一种基于私有云部署的智慧教育系统的设计与实现

一种基于私有云部署的智慧教育系统的设计与实现-电子商务论文一种基于私有云部署的智慧教育系统的设计与实现 摘要：本文基于私有云环境架构设计、实现了一个智慧教育系统，系统具备针对教师的智能辅教和针对学生、社会学习者的智能导学功能；同时，系统预留微信管理、资源交易和数据同步接口，为实现移动学习和优质教育资源的在线交易与共享提供了新的解决方案。 关键词：私有云；智慧教育系统；设计与实现 引言 智慧教育是一种基于现有云计算技术的全新服务模式，它利用云计算，大数据，虚拟化，增强现实等技术，聚集整合了软硬件资源，针对教育活动的参与者构建了一个将教育资源深度集成，并提供智能化管理服务的平台，实现了按需向用户提供个性化的教育服务。它能感知学习情景，识别学习者特征，提供合适的学习资源与便利的互动工具，能自动记录学习过程和评测学习成果，建立促进学习者有效学习的活动空间。 智慧教育能够实现优质教育资源大范围的共享，解决当前教育系统中存在的信息孤岛、教育资源分配不公等问题，为当前不断扩大的教育需求提供了新的解决方案。 1、国内外有关智慧教育的研究综述 目前学术界还没有“智慧教育”统一而明确的定义，从国际范围来看，韩国、马来西亚、澳大利亚及名企IBM给予较高关注：IBM从学习资源的开发、存储，学习行为的分析、预测，学习空间的设计，学生关系管理，学习支持设施等多个维度出发，构建了智慧教育研究与实践框架。微软公司提出未来的互联网世界将会是“云+端”的组合，利用“云”构建的教育环境不仅能够解决数据互联互通问题，实现资源整合、知识共享。美国教育部发布改变美国教育：技术增强的学习美国国家教育技术计划2010，提出21世纪的学习模型，分为学习、评价、教学、设施和绩效五大要素，这些都是智慧教育的核心要素。新加坡在其iN2015计划中提出实施智慧教育计划，目标是提供一个延伸至课堂以外的以学习者为中心的交互式学习环境。韩国于2015年提出智能教育推进战略，核心是数字教科书的普及推广，期望通过教材的彻底革新来带动整个教育体系的升级改造。国际上的智慧教育学术研究主要以韩国学者为主，韩国学者主要从智慧教育的内涵、智慧教育系统的研发、智慧学习模型等角度进行了研究。 与之相比，我国的智慧教育则刚刚起步，国内一些IT企业（如IBM、方正、华为等）纷纷提出了智慧教育解决方案，学术层面的研究多处于探索阶段：祝智庭、尹恩德、金江军等学者分别从不同视角出发对智慧教育的内涵进行了阐释；杨现民等对智慧教育体系架构与关键支撑技术进行了研究；葛虹、张光明等人对区域智慧教育云构建的方法、技术与策略进行了研究；张进宝等人提出了智慧教育云架构；王旭东针对智慧教育构建了一种以计算资源公用设施化为基础的云存储系统。此外，智慧教育环境的建设也是国内研究者关注的重点。不少学者分别对智慧校园和智慧教室的概念、特征、系统构建、技术方案等进行了研究。 2、基于私有云的教育资源云架构设计 云计算技术是智慧教育的关键支撑技术。云计算部署可分为公共云、私有云和混合云。以网络防火墙分开，位于校园网防火墙内部的是私有云，防火墙外部的是公共云。由于是为学校单独使用而构建，因而可以有效控制私有云中数据安全、数据质量。私有云架构如图2-1所示： 本文提出的私有云架构智慧教育系统，是将智慧学习平台部署于学校内部，该系统从纵向来看是属于职业教育公有云的一个组成，由公有云所有权单位对私有云单位进行数据汇总和系统运行监测，如图2-2；从横向看，又可以与其他院校（专业）按照一定规范，通过私有云提供的各种接口，与同一个地区或者不同地区的高校私有云资源进行整合，形成一朵更大的教育资源云，如图2-3所示，同时系统预留微信管理、资源交易接口，为移动学习和优质教育资源的在线交易共享提供解决方案。 3、系统设计 3.1 用户需求设计 根据需求分析，系统用户角色划分为：系统管理员、专业负责人、课程负责人、普通教师、学生、社会学习者，各角色主要功能职责如表3-1所示： 3.2 功能模块设计 系统按照超级管理员、专业负责人、教师、课程负责人、学生/社会学习者划分各自功能模块，实现基于移动端和PC端等智能终端的智能导学：在线学习、在线课程讨论、在线作业考试、微社区、兴趣小组、资源下载、在线培训、论坛留言等功能；针对任课教师的智能辅教：师生交流答疑、作业考试管理、教学资源管理等；针对课程负责人的课程申请编辑、课程团队管理；针对专业负责人的专业课程管理、专业教师管理和资源库管理；超级管理员的用户管理、资源审核、统计分析等功能。系统功能框架如图3-1所示。 具体来说，以教师为例，后台主要功能模块有： 用户通用功能：用户功能菜单、个人中心、个人资料、日程安排； 课程中心：专业课程的新建，课程基本信息、课程内容、成绩、公告的添加设定和管理，新课程的审核； 课程学员：可对课程学员进行批量添、审核、分配课程班级等操作； 考试管理：考试试卷的新建和制作，考试的发布，已完成试卷的批改； 作业管理：作业的新建和制作，作业的发布，已完成作业的批改； 微课中心：微课的新建，基本信息和内容的编辑，新微课的审核； 培训课程：培训课程的新建，基本信息和内容的编辑，新课程的审核； 资源库管理：对资源库进行管理，资源上传、审核的设定;素材管理：素材的上传，管理以及审核； 题库管理：可新建或查看所有专业题目，可对题目经行编辑和删除操作； 使用说明：使用帮助文件； 在线更新； 意见反馈。 3.3 数据库设计 系统设计了用户（ u s e r ） 、课程（ c o u r s e ） 、素材（resource）等共124个表，使用Navicat Premium进行数据库管理（图3-2），以课程（course）为例，表创建过程如下（部分代码）： CREATE TABLE course ( id int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENTCOMMENT acute;主键acute;, type int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT acute;0acute; COMMENTacute;1微课 2培训 3课程acute;, poolid int(10) NOT NULL DEFAULT acute;2acute; COMMENT acute;资源库类型acute;, specialid int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT acute;0acute;COMMENT acute;专业idacute;, courseid int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT acute;0acute;COMMENT acute;课程id,用于微课和模块acute;, treeid int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT acute;0acute; COMMENTacute;知识点id,用于微课和模块acute;, userid int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT acute;0acute;COMMENT acute;创建人idacute;, code varchar(50) DEFAULT acute;acute; COMMENT acute;课程代码acute;, price double NOT NULL DEFAULT acute;0acute; COMMENT acute;价格acute;, . ) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULTCHARSET=utf8 COMMENT=acute;课程信息acute; 3.4 系统开发 系统开发选用php脚本语言，PHP语言吸收了C语言、Java和Perl的特点，使用广泛，它可以比CGI或者Perl更快速地执行动态网页；PHP还可以执行编译后代码，编译可以达到加密和优化代码运行，使代码运行更快；PHP也支持几乎所有流行的数据库以及操作系统，且可以用C、C+进行程序的扩展。 开发选用Yii应用程序开发框架。Yii是一个高性能的PHP5的web应用程序开发框架，通过一个简单的命令行工具yiic可以快速创建一个web应用程序的代码框架，开发者可以在生成的代码框架基础上添加业务逻辑，以快速完成应用程序的开发。 以下是选课模块的部分代码： /申请选课 public function actionXuanke() $result = array(); $courseid = $_POST“courseid”; . $addtime = date(“Y-m-d H:i:s”); $course_learner = new Course_learner(); $course_learner-courseid = $courseid; $course_learner-userid = $this-userobj-id; $course_learner-coursetype = $course-type; $course_learner-addtime = $addtime; $course_learner-specialid = $course-specialid; $tmp=$course_learner-save(); if(!empty($tmp) $result“rescode” = “success”; $result“errmsg” = “选课申请已提交,等待审核！”; echo json_encode($result); die(); 系统预留微信管理的接口，能够实现与学校、专业、课程、教师微信公众号的绑定，继而通过系统后台实现对微信公众号关注者的回复、图文信息的编辑与推送等功能。绑定微信公众号的部分代码如下： /微信绑定及事件处理 public function actionIndex() /开发者后台绑定处理 $userId = isset($_SERVERacute;QUERY_STRINGacute;) ? intval($_SERVERacute;QUERY_STRINGacute;) : 0; if (!$userId) exit; $this-_userId = $userId; $wxConfig = wxConfig:model()-find(acute;userId=acute;.$userId); if (empty($wxConfig) exit; $token=md5($userId); /var_dump($wxConfig); . /接收微信公众账号信息 $postString = $GLOBALSacute;HTTP_RAW_POST_DATAacute;为实现本地私有云节点与其他私有云及上级公有云之间的数据共享，预留数据同步接口，部分代码如下： class CloudclientController extends CController private $serialkey = “; /授权序列号 private $cloud_server; /云服务器 private $poolid = 1; ./同步资源库数据，已推送的 public function actionSyncdatabase3() header(“content-type: text/html; charset=utf-8”); $resourceid = $_POST“resourceid”; if(empty($resourceid) | is_numeric($resourceid)=false) echo acute;successacute; die(); 系统预留针对资源、课程的交易购买接口，允许社会学习者充值、购买课程资源进行在线学习，充值模块的部分代码如下:/充值 public function actionIndex() header(“content-type: text/html; charset=utf-8”); $this-menucenterid = 122; $hasaccess = AccessControl:hasMenuAccess($this-leftmenuid, $this-menucenterid); if($hasaccess=0) echo acute;无权访问acute; die(); $banks = Buy_bank:model()-findAll(); include($this-viewpath . “/index.php”); 4、系统实现 4.1 私有云服务器环境部署 硬件方面，选用DellR710作为私有云主服务器，R730为备用服务器，以应对大流量访问。R710配置为IntelE5504 XeonCPU2.13GHz，4GB Memory，500GB硬盘；R730为：Intel至强1.6GHz，8Gb内存，1.2TB硬盘，两服务器均预装WINDOWSSERVER2008系统。 将两台服务器部署于学校主机房，置于校园网内网环境，与外网通过防火墙物理隔绝，确保服务器与数据的安全；同时，采用运维安全管理系统进行远程管理（图4-1），预留接口，方便与其他高校的“私有云”进行整合连接。 由于程序采用php脚本语言进行开发，因此需要在WINDOWSSERVER2008 R2下配置Apache+Mysql+PHP环境：首先安装微软的vc+runtime程序包，确保后续安装程序能正常运行；下载apache2.2.22.rar、php5.3.17.rar、mysql-5.5.20-winx64.msi，依次安装并测试成功。 4.2 智慧教育系统的安装 智慧教育系统私有云服务器端程序开发好之后，通过logbase运维安全管理系统在服务器上远程安装hicourse_new_V2.0.151019程序包，使用Apache服务器和MySQL数据库，在服务器管理中启动Apache-HicourseNew服务器服务和MySQL服务，如图4-2所示，在浏览器中输入，出现首页，证明安装成功（图4-3），之后可以进行用户注册及课程建设、资源上传等初始化工作。 5、总结与展望 智慧教育系统成功部署后，可基于该系统展开翻转课堂、慕课、混合式学习等新型教学模式的试验，为课堂教学改革创新的实施创造条件。 系统首先在学校校园网内进行测试使用，测试期间以内网地址（41）进行访问，测试期结束，可以向学校申请正式的二级域名通过外网进行访问，使之成为教育资源云的一个节点。下一步将持续更新系统，逐步实现微信管理、交易管理和私有云数据共享接口的开放。 参考文献： 1 IBM Cloud Computing in EducationEB/OL. http:/www.ankabut.ae/cms/tinymce/plugins/imagemanager/files/pdffiles/cloudoct11/Andrew_Rindos_III.pdf. 2 Mohammed Al-Zoube,Samir Abou El-Seoud,Mudasser F. 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