智能化远程教育资源共享平台设计

曹 博

（1.西安电子科技大学，陕西西安 710071；2.陕西交通职业技术学院，陕西西安 710018）

教学资源（包括软硬件设施、各类教学资源、信息技术服务等）是开展远程教育的基本条件。作为远程教育的代表，广播电视大学远程教育平台的技术特征已经历三大阶段，第一阶段通过广播通信传播教育节目音频，由最高层将学习资源直接传播给目标听众，传播方式单一，由于无法进行有效互动，所以学习效果提升并不明显；第二阶段通过电视视频节目进行教育传播；第三阶段通过计算机网络传播教育资源，资源从顶端沿三角逐级垂直下发，这种学习资源传播模式能够通过互联网进行互动与沟通。随着信息技术的快速发展，传统的教育模式难以满足现代教育教学的发展需求。为此，文中提出了一种基于云计算的智能化远程教育资源共享平台的构建方案，为提供便捷高效的海量互动服务提供支撑[1-2]。

1 远程开放教育资源建设存在的问题

1）资源互动性较差，基于网络的远程教育缺乏传统课堂的面对面沟通交流优势，导致学习者网络学习的积极性不高，学习资源互动性的重要程度日益凸显。目前，教育资源的互动性建设普遍停留在线上讨论、即时通讯等单一的网络互动上，对学习者同学习资源、教育者、资源建设者、其他学习者间的互动大多停留在网络同、异步交流层面上。2）教学资源建设缺乏总体规划和设计，对具体学科的课程资源建设需求、课程资源负责单位、课程资源建设内容、所需媒体、媒体间的衔接方式等缺少统一的规划和设计标准，各远程开放教育建设单位缺少有效的沟通与合作，资源共享程度不高，重复建设现象严重，资源存放布局混乱，同时加重了学习者的负担，使学习者难以便捷高效地获取所需学习资源。3）资源存储及管理效率不高，各远程教育教学资源通常存储在其办学单位的服务器上，形成了相互独立的教学资源系统，相互之间访问难度较大，造成了数据存储孤岛现象，资源管理者需逐一上传资源到专门用于存储的服务器上，并进行归类，同时需有专门人员负责包括实时监控服务器在内的硬件管理工作，不断增加的教育资源通常要重新配备服务器及相关软硬件以满足资源共享需求，增加了资源服务管理负担，使管理费用骤增[3-4]。

2 智能化远程教育资源共享平台的构建

2.1 功能需求

教育的顺利开展需基于教育资源共享平台的实现，根据上述教育资源建设存在的问题分析共享平台的功能需求，学习者希望通过一个整体资源平台获取资源，无需花费大量时间逐一寻找，平台的教学资源需包含文本信息、音视频等多种模式，并可通过移动终端随时随地进行查看，资源访问过程便捷高效，不会因平台维护而无法访问，能够在其他服务器自动备份上传的教学资源。以分布式计算和存储为核心的云计算能够快速处理和响应用户任务，无需使用高性能的服务器，大任务处理通过联合多个低配置服务器完成，由供应商负责维护工作，可有效提高远程教育资源共享平台的智能性、可靠性和性价比，通过使用云计算系统、技术存储和管理教育资源可使相关软硬件的运维成本显著降低，小规模的远教机构通过租用云服务资源即可实现所需服务的获取。学习者通过移动终端设备或PC 机利用云计算功能可随时随地访问所需的资源信息[5-6]。

2.2 基于云计算的智能化远程教育资源共享平台建设方案

2.2.1 共享平台构建原则

该共享平台需满足包括资源服务及用户交流在内的各种需求，需包含丰富的存储资源且功能齐全，可有效解决网络教学资源重复及查找困难等方面的问题，为使教学资源更好地共享，该平台需满足以下需求：1）具有资源整合功能，为学习者提供资源分享交流平台，学习者可上传资源；同各学校、机构合作，整合各个学校资源（可通过互利共享的方式），不断发展和丰富教育资源共享平台；结合运用云计算的虚拟化及存储技术整合已有教学资源平台中丰富的教学资源，进一步完善教育资源建设工作。2）提供个性化资源服务，建设互动的学习社区功能，通过用户个人空间记录个人学习日志、学习状况及进度等，并以用户兴趣及搜索习惯为依据推送相关教学资源信息及最新动态。3）建设开放的平台以便平台资源的有效共享，通过提供相应的资源平台应用接口使平台的使用、传播质量和效率得到有效提升，达到共享效果的最优化[7-8]。

2.2.2 平台总体架构设计

文中构建的智能化远程教育资源共享平台的总体架构如图1 所示。

图1 远程教育资源共享平台架构

1）服务层：主要负责提供资源共享服务的直接入口，用户可使用手机、Pad、电脑等设备访问共享平台。2）管理层：主要负责提供系统管理功能，采用云平台架构简化了管理过程（由云服务商提供硬件设备、存储、运算等的管理）及教育资源管理者对平台资源（包括服务、账户、资源、用于管理平台服务条目的平台门户等）的管理。各分校申请并获取统一ID 后即可访问资源池，实现相应服务的获取。3）资源层：通过统一接口对教学资源及学习资源进行汇总，通过资源整合实现教学资源的共享，并统一存储整合后的教学资源，有效解决教学资源管理存在的孤岛问题[9-10]。

2.2.3 资源共享平台系统结构

智能化远程教育资源共享平台由管理系统、教学系统、管理用户、学生用户以及各个资源节点共同组成，平台系统结构如图2 所示。

图2 资源共享平台系统结构

在该系统平台中，教学系统是学生访问云端的重要接口，通过管理系统对学生用户、管理用户、数据资源等进行统计并管理。学生用户通过账号密码进入系统后，可以直接进入由多种资源节点所组成的学习网络，该学习网络以中心资源节点为核心，连接多个子节点。在资源调度系统下对节点状态进行判断，最终选择最优节点提供服务，有效保证学习资源点播的流畅性，实现教学资源与学习资源的最优共享。

2.2.4 教学资源信息的封装处理

以往由于缺少统一的教学资源建设标准，导致存在大量的异构教学资源数据库，为此采用封装标准化处理现有教学资源，实现资源的有效共享，具体方法为：1）对目前的教学资源共享状况、对所使用的技术和标准进行分析，从中找出符合规范标准要求的教学资源信息，并将不符合的教学资源信息进行转换处理。2）不断规范和完善信息技术的使用及资源共享的相关标准，最大范围内实现资源信息共享，提供便捷高效的资源共享服务。3）将现有教学资源根据这些标准进行封装，形成包括课程及素材资源模块、资料库模块等在内的教学资源单元，以便管理和使用[11-12]。

3 智能化远程教育资源共享平台的实现路径

基于云技术环境的远程教育资源共享平台属于一个大型的数据中心平台（而非单一的商业网站服务器），由分布于多个区域的资源数据中心构成，借助高速通信网络构成统一的整体平台，教育资源共享平台网络架构如图3 所示，由开放大学控制节点向各区域云数据中心（面向终端用户，相互间具有自动备份机制）传送教学资源，实现了数据在不同云数据中心间的自动传送功能。中央平台具有为各省市用户分配级别的权限，结合访问用户地址完成对数据中心的锁定，进一步提升数据传输效率。通过使用OpenStack 工具集对资源共享平台进行模拟，OpenStack 可有效管理大量资源池（由计算机、存储器、网络资源形成），基于OpenStack 实现的存储功能架构如图4 所示[13-14]。

图3 教育资源共享平台网络架构

图4 存储架构示意图

Proxy Server 主要功能在于上传与存储文件、为Web 提供目录服务、对元数据进行修改，Proxy Server向Auth 中间件发送访问者发出的请求完成认证过程，接下来向包含Account/Container/Object server 的Storage Node 转发申请（根据原始请求者位置）由其进行处理。通过资源调度合理调配各数据中心的计算、存储及网络资源，实现负载均衡，其工作模式如图5 所示，向中心调度节点发送请求之后，该节点会对最合适的业务站点进行定位，通过相应站点对用户提供服务。远程化教育资源共享平台层次体系如图6 所示。实体设备层（云平台的物理资源）作为资源共享平台的硬件设备主要由计算机、路由器、服务器、数据库配套设施等构成，通过OpenStack 进行管理，主要功能在于提供基础环境；虚拟设备层主要负责将硬件设施转变成虚拟设施来提供IAAS 服务，以供用户使用；管理层负责将后台数据保障提供给人机接口层，虚拟设施通过管理层连接平台软件系统；作为用户应用终端，人机接口层采用平台可视化界面。文中重点说明了管理层的实现技术。

图5 资源调度工作模式

图6 平台层次体系

1）资源管理模块作为整个平台的关键模块，由OpenStack 虚拟资源池完成，包括对资源的新建、监视、删除等操作，接收用户申请后会对用户的安全认证进行审核，从而获取网络配置情况。具体采用OpenStack API create 方法接收用户申请，主要代码如下[15]：

2）用户管理模块，可通过OpenStack 扩展该模块的功能，对用户身份认证的过程中会向服务器提交用户REST，告知用户服务器端API 地址，具体认证请求模拟示例如下（用户名为zhihong）：

4 结束语

远程教育需基于丰富的教育教学资源来实现，种类和数量不断增加的教育资源及用户的多样化学习需求，对远程教育资源的共建、共享提出了更高的要求，现有远程教育系统教学资源的共享水平仍然有待进一步提高，作为一种共享基础架构云计算，通过集成大量网络教育资源（采用虚拟技术完成）形成一个实现了自动管理的虚拟资源池，突破了不同区域及数据库的限制，对现有教育资源进行了有效整合，充分解决了教育数据资源信息不均衡的问题，显著提高了教育资源的共享及使用质量和效率[16]。