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摘 要：随着计算机的普及以及网络学习资源的不断丰富，在线学习已经成为一种主流的学习形式。在线学习要满足学习者的个性化需求，就需对现有的教学系统重新设计，以满足系统低功耗、高响应的要求，云计算技术的出现使得解决这一问题成为可能。本文介绍了云计算技术的特点，并应用云计算技术搭建E-learning云平台，对其体系结构进行了分析和阐述。
关键词：云计算；E-learning；体系结构
中图分类号：R-4
目前，大多数传统教育形式已经逐步不能满足教育发展以及社会进步的需求，更无法实时合理地满足学习者不断变化的学习要求，而计算机网络技术的发展为传统教育形式的改革提供了强大的技术支持和物质保障。在传统的基于Web的网络学习模式中，系统的建设和维护工作往往由教育机构或企业内部自行承担，这种管理模式存在很多问题，如投资回报性差、经费需求巨大、系统不具备可扩展性、更新升级缓慢等等。云计算以其资源利用率高、动态可扩展性强等特点为解决这一复杂问题提供了技术保障，在系统资源有限的情况下，依据云计算技术构建的E-learning平台也能满足学习者实时的个性化的学习需求。
1 云计算
近年来，云计算作为一种新兴技术加速了计算机产业的技术革新。云计算作为一种基于网络的，尤其是基于Internet的计算模式，其主要任务是确保用户可以方便地按照个人需求使用计算资源，并采用类似使用水电消耗的计量方式，根据用量收费。因此，云计算带来了新的商业模式——其所提供的服务成为了计算资源。
云计算具有高度可扩展性的特点，并可以为用户提供虚拟化资源。用户无需任何与云计算相关的特殊知识，就可以将应用程序安装在服务器并顺利使用这些程序。用户可以实时通过互联网与远程的服务器进行通信。云计算这种新的技术趋势已经对现有的教学模式、教学环境以及网络学习空间的构建产生了显著地影响。在云模式下，资源可以是外部公有或内部私有：公有云为外部按需付费的用户提供访问权限；私有云为企业或其他组织内部的用户提供免费的计算资源。
2 基于云计算的E-learning系统结构
通过对高等教育，政府，企业和军事单位等机构的研究，E-learning应用于学习获得的高效性、低功耗性已经获得证实。随着云计算技术的深入发展，电子学习云应运而生。电子学习云是云计算技术在E-learning中的应用，它包括网络在线学习所必须的全部软硬件计算资源，因此可以推断，电子学习云将会成为未来构建E-learning的主要基础架构。在电子学习云中，计算资源、学习资源被彻底虚拟化，各类教育机构、企业或者是学生个人都可以通过购买服务的方式租用计算资源和学习资源。
一般电子学习云的体系结构可分为五层，从下至上依次为：基础设施层—作为动态的、可扩展的物理主机池；软件资源层—为E-learning的开发者提供统一的服务接口；资源管理层—实现软硬件资源的松散耦合；服务层—包括三层服务（软件即服务，平台即服务和基础设施即服务）；应用层—提供内容制作，内容分发，虚拟实验室，协作学习，评估和管理功能。
（1）基础设施层有信息基础设施和教学资源组成。信息基础设施包括：Internet/Intranet，系统软件，信息管理系统和一些常用的软硬件；教学资源的积累仍主要来源于传统教学模式，并分布于不同的部门及领域。该层位于云服务中间件的最底层，云中最基本的计算能力—如物理内存、CPU、内存由该层提供。通过使用虚拟化技术，物理服务器、存储资源以及网络组成了虚拟化组，可被上层的软件平台调用。物理主机池是动态的、可扩展的，可提高云中间件服务的物理计算能力，并可随时增加新的物理主机。
（2）软件资源层主要由操作系统和中间件组成。通过中间件技术，各种软件资源被整合，为软件开发者提供统一的接口。因此软件开发人员可容易地开发很多基于软件资源的应用程序并将其嵌入云端，从而被云计算的用户访问使用。
（3）资源管理层是实现软硬件资源松散耦合的关键。通过整合虚拟化和云计算资源调度策略，可实现资源按需自由流动并可在不同硬件平台不同软件架构中实现灵活分配。
（4）服务层包括三层服务，即SaaS（软件即服务），PaaS（平台即服务），IaaS（基础设施即服务）。SaaS层为用户提供云计算服务。不同于传统软件，用户通过Internet使用软件，无需一次性购买软硬件，且无需升级维护，只需支付月租费用。
（5）应用层专门应用于整合云计算模型中的教学资源—包括互动课程及共享教学资源。互动课程中，教师可以根据学习者的学习需求和教学要求，充分利用制作后的基础信息资源、课程内容，根据反馈信息随时调整教学进度。与传统教学方式相比，基于云的E-learning教学方式更高效，也具备更高的性价比。共享的教学资源包括教学素材资源，教学信息资源（如数字图书馆、信息中心），以及充分共享的人力资源。该层主要包括内容制作、教育目标、内容传送技术、评估以及管理组件等等。
通过应用上述的体系结构，基于云的E-learning平台主要有以下特点：
（1）强大的计算及存储能力：基于云计算的E-learning体系架构将计算资源和数据分布于大量计算机，由数以万计的计算机组成的云海可提供强大的计算能力和庞大的数据存储空间，通过Internet将“云”作为服务提供给学习者。
（2）高度可用性。通过将大量存储空间和高性能计算能力的整合，该系统可提供高质量的服务。该体系结构可自动检测节点故障并加以排除，而不会影响系统的正常运行。
（3）高度安全性。云计算模式下，数据集中存储。依靠一个或多个数据中心管理统一数据、分配资源、平衡负载、部署软件、控制安全性并进行可靠的实时监控，从而最大限度地保证用户数据安全。
（4）虚拟性。虚拟化是该体系结构最重要的特性。每个应用程序的开发环境以及物理平台都是不相关的。应用程序通过虚拟平台来管理、消费、迁移和备份。它将底层的硬件—包括服务器、存储和网络设备等全部虚拟化，以构建共享的、按需分配的资源池。
本文提出的基于云计算的E-learning体系结构的主要优势在于，该结构可实现对运行于高性能处理器的、成本高昂的软件的轻松访问。这对于缺乏教学设备的乡村教育机构具有重要意义。
在传统的E-learning环境下，教师分配学习任务，定期进行讲座或培养学生技能。学生参加网上自主学习、协作学习或完成教师分配的作业。而在本文提出的结构中，教师可以回答学生的问题，对于重点、难点问题提供必要的辅导。此外，教师还可以利用多媒体制作教学内容，从而提高教学效果。学生可自行制定其学习计划、学习方法，并可在线自主选择学习内容、通过互联网完成自我评估并对结果进行统计。教师可鼓励学生协作完成简单的学习任务或复杂的基于小组协作的项目。通过合作学习，学生不仅获得了知识，更重要的是培养了其团队合作精神，锻炼处理为人处世的技巧并增强其自我表达能力。
3 结束语
云计算已成为一种通过互联网进行管理和提供服务的新模式。云计算的兴起正在迅速改变信息技术的前景。通过云服务可实现教师和学生在任何时间、地点、通过任何终端设备访问全部的知识。基于云计算的E-learning架构可以降低并简化教育服务的交付，使全世界的学生跨国界地获取其需要的知识和技能。
参考文献：
[1]刘志晶.现代化教学手段和教学方法在医学教育教学中的应用[J].中国冶金工业医学杂志，2012（01）.
[2]宁玉文.基于网络课程的信息化教学模式设计[J].中国远程教育技术，2012（02）.
[3]王跃秀.利用模拟实验系统加强医学机能实验教学[J].中国远程教育技术，2013（02）.
作者简介：张希坤（1981-），男，天津市人，博士，讲师，研究方向：教育技术、计算机图形学；侯洁（1982-），女，天津，硕士，实验师，研究方向：教育技术、网格计算。
作者单位：天津广播电视大学，天津 300191；天津医科大学，天津 300070
关键词：云计算；E-learning；体系结构
中图分类号：R-4
目前，大多数传统教育形式已经逐步不能满足教育发展以及社会进步的需求，更无法实时合理地满足学习者不断变化的学习要求，而计算机网络技术的发展为传统教育形式的改革提供了强大的技术支持和物质保障。在传统的基于Web的网络学习模式中，系统的建设和维护工作往往由教育机构或企业内部自行承担，这种管理模式存在很多问题，如投资回报性差、经费需求巨大、系统不具备可扩展性、更新升级缓慢等等。云计算以其资源利用率高、动态可扩展性强等特点为解决这一复杂问题提供了技术保障，在系统资源有限的情况下，依据云计算技术构建的E-learning平台也能满足学习者实时的个性化的学习需求。
1 云计算
近年来，云计算作为一种新兴技术加速了计算机产业的技术革新。云计算作为一种基于网络的，尤其是基于Internet的计算模式，其主要任务是确保用户可以方便地按照个人需求使用计算资源，并采用类似使用水电消耗的计量方式，根据用量收费。因此，云计算带来了新的商业模式——其所提供的服务成为了计算资源。
云计算具有高度可扩展性的特点，并可以为用户提供虚拟化资源。用户无需任何与云计算相关的特殊知识，就可以将应用程序安装在服务器并顺利使用这些程序。用户可以实时通过互联网与远程的服务器进行通信。云计算这种新的技术趋势已经对现有的教学模式、教学环境以及网络学习空间的构建产生了显著地影响。在云模式下，资源可以是外部公有或内部私有：公有云为外部按需付费的用户提供访问权限；私有云为企业或其他组织内部的用户提供免费的计算资源。
2 基于云计算的E-learning系统结构
通过对高等教育，政府，企业和军事单位等机构的研究，E-learning应用于学习获得的高效性、低功耗性已经获得证实。随着云计算技术的深入发展，电子学习云应运而生。电子学习云是云计算技术在E-learning中的应用，它包括网络在线学习所必须的全部软硬件计算资源，因此可以推断，电子学习云将会成为未来构建E-learning的主要基础架构。在电子学习云中，计算资源、学习资源被彻底虚拟化，各类教育机构、企业或者是学生个人都可以通过购买服务的方式租用计算资源和学习资源。
一般电子学习云的体系结构可分为五层，从下至上依次为：基础设施层—作为动态的、可扩展的物理主机池；软件资源层—为E-learning的开发者提供统一的服务接口；资源管理层—实现软硬件资源的松散耦合；服务层—包括三层服务（软件即服务，平台即服务和基础设施即服务）；应用层—提供内容制作，内容分发，虚拟实验室，协作学习，评估和管理功能。
（1）基础设施层有信息基础设施和教学资源组成。信息基础设施包括：Internet/Intranet，系统软件，信息管理系统和一些常用的软硬件；教学资源的积累仍主要来源于传统教学模式，并分布于不同的部门及领域。该层位于云服务中间件的最底层，云中最基本的计算能力—如物理内存、CPU、内存由该层提供。通过使用虚拟化技术，物理服务器、存储资源以及网络组成了虚拟化组，可被上层的软件平台调用。物理主机池是动态的、可扩展的，可提高云中间件服务的物理计算能力，并可随时增加新的物理主机。
（2）软件资源层主要由操作系统和中间件组成。通过中间件技术，各种软件资源被整合，为软件开发者提供统一的接口。因此软件开发人员可容易地开发很多基于软件资源的应用程序并将其嵌入云端，从而被云计算的用户访问使用。
（3）资源管理层是实现软硬件资源松散耦合的关键。通过整合虚拟化和云计算资源调度策略，可实现资源按需自由流动并可在不同硬件平台不同软件架构中实现灵活分配。
（4）服务层包括三层服务，即SaaS（软件即服务），PaaS（平台即服务），IaaS（基础设施即服务）。SaaS层为用户提供云计算服务。不同于传统软件，用户通过Internet使用软件，无需一次性购买软硬件，且无需升级维护，只需支付月租费用。
（5）应用层专门应用于整合云计算模型中的教学资源—包括互动课程及共享教学资源。互动课程中，教师可以根据学习者的学习需求和教学要求，充分利用制作后的基础信息资源、课程内容，根据反馈信息随时调整教学进度。与传统教学方式相比，基于云的E-learning教学方式更高效，也具备更高的性价比。共享的教学资源包括教学素材资源，教学信息资源（如数字图书馆、信息中心），以及充分共享的人力资源。该层主要包括内容制作、教育目标、内容传送技术、评估以及管理组件等等。
通过应用上述的体系结构，基于云的E-learning平台主要有以下特点：
（1）强大的计算及存储能力：基于云计算的E-learning体系架构将计算资源和数据分布于大量计算机，由数以万计的计算机组成的云海可提供强大的计算能力和庞大的数据存储空间，通过Internet将“云”作为服务提供给学习者。
（2）高度可用性。通过将大量存储空间和高性能计算能力的整合，该系统可提供高质量的服务。该体系结构可自动检测节点故障并加以排除，而不会影响系统的正常运行。
（3）高度安全性。云计算模式下，数据集中存储。依靠一个或多个数据中心管理统一数据、分配资源、平衡负载、部署软件、控制安全性并进行可靠的实时监控，从而最大限度地保证用户数据安全。
（4）虚拟性。虚拟化是该体系结构最重要的特性。每个应用程序的开发环境以及物理平台都是不相关的。应用程序通过虚拟平台来管理、消费、迁移和备份。它将底层的硬件—包括服务器、存储和网络设备等全部虚拟化，以构建共享的、按需分配的资源池。
本文提出的基于云计算的E-learning体系结构的主要优势在于，该结构可实现对运行于高性能处理器的、成本高昂的软件的轻松访问。这对于缺乏教学设备的乡村教育机构具有重要意义。
在传统的E-learning环境下，教师分配学习任务，定期进行讲座或培养学生技能。学生参加网上自主学习、协作学习或完成教师分配的作业。而在本文提出的结构中，教师可以回答学生的问题，对于重点、难点问题提供必要的辅导。此外，教师还可以利用多媒体制作教学内容，从而提高教学效果。学生可自行制定其学习计划、学习方法，并可在线自主选择学习内容、通过互联网完成自我评估并对结果进行统计。教师可鼓励学生协作完成简单的学习任务或复杂的基于小组协作的项目。通过合作学习，学生不仅获得了知识，更重要的是培养了其团队合作精神，锻炼处理为人处世的技巧并增强其自我表达能力。
3 结束语
云计算已成为一种通过互联网进行管理和提供服务的新模式。云计算的兴起正在迅速改变信息技术的前景。通过云服务可实现教师和学生在任何时间、地点、通过任何终端设备访问全部的知识。基于云计算的E-learning架构可以降低并简化教育服务的交付，使全世界的学生跨国界地获取其需要的知识和技能。
参考文献：
[1]刘志晶.现代化教学手段和教学方法在医学教育教学中的应用[J].中国冶金工业医学杂志，2012（01）.
[2]宁玉文.基于网络课程的信息化教学模式设计[J].中国远程教育技术，2012（02）.
[3]王跃秀.利用模拟实验系统加强医学机能实验教学[J].中国远程教育技术，2013（02）.
作者简介：张希坤（1981-），男，天津市人，博士，讲师，研究方向：教育技术、计算机图形学；侯洁（1982-），女，天津，硕士，实验师，研究方向：教育技术、网格计算。
作者单位：天津广播电视大学，天津 300191；天津医科大学，天津 300070