基于云计算共建共享高校教学资源库的建设
摘 要：通过对目前高校教学资源库建设情况的分析，依据教学资源库的建设原则，提出一种基于云计算共建共享教学资源库的思路：充分利用云计算、虚拟化、云存储等技术实现一个共享性高、安全性高、拓展性好、适合标准化的共建共享教学资源库；通过相关实验分析传统资源库平台与云计算资源库平台之间的性能差异，证明利用云计算及其技术可有效改进教学资源库建设的相关工作.
关键词：云计算；共建共享；教学资源库
随着信息技术的发展，高校信息化建设得到了飞速的发展，利用Internet开展教学工作也成为现代教育技术的一个重要组成部分.为了更好地开展网络教学，搭建一个具有高开放性和高共享性的教学资源库，成了各级高校开展网络教学的首要任务.构建一个符合实际教学需求，遵循资源库建设原则的教学资源库是一项非常复杂的工作，目前教学资源库的建设还存在一系列问题[1]，例如共享性不突出、资源管理混乱、缺乏标准化工作等，所以本文提出一种构建在云计算平台上的共建共享教学资源库的思路，利用云计算、虚拟化和云存储等技术来建设符合实际教学需求的资源库.
1 教学资源库现状分析
教学资源建设工作是专业建设和课程建设工作的前提和基础[2].全国各高校都在积极开展课程建设、专业建设、资源建设和内涵建设工作，以此来提高高校自身的办学能力和高校之间的竞争力.目前各个高校都非常重视本校教学资源库的建设工作，但是通过对已建设的高校资源库进行调查和分析，可以发现普遍存在一些问题[3]，主要集中在：
（1）资源库建设的不均衡
资源库建设的不均衡主要体现在两个方面.一方面传统教学资源库建设多是高校自身的资源建设，出于对高校自身发展的要求，教学资源库建设工作多倾向于高校的核心专业和核心课程，这也使得大部分非核心的专业和课程建设力度不够，导致教学资源库在专业和课程建设上的不均衡.另一方面教学资源库建设在不同高校之间也存在着不均衡[4]，由于各个高校关注程度和投入程度不同，使得高校在教学资源库建设上方面存在着明显差距，再加上资源库共享程度不高，使得这一差距越来越大.从这两方面都可以看出，高校教学资源库建设工作确实存在不均衡.
（2）投入和维护的成本高
资源库建设是一项投入和维护成本都非常高的项目.如果要构建一个较为完善的教学资源库，不仅仅需要投入一定的资金来购买硬件设备，还需要有相关的技术团队来进行资源采集、框架设计和系统维护.绝大部分的高校都没有这样的条件去建设独立教学资源库，这也使得资源库的建设工作在一部分高校无法开展的原因.
（3）资源库建设存在“信息孤岛”[5]
目前大部分高校教学资源库建设都是高校自身资源建设，缺乏高校之间的资源共享.其主要原因是由于资源库平台没有提供开放性的数据交换接口，各个高校资源库平台无法进行数据分享，必然导致资源共享性不高.而部分具有开放接口的教学资源库平台也仅仅只能提供教学资源的查询和浏览，无法进行高校之间教学资源库的共享，实现真正意义上的数据资源同步.这也大大限制了教学资源库的建设，形成了越来越多的“信息孤岛”.
通过上面的分析可以看出，高校教学资源库建设在很多方面还存在问题，如不均衡、数据共享、数据挖掘和评审机制等[6].本文将针对以上问题提出一种全新的解决方案，即通过云平台来构建高校教学资源库系统，并利用云计算技术、虚拟化技术和分布式存储技术来解决在资源库建设中遇到的相关问题，以此来降低资源库建设的成本，提高系统资源的处理能力，可靠性、共享性和安全性.
2 云计算下共建共享教学资源库整体框架
高校教学资源库是一个管理教学相关资源，为师生提供资源访问的信息化平台.传统教学资源库建设多为高校内部建设，本文提出共建共享教学资源库的概念是为了更好地实现教学数据资源的共享，同时通过共建可以丰富教学资源库内容.这也使得共建共享教学资源库不仅仅需要满足传统的教学资源库要求，还需要满足更好的交互性、实时性等要求.通过构建在云平台上的高校教学资源库系统可以方便地实现以上需求，并能够解决建设过程中的成本问题，维护问题和安全性问题.
2.1 高校教学资源库的共建共享模式
针对目前高校教学资源库存在的诸多问题，本文从管理模式上对高校教学资源库建设工作进行了改进，将原来相对孤立的资源库建设模式变成一种共同建设一起分享的模式，再加上云计算的相关技术，构建一套基于云计算技术的开放性管理模式，该模式有效地解决了资源的建设成本问题、重复建设问题、共享性问题和安全性问题[7].根据这一思路，设计云平台下高校教学资源库建设模式，整体模式结构如图1所示.
图1 云平台下高校教学资源库共建共享模式
根据云平台下高校教学资源库共建共享模式可以看出:
（1）对于高校来说方便了教学资源的管理，提高了资源的共享性.通过云计算的相关技术，使得高校可以在节约资金的情况下，提供更好的教学资源管理工作，同时由于使用统一管理平台，也方便了各个高校之间的资源共建共享，大大降低了资源的重复性，提高了资源的利用率.
（2）对于师生来说简化了资源访问的方式，通过统一的平台实现跨高校之间的数据检索，大大提高了访问效率.同时更多了数据访问方式，也给师生获取教学资源带来的方便，使得师生可以更好进行交流.
（3）对于资源管理者来说可以审核资源的正确性，通过平台可以对数据资源进行有效和可靠的审核，从而保证教学资源的质量.
共建共享模式可以解决一部分传统高校教学资源库所带来的共享难、访问难和管理难的问题，大大提高了教学资源库的服务质量.
2.2 高校教学资源库的框架模型
针对上面提出的管理模式，本文相应的提出了一种基于云平台教学资源库的框架模型.该模型采用分层结构设计，共分为5层，分别是物理层、基础数据层、基础设施层、软件平台层和应用层.
（1）物理层：负责处理整个资源库的硬件基础，包括基础网络环境、存储设备和计算设备等，本层将利用云平台中的虚拟化技术来实现硬件设备的虚拟计算和存储服务，通过该技术可以大大降低高校的资金投入、并可为各个高校提供更好的计算和存储服务.
（2）基础数据层：利用物理层提供的云存储和云计算来构建教学资源库的基础数据库，实现海量数据的管理和维护，并提供监控机制来保证数据的正确性.
（3）基础设施层：负责为高层应用提供必要的基础服务，包括：权限管理、工作流服务、数据交换服务和消息服务等.
（4）软件平台层：负责构建资源库平台的基本模块，它利用基础设施层提供的服务和数据层提供的数据为应用层提供大量的基础实现模块，从而方便高层的使用.
（5）应用层：师生通过该层提供的访问技术，使用资源库平台提供的各种服务，同时管理和维护人员也可以通过该平台实现对资源库的统一管理.
整体模型结构如图2所示.
图2 云平台教学资源库整体框架模型
3 云计算下共建共享高校资源库设计方案
高校教学资源库是一个统一的数据资源库，需要用来存储试卷库、课件库、素材库等教学资源，对数据存储能力有着较高的要求.同时前面也提到，高校资源库的建设存在投入大利用率低的特点，有部分高校资源存储量大但高质量资源少，也有部分高校资源严重不足，如何能够充分利用各个高校的存储资源来实现教学资源共建共享，成为一个非常迫切需要解决的问题.本文针对这一需求，提出了教学资源库的云存储，利用云存储特征来提高高校数据资源库的存储能力和处理能力.存储结构设计如图3所示.
图3 共建共享资源库存储结构设计
通过云存储技术实现了存储的虚拟化，解决了三个问题：
（1）提高利用率．由于采用虚拟化技术，可以根据各个高校的实际存储需求动态分配存储空间，从而大大提高了存储空间的实际利用率.
（2）提高共享性．通过构建统一分布式教学资源库能方便各个高校分享资源库中的教学资源，同时也可以实现高校本地资源库数据的上传，不断丰富教学资源库内容的建设，突出了教学资源库建设的共享性和共建性.
（3）提高安全性．云存储具有更好的数据安全性，云存储提供多种数据备份方式，可以大大提高数据存储的安全性.
4 实验环境搭建与数据分析
针对前面提出的相关设计思路，通过实验来验证传统教学资源库与云计算教学资源库之间的差异.
4.1 环境搭建
实验的Hadoop集群共包括1个NameNode，1个JobTraker和2个DataNode组成，所有节点的硬件配置全部采用Intel双核3.0GHz，内存4GB，硬盘500GB.整体配置如表1所示.
表1 Hadoop服务器配置表
Hadoop集群采用Master/Slave模式，即云平台上的虚拟计算节点包括Master和Slave，其中Master存储系统的元数据，而Slave节点则作为Master节点的备份.上表中可以看出，整个Hadoop集群是由一个Master节点和3个Slave节点构成.通过Hadoop集群系统，可以构建基础的云计算平台，任何平台使用者都可以通过云平台请求资源[9]，具体如图4所示.
图4 本次实验Hadoop集群机构
4.2 性能分析
教学资源库建设中资源存储和检索能力是非常重要的指标，实验对云平台下海量教学资源的存储和检索能力进行分析，得出如图5和图6所示结果.
可以看出，传统数据平台下数据存储与云平台下数据存储的差异.传统方式下随着用户数量和数据量的不断增加，数据读取性能会快速下降，同时也导致系统响应速度下降严重，而云平台下数据存取下降速度较慢，对客户的响应时间影响也不大.在云计算平台下还可以通过增加虚拟机数量来提高数据的检索速度和系统响应时间.
图5 资源库存储能力结果图
图6 资源库存储能力结果图
5 结束语
随着教学资源建设工作信息的程度越来越高，对于教学信息的存储和检索要求也越来越高，教学资源建设的重复度也大大增加，为此建设共建共享型的教学资源库就显得非常必要.本文针对共建共享型教学资源库的建设提出了云平台概念，并利用云平台提供的云计算和云存储能力，来提高教学资源库的运行效率.通过实验看出，基于云平台的强大计算能力，为教学资源库的运行提供了支持，提高稳定性和可靠性.
参考文献：
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