基于云平台的在线教育课程资源共享设计与研究
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摘 要： 设计基于云平台的在线教育课程资源共享平台，平台由云基础设施层、云系统服务层、云应用层和云客户端层组成。其中，云系统服务层内业务管理系统实现平台的业务逻辑。平台依照使用者的权限差异将使用者功能划分成教师与学生两个功能模块：教师功能模块可管理学生、团队、课程、直播等内容，编辑、生成与审批试卷，完成创建、布置、统计学生作业以及上传教学资源等内容;利用学生功能模块可实现教学资源下载、在线作业、在线考试以及讨论交流等功能。平台性能验证结果显示，所设计平台共享资源数量多、内容全面，共享服务效果与平台应用性能得分率均高于0.75，说明该平台对增强教学效果有较大帮助，能够有效增强教育公平性。
关键词： 云平台; 在线教育; 课程资源共享; 业务逻辑; 教学资源; 云计算; 平台设计; 平台性能验证
中图分类号： TN710?34; G741 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）01?0175?04
Design and research of online education course resource sharing
based on cloud platform
FAN Ying， LIU Meng
Abstract： An online education course resource sharing platform based on cloud platform is designed. The platform is composed of cloud infrastructure layer， cloud system service layer， cloud application layer and cloud client layer， among which the business management system in the cloud system service layer is adopted to realize the business logic of the platform. The users′ functions in the platform is divided into two function modules： teachers′ function module and students′ function module， according to the different permissions of users. The teachers′ function module can be used to manage students， teams， courses and live broadcasts to edit， generate and approve examination papers， and fulfill the creation， arrangement， statistics of students′ homework and upload teaching resources. The students′ function module can be used to realize the functions of teaching resource download， online homework download， online examination and discussion. The platform performance verified results show that the designed platform has a large number of shared resources， comprehensive contents， and the sharing service effect and the scoring rate of platform application performance are both higher than 0.75， indicating that the platform is of great help to enhance the teaching effect and can effectively enhance the fairness of education.
Keywords： cloud platform; online education; course resource sharing; business logic; teaching resource; cloud computation; platform design; platform performance verification
0 引 言
在線教育发展至今已有20年之久[1]，为学生提供了一个自主学习的平台，但在线教育课程资源建设发展状态并不乐观[2]。随着教育信息化、现代化与课程改革等概念的提出，在线教育课程资源建设成为教育改革新的研究方向。随着在线教育课程深入开展，各在线教育资源平台花费大量人力、物力、财力收集在线教育课程资源，但这些资源未得到有效利用，出现各平台课程资源重复建设、适用资源少、资源质量参差不齐、结构异化导致资源共享效果较差等问题[3]，无法满足学生在线自主学习的需求，严重制约了现代化教育发展的步伐。为解决上述问题，本文设计基于云平台的在线教育课程资源共享平台。作为云计算服务的基础架构，云平台在互联网的基础上提供了不同计算资源的统一管理与动态分配服务[4]，具有成本低、效率高，可以处理海量资源的特点[5?6]。可实现对海量在线教育课程资源的有效建设和管理，通过虚拟化技术细化物理资源分配单元[7]，提高在线教育课程资源利用效率，提升在线教育课程资源共享平台应用效果。 1 在线教育课程资源共享平台
基于云平台的在线教育课程资源共享平台采取集中管理模式[8]，各学校均可利用互联网连接平台，共享平台硬件资源，获取平台功能服务。
1.1 平台架构设计
基于云平台的在线教育课程资源共享设计方法共由4个层级组成[9]，由上至下分别是云基础设施层、云系统服务层、云应用层和云客户端层，具体如图1所示。
平台最上层为云基础设施层，该层中主要包含服务器、网络设备和存储设备等。服务器主要分为PC服务器与云计算服务器，可实现计算、存储、带宽等按需的IaaS云基础设施功能[10]。平台中间层包括云系统服务层和云应用层，这两层的主要功能分别是向系统开发提供接口与软件运行环境和提供在线的软件SaaS服务[11]。其中，云应用层利用虚拟化技术实现在线互动教学，设计互动教学、在线作业、考试管理与虚拟实验室等功能模块。平台最下层为云客户端层，其主要为使用者提供移动终端，如计算机、智能手机和平板电脑等，使用者通过移动终端可连接在线教育课程资源共享平台。
1.2 业务管理系统设计
基于云平台的在线教育课程资源共享设计方法中，业务管理系统由业务管理器、服务定位器、业务组件与数据访问对象共同组成，其主要功能是实现平台的业务逻辑，系统结构如图2所示。统一数据接口转换请求发送至业务管理器后，业务管理器调取对应的业务组件完成业务。在需要数据库操作的情况下，调取的业务组件利用数据访问对象操作数据库，数据库反馈信息经由统一数据接口返回数据模型内。
全部应用程序客户端在搜索、创建业务组件过程中均采用统一数据接口公共机制，全部需访问统一数据接口公共机制服务对象的客户端均要实施定位工作。在大量类型有所差异的客户端循环采用统一数据接口服务，且统一数据接口代码频繁出现在这些客户端的条件下，易形成代码重复问题[12]。同时，构建统一数据接口原始环境对象将造成大量资源被占用，在业务组件本地对象上搜索会加剧资源占用量大这一问题。大量客户端循环请求一致的Bean本地对象时，会显著降低平台应用程序性能。为解决上述问题，平台中的业务管理系统利用服务定位器抽取全部统一数据接口，降低原始环境构建、业务组件本地对象搜索和业务组件对象创建的难度。为提高平台运行性能，数个客户端可循环利用服务定位器以降低代码复杂性。
1.3 平台功能设计
设计平台功能过程中，依照使用者权限的差异性，在线教育课程资源共享平台将使用者功能划分成教师与学生两个模块[13]，由于使用者具有不同的应用需求，因此各模块被划分为数个子功能模块，如图3所示。
图3中，教师功能模块由首页、管理、资料、考试与作业等七个子功能模块组成;学生功能模块由在线学习、在线考试与在线作业等五个子功能模块组成。教师功能模块与学生功能模块中的考试与作业等子功能模块紧密相连，构建一个有机整体。
1） 教师功能模块
教师利用管理模块实现学生、团队、课程、直播等内容管理[14];通过考试模块实现试卷编辑、生成、导入、发放与审批等功能;作业模块主要作用是实现教师对学生作业的创建、布置、审批与统计;资料模块中存储了教学资料，供学生下载自学的视频内容;讨论模块和通知模块分别用于教师发布讨论话题、回复学生问题和发布管理通知。
2） 学生功能模块
学生功能模块中的在线学习模块为学生提供了视频与课件等学习资料，学生依据自身需求点击不同视频或课件完成在线学习;在线考试模块的功能与在线作业模块一致，都是为了解学生的学习状态[15]。成绩好坏体现学生对知识点掌握的情况，当成绩不理想时，需要再次学习，以便更好掌握知识点;交流讨论模块的主要功能是向教师与学生提供一个交流的环境，提升学生自主思考能力与合作能力，更好地达成教学目的。学生使用教学资源下载模块下载的教学资源是教师上传的教学资料。
1.4 在线作业与考试模块
基于云计算技术设计的在线作业与在线考试是在线教育课程资源共享平台内的主要模块，这两个模块与平台划分的教师功能和学生功能紧密相连，通过这两个模块可体现学生对知识点的掌握情况。利用云平台，客户端无需任何设置，使用者依照自身需求设置在线作业与在线考试模块的功能。在线作业模块设计如图4所示。
2 平台性能验证
为验证本文设计的基于云平台的在线教育课程资源共享平台性能，分别从平台功能、平台应用效果分析和疲劳强度测试等方面对平台性能进行验证，结果如下。
2.1 课程资源共享结果
在平臺搜索栏中输入关键词“数学”后，通过在线教育课程资源共享平台访问获取的在线教育课程资源共享结果如图5所示。
图5在线教育课程资源共享结果显示，在搜索栏中输入“数学”关键词后，平台根据关键词内容将教师上传的相关课程资源共享给使用者，其中包括：绝对值、商的近似值、角的分类、绘图教学、凸轮设计、频率计算等不同类型的课程资源，共享资源数量多、内容全面，满足使用者自主学习的需求。
2.2 平台功能测试
利用黑盒测试方法测试本文平台功能，具体过程为：设定测试用例，确定输入数据及操作条件，对比平台运行后得到的结果与实际需求，测试结果见表1。表1中的功能测试结果显示，本文平台的功能服务达到使用者的功能需求，满足在线教育课程资源共享各项业务逻辑。
2.3 平台应用效果分析
为明确本文平台的应用效果，实验通过问卷调查形式向50位来自不同地区使用本文课程资源共享平台的教师展开调查。回收问卷50份，有效回收率为100%。利用F检测法统计问卷调查收集的数据，结果如表2所示。 由平台应用效果分析结果可知，在线教育课程资源共享服务效果与平台应用性能的得分率[Fi]均高于0.75，说明本文平台在线教育课程资源共享应用效果较好，主要原因是：在线教育课程资源共享服务效果良好，课程资源丰富，实用性强，且资源获取难度较低，对增强教学效果有较大的帮助;平台应用性能较好，具有使用简单、快捷、安全性高等优势，能够有效增强教育公平性。
2.4 疲劳强度测试
疲劳强度测试作为平台性能测试的一部分，主要功能是判断平台运行过程中由于资源不足或资源竞争造成的运行错误。平台运行过程中受CPU或内存等硬件设施条件的影响，有可能存在数据库或网络带宽资源短缺等问题，这些问题在平台正常运行状态下通常无法明显显现，因此需要在多使用者长时间并发使用平台条件下测试平台疲劳强度，测试结果如图6所示。
图6中疲劳检测结果显示，在20名教师长时间并发上传课程资源过程中，平台传输性能出现拥塞现象。产生这种现象的主要原因是平台运行服务器存在网络带宽短缺问题，并且平台服务器共享过程中并发用户的数量设置較少，通过硬件替换和修正并发用户数量可改善上述问题，使平台正常运行。
3 结 论
信息化技术的持续发展与资源平台建设技术的不断成熟，使在线教育课程资源共享平台的普及度大幅度提升。云平台作为新兴的共享基础架构，其通过云计算技术获取互联网中大量可用资源，通过软件完成自动管理。本文设计基于云平台的在线教育课程资源共享平台，该平台是一个以“云计算”技术为设计理念，以使用者为导向的共享型在线教育平台。平台性能验证结果显示，本文平台共享资源数量多、内容全面，功能服务满足使用者功能需求，在线教育课程资源共享应用效果较好，对增强教学效果有较大的帮助，能够有效增强教育公平性。
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作者简介：范 颖（1980—），女，黑龙江泰莱县人，硕士，副教授，研究领域为计算机软件等。
刘 梦（1990—），女，河南汤阴县人，硕士，助教，研究领域为教育技术等。
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