據(jù)環(huán)境的實際需要，進行虛擬實驗室構建，以為學生提供更加完善的虛擬機環(huán)境。與此同時，教師還需先明確規(guī)定虛擬實驗室的具體開放時間，不能太約束，學生應就自身需求進行充分恰當?shù)陌才?。學生虛擬機實際上也可以當作服務，在進行虛擬機創(chuàng)建之后，通過服務發(fā)現(xiàn)進行服務注冊，并有效銜接課程管理服務的學生選課信息。在課程過程中，學生通過統(tǒng)一門戶登錄課程管理服務，能夠查看所選擇的課程，并瀏覽完成的實驗和已經(jīng)完成的內(nèi)容，就實驗環(huán)境和選課信息間的密切聯(lián)系，基于查詢服務快速進入虛擬機，并編寫代碼與調(diào)試運行。在實驗結束后，學生通過課程管理服務項目，上交報告與程序代碼等詳細信息。在關閉實驗室的時候，實驗環(huán)境會被隨之注銷掉，資源也能夠被全面釋放出來。

在進行課程評估的時候，教師需要通過課程管理服務，對學生上交的具體資料信息進行全面審核查看。學生通過課程管理服務，可以查詢具體結果，以留言的方式，實現(xiàn)學生與教師間的深層交流。在課程開發(fā)、實施、評閱時，教師與學生可以全方位控制，將資料信息完整存儲，以此形成課程狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。在所有數(shù)據(jù)信息都全面積累之后，課程評估服務可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫的信息，以及其他數(shù)據(jù)庫與云計算系統(tǒng)日志，利用數(shù)據(jù)挖掘算法，通過教學班級、實踐課程、學生個體等，客觀評估教學效率與質(zhì)量，從而從中發(fā)現(xiàn)教學不足，據(jù)此采取科學合理、行之有效的對策。教師通過評估分析結果，進一步改善與優(yōu)化課程具體內(nèi)容與實施方式、流程等，以形成良性的內(nèi)部循環(huán)過程。

4 結語

云平臺為高校教學提供完善的軟件交互服務，基于云平臺構建的教學系統(tǒng)，基于學生作為教學主體，在很大程度上給學生提供了更加廣泛的學習空間，不僅提高學生的專業(yè)技能，同時培養(yǎng)學生的自主學習能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。基于云平臺構建的教學系統(tǒng)可以擴展很多教學輔助功能，如教學管理和評估功能，有利于教師進行多元化教學與考核。

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【通聯(lián)編輯：張薇】