融合教育环境下基于私有云的云学习平台模型设计

张赛男

（南京特殊教育师范学院，江苏 南京　210038）

融合教育环境下基于私有云的云学习平台模型设计

张赛男

（南京特殊教育师范学院，江苏 南京210038）

文章依据云计算体系结构，设计了私有云中IaaS，PaaS，SaaS 3个不同层次的应用。同时，围绕云学习“学生为主体、教师为指导”的核心理念，分析融合教育中残疾学生和普通学生的共性、特性，设计云学习平台构架模型，以此培养学生的学习自主性、积极性，保障学习资源和教育资源的公平性。

私有云；云学习；虚拟化技术；融合教育

云计算技术日新月异的发展，使得人们可以随时随地直接通过网络获取软件、存储、计算、通讯等资源，其“整合调配、资源共享”的优势逐渐改变着人们的思维方式，由此衍生而来的“云学习”将为高等教育教学模式带来一场变革，促使高校教育信息化进一步发展，使个性化教育成为可能。

1　私有云和云学习

“云计算”（Cloud Computing），是一种基于互联网的计算方式，由云基础设施、云存储、云平台和云服务部分组成，通过分布式计算、分布式存储、并行计算及虚拟化等技术［1］，分别提供基础设施即服务（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）［2］，计算机或其他设备借此按需共享软硬件资源和信息，其核心理念即为“资源集中、共享和重分配”。企事业单位构建私有云既可整合现有资源、提高设备利用率、提升服务质量，又可提高数据中心的安全性、可控性和可靠性，同时具备鲜明的单位特性。

目前，国内已有相当数量的高等院校开始构建私有云，利用云存储、云计算来辅助教学，随之产生的这种面向未来的、全新的学习方式，被称之为“云学习”（C-Learning）。它囊括了信息化学习、泛在学习和移动学习等相关概念，通过构建个性化的学习环境来有效地服务于“教与学”，提高学生学习的积极性、主动性，充分体现了“以学习者为根本、以学习任务为标杆、以协作学习为形式、以共享资源为核心”的理念，致力于终身学习和学习型社会的构建［3］。

2　云学习平台设计方案

2.1总体架构

云学习平台以云计算的体系结构为依据，设计IaaS，PaaS，SaaS等3个不同层次的应用。

最底层IaaS层（即云基础设施层）是云服务的基石，利用虚拟化技术将SCSI存储、服务器、防火墙等物理硬件抽象为虚拟的基础设施，向用户提供灵活、统一的云基础设施服务接口，提升服务性能、降低维护成本。云学习平台中IaaS层向上层提供网络、云主机、云存储、操作系统等资源，校内用户可自行部署、运行应用和存储数据，无需考虑硬件部署情况，虚拟化资源将直接按需供应。

PaaS层（即云平台层），是私有云的调度中心，具备整合不同种类服务的能力，它将软件运行平台作为一种服务。就分层架构而言，一方面，PaaS层通过监控云基础设施运行情况，有效地整合网络资源、存储资源和计算资源，并根据用户的需求考量私有云基础设施服务的能力，通过云基础设施服务接口调用IaaS层硬件资源；另一方面，PaaS层向SaaS层提供各种业务服务，是一种分布式平台。云学习平台PaaS层提供数据存储、弹性计算、负载均衡、虚拟监控等基础服务的同时，还将整个开发环境作为一个服务提供给用户，用户完成应用业务系统的设计、开发和调试后，可远程接入并部署系统到此平台，后期交与云数据中心专业人员管理。此外，PaaS层提供统一身份认证、教学资源管理、智能导学、手语库管理、学习进度监控管理等业务服务，提高资源利用率、可管理性。

SaaS层（即云服务层）实现在应用软件层，向用户提供各种软件服务。在此案例中校园用户可通过手机，PAD，PC等终端设备中的Web浏览器使用云学习平台，进行自主学习、碎片化学习、网络教学、资源管理、学教评价等活动。

2.2功能模块设计

2.2.1审计中心

审计中心由统一身份认证、分级权限管理、学习进度监控、学教评价、数据查询、数据备份、数据挖掘和分析、系统管理与配置等模块组成，用户的指令、查询信息的反馈均可通过Web界面发送或显示。随着校园用户、各业务系统数据量的不断增加，云数据中心的规模也将逐渐扩大，仅用单点服务器作为审计中心，其性能无法满足可持续发展的需求。故审计中心必须具备动态的扩展功能，利用数据库分布式的架构和vSphere集群的分布式资源调度（Distributed Resource Scheduler，DRS）、高可用性（High Availability，HA）功能以缓解其负载压力。

审计中心共设4个数据库：公共数据库，负责存储校园用户、课程等基本信息，由校园门户、教务等系统通过接口推送至此数据库，实现数据自动更新；系统配置数据库，系统管理员通过Web客户端进行系统配置，并将其相关的数据存储至此数据库；学习进度数据库，负责存储学生自主学习教学资源和课程任务完成进度的数据；学教评价数据库，负责存储云学习过程中学生评教和教师评学的数据。与此同时，云学习平台审计中心利用vSphere集群的VDP功能将更新数据备份至存储器中，并向校园用户提供快速查询功能。

2.2.2资源中心

资源中心由教学资源管理、手语库管理和题库管理3个模块组成。根据系统功能，资源中心赋予各级用户不同的权限，以此保障资源质量和系统的安全性。系统管理员对云学习平台各数据库具备完整的控制权，可远程接入虚拟机或以Web浏览器的方式对资源中心的数据库实施管理和维护；课程管理员即各学科的教研室主任，在资源中心主要负责资源评审，确保资源高品质呈现；教师负责微课、大规模在线开放课程（Massive Open Online Courses，MOOC），讲义、试题等资源的制作或收集、上传和管理；学生则可通过Web浏览器登录云学习平台，检索、在线学习或下载相关的资源。

2.2.3教学中心

教学中心涵盖了教与学两方面，分别由活动管理、在线测试、在线答疑、智能导学、读屏辅助（手语在线翻译、语音检索）等模块组成。

（1）活动管理。支持教师课前发布任务，以及学生对于任务执行情况的监控，主要包括分组管理和任务管理。

（2）在线测试。包括组卷指标管理、试卷管理、分组管理、测试管理。支持教师根据教学进度、测验质量指标自动组卷，监控学生阶段性的学习情况，适时调整教学策略；支持学生自行组卷测验，帮助学生了解其知识漏洞，调整其学习策略；支持系统自动统计测试的结果，计算各题的信度、效度、难度和区分度并反馈至题库数据库相关表的字段中；支持系统将个人的测试结果反馈给智能导学模块，以便该模块结合其他因素形成合理的学习策略调整建议。

（3）在线答疑。包括常见问题管理、论坛管理。支持常见问题的智能答疑以及师生之间实时交流互动，帮助学生及时解决疑问。

（4）智能导学。系统支持根据任务执行情况、在线测试成绩，了解学生自主学习参与度、知识漏洞，深层次挖掘学生“兴趣点”，形成并反馈合理的建议，帮助学生调整学习策略，实现个性化指导。

（5）读屏辅助。所谓融合教育，即指学校提供所有的教育和相关服务措施，残疾学生和普通学生在同一教学环境中进行生活学习，使特殊教育和普通教育融为一体［4］。由于生理缺陷，视障学生无法准确检索并获取数字教学资源；同一时间段内，听障学生无法快速获取文字信息，并与普通学生保证一致的学习进度。他们在进行云学习时必将遭遇学习瓶颈。该模块主要包括手语在线翻译和语音检索，支持视障学生通过语音检索模块自主获取教学资源，支持系统自动将文字或语音通过智能Agent翻译成手语反馈给听障学生。

2.2.4虚拟实验中心

鉴于高校实验室在教学科研方面的重要性，构建一个不受时空、经费限制的虚拟实验室，不仅解决了资金、管理的问题，同时提升了实践教学的质量。该模块支持三维多功能动态演示实践课程教学内容，突破时空的限制，方便学生复习；支持学生通过虚拟桌面技术或远程接入技术完成软件类、硬件支持网络访问的实验。

3　结语

本文“以云计算技术为基础、以融合教育为教学环境”来设计并构建云学习平台。利用虚拟化技术将物理硬件抽象为虚拟的基础设施，屏蔽底层硬件、软件部署的复杂性，向校园用户提供云存储、云计算等服务；通过搭建vSphere集群，利用其HA，DRS，垂直数据处理（Vertical Data Processing，VDP）等功能，统一管理、动态分配资源池中虚拟化资源。为落实云学习“学生为主体、教师为指导”的核心理念，合理设计教学中心和审计中心，充分调动学生的学习主动性、积极性。鉴于残疾学生和普通学生的共性、个性，增设人性化设计，如虚拟实验室，语音检索、手语翻译等，为所有校园用户提供服务。融合教育环境下的私有云学习平台对于保障学习资源和教育资源的公平性、培养学生的学习独立性和合作意识，具有较强的实用性。

［1］Kathy Grise.Cloud Computing［EB/OL］.（2016-09-12）［2007-10-12］.http： //en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing.

［2］王桂平.云环境下面向可信的虚拟机异常检测关键技术研究［D］.重庆：重庆大学，2015.

［3］钱丹.基于私有云的高校云共享模式研究［J］.中国电化教育，2013（5）：29-32.

［4］周满生.关于“融合教育”的几点思考［J］.教育研究，2014（2）：151-153.

Design of Cloud learning platform model based on private Cloud in inclusive education environment

Zhang Sainan
（Nanjing Normal University of Special Education， Nanjing 210038， China）

According to Cloud computing structure， this paper designed a private computing with three different layers of application such as IaaS， PaaS and SaaS. Meanwhile， the generalities and characteristic of the disable students and the ordinary ones are analyzed based on the core of “students are orientation， teachers are guidance”. The analysis is used to design the model of Cloud-learning platform，which can not only help cultivate learning autonomy and motivation for students to learn， but also guarantee the fairness of learning and educational resources.

private cloud； cloud-learning； virtualization technology； inclusive education

张赛男（1982— ），女，江苏常州，硕士，工程师；研究方向：教育技术学，云计算。