基于云计算的高校青年教师O2O学习私有云平台构建

2019-01-02杜坤

软件 2019年12期

摘要：在云计算、移动互联网和虚拟现实等技术的推动下，高校面向学生的实践教学得到显著发展。与此同时，高校青年教师培训仍以传统授课模式为主，重理论、轻实践，青年教师参与功利性日渐明显。针对这一现状，提出了基于云计算的高校青年教师学习私有云平台，创立了一种O2O青年教师培养体系。实践表明，该平台能有效提升青年教师教学技能水平。

关键词：云计算;O2O;私有云;教师教育;青年教师学习系统

中图分类号： TP393 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.12.011

本文著录格式：杜坤. 基于云计算的高校青年教师O2O学习私有云平台构建[J]. 软件，2019，40（12）：4650

Construction of O2O University New Faculty Development

System Based on Private Cloud Platform

DU Kun

（College of Education Science and Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

【Abstract】： Promoted by cloud computing， mobile internet and virtual reality technology， the practical teaching for students has significantly developed in colleges and universities. Meanwhile， it is still adopting the traditional teaching mode in the new faculty training for the young teachers， for example overstressing theory but neglecting skill and so on. To address the problem， this paper proposes O2O new faculty development system for the young teachers based on the private cloud platform. The experiment shows that the new platform can improve the young teachers teaching skill effectively.

【Key words】： Cloud Computing; Online to offline; Private cloud platform; Teachers education; New faculty development System

0 引言

在知识经济主体地位凸显的今天，创新能力培养在高等教育体系中扮演极为重要的角色。在此背景下，教育信息化作为创新能力的催化剂，越来越多地影响着高校教学环节的各个层面。随着教育信息化的深入发展，云计算技术由于其按需定制方案、个性差异化服务等特点被教育领域广泛关注和积极应用。

根据CNKI检索可见，近年来云计算技术在高等教育领域的运用多集中在计算密集的科研平台、存储海量的资源备份平台、以及面向学生的在线教

学平台三个方面，而针对“云计算+教师学习发展”的实践研究凤毛麟角[1-3]。以此为着眼点，本文基于云平台框架，结合高校教师学习工作的特点，尝试构建一种适合高校教师，特别是青年教师的O2O（online to offline）学习发展体系[4]。通过实践，这种实践体系能够积极高效地提升青年教师教学水平、促进广大教师教学模式多样化生态的形成，为创新人才培养打下坚实的基础。

1 私有云平台框架

“云”的实质就是网络，云计算技术是一种基于互联网的超级计算方式。云计算技术将网络连接的大量IT资源进行更灵活、高效的统一部署，任务被分布在共享计算资源池中，并根据需要获取如计算力、存储空间、软件等交互式应用服务。用户和应用之间不受时空限制，用户可以通过各种终端在任意位置登录云端获取服务[5-6]。云平台的网络拓扑结构如图1所示。

图1 云计算网络拓扑图

Fig.1 Cloud computing network topology

顯而易见，云计算并不是一种全新的网络技术，而是一种新型的网络应用理念。其核心概念是以互联网为中心，提供云端快速安全的计算和存储服务。相比于传统的网络技术，云计算技术具有以下多种特点[7-8]：1.虚拟化：物理平台和应用部署的环境在空间上么有任何联系，用户可以随时随地运用任意设备登录云端;2.动态可扩展、按需服务：用户可以根据需求部署云服务功能，提升计算能力，实现对已有业务以及新业务的扩展;3.高可靠性：单点服务器故障不会影响计算与应用的正常运行，可以通过虚拟化技术将分布在不同层面的应用进行恢复或利用动态扩展功能部署至新的服务器进行计算;4.高灵活性、通用性：绝大多数IT资源，软件、硬件都可以支持虚拟化，云系统资源池具有极强的兼容性。

从用户使用角度，云平台可以分为公有云、私有云和混合云三种[9]。公有云用户通过互联网从提供商处购买使用云端的计算和存储服务;私有云整体部署在区域防火墙内部，资源服务也仅提供给区域内部人员使用。从技术角度，云计算一般分为三个基本技术层面，分别为基础设施层（IAAS，infrastructure as a service），管理平台层（PAAS，platform as a service）和软件服务层（SAAS，software as a service）。理论上三种服务层面都可以被系统终端设备所访问。实际中云计算技术层面架构图如图2所示。

图2 云计算技术层面架构图

Fig.2 Cloud computing technology

level architecture diagram

作为校园网教育云的典型应用，高校教师学习平台需要高速的网络带宽和强大的安全性保障。因此，利用私有云技术在校园网内构建教师学习平台，能够有效利用私有云安全性强、高校内部网络资源丰富的特点，高质量地获取云服务;与此同时，基于openstack[10]的开源解决方案，使用成本低廉，代码工作量低，可扩展性强，比较符合高校内部云服务的需求。综合以上，本文拟采用基于openstack的私有云计算架构建造高校教师学习云平台。

2 O2O教师学习平台建设思路

信息科学的迅猛发展，教育信息化规模的蓬勃壮大，促使越来越多的新技术被运用到高校教学实践中来。然而国内针对高校青年教师开展的培训与学习，仍以入职首年利用节假日时段参加省市级联合举办的教育学相关课程培训为主。笔者通过对江苏省高校青年教师培训的调研，分析得到现有师资培训具有以下几个劣势：

2.1 青年教师缺乏教学经验，教学技能严重不足

近年来，高校扩招使得高等教育实现从精英教育到大众教育的转变。大学生人数逐年增加，高校青年教师的招聘人数也不断攀升。高校新入职专任教师多为国内外高校的应届博士毕业生，高校招聘条件更多关注教师的科研能力，教学水平考查甚少。青年教师缺乏甚至毫无教学经验，教学技能严重不足;

2.2 青年教师培训参与度低，学习时间少

从学生到教师角色的转变的不适应，岗位职责带来的压力，繁杂的工作内容赋予的责任，使得多数青年教师很难保证每次固定时段培训的出勤率，更遑论投入大量的时间和精力进行相关知识学习，培训效果不容乐观;

2.3 培训教材偏重传统理论，与实际结合不紧密

教学是一项人与人交互的实践活动，而传统的师资培训内容多以教育学、教育心理学等相关传统理论为主，对于缺乏教学经验的青年教师而言，不能将理论与实际工作相结合，理论知识难以得到真正的消化和理解;

2.4 信息化教学方式涉及少，与当前实际教学模式脱节

为了更好地调动学生学习的主观能动性，当下各高校大力发展各种信息化教学的普及工作，从慕课、微课，到云端智慧课堂、翻转课堂等等，不一而足。然而针对信息化教学应该采用的教学方法和教学模式，在青年教师师资培训中很少涉及，不利于高校创新人才培养师资队伍的建设。

可以看出，针对以上问题只有利用工作之余的碎片时间，只有在培训过程中兼顾理论与实践的结合，才能使青年教师真正从培训中汲取教学技能，达到丰富教学经验，提升教学水平的目的。为了实现上述目标，将理论知识相关MOOC视频、教学实践所需硬件、软件资源放诸云端，绝大多数学习活动都在线上完成。这样，不同青年教师可以根据自己的实际情况自行选择学习方式和内容，对于知识点的讨论和互动也主要在线上进行;培训教师在线下主要负责对青年教师学习内容的布置和方法的引领，以及举办多样的教学实践活动，让青年教师互为师生，为对方的试讲进行点评，共同提高等。线上线下相结合，线下成为线上学习的“实践田”，最终创新融合，实现青年教师从入门到深化再到提高，逐步形成自己独到教学方法的目的，整体学习模式如图3所示。

图3 O2O三段式学习模式图

Fig.3 O2O three-stage learning mode diagram

具体而言，入门阶段，offline培训老师对教师

职业基本标准和要求进行引导性的讲解，完成把被培训者“领进来”的任务。青年教师online自主灵活完成基础性理论MOOC学习，和培训老师以及同学可以在线上进行知识的非实时讨论和交流，彼此促进知识的理解;深化阶段，online青年教师可以选择交互式实践模块进行学习，例如基于虚拟现实软件的教师试讲等，offline培训教师可以根据online青年教师试讲情况，有针对性地选择部分青年教师进行现场授课，培训者与被培训者一起研讨授课中普遍存在的问题和闪光点，加快共同进步;经过多次online“理论学习+软件模拟+讨论交互”，辅以offline实践点评，每位老师都能融合创新，培养出符合本人特色的教学方法。整个学习过程中，被培训者的学习绝大多数通过云平台完成，青年教师可以利用自己的碎片时间随时随地采用各种终端设备获取云端教学视频、虚拟仿真软件、在线交流、个性化學习等多种服务，同时形式多样的学习资源也能够有效提升被培训者的学习兴趣，线下实践活动只需要占用青年教师很少的时间。显然，这种基于云平台的O2O学习模式实现了学习环境的云化、实践考核的过程化、学习终端的移动化以及物理设备的池化，完美地解决了原培训方式理论实际脱节、理论知识枯燥、被培训者参与时间不足等问题，青年教师教学技能真正得以锻炼和提高。

3 基于openstack的青年教师学习云平台构建

从以上分析可知，本云计算平台为教师理论和实践学习提供实验环境和展示服务，需要能根据用户需求创建实践环境，并对资源分配和使用进行有效管控。为此，云平台设计过程中要遵从以下设计目标：（1）重构硬件资源，建立符合规范的资源池，保证学习资源接入的标准化，以便学习资源可以跨平台共享;（2）确立良性的资源调度方案，做好满足用户使用和实现资源最大利用的平衡;（3）对教师学习过程数据做高效存储。

此处选择基于“IBM OpenStack Solution for System X”云平台解决方案进行构建[11]。OpenStack云平台的构建可以采用脚本安装、源码安装或者借助自动化部署工具快速安装等方式完成。私有云一般只提供SAAS和IAAS服务，前者包含理论、实践、流媒体、交互等应用，后者提供网络、计算、存储等资源。本方案提出的私有学习平台模型如图4所示。

物理设备层主要包含服务器、存储、网络、计算以及安全设备。针对本方案搭建的云平台物理节点选用PC Server。服务器资源选择计算型服务器，提供足够的虚拟机性能;存储设备选用存储型服务器，每个节点配备大容量硬盘，实现分布式存储系统;网络与安全设备分别选用10G网络架构和1G网络架构。

图4 基于openstack的教师学习私有云架构图

Fig.4 Teacher-based private cloud architecture diagram based on openstack

本方案采用全面虚拟化技术，实现计算、存储、网络全盘虚拟化，以满足上层云服务的需求。计算虚拟化使用KVM技术达成，采用Ceph分布式文件技术实现存储虚拟化，网络虚拟化采用千兆网络与Vlan配合的模式。

云服务管理层利用Openstack实现资源自动管理和动态分配。根据用户需求定制虚拟架构，包括服务器的配置、数量、存储大小等，在使用结束后完成资源自动回收。用户通过各种终端交互界面提出业务请求，应用业务请求生命周期由云平台控制，从而降低业务运行成本。

4 教师学习云平台应用实例

基于openstack的O2O教师学习私有云平台运用了云计算、虚拟仿真等多项技术，实际应用中承载了如下实践成果：

4.1 教学基础视频资源

枯燥深奥的教育学理论不便于青年教师进行学习，本云平台上载了一系列与现代高校教学实际相结合的培训视频，帮助青年教师更好地理解基本原理。其中包括MOOC相关教育技术、教学案例和策略、Office等工具使用、本校教学网的使用、教学方法系列介绍、助教教学技能培训等;

4.2 青年教师微格教学

让青年教师选择自己熟悉的学科内容，进行一次线上15-20 mins的课堂教学模拟授课，由专家和其他青年教师进行线上分析和反思，帮助教师改进教学方法;

4.3 视频會议系统