摘 ?要： 在云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的推動下，高校面向?qū)W生的實(shí)踐教學(xué)得到顯著發(fā)展。與此同時，高校青年教師培訓(xùn)仍以傳統(tǒng)授課模式為主，重理論、輕實(shí)踐，青年教師參與功利性日漸明顯。針對這一現(xiàn)狀，提出了基于云計(jì)算的高校青年教師學(xué)習(xí)私有云平臺，創(chuàng)立了一種O2O青年教師培養(yǎng)體系。實(shí)踐表明，該平臺能有效提升青年教師教學(xué)技能水平。

關(guān)鍵詞： 云計(jì)算;O2O;私有云;教師教育;青年教師學(xué)習(xí)系統(tǒng)

中圖分類號： TP393 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.12.011

本文著錄格式：杜坤. 基于云計(jì)算的高校青年教師O2O學(xué)習(xí)私有云平臺構(gòu)建[J]. 軟件，2019，40（12）：4650

Construction of O2O University New Faculty Development

System Based on Private Cloud Platform

DU Kun

（College of Education Science and Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing 210023， China）

【Abstract】： Promoted by cloud computing， mobile internet and virtual reality technology， the practical teaching for students has significantly developed in colleges and universities. Meanwhile， it is still adopting the traditional teaching mode in the new faculty training for the young teachers， for example overstressing theory but neglecting skill and so on. To address the problem， this paper proposes O2O new faculty development system for the young teachers based on the private cloud platform. The experiment shows that the new platform can improve the young teachers teaching skill effectively.

【Key words】： Cloud Computing; Online to offline; Private cloud platform; Teachers education; New faculty development System

0 ?引言

在知識經(jīng)濟(jì)主體地位凸顯的今天，創(chuàng)新能力培養(yǎng)在高等教育體系中扮演極為重要的角色。在此背景下，教育信息化作為創(chuàng)新能力的催化劑，越來越多地影響著高校教學(xué)環(huán)節(jié)的各個層面。隨著教育信息化的深入發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)由于其按需定制方案、個性差異化服務(wù)等特點(diǎn)被教育領(lǐng)域廣泛關(guān)注和積極應(yīng)用。

根據(jù)CNKI檢索可見，近年來云計(jì)算技術(shù)在高等教育領(lǐng)域的運(yùn)用多集中在計(jì)算密集的科研平臺、存儲海量的資源備份平臺、以及面向?qū)W生的在線教

學(xué)平臺三個方面，而針對“云計(jì)算+教師學(xué)習(xí)發(fā)展”的實(shí)踐研究鳳毛麟角[1-3]。以此為著眼點(diǎn)，本文基于云平臺框架，結(jié)合高校教師學(xué)習(xí)工作的特點(diǎn)，嘗試構(gòu)建一種適合高校教師，特別是青年教師的O2O（online to offline）學(xué)習(xí)發(fā)展體系[4]。通過實(shí)踐，這種實(shí)踐體系能夠積極高效地提升青年教師教學(xué)水平、促進(jìn)廣大教師教學(xué)模式多樣化生態(tài)的形成，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 ?私有云平臺框架

“云”的實(shí)質(zhì)就是網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)算技術(shù)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計(jì)算方式。云計(jì)算技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)連接的大量IT資源進(jìn)行更靈活、高效的統(tǒng)一部署，任務(wù)被分布在共享計(jì)算資源池中，并根據(jù)需要獲取如計(jì)算力、存儲空間、軟件等交互式應(yīng)用服務(wù)。用戶和應(yīng)用之間不受時空限制，用戶可以通過各種終端在任意位置登錄云端獲取服務(wù)[5-6]。云平臺的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ?云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

Fig.1 ?Cloud computing network topology

顯而易見，云計(jì)算并不是一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是一種新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用理念。其核心概念是以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供云端快速安全的計(jì)算和存儲服務(wù)。相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)具有以下多種特點(diǎn)[7-8]：1.虛擬化：物理平臺和應(yīng)用部署的環(huán)境在空間上么有任何聯(lián)系，用戶可以隨時隨地運(yùn)用任意設(shè)備登錄云端;2.動態(tài)可擴(kuò)展、按需服務(wù)：用戶可以根據(jù)需求部署云服務(wù)功能，提升計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)對已有業(yè)務(wù)以及新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展;3.高可靠性：單點(diǎn)服務(wù)器故障不會影響計(jì)算與應(yīng)用的正常運(yùn)行，可以通過虛擬化技術(shù)將分布在不同層面的應(yīng)用進(jìn)行恢復(fù)或利用動態(tài)擴(kuò)展功能部署至新的服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算;4.高靈活性、通用性：絕大多數(shù)IT資源，軟件、硬件都可以支持虛擬化，云系統(tǒng)資源池具有極強(qiáng)的兼容性。

從用戶使用角度，云平臺可以分為公有云、私有云和混合云三種[9]。公有云用戶通過互聯(lián)網(wǎng)從提供商處購買使用云端的計(jì)算和存儲服務(wù);私有云整體部署在區(qū)域防火墻內(nèi)部，資源服務(wù)也僅提供給區(qū)域內(nèi)部人員使用。從技術(shù)角度，云計(jì)算一般分為三個基本技術(shù)層面，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層（IAAS，infrastructure as a service），管理平臺層（PAAS，platform as a service）和軟件服務(wù)層（SAAS，software as a service）。理論上三種服務(wù)層面都可以被系統(tǒng)終端設(shè)備所訪問。實(shí)際中云計(jì)算技術(shù)層面架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 ?云計(jì)算技術(shù)層面架構(gòu)圖

Fig.2 ?Cloud computing technology

level architecture diagram

作為校園網(wǎng)教育云的典型應(yīng)用，高校教師學(xué)習(xí)平臺需要高速的網(wǎng)絡(luò)帶寬和強(qiáng)大的安全性保障。因此，利用私有云技術(shù)在校園網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建教師學(xué)習(xí)平臺，能夠有效利用私有云安全性強(qiáng)、高校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源豐富的特點(diǎn)，高質(zhì)量地獲取云服務(wù);與此同時，基于openstack[10]的開源解決方案，使用成本低廉，代碼工作量低，可擴(kuò)展性強(qiáng)，比較符合高校內(nèi)部云服務(wù)的需求。綜合以上，本文擬采用基于openstack的私有云計(jì)算架構(gòu)建造高校教師學(xué)習(xí)云平臺。

2 ?O2O教師學(xué)習(xí)平臺建設(shè)思路

信息科學(xué)的迅猛發(fā)展，教育信息化規(guī)模的蓬勃壯大，促使越來越多的新技術(shù)被運(yùn)用到高校教學(xué)實(shí)踐中來。然而國內(nèi)針對高校青年教師開展的培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，仍以入職首年利用節(jié)假日時段參加省市級聯(lián)合舉辦的教育學(xué)相關(guān)課程培訓(xùn)為主。筆者通過對江蘇省高校青年教師培訓(xùn)的調(diào)研，分析得到現(xiàn)有師資培訓(xùn)具有以下幾個劣勢：

2.1 ?青年教師缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)技能嚴(yán)重不足

近年來，高校擴(kuò)招使得高等教育實(shí)現(xiàn)從精英教育到大眾教育的轉(zhuǎn)變。大學(xué)生人數(shù)逐年增加，高校青年教師的招聘人數(shù)也不斷攀升。高校新入職專任教師多為國內(nèi)外高校的應(yīng)屆博士畢業(yè)生，高校招聘條件更多關(guān)注教師的科研能力，教學(xué)水平考查甚少。青年教師缺乏甚至毫無教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)技能嚴(yán)重不足;

2.2 ?青年教師培訓(xùn)參與度低，學(xué)習(xí)時間少

從學(xué)生到教師角色的轉(zhuǎn)變的不適應(yīng)，崗位職責(zé)帶來的壓力，繁雜的工作內(nèi)容賦予的責(zé)任，使得多數(shù)青年教師很難保證每次固定時段培訓(xùn)的出勤率，更遑論投入大量的時間和精力進(jìn)行相關(guān)知識學(xué)習(xí)，培訓(xùn)效果不容樂觀;

2.3 ?培訓(xùn)教材偏重傳統(tǒng)理論，與實(shí)際結(jié)合不緊密

教學(xué)是一項(xiàng)人與人交互的實(shí)踐活動，而傳統(tǒng)的師資培訓(xùn)內(nèi)容多以教育學(xué)、教育心理學(xué)等相關(guān)傳統(tǒng)理論為主，對于缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的青年教師而言，不能將理論與實(shí)際工作相結(jié)合，理論知識難以得到真正的消化和理解;

2.4 ?信息化教學(xué)方式涉及少，與當(dāng)前實(shí)際教學(xué)模式脫節(jié)

為了更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，當(dāng)下各高校大力發(fā)展各種信息化教學(xué)的普及工作，從慕課、微課，到云端智慧課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等等，不一而足。然而針對信息化教學(xué)應(yīng)該采用的教學(xué)方法和教學(xué)模式，在青年教師師資培訓(xùn)中很少涉及，不利于高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)師資隊(duì)伍的建設(shè)。

可以看出，針對以上問題只有利用工作之余的碎片時間，只有在培訓(xùn)過程中兼顧理論與實(shí)踐的結(jié)合，才能使青年教師真正從培訓(xùn)中汲取教學(xué)技能，達(dá)到豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提升教學(xué)水平的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，將理論知識相關(guān)MOOC視頻、教學(xué)實(shí)踐所需硬件、軟件資源放諸云端，絕大多數(shù)學(xué)習(xí)活動都在線上完成。這樣，不同青年教師可以根據(jù)自己的實(shí)際情況自行選擇學(xué)習(xí)方式和內(nèi)容，對于知識點(diǎn)的討論和互動也主要在線上進(jìn)行;培訓(xùn)教師在線下主要負(fù)責(zé)對青年教師學(xué)習(xí)內(nèi)容的布置和方法的引領(lǐng)，以及舉辦多樣的教學(xué)實(shí)踐活動，讓青年教師互為師生，為對方的試講進(jìn)行點(diǎn)評，共同提高等。線上線下相結(jié)合，線下成為線上學(xué)習(xí)的“實(shí)踐田”，最終創(chuàng)新融合，實(shí)現(xiàn)青年教師從入門到深化再到提高，逐步形成自己獨(dú)到教學(xué)方法的目的，整體學(xué)習(xí)模式如圖3所示。

圖3 ?O2O三段式學(xué)習(xí)模式圖

Fig.3 ?O2O three-stage learning mode diagram

具體而言，入門階段，offline培訓(xùn)老師對教師

職業(yè)基本標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行引導(dǎo)性的講解，完成把被培訓(xùn)者“領(lǐng)進(jìn)來”的任務(wù)。青年教師online自主靈活完成基礎(chǔ)性理論MOOC學(xué)習(xí)，和培訓(xùn)老師以及同學(xué)可以在線上進(jìn)行知識的非實(shí)時討論和交流，彼此促進(jìn)知識的理解;深化階段，online青年教師可以選擇交互式實(shí)踐模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，例如基于虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的教師試講等，offline培訓(xùn)教師可以根據(jù)online青年教師試講情況，有針對性地選擇部分青年教師進(jìn)行現(xiàn)場授課，培訓(xùn)者與被培訓(xùn)者一起研討授課中普遍存在的問題和閃光點(diǎn)，加快共同進(jìn)步;經(jīng)過多次online“理論學(xué)習(xí)+軟件模擬+討論交互”，輔以offline實(shí)踐點(diǎn)評，每位老師都能融合創(chuàng)新，培養(yǎng)出符合本人特色的教學(xué)方法。整個學(xué)習(xí)過程中，被培訓(xùn)者的學(xué)習(xí)絕大多數(shù)通過云平臺完成，青年教師可以利用自己的碎片時間隨時隨地采用各種終端設(shè)備獲取云端教學(xué)視頻、虛擬仿真軟件、在線交流、個性化學(xué)習(xí)等多種服務(wù)，同時形式多樣的學(xué)習(xí)資源也能夠有效提升被培訓(xùn)者的學(xué)習(xí)興趣，線下實(shí)踐活動只需要占用青年教師很少的時間。顯然，這種基于云平臺的O2O學(xué)習(xí)模式實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)環(huán)境的云化、實(shí)踐考核的過程化、學(xué)習(xí)終端的移動化以及物理設(shè)備的池化，完美地解決了原培訓(xùn)方式理論實(shí)際脫節(jié)、理論知識枯燥、被培訓(xùn)者參與時間不足等問題，青年教師教學(xué)技能真正得以鍛煉和提高。

3 ?基于openstack的青年教師學(xué)習(xí)云平臺構(gòu)建

從以上分析可知，本云計(jì)算平臺為教師理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境和展示服務(wù)，需要能根據(jù)用戶需求創(chuàng)建實(shí)踐環(huán)境，并對資源分配和使用進(jìn)行有效管控。為此，云平臺設(shè)計(jì)過程中要遵從以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）重構(gòu)硬件資源，建立符合規(guī)范的資源池，保證學(xué)習(xí)資源接入的標(biāo)準(zhǔn)化，以便學(xué)習(xí)資源可以跨平臺共享;（2）確立良性的資源調(diào)度方案，做好滿足用戶使用和實(shí)現(xiàn)資源最大利用的平衡;（3）對教師學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)做高效存儲。

此處選擇基于“IBM OpenStack Solution for System X”云平臺解決方案進(jìn)行構(gòu)建[11]。OpenStack云平臺的構(gòu)建可以采用腳本安裝、源碼安裝或者借助自動化部署工具快速安裝等方式完成。私有云一般只提供SAAS和IAAS服務(wù)，前者包含理論、實(shí)踐、流媒體、交互等應(yīng)用，后者提供網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲等資源。本方案提出的私有學(xué)習(xí)平臺模型如圖4所示。

物理設(shè)備層主要包含服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算以及安全設(shè)備。針對本方案搭建的云平臺物理節(jié)點(diǎn)選用PC Server。服務(wù)器資源選擇計(jì)算型服務(wù)器，提供足夠的虛擬機(jī)性能;存儲設(shè)備選用存儲型服務(wù)器，每個節(jié)點(diǎn)配備大容量硬盤，實(shí)現(xiàn)分布式存儲系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)與安全設(shè)備分別選用10G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和1G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖4 ?基于openstack的教師學(xué)習(xí)私有云架構(gòu)圖

Fig.4 ?Teacher-based private cloud architecture diagram based on openstack

本方案采用全面虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)全盤虛擬化，以滿足上層云服務(wù)的需求。計(jì)算虛擬化使用KVM技術(shù)達(dá)成，采用Ceph分布式文件技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化采用千兆網(wǎng)絡(luò)與Vlan配合的模式。

云服務(wù)管理層利用Openstack實(shí)現(xiàn)資源自動管理和動態(tài)分配。根據(jù)用戶需求定制虛擬架構(gòu)，包括服務(wù)器的配置、數(shù)量、存儲大小等，在使用結(jié)束后完成資源自動回收。用戶通過各種終端交互界面提出業(yè)務(wù)請求，應(yīng)用業(yè)務(wù)請求生命周期由云平臺控制，從而降低業(yè)務(wù)運(yùn)行成本。

4 ?教師學(xué)習(xí)云平臺應(yīng)用實(shí)例

基于openstack的O2O教師學(xué)習(xí)私有云平臺運(yùn)用了云計(jì)算、虛擬仿真等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中承載了如下實(shí)踐成果：

4.1 ?教學(xué)基礎(chǔ)視頻資源

枯燥深奧的教育學(xué)理論不便于青年教師進(jìn)行學(xué)習(xí)，本云平臺上載了一系列與現(xiàn)代高校教學(xué)實(shí)際相結(jié)合的培訓(xùn)視頻，幫助青年教師更好地理解基本原理。其中包括MOOC相關(guān)教育技術(shù)、教學(xué)案例和策略、Office等工具使用、本校教學(xué)網(wǎng)的使用、教學(xué)方法系列介紹、助教教學(xué)技能培訓(xùn)等;

4.2 ?青年教師微格教學(xué)

讓青年教師選擇自己熟悉的學(xué)科內(nèi)容，進(jìn)行一次線上15-20 mins的課堂教學(xué)模擬授課，由專家和其他青年教師進(jìn)行線上分析和反思，幫助教師改進(jìn)教學(xué)方法;

4.3 ?視頻會議系統(tǒng)

線上視頻教學(xué)系統(tǒng)，適用于青年教師之間、培訓(xùn)老師和部分青年教師之間進(jìn)行線上實(shí)時討論交流，滿足影像和聲音的交互通訊和遠(yuǎn)程教學(xué)需要的所有功能。不但具有程序共享、桌面共享、電子白板、文件分發(fā)、文件傳送等超強(qiáng)數(shù)據(jù)功能，還可以同步錄制上傳在線交流內(nèi)容至云端以供后期查閱瀏覽。

4.4 ?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)技能訓(xùn)練系統(tǒng)

針對具體教學(xué)技能訓(xùn)練內(nèi)容，運(yùn)用基于虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真軟件構(gòu)建虛擬教室和虛擬學(xué)生，建立與真實(shí)環(huán)境高度相似的虛擬空間。云端虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)技能訓(xùn)練系統(tǒng)如圖5所示。

5 ?結(jié)語

借助云計(jì)算技術(shù)和線上線下結(jié)合的理念，實(shí)現(xiàn)高校青年教師學(xué)習(xí)發(fā)展云平臺的構(gòu)建。該平臺采用低成本高回報(bào)的私有云解決方案，有效緩解了傳統(tǒng)

師資培訓(xùn)重理論學(xué)習(xí)輕能力培養(yǎng)、青年教師培訓(xùn)功利性日漸明顯等問題，為建立具有持續(xù)性的青年教師培養(yǎng)體系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖5 ?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)

Fig.5 ?Teaching practice system based on virtual reality

參考文獻(xiàn)

[1]吳旭， 陳仁安， 魏德志. 基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2015， 34（10）： 226-229.

[2]王柯柯. 基于云計(jì)算的高校虛擬化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2015， 13（5）： 41-42.

[3]李紅輝， 關(guān)婷婷， 楊芳南. 云計(jì)算平臺狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 軟件， 2018， 39（1）： 09-13.

[4]周洪茜， 劉丹. 基于思維導(dǎo)圖的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J]. 軟件， 2018， 39（4）： 63-67.

[5]尹航， 楊歡， 崔海斌， 等. 基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的虛擬化云平臺建設(shè)方法研究[J]. 軟件， 2018， 39（4）： 201-207.

[6]李潔. 云平臺SDN關(guān)鍵技術(shù)的研究與展望[J]. 軟件， 2015， 36（7）： 71-74.

[7]金永霞， 孫寧， 朱川， 等. 云計(jì)算實(shí)踐教程[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2016.

[8]陳小橋， 隋竹翠， 周立青， 等. 加強(qiáng)開放式實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)提高大學(xué)生自主創(chuàng)新能力[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2016， 33（7）： 1-3.

[9]宋毅君， 張明. 建設(shè)統(tǒng)一虛擬化教學(xué)環(huán)境平臺的探索[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2016， 33（4）： 115-118.

[10]丁小盼， 周浩， 賀珊， 等. 基于OpenStack的云測試平臺及其性能分析研究[J]. 軟件， 2015， 36（1）： 6-11.

[11]張小斌. OpenStack企業(yè)云平臺架構(gòu)與實(shí)踐[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2015.