基于云计算的教学资源库的建设与共享研究*
摘 要：通过对当前各院校教学资源库的建设与共享情况分析，提出一种基于云计算思想建设高效的和可拓展的教学资源库的思路。详细探讨了教学资源库建设中的资源标准制定、资源存储平台建设和资源共享方案设计等相关内容。表明了基于云计算技术的方法可以有效改进教学资源库建设的相关工作。
关键词：教学资源库；云计算；建设与共享
高校优质教育资源的建设与共享是提高我国高等教育质量和实力的重要问题，国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）和教育部于2012年3月发布的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》［1］中都明确指出了实施优质数字教育资源建设与共享在教育信息化的重要性。为此，各大高校纷纷开展了教学资源库的建设与研究工作，教学资源库的内容也在不断地成倍增长。
当前，各大教学资源库的建设中存在大量的不足［2］。首先，专业资源库建设缺乏系统化，重数量而忽略质量，重建设而忽略管理。各高校在建设资源库时，一味追求资源库的数量，导致了资源杂乱、重复存储、资源陈旧等现象出现。且系统在建设之初就忽略了资源库的管理，导致了对现有资源缺乏整理、筛选、更新，以及建设的资源备份不及时、不到位等问题。其次，资源数据无建设标准，数据不规范。建设之初没有对相关的元数据进行标准的定义，导致了资源查找、关联推荐、传输与共享都难以实现。第三，资源库的利用率不高，共享性不足，各校之间甚至校内各专业教学资源库之间形成了彼此隔离的信息孤岛。一些院校在建设教学资源库时缺少校内协作、校际协同、校企合作和合力共建等机制，使教学资源更新滞后，教学内容不丰富，资源共享与利用率低下。最后，当前绝大多数专业资源的建设还从未考虑资源的安全性，使得部分高质量的具有一定知识产权的资源无法的到较好的保护。
云计算技术的出现为高等院校教学资源建设与共享提出了创新性的思路［1］，基于云平台的资源库建设，将有利于高等院校减少硬件投入和软件的开销；降低高校教学资源共享建设成本；保障教学资源的安全性；促进高校数字化教育资源整合。
一、国内外相关研究
在国外，资源配置理论是早期对资源共享的研究的理论基础，研究的奠定主要是L.Walrus［3］提出的一般均衡的存在。而在高校数字化信息资源共享方面，韩国Jane Cho则以韩国大学图书馆为例提出了有效的信息资源共享计划［4］。Hal. R. Varian从成本角度探讨了共享边界问题，并构建了相应内部共享模型［5］。Volmer和Geronimo则通过调查分析证明了高校在科学技术知识、资源的共享能够有效提高高校教学质量［6］。在教育资源建设与共享实践方面，美国建立起了专门的教育资源门户网站（简称GEM），用于解决教育资源的共享问题［7］。加拿大政府发起国家互联共享的学习对象库网络的EduSource项目。另外，英国开放大学项目，日本的帝稼山大学等5校利用因特网进行教育领域的合作的项目都是教育教学资源共享的案例。可以看出，国外的教学资源共享上参与的主体很多，包括政府、高校、企业、协会等。经费来源则主要以政府资助为主，资源共享面向的群体非常广泛。
在国内数字资源共享研究方面，杨思洛等研究了信息资源共享模式的阶段和特点，指出我国的信息资源共享目前正呈现出以市场经济为导向，以宏观调控为辅助手段，以信息网格为平台的特点［8］。丁新提出了资源共享要努力实现标准化、市场化、产业化，并指出了资源共建共享的四个要素观念、共识、规则、机制［9］。赵英等分析了在教育资源开发与共建共享中存在的问题［10］。马海群则从数字产权保护制度方面出发进行研究，认为应该建立“激励数字信息资源生产与创造的知识产权法律制度和为平衡数字信息资源保护与共享的制度”［11］。在实践上，国内教育资源共建共享主要是政府牵头的公共教育事业。高校、专业协会、图书馆和出版社都积极参与到其中，从而达到紧密协助、互惠互利、共建共享。
云计算一直以来受产业界和学术界的广泛关注，Scientifie CloudZ和Open Nebula项目是目前国外著名的科学研究项目。2006年，Google启动了云计算学术合作计划，并先后与麻省理工学院、斯坦福大学、卡耐基梅隆大学、清华大学等高校建立合作关系推动云计算的普及和理论研究。这项计划使得高校的研究者能够更方便地利用Google和IBM的云计算资源，搭建出各种创新性的应用。在国内，许多学者也纷纷就云计算进行了深层次的研究，并开展了相应的项目实践。2008年初，Google在中国启动云计算学术合作计划，清华大学参与了该项计划，并与Google合作开设“大规模数据处理”［12］。2009年底，IBM携手北京工业大学打造了中国首例科教云——北京工业大学云计算实验平台［13］，并作为北京工业大学十一五重点建设项目之一。
二、基于云计算的教学资源库的建设与共享
高校教学资源建设与共享作为信息化的重点环节，是国家大力鼓励与支持的议题。高校教学资源的缺乏、利用难度大、共享机制不完善等都会直接影响高校专业人才培养速度和人才培养质量。针对当前教学资源建设存在的数据不规范、建设不系统化、共享机制不完善、利用率低等问题，通过以云计算技术为建设提供指导思想，利用先进云技术作为一种新型资源的共享和管理模式，正广泛运用于各种资源共享、管理和服务的领域中。基于云计算技术所建设优质的教学资源库和构建资源共享平台，不仅为专业学生和专业在职人员提供了自主学习平台，也为提高专业人才培养质量和在职人员的技术水平提供了资源保障。
云技术思想核心是将大量用网络连接的资源进行统一管理和调度，构成一个资源池并向用户提供按需服务。这为当前分布不均衡、建设经费紧张的高校教育资源提供了一条非常适合资源共享、共用、共管的思路。其方法主要利用云存储、云安全等技术来保障教学资源的安全和质量，并能整合各类优质的教学资源达到资源数据共享、应用与服务共享，从而保证建设的教学资源库具有时效性高、安全性强、资源丰富、共享便利、功能强大、技术和管理先进等特点。
（一）借鉴国内外标准实现资源的标准化
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》指出：“要加强优质教育资源开发与应用，加强网络教学资源体系建设”。同时也指出：“到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。虽然我国各大高校在近几年建设了大量的资源，但资源利用率非常低下，其中最为重要的原因是资源的定义缺乏一个统一的标准。为此，通过借鉴国际和国内已有的标准来规范化资源库中的资源是首要问题。
目前可以通过参考的标准包括了ISO 15836-2003标准、“我国数字图书馆标准规范建设”和教育部教育信息化技术标准委员会制定的“中国现代远程教育技术标准体系”的“平台与媒体标准引用规范”与“教育资源建设技术规范”等。为此可先通过借鉴国内外的资源建设标准与规范来研究并建立教学资源库的元数据标识标准。再通过参照教育资源库管理系统互操作框架（Interoperability Framework of Educational Resource Management System，简称IFRM），结合不同院校教学的特点来研究与制定教学资源数据接口标准。
（二）用开源云存储平台建设专业资源库
云计算技术的快速发展，为解决以上教学资源建设中出现的诸多问题提供了一种全新的解决思路。云计算所具有的大规模、虚拟化、安全性高、可靠性强、通用性强、可扩展性高，且按需服务、价格廉价等特点使得高校在建设专业资源库时，可以大大减少硬件的投入和软件开销。高校学生或教师工作人员通过云计算定制与创建面向具体应用的服务，实现用户个性化、服务整合和信息聚合。
当前知名企业如Google自己实现了相应的云存储系统命名为Google File System （GFS）［14］，而其他很多企业则利用GFS开源的实现Hadoop Distribute File System （HDFS）［15］来搭建自己的云存储平台。HDFS由于其是开源和低成本等特点目前已经被广泛应用到各大企业中。为此，各高校可以根据自身资源的情况，建立成本低廉的资源库云储存平台，从而实现为本校师生提供资源服务的同时也可以共享到其他院校。
图1 HDFS架构
HDFS是一个主从结构系统，如图1所示，它是由多个数据节点和一个名字节点所组成。名字节点的功能是负责对文件命名空间的管理及对客户端来访问主服务器进行调节，如对文件或目录的打开、删除等操作，以及对块和数据节点的映射操作。而数据节点则主要用于存储具体的数据，如负责来自客户对块的读写请求，以及执行块的创建及删除操作，或是来自名字节点的块复制操作等。
基于HDFS的云存储系统搭建的专业资源库具备众多优点。首先，HDFS技术成熟、文档齐全，多数院校都已经具备有搭建该云存储平台技术人才与能力，节省了搭建的服务成本。其次，HDFS可以运行在廉价的服务器上，许多院校也已经具备有这些资源，可以进行很好地利用，从而大量降低硬件成本。此外，不同院校的办学特点不同，专业的侧重点也不一样。为此，根据需要各自搭建满足自身需要的专业资源库，将可以很好地服务在校师生。
（三）结合P2P技术实现各教学资源库共享
各个院校在遵循相关接口标准的前提下独立搭建云存储平台，可以较快地实现专业资源库的建设工作，但同时也使得资源库成了信息孤岛，无法为其他院校提供服务。作为新技术下的教学资源库，需满足用户通过统一门户一站式搜索，随心所欲地访问分布式存储的各种教学资源的需求。因此，需要结合一些主流的先进技术思想来实现专业资源共享，从而才能整合各类优质的教学资源达到数据共享、资源应用共享和服务共享等功能。
当前云计算架构中存在多种快速检索技术，如Google公司提出的MapReduce，BigTable等海量数据搜索与处理技术等。然而这些技术适用于同一个云存储平台，对于多个云存储平台的搜索技术需要借用其他技术如P2P来实现。P2P是早期的一种技术，它通过将客户端相互连接在一起来共享数据、应用和服务。为此，利用P2P技术实现各个云存储平台的资源共享是一种有效的模式。
为了实现各个院校专业资源库平台的数据共享，专业资源库建设过程中需要主意多方面内容。第一，各专业资源库用于共享的资源需有统一标准，包括对资源属性、类型等定义。第二，共享的资源的存储与检索需要统一门户，各专业资源库共享资源以及用户检索共享资源需要在同一个门户完成。这样保证对资源质量和数量的监控，同时也能为用户提供快速的检索。当前P2P技术中有多种不同的资源快速检索算法，如Chord将每个资源HASH成一个整数从而实现快速检索。为此，只有统一门户才能对资源进行有效的存储与检索，并保证资源的惟一性。
结论
引入云计算理念和视角来实现校内、校际、校企教学资源库共建共享的方法，不仅可以被推广用于全国各大高校专业教学资源库建设中，而且由于基于云计算的资源平台建设具有普及性，该方法也可为各大中小企业和政府部门建立相关资源的云存储与共享平台时提供借鉴。
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［13］ 程鸿.科教云落户北工大“计算”以服务为目标［EB/0L］［2009-12-10］.http://www.eioage.eom/art/200912/87541. htm.
