云計(jì)算環(huán)境下教學(xué)資源預(yù)約服務(wù)模式研究

1、云計(jì)算環(huán)境下教學(xué)資源預(yù)約服務(wù)模式研究 概述當(dāng)下，云計(jì)算技術(shù)已被應(yīng)用到了教育領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)教育資源的存儲(chǔ)和利用有了更加充分的詮釋和支持。本文就是在云計(jì)算環(huán)境下展開的對(duì)云教學(xué)資源應(yīng)用方案的思考和探索。基于云資源開展教學(xué)工作的教師主要是通過在云平臺(tái)上傳和下載教學(xué)資源的方式，來靈活、實(shí)時(shí)地應(yīng)用教學(xué)資源，但云平臺(tái)常出現(xiàn)高峰期訪問云資源服務(wù)器下載教學(xué)資源產(chǎn)生擁堵，高峰時(shí)段帶寬大量閑置的問題。鑒于此，本文提出了一種云資源預(yù)約服務(wù)模式，它能夠而非使用戶在使用資源前便完成對(duì)所需資源的訂制和預(yù)約，使資源在被使用前利用空閑的帶寬提前緩存到本地服務(wù)器上，以便用戶更有效地獲取和使用資源。 教育云服務(wù)教育云服務(wù)是指利用虛

2、擬化、負(fù)載均衡、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)深度集成整合各種資源、平臺(tái)和應(yīng)用的云計(jì)算平臺(tái)，它以租用或免費(fèi)的服務(wù)形式，滿足教育用戶通過各種信息終端完成教學(xué)、學(xué)習(xí)、科研、管理、社會(huì)交往等方面的需求，實(shí)現(xiàn)發(fā)布教育信息、獲取教學(xué)資源、開展教學(xué)互動(dòng)、統(tǒng)計(jì)教育信息與數(shù)據(jù)、形成科學(xué)決策、實(shí)施教育評(píng)價(jià)、開展協(xié)同科研等系列活動(dòng)。教學(xué)資源指在整個(gè)教學(xué)過程中，為達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)功能而使用的各種資源。教學(xué)資源包括各種學(xué)習(xí)資料、媒體設(shè)備、教學(xué)環(huán)境、人力資源等，是教學(xué)系統(tǒng)中一切物化資源和非物化資源的總和。1按照教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范2的界定，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源主要包括各類網(wǎng)絡(luò)媒體素材、網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)、試卷、網(wǎng)絡(luò)課件、網(wǎng)絡(luò)課程、教

3、學(xué)案例、常見問題解答、資源目錄索引、文獻(xiàn)資料等。教育云中的教學(xué)資源被稱作云教學(xué)資源，它是通過云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行部署的數(shù)字化教學(xué)資源。目前，云教學(xué)資源的應(yīng)用仍然受限于形式相對(duì)單一、使用方法不夠靈活、極易被帶寬等客觀因素。因此，路鵬等在基于“云+代理”模式的數(shù)字化校園公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)中宏觀地提出了一種采用核心平臺(tái)與平臺(tái)代理結(jié)合的教育云服務(wù)架構(gòu)。3在其設(shè)計(jì)的數(shù)字化校園公共服務(wù)平臺(tái)中，核心平臺(tái)提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、可共享的云服務(wù)，而平臺(tái)代理通過與核心平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換提供個(gè)性化、需要實(shí)時(shí)運(yùn)行的應(yīng)用服務(wù)。這樣不僅能在一定程度上減輕云平臺(tái)主服務(wù)器的訪問壓力，使服務(wù)器還能在網(wǎng)絡(luò)狀況不太理想的情況下繼續(xù)運(yùn)行必要的應(yīng)用服務(wù)

4、。本文是在其研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合云教學(xué)資源的應(yīng)用規(guī)律，對(duì)云計(jì)算環(huán)境下教學(xué)資源預(yù)約服務(wù)模式展開的研究，以便繼續(xù)豐富和完善平臺(tái)代理的作用。 云教學(xué)資源預(yù)約服務(wù)模式的構(gòu)建1 .構(gòu)建原則1）有預(yù)見性的資源優(yōu)先預(yù)約所謂預(yù)約，就是要預(yù)先約定使用時(shí)間和內(nèi)容?？紤]到自己可能在何時(shí)何地需要何種資源，用戶可以進(jìn)行預(yù)約，所以對(duì)資源的預(yù)見性是預(yù)約的前提。2）傳輸避開高峰時(shí)間段預(yù)約的目的是方便用戶對(duì)云平臺(tái)的資源進(jìn)行獲取和使用，所以在資源的獲取渠道和時(shí)間上應(yīng)注重靈活性，在設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮到學(xué)校教學(xué)活動(dòng)呈現(xiàn)出的規(guī)律。例如，學(xué)生上下課的時(shí)間是固定的，這就有明顯的教學(xué)活動(dòng)高峰時(shí)段，所以在構(gòu)建預(yù)約模式時(shí)，資源的傳輸應(yīng)遵循避開高峰時(shí)

5、間段的原則，充分利用學(xué)校下課、放學(xué)等帶寬壓力較小的時(shí)間進(jìn)行傳輸，以避免出現(xiàn)大量用戶同時(shí)集中訪問云服務(wù)器的情況，分散云服務(wù)器的訪問壓力。3）內(nèi)網(wǎng)優(yōu)先應(yīng)用校園網(wǎng)屬于教育城域網(wǎng)的一部分，本文簡(jiǎn)稱為？韌？。教育城域網(wǎng)是通過寬帶骨干網(wǎng)連接XX局,XX局內(nèi)部網(wǎng)和校園網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其建設(shè)目的是要構(gòu)建一個(gè)學(xué)校、縣（區(qū)）XX局,XX局、市XX局,XX局三級(jí)教育信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成輻射全市各縣（區(qū)）所有中小學(xué)、幼兒園、職業(yè)技術(shù)學(xué)校、各類成人教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。教育城域網(wǎng)是面向社會(huì)開放的，具有現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)功能、教育信息資源共享功能以及教育教學(xué)管理信息交換功能，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻信息傳輸?shù)母邘挼慕逃畔⒒W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，內(nèi)網(wǎng)傳

6、輸?shù)乃俾拭黠@高于外部網(wǎng)絡(luò)，所以在構(gòu)建預(yù)約模式時(shí)應(yīng)考慮內(nèi)網(wǎng)優(yōu)先的原則，充分利用教育城域網(wǎng)內(nèi)傳輸速率高的優(yōu)勢(shì)，使用戶在需要時(shí)能快速獲取資源。2 .構(gòu)成要素分析教學(xué)資源指在整個(gè)教學(xué)過程中使用的各種資源。從云教學(xué)資源的應(yīng)用過程來分析，預(yù)約服務(wù)應(yīng)該包括預(yù)約人、預(yù)約資源、預(yù)約代理服務(wù)器、云資源存儲(chǔ)服務(wù)器、本地存儲(chǔ)服務(wù)器、約束條件等要素。預(yù)約人，即需要使用資源的教育工作者，也就是預(yù)約服務(wù)的主體，產(chǎn)生預(yù)約需求的一方。預(yù)約人主要是對(duì)資源進(jìn)行檢索、下載和使用。預(yù)約資源是預(yù)約服務(wù)的客體，屬于被預(yù)約方。教學(xué)計(jì)劃指導(dǎo)教學(xué)資源的應(yīng)用，所以教學(xué)資源是有章可循的。每一門課都有其教學(xué)計(jì)劃，粗略地看，課本上的目錄便是一個(gè)簡(jiǎn)單的教

7、學(xué)計(jì)劃，而教師也是根據(jù)教學(xué)大綱的規(guī)定實(shí)施教學(xué)，因此資源的使用是有范圍、有先后順序的，同時(shí)也是有時(shí)效性的，這使得資源能在整個(gè)預(yù)約過程中體現(xiàn)出一個(gè)完整的生命周期，包括制訂教學(xué)計(jì)劃產(chǎn)生資源使用需求、通過檢索選擇相應(yīng)資源、資源預(yù)約任務(wù)單制定下載計(jì)劃、使用已預(yù)先下載的資源、清理已使用的本地資源等。預(yù)約資源生命周期如圖1所示。預(yù)約代理服務(wù)器是預(yù)約服務(wù)的主要操作者，是連通用戶、云存儲(chǔ)端和本地存儲(chǔ)端三方的橋梁，負(fù)責(zé)獲取預(yù)約者的請(qǐng)求并提供器是資源的云存儲(chǔ)端，它物理分散，邏輯集中，其存儲(chǔ)位置對(duì)于用戶來說是透明的。解決方案，其職能貫穿整個(gè)生命周期。云資源存儲(chǔ)服務(wù)本地存儲(chǔ)服務(wù)器可以理解為學(xué)校的本地服務(wù)器，其特點(diǎn)是存儲(chǔ)

8、空間相對(duì)較小，但與校園網(wǎng)內(nèi)各終端間傳輸較快。約束條件是對(duì)預(yù)約行為的一系列限制要求，可分為主觀約束條件和客觀約束條件。預(yù)約者對(duì)所需求的資源有其預(yù)期的使用或獲取時(shí)間，可視為主觀約束條件，即該資源有可能是當(dāng)下急需的，也有可能在時(shí)間容忍度上是可以接受的。所以預(yù)約者的需求主要由目標(biāo)資源和急需程度兩部分組成。根據(jù)帶寬空閑時(shí)間的規(guī)律，我們大致可將需求程度分為加急（馬上就要）、急（24小時(shí)后需要）、不太急（1或2天后需要）和不急（10天后需要）四個(gè)等級(jí)。預(yù)約的客觀約束條件主要包括帶寬壓力和資源大小兩方面。對(duì)需求程度的劃分是出于對(duì)帶寬壓力的分析。學(xué)校一天內(nèi)上課的時(shí)間約為6小時(shí)，這6小時(shí)是教學(xué)資源使用的高峰期，同

9、時(shí)也是需求的高峰期，每節(jié)課之間有1015分鐘課間休息時(shí)間，有1中午小時(shí)左右的午休時(shí)間，這是帶寬壓力較小的碎片時(shí)間，每天下班后到第二天上班前，是帶寬基本處于空閑的大范圍閑置期。第二天上班，網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入活躍和忙碌的狀態(tài)，如此循環(huán)。在周末和節(jié)假日，學(xué)校對(duì)云服務(wù)器的訪問更是大片空白，如何有效地利用這些特點(diǎn)便是預(yù)約的關(guān)鍵。3 .模式結(jié)構(gòu)根據(jù)服務(wù)模式的構(gòu)建原則和構(gòu)成要素，預(yù)約服務(wù)模式結(jié)構(gòu)可分為三層，即應(yīng)用層、管理層和資源層。具體內(nèi)容如圖2所示。應(yīng)用層主要指用戶應(yīng)用界面，即為資源預(yù)約人提供交互服務(wù)。管理層即預(yù)約代理服務(wù)器層，可提供資源檢索服務(wù)、預(yù)約下載服務(wù)和資源管理服務(wù)三類服務(wù)。1）資源檢索服務(wù)可為用戶呈現(xiàn)資

10、源檢索結(jié)果，同時(shí)推送其他相關(guān)資源供用戶參考，用戶可以對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行有選擇的預(yù)約。2）預(yù)約下載服務(wù)，即受理用戶的預(yù)約下載請(qǐng)求，結(jié)合主觀和客觀的約束條件制訂相應(yīng)的下載方案，并在合理的時(shí)間內(nèi)用合理的方式傳送資源。3）資源管理服務(wù)，即通過對(duì)用戶行為和反饋意見的分析，梳理、豐富和完善資源的特征，同時(shí)管理已下載到本地的資源，包括延長(zhǎng)資源被清除的周期或及時(shí)清理過期資源，完成預(yù)約服務(wù)生命周期的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，確保本地存儲(chǔ)空間不被冗余的資源過度占用。資源層即數(shù)據(jù)層，包括本地存儲(chǔ)和云端存儲(chǔ)的資源。云資源服務(wù)模式中的核心內(nèi)容設(shè)計(jì)從云資源預(yù)約服務(wù)模式的工作流程中可以看出，預(yù)約人在啟動(dòng)預(yù)約工作時(shí)，需要闡述清楚具體任務(wù)及針

11、對(duì)該任務(wù)的各種約束條件。下面將對(duì)云資源預(yù)約服務(wù)模式中的資源預(yù)約任務(wù)單、資源反饋單、資源的熱度值和資源冷卻函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。1 .預(yù)約任務(wù)單的設(shè)計(jì)預(yù)約任務(wù)單就是預(yù)約任務(wù)的清單。為了方便預(yù)約下載模塊對(duì)預(yù)約任務(wù)的受理，預(yù)約代理服務(wù)器會(huì)將資源信息、用戶信息以及主觀約束條件以任務(wù)單的形式提交給預(yù)約下載服務(wù)，然后預(yù)約下載服務(wù)結(jié)合任務(wù)單與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀況制訂下載方案。資源信息包括資源名稱、資源標(biāo)簽（學(xué)科、課名、媒體類型、熱度、評(píng)分、下載量、用戶評(píng)價(jià)等）、資源所對(duì)應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)（教學(xué)目標(biāo)分析、情境創(chuàng)設(shè)、信息資源設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)、強(qiáng)化練習(xí)設(shè)計(jì)等）。4用戶信息包括用戶姓名、用戶

12、所在學(xué)校、用戶任教學(xué)科、年級(jí)等。下載要求（主觀約束條件）：預(yù)計(jì)使用日期、使用天數(shù)等。預(yù)約任務(wù)單可與資源檢索服務(wù)結(jié)合，以網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)給用戶，由用戶自主填寫。2 .資源反饋單的設(shè)計(jì)資源反饋單主要用于收集用戶對(duì)資源使用情況的反饋意見，以便整理和更新資源特征，方便用戶對(duì)資源的選擇及對(duì)相關(guān)資源的推薦。資源反饋包括對(duì)資源的使用評(píng)分，用戶可以在使用資源后以分?jǐn)?shù)的形式對(duì)資源做出量化評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)主要包括操作性、美觀、資源所對(duì)應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、綜合評(píng)分等。同時(shí)，用戶對(duì)資源的反饋還包括對(duì)該資源所應(yīng)用課堂形式的建議。反饋單在相應(yīng)資源的預(yù)期使用日期后，以問卷頁面的形式向用戶呈現(xiàn)，由用戶自主填寫。3 .？Y源的熱度值設(shè)計(jì)

13、資源的熱度值（H）是資源受歡迎程度的直觀呈現(xiàn)，也是資源在使用后從本地被清理時(shí)的重要依據(jù)。當(dāng)資源長(zhǎng)期無人下載或評(píng)分過低時(shí)，熱度會(huì)逐漸降低；反之，當(dāng)資源在短期內(nèi)被多次下載或評(píng)分較高時(shí)，熱度則逐漸上升。熱度值的科學(xué)確定可以通過數(shù)據(jù)挖掘結(jié)合熱度衰減擬合曲線的分析進(jìn)行。4 .資源冷卻函數(shù)的設(shè)計(jì)資源冷卻函數(shù)是資源熱度值進(jìn)行衰減的依據(jù)。因?yàn)橘Y源在其時(shí)效性過期后被利用的可能性將大大降低，如果仍然存在于本地存儲(chǔ)服務(wù)器中將會(huì)占用太多存儲(chǔ)空間，妨礙其他資源的預(yù)存。但考慮到資源在被預(yù)約者使用后短期內(nèi)可能還會(huì)被其他預(yù)約者使用，在一位預(yù)約者使用完后立即清理本地存儲(chǔ)是不科學(xué)的，我們將資源的熱度值通過冷卻函數(shù)轉(zhuǎn)化為冷卻值Hcold,資源帶著熱度值標(biāo)簽H被預(yù)存到本地存儲(chǔ)服務(wù)器且暫時(shí)保持冷卻值Hcold不變，當(dāng)資源被使用后或超出預(yù)計(jì)使用日期后，冷卻值Hc