整合Web2.0与云计算的面向服务E—learning系统架构研究

摘

要：采用面向服务的架构方法设计E-learning系统，是为了实现资源和系统功能模块之间的互操作性。Web2.0网络技术和云计算技术的发展为构建更加完善的面向服务的E-learning系统提供了机会。一方面，Web2.0可以增强面向服务E-learning系统的协作与共享功能；另一方面，云计算作为面向服务的架构（SOA）的一种架构实践，可以为面向服务的E-learning系统功能的实现提供有效的技术支撑。通过整合Web2.0与云计算，研究新的技术环境下面向服务的E-learning系统架构，以期完善E-learning系统，最终实现有效学习。

关键词：Web2.0；云计算；SOA；E-learning系统

中图分类号：G434 文献标志码：A

文章编号：1673-8454（2012）23-0058-04

一、引言

面向服务的E-learning系统是在以Blackboard、Moodle、Sakai等为代表的第二代E-learning系统基础上发展起来的新一代E-learning系统[1]。它的出现主要是为了克服以模块化设计为主的第二代E-learning系统的缺陷。一方面，第二代E-learning系统并非完全意义上的学习者中心，与其对学习者的关注相比，它更多的关注学习管理；另一方面，这类系统资源和系统功能模块的共享性、互操作性很弱。

面向服务的系统架构方法因其具有灵活、松耦合、支持异构平台互操作等特点，近几年越来越多的受到E-learning研究者的青睐[2]。E-learning研究者们纷纷研究面向服务的E-learning系统架构问题，以期实现资源和系统功能模块间的互操作。然而，Web2.0及云计算的发展，为面向服务的E-learning系统架构提供了强大的技术支持。因此，在整合Web2.0与云计算的基础上研究面向服务的E-learning系统架构对完善E-learning系统，实现有效的在线学习具有重要的理论与实践意义。

二、面向服务的E-learning系统

1.基于Web2.0的面向服务E-learning系统

Web2.0是相对于Web1.0的新型互联网应用的统称[3]。Web1.0到Web2.0的转变，具体地说，从范式上，是从读向写、信息共创的改变；从基本结构上说，则是由网页向发表或展示工具演变；从工具上，是由互联网浏览器向各类浏览器、RSS阅读器等内容发展；从运行机制上，则是自Client　Server向Web　Services的转变[4]。Web2.0的核心理念是协作与共享，用户自主产生内容、彼此分享、去中心化。其核心技术包括AJAX、JavaScript、XSLT/XML、XHTML、CSS、Document　Object　Model、XML-RPC、REST等。这些技术实现了Wiki、Blog、Flickr、Facebook、微博、IM、RSS等Web2.0应用，促进了订阅、存取、推广、内容编辑、信息共享等活动。

面向服务的架构方法具有灵活、松耦合、支持异构平台互操作等特点，而Web2.0的核心理念是协作共享，这两种思想相辅相成。基于Web2.0的面向服务E-learning系统具有很多优势：

（１）激发学生的积极性。在Ｗｅｂ２.０应用中，学生的角色和师生关系都发生了变化，学生与教师不再仅仅是接受与传授的关系，而是交流互动、携手共建资源的新型关系。所有用户既是信息的使用者，又是信息的者、加工者。研究发现，各种各样的讨论区、论坛可以激发学生的积极性，激起学生展示自己的想法[5]。有趣的是内向的学生在讨论区、论坛中表现得很外向，有语言障碍的学生也非常活跃。

（2）协作与共享。Web2.0的核心理念是协作与共享。与个人任务相比，参与并完成小组项目可以使学生学习到更多的东西。在此过程中，教师和学生可以利用丰富的Web2.0工具进行交流与协作，这种交流协作形式是多样的，可以是个人对个人、个人对小组、小组对个人、小组对小组等。通过多样性的交互，师生、生生之间可以相互共享资源、分享经验，达到教学相长的效果。

（３）减少内容抄袭现象。在基于Web2.0的面向服务E-learning系统中提供了丰富的应用，如论坛、Wiki、博客等。绝大部分的学习活动是通过这些Web2.0应用开展的。而每个学生的各项活动和所做贡献的质量都是完全透明的，教师和其他学生可以即时做出评价，这种情况下明显减少了学生的抄袭现象。

尽管基于Web2.0的面向服务E-learning系统有很多优点，但在实际运用中也出现了一些问题。最棘手的问题是这种系统是基于客户机-服务器模式的，当大量并发用户请求同一服务时，可能导致系统崩溃。这为有严格截止日期的活动和频繁开展的活动带来了很大不便。

2.基于云计算的面向服务E-learning系统

云计算（Cloud　Computing）是一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态、易扩展且虚拟化的资源，这些共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备[6]。用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接对基础设施进行控制。云计算的这种理念需要多种技术的支持，如网格计算（Grid　Computing）、分布式计算（Distributed　Computing）、并行计算（Parallel　Computing）、虚拟化（Virtualization）、网络存储（Network　Storage　Technologies）、Web2.0等计算机技术和互联网技术。根据云计算所提供服务的类型不同，可将其分为三个层次：SaaS、PaaS和IaaS。SaaS（Software　as　a　Service），软件即服务，指用户通过互联网使用云中提供的各种软件，无需自己购买、升级软件。通过这种模式，一方面有助于IT资源有限的组织及时配置和维护所需的软件；同时可以减少能耗和费用。越来越多的学术机构正在转向使用SaaS作为他们的桌面应用程序[7]。PaaS（Platform　as　a　Service），平台即服务，通过提供计算平台或解决方案作为一种服务，往往要消耗云基础设施，并对云应用程序提供支持。它有利于开发和部署应用程序，而无需考虑购买和管理底层基础设施及相关软件的成本和复杂性。IaaS（Infrastructure　as　a　Service），基础设施即服务，是基于虚拟硬件资源的云服务，用户通过互联网络来获得虚拟主机服务、存储空间服务、带宽服务等各种形式的硬件资源服务。

对于SOA与云计算之间的关系，一些专家学者认为云计算是SOA的一种实现[8]。SOA是一种架构模式，而云计算是一种架构实践[9]。他们认为SOA是构建应用程序的一种架构风格，是松耦合、允许合成的。因此，可以利用云计算技术架构符合SOA模式的系统。这种系统可以弥补以往面向服务系统的一些不足，实现以下功能：（1）资源服务和软件服务的按需设计。用户可以按需调用资源、选择和使用软件。（2）服务的扩展性。这种系统可以根据需求进行扩展，保证在IT基础架构发生改变时，想用的服务也能适应性的发生改变[10]。

云计算摒弃了运行时需要增加容量或提高性能的要求；降低了用户的IT成本和复杂性；同时改善了服务交付；通过集中存储、处理和带宽实现了更有效的计算。它使用户无需大量购买基础设施，培训新的员工，购买软件或新的软件许可。云计算因其动态可扩展性和通过互联网提供虚拟化的资源服务特性成为许多组织机构青睐的技术。技术的进步为促进教和学提供了新的机遇，因此，云计算对面向服务的E-learning系统有重要的影响。

云计算对面向服务的E-learning系统的支持功能主要有以下几个方面：

（1）提供有质量保障的基础设施服务，例如，时间、成本、可靠性以及CPU、带宽、内存大小等硬件性能[11]。

（2）为不同类型的应用程序提供支持，以实现方便、快捷的获取所需的计算和存储资源。同时提供实时的配置信息和资源利用信息，并根据需求分配资源，提高资源利用率。

（3）让学生可以在家、图书馆、教室等多样化的场所从云中查找他们的文件并进行编辑。这种基于浏览器的应用程序也可以通过手机、笔记本电脑、台式电脑等多种设备访问。

（4）允许学生通过浏览器创建内容，而不仅仅是搜索。这使得学生可以获得更加丰富多样的学习体验。

（5）当学生的需求改变时，云计算允许对E-learning系统进行动态扩展，以满足学生的需要。

三、整合Web2.0与云计算的面向服务E-learning系统架构

技术的进步为实现更加完善的面向服务的E-learning系统提供了新的机遇。云计算和Web2.0这两种典型的技术就对面向服务的E-learning系统开发、管理与应用产生了重大影响。如前所述，面向服务的E-learning系统需要整合多种多样的服务和内容类型，增强自身的可扩展性，同时能够提供根据学生需求和关注点改变而灵活的调整和自适应的学习环境。在面向服务的E-learning系统中引入云计算和Web2.0有利于更好的解决上述问题。在具体的E-learning系统架构中采用面向服务的架构模式，以云计算技术实现这种架构模式，并在其中整合Web2.0技术、服务、应用与活动等，最终实现为E-learning系统需求提供服务。整合Web2.0与云计算的面向服务E-learning系统架构由五个主要层次组成，由下至上依次为基础设施层、IaaS层、平台及软件服务层、系统需求层和应用层，如图1所示。

1.基础设施层

基础设施层是整个面向服务E-learning系统的最底层。该层向其上层提供实实在在的物理机、存储器、通信线路等物理意义上的资源，并对其中那些资源可以被共享做出定义[12]。基础设施层提供的共享资源主要包括计算资源、存储资源、网络资源、数据资源和仪器设备等。

2.IaaS层

IaaS层的主要功能是进行资源的虚拟化管理并向终端用户提供基础设施作为服务。利用虚拟化技术，将基础设施层提供的资源进行虚拟化，如服务器虚拟化、存储虚拟化等，来提高IT资源的利用率；通过虚拟化技术中基础设施的共享特性来提高系统的稳定性和可靠性[13]。IaaS实现了集中资源配置管理，可以提供最实时、最准确的配置信息和运行状态信息，以实现高效管理。不仅如此，该层还为面向服务的E-learning系统的动态扩展提供了支持。

3.平台及软件服务层

平台及软件服务层的是面向服务的E-learning系统架构的核心层。该层的主要功能是向终端用户提供软件或平台作为服务。对学校或教育机构而言，可以利用Google协作平台这类SaaS应用直接搭建自己的E-learning系统；也可以利用Google　App　Engine这类PaaS应用开发设计个性化的E-learning系统。然而，Web2.0对SaaS和PaaS这两种服务模式都有很好的支持功能，因此，不管选用何种方式构建面向服务的E-learning系统，都可以在其中融入Web2.0的思想，以增强系统的协作共享性，最终实现“学习者中心”的理念。在SaaS和PaaS这两种服务模式中引入Web2.0可以分为三个层次，Web2.0　技术、Web2.0服务与应用和基于Web2.0的活动。

（1）Web2.0　技术

这一层主要是提供了AJAX、JavaScript、XSLT/XML、XHTML、CSS、Document　Object　Model、XML-RPC、REST等Web2.0　技术。有了这些技术的支持，可以使Web2.0服务与应用程序更加实用和方便。因为这些技术允许用户进行创建、分享、协作与交流等活动；提高了系统的性能；并且使用户界面更具吸引力。

（2）Web2.0服务与应用

第二层主要由基于Web2.0　技术层的Web2.0　服务和应用程序组成。它们已经在教育中获得了一定范围的应用。这些应用包括博客、播客、微博、Wiki、社会化书签，社会性标签、媒体共享工具、社会网络等等。这些本身并不是技术，而是利用技术和支撑互联网的开放标准构建的服务。学校或教育机构可以利用这些应用与教师、学习者或者更加广泛的学术团体进行交流和互动。

（3）基于Web2.0的活动

第三层主要是基于Web2.0服务与应用程序所设计的具体活动。这些基于Web2.0的活动包括内容协同编辑、交流讨论，资源共享，信息呈现等。一方面，教师可以通过设计具体的基于Web2.0的活动使学习者积极参与到学习活动中，由被动学习转为主动学习与创新，使教学目标得到更好的实现；另一方面，学习者通过积极主动地参与活动，不仅可以使自己真正成为学习的主体，更好的接收学习信息，还可以通过交流讨论、写博客等活动进行自我反思，将隐性知识显性化。

4.系统需求层

系统需求层是连接平台及软件服务层与应用层的桥梁层。这一层的主要任务是将应用层不同用户的不同需求反映给平台及软件服务层，使其能够根据不同的需求向用户提供不同的服务。不同用户对E-learning系统的需求不同，如利用技术完善系统的需求、管理系统的需求以及通过E-learning系统进行学习的需求等。

5.应用层

应用层是面向服务E-learning系统架构的最高层。具体的应用者可以是学校、教育组织或机构、课程开发者、教师或学生。由于云计算所提供的平台及软件服务都是基于浏览器的，因此，用户无需在本地安装各种服务，无需考虑终端设备的性能及兼容性，既可以通过台式电脑、笔记本电脑获得所需服务，也可以通过PDA、移动手机等移动设备随时随地的使用各种服务。

四、整合Web2.0与云计算的面向服务E-learning系统的特征

1.跨平台终端支持

基于云计算技术构建的面向服务E-learning系统，无需在本地安装任何软件，只要拥有一个能够接入Internet的终端设备，就可以随时随地访问E-learning系统。云计算服务器提供多种设备的访问接口，保存用户的访问信息，调用计算能力和存储资源，处理用户定制需求，及时的反馈结果到用户提供的任意终端设备[14]。这降低了对终端设备性能的要求，教师和学生不会再被困在电脑前，而是可以通过PDA、智能手机等设备随时随地管理课程或交流学习。

2.更加丰富的用户交互支持

整合的E-learning系统中内嵌了多种Web2.0应用及活动，并且这些应用和活动都是基于云计算技术的。教师和学生可以随时随地通过多种终端设备参与到各种活动中，如共同完成Wiki任务或多人协作完成一份数字小报的排版与编辑。这使得教师及学生的协作交流更加顺畅，减小了硬件条件对师生间协作、交互及共享的限制。

3.网络服务的扩展性

随着E-learning活动的不断展开，最初构建的E-learning系统可能不再满足教师和学生的所有需求。整合Web2.0与云计算的面向服务E-learning系统具有很好的动态可扩展性，可以根据新的需求进行扩展。用户可以通过订购新的服务的方式完善E-learning系统；还可以在PaaS平台上开发和部署满足自己需要的服务。更重要的是，新的服务和技术能够与原有的E-learning系统无缝连接。

五、结束语

尽管许多专家学者们一直致力于研究SOA、云计算和Web2.0，但是对于它们之间存在怎样的关系？能否进行融合？如何整合？等问题，一直没有达成统一的看法，众说纷纭[15]。本文通过对SOA、云计算和Web2.0功能及特点的研究，尝试了基于SOA模式整合云计算与Web2.0，构建整合Web2.0与云计算的面向服务E-learning系统，以期为E-learning系统的进一步完善提供借鉴。技术在不断进步，我们的研究也还处于初级阶段，我们会继续探索云计算与Web2.0技术对E-learning系统的支持功能，不断完善E-learning系统，最终实现有效学习。

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