数字化教学资源云服务平台的构建与应用

数字化教学资源云服务平台的构建与应用

作者：王培顺 王培 饶炎锋 古勇

来源：《中国教育信息化·高教职教》2021年第11期

摘 要：数字化教学资源作为信息化教学的核心内容，是推动教育教学系统性变革的关键

要素之一。为满足高校对数字化教学资源深层次、多元化的应用需求，文章在分析高校教学资

源应用现状的基础上，采用云计算和分布式存储技术，整合各教学应用系统，构建数字化教学

资源云服务平台，初步形成教学资源供给的云服务体系，有效解决视频、文档、图片等非结构

化教学资源的统一管理、快速流转以及跨平台应用等难题，为学校信息化教学工作提供有力支

持。

关键词：教学资源;分布式存储;统一管理;共享服务

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2021）21-0029-05

随着高校网络基础设施建设的不断完善以及教育教学改革的不断深入，利用信息化手段辅

助教育教学已经成为改善教学方式、提高教学效率的重要手段之一[1]，作为信息化教学核心

要素，教学资源的建设和应用显得尤为重要。国家高度重视教育资源的建设应用，鼓励高校积

极汇聚优质教育资源，建设教育资源共享平台，探索教学资源共享机制和服务模式。同时提出

了“推动优质课程资源开放共享，促进慕课等优质资源平台发展，鼓励教师多模式应用，鼓励

学生多形式学习，提升公共服务水平”[2]的新要求;制定了“探索资源共享新机制，提升数字教

育资源服务供给能力，有效支撑学校和师生开展信息化教学应用”[3]的行动计划。而在高校信

息化教学实施过程中，也面临着教学资源急剧增长、汇聚整合不足、使用不便以及安全管控薄

弱等诸多问题。本研究以中南财经政法大学（以下简称“学校”）为例，结合学校教学资源实际

应用需求，构建了数字化教学资源云服务平台，统一资源存储和管理，探索教学资源供给和应

用方式，以促進学校教学资源汇聚利用和高效流转，为各类信息化教学应用提供有力支持，以

期为高校教学资源建设应用提供参考。

一、数字化教学资源云服务平台建设背景

1.学校教学资源应用需求及困境

近年来，随着学校信息化教学工作的不断推进，翻转课堂等混合式教学模式得到了大范围

推广应用，使得师生对数字化教学资源的需求日益突出，对资源的供给服务和使用体验也提出

了更高的要求。同时学校开展“融通性、创新型和开放式”人才培养模式创新实践，使得汇聚和

建设经、法、管优势学科特色资源群的需求日益迫切。

目前，学校已经积累了一批以视频公开课、慕课、微课为主的优质教学资源，各院系也采

购、自建了各种具有专业特色的素材库、课件库、试题库、案例库等教学资源。资源种类繁

多，格式多样，包括存放于应用系统数据库中的结构化数据资源，以及视频、图片、文档等非

结构化数据资源[4]。教学资源的多样性、异构性等特征，使得教学资源在管理和使用过程中

面临诸多困难。①教学资源管理困境。数字化教学资源缺少统一的存储设备和存储环境，大量

教学资源分散存放，如存放在个人电脑、U盘、移动硬盘中，或存放于资源门户、教学应用系

统中。资源零星分布，存储介质多样、形式千差万别，大量处于无序存储状态，无法统一管

理，更缺少病毒防御、备份等安全保护机制，容易损坏或丢失。②教学资源应用困境。由于教

学资源持有者和管理者众多，资源获取路径太长，导致师生无法及时精确找到所需资源，更无

法随时随地便捷访问。教学资源格式多、种类多，且存在着软硬件存储环境的限制，使得教学

资源在不同系统间的调用存在着巨大障碍。各应用系统间存在“资源孤岛”现象，资源无法共享

交换，且缺少教学资源的多终端支持服务，资源使用体验差，更无法满足个性化应用的需要。

2.学校现有信息化设施条件

学校网络和信息化基础设施经过多年建设，已经建成了稳定高速的校园网络、高性能大容

量的计算存储资源池，以及支撑应用系统间基础数据连通的数据中心，可以为数字化教学资源

云服务平台建设提供良好的基础条件。①网络设施基础。学校已建成“百兆到桌面”“双千兆上

行”“核心全万兆互联”的网络服务支撑体系，实现了有线、无线网络的全校覆盖，建设有虚拟

专用网（VPN）和校园网接入代理服务，学校现有主干网带宽20Gbps。②计算存储资源基

础。学校已建成采用VMware虚拟化技术建设的计算资源池，可以提供1000核CPU的计算能

力，以及1PB的存储能力。资源池内部“双万兆”网络互联，支持应用服务的高性能数据交换、

高效率集群同步。③数据对接基础。学校已经建成了整合多个数据库、多源数据融合的数据中

心，覆盖了学校21个部门的31个业务系统，建设有统一身份认证系统、数据共享交换平台、

数据管理中心等数据服务模块，可以满足学校各应用系统间在消息、事件和服务上的动态互连

互通需求。

二、数字化教学资源云服务平台建设目标和功能框架

1.平台建设思路及目标

数字化教学资源云服务平台（以下简称“资源平台”）基于云计算和数据对接融合的建设思

路，采用分布式存储技术，构建学校的教学资源私有云存储平台。资源平台兼容各类异构存储

设备，支持弹性扩展存储空间、灵活配置计算资源[5]。采用负载均衡技术自动平衡各类应用

访问和请求，分发到多个业务服务器上执行，用来规避高并发量和大访问量带来的宕机风险，

提高系统稳定性和可靠性[6]。采用Web Service接口技术，建设教学资源统一访问调用接口，

打通各应用系统间的资源交换通道。

数字化教学资源云服务平台旨在构建学校教学资源的非结构化数据仓库[7]，集成部署资

源入库、编辑、编目、转码、发布、推送等数字资源管理功能。建设数据资源云服务中心，将

各类零散的教学资源有效整合到统一平台，解决教学资源汇聚、存储、共享及调度等难题，为

师生提供高效、快捷、准确的资源应用服务。对接整合学校各应用系统，支持师生通过应用系

统随时随地获得教学资源，最大限度地提高资源的应用效率和使用体验。

2.平台主要功能设计

（1）基础数据接入功能。统一数据标准，统一访问接口，提供学校基础数据对接标准和

接口，对接学校数据共享交换平台，支持接入学校教学系统等各类应用数据，获取人员、教

学、科研等数据使用权限，提供多种类型、功能丰富、性能优良的基础数据接口服务。

（2）教学资源存储功能。提供教学资源的云存储服务，支持视频、文档、图片、动画等

各种类型教学资源的上传、转码等入库存储操作，支持第三方应用系统资源的接入和入库存

储。提供数据库导入、接口传送、自动扫描、客户端上传等资源自动入库功能。

（3）教学资源管理功能。提供教学资源“采”“管”“用”一体化全流程管理功能，包括资源

站点管理、元数据管理、资源上传、审核、编目、格式转换、在线编辑、查询检索、发布、流

媒体支持、视频转码、直播、个人空间等资源管理和服务功能，以及用户管理、流程管理、权

限管理、角色管理、日志管理等平台系统管理功能。

（4）教学资源共享服务。提供教学资源使用的统一访问页面，提供系统间教学资源的检

索、浏览、点播、推送、嵌套调用等服务。打通应用系统间资源的连接通道，提供第三方应用

系统资源的存储、共享、交换服务，提供个人资源的查询、编辑、分享等功能。

3.平台架构设计

数字化教学资源云服务平台总体架构主要划分为四层，分别为应用层、接入层、服务层、

存储层，如图1所示。各层在逻辑上逐层递进，存储层提供数据和资源存放空间，服务层通过

接入层为应用层提供数据和资源服务。

（1）应用层是面向师生的前端页面（系统），也是资源平台的前端应用呈现，包含学校

各教学平台、智慧教学系统、录播系统、媒资管理系统、资源门户、站群平台等应用系统，适

应PC、手机、Pad等多终端应用形式。

（2）接入层是连接应用系统和资源平台的纽带，提供标准的API接口、中间件服务，支

持各应用系统接入到学校数据共享交换平台和非结构化资源存储中心，通过数据交换引擎提供

系统间连接的数据链路通道。

（3）服务层是资源平台的核心，负责响应应用系统通过接入层发来的请求，处理调度存

储层内所需数据资源，返回应用系统所需的数据和资源服务。支持根据服务请求所需负载量调

用相应计算和存储资源，满足应用系统对数据资源获取的实时性要求。包括基础服务、业务服

务、服务通信和服务管理四个模块。

（4）存储层采用虚拟化技术为各类数据资源提供存储空间，是非结构化资源云存储中心

的基础。使用分布式存储技术，支持异地分布的存储服务器、个体计算机、NAS、DAS、SAN

等异构设备的整合接入，解决分散异构存储设备的统一管理问题。

三、数字化教学资源云服务平台的构建与实现

1.基础环境配置及系统部署

数字化教学资源云服务平台部署在校园网环境中，将学校现有计算资源作为搭建基础，充

分利用核心设备间“万兆互联”的高速网络优势，通过接入集成学校数据共享交换平台，与各应

用系统实现互联互通。平台部署环境如图2所示。

（1）资源平台建设在学校应用服务集群和基础数据中心基础上，利用分布式总线技术，

整合学校现有计算和存储资源，构建视频、图片、课件文档等教学资源的非结构化存储中心，

实现多维异构数据的统一存储管理，通过与学校数据交换平台整合对接，为应用服务集群提供

资源服务。

（2）资源平台以9台虚拟服务器作为部署基础，服务器按功能用途划分为资源平台主服

务器、数据库服务器，以及文件存储、转码、负载均衡以及流媒体直播等多种类型服务器。①

主服务器部署云储存、页面访问、数据中转、资源调度等各类资源应用服务模块。资源平台对

主服务器配置要求相对较高，需要配置16核CPU、32G内存、200G系统运行空间及以上参

数。②数据库、转码、负载均衡、流媒体等服务器分别部署各类数据应用服务、资源转码、大

并发访问及流媒体负载分发等支撑服务，按需酌情配置服务器参数。③各服务器以主服务器为

核心，完成数据认证、任务调度、弹性计算以及数据监控等对应功能模块部署，完成各模块间

权限认证，并以分布式存储总线方式弹性挂载存储服务器，接入文件存储服务器、磁盘阵列以

及网络视频服务器等。

2.系统对接与数据连通

资源平台采用标准API接口、中间库、中间表等技术方式来实现系统间数据的连通和交

换，包括与学校数据中心、本地化应用系统、云端应用系统对接三项内容，支持Oracle、SQL

Server以及MySQL等多种数据库类型，以及Java、.Net、PHP等多种编程语言。

（1）资源平台与数据交换平台对接，实现与各应用系统基础数据的连通交换，共享人员

信息、课程信息、选课信息等基础数据，集成学校信息门户，实现统一身份认证、权限认证。

（2）Blackboard平台、资源门户、录播系统等应用系统部署在学校本地服务器上，可以

在不改变应用系统使用习惯的基础上，实现资源无感知共享交换。通过系统对接实现教学资源

在资源平台的统一存储和管理，支持资源在各教学应用系统中互相调用，同时应用系统可借助

资源平台的集群转码机制实现资源的快速转码，并借助流媒体服务实现视频资源的无插件播放

等。完成对接后，Blackboard平臺调用视频资源流程如图3所示。

（3）学堂在线、超星教学平台、智慧树等教学应用系统部署在公有云平台，需要利用

API接口将公有云应用系统资源，定时推送到资源平台进行统一存储和管理，云服务平台为其

提供资源的查询、调用和本地化流媒体支撑服务，提供资源获取的加速服务。公有云应用系统

也可以查看、检索、使用学校云服务平台的教学资源，支持将所选资源推送到公有云应用系统

中使用。此种对接方式需要各应用系统厂家做好技术配合工作。

四、数字化教学资源云服务平台应用效果及展望

1.应用模式

数字化教学资源云服务平台的应用过程是一个双向更新、动态调整的资源生态完善过程

[8]，也是学校教学资源“采”“管”“用”一体化建设应用流程，如图4所示。资源平台作为教学资

源的存储载体和服务提供者，与各应用系统间形成采集、管理和使用的资源应用闭环，在学校

师生、教学管理者的共同建设和维护下，促进教学资源的持续更新和有序流转。

（2）教学资源存储功能。提供教学资源的云存储服务，支持视频、文档、图片、动画等

各种类型教学资源的上传、转码等入库存储操作，支持第三方应用系统资源的接入和入库存

储。提供数据库导入、接口传送、自动扫描、客户端上传等资源自动入库功能。

（3）教学资源管理功能。提供教学资源“采”“管”“用”一体化全流程管理功能，包括资源

站点管理、元数据管理、资源上传、审核、编目、格式转换、在线编辑、查询检索、发布、流

媒体支持、视频转码、直播、个人空间等资源管理和服务功能，以及用户管理、流程管理、权

限管理、角色管理、日志管理等平台系统管理功能。

（4）教学资源共享服务。提供教学资源使用的统一访问页面，提供系统间教学资源的检

索、浏览、点播、推送、嵌套调用等服务。打通应用系统间资源的连接通道，提供第三方应用

系统资源的存储、共享、交换服务，提供个人资源的查询、编辑、分享等功能。

3.平台架构设计

数字化教学资源云服务平台总体架构主要划分为四层，分别为应用层、接入层、服务层、

存储层，如图1所示。各层在逻辑上逐层递进，存储层提供数据和资源存放空间，服务层通过

接入层为应用层提供数据和资源服务。

（1）应用层是面向师生的前端页面（系统），也是资源平台的前端应用呈现，包含学校

各教学平台、智慧教学系统、录播系统、媒资管理系统、资源门户、站群平台等应用系统，适

应PC、手机、Pad等多终端应用形式。

（2）接入层是连接应用系统和资源平台的纽带，提供标准的API接口、中间件服务，支

持各应用系统接入到学校数据共享交换平台和非结构化资源存储中心，通过数据交换引擎提供

系统间连接的数据链路通道。

（3）服务层是资源平台的核心，负责响应应用系统通过接入层发来的请求，处理调度存

储层内所需数据资源，返回应用系统所需的数据和资源服务。支持根据服务请求所需负载量调

用相应计算和存储资源，满足应用系统对数据资源获取的实时性要求。包括基础服务、业务服

务、服务通信和服务管理四个模块。

（4）存储层采用虚拟化技术为各类数据资源提供存储空间，是非结构化资源云存储中心

的基础。使用分布式存储技术，支持异地分布的存储服务器、个体计算机、NAS、DAS、SAN

等异构设备的整合接入，解决分散异构存储设备的统一管理问题。

三、数字化教学资源云服务平台的构建与实现

1.基础环境配置及系统部署

数字化教学资源云服务平台部署在校园网环境中，将学校现有计算资源作为搭建基础，充

分利用核心设备间“万兆互联”的高速网络优势，通过接入集成学校数据共享交换平台，与各应

用系统实现互联互通。平台部署环境如图2所示。

（1）资源平台建设在学校应用服务集群和基础数据中心基础上，利用分布式总线技术，

整合学校现有计算和存储资源，构建视频、图片、课件文档等教学资源的非结构化存储中心，

实现多维异构数据的统一存储管理，通过与学校数据交换平台整合对接，为应用服务集群提供

资源服务。

（2）资源平台以9台虚拟服务器作为部署基础，服务器按功能用途划分为资源平台主服

务器、数据库服务器，以及文件存储、转码、负载均衡以及流媒体直播等多种类型服务器。①

主服务器部署云储存、页面访问、数据中转、资源调度等各类资源应用服务模块。资源平台对

主服务器配置要求相对较高，需要配置16核CPU、32G内存、200G系统运行空间及以上参

数。②数据库、转码、负载均衡、流媒体等服务器分别部署各类数据应用服务、资源转码、大

并发访问及流媒体负载分发等支撑服务，按需酌情配置服务器参数。③各服务器以主服务器为

核心，完成数据认证、任务调度、弹性计算以及数据监控等对应功能模块部署，完成各模块间

权限认证，并以分布式存储总线方式弹性挂载存储服务器，接入文件存储服务器、磁盘阵列以

及网络视频服务器等。

2.系统对接与数据连通

资源平台采用标准API接口、中间库、中间表等技术方式来实现系统间数据的连通和交

换，包括与学校数据中心、本地化应用系统、云端应用系统对接三项内容，支持Oracle、SQL

Server以及MySQL等多种数据库类型，以及Java、.Net、PHP等多种编程语言。

（1）资源平台与数据交换平台对接，实现与各应用系统基础数据的连通交换，共享人员

信息、课程信息、選课信息等基础数据，集成学校信息门户，实现统一身份认证、权限认证。

（2）Blackboard平台、资源门户、录播系统等应用系统部署在学校本地服务器上，可以

在不改变应用系统使用习惯的基础上，实现资源无感知共享交换。通过系统对接实现教学资源

在资源平台的统一存储和管理，支持资源在各教学应用系统中互相调用，同时应用系统可借助

资源平台的集群转码机制实现资源的快速转码，并借助流媒体服务实现视频资源的无插件播放

等。完成对接后，Blackboard平台调用视频资源流程如图3所示。

（3）学堂在线、超星教学平台、智慧树等教学应用系统部署在公有云平台，需要利用

API接口将公有云应用系统资源，定时推送到资源平台进行统一存储和管理，云服务平台为其

提供资源的查询、调用和本地化流媒体支撑服务，提供资源获取的加速服务。公有云应用系统

也可以查看、检索、使用学校云服务平台的教学资源，支持将所选资源推送到公有云应用系统

中使用。此种对接方式需要各应用系统厂家做好技术配合工作。

四、数字化教学资源云服务平台应用效果及展望

1.应用模式

数字化教学资源云服务平台的应用过程是一个双向更新、动态调整的资源生态完善过程

[8]，也是学校教学资源“采”“管”“用”一体化建设应用流程，如图4所示。资源平台作为教学资

源的存储载体和服务提供者，与各应用系统间形成采集、管理和使用的资源应用闭环，在学校

师生、教学管理者的共同建设和维护下，促进教学资源的持续更新和有序流转。