云计算环境下教学资源预约服务模式研究

摘要：随着教育云的发展，云教学资源被越来越多地运用到课堂教学中。针对教学活动高峰期访问云资源服务器下载教学资源产生拥堵，而非高峰时段带宽大量闲置的问题，本文提出了基于用户需求的云教学资源预约模式，并对预约服务模式的构建，以及该模式中预约任务单、资源反馈单、资源的热度值、资源冷却函数等核心内容的设计进行了具体阐述。

关键词：云教学资源；云教学资源预约服务模式；任务单；资源热度

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）06-0068-04

概述

当下，云计算技术已被应用到了教育领域，互联网对教育资源的存储和利用有了更加充分的诠释和支持。本文就是在云计算环境下展开的对云教学资源应用方案的思考和探索。

基于云资源开展教学工作的教师主要是通过在云平台上传和下载教学资源的方式，来灵活、实时地应用教学资源，但云平台常出现高峰期访问云资源服务器下载教学资源产生拥堵，而非高峰时段带宽大量闲置的问题。鉴于此，本文提出了一种云资源预约服务模式，它能够使用户在使用资源前便完成对所需资源的订制和预约，使资源在被使用前利用空闲的带宽提前缓存到本地服务器上，以便用户更有效地获取和使用资源。

教育云服务

教育云服务是指利用虚拟化、负载均衡、分布式存储等技术深度集成整合各种资源、平台和应用的云计算平台，它以租用或免费的服务形式，满足教育用户通过各种信息终端完成教学、学习、科研、管理、社会交往等方面的需求，实现教育信息、获取教学资源、开展教学互动、统计教育信息与数据、形成科学决策、实施教育评价、开展协同科研等系列活动。

教学资源指在整个教学过程中，为达到一定的教学目标、实现一定的教学功能而使用的各种资源。教学资源包括各种学习资料、媒体设备、教学环境、人力资源等，是教学系统中一切物化资源和非物化资源的总和。[1]按照《教育资源建设技术规范》[2]的界定，网络教学资源主要包括各类网络媒体素材、网络题库、试卷、网络课件、网络课程、教学案例、常见问题解答、资源目录索引、文献资料等。

教育云中的教学资源被称作云教学资源，它是通过云计算平台进行部署的数字化教学资源。目前，云教学资源的应用仍然受限于形式相对单一、使用方法不够灵活、极易被带宽等客观因素。因此，路鹏等在《基于“云+”模式的数字化校园公共服务平台设计》中宏观地提出了一种采用核心平台与平台结合的教育云服务架构。[3]在其设计的数字化校园公共服务平台中，核心平台提供统一、标准化、可共享的云服务，而平台通过与核心平台的数据交换提供个性化、需要实时运行的应用服务。这样不仅能在一定程度上减轻云平台主服务器的访问压力，还能使服务器在网络状况不太理想的情况下继续运行必要的应用服务。本文是在其研究成果的基础上，结合云教学资源的应用规律，对云计算环境下教学资源预约服务模式展开的研究，以便继续丰富和完善平台的作用。

云教学资源预约服务模式的构建

1.构建原则

（1）有预见性的资源优先预约

所谓预约，就是要预先约定使用时间和内容。考虑到自己可能在何时何地需要何种资源，用户可以进行预约，所以对资源的预见性是预约的前提。

（2）传输避开高峰时间段

预约的目的是方便用户对云平台的资源进行获取和使用，所以在资源的获取渠道和时间上应注重灵活性，在设计上应考虑到学校教学活动呈现出的规律。例如，学生上下课的时间是固定的，这就有明显的教学活动高峰时段，所以在构建预约模式时，资源的传输应遵循避开高峰时间段的原则，充分利用学校下课、放学等带宽压力较小的时间进行传输，以避免出现大量用户同时集中访问云服务器的情况，分散云服务器的访问压力。

（3）内网优先应用

校园网属于教育城域网的一部分，本文简称为韧。教育城域网是通过宽带骨干网连接教育局内部网和校园网的传输网络，其建设目的是要构建一个学校、县（区）教育局、市教育局三级教育信息网络系统，形成辐射全市各县（区）所有中小学、幼儿园、职业技术学校、各类成人教育培训机构的网络。教育城域网是面向社会开放的，具有现代远程教学功能、教育信息资源共享功能以及教育教学管理信息交换功能，能实现实时视频信息传输的高带宽的教育信息化网络系统，内网传输的速率明显高于外部网络，所以在构建预约模式时应考虑内网优先的原则，充分利用教育城域网内传输速率高的优势，使用户在需要时能快速获取资源。

2.构成要素分析

教学资源指在整个教学过程中使用的各种资源。从云教学资源的应用过程来分析，预约服务应该包括预约人、预约资源、预约服务器、云资源存储服务器、本地存储服务器、约束条件等要素。

预约人，即需要使用资源的教育工作者，也就是预约服务的主体，产生预约需求的一方。预约人主要是对资源进行检索、下载和使用。

预约资源是预约服务的客体，属于被预约方。教学计划指导教学资源的应用，所以教学资源是有章可循的。每一门课都有其教学计划，粗略地看，课本上的目录便是一个简单的教学计划，而教师也是根据教学大纲的规定实施教学，因此资源的使用是有范围、有先后顺序的，同时也是有时效性的，这使得资源能在整个预约过程中体现出一个完整的生命周期，包括制订教学计划产生资源使用需求、通过检索选择相应资源、资源预约任务单制定下载计划、使用已预先下载的资源、清理已使用的本地资源等。预约资源生命周期如图1所示。

预约服务器是预约服务的主要操作者，是连通用户、云存储端和本地存储端三方的桥梁，负责获取预约者的请求并提供解决方案，其职能贯穿整个生命周期。

云资源存储服务器是资源的云存储端，它物理分散，逻辑集中，其存储位置对于用户来说是透明的。

本地存储服务器可以理解为学校的本地服务器，其特点是存储空间相对较小，但与校园网内各终端间传输较快。

约束条件是对预约行为的一系列限制要求，可分为主观约束条件和客观约束条件。

预约者对所需求的资源有其预期的使用或获取时间，可视为主观约束条件，即该资源有可能是当下急需的，也有可能在时间容忍度上是可以接受的。所以预约者的需求主要由目标资源和急需程度两部分组成。根据带宽空闲时间的规律，我们大致可将需求程度分为加急（马上就要）、急（2～4小时后需要）、不太急（1或2天后需要）和不急（10天后需要）四个等级。

预约的客观约束条件主要包括带宽压力和资源大小两方面。对需求程度的划分是出于对带宽压力的分析。学校一天内上课的时间约为6小时，这6小时是教学资源使用的高峰期，同时也是需求的高峰期，每节课之间有10～15分钟课间休息时间，中午有1小时左右的午休时间，这是带宽压力较小的碎片时间，每天下班后到第二天上班前，是带宽基本处于空闲的大范围闲置期。第二天上班，网络又进入活跃和忙碌的状态，如此循环。在周末和节假日，学校对云服务器的访问更是大片空白，如何有效地利用这些特点便是预约的关键。

3.模式结构

根据服务模式的构建原则和构成要素，预约服务模式结构可分为三层，即应用层、管理层和资源层。具体内容如图2所示。

应用层主要指用户应用界面，即为资源预约人提供交互服务。

管理层即预约服务器层，可提供资源检索服务、预约下载服务和资源管理服务三类服务。

（1）资源检索服务可为用户呈现资源检索结果，同时推送其他相关资源供用户参考，用户可以对检索结果进行有选择的预约。

（2）预约下载服务，即受理用户的预约下载请求，结合主观和客观的约束条件制订相应的下载方案，并在合理的时间内用合理的方式传送资源。

（3）资源管理服务，即通过对用户行为和反馈意见的分析，梳理、丰富和完善资源的特征，同时管理已下载到本地的资源，包括延长资源被清除的周期或及时清理过期资源，完成预约服务生命周期的最后一个环节，确保本地存储空间不被冗余的资源过度占用。

资源层即数据层，包括本地存储和云端存储的资源。

资源预约服务模式的工作流程可描述如下：首先用户向资源检索服务提出检索请求，然后资源检索服务根据用户提供的关键词访问云服务器端的资源特征库寻找相应特征，并在云资源库中匹配相应资源，连同推荐资源一同呈现给用户，最后用户选取要下载的资源后向预约下载服务提交下载指令，预约下载服务制订下载方案。如果本地已有所需资源，在用户急需的情况下，可以直接返回资源下载地址，在用户不急需的情况下，可以更新资源的删除周期，确保资源在用户预期使用期限前不被清除。如果本地没有所需资源，在用户急需的情况下，可以直接返回云资源存储服务器中相应资源的下载地址，在用户不急需的情况下，可以根据用户要求、网络带宽情况等约束条件制订合理的下载方案，并在相应的时间段向云资源存储服务器传达传输指令，将所需资源预存到本地存储服务器。

云资源服务模式中的核心内容设计

从云资源预约服务模式的工作流程中可以看出，预约人在启动预约工作时，需要阐述清楚具体任务及针对该任务的各种约束条件。下面将对云资源预约服务模式中的资源预约任务单、资源反馈单、资源的热度值和资源冷却函数进行详细设计。

1.预约任务单的设计

预约任务单就是预约任务的清单。为了方便预约下载模块对预约任务的受理，预约服务器会将资源信息、用户信息以及主观约束条件以任务单的形式提交给预约下载服务，然后预约下载服务结合任务单与实际网络状况制订下载方案。

资源信息包括资源名称、资源标签（学科、课名、媒体类型、热度、评分、下载量、用户评价等）、资源所对应的教学设计环节（教学目标分析、情境创设、信息资源设计、自主学习设计、协作学习环境设计、学习效果评价设计、强化练习设计等）。[4]

用户信息包括用户姓名、用户所在学校、用户任教学科、年级等。

下载要求（主观约束条件）：预计使用日期、使用天数等。

预约任务单可与资源检索服务结合，以网页的形式呈现给用户，由用户自主填写。

2.资源反馈单的设计

资源反馈单主要用于收集用户对资源使用情况的反馈意见，以便整理和更新资源特征，方便用户对资源的选择及对相关资源的推荐。

资源反馈包括对资源的使用评分，用户可以在使用资源后以分数的形式对资源做出量化评价，评价主要包括操作性、美观、资源所对应的教学设计环节、综合评分等。同时，用户对资源的反馈还包括对该资源所应用课堂形式的建议。

反馈单在相应资源的预期使用日期后，以问卷页面的形式向用户呈现，由用户自主填写。

3.Y源的热度值设计

资源的热度值（H）是资源受欢迎程度的直观呈现，也是资源在使用后从本地被清理时的重要依据。当资源长期无人下载或评分过低时，热度会逐渐降低；反之，当资源在短期内被多次下载或评分较高时，热度则逐渐上升。热度值的科学确定可以通过数据挖掘结合热度衰减拟合曲线的分析进行。

4.资源冷却函数的设计

资源冷却函数是资源热度值进行衰减的依据。因为资源在其时效性过期后被利用的可能性将大大降低，如果仍然存在于本地存储服务器中将会占用太多存储空间，妨碍其他资源的预存。但考虑到资源在被预约者使用后短期内可能还会被其他预约者使用，在一位预约者使用完后立即清理本地存储是不科学的，我们将资源的热度值通过冷却函数转化为冷却值Hcold，资源带着热度值标签H被预存到本地存储服务器且暂时保持冷却值Hcold不变，当资源被使用后或超出预计使用日期后，冷却值Hcold开始逐渐衰减，当冷却值衰减为0时，资源将被清除。如果资源尚未冷却为0，又有对该资源的预约需求时，则重置该资源的冷却值和冷却函数。

资源在本地存储服务器中的存活天数可通过热度和冷却函数拟合一条衰减曲线来表示，之所以不采用线性表示，是因为同学科的同类资源在教学计划中的使用日期通常较为接近，而不同班级或不同学校对同一课程开展教学活动的时间往往前后相距几日，因此本地资源在存活时间的前几日和后几日中的等待价值是不同的。

参考文献：

[1]项国雄，魏丹丹.教育技术的资源观――对教育技术资源内涵的重新审视[J].中国电化教育，2005，216（1）.

[2]教育部教育资源建设技术规范[EB/OL].[2016-9-11].http：///biaozhun/ShowSoftDown.asp？UrlID=26&SoftID=534187.

[3]路鹏，周东岱，钟绍春，等.基于“云+”模式的数字化校园公共服务平台设计[J].电化教育研究，2012（10）：64-68+73.

[4]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报：社会科学版，1997（05）：74-81.