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基于云计算面向内容的智能教育系统

Ji-Seong Jeong , Mihye Kim and Kwan-Hee Yoo

忠北国立大学数字化信息与融合系

52 Naesudongro，Jungukgu，清州，忠清北道，韩国

大邱天主教大学计算机科学教育部，

13-13 Hayangro，河阳邑，思庆，庆尚北道，韩国

摘要

云计算已经在教育部门引起了极大关注，它提供了一种更经济，可靠的教育服务方式。本文提出并介绍了基于云计算的电子学习内容服务智能教育系统，以提供和共享教育内容中的各种增强形式，包括文字，图片，图像，视频，三维（3D）对象，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的场景。所提出的系统包括所需要的基于云计算的教育内容服务六个主要特点：1）云平台，为实现一个基于云的教育媒体服务环境的基础设施，2）兼容的文件格式，使它通过不同类型的设备提供的媒体内容，3）创作工具，使教师创造不同类型的媒体内容，4）内容浏览器，显示在多个平台上不同类型的媒体，5）推理引擎，提供学生与个性化学习内容，6）管理在云中进行可靠的教育内容服务特权用户访问和数据加密的安全系统。我们认为，该系统应提供一种新的，通过一个完全集成的系统支持基于云的服务环境，为基于云的教育媒体服务创新的解决方案。

关键词：基于云计算的教育体系，注重内容的教育体系，基于云教育内容服务，E-learning内容服务，智能媒体服务

1. 介绍

云计算已经成为利益在许多领域一大看点，其势与优点沿提供增强的服务环境可扩展性，灵活性，可访问性，可靠性和高的性能，同时降低了IT相关的运营成本。因此，很多企业都在利用云计算技术，以更经济高效的方式来开展业务。我们已经基本熟悉了云计算的概念，并使用多个云服务于我们的日常生活，如Gmail，Google文档，Google日历，苹果icloud，三星icloud，微软的SkyDrive，和Dropbox。

云计算可以被看作是在因特网上递送和配置的计算资源，诸如网络，服务器，存储和应用程序，随时随地作为服务新的IT服务模式。云计算最早是由克里斯托夫·比希利亚在2006年谷歌上提到的，但更人们注意到它，是谷歌在2007年推出的“谷歌应用程序”后，在苹果2011年推出iCloud后，它变得炙手可热。

云计算也吸引了极大关注在教育领域，其经济，安全，可靠，可共享的教育服务的潜在。越来越多的美国和英国的大学和教育机构都采用云计算，不仅节省成本增加，而且对于提高[7]教育服务的效率和便利性。有几家公司，包括思科，微软，NEC，亚马逊和谷歌，正在加快基于云的教育系统交付给教育机构作为新业务的一种方式。一些学习管理系统，包括Moodle的和黑板，还支持基于云的教育服务。许多研究已进行调查云计算的好处网络学习系统，并建议对基于云计算的网络学习系统的解决方案。然而，目前大多数基于云的教育系统专注于提供和分享学习资料，而不是支持建立一个集成的，总的基于云的教育服务环境。

在本文中，我们提出使用云中的以内容为导向，智能教育体系计算集成了多项功能;这些特征都需要实现基于云的教育媒体服务环境。所提出的系统使学校提供和共享各种增强教育内容形式，包括文本，图片，图像，视频，3维（3D）对象，以及虚拟虚拟场景现实（VR）和增强现实（AR）。所提出的系统由六个主要的需要基于云的教育内容服务的部署功能。再换句话说，我们开发出六大主要功能，为实现基于云计算技术内容为本的智能教育体系。这些技术包括：云平台，兼容的文件格式，一个创作工具，内容浏览器，推理引擎和安全系统。预期的实现是一个小规模的私有云，而不是大规模的公有云。所提出的概念做法，以前的作品被部分推出。本文的其余部分安排如下。第2部分介绍定义和云计算的特性，包括基于云的教育系统。第3部分提出了智能媒体所提出的基于云的教育体系内容服务与六个主要特点。第4部分概述了未来的研究方向。

1. 相关研究

2.1 云计算

云计算可以被看作是网格和效用计算的自然进化。网格计算结合提供了高性能计算系统虚拟化的一些计算资源，分布在通过互联网的多个位置的，解决非常大的计算问题。效用计算涉及到计算资源的需求租用。云计算的关键概念计算从现有的IT技术采用了不仅来自网格和公用计算，而且，例如，从SOA以服务为中心的架构（面向服务架构），从虚拟化模式可扩展性和弹性的IT资源交付和平台服务。更重要的是，云计算可以部署许多其他附加功能，如可扩展性，灵活性，可访问性，可靠性和高的性能，同时降低与IT相关的运行成本和实现绿色IT环境。它是用于递送和配置的IT资源，例如网络，服务器，存储器，软件，应用程序和文档的新的IT服务模式。这些资源可用的点播，在可扩展的，弹性的，并且实时虚拟方式，随时随地，从通过因特网多个远程位置。云计算允许用户访问，并支付他们更深层的，面向服务的平台环境中所需要的，而不是直接购买所需要的IT资源使用任何IT资源。

美国国家标准与技术研究院（NIST）在其云计算的定义，已确定了五个基本特征，四种部署模式，三个服务模式。五个基本特征包括：按需自助服务，快速弹性，测量服务，广泛的网络访问和资源池。四种部署模式是公开的，私有的，社区云和混合云。最后，三个服务模式包括基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）的。在IaaS的服务模式中，供应商提供给客户的硬件资源，如服务器，存储，网络和其他基本的计算资源，使消费者能够运行软件和应用程序。在PaaS的服务模式，供应商为客户提供部署客户的申请，由供应商支持的编程语言和工具创建的云计算基础设施。在SaaS服务模式中，供应商为客户提供在云基础设施上运行该厂商的应用，包括各种商业模式和标准化的应用程序进程，通过各种客户端设备的。例如，S3从亚马逊和托管服务硬件思科，IBM和HP基于IaaS的模式; EC2亚马逊，Force.com从Salesforce.com和谷歌应用引擎谷歌从是PaaS的模式的基础;从Amazon.com，CRM从Salesforce.com和谷歌Apps和Gmail从谷歌Web服务是基于SaaS模式。

最近，云计算的概念从传送，共享发展，访问和存储的应用程序的各种文件，如文本文档，照片，视频，以及音乐的提供接入。这些文件存储在与文件同步解决方案，远程计算机服务器云计算，如Dropbox和iCloud中的基于云的文件管理见过。 Dropbox的[20]从公司Dropbox的免费云服务，允许用户在云中提供存储和文件同步随时随地共享文件，照片和视频。 iCloud中也从苹果公司基于云的存储服务，允许用户存储音乐和iOS应用;这些文件可以被下载到通过远程服务器不同的装置。

通过这样的服务，用户可以存储文件和云存储应用，从通过因特网多个远程位置访问，但并不一定存储在用户的计算机上。在云存储，用户的数据保存在共享的数据中心（服务器），并在一个高度安全，强大，可靠的方式进行管理。用户可以通过一个优化的接口下载所存储的应用程序和文档到多种设备和平台为每个设备，如智能电话，平板电脑，上网本，和PC。下载的资源将始终通过文件同步最新版本更新。

2.2基于云计算的教育系统

由于采用云计算的增加，许多学术机构引入云计算技术应用到他们的教育系统中，有为和提供更多可扩展的和可靠的教育服务。许多大学都承认利用云计算对经济的潜在收益的原因，以及更先进的教学和数据共享。一些研究进行了调查使用云计算电子学习系统的好处，并提出了基于云计算的电子学习解决方案系统。 Pocatilu等，提出了云计算的优势，为网络学习作为是低成本，更高的数据安全性，虚拟化，集中式数据存储和监测数据访问的可能性。他们还指定的云在三个云的特性方面计算电子学习的好处服务模式：基础架构（电子学习系统可以对供应商的运行基础设施），平台（电子学习系统可以基于被实现供应商的开发接口）和服务（电子学习系统可以使用供应商开发的解决方案）。宝来和艾哈迈德研究采用云的好处计算电子学习，发现它具有成本低，提供改进的性能，提供即时的软件更新和改进的文档格式的兼容性和数据安全性。此外，它提供了学生和教师，如在线课程，考试，作业，项目，信息反馈，论坛和电子学习内容和资源管理的许多好处。

美国加州大学伯克利分校（UC）运行在云上的课程亚马逊Web服务的支持下，基于SaaS的服务模式。该华盛顿大学采用云计算来提供先进设备，最先进的生产力和协作工具，以教职员工和学生，由微软支持（的Windows Live，包括电子邮件和日历，信使，SkyDrive中，空格和照片）和谷歌（谷歌应用程序，包括谷歌电子邮件，日历，文件，网站和语音）。德克萨斯大学奥斯汀和大学北卡罗莱纳州立大学取得IT相关支出大幅下降[24]。大学正在利用经济上的原因，以及更先进的教学，指令和数据共享的云计算。

有几家公司，包括正在加快基于云的教育系统交付给教育机构的产生未来业务的一种方式，和一些学习管理系统现在也支持基于云的教育服务[8]。虽然大部分工作已经完成迄今为止对于采用云计算的教育体系，进一步研究需要进行开发基于云的教育系统的形式更加多样，更加创新，高效的方式。同时，目前大多数基于云的教育系统正在集中交付和共享学习材料和教学活动，而不是建设和配套集成，总的基于云的教育环境。

1. 基于云计算面向内容的智能教育系统

3.1建议系统概述

图1给出了智能媒体内容服务所提出的基于云的教育体系。所提出的系统使各种先进的教育内容交付和共享整合了许多用于基于云计算的教育媒体服务环境的部署所需的功能。图2显示了该系统具有部署基于云的教育内容服务所需的六个主要特征。

在学校的教师都能够创造出各种形式的学习内容，包括文字，图片，视频，三维（3D）对象，基于虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的虚拟场景，使用所提供的创作工具由系统。内容在云中兼容通用文件格式进行管理。该系统支持多种平台，如个人计算机（PC），笔记本电脑，平板电脑，智能电视和智能手机。该系统还提供了用于显示学习内容和推理引擎，以支持自定义为每个学生，根据自己的喜好和知识的内容的内容查看器。推理引擎包括通过分析他们的喜好，学习风格和内容的使用模式，为学生提供个性化的学习内容。此外，安全系统被提供，用于控制在云中的数据访问和加密。

图1.提出了基于云的教育体系结构智能内容服务

图2.该系统的六个主要基础设施

3.2 六个主要特点

3.2.1 云计算平台

所提出的系统建立了一个私有云平台，通过应用几位IT和云计算技术，如数据同步，虚拟化，业务提供和共享多业务提供基于云的教育媒体业务执行环境的基础设施。换句话说，我们配置了一个私有云平台，安装，以及利用IT和云计算技术运营一个基于云的教育媒体服务环境。此外，我们确定软件和所提出的基于云的教育服务所需的应用程序，并将它们分配给三种云服务模型（IaaS，PaaS和SaaS），如图3。

图3.基于云的教育媒体服务环境

3.2.2通用文件格式

我们开发了一种通用的文件格式，以能够操纵的各种类型的基于使用HTML5，扩展3维（X3D）和JavaScript的XML文档格式的多个设备平台的媒体内容。

XML已经在许多领域被用作表示数据和元数据的一种手段。它由两部分组成：描述样式用于表示XML数据的文档类型定义（DTD），它定义的架构的XML文档结构和可扩展样式表语言（XSL）。即，XML分别表示内容和风格，使相同的内容可以在多个设备通过定义仅适用于每一设备的样式进行查看。 XML被设计也可以很容易不仅描述许多不同类型的数据，而且发送和接收连接到互联网的计算机系统，如在智能手机之间的数据传输的数据。由于这些原因，我们采用XML作为开发用于各种类型的内容的共同的文件格式的基本表示语言。表1总结了在公共文件格式中定义的内容类型。这些内容类型插入和文档文件作为控制处理。我们把内容类型分为两类：即显示在2D画面和互动控制，可以播放3D视频和物体或响应用户操作基本控制。每个控件的定义有许多属性，每个属性与它自己的数据类型指定的，如数字，字符，或多重选择。表2示出的属性，并提供在共同的文件格式中定义的每个控制的简要说明。

表一 内容类型中常见的文件格式定义