基于云計(jì)算的校園教學(xué)云平臺建設(shè)

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著信息化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速繁榮發(fā)展，信息技術(shù)越來越多地融入人們的學(xué)習(xí)生活中，國家在教育領(lǐng)域的改革也在逐步深入。云計(jì)算的出現(xiàn)，打開了校園信息化的新紀(jì)元，尤其是在以學(xué)習(xí)、科研、發(fā)展為重心的高校中，更要大力發(fā)展信息化。面對目前發(fā)展的新趨勢，研究探索以云計(jì)算技術(shù)平臺為基礎(chǔ)的校園信息化建設(shè)，希望借助云平臺幫助教師和學(xué)生提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

1云計(jì)算及其特點(diǎn)

早期的云計(jì)算概念是比較模糊的，主要指一種通過共享有限的軟硬件資源，將信息提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備的計(jì)算方法。隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，以及高性能計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，云計(jì)算依托現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)成為了重要的信息共享手段,它描述了一個基于互聯(lián)網(wǎng)來增加應(yīng)用和傳遞IT服務(wù)的新模型,一般通過互聯(lián)網(wǎng)提供動態(tài)、可擴(kuò)展和虛擬化的資源。

云計(jì)算包括基礎(chǔ)設(shè)施、平臺、應(yīng)用三個邏輯層次，相應(yīng)地提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（laaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）等三個服務(wù)?IaaS包括計(jì)算和儲存能力，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)租賃或者搭建自己的應(yīng)用系統(tǒng)；PaaS構(gòu)建在云基礎(chǔ)設(shè)施之上，為云應(yīng)用程序開發(fā)者提供應(yīng)用服務(wù)平臺；SaaS是基于云平臺開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)以及根據(jù)特定需要通過多重租用作為一項(xiàng)服務(wù)提供的完整應(yīng)用程序。

云計(jì)算的特點(diǎn)主要包括超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、多功能性、高可擴(kuò)展性等幾個方面。

2目前高等教育信息化所面臨的問題

目前在云計(jì)算方面，教育信息化所面臨的主要問題：一是基礎(chǔ)設(shè)施快速的更新速度和滯后的技術(shù)應(yīng)用問題。雖然大多數(shù)高校的校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建成，但是有相當(dāng)一部分仍然在閑置狀態(tài)，沒有充分利用。二是優(yōu)質(zhì)教育資源的缺乏以及分配不平衡。目前，我國大量高質(zhì)量資源分布在個別眾所周知的學(xué)校里，其他學(xué)校缺乏資源和其他共享傳輸條件，教育信息化的差距逐漸拉大。三是高校實(shí)驗(yàn)室分配全面，但實(shí)驗(yàn)室環(huán)境趨于傳統(tǒng)化，無法全面培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

3校園教學(xué)云平臺

3.1教育云

教育云是指將教育信息化所需的一切硬件資源利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建成一個巨大的虛擬資源池，以資源池為基礎(chǔ)搭建面向?qū)W校和學(xué)生的服務(wù)平臺。未來的教育需要信息技術(shù)的支持，教育云的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的信息技術(shù)化格局，其中資源管理者對現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行整合分配，使改造后的基礎(chǔ)設(shè)施利用率大大提高。

根據(jù)高校教學(xué)環(huán)境的需求，結(jié)合三種服務(wù)模式，將高校教學(xué)云架構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬資源服務(wù)層、平臺服務(wù)層、軟件服務(wù)層和用戶接入叫其中，基礎(chǔ)設(shè)施層和虛擬資源服務(wù)層是整個教學(xué)云架構(gòu)的基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)施層[8]包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由這些硬件組成數(shù)據(jù)中心，存儲各種資源。平臺服務(wù)層不僅提供了開發(fā)測試環(huán)境、公用API、Web服務(wù)API，還支持高校的課程改革、實(shí)驗(yàn)平臺和創(chuàng)新能力培養(yǎng)工作。軟件服務(wù)層應(yīng)用各種工具軟件簡化工作流程，提高校園工作的效率。用戶接入層可以應(yīng)用各種PC機(jī)和終端瀏覽使用資源,享受云計(jì)算提供的便捷服務(wù)。

3.2校園教學(xué)云平臺建設(shè)

利用laaS構(gòu)建教學(xué)云服務(wù)。這種方式適合校園原有信息化服務(wù)比較完善的情況，如學(xué)校已經(jīng)部署好管理系統(tǒng)、學(xué)生信息系統(tǒng)、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)等服務(wù)。由于想減少硬件更新升級和持續(xù)的維護(hù)費(fèi)用，把這些已有的運(yùn)轉(zhuǎn)良好的服務(wù)遷移到云平臺。這樣學(xué)校就不必擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心，只需用云平臺提供的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)就可以。

利用PaaS構(gòu)建教學(xué)云服務(wù)。這種方式適合學(xué)生需要學(xué)習(xí)各種軟件開發(fā)的高校。由于軟件開發(fā)平臺的購買和部署復(fù)雜昂貴，所以高校開始選擇利用云計(jì)算中部署好的開發(fā)環(huán)境來教學(xué)。這樣一間計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，就適合多種的軟件開發(fā)教學(xué),同時云計(jì)算能虛擬出各種操作系統(tǒng)來供軟件作品的調(diào)試，節(jié)省了成本。

利用SaaS構(gòu)建教學(xué)云服務(wù)。這種方式適合學(xué)校信息化程度不高的情況。SaaS云服務(wù)提供商已經(jīng)搭建好了各種軟件和應(yīng)用，學(xué)校只需根據(jù)自身需求購買相應(yīng)服務(wù)即可為師生提供更好的教學(xué)支持。

根據(jù)各高校的實(shí)際情況以及期望達(dá)到的目標(biāo)，可以利用上述其中一種或綜合利用它們共同建設(shè)校園云平臺。目前，各高校在建設(shè)信息化校園過程中面臨前文提到的問題，下面我們將一一解決這些問題。

由于教學(xué)中有很多的課程實(shí)驗(yàn)需要在不同的硬件物理結(jié)構(gòu)、不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件平臺上進(jìn)行，所以要求學(xué)校具備滿足教學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。如果這些不同的軟硬件平臺都去購買的話，將是一筆極大的開支，并且在后續(xù)的管理和升級維護(hù)也將面臨困難，甚至有的使用幾次就閑置不用?；谠朴?jì)算的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺可以提供三個層次的云計(jì)算服務(wù)（laaS、PaaS和SaaS）,正好可以滿足在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中對不同硬件、不同操作系統(tǒng)和平臺、不同軟件應(yīng)用的需求。

因此，可以對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行虛擬化，形成動態(tài)的虛擬資源池。虛擬資源服務(wù)層利用虛擬機(jī)技術(shù)在軟、硬件之間引入虛擬化層。虛擬化層可以應(yīng)用獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，避免因?yàn)橛布Y源差異引起的問題，同時支持硬件資源的共享和多次利用，為教師和學(xué)生提供個人的獨(dú)立環(huán)境，對于管理人員來說也節(jié)省了很多麻煩。服務(wù)器的虛擬化是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務(wù)器變成幾臺，不受物理上的界限，從而提高基礎(chǔ)設(shè)施層資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理。存儲虛擬化將物理存儲虛擬化成邏輯存儲，用戶只訪問邏輯存儲，從而實(shí)現(xiàn)對分散的不同級別的存儲系統(tǒng)整合。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是使用基于軟件的抽象從物理網(wǎng)絡(luò)元素中分離網(wǎng)絡(luò)流量的一種方式，在一個物理網(wǎng)卡上虛擬出多個邏輯獨(dú)立的網(wǎng)卡，使每個虛擬網(wǎng)卡具有獨(dú)立的MAC地址。

在虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)上高校整合收集資源，建立校園私有云平臺，方便教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)生活。但是，現(xiàn)階段國內(nèi)大部分高校缺乏優(yōu)質(zhì)教育資源和平等的教育機(jī)會，教育信息資源分配不平衡。為解決這一普遍存在的教育問題，高校可以采用SaaS模式的云服務(wù)，只需要按月付費(fèi)，不僅消除了額外的硬件、軟件授權(quán)、安裝、設(shè)置、維護(hù)和維修的成本，還為學(xué)生提供了基于網(wǎng)頁的學(xué)習(xí)管理應(yīng)用和教育資源，改善了數(shù)字信息化教學(xué)水平，提高了資源利用率。

高校教學(xué)過程中，學(xué)生要做課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)就得去相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，規(guī)定了時間地點(diǎn)，無法給學(xué)生自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)條件?；谛@云平臺環(huán)境下，為學(xué)生建設(shè)虛擬桌面，學(xué)生獲得自己的賬號密碼，就可以隨時隨地地進(jìn)入校園網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度都是學(xué)生自己之前保留的，不需要重新下載、重新安裝，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)語

本文探討了基于云計(jì)算的校園教育云平臺的架構(gòu)，提出了面向教師和學(xué)生對教學(xué)資源使用的功能平臺。通過高校全面統(tǒng)一地構(gòu)建該平臺，可以使校園里的各類資源得到有效利用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。此外，教育行業(yè)應(yīng)大力發(fā)展校園教育云，實(shí)現(xiàn)資源的有效整合及共享，從根本上解決網(wǎng)絡(luò)教育及傳統(tǒng)教育面臨的難題。

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