基于云计算的高校教育资源共享服务平台构建研究

孙 力，叶得学

(兰州财经大学陇桥学院，甘肃 兰州 730101)

大数据、云计算等信息技术在教育领域内显示出的独特优势，信息化教育水平逐渐成为影响高校教学质量的关键因素，各大高校纷纷加大对教育信息化的投资力度，开展了一系列教育实践，有效推动了教育资源的优化配置，提高了我国高等教育的发展水平。然而，大量优秀的数字化教育资源局限于各校的网站中，相互独立形成了信息孤岛，大量教育资源没有得到有效利用。云计算作为一种新的数据处理方式，具有较高的安全性和可扩展性，加上相对低廉的价格，得以广泛应用在经济、教育、学术等领域中。以云计算为技术支持的教育资源共享服务平台，能够有效整合庞大的教育资源信息量，并构建资源共享程度高的教育资源共享平台，为师生提供优质的教育资源服务，在满足学生个性化学习的同时，使教师能够依托平台开展备课、教学等一系列工作，对传统课堂生态产生了颠覆性的革新，不仅有效提升高校教育质量，还为推动教育信息化的发展起到重要推动作用。

一、高校教育资源共享平台的技术基础

(一)云计算

云计算是分布式计算的一种，通过网络的串接将庞大数据处理程序进行分解，并通过多台设备增强计算力及存储空间，从而为用户提供更优质的信息服务。云计算是分布式计算商业化的成果之一，可以在极短的时间内完成庞大数据量的处理，是信息时代下对计算机与互联网技术的重大革新，也是信息时代未来的主要发展方向。云计算具备以下几种特点：其一，大规模。通过串联大量计算机以拓展其节点数量，云计算能够形成超大规模的计算机集群。亚马逊、微软、雅虎、IBM等著名互联网公司的云计算服务，均有数10万台服务器的节点数量，而谷歌云计算更是达到了100万台服务器的规模，为用户提供了强大的数据服务功能。其二，虚拟化。云计算服务与数据处理完全在虚拟化的“云”环境下进行，无论是用户使用终端设备获取云计算服务，还是实际的数据处理运行过程，都无需有具体位置或固定实体，只需要有能够使用云计算服务的终端设备就能够得到云计算服务。其三，可靠性。云计算的可靠性一方面源自于数据多副本容错，另一方面则源于计算节点同构可互换，这种措施使云计算的数据可靠性甚至高于本地计算机，存储在云端的重要数据丢失的可能性极低。其四，通用性。云计算是一种数据处理模式而非特定应用，在云计算的技术支持下能够产生多种不同的应用，如网络教育、网络存储、信息共享、关键词检索等，赋予了云计算以不同应用的通用性。其五，可伸缩性。云计算规模的可变化特点，使其能够满足用户规模增长和应用形式增加对云计算产生的新需求。其六，按需服务。按需购买的计价模式使得用户可以根据自身对云计算的需求，采取不同的订购模式使用云计算服务，并且云计算服务本身的管理成本、能源成本较低，且资源的利用率高，使得云计算服务拥有相对低廉的价格。

(二)教育资源共享平台

教育资源共享平台是整合多学科、多层次、多学习对象、多资源类型树的教育资源，并在计算机网络平台中依托于计算机群进行信息的存储、传递和共享的平台。该平台能够根据用户需求提供具有针对性的教育资源，能有效推动高等教育资源中心从教育资源自身过渡到用户需求，是教育信息化高度发展的产物。在教育领域内，教育资源共享平台的教育价值体现在以下几点：首先，虚拟化特点带来低成本优势。高校运用信息技术支持开展教学工作，必须要加强对软硬件设施的建设，这一过程中会产生大量资源重复投资问题，为高校带来较大的资金压力。而云计算按需服务的特点使其不需要建设大量服务器等基础设施就能满足师生的应用需求，且其对资源的高效率应用有效避免了资源重复问题，显著节约了教育资金投入。其次，共享性特点避免了信息孤岛的产生。传统高校信息化教育系统之间的信息沟通效率较差，信息资源共享水平偏低，既难以满足用户的信息需求，又无力进行教育业务分析，并为其后续的运维管理提供助力。而教育资源共享平台的共享性特点能够为师生提供一站式服务，对异构的教育信息资源进行整合，有效避免了传统教育信息系统的信息孤岛问题。最后，相同的利益方向为教育资源共享平台提供了稳定的发展环境。从开发商的角度来看，教育资源共享平台能够盈利必须拥有数量充足的用户，而从高校的角度来看，平台必须拥有丰富的教育资源才能够彰显其教育价值。可以看出高校与服务平台的开发企业拥有相同的利益诉求，这就为平台的稳定发展奠定了良好基础。

二、教育资源共享平台基本需求

(一)整体需求

教育资源共享平台首先要具备可伸缩的性质，使其契合按需配置教育资源的需求。教育信息化的发展拓展了教育信息资源的深度和广度，而资源本身的变化对教育资源负载的影响，使其变化趋势难以预料，对教育资源管理与应用带来了较大难题。这就需要教育资源共享平台具有可伸缩的性质，能够根据教育资源负载的变化对平台底层设备进行调整，甚至可以结合应用需求的变化开发平台应用组件，采取定制化的模式在提升教育资源的应用效率的同时，避免基础设施重复建设带来的资源浪费问题。此外，平台需要具备专业的安全系统和运行维护系统，确保教育资源的安全性和可靠性，避免重要教育资源丢失等问题。

从教师教育需求的角度出发，教师使用教育资源共享平台的目的主要在于制作教学课件和备课，此外则是试题编制、课堂教学、教学反思和学生答题。可见，平台的发展能够为推动教育公平提供助力，因此应将教育资源的制作和共享作为平台的核心功能，并提供线上教学、作业布置、教学反思等辅助功能。从教育资源类型的角度出发，除去极少数资金充裕的顶级学府，绝大部分地方高校的教育资金有限，教育设备老化、资源不足等问题困扰着高校的进一步发展，虽然远程教育等网络教育形式的发展缓解了这一问题，但问题本身并没有得到完全解决，信息资源的整合程度偏低，网络教育资源的影响力有限，本校重要的文献资料只发布在校内网站上，需要学校的账号和密码才能查看，这就导致外校师生无法使用本校的教育资源，影响了学术交流的发展。因此，平台的教育资源应重视导入一些学术会议、文献资料中得到的重要结论，以保障平台教育资源的实用价值。

(二)功能需求

教育资源共享平台需要对教育资源进行分类整理，并针对用户需求进行资源的共享。因此，平台系统需要具备以下几种功能：其一，教育资源获取与质量审核。为确保教育资源的实际价值，平台需要构建管理员初审、教授复审、教师内检、定期抽样检查、学生反馈的五层级审核与质量管理体系，针对提供高质量教育资源或筛选出低质量教育资源的个人予以奖励，从而提升平台教育资源的整体教育价值。其二，云存储服务。为避免信息化教育带来的高昂设备投入与维护成本，教育资源共享平台需要具备云存储功能，一方面便于师生的有效利用，另一方面利于技术人员对设备及资源的维护管理。其三，教师应用模块。平台需要针对教师需求提供个性化的应用模块，具体包括教育资源整理与应用、教师的培训进修、学科与校内新闻、平台应用等，从而使教师能够在平台中完成资料查阅、资源审核上传等工作，同时辅以奖惩机制以激励教师的应用热情。其四，教育资源智能化推送功能。根据教师学科专业、教学进度等个人信息，应通过大数据分析筛选出教师可能需要的教育资源，同时细化个人信息的具体内容，进而为教师推送更具个性化的教育资源。

为满足上述功能需求，平台应包含四个层级：第一层为应用层，直接服务于教师和学生，具体包括课程概况、教学内容、教学方法、教学考核、课程设置、教学互动、教学效果评价、教学反思等。第二层为管理支撑层，分为系统管理和模块管理两个方面。前者包括用户管理、内容管理、教师管理、评论管理等，后者包括资源管理、站内编辑、教学日历等。第三层为系统软件层，包括操作系统软件、数据库系统、应用软件、应用中间件系统等。第四层为物理设备层，包括服务器、存储设备、网络设备、安全设备等。见图1。

三、基于云计算的教育资源共享平台模块设计

(一)用户登录注册模块

虽然教育资源共享平台具备开放性的特点，但为便于安全管理和权限管理，需要设立注册和认证机制。平台用户一般包括三类，第一类是以学生为主的学习者，第二类是以教师为主的教育资源建设者，第三类是以技术人员为主的管理员。其中，学习者占用户的绝大多数，需要为其提供教育资源浏览、查询、下载等功能，并提供一系列学习相关的辅助功能；教育资源建设者需要具备教学资源上传、修改、删除的权限，使其在管理员的审核后能够对教育资源进行合理更改；管理员需要承担运行维护、用户管理等职能，保障平台的正常运作。

图1 教育资源共享平台

(二)教育资源管理模块

该模块是教育资源共享平台的核心，根据用户账号权限规定用户的操作权限，并完成资源下载、上传、删除等各项工作。其中，教育资源的上传模块需要将通过审核的教育资源存储至云端数据库。需要注意的是，教育资源本身的严肃性使得教育资源审核应建立严格的审核机制，包括对资源本身的审核及对来源的审核。未通过审核的资源应进行修改和调整后，再次进行审核，通过审核的教育资源在正式入库后，交由有权限的账户进行定期更新维护，一般资源的维护由原上传者负责。而资源删除工作必须由管理员负责，所删除的资源一种情况是上传者申请删除，在审核完成后由管理员执行删除工作，另一种情况则是在平台定期维护中，删除部分重复或失效的教育资源。

(三)目录浏览模块

为便于用户浏览，平台应采取目录式浏览模式，为用户提供多种排列模式。首先是网站标准的目录浏览方式，以上传时间、下载数量、质量评价等进行综合性权重评价，将优质教育资源排列在前；其次是以资源层次为排列模式的目录设置，需要按照国家、地方、个人等上传者层级进行排列，优先提供国家和地方级的精品教育资源；第三是按学科树的排列模式，按照专业、学科、课程进行逐步细化，属于学生最常用的排列方式；第四是基于学习对象的目录设置，需要根据对用户个人信息与学习数据的采集，优先提供用户可能需要的内容，并与信息推送机制进行协同，保证用户实时接收喜好内容的更新动态；第五是基于资源类型树的排列模式，即根据用户的浏览数据进行资源分类，为未设置个人偏好的用户提供资源推荐。

(四)平台管理模块

在用户管理方面，管理员需要具备管理账号信息及权限的能力，包括查看、删改、添加用户信息，账号权限初始化等功能。在日志管理中，由于日志能够对平台运行的相关信息进行记录，在平台故障或遇到其他问题后能快速找出责任人，因此日志不允许管理员修改，应设为只读模式。

(五)数据库设计

教育资源共享平台应采取MySQL数据库与MongoDB数据库协同的设计模式。其中，前者作为关系型数据库，用于存储用户信息等数据，而后者作为非关系型数据库则用于存储账号文件等非结构化信息。在云计算的技术支持下，教育资源共享平台超大规模的文件数量产生了大量非结构化的数据，而MongoDB数据库以其灵活的数据存储方式，能够满足对文件信息存储的需求，这是作为关系型数据库的MySQL数据库所不具备的优势。此外，伴随着NoSQl数据库的发展，愈发常用于系统开发中，是未来可行的平台数据库之一。

四、教育资源共享平台系统测试

(一)系统测试方法

教育资源共享平台的系统测试方法主要包括以下几点：第一是黑盒测试。黑盒测试的目的在于通过对输入和输出信息正确性的检测，测试系统功能能否正常使用且满足用户需求，并检验系统界面的清晰性。第二是白盒测试。与黑盒测试截然相反，白盒测试更加注重功能测试，其目的在于检验程序的运行过程是否符合用户的要求，同时要检验模块间的信息和数据传递是否符合预期。由于白盒测试重视验证程序本身的特性，测试人员必须了解程序逻辑与代码设计，才能通过用例测试等方式，通过输入边界值和特殊值得出正确的输出结果。需要注意的是，即便系统通过了白盒测试，也不意味着系统本身不会产生运行问题。第三是集群负载测试。云计算的技术支持使得平台具有大规模集群的特性，这就需要利用Bench4Q Tool软件进行集群负载测试，检验在大负载、多并行数据的情况下平台能否正常运作，避免因用户流量过大而导致的响应过慢甚至无响应问题。第四是页面完整性测试。在软件集成后阶段，需要通过页面完整性测试检验网页质量，属于检查性测试的一类。第五是安全性测试，用户检验平台的安全性和可靠性，并检验在未获得授权的前提下是否会被网络攻击，以及攻击后是否会出现数据丢失等安全性问题。第六是页面脚本测试。即检验页面脚本能否正常运行，避免页面错误等问题的产生。第七是浏览器测试。由于教育资源共享平台是以网页的形式运行，需要对如火狐、IE、谷歌、微软等不同浏览器的兼容程度进行测试，避免产生浏览器不兼容的问题。

(二)系统测试内容

教育资源共享平台的系统测试内容包括以下几个方面：第一是功能测试，采取黑盒测试的方式检验系统功能能否在运行过程中正常使用，以及用户需求是否得到满足。第二是恢复力测试，即采取安全性测试方法，检验在平台遇到故障或其他问题时调整恢复的能力。第三是性能测试，即检验系统处理操作的效率、系统整体和部分性能能否满足用户需求。采用Bench4Q Tool软件模拟大量用户行为，结合用户对平台的容忍度、等待时间等，对平台服务器响应时间等关键数据进行测试。第四是用户界面测试，网页界面需要满足用户审美偏好，这就需要对界面的视觉观感舒适程度、信息获取的难度、界面风格的一致性等进行测试。第五是数据库测试，数据库的稳定性决定了平台的稳定运行，由于平台数据库采取了MySQL数据库与MongoDB数据库协同的设计模式，其主要出现的数据库错误主要包括用户提交数据后的存储错误、导出数据的错误信息等，这些问题一方面可能是用户自身的网络问题，另一方面可能是系统内部结构问题。第六是登录相应测试，用户登录时需要进行身份认证，而如果服务器的响应时间过长，排除用户自身网络问题后可以判断是平台的判定程序出现故障。

(三)系统测试结果

根据系统缺陷的严重程度，可以将结果分为四个级别：第一是提示/建议级别，属于对用户造成不便，但不影响平台正常使用的缺陷，包括提示信息文字描述、程序的提示信息、页面设计、可优化的程序应用方式等；第二是一般级别，属于会对平台发挥基本功能产生明显影响，或出现包括运行错误等功能问题的缺陷，具体包括页面选项的功能缺失，但存在其他实现功能的方法、缺乏数据约束功能或与需求不相符、没有实现次要功能等；第三是严重级别，属于严重影响平台功能的实现，且不存在替代方法的缺陷，主要功能与预先设定不符，具体包括重要的菜单按钮没有发挥作用，影响重要功能的实现或下一个流程的操作、按钮与本身功能不符、功能遗漏、数据损坏或丢失、重要功能无法使用、页面跳转错误等；第四是致命级别，属于会导致平台崩溃、内存溢出、数据丢失等问题的严重缺陷，具体包括数据库错误、数据丢失、资料损坏、服务器崩溃等。

五、教育资源共享平台的应用形式

(一)私有云服务平台

私有云是为了面向单一客户构建的，具有更强可靠性和高服务质量的云服务模式，通过在客户数据中心防火墙内建设主机托管场所，能为客户提供私人的云服务。教育资源共享平台应用私有云服务，应由第三方及本地的应用平台以及应用系统构成，为高校提供网络教育资源管理、校际交流、网站监控、账号登录注册、版权及日志管理等服务。其中，本地应用平台主要提供不同云平台的交换功能，满足分布式资源的实际应用需求。本地应用系统服务于高校教育工作中的具体业务，并根据其提出的要求建设云服务。第三方应用平台则与高校本地平台协同开展资源管理工作，满足师生对网络教育资源的使用需求。私有云服务平台面向单一客户的特性，使得高校能够灵活控制教育资源共享平台，根据实际需求对其安全性能与扩展性进行调整，并且维护工作相对简单，不会产生昂贵的维护费用。依托于私有云平台，工作人员可以完成一系列高校本地的业务工作，且通过对用户授权能使师生使用平台中提供的各项服务，并且与其他云平台形式的结合能够为校际交流和资源共享提供渠道。

(二)公有云服务平台

公有云服务分为两类：一类是面向用户的服务，通过整合不同学校的网络教育资源及教育服务，构建为用户提供一站式服务的公有云平台；另一类是依托于云计算服务商的服务，如谷歌、IBM、亚马逊等第三方公有云服务平台，能够为高校提供资源检索、网络资源调配及下载、账号管理等服务，且按需服务的计价方式价格相对低廉，不需要投入大量资金进行基础设施建设。需要注意的是，这种方式固然有其优势，且资源的安全性能够得到保证，但数据风险要略高于私有云服务平台，具有高价值的资源及数据应尽量存储在安全性更高的私有云服务平台中。

(三)混合云服务平台

混合云服务平台主要用于校际间的交流合作，将各大院校不同类型、不同内容的云平台进行融合，并构建区域间统一的教育资源共享平台。混合云服务平台的建设中，应通过第三方服务平台，整合各校的私有云和公有云平台，从用户注册和登录出发构建认证系统、托管系统、服务系统相统一的云服务模式，并能够为各大院校师生所共同使用，能够有效降低学校间教学资源重复建设等问题，提高对网络教育资源的应用效率。

六、结语

以云计算为技术支持的教育资源共享服务平台有效拓展了信息化教育的深度和广度，既能够满足教师依托平台开展备课、教学、作业布置、课后反思等各项工作的需求，又能满足学生的自主学习需求，对推动高校教学质量的提升具有重要意义。教育资源共享平台应分为用户登录模块、教育资源管理模块、目录浏览模块、平台管理模块和数据库模块五个部分，并采取黑盒测试、白盒测试、集群负载测试等测试方法进行检验，以确保平台能够正常运作，同时结合私有云、公有云和混合云的应用形式，满足高校对教育资源共享服务平台的多元化需求。