基于云计算的远程教育数字化教学资源库模式研究
摘要：为实现远程教育中的学习资源共享，满足不同学习者对资源的需求，对远程教育数字化教学资源库模式进行了研究。从云计算技术、教学资源库模式、关键技术3个方面探讨了教学资源库的模式建设，阐述了资源库模式的逻辑架构和平台架构，指出了云计算技术在远程教育资源库建设中应用的广阔前景。
关键词：云计算；远程教育；数字化教学资源库
教学资源库的短缺限制了远程教育的发展，为了促进远程教育的发展就必须加大教学资源库的建设力度，满足不同学习者对资源的需求。云计算技术就是将计算机网络提供的基础硬件架构、软件资源和平台服务整合形成一种超级计算机模式，将不同平台的资源进行整合，整合之后的资源之间可以相互扩展，进行协同工作。“云”是存在于互联网上的计算资源的统称，是各种资源的抽象代表，具备可扩展性特征、虚拟化特征及动态特征。终端用户无需对云技术中的细节进行了解，只需要关注怎样通过网络获取自身需要的学习资源。本文主要分析云计算技术在远程教育数字化教学资源库模式建设中的应用。
1 云计算技术
云计算技术以网络和大量的计算机设备为基础，将不同的任务分布于这些计算机组成的资源池上，用户可以根据自己的需求获取相应的信息服务、存储空间及计算力。用户使用云计算机模式时，只需支付一些费用给“云计算”服务提供商，就可以获取相应的资源。“按需服务”是云计算的一个重要特征，资源池中的资源可以根据需要灵活进行分配，并可以动态承载大容量的信息处理要求。根据服务类型和应用范围，云计算可以分为不同的类型。根据服务类型，云计算可以分为3类：基础设施即服务( Infrastructure as a Service，IaaS) 、平台即服务( Platform as a Service，PaaS) 和软件即服务( Software as a Service，SaaS)。根据应用范围，云计算可以分成公共云、私有云、混合云3种类型。不同类型的云信息安全系数也不一样，如果对信息安全性要求较低，可以租用公共云，如果对信息安全要求较高，可以采用计算机技术建立自己的私有云或者是混合云。
2 基于云计算的远程教育数字化教学资源库模式
2.1 资源库模式的逻辑架构
基于云计算的远程教育数字化教学资源库模式逻辑架构如图1所示。远程教育中的资源“云”由各个网络学习资源库组成，用户终端通过云平台可以任意选择学习资源，并且为传送学习资源匹配最佳路径。由于云平台由多个服务器组成，所以数
图1 基于云计算的远程教育数字化教学资源模式逻辑架构
据资源的传送也可由多个服务器完成，因此如果某个服务器出现问题不能正常工作时，可以选择其他服务器，不会耽误数据的传送。云平台可以实现不同学习资源的共享，终端用户应用统一的资源列表可以访问任何学习资源。
使用者对学习资源进行访问时，为了提高访问的速度，系统首先会对使用者的IP地址进行自动分析，确定路由，建立最佳学习资源链接。云计算具备强大的支持服务能力，使用者只需注册一次就可访问多个信息资源库的信息，这样可以充分利用云中的软硬件资源和网络资源，满足学习型社会“时时可学，处处可学，人人可学”的需求。此外，远程学习终端可以安装在宽带电视(IPTV)、个人数字助理(PAD)、个人手机、个人计算机中，扩大了终端的使用范围。
2.2 模式的平台架构
分析了模式的逻辑架构之后，还需要进一步研究模式的平台架构。根据远程教育系统网络基础设施现状建设基于云计算的远程教育学习资源库模式的平台架构，如图2所示。
图2 基于云计算的远程教育数字化教学资源库模式的平台架构
云计算技术的应用为学习者提供了更好的技术支持。本研究主要从远程教育的角度设计教学资源库，旨在为学生提供标准化、集成化、高效化、可扩展、交互式的教学资源库。终端用户使用者也可以成为资源库的建设者和管理者，从而实现远程教育多平台间资源的共建共享及资源的高利用率。
如图2所示，基于云计算的远程教育数字化教学资源库模式的平台包括客户端用户界面层、共享服务层、平台服务层及基础设施层。
1)客户端用户界面层。该层的用户主要包括系统管理员、资源管理员、教师、学生、游客。系统管理员主要负责授权管理、安全管理、技术支持；资源管理员主要对资源进行审核、上传、权限分配等操作；教师、学生及游客主要是根据个人的不同权限对学习资源进行浏览、查询、上传、下载等操作。
2)共享服务层。该层处于云平台的最上层，包括基础设施、基础办公、学籍管理、学业管理、网上教研、综合测评、教学评价等，体现了远程教育数字化资源库的多种功能，并且应用多种接口对外提供终端服务，体现了资源库模式的共享逻辑。
3)平台服务层(管理中间件层)。该层是远程教育数字化教学资源库模式平台的中心层和核心部分，主要由管理模块组成，如用户管理模块、服务管理模块、资源管理模块、监控管理模块、日志管理模块、自动化管理模块、流程服务管理模块、备份管理模块等。这些模块可以自由组合和自由扩展，实现云资源的共享使用。
4)基础设施层(资源层)。该层处于云平台的底层，是实现云共享的基础，对整个云共享系统平台起到支撑作用。基础设施层包括两部分，分别为虚拟资源层及物理资源层，虚拟资源层主要包括存储资源池、计算资源池、软件资源池、数据资源池等，这些不同的资源池通过高度虚拟化组成一个能够实现统一管理的资源池。物理资源层以已经建设好的远程教育设备，如存储设备、管理服务器、数据库、网络设备等为基础进行扩展。通过基础设施层，云计算可以将大量的资源组成IT资源池，创建高度虚拟化的动态学习资源供学习者使用。
3 关键技术
3.1 虚拟化技术
虚拟化是一种技术手段，利用该技术可以实现资源共享，还能对单一的物理资源进行划分，使其成为多个独立的资源。虚拟化的优势在于能以较低的成本创建更加灵活的系统，不仅能够轻松灵活地部署教学资源，还具有安全性高、易于管理的特点。虚拟化以网络基础硬件设施为基础构建虚拟计算机环境，可以同时提供多个虚拟计算机，用户在每一个虚拟计算机环境下安装计算机应用软件和操作系统，可以获得多台计算机的效果。虚拟计算机环境对计算机的网络接口、硬盘、内存、处理器等进行管理，并将这些设备分配给不同的虚拟计算机，形成一个虚拟化环境，这个虚拟化环境可以称作虚拟机管理器(VVM)。
虚拟化技术的使用使云计算环境拥有强大的资源管理能力。为了满足虚拟化环境的技术要求，可以选择商用系统，但是还需要解决虚拟机动态迁移、分布式资源调度( DRS)、磁盘存储迁移、虚拟机备份、虚拟机容错等技术问题。
3.2 大规模的学习资源处理技术
学习资源采用并行处理技术，本研究采用的是MapReduce技术。该技术是一种分布式并行计算模型，主要用于处理规模较大的数据集。其基本思想是：将要执行的问题拆解成映射(Map)和归约(Reduce)操作，即先通过Map程序对数据进行切割，使其形成不同的区块，然后将这些数据区块分配在不同的计算机上进行处理，从而得到分布运算的结果，再通过Reduce程序汇总并行处理结果，最终输出用户需要的结果。整个系统采用主从体系架构，将其中一台服务器指定为主节点，其余为从节点，主节点通过服务接口获取用户节点提交的待处理数据，对数据进行预处理，通过合理的划分机制将数据进行划分后得到多份数据，再分别提交给从节点进行处理。
4 结束语
随着国内外远程教育机构之间的竞争日益激烈，教学资源库的建设对提高远程教育核心竞争力的作用愈加明显。越来越成熟的云计算技术不仅会为远程教育机构和终端用户提供更加有效的资源服务，更将成为未来远程教育资源库建设的发展趋势，具有广阔的应用前景。
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