高校數(shù)字化教學(xué)資源云平臺建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

牟波

（貴州師范學(xué)院，貴州 貴陽 550004）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，已在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用比重也越來越大[1]?；谠朴?jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)理念進(jìn)行數(shù)字化教學(xué)資源云平臺的建設(shè)與應(yīng)用的實(shí)踐，是在對云技術(shù)深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算框架對課程資源數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分享、推薦、搜索等服務(wù)，以期能著力解決教學(xué)資源庫建設(shè)與應(yīng)用中“互聯(lián)互通難、信息共享難、教學(xué)協(xié)同難”等實(shí)際問題，達(dá)到消除課程教學(xué)資源的“信息孤島”“數(shù)據(jù)煙囪”的目的[2]。

1 高校數(shù)字化教學(xué)資源云平臺部署體系

采用高校“共建、共享、共用”理念，使用云計(jì)算模式來部署高校的教學(xué)資源平臺，統(tǒng)一將教學(xué)資源部署在云服務(wù)器上，各級各類用戶可以通過云平臺作為訪問接口，訪問教學(xué)資源平臺，此時(shí)的師生都是教學(xué)資源云的“貢獻(xiàn)、分享、收益”主體，他們既是開發(fā)者和建設(shè)者，也是教學(xué)資源云的使用者[3]。具體部署體系模型如圖1所示。

圖1 數(shù)字化教學(xué)資源云平臺的部署體系

基于云平臺的教學(xué)資源庫建設(shè)能夠，可以有效減少軟硬件設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)對各種教學(xué)資源進(jìn)行有效整合，整體改善數(shù)字化管理水平，深化教學(xué)改革，提高教學(xué)資源的利用率，實(shí)現(xiàn)最大限度教學(xué)資源共享，解決教學(xué)資源不足、不均的問題，利于師生隨時(shí)在線教學(xué)，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，利于構(gòu)建高校進(jìn)階的多維教學(xué)資源格局[4]。

2 高校數(shù)字化教學(xué)資源云平臺架構(gòu)模型

高校數(shù)字化教學(xué)資源云平臺的架構(gòu)，采用自底向上設(shè)計(jì)，共分為四層，分別是:物理資源層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用服務(wù)層和服務(wù)接口層。其中物理資源層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用服務(wù)層為主要核心結(jié)構(gòu)，提供云計(jì)算核心服務(wù)，即：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)，具體構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 數(shù)字化教學(xué)資源云平臺架構(gòu)模型

①物理資源層Infrastructure-as-a-Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）：該資源管理層是對所有計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬利用，對于平臺中的任意軟件，用戶能夠部署和運(yùn)行任意軟件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源有效共享、自動(dòng)化管理、負(fù)載動(dòng)態(tài)優(yōu)化、解決平臺依賴問題等優(yōu)勢，確保物理資源層提供可用性、安全性、靈活性、可擴(kuò)展性等服務(wù)。

②數(shù)據(jù)資源層Platform-as-a-Service（平臺即服務(wù)）：通過多租戶技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對不同類型的教學(xué)資源進(jìn)一步邏輯性整合與組合，將各類教學(xué)資源如課程考試題庫、教學(xué)課件資源庫、多媒體教學(xué)視頻庫等以“共享型數(shù)據(jù)庫”存儲在云端的數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)海量存儲和處理[5]。

③應(yīng)用服務(wù)層Infrastructure-as-a-Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）：其本質(zhì)是把局限于高校內(nèi)的桌面應(yīng)用程序遷移到云端，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的泛在訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化教學(xué)資源的共享與交流，在SaaS模式下，通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以輕松使用桌面軟件。

④服務(wù)接口層service interface：為各類用戶訪問應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問接口，支持多樣化訪問，用戶可通過學(xué)校或者家用局域網(wǎng)接入，也可以使用移動(dòng)終端（筆記本、手機(jī)、平板電腦等）通過Wi-F、5G網(wǎng)絡(luò)、VPN等實(shí)現(xiàn)“漫游式”訪問服務(wù)。

在教學(xué)資源云平臺下，可以輕松融入來自各地的各類優(yōu)秀教學(xué)資源，可及時(shí)補(bǔ)充各類緊張、稀缺教學(xué)資源，同時(shí)可以實(shí)時(shí)掌握用戶學(xué)習(xí)進(jìn)程，提出最適合用戶學(xué)習(xí)的方法及內(nèi)容，自動(dòng)根據(jù)各用戶的自身情況，推薦極佳的學(xué)習(xí)資料與學(xué)習(xí)方式，從而實(shí)現(xiàn)自主式、推送式、觸發(fā)式學(xué)習(xí)[6]。

3 高校數(shù)字化教學(xué)資源云平臺關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)不是單一技術(shù)，而是一系列關(guān)鍵技術(shù)，主要包括虛擬化技術(shù)、多租戶技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)和多維數(shù)據(jù)分析推送技術(shù)等技術(shù)，具體如下：

· 虛擬化技術(shù)(Virtualization)：主要包含系統(tǒng)桌面、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)存儲等虛擬化技術(shù)，其功能就是將計(jì)算機(jī)各類資源抽象化[7]，具體如圖3所示。

圖3 當(dāng)前主要的虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，云平臺中的各類軟硬件資源均可實(shí)現(xiàn)虛擬化，以供多個(gè)應(yīng)用一起使用，其目的是高效利用、充分整合各種計(jì)算及存儲資源。

· 多租戶技術(shù)（multi-tenancy technology）：即多重租賃技術(shù)，是一種軟件架構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多用戶的環(huán)境下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，同時(shí)確保各用戶間數(shù)據(jù)的隔離性。

多租戶技術(shù)是一種“軟件共享”的架構(gòu)技術(shù)，每個(gè)用戶在自己的專屬視圖模式下使用、管理和定制應(yīng)用程序，在滿足用戶的個(gè)性化服務(wù)需求的同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)對用戶個(gè)人隱私的有效保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對用戶可伸縮的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和可配置的功能服務(wù)。

· 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)：云平臺中所分布的海量數(shù)據(jù)信息，可以通過運(yùn)用海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行有效的分析、處理和管理。目前海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要是Google的BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊(duì)開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase等[8]，具體海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 海量數(shù)據(jù)處理架構(gòu)

另外，海量數(shù)據(jù)處理效率提高的常用方法之一便是通過一致性HASH算法對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)并行分割，同時(shí)利用多組計(jì)算資源分解任務(wù)，達(dá)到提升數(shù)據(jù)處理的速度[9]。

· 多維數(shù)據(jù)分析推送技術(shù)：采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來做分析推送排序，先后迭代了LR、FM、GBDT、融合模型以及DNN等分析推送計(jì)算?；谶@些基礎(chǔ)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以教學(xué)資源云平臺實(shí)時(shí)在線和離線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用各種分析計(jì)算工具開展點(diǎn)擊率、回復(fù)率、瀏覽時(shí)長、用戶點(diǎn)贊、用戶回復(fù)等多指標(biāo)的分析[10]。

4 結(jié)語

隨著云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度發(fā)展，構(gòu)建基于云計(jì)算的教學(xué)資源平臺，可以輕松融入各類優(yōu)秀教學(xué)資源，實(shí)時(shí)掌握用戶學(xué)習(xí)進(jìn)程，推薦極佳的學(xué)習(xí)資料與學(xué)習(xí)方式，從而實(shí)現(xiàn)自主式、推送式和觸發(fā)式學(xué)習(xí)。讓數(shù)字化教學(xué)資源聚起來，推動(dòng)教學(xué)資源數(shù)據(jù)從“云端”向教用、學(xué)用、研究用落地；讓數(shù)字化教學(xué)資源通起來，向上連接教務(wù)系統(tǒng)，向下覆蓋教師、學(xué)生、科研管理人員，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)便利；讓數(shù)字化教學(xué)資源用起來，打造課程教學(xué)資源“聚通用”的現(xiàn)實(shí)版，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)資源共享”，體現(xiàn)了以教學(xué)實(shí)用為中心的理念。這是在本科教學(xué)資源體系建設(shè)方面積極探索，更是對高校教學(xué)改革要求的創(chuàng)新型探索和具體實(shí)踐。