基于云计算平台的高校精品课程资源共享系统

河北省教育厅厅长 刘教民

“基于云计算平台的高校精品课程资源共享系统”是河北省教育厅从2007年开始建设的。由于当时受网络环境、软硬件及计算功能的影响，这个系统做的一直不是很理想。而近两年来，我们通过云计算做的这个系统相对还是比较理想的。大家都知道云计算也叫“云”，从2002年到2013年人们开始研究“云”和“云的应用”。支撑平台有三方面应用：云服务、软件即服务、设施即服务。“云”又有公有云和私有云之分，公有云是由供应商来提供软件和硬件等基础设施来形成的云；私有云则有部门及单位所应用的云计算和云网络；公有云和私有云加在一起就是混合云。

什么是云计算

云计算是我们过去常用计算机技术里，比如：网格计算、并行计算、分布式计算、负载均衡、存储、效用计算等常规的效用计算机计算伴随着网络技术融合而成的一个产物。云计算是联入计算机系统的或是联入网络系统的计算机最低成本来实现的一种高效的计算机计算功能和网络信息资源的数据功能或称为资源池功能。云计算通过网络以按需、易扩展的方式向使用者提供所需的各类软件应用和基础资源。其中的基础资源可以是无限大、运算速度可以是几十亿次甚至是上百亿次的计算速度。软件服务是通过提供的软件来服务。效用计算是按需使用，数据中心基础硬件和软件资源，效用计算里面包括：应用平台服务、基础设施服务。云计算的特征是：高效能、高共享、高安全、高速度。

国内外云计算在教育方面的现状

Google及IBM在美国的一些大学校园（包括：卡内基梅隆大学、华盛顿大学、斯坦福大学、加州大学及麻省理工大学等）从2007年开始推广云计算。到2008，Google宣布在台湾启动“云计算学术会议”，将于台湾台大、台湾交大等学校合作，将大规模、快速地将云计算技术推广到校园。2009年，IBM云构建服务帮助美国哈佛大学构建了基础设施云计算服务，可以在多达10个学校之间共享计算资源，从而可以在整个大学系统之间优化计算能力、存储、服务和数据中心工作，为其客户集群提供服务。2011年7月，东南大学与IBM公司联合成立IBM云计算联合研究中心。2013年9月，全球云计算大会中国站将在上海国际会议中心举办。

高校精品课程建设背景与基础主要是：2003年，教育部在全国高等院校启动精品课程建设。2003年8月，河北省就建立了“河北省高校精品课程网站”，这是河北省燕山大学做的一项工作。2004年5月，我们精品课程门户网站及数据库面向全省高校开放。2007年1月，我们开发“精品课程网络评审系统”，连续五年利用该系统来完成河北省精品课程评审工作。2008年9月，我省“精品课程网络评审系统”获得国家版权局软件专利著作权。2002年到2011年，我省累计建设精品课程1千余门，初步形成精品课程数据库，面向全省高校用户免费开放。这些精品课程是很好的资源，覆盖了大学很多基础的应用和专业课的课程。但是这些精品课程在完成评审后，基本被束之高阁，除了有网站外没有很好的资源共享和利用，这些问题逐步被提出。到了2011年7月，引进了云计算平台基础设施，拓宽网络带宽，为精品课程云服务平台搭建硬件平台。从2012年到2013年，我省开始建设云计算平台虚拟化管理，高校精品课程平台初具规模。

现有高校精品课程存在的问题

1.资源获取 资源获取困难包括：精品课程制作无统一技术规范，过多依赖插件导致信息获取不畅；展示课程只有教学大纲，教案以及课件，无完整教学视频，导致信息不全面；课程网站提供带宽有限，造成网络拥塞，导致信息获取瓶颈。

2.数据更新 数据更新困难主要是缺乏有效约束和考评机制，导致课程负责人对后续建设与内容更新不重视。网络平台功能设计不便利导致平台易用性差。

3.系统兼容 系统兼容困难主要是针对课程各类素材缺乏统一技术标准，各校各自选用平台建设，软硬件平台的异构性导致平台兼容性差。视频发布格式单一，没有顾及不同浏览器版本以及带宽分布，导致资源通用性差。

4.课程互动 课程互动困难主要是课程互动需要巨大的工作量，然而教师精力有限，导致缺少互动，授课效果不佳。传统网络技术在多人同时在线时，无法提供稳定访问，影响互动效果。

5.课程管理 现有精品课程管理的分散化，例如精品课程1到精品课程4它们分别对应着四所学校，这种管理模式使得资源分散，难以形成规模，资源不平衡，难以达到分配公平，管理不同步，难以形成标准。

云计算在精品课程建设中的应用价值

1.降低成本 每位用户相当于一个输入输出设备，建设成本低，无需重复建设；由于基础设施及网络运维都有运营商提供，无需各个高校用户实时维护，运维成本低。

2.无限资源 用户可随时使用，按需扩展，不受时间地点影响。

3.支持科研创新 老师们可以利用这些资源进行研究，这降低了科研研究的成本。

4.数据和资源可以共享

5.海量伸缩 通过“海量伸缩”更快速地部署和使用标准、共享、虚拟化等。

基于云计算平台的高校精品课程系统建设目标

所有学校的精品课程通过云计算的服务平台整合在一起，形成了在基础架构平台上实现虚拟化和自动化的资源调配，以及相应的管理配置功能。并将精品课程迁移到云计算平台上，建设具有教、学兼备和互动交流等功能的高校精品课程共享系统。

建设方案与构想

1.云计算服务架构

云计算的服务构架是：IaaS(Infrastructure as a Service)，基础设施作为服务(计算、存储、网络)；PaaS(Platform as a Service)软件平台作为服务)中间件、应用服务器、数据库等)，这些都由运营商提供服务；SaaS(Software as a Service)应用，流程和信息作为服务。上述三个都是公有云，他们都是运营商或集团公司来提供。剩下的我们只需要把自己的信息中心和用户网建好，每个高校都作为一个输入输出设备既可。

2.建设云计算平台的时序主要是三个阶段

第一个阶段是虚拟化、管理自动化、建立自己的服务门户，这个算基础设施的建设；第二个建设是平台建设，它是支持高校的中间件建平台建设及数据库及应用服务的建设；第三个阶段是软件服务，提供的是高校精品课的管理服务平台及一些应用软件的服务平台。

3.实施方案

(1)基础设施的建设层：采用惠普GL980G7（8×8核CPU、128G内存）高端服务器1台；IBM3650M3型机架式服务器（2×4核CPU8G内存）5台；IBM346服务器5台；IBM SAN光纤存储网络（容量：50T）；教育网带宽：500M；联通网带宽：100M。

(2)构建虚拟化管理平台包括：计算平台、网络平台、存储平台。它的实施是利用虚拟化软件，将已有的服务器设备、存储设备进行统一管理，形成硬件资源池，利用高效的管理手段，使得软硬件资源进行统一的分配，方便地利用双机热备、服务动态迁移、动态负载均衡等高级功能，为用户提供永不宕机的服务。

(3)PaaS应用服务平台

1)PaaS基础架构的必备功能建设：动态伸缩的共享基础构架、支持组建共享、支持快速部署、支持自助服务、管理自动化；2)软件设备和PaaS建设是通过中央部门创建软件设备共享组件后，部门应用程序所有者基于软件设备和共享件创建应用程序，做完后成功实现PaaS的关键因素是应用程序所有者将每个软件设备中的相应内容公开为“可配置的”；3)组合件和PaaS建设，中央IT创建共享组合件，部门应用程序所有者使用组合件创建应用程序，然后将其部署到云平台中。去创建组合的作用是强化了PaaS、为平台预先构建更复杂的应用混序基础、加快部署、降低发生配置错误的风险、通过标准化和一致性简化了运行的操作。

(4)SaaS软件服务层建设：即高校精品课程软件门户网站。其最底层是精品课程管理系统；再上一层是精品课程的一些服务平台，包括一些服务软件和服务功能来实现的。

系统建成之后的效果

1.建成高校精品课程资源“云”

目前河北省有1000多门精品课程，这些课程如果由“云”提供，那么河北省113所大学可以实现这些精品课程的资源共享。云计算的异构系统共存技术可实现资源整合；云计算的高性能、高共享等技术特点实现对现有的精品课程聚合的课程资源“云”；根据学科特点建设次级资源“云”；云计算降低了建立“云”时，各高校教育资源的软硬件成本；云计算提高了使用“云”时，各用户的易用性。

2.提高精品课程访问安全与速度

现在虽然带宽增加了，但是如果不使用“云”，这种分散型的管理仍然形成各高校的信息化孤岛，不能有效地安全高效使用这些资源。而云计算高安全性等技术为课程资源提供可靠、安全的数据存储中心；云计算的协同工作、负载均衡等技术特点提高了访问速度和效率。

3.优化精品课程

云计算的高度技术提高了课程资源使用率等问题；云计算的优化等技术特点避免课程资源重复建设，实现优质资源广泛利用，劣质资源的淘汰；云计算的计费等技术可实现资源的良性运转，教育部门可将有限的经费投入到优质资源的建设中。

4.建设立体化教材、仿真实验室等环境

利用云计算的超容量带宽和视频3D技术制作包括文本、音像、摄影、模拟软件等在内的立体化教材；利用云计算的强大计算能力、通过仿真模拟工作过程来优化教学过程，提高教学质量和效率。

5.精品课程的互动平台

利用云计算的协同工作和资源共享的特性，调动不同位置的众多计算机资源，使用户自主或合作学习；利用云计算建设文字及视频互动平台，增加了学习形式的多样性。

6.实现个性化移动教学

云计算不考虑用户接入物理位置与时间，可提供任何只是背景用户所感兴趣的资料，实现个性化教学；云计算允许用户以任何硬件设备接入，提供用户移动教学环境。

图 基于云计算平台的高校精品课程带来的变化

基于云计算平台的高校精品课程带来的变化与传统教学模式进行比较，如图所示。