云模式下大学区教育资源服务平台及关键技术研究

卢 颖,刘白林

(西安工业大学 计算机科学与工程学院,西安 710021)



云模式下大学区教育资源服务平台及关键技术研究

卢 颖,刘白林

(西安工业大学 计算机科学与工程学院,西安 710021)

论文对基于云计算构建的大学区教育资源公共服务平台进行了架构分析，同时针对资源库建设中异构信息系统之间数据交换共享的关键问题，以学区教育为核心，利用元数据技术提出了一套符合国标且服务平台实际需求的元数据标准设计方案，同时给出了XML标识及描述方法.上述研究对实现大学区内教育资源共享，促进资源优化配置，提高教育水平的均衡发展有一定的价值.

云平台；大学区；教育资源公共服务；元数据

大学区教育资源共享服务，其目的在于整合学区内各校优秀的教学资源，提高整体教学水平和教学质量，让目前有限的资源获取到最大的使用效益，从而缩小教育的不公平，促进教育水平的均衡发展.

一直以来，各区中小学校都在积极开展教育教学资源的建设，开发建成了许多网络资源库，但也逐渐暴露出了一些问题：① 资源共享缺乏统一的建设标准和有效的资源交流平台.以G12A平台为例，其建设缺乏技术规范标准、所开发资源属性描述不同，编码分目属性标准存在差异，为资源搜索、定位的及利用带来不便，导致大量资源重复开发[1].② 现有资源平台缺乏合理规划，各机构重复建设.各校内部只根据自身需要开发教学资源平台，由于平台间数据库接口不一致，无法实现资源共享[2-3].③ 硬件设备无法共享，基础设施利用率极低[3-4].文献[5]曾以广州越秀区学区管理为例从区域、学区 、学校三个层面，对知识资源的共建共享，方式与途径开展了实证研究，勾画出实现区域教学资源整合的途径，但并未给出具体的平台建设方案.文献[6-7]阐述了云技术的概念和特点，并以“世界大学城”云平台和计算机基础课程教学资源库为例介绍了云计算技术在教育领域中应用所具有的优势.“云”计算技术具有高度可扩展、弹性、按需取用的特点，基于云在资源整合上的优势，创建大学区教育资源公共服务平台可以有效促进资源的优化配置以及优秀资源的利用与共享.

本文基于云计算服务模式对该平台的整体架构和资源库的建设进行了研究和分析，并采用元数据技术提出了一套符合国家标准且满足服务平台实际需求的元数据标准，从而解决学区教育信息资源跨学科、多源异构异质特性导致资源共享程度低、互操作性差、阻碍资源在大学区三级资源体系内的共建共享问题.

1 大学区教育资源公共服务平台整体架构

如图1所示，平台整体架构分为四层，分别对应不同的云服务.基础设施层(IaaS)由各种网络基础设备构成，如计算设备、服务器、存储器等，为平台提供各种虚拟资源服务；平台服务层(PaaS)为该平台提供软件运行支撑环境和公共服务接口；软件应用服务层(SaaS)向用户提供大学区教育资源的各种应用软件服务[8-9].根据该平台服务模式，由参与合作的各学区资源组成教育资源“云”.用户在访问云时，无需知道资源的具体物理存储位置，系统能自动分析并确定访问者的IP地址，制定路由寻径策略，访问其临近资源.课题采用基于云计算的SaaS服务模式，使用统一身份认证方式对普通用户的资源访问授权，只需注册一次，即可访问所有服务器资源，从而实现学区内资源共享.教学资源保存在云端采用Hadoop框架，使用MapReduce和HDFS技术实现.

图1 大学区教育资源公共服务云平台架构

2 系统功能设计

平台集成多级资源库管理、题库管理、教师电子备授课、班级博客、互动平台、网络信息发布等子系统于一体，能实现统一用户认证管理、一站式统一登录，共分六个模块，功能如下：

1) 教育资源门户子系统.资源门户是公共服务平台的统一发布模块，能够将学校以及各个院系老师、学生的资源以及外采资源，通过门户进行集中展示，包含综合门户、教师个人门户和学生个人门户，学院、教师和学生能够对各自的资料进行管理，支持对资源进行按日、周、月浏览/下载的统计和排行.

2) 统一身份认证子系统.支持统一身份认证，可以对用户的基本信息进行一体化管理，实现单点登录.

3) 题库子系统.题库子系统提供试题上传、下载、编辑、检查、查询、删除、答题等功能.

4) 网上备课子系统.提供网上备课系统，支持电子课件和教案的检索、上传、统计、下载等管理功能.

5) 班级博客子系统.教师和学生等班级成员可在班级博客上发布文章日志、建立班级相册、上传资料文档等，教师能够在线布置作业，学生登录班级博客即可收到作业通知，并进行查看.

6) 系统管理子系统.系统管理员可在系统管理子系统中对系统进行管理，包括资源库的管理、用户管理、统计分析管理等.

3 学区资源服务平台共享资源库建设

大学区教育资源公共服务平台的建设规划是系统进行宏观部署和具体实施的依据.以下从平台资源体系的建立和共享资源库内容建设方案两个方面来进行分析.

1) 资源体系的建立

大学区教育资源公共服务平台采用“云计算”部署模式，包括大学区、学区、学校三级资源体系.以大学区教育资源库为主体，学区、学校分别作为二、三级资源体，在大学区内实现资源的最大共享，如图2所示.

图2 大学区、学区、学校三级分布式资源库体系示意图

各级资源库的定位如下：

第一级：大学区级为基础教育资源库.存储的内容主要为：覆盖中小学各学科的、通用的国家和省级课程信息化资源、学科教学内容的扩展资源和用于教师教学研究、教育科研和有关培训、进修的信息化资源以及一些特有的稀缺信息化教育教学资源.

第二级：学区级为区内各学区基础教育资源库.存储的主要内容：本学区的学科课程教育教学通用资源；具有本学区教育教学特色的有关资源；教育科学研究的有关资源.

第三级：校级资源库.以满足一线教学应用为核心，以全面提高教育教学质量为目标，同时在具体内容和功能上，更加个性化，建设具有学校特点的个性资源库.存储的主要内容为：具有本校特色的教师网上备课、授课和支持学生拓展知识、进行研究性学习等用途的教学资源；支持校本教研、校本培训和普及信息技术知识和应用能力的资源.

各级用户可根据需求使用平台所提供的服务，也可部署管理平台和服务节点，资源部署方案如图3所示.

图3 资源部署规划

在每个学区建立资源服务器群，学区所辖范围的学生、教师、学校管理员通过统一门户对其身份和权限进行识别，分别提供访问、下载、上传资源等服务，同时，对资源进行分级管理，资源可以按照学校、学区、大学区分为三个层次，根据用户的授权进行有针对性的开发，在学区内部建立资源数据库，提供资源存储服务.不同学区之间的资源公共服务平台可以通过数据接口进行数据交换，实现资源的共享和流转.

2) 共享资源库内容的建设

① 实验教学素材库的建立.其中涵盖各年级生物、化学、地理、物理等课程的实验素材和实验设计内容.

② 多媒体教学素材库的建立.包括图形图片、音频视频、文本、动画等多媒体素材.

③ 课件库的建立.用于教育教学的各类电子演示文稿.CAI，PPT等.

④ 案例库.包括具有实践指导意义的指导教学的模型、作品、事件或现象等材料.

⑤ 技能库.包括特定学科领域的基本技能、项目、技术规范操作守则等.

⑥ 课程标准库.各类课程的学习大纲.

⑦ 试题库.各年级不同科目的试题习题，试卷资源.

在构建该资源库的过程中，根据载体形式的不同，课题采用了不同的构建方法.按照资源的来源，可将信息划分为数据库、电子文件(包括文本、图形、图像、视频、音频、课件等)等不同形式.例如，本课题中数据库信息资源可以通过专用的信息抽取工具如ETL技术实现，通过对源数据的抽取(extract)、转换(transform)、加载(load)等过程将可共享的数据库信息资源汇集到共享资源库中.电子文件及课件类资源可以通过信息桥接软件，将可共享的电子文件类信息资源汇集到资源库中.

4 大学区教育资源元数据设计

在平台的建设过程中存在着一些针对资源库建设的关键问题.包括如何对资源有效存储，资源如何方便的进行查询，资源能否重用、交换等.要解决这些问题，就必须对资源进行规范化的编目和标准化的存储.规范化的编目，可以对资源的信息特征进行有效标注，从而实现资源的归类管理，方便查询与定位；标准化的存储，可以帮助同构资源库和异构资源库实现资源交换[10].归结到一点，就是如何对资源的元数据信息进行描述，从而实现资源的存储、管理、查询和重用.这里需要以大学区教育为核心，建立一套既符合国际和国家相关元数据标准，又符合服务平台实际需要的元数据应用方案.

1) 资源服务平台元数据标准的制定

元数据概念的提出最初是为解决网络资源无序化而来的.它被称之为“关于数据的数据”，专门用来描述数据的特征和属性，其目的是提供比查看内容本身更多的有用信息.元数据标准是元数据的集合，一般会包括语义层次上的著录规则和语法层次上的规定.目前流行的元数据标准很多，在教育领域比较普遍应用的是：DC (Dublin Core，都柏林核心元素集)、LOM(Learning Object Metadata，基于学习对象的元数据)等，中国教育信息化技术标准委员会也提出有：CELTS.3、CELTS.41等标准[11].

本文在设计大学区教育资源元数据标准的过程中，权衡面向对象互操作性、通用性、个性化及尽可能降低描述能力复杂度之间的关系，在调研和比较国内外应用较广的多种元数据标准后，以LOM标准及对应的国家规范celts-41.1为参考，结合所研究大学区资源库的本身应用需求，制定了一套资源库的元数据标准体系.基本结构如图4所示.

图4 资源建设规范基本结构

其中核心必选数据元素包括6类，13种元数据，分别为：通用(标识、标题、语种、描述、关键字)，生存期(贡献)，元-元数据(元数据方案、贡献、语种)，技术(格式)，教育(学习资源类型)，分类(目的、分类路径).参照通用可选数据元素集及大学区所需属性，给出扩展的元数据16种见表1，部分词汇表见表2.

2) 元数据的XML标识及描述

在上述元数据标准基础上，本文采用XML技术对大学区公共资源服务平台的元数据进行标识，以达到方便数据交换、共享及查询的目的.XML语言即可用于数据的精确表达，也可作为标准的数据交换格式为异构信息系统之间的数据交流提供有效方法.论文以资源库中的一份PPT课件资源为例，对其进行描述，首先依照LOM规范写出文件的可能的描述信息，见表3.再根据由XML提供的标准数据交换格式对其元数据进行标识.不仅利于信息的收录与索引，同时也使平台中的学校、学区、大学区多层资源库间的数据交换更为方便.

表1 大学区资源服务平台扩展元数据

表2 部分词汇表

表3 PPT素材的部分属性描述举例

5 结 论

1) 从设计思路、整体架构、平台资源库建设、系统模块设计方案等方面对基于云计算的大学区教育资源公共服务平台展开研究和探讨，以学区教育为核心提出了元数据建立标准.该设计模式能有效实现学区内校与校之间的互联互通，为学区教育资源共享奠定了基础.

2) 平台实现了对市级所辖各学区的基础教育教学资源的全面管理，以及自建资源和外来资源的统一维护.平台使用过程中，各级用户通过对元数据的定义、发布、管理，可方便地实现对大学区教育资源的基本定义.元数据的管理通过针对不同类型资源选择不同元数据模板，从而实现按照资源类型和特征来配置其表现形式.首先配置模板基本参数，包括使用场景、元数据数量等；下一步定义该模板中的所有元数据，包括元数据的名称、类型、长度及必填项和默认值.通过元数据的定义影响资源的描述方式，从而达到一套系统为多种资源提供元数据管理服务的需求.平台可自动生成该元数据的XML定义文件，作为与其它异构信息系统进行数据交换的依据，用户通过选择数据库类型与之绑定，从而解决了学区内异构系统之间的数据交换.

3) 基于云计算的资源共享服务模式能有效降低教育信息化建设成本，并可凭借其具有的可扩展性优势，不断满足教育信息化的快速成长和服务多元化需求，由此提升各学区教育水平，缓解教育发展的不均衡.

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(责任编辑、校对 张立新)

Research on School-District Educational Resources Service Platform and Key Technology Based on Cloud Computing

LUYing,LIUBailin

(School of Computer Science and Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 710021,China)

This paper describes the architecture of Wide-range District Public Education Resources Service Platform based on the cloud computing model. As for the "data exchange and sharing between heterogeneous information systems" in the construction of the resource database, a design scheme for the metadata standard which meets the national standard and the real needs of the service platform is presented by using the metadata technology. And also the XML meta-markup and the description method are given. The study mentioned above is of value in sharing education resources within a Wide-range District, optimizing resources allocation and balancing educational development.

cloud platform;wide-range district education;educational resources service;metadata

10.16185/j.jxatu.edu.cn.2016.09.010

2016-05-20

陕西省教育厅专项科研计划项目(2013JK1158)

卢 颖( 1978-)，女，西安工业大学副教授，主要研究方向为云计算技术，计算机网络仿真.E-mail：luyingkk@sina.com.

TP37

A

1673-9965(2016)09-0738-06