杂志汇教育科学博览

摘要：基础教育信息技术化的不断普及和基础教育课程、教材改革的逐步推进，优质教育教学资源的严重匮乏，直接影响着基础教育事业的持续发展。教育资源建设与共享，已经成为各级教育行政部门、教育技术工作者、广大教师和相关教育资源开发企业的共识。本文从云计算技术在教育领域中的迁移引入“教育云”概念，并以虚拟技术为核心阐述三类教育云的服务框架和功能，并以此为基础提供搭建基础教育云平台的建思路和方法。

关键词：教育云；虚拟化技术；云服务分类号：G311.B

作者简介：张明慧：1976年3月、女、吉林省吉林市、副教授、硕士、研究方向为计算机应用技术。　曹艳梅：1973年4月、女、河南省郑州市、助教、学士、研究方向为计算机应用技术。

0引言

伴随着网络的普及和教育信息化技术的推广，近几年，国家、各级教育机构、学校和公司对推进基础教育信息化工程的实施和教育资源建设方面投入了大量的人力、物力和财力。虽已取得初步成效。但基础教育资源建设仍存在一些问题，主要有：

（1）教育资源投入的比例不均衡。在对中小学教育资源投入过程中，往往重视硬件设施的投入，总体达到资金投入的80%以上，而软件资源投入相对较少。由于长期投入资金的比例不均衡，甚至存在个别区域资源建设投入总量的不足、是制约基础教育资源建设速度和质量的重要因素。

（2）教育资源不匹配。满足实际需要的、优质的中小学教育教学资源不足，存在着结构性短缺。现有资源在系统性、与文字教材配套等方面存在问题比较突出，也是学校和教师呼吁最多、呼声最高的问题。此外，符合课程改革理念、适合信息技术环境特点、适应德育教育、素质教育需求的优质教育教学资源较为匮乏。可以说，中小学目前拥有和使用的资源，既不能完全适应中小学教育信息化发展的要求，也不能完全满足教育教学的实际需要。

（3）共享的教育资源技术标准不统一。各地区教育机构和众多软件资源企业在制作教育教学资源过程中，由于教材版本、教育资源的使用对象、教学方式和理念的不同，因而使用不同的技术标准，从而形成各自为战，自成体系的教学资源库平台。所有这些导致了网络本身共享互联的功能与优势在校级数字化课程资源库的建设中没有得到充分发挥，资源平台重复建设浪费了大量的人力、物力、财力，形成目前检索使用不便、资源难以交换共享的现状。

（4）教育资源建设的区域不平衡。信息技术基础设施的建设和投入在经济不发达省份和农村地区相对薄弱，教师明显缺乏应用数字化教学资源的物质环境，更缺乏进行数字化课程资源建设和共享的观念。

（5）资源软件的技术含量参差不齐。目前中小学教师承担繁重的教学工作，可以利用创作教学资源的时间并不集中，同时也面临着技术应用水平整体不高，因此在教学中充分体现计算机和网络技术优势的互动软件十分缺乏问题，同时也面临选择或定制适合自身教学软件的困扰，这些影响着基础教育资源的建设质量和应用效果。[1]

因此，构建适应现代教育特点并结合信息技术与网络技术发展，实现以教育教学为主体，构建个性发展的权威性、系统性、科学性、选择性、开放性相结合的优质教育资源汇聚平台，基于此平台使得教学工具的资源库和基于互联与沟通的资源模式极为关键。

1概念

1.1云计算

随着互联网时代基础教育信息与数据的快速增长，需要处理大规模、海量的数据，而目前的孤身奋战的台式计算机远远不能满足当今对大数据处理的需求，通常情况采用增加系统硬件性能和硬件数量来满足日益增长的系统可扩展性的要求。云计算”概念的提出是由于传统并行编程模型应用的局限性，需求一种容易学习、使用、部署的新的并行编程框架。既可以节省成本也可以实现系统的可扩展性。云计算是分布式计算、并行处理和网格计算的进一步发展，它是一种基于互联网的计算，能够向各种互联网应用提供硬件服务、基础架构服务、平台服务、软件服务、存储服务的系统[1]。是虚拟化、分布式计算、网格计算等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。在云环境下，将计算资源（比如存储、硬件、平台和软件）共享，这种理念是2007年由Google首先提出，此后得到迅速发展。云计算的资源可从提供三类服务方式给使用者：基础架构即服务（IaaS，Infrastructure as a Service），平台即服务（PaaS，Platform as a Service），软件即服务（SaaS，Software as a Service）。[2]

1.2教育云

教育云是指云计算在教育领域中的迁移，是为教育领域提供云服务。包括“云计算辅助教学”（Cloud Computing Assisted Instructions，CCAI） 和云计算辅助教育（Clouds Computing Based Education，CCBE）等形式。其中，云计算辅助教学是学校和教师利用教育“云服务”，通过云计算所带来的云服务为提供教学资源共享和存储空间无限的便利条件。云计算辅助教育，又称为“基于云计算的教育”，是在教育教学中利用云计算提供的服务来辅助教育教学活动。利用云计算提供的服务与基础课堂教学相互支持和融合，提供相应的教育教学资源和教学过程的设计与管理等。

教育云将在未来教育信息化的基础架构中，包括了教育信息化所必须的一切硬件计算资源。这些资源经虚拟化之后，向教育机构、教育从业人员和学员提供一个良好的平台。

教育云平台资源涵盖了从小学到高中的各门学科，并包括美术、体育、音乐等。用户只需简单注册，就可以下载包括教学设计、教学课件、课堂实录、难点解析、媒体素材、习题精选等在内的教学资源。教师可以通过这些资源进行备课、授课，提高教学效率和质量，学生可以通过在线答疑等向名师提出学习中遇到的难题，或观看名师课程，提升自学能力。

1.3云学习

“云学习”是指在云计算（Cloud computing）环境中围绕学习服务，以心理学、教育学、知识工程和系统工程的理论为指导，建立云知识、云任务、云资源、云组件、云网站和学习者认知结构等关键模型。[3]利用软件架构和Web互动技术开发的、具有互动探究特色的、开放式可持续发展的、个性化、分布式学习系统，是互动探究式学习资源开发、交易、运行与进化的技术规范。云学习系统包括云学习平台和云终端学习机。云学习平台作为“云端”资源网络全球开放、社会共建、协作共享，运用知识工程、学习理论、语义网络、信息技术等组件化架构“知识云”。从目前来说，云学习平台主要有云学习主站、IVIDEO互动视频网站以及云学习开放平台。云终端学习机以随时随地、即需即学的方式实现对知识云的互动探究学习。云终端学习机是一种轻量级的客户端，如学习电脑、Ipad、智能手机、浏览器等。

1.4虚拟化技术

20世纪60年代，在IBM大型机系统中衍生出虚拟化（Virtualization）技术。70年代逐渐在System 370系列中流行起来。该系统核心是一种叫虚拟机监控器（Virtual Machine Monitor，VMM）的程序。在物理硬件虚拟出各类运行独立的操作系统软件虚拟机（Virtual Machine）实例。虚拟化技术主要分为三个大类，分别是：平台虚拟化（Platform Virtualization）、资源虚拟化（Resource Virtualization）、应用程序虚拟化（Application Virtualization）。[4]平台虚拟化技术是计算机和操作系统的虚拟化。资源虚拟化技术（Resource Virtualization）是对特定系统资源的虚拟化，如内存、网络资源、网络存储等。应用程序虚拟化技术（Application Virtualization），是对包括解释技术、仿真、模拟等。通常的虚拟化技术是指平台虚拟化，也称为虚拟机技术。通常是运行控制程序（Control Program，也被称为Virtual Machine Monitor或Hypervisor），隐藏实际工作平台的物理特性，为用户提供抽象的、模拟的计算环境。

目前，基础教育资源分布较为分散。作为教育的管理者，如各地市区的教育机构和教育的第三方参与者，如教育软件开发企业，对教育教学资源的内容、技术标准甚至是文件格式往往不统一，从而形成了各自为战，自成体系开发教学资源库平台的局面，导致广大中小学校不得不面对各种不同技术标准的教育资源。以硬件资源利用率统计为例：

表1中小学教育平台硬件资源及资源利用率

2虚拟化技术的教育云平台实现方式

教育云平台拟搭建资源共建共享、教师共同体构筑（教研、科研）、家校共同体构筑、师生共同体构筑、学校管理与评估现代化等一系列操作实施，优化课程内容、转变教与学方式，充分共享优质教育资源满足学生的个性化教育需求，落实素质教育和创新人才培养战略，提高教育教学质量、促进教育均衡发展、实现教育公平的原则。

2.1建设教育信息化公共支撑环境(基础云IaaS)

虚拟化技术的发展促进了IaaS基础云的发展策略。该策略是在IaaS层通过虚拟化技术实现业务平台的资源共享。主要解决方案是建设统一资源池，通过虚拟化软件和虚拟化资源管理软件将硬件资源池完全封装。云端用户可以通过云平台或互联网使用虚拟的资源池，解决传统建设模式周期长、硬件资源利用低、安装维护等技术性和安全性问题。[6]

IaaS基础云业务平台主要是由网络、服务器、存储系统及外围接口等部分组成，如图1所示。业务平台采用成熟的虚拟化技术，建立多个可管理的的功能化资源池，以实现网络、计算能力（服务器）和存储资源等共享，虚拟化技术的实现，使数据中心中资源管理规范化，资源的调控与分配更加细粒度化，协调更加灵活、方便和快捷。在实提高资源的利用率，降低整体拥有成本。

从支持快速业务开通的角度上看，所需资源结构平台框架如图2所示。图中的资源池有计算资源池、存储资源池和网络资源池三大虚拟模块，在计算资源池中含有，计算资源服务器；存储资源池，包括SAN存储、云存储和虚拟存储网关；在网络资源池中，包括以太网交换设备（接入层、汇聚层、核心层）和光纤交换设备。

采用IaaS的服务方式，教育或政府部门可利用现有设备集中购置及部署多台服务器组成“云端”基础设施，将内存、I/O设备、存储和计算能力整合成一个虚拟的网络基础设施资源池。采用计量服务方式提供给云端的中小学校，特别是无购置能力的偏远区域学校或民办学校，为其提供所需要的存储资源和虚拟化服务器等服务。节省了学校基础硬件的经费开销，有效实现教育均衡发展。[7]

例如，中小学校在建设数字化校园时均需对基础性网络硬件和运行维护进行投入。通过IaaS云的服务方式，由教育部门集中采购规模化存储阵列及虚拟化服务器，结合PaaS云平台和SaaS软件云的综合展现部署模式，可实现校园网络建设的零投入，避免学校网络硬件的分散式投入及重复性建设问题，降低了网络硬件的运维成本，提高了网络硬件的使用效率。

教育信息化公共支撑环境包括四个方面。