基于云计算的网络学习平台建设问题研究*

2017-05-16王婧李寰宇沈华宋鹏程

中国教育信息化 2017年9期

关键词：服务建设研究

王婧，李寰宇，沈华，宋鹏程

（1.西安宇航中学，陕西西安710025；2.空军工程大学，陕西西安710051；3.哈尔滨市利民第二中学，黑龙江哈尔滨150025）

基于云计算的网络学习平台建设问题研究*

王婧1，李寰宇2，沈华2，宋鹏程3

（1.西安宇航中学，陕西西安710025；2.空军工程大学，陕西西安710051；3.哈尔滨市利民第二中学，黑龙江哈尔滨150025）

随着计算机技术的迅猛发展，教育信息技术对现代教育而言发挥着越来越重要的作用。文章对基于云计算的网络学习平台建设问题开展研究，对云计算网络学习平台建设所涉及的关键问题进行了深入分析和探讨，从平台建设的指导思想和原则、云计算学习平台的架构规划设计、云计算平台的信息安全等方面进行了深入分析和详细论述，为基于云计算的网络学习平台的具体建设提供了重要的理论依据。

云计算；网络学习平台；信息技术

一、引言

随着计算机技术和互联网技术的飞速发展，网络信息资源急剧增长，互联网正以它无限的容量、广阔的覆盖面、交互性和定制化特色迅速地改变我们的工作、生活和学习。网络学习这种全新的学习方式应运而生，它充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，实现全新的学习方式。[1][2]从我国网络学习的发展现状看，网络学习平台建设中主要存在资源分布不均、共享程度低以及网络计算方式落后等问题。云计算的出现为有效解决网络学习平台的上述问题提供了技术基础。基于云计算技术构建一个统一、开放、灵活的网络学习平台不仅能改变传统的分散式教育信息化模式，还使软、硬件资源能得到最大程度、最大范围的共享，教育信息化成本得到降低。[3-6]基于云计算的网络学习平台建设，存在着诸多关键问题亟待解决，本文将从平台建设的指导思想和原则、平台的架构设计和实现、平台的信息安全问题等三个方面进行深入分析和探讨。

二、基于云计算的网络学习平台的建设指导思想和原则

大量的成败案例告诉我们，不论是哪种平台的建设，都必须有着明确、正确的建设指导思想，指导思想几乎决定着整个平台系统的建设成败。[7-11]建设基于云计算的网络学习平台，首先要研究清楚其所服务的对象、服务对象的特点、服务对象的需求，从而更好地指导平台建设和规划设计。

学习平台的服务对象首先是学习者，由于教与学的相互关系，也需要能够很好地服务于教育者，但是重点是学习者。如何满足学习者的学习需求就是指导建设平台建设和规划设计的首要原则。因此，在研究基于云计算的网络学习平台建设问题前，首先要研究学习领域的先进理论思想，平台建设的指导思想也必然要依据教育理论和学习理论来制定。

基于云计算的网络学习平台是一种网络环境下基于多媒体资源的服务于学习需求的平台，学习性和网络性是其基本属性。利用网络学习平台的目的是为了更好地提高素质教育质量，培养学生的学习兴趣和学习能力，解决在课堂学习中存在的疑惑和问题，培养其创造力和自主学习能力。因此，用于指导基于云计算的多媒体学习平台的学习理论应该是多元化的，传统学习理论和网络环境下的新兴学习理论对基于云计算的网络学习平台的建设都具有非常重要的指导意义，诸如行为主义学习理论、建构主义学习理论、人本主义学习理论、教育传播理论、联通学习理论和微学习理论等教育学习理论都对基于云计算的网络学习平台建设有指导性作用。[12-14]

其次，对于一个在具体领域中有针对性的专有应用平台而言，需要对其服务群体进行深入细致的研究，用其受众的特点和需求来具体指导和规范平台的构建。在此基础上，才能进一步运用网络技术和计算机技术等具体手段来实现。

基于云计算的网络学习平台是一种网络平台，它具有网络的虚拟性、开放性、自主性，学习者的学习动机也具有不同于传统课堂学习中所测量到的特点，和传统学习者相比，网络学习者更具有差异性、个体性、自主性和互动性，同时要求学习者有一定的知识储备、积极的学习动机和正确的学习策略。

总体上看，云计算学习平台的服务对象的特点包括时空分离、自主性学习、交互性等特点。此外不同年龄段的学习者所呈现出的不同群体特征对平台建设具有很大的影响。例如，如果建设的网络学习平台针对的是中小学生，那么其学习平台建设必然与面向成人用户的学习平台在功能和内容上有本质的不同，因为中小学生这类群体思维活跃、反应敏捷，依赖性和模仿性强，注意力不稳定、易分散，他们自主性和自控性弱，但是认知和理解能力活跃，因此这时平台建设就必须要充分考虑到学生的心理发展特点，既要考虑学生的智力因素，也要充分考虑到学生的非智力因素，如考虑其对新的学习方式的接受程度和对新教学媒体的适应性等。因此，面向不同受众的云计算学习平台同样需要对不同受众的实际情况进行分析，用研究分析的结果对平台建设进行指导和规范。

三、基于云计算的网络学习平台的架构设计和实现

基于云计算的网络学习平台的架构设计和具体实现取决于其采用的云服务层次以及选择的云服务提供商，不同的提供商所能提供的服务层次不同，各自具体所对应的技术手段和实现方案也不同。[15-17]因此，在平台的架构设计和设计实现问题上，最重要的是选定云服务的层次和云服务提供商，在此基础上，再根据云服务提供商对应的云平台实现技术来制定设计方案和构建平台，选择供应商的依据是对学习平台所服务对象的实际需求和平台建设所具有的实际实力条件的论证分析。

云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物，应该从“服务”和“平台”两个方面来理解，云服务是指基于底层的基础设施而向用户提供的可以弹性扩展的服务，云平台是指基于硬件的服务，提供计算、网络和存储能力。二者的关系如同底层基础和上层建筑，通过搭建“平台”，可以将大量计算资源集中起来，协同工作，对上层“服务”的运行进行支撑，而“服务”的丰富和扩展，又对底层“平台”提出不断发展的要求。云平台根据不同的应用需求，调动各种软、硬件资源协同工作，完成计算、存储和沟通任务。基于云计算的网络学习平台的研发者，作为云服务提供商的一类用户，无需关注“服务”和“平台”之间的实现细节，只要按需来使用和付费即可。

云计算平台可以划分为以数据存储为主的存储型云平台、以数据处理为主的计算型云平台、计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台三类。对于基于云计算的网络学习平台而言，显然需要的是一种计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台。

在云服务方面，服务层次分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）三类。IaaS是一些硬件、网络和操作系统的组成，对于基于云计算的网络学习平台的研发者来说，如果使用IaaS，就相当于使用一个已经安装好操作系统的服务器，对于服务器的硬盘、内存、CPU、带宽等硬件设施的扩展，都可以通过云服务供应商提供的服务直接设置，不需要考虑备份、迁移和测试等工作。但是需要考虑安装和配置程序的环境，如安装IIS、Tomcat、数据库等。而如果使用PaaS，则不需要考虑这些问题，只需关心程序的开发和部署即可，因此在选择PaaS时，研发者只需要考虑所使用的是语言和数据库即可。SaaS服务仅提供某一类具体应用，如办公自动化（OA）、E-mail、Office等，用户只需要直接购买服务即可使用，不需要自己研发和安装。具体服务层次可以用图1表示。

图1 云服务的不同层次

因此，对于基于云计算的网络学习平台研究而言，考虑到按需开发和个性化设计，研发者至少需要选择PaaS，如果需要自主控制的范围更广、个性化设计的程度更深、后期可扩展性更强，则需要选用IaaS。所以基于云计算的网络学习平台的研发者，在架构设计和具体实现中需要考虑以下四个方面：①是否提供云服务器（虚拟机）；②应用程序引擎；③开发环境和所用语言；④数据库支持。这些方面，不同的云服务提供商所采用的技术是不同的。

除了技术因素外，经济因素也是非常重要的一个因素。研发者也必须根据实际情况做出选择。现有的云计算平台有开源的，也有商业化收费的。开源的云计算平台主要包括：Abiquo公司的AbiCloud、Apache的Hadoop、加利福尼亚大学的Eucalyptus以及MongoDB、Nimbus等。商业化的云计算平台主要包括微软的Windows Azure、Google的云计算平台、IBM的“蓝云”、Oracle、Vmvare、Salesforce、Citrix、百度云、阿里云、腾迅云、新浪云、盛大云等。基于云计算的网络学习平台研究中，应该结合自身需求综合考虑不同服务商所提供服务下的系统实现难度和成本花费，这两个因素直接影响着网络学习平台的整体规划和设计实现。

此外，在实现难易度上，还应考虑我国实际的网络环境。例如，相比Amazon这样的巨头国外云供应商而言，国内供应商尽管在技术上还有差距，但是在政策支持、网络速度和技术培训支持等方面具有明显优势，能够更好地满足用户的实际需求，因此在实际平台设计实现中会带来较大便利。

四、基于云计算的网络学习平台的信息安全问题

在基于云计算的网络学习平台的研究中，信息安全问题是一个必须考虑的重要问题。[18-20]当各种学习资源连接到互联网上，访问的人会越来越多、越来越杂，不论是学生还是教师，当他们将个人信息通过网络平台注册到数据库中，势必要输入一些如个人密码，身份证号，密码提示问题及答案以及学习平台中得到个人学习成绩、师生互动交流的通信信息等非常重要的内容，这些信息往往与其个人的其他网络账号之间存在某种相似性，若这些信息以未经过任何加密处理的明文形式存放到数据表中，在信息安全方面必然存在极大的隐患，一旦数据库内容被不法分子窃取，将导致这些师生的个人信息外泄或丢失，进而可能造成其个人财产的损失和一些不可估量的严重后果。因此，信息安全问题也是基于云计算的网络学习平台研究中必须重点考虑的一个问题。

广义上讲，云安全问题涉及数据安全、服务安全、政府监管、法律法规等多个方面。根据美国Gartner公司的研究结论，云安全问题包括以下几个方面：①权利的管理；②数据信息的存储位置；③数据的隔离性；④数据的备份与恢复；⑤法律规范性；⑥提供服务性的延续性。狭义上讲，云安全问题就是数据安全问题。数据安全的问题是云安全问题的核心问题，主要包括数据存储安全、数据传输安全、数据访问安全。

根据云计算层次结构与云计算存在的安全风险，在云计算系统架构中每一层的安全问题是不同的，具体而言包括物理层安全问题、核心层安全问题、通信层安全问题、数据层安全问题、基础层安全问题、平台层安全问题、软件层安全问题等几个层面，在不同层面可能存在的云数据安全问题有些相似，有些则不同。在基于云计算的网络学习平台研究中，需要根据不同的系统架构，考虑各个层面的安全设计。总体而言，在基于云计算的网络学习平台的研究中，关于数据安全的目标主要包括三个——保密性、完整性和可用性。需要重点注意的安全威胁包括非法用户窃取数据、数据遭到恶意篡改或删除、数据存储发生意外以及共享服务带来的潜在安全隐患等几大方面。

目前，在云计算研究中，用来保证数据安全性的基本方法一般分为预防和检测两大类。从解决手段上讲，解决数据存储方面的安全问题主要可以采用数据加密、数据隔离、数据校验、数据备份、灾难恢复等安全技术。

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