国家开放大学远程教育云的探索研究

来源 :中国教育信息化·高教职教 | 被引量 : 0次 | 上传用户:evemxy
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  摘要:在对我国远程教育现有技术支撑环境以及信息技术在远程教育中的應用趋势研究的基础上,按照国家开放大学的定位,结合广播电视大学已有的信息化基础及應用经验,分析国家开放大学的信息化需求,利用云计算技术建立国家开放大学远程教育云,并介绍其总体框架以及云数据中心、平台服务、應用服务的架构。
  关键词:国家开放大学;广播电视大学;信息化建设;远程教育云
  中图分类号:G434 文献标识码:B 文章编号:1673-8454(2011)21-0006-04
  一、引言
  伴随着知识经济时代的到来,推进教育现代化、建设学习型社会成为我国建设人力资源强国、实现大国崛起的必由之路。在这个大背景下,以广播电视大学(简称电大)系统为基础,充分利用先进的信息技术手段,面向全体社会成员开展学历与非学历继续教育,办学网络立体覆盖全国城乡、没有围墙的新型远程开放大学——国家开放大学應运而生。
  二、研究背景
  我国的远程教育目前有两种主要形式,一是广播电视大学的开放教育,二是普通高校的网络教育。通常采取的网络教学系统有几种形式:实时的视音频广播教学系统,双向视频实时交互式教学系统,基于互联网的网上教学系统,基于数字卫星和计算机网络的交互式教学系统。随着以计算机和互联网为核心技术的信息通讯技术(ICT)的发展,我国远程教育也进入了以“基于计算机网络”为重要特征的发展阶段,
  1.广播电视大学的网络教学支撑环境分析
  广播电视大学系统自1999年开展开放教育试点以来,中央广播电视大学(简称中央电大)和44所省级广播电视大学(简称省电大)、3000多个教学点组成开放教育的教学网络覆盖了除台湾外包括西藏的全国城乡,为320万在读学生提供网络教育服务和面授辅导教学,将国家提供的卫星数字传输平台与学校建设的计算机网络和教学管理网络有机结合,通过远程教学平台、教务管理系统、双向视频会议系统等應用软件,基本实现了多种教学资源的网络化、视频媒体的数字化、学习的双向交互、管理的信息化。
  广播电视大学的网络教学支撑环境采用“天网地网合一,三级平台互动”的架构,如图1所示。即各级电大拥有自己的网络机房、数据库,通过不同的互联媒介接入互联网;中央电大、省电大和分校三级教学平台安装在各自的网络机房服务器上;中央电大教学平台上的资源,通过软件打包后利用互联网逐层下发,同时通过中国教育卫星宽带网(简称CEBSat)TP数据广播系统发送到省电大及分校的教学平台。这样的网络教学环境使学习者分散到三级教学平台上,很好地解决了网络拥堵和服务器负载压力大的问题。
  但由于各级电大数据库及三级教学平台物理上各自分离,采用分布式存储对数据进行传输和同步的方式已经显现出了种种弊端。例如学生需要分别登录三级教学平台来浏览相應的资源,因此三级教学平台的统计数据无法实现整合及同步。同时存在网上资源重复传输、网络带宽紧张、接收资源效率低下、资源同步更新不及时不准确等现象,造成资源共享难、数据管理难、信息隔离、优质资源分布不均、双向视频传输难以实施等众多问题。
  广播电视大学的远程授课及会议采取硬件和软件两种双向视频会议系统。硬件双向视频会议系统通过中央MCU 远程终端的方式实现,通过互联网支持48个远端分会场同时上课及参会,但由于各省电大分布在全国不同地区,需要跨区域、跨网络才能实现互通,并且省电大互联网接人情况各异,很难保证网络的稳定性和带宽,远程授课及会议时往往出现掉线、中断、画面质量差等现象。
  2.网络教育学院的网络教学支撑环境分析
  我国高校网络教育学院自1999年开始开展现代远程教育试点改革,目前试点高校达67所,在读学生约80万人。网络教育学院在现代通信与网络技术的支持下,主要通过互联网进行网上教学,其中部分网络教育学院采取多种媒体和技术的优化组合,综合利用互联网、卫星通讯、ATM电讯、光盘播放、计算机教室等多种媒体技术和形式,采取网络教学平台、卫星直播系统和网络课件学习相结合的现代网络教学方式。
  在这上多年的实践中,各高校网络教育学院网络教学支撑环境的发展程度有所不同。网络教育学院的基础设施建设通常包括网络机房、Web服务器、课件服务器、数据服务器、电子图书服务器、短信平台以及互动答疑服务器等,另有部分网络教育学院采用服务器托管等方式。网络教育学院的互联网接人以公网为主,教育科研网为辅,平均接入带宽为10M。网络教育学院为学习者提供的软件服务主要包括网络教学平台、视频点播系统、论坛、信息查询系统、考试系统等,这些系统的建设主要有自主研发、依托公共服务体系、基于开源软件开发等方式。学习者可在网络平台上实现报名、网上学习、在线答疑和非在线答疑、在线考试、信息查询等学习过程,基本实现一站式学习支持服务。
  由于网络基础设施、互联网接人及软硬件设施投入的限制,网络教育学院的远程授课、网上虚拟实验、视频会议等系统的持续稳定运行受到影响,目前网络教育学院的网络教学支撑环境最多支持十多万学生的网上在线学习,无法支持实时高清视频授课等更有利于提升学习体验的教学形式。同时,各个网络教育学院的信息化基础设施、网络、教学资源和應用数据等相互独立,这使得网上教育教学资源的共建共享、学习者跨学校、跨平台无障碍在线学习等比较难以实现。
  3.信息技术在远程教育中的應用趋势分析
  进入21世纪,以现代信息技术与传媒设施为载体的远程教育,受到世界各国的关注和重视。世界经合组织(OECD)的研究表明,从1995年到2008年,全世界的远程教育市场规模正以每年增加45%的速度扩张。从基于资源呈现和传播的Web1.0时代,到基于共同建设和交互的Web2.0时代,信息技术的变革和使用对远程教育的发展起到了关键性的作用。Blog、Wiki、RSS、P2P、SNS等互联网技术被逐渐應用到远程教育中,信息技术的應用甚至推动了数字时代新兴网络学习理论一关联主义的发展。随着3G通讯技术、移动计算技术等数字化技术的发展,移动学习、泛在学习等應用也在改变着基于互联网的远程教育模式。在数字化时代,教育机构面临着数据容量迅速增大、业务需求连续性不断增长、服务器不断增加、有限资源管理愈加复杂等众多挑战,如何将众多复杂的远程教学管理、学习、服务系统统一规划与建设,实现数据互通,方便管理与應用,是目前远程教育的瓶颈和挑战。
  云计算技术打破传统模式,为远程教育的发展带来全新的理念。云计算技术能提高IT资源利用率、节约能耗,实现无IT基础设施的信息化,而且能够很快地部署计算资源,实现按需分配,它使物理上分布于广阔地域的计算资源成为一个虚拟的、整合的计算资源。利用云计算技术为互联网用户提供计算、存储、软硬件等服务的全新网络服务模式是实现终身教育公共服务体系的重要支柱,将 云计算技术應用于教育,是未来远程教育的发展方向。
  三、国家开放大学信息化需求分析
  国家开放大学需要一个大规模的高性能计算环境。国家开放大学承担建设终身教育体系和学习型社会的重任,要为不同教育水平、不同年龄、不同职业的人提供平等的学习机会和优质的教育资源,每年承担3500万人次的职业培训,450万人次学历教育的在线学习,2000万人次企事业单位、合作伙伴和联盟人员的在职数字化学习和数以千万计的社会成员休闲娱乐、文化教育等方面的资源学习,同时要满足数百家合作伙伴的加盟服务。这些多元化的计算需求需要一个大规模的高性能计算环境支撑。
  国家开放大学需要建设海量数字化资源,并需要建立数字化资源的管理、存储空间。国家开放大学要以课程为单位建设学习资源,建成1500门以上学历继续教育网络课程,数以万计的非学历继续教育网络课程,总容量达到1000TB以上。同时需要建立支持资源实时更新、共建共享、使用方便的资源存储数据中心及资源分发應用系统。
  国家开放大学需要提高基于网络的远程教学的传输质量,改善学习者的学习体验。学习者快速获取资源、访问资源、实时学习和交互需要高速互联网络,尤其是通过高清远程授课系统实现优质教师资源的共享,解决师资匮乏的落后地区的教育公平问题。这就需要整体规划高速互联网络和虚拟专网。
  国家开放大学的学习者数量大、学习需求多元化、教学网络分布广、资源海量等特点,使得国家开放大学的信息化需求对网络、硬件、软件的服务提出了很高的要求。如果对广播电视大学原有的网络教学支撑环境按照传统方式进行软硬件升级改造,就意味着需要升级改造广播电视大学几百个教学平台,整合教学平台、教务管理系统、考试系统等十多个架构、开发语言、标准等不同的應用系统,以及升级改造几百个数据中心及网络机房。
  云计算技术使得国家开放大学信息化建设可以采取一种全新的思路,尤其是使用云存储、云桌面、云服务等云计算技术,通过虚拟化服务器、存储资源,对现有的硬件资源进行动态的分配和管理,可以优化资源使用,提高基础设施的使用率,降低IT管理成本,充分释放软硬件资源能力,满足多元化计算需求,以及建立国内一流的网络平台,实现国家开放大学总部和分部、学院、学习中心之间网络高速连接,以及具有一站式、开放性、可扩展的软件系统,形成四通八达、自成体系的国家开放大学网上校园。
  四、国家开放大学信息化设计思路
  要满足亿级用户的在线学习和工作需求,国家开放大学需要高性能的计算环境,快速存储、分发和推送海量数字化资源的能力,高质量的远程教学传输力,为用户提供个性化、一站式、一体化的学习环境和工作环境,支持个性化学习和因材施教,促进学习者高级思维能力和群体智慧的发展,提高教育质量。同时,国家开放大学平台和應用系统可作为公共服务提供给合作联盟和其他教育机构,形成面向社会的公共服务体系。对于这样一个容量大且复杂的系统,利用云计算技术整体解决方案是最好的选择。
  利用云计算技术可以实现专业的用户细分,亿级用户可以通过该平台进行各自的学习和工作需求:可以建设开放性的教育资源和信息中心,实现资源的共建共享:可以具有高存储能力和超强的计算能力满足亿级用户的應用需求;可以建设强大應用支撑服务系统以支持国家开放大学为合作联盟和社会机构提供公共服务:可以具有良好的扩展性和快速更新能力,对终端设备要求低,有益于系统的應用和普及。
  
  借助云计算技术架构的国家开放大学信息化建设即“一朵云,一条信息高速路,一个学习终端”,其中,一朵云是指国家开放大学远程教育云,一条信息高速路是指国家开放大学虚拟专网,一个学习终端是指国家开放大学自主研发的智能学习终端机以及任何可以接人国家开放大学远程教育云进行学习的终端。国家开放大学远程教育云利用虚拟化、云存储技术,用网络连接的计算资源统一管理和调度,构成一个计算资源池向用户按需服务,建立海量优质资源快速集聚和存储的数据中心,利用标准化、开放接口集成或开发支撑交互学习、海量资源推送、资源共享的一体化、一站式服务平台,将海量优质资源應用以云服务的等方式推送到全国各地学习者,尤其是边远山区、农村等基础设施欠发达地区。同时,国家开放大学致力于联合互联网、移动互联网和卫星网等运营机构,在已有的网络基础上,以联盟或租用的方式建立国家开放大学虚拟专网,实现总部与分部、数据中心与节点的高速互联。另外,学习终端采用云桌面的思路,即所有的资源和数据都在云端,而学习终端仅有显示屏和CPU即可,大量的计算、存储功能在云端进行,学习者只需要学习终端即可进行学习,所有的学习记录、个人信息、课程资源都在云端。
  
  国家开放大学远程教育云是由公有云和私有云组成的一个适應性好、應用范围广、信息交互能力强、稳定安全的混合云,其采用私有云提供对内服务,如为国开学习者和教师提供学习管理、利,研管理及学习档案信息等:依托公有云提供对外服务,如为合作联盟和社会机构提供资源学习、社会培训、合作办学和加盟管理等公共服务。国家开放大学远程教育云高度整合各方资源,进行集中管理和應用,按需分配,既保证了各项业务顺利稳定运行,也确保了核心数据的安全性。
  五、国家开放大学远程教育云的总体框架
  国家开放大学远程教育云主要包括基础设施、平台服务和應用服务三部分。国家开放大学远程教育云的总体框架如图2所示。
  
  基础设施层建设主要是存储海量优质教育资源云数据中心建设。由于优质数字化教育资源的海量性、分布性、异构性等特点,国家开放大学远程教育云采用“两地三中心”的模式建设3个数据中心、6个一级节点、27个二级节点及CDN内容分发系统,形成可支持海量信息资源处理与存储的云计算与云存储中心。数据中心以及一、二级节点之间通过国家开放大学虚拟专网进行连接,其架构如图3所示。
  平台服务层主要包括平台技术框架和平台服务库两部分,实现为开放大学和社会办学教育机构提供一体化、扁平的远程教育平台。平台服务统一技术支撑框架的核心是业务构件、應用支撑平台和核心基础结构。它是平台服务持续运行的技术支撑环境,此技术框架可提供统一服务接口,并快速建立新服务。平台服务能支撑應用服务所需要的各种服务,提供统一开放的服务接口,向各种各类的教育机构提供开放平台服务,如教学服务、资源服务、视频服务、学分银行服务、远程接待服务等等。国家开放大学远程教育云的平台服务架构如图4所示。
  應用服务层提供完善的應用软件和资源服务。国家开放大学远程教育云的應用服务架构以用户为中心,以能力平台建设为基础,以立体式统一门户为服务界面,以移动化、智能化、情境化、融合化的多类型终端为展现手段,实现物流、资金流和信息流的一体化整合,向学习者、合作伙伴、教育云的管理运营者提供包括学习、教学、管理、评价、利,研、支持服务等在内的各项應用系统。国家开放大学远程教育云的應用服务架构如图5所示。應用服务构建了全面的网络学习和工作环境,能有效提高学习效率和工作效率,体现了人性化的服务水平。
  六、结论
  国家开放大学远程教育云的建设是远程教育和信息技术融合的产物,通过建立国家开放大学远程教育云可以解决远程教育资源、管理、服务等棘手的问题,实现优质教育资源的共建共享和远程教育平台的一站式一体化應用,避免重复建设和浪费,促进教育公平,为全民学习、终身学习的学习型社会建设奠定基础。
  家开放大学远程教育云为全社会提供优质的教育资源,并以應用服务的形式提供给学习者、合作联盟、教育机构、培训机构、社会团体,为信息化能力较弱或者重在利用信息化成果的组织和机构通过虚拟技术提供相應的基础设施服务,通过中间件以及开放接口、规范提供平台服务,使得更多的教育机构、培训机构将精力放在业务的发展上。
  但是,在建设国家开放大学远程教育云的过程中,也有一些问题和困难有待解决。一是如何整合广播电视大学原有的信息化软硬件资源,二是如何保证云端信息及资源的安全性,三是如何根据用户需求提供智能化、个性化资源服务的问题,四是云建设、技术运维、资源共建共享的机制问题。
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  (编辑:金冉)
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