基于云计算的基础教育资源共享研究.docx

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基于云计算的基础教育资源共享研究

基于云计算的基础教育资源共享研究

摘要：

近年来，我国云计算得到了较快的发展，并得到了各级政府、科研机构、业界厂商的高度重视。

云计算作为一种技术手段和实现方式，可为基础教育资源共享带来一个全新的思路和方法。

梳理了云技术在基础教育资源共享中的优势，在此基础上提出了一个基于云计算的基础教育资源共享架构，并对云环境下的资源共享提出了相应策略。

　　关键词：

云计算；基础教育；教育云；资源共享

　　0引言

　　进入21世纪以后，教育信息化程度成为衡量一个国家教育现代化程度的重要标志。

经过多年的建设，我国在教育信息化方面取得了巨大的成就，面向基础教育的“校校通”工程也将我国中小学教育信息化水平提升到一个新的高度。

然而，教育投资的城乡二元体制和试点学校发展策略造成我国教育信息化事业发展失衡[1]。

归纳起来，国内基础教育信息化还存在以下问题：

城市中小学因其区位优势在硬软件建设、师资建设、教学资源建设等方面比农村中小学有着绝对优势；教学设备更新成本高，更新速度慢，重视初次建设而忽略二次开发和深入整合；部分学校虽已建设教育教学资源库，但使用率并不高，更新速度也跟不上；信息化教育资源彼此独立开发，信息化建设集成缺乏统一和开放的技术标准，致使教学资源共享程度低，“信息孤岛”现象严重。

如何对现有的教学资源进行最大程度、最大范围的整合，减少教学成本，提高教学质量，是目前我国基础教育面临的难题。

以虚拟化技术和按需租用为核心的云计算技术为基础教育资源共享带来了全新的思路和方法。

　　1云计算概述

　　伴随着网格计算、分布式计算、并行计算、虚拟化和网络存储等传统计算机技术和网络技术的发展融合，被视为科技业下一次革命的云计算在当前互联网信息产业发展中的作用备受关注。

它是一种通过Internet以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源计算模型，这种模型简单来说就是将多种类型的计算资源（计算能力、存储、网络和软件等）采用虚拟化等技术抽象化后通过服务的方式提供给用户，使用户可以通过浏览器等软件或者其它Web服务来访问，而软件和数据都存储在服务器上。

　　云计算的核心不是计算而是一种服务，通过虚拟化技术整合计算资源、存储资源、网络资源、软件资源和数据资源，为各行业提供互联网基础设施服务。

作为一种新的计算模式，云计算通过管理、调度与整合分布在网络上的各种资源，以统一的界面为大量用户提供服务。

云计算使得用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制。

通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其它设备。

　　其按需付费模式大大降低了客户基础设施的总体拥有成本，使客户以租用服务的形式，通过虚拟化技术访问云平台上运行的各种各样的平台系统和信息资源，并且可以随时获取、随时扩展，像水电一样使用IT基础设施。

只要具备Internet互连条件，用户就可以以付费的方式在任何时间、任何地点，以任何方式连接至互联网的终端设备访问这些服务，而不需关心存储或计算是发生在哪个硬件设备或是哪朵“云”上。

　　云计算提供3个层次的服务：

①基础设施即服务（IaaS），由底层的硬件或虚拟机资源构成，提供计算、数据存储和网络通讯等资源；②平台即服务（PaaS），构建在云基础设施之上，为云应用程序开发者提供一个平台开发各种云应用软件；③软件即服务（SaaS），基于云平台开发的各类应用服务[2]。

　　2云计算在基础教育资源共享中的优势

　　理想中共享的基础教育资源是资源冗余度低、互补性高、质量优的教学资源，需要对基础教育资源进行整合。

所谓云环境下的信息资源整合，是指依据一定的需要和要求，通过云计算技术把不同来源和不同通信协议的信息体系完全融合，使不同类型、不同格式的信息资源实现无缝连接。

经过整合的信息资源系统，具有集成检索功能，是一种跨平台、跨数据库、跨内容的新型信息资源体系[3]。

经过整合后共享的基础教育资源具有以下几方面的优势：

　　2.1可节省学校教育资源建设所需的软硬件成本

　　经文献分析发现，教育信息化进程中，许多学校在硬软件上的投资较多，并且学校之间存在重复建设、忽视二次开发等问题。

而云服务提供商将为我们提供一个统一的具有跨平台性的、运算能力强大的、具有丰富资源的通用信息平台，每个学校不再需要花费大量的财力购买大量的本地服务器，只要投入少量的成本来购买管理终端以及云接入设备。

　　2.2存储资源安全、有保障

　　云计算服务将教学资源储存在“云端”，由云服务提供商提供专业、高效和安全的数据存储。

师生无需再担心病毒和黑客的侵袭以及由硬件损坏所导致的数据丢失问题，师生无需考虑服务器运行的可靠性、数据存储过程中的安全性，以及各种网络访问异常导致的服务器瘫痪。

同时，学校还可节省因设备升级、维护和管理带来的额外开销。

　　2.3真正实现不同资源共享

　　通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，可将分散在不同学校的教育资源虚拟化为一个滤除了冗余资源的教育云数据资源平台。

具有资源访问权限的中小学师生通过云端“班班通”设备就可以访问教育云平台中的“三优”教育资源（优秀课例、优秀论文、优秀课件）。

城乡教师还可通过教育云数据资源平台实现跨区域网络协作教研，利用名校网络课堂丰富上课形式等。

　　2.4存储资源动态可扩展

　　传统的信息资源整合只是把分散的资源集中起来，把无序的资源变为有序；而云环境下的信息资源整合不仅要将分散的资源集中起来，还能通过云整合技术实现资源的自动聚类和分类，方便用户获得按需、易扩展的信息资源。

通过对云中的存储节点进行动态添加和移除，可以方便地改变云中的存储容量，而且不影响云中的数据，比原始的存储方式具有更高的可扩展性。

2.5服务性能高

　　云存储教育资源采用分布式存储技术，将存储和访问压力分担至多个存储设备，提高了设备的存储效率。

而传统单点集中式存储面临大量用户存储和访问时系统压力较大，影响系统的性能。

　　3基于云计算的高校教育资源共享架构

　　云环境下的教育资源共享原理是利用云计算的虚拟化技术，将区域内各中小学现有的硬件设备通过开源软件XEN进行虚拟化，并与公共服务区域上的其它软硬件资源结合形成资源池，将资源池的资源二次按需分配。

资源池提供的大规模分布式存储系统为中小学优质教学资源构建透明化的资源数据中心——教学资源存储云，为各类用户提供一个参与各类教学资源共建、共享及统一管理的平台，促进教学资源的共享及优质化。

教育资源存储云平台是一个由网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。

结合云计算的三层服务模型，基于云计算的高校教育资源共享架构自下而上可分为存储层、基础管理层、教育应用层和用户接入层，如图1所示。

　　3.1存储层

　　该层处于最底层，是整个架构的最基础部分，为高层提供计算、存储和网络安全等服务，即提供IaaS服务。

存储层又分为基础设施层、物力资源层、虚拟化平台层和资源服务提供层4个层次，通过虚拟化技术和集群技术把网络中的服务器、存储设备、网络设备虚拟成为一个资源池，呈现为一个虚拟化平台，为上层提供虚拟计算服务、虚拟存储服务和虚拟安全服务，支撑起整个网络的虚拟数据中心。

虚拟化技术和集群技术可将异构的、分布式的教育数字资源整合成相同类型的诸如计算资源池、存储资源池、网络资源池等资源池，实现各类服务（含应用）与资源的整合，目的是创造出协同统一的工作基础。

这些资源能动态地根据各种规模的负载进行自动配置，使资源的利用率达到最优化。

这些动态虚拟资源设备的管理和维护由提供云计算服务的企业负责，他们通过Internet向用户提供无限可随意扩展的计算力、存储空间及各种软件服务。

　　3.2基础管理层

　　该层是利用云计算体系中的PaaS层构建的，面向开发人员，为进一步开发各类基于云计算的教育数字资源应用软件提供开发环境服务平台和公用的API。

该层主要由操作系统和中间件组成，前者负责与虚拟机对话，提供最基本的软件环境和系统服务支撑；后者对网络协议和软件平台进行抽象和统一表示，从而实现对软件运行环境进行按需定制，并对各类业务应用提供基础服务和管理，实现教育数字资源和众多任务的调度、协调和监控，以保证教育数字资源能够高效、安全地运行[4]。

该层是整个架构中最难以实现的部分。

通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，使多个存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能；通过内容分发实现教育信息资源的访问；通过重复数据删除和数据压缩实现资源存储空间最小化和资源整合；通过数据加密、数据备份和数据容灾可保障教育信息资源的安全，保证云存储中的数据不会被未授权的用户所访问。

　　3.3教育应用层

　　该层面向用户提供教育资源云应用服务，该层首先对注册的用户进行身份认证，根据其身份不同，分配相应的应用权限。

该层主要向用户提供云存储服务和教育资源共享服务。

个人或单位都可以向云服务提供商申请云存储空间。

而按照服务的对象不同，可将云计算分为公有存储云、私有存储云和第三方存储云。

公共存储云上的教学资源是一些开放式或是已达成可供限定区域共享协议的资源；私有存储云上的教学资源由于版权或者涉密的原因，一般情况下为特定单位内部的师生服务；第三方存储云上的资源一般是各家数据库厂商提供的如文献数据库、课件、视频等商业化教学资源，只允许付费单位或个人使用[5]。

　　该层直接面向终端提供最终教育资源共享的应用服务，如教育管理系统、知识管理系统、学习交流平台、作业系统、文档处理软件、课件制作、演示软件、视频、虚拟实验室等。

　　3.4用户接入层

　　用户可能通过各类网络请求获取云服务，因此需要云服务和云用户之间的接口可提供互联网、电信网、企业网的接口。

教育资源云服务面向的用户群体包括教师、学生、教辅人员、教学管理人员等，只要用户有支持云服务连接功能的云端设备，就可以访问云服务提供商搭建的教育云应用服务。

这些教育云应用服务通常以统一门户网站的形式提供给用户，只要用户按需租用了教育云服务资源，云服务提供商就会给其分配相应的用户权限和账号。

只要用户有支持互联网功能的云端设备（如笔记本电脑、手机、台式电脑、PDA等），就可以利用Web浏览器、应用软件、公用API等云接口访问教育资源共享云中的资源。

　　4云环境下的基础教育资源共享策略

　　4.1通过政府行为建立全方位无偿共享系统

　　首先，政府要加大投资，由教育管理部门制定基础教育资源共享策略，提出资源共享规划，在经费和制度上为资源共享可持续发展提供保障。

指定学校根据资源共享规划，下发资源共享任务，组织优秀教师开发教学资源。

　　其次，政府通过招标形式与企业合作，联合开发服务优、资源多、性能好、评价高、资费低的教育云服务平台，整合不同学校的优质教育资源，由政府出资，最大程度地建立全方位无偿共享系统。

　　4.2运用云技术强化资源的数字化整合

　　基于云计算的基础教育资源整合可将自治、分散的中小学优质教育资源进行统一管理。

为保证云计算平台能够集中管理规模庞大的数字资源，应对数字资源进行统一编码、规范代码，这样做的目的在于：

一是能够发挥数据库系统的索引与检索功能；二是通过统一体系与编码系统，能够抽象、归纳、概括出资源中一些共性的基本资源组件，以便于复用；三是运用云计算的技术与方法，对相对离散的、异构的教育数字资源进行有效整合，以形成一个有机整体，提高其传播、共享和应用的效率。

　　4.3通过激励机制保障教育资源充分共享由于不同学校之间存在资源配置不均衡、师资差异、知识产权、经费等方面的问题，以至于城乡之间、区域之间、学校之间的教育资源数量和质量不均衡，教师辛辛苦苦制作优秀课件、课例和教案往往不愿意无偿共享给别人。

云环境下，中小学只要投入少量的成本来购买管理终端以及云接入设备，以租用服务和有偿的形式访问教育云中的优质资源，可以解决因经费不足而产生的软硬件资源建设负担。

异地教师可借助教育云共享优质教学资源库实现跨区域网络协作教研体系，访问名师网络课堂和名校网络课堂，这也在一定程度上可以缩小不同学校间的师资差异。

　　教育云中共享的是优质的基础教育资源，没有这些优质教育资源，教育云就成了无源之水、无本之木。

各学校以有偿和按需租用服务的形式访问教育云中的资源，优质资源提供者通过出售资源的形式向教育云服务提供商索取酬劳，这样可以均衡区域之间、城乡之间、学校之间教育资源共享中的成本分担和利益分配。

　　公共存储云上的教学资源是一些开放式或是已达成可供限定区域共享协议的资源。

相关教育机构则需要鼓励教师或教育资源开发者将其优质资源放在公共存储云上，采取利益分成、职称晋升、福利制度等综合措施，确保资源分配制度和分配过程的公正性，消除教师资源共享导致自身利益受损的顾虑。

　　4.4通过共享机构促使资源共享与可持续发展

　　教育资源共享机构对中小学共享行为进行监督，并对各个学校的共享资源进行评价。

在资源整合过程中，制定周密资源评价制度，区分优质和劣质资源，建立资源准入机制，滤除重复资源，及时更新陈旧资源，确保共享的教育资源既优质又紧跟科技发展步伐。

另外，指定相关的共享协议和共享制度，为区域间、城乡间和学校间提供法律支撑。

　　共享机构还需要协调各学校的成本分担和利益分配，对资源提供者进行经费奖励，对损害共享主体给予一定的惩罚；协调与教育云服务供应商之间的合作细则和管理细则；为各学校提供资源共享咨询服务和技术指导。

　　5结语

　　云计算技术在基础教育资源共享方面具有许多传统技术无可比拟的优势，为基础教育资源共享带来一个全新的思路和方法，可提升区域之间、城乡之间、学校之间的教育信息化水平。

基于云技术的教育云将是未来教育信息化建设的基础架构，可破解不同学校之间资源孤岛效应，缩小不同学校之间的资源鸿沟。

云内丰富的教育优质资源可在区域之间以公有云资源形式免费提供给信息化水平欠发达的偏远农村，为实现教育公平、提高教育质量、减少因资源重复建设而带来的资源浪费做出贡献。

　　参考文献：

　　[1]熊才平.区域教育信息化均衡发展的财政投资政策思考[J].中国电化教育，2004

（2）：

1115.

　　[2]章泽昂，邬家炜.基于云计算的教育信息化平台的研究[J].中国远程教育，2010（6）：

6669.

　　[3]王长全，艾雰.云计算环境下的数字图书馆信息资源整合与服务模式创新[J].图书馆工作与研究，2011

（1）：

4851.

　　[4]卢宏.云计算环境下教育数字资源共享模式的构建[J].唯实，2011（11）：

8588.

　　[5]陈巧，袁红，熊秋娥.基于云计算的区域高校教学资源共享[J].中国教育信息化，2011（8）：

5155.