论文投稿_医学论文投稿_核心期刊,职称论文投稿发表_论文部落

　　【摘要】经过多年建设，我国在教育信息化方面已经取得巨大成就。但是，由于我国幅员辽阔，人口众多，区域之 间、城乡之间、学校之间教育信息化的差距仍然很大。云计算的出现，对于建立一个统一、开放、灵活的教育 信息化平台，实现资源共享，缩小教育信息化差距有着重要的意义。本文首先阐述云计算技术的相关概念和 特点，其次分析现阶段我国教育信息化的状况，最后提出一个基于云计算的教育信息化平台的架构及其运 作模式。

　　【关键词】云计算；虚拟化；教育信息化平台；教学资源 

     世纪90年代，随着信息高速公路的出现，教 育信息化的概念也应运而生。进入21世纪以后，教 育信息化程度更是成为衡量一个国家教育现代化程度 的重要标志。经过多年的建设，我国在教育信息化方 面取得了巨大的成就。到目前为止，我国的信息技术 标准化技术委员会教育技术分委员会已经颁布了 CELTS系列标准，其中的3个标准已经发布为国家 标准?。但是，由于我国幅员辽阔，人口众多，区域 之间、城乡之间、学校之间教育信息化的差距仍然很 大，部分公共教育资源的配置和使用也缺乏有效的监 管，各教育信息系统间“信息孤岛”现象严重。建立 一个统一、开放、灵活的教育信息化平台将有助于解 决这些问题，进而提升我国教育信息化的水平。

　　云计算的概念一提出就受到了各个领域的关注， Google、IBM、Amazon 和 Microsoft 等大型的 IT 公 司纷纷建立自己云计算平台[2]-[5]，提供相关的云计算 服务。云计算在价格、效率和灵活性等方面的优势同 样吸引了许多中小型企业的关注，根据Gooroo公司 的调查'在英国，有54%的中小型企业计划在 2011之前使用云计算，其中12%的企业已经在使用 云计算服务。

　　在教育领域，云计算的潜在价值也得到了很多 教育机构的认可。2007年10月，Google和IBM联合宣布推广“云计算”的计划，包括卡内基梅隆大 学、斯坦福大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分 校在内的多所高校都参加了该项计划，我国的清华大 学也于2008年3月加入了此项计划。美国的北卡罗 来纳州大学已经为他们的学生提供基于云的虚拟计算实验室（Virtual Computing Lab) [7]。

　　云计算的出现，对于我们建立一个统一、开放、 灵活的教育信息化平台有着重要的意义。本文将通过 研究分析云计算的相关概念、特点和我国教育信息化 的状况，提出一个基于云计算的教育信息化平台的架 构及其运作模式。

　　一、云计算

　　目前，云计算没有统一的定义，根据McKinsey 公司的研究，至少有22个云计算的定义[8]。云计算 是面向服务的架构（SOA、分布式计算、网格计算 和虚拟化等多种技术混合演进的结果[9]。云是一个巨 大的虚拟化资源池（由硬件、开发平台和服务等组 成），这些资源能动态地根据各种规模的负载进行自 动配置，使资源的利用率达到最优化。用户按照“即 用即付费”<pay-per-use)的方式使用资源，基础架构提供商（nfrastructure Provide)根据服务级别 协议（SLA提供服务[10]。

　　云计算提供三个层次的服务[11]:①基础设施

　　即服务（aaS)，由底层的硬件或虚拟机资源构成， 提供计算、数据存储和网络通讯等资源；（2)平台 即服务（PaaS)构建在云基础设施之上，为云应用 程序开发者提供一个平台开发各种的云应用软件； ?软件即服务（SaaS)，基于云平台开发的各类应 用服务。

　　云计算有3个最基本的特征?:第1个是基础设 施架构在大规模的廉价服务器集群之上；第2个是应用程序与底层服务协作开发，最大限度地利用资 源；第3个是通过多个廉价服务器之间的冗余，利 用软件获得高可用性。

　　二、现阶段我国教育信息化状况分析

　　经过多年的建设，我国在教育信息化方面已经 取得了巨大的成就。各个高校均建立了自己的校园 网、数字图书馆等现代教育信息化基础设施，面向基 础教育的“校校通”工程也将我国中小学教育信息化 的水平提升到一个新的高度。然而，教育投资的二元 体制和试点学校发展策略造成我国教育信息化事业发 展失衡[13]。现在国内的教育信息化总的来说存在以下 几方面的问题。

　　教学资源分布不均：对于高校，著名大学有更 好的资源（包括师资、实验室和计算机设备等，而 大部分地方院校，由于资金来源有限，往往面临着设 备老化，实验室资源不足等状况。对于中小学，城乡 基础教育校园网络建设、教育信息化资源配置以及信 息技术课程开设等方面也有着巨大的差距[14]。

　　教学资源更新速度慢：各种技术飞速发展、就 业竞争趋于白热化，要求学校能够为学生提供最新的 实验室、计算机设备以及开设相关的新课程，提高学 生的各种技能，以适应新形势的发展，这给中小学和 高等院校的教育信息化建设都带来了很大的压力。

　　教学资源共享程度低：现代远程教育的发展， 以及高校课程联合范围的扩大，使得课程等软件资源 在一定程度和一定范围内实现了整合。然而在高校之 间、中小学之间，高校与中小学之间，各种资源的共 享程度仍然有限，硬件资源仍然无法实现整合。

　　这些问题造成了我国在教育信息化过程中，重 复投入，资源利用率不高，扩大了教学质量的差异。 因此，建立一个统一、开放、灵活的教育信息化平 台，对教学资源进行最大程度、最大范围的整合，将 有利于减少教学成本，提高教学质量。云计算的出现 将是我国教育信息化平台的建设的强有力推手。

　　三、教育云

　　教育云是云计算技术在教育领域的迁移，是未 来教育信息化的基础架构，包含了教育信息化所必须 的一切软硬件计算资源，这些计算资源虚拟化之后， 向教育机构、教育从业人员和学生提供以计算资源为形式的服务。在此首先介绍基于云计算的教育信息化 平台的架构，然后讨论基于该架构的运作模式，最后 介绍在云平台之上的应用案例。

　　1平台架构

　　基于云计算的教育信息化平台架构 分为4层：基础设施层，为高层提供计算、数据存储和网络 通讯等资源，即提供IaaS，分为物理硬件子层和虚 拟化子层。其中，物理硬件子层由各种真实的物理硬 件组成，包括服务器、存储器和网络设备。虚拟化子 层构建在物理硬件子层之上，利用虚拟化技术对底层 硬件设备进行管理，向上提供计算、数据存储和网络 通讯等虚拟资源，由各类虚拟机组成，当前主流的虚 拟机软件有 VMware、XEN、Virtual PC 和 Virtual- Box 等[15]-[18]。

　　应用接口层，构建在基础设施层之上，面向开发 人员，为开发各类基于云计算的教育应用软件提供开 发环境和公用API等，即提供PaaS。公用API可以 以Web Service的形式提供给开发人员，例如A- mazon Web Services[19]，从而免除了开发人员许多 系统管理的操作。开发人员也可以使用公用API开发 自己的 Web Service。

　　教育应用层，提供各类的教育教学相关的应用软 件，即提供面向教育的SaaS。本层主要包含：① 用于教学与教学管理的教学平台、教务管理系统、办 公系统和作业系统等；〇用于教学资源开发的文 档处理软件、课件制作和演示软件等；（3)虚拟计 算环境[20]，为教育从业人员和学生提供较底层的虚拟 计算资源；（4基于云的虚拟计算实验室。

　　用户接口层，在客户端为用户访问教育云提供两种接口 ：传统的图形用户接口（GUI和基于Web 的接口。借助于Web 2.0技术，教育云提供的服 务主要为B/S结构，因此用户只需要使用浏览器便可 以访问服务。传统GUI将作为Web接口的一个辅助 手段，用于远程登录教育云上的虚拟机，访问底层的资源。

　　基础设施层是整个架构的基础，利用虚拟机技术在软、硬件之间引入虚拟化层。虚拟化层的引入可 为应用提供独立的运行环境，屏蔽硬件平台的动态 性、分布性和异构性，支持硬件资源的共享和复用， 并为每个用户提供属于个人的独立、隔离的计算环境，同时，为管理员提供硬件资源和软件资源的集中 管理[22]。应用接口层对各种虚拟资源进行进一步封 装，免除开发人员许多系统管理的细节，为方便、快 速开发基于云计算的应用软件提供了基础。教育应用 层使用应用接口层提供的API开发各类软件，依托底 层提供的计算、存储和网络资源运行。在用户接口 层，由于所有软件运行在云上，用户只需使用普通的 PC机（甚至是PDA和手机等移动设备）和一个浏 览器便可使用各类软件，享受云计算提供的海量存储 和无限的计算能力。同时，由于用户所有数据都存储 在云端，因此不需要担心数据丢失。

　　2.运作模式

　　如上所述，经过了多年的信息化建设，我国高 校已经建立起各自的校园网和相配套的网络中心或是 信息中心，积累了丰富的教育信息化建设和管理的经 验。在一些大型高校，一方面由于应用需求大，另一 方面拥有充足的物质资源和人力资源，其网络中心或 是信息中心的规模更是达到数据中心级别。因此，如 图2所示，教育云由分布在我国几大区域的区域云组 成，每个区域云由若干家高校私有云[23]组成，为各类 教育机构提供计算服务。高校私有云是对高校的网络 中心或是信息中心进行扩充形成的，由各个高校自行 管理。区域云则是依托现有的教育网，由各个高校私 有云互联而成，每个区域云设立一个管理机构，实现 对区域云资源的管理。最后，各个区域云的互联形成 我国的教育云，整个教育云设立一个管理委员会进行 综合管理。

　　在教育云中，基础设施层由各个高校私有云和 区域云共同建设和管理；应用接口层由教育云的各个 管理机构共同协商制定，并最终实现标准化；教育应 用层则可由各个高校、中小学、科研机构和教育管理 机构根据其具体的需要，由高校或是教育软件开发企业进行开发。

　　为实现资源的有效共享和充分利用，教育云应对 各层所提供的各种资源进行描述，建立教育云资源索 引库，用户可根据应用的需求在教育云资源索引库中 进行检索。由于云上的资源众多，资源之间存在联 系，因此教育云资源索引库除人可以理解外，还应该 是机器可以理解，从而提高用户检索的准确性和资源 使用的效率，语义网[24]对资源的描述能力以及机器可 理解的特性将是当前的可选技术之一。

　　3.应用案例

　　为了提高我国中小学教师的基本素质与教育教学 技能，各省纷纷依托高校搭建培训平台，开发课程资 源，运用网络教学的方式对教师进行短期远程培训， 实现高校优质资源向中小学的共享，取得了良好的效 果，例如广东省中小学代课教师教育教学能力提高培 训[25]。此类培训活动的特点：①需要多种教育信息 化元素支持，这些元素包括了各类教育管理程序、多 媒体课件和实验室等；②周期性和短暂性，此类培 训一般是利用寒暑假的时间进行，因此培训频率呈周 期性，且每次培训的时间相对较短；③在培训期间， 培训平台对计算机软、硬件和网络的性能要求较高。

　　在传统模式下，开展此类培训实践，首先需要购 买服务器和服务器软件，租用网络，开发培训平台， 形成培训活动的基础设施。在培训期间，需安排专门 人员对硬件、软件和网络进行维护。在这种模式下， 培训平台的开发周期长，维护成本高，不便于资源的 共享，缺乏弹性和灵活性，资源利用率低。

　　在云计算模式下，教育云用户首先向教育云管理 机构申请培训活动所需的计算、存储和网络等资源， 然后由软件开发人员使用教育云应用接口层提供的开 放平台和API开发培训平台，与此同时，教学资源开 发人员使用教育应用层的教学资源开发程序开发多媒 体课件。在培训活动进行期间，培训平台所需的全部 软、硬件都在云端，由各教育云管理机构实行统一管 理，教育云用户只需要专注于具体的教学活动。培训 结束后，所有的资源仍保留在云端，供有需要的教育 云用户使用。在这种模式下，由于减少了设备采购环 节，而且培训平台的开发和教学资源的开发可以在云 端同时进行，从而大大地缩短了开发周期；其次，教 育云强大计算能力、海量的存储和巨大的网络吞吐 量，在满足培训期间对计算机软、硬件和网络性能要 求的同时，也节约了维护成本；最后，因为所有的资 源都在教育云上，而且系统使用教育云提供的统一接 口进行开发，从而使得资源的共享变得非常容易。

　　四、总结

　　教育云是未来教育信息化建设的基础架构，它向教育机构、教育工作者和学生提供各种教育活动所需的信息化服务。本文提出了一个基于云计算的教育信息化平台的架构及其运作的模式，利用这个平台的统一性、开放性和灵活性将有助于解决我国教育资源分布不均、更新速度慢和共享程度低等问题，从而提高我国教育信息化的水平。

　　[参考文献]

　　[1]China ELearning Technology Standardization Committee [EB/OL]. <http://www.celtsc.edu.cn>.

　　[2]Barroso LA, Dean J, H?lzle U. Web search for a planet: The Google cluster architecture [J]. IEEE Micro, 2003, 23(2):22-28.

　　[3]Boss G, Malladi P, Quan D, Legregni L, Hall H. Cloud computing [CP/OL]. IBM White Paper, 2007. <http://download.boulder.ibm.com/> ibmdl/pub/software/dw/wes/hipods/Cloud_computing_wp_final_8Oct. pdf.

　　[4]Amazon. Amazon elastic compute cloud (Amazon EC2) [CP/OL]. 2009. <http://aws.amazon.com/ec2/>.

　　[5]Windows Azure platform [CP/OL]. 2009. <http://www.microsoft.com/> windowsazure/.

　　[6][8] Sultan, N. Cloud computing for education: A new dawn? [J]. International Journal of Information Management(2009), doi:10.1016/ j.ijinfomgt.2009.09.004[7]Henry E. Schaffer, Samuel F. Averitt, Marc I. Hoit, Aaron Peeler, Eric D. Sills, Mladen A. Vouk. NCSU's Virtual Computing Lab:

　　A Cloud Computing Solution [J]. IEEE Computer Society, 2009.

　　[9][11] Youseff, L. Butrico, M. Da Silva, D. Toward a Unified Ontology of Cloud Computing [J]. Grid Computing Environments Workshop, 2008. GCE '08.

　　[10]Luis M. Vaquero, Luis Rodero-Merino, Juan Caceres, Maik Lindner. A Break in the Clouds : Towards a Cloud Definition[J]. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2009.

　　[12]陈康，郑纬民.云计算:系统实例与研究现状[J].软件学报， 2009,20, (5) ： 1337-1348.

　　[13]熊才平.区域教育信息化均衡发展的财政投资政策思考[J].中 国电化教育，2004,（2) : 11-15.

　　[14]熊才平，吴瑞化.基础教育信息化城乡均衡发展：问题与对策[J]. 教育研究，2006,⑶：50-53.

　　[15]VMware [CP/OL]. 2009. <http://www.vmware.com>.

　　[16]XEM [CP/OL]. 2009. <http://www.xen.org>.

　　[17]Windows Virtual PC [CP/OL]. 2009. <http://www.microsoft.com/> windows/virtual-pc/.

　　[18]VirtualBox [CP/OL]. 2009. <http://www.virtualbox.org>.

　　[19]Amazon Web Services [CP/OL]. <http://aws.amazon.com>.

　　[20][22]怀进鹏，李沁，胡春明.基于虚拟机的虚拟计算环境研究与 设计[J].软件学报，2007,（8) :2016-2026.

　　[21]Tim O'Reilly, John Battelle. What Is Web 2.0 [CP/OL]. 2005. http: //oreilly.com/web2/archive/what-is-web-20.html.

　　[23]Razak, S.F.A. Cloud computing in Malaysia Universities[C]. Innovative Technologies in Intelligent Systems and Industrial Applications, 2009.

　　[24]Grigoris Antoniou, Frank van Harmelen. A Semantic Web Primer, 2nd Edition [M]. London, England: The MIT Press, 2008.

　　[25]广东省中小学教师远程培训平台[EB/OL].http://dk.gdou.com， 2009.