蘇梟徑 焦道利

西北民族大學現(xiàn)代教育技術學院 蘭州 730030

基于云計算的開放式教學模型設計研究*

蘇梟徑 焦道利

西北民族大學現(xiàn)代教育技術學院 蘭州 730030

云計算是信息化環(huán)境下新一代基于共享的網(wǎng)絡計算和服務模式，其安全可靠的海量數(shù)據(jù)存儲、易擴展性、強大的計算能力、低成本等自身特性，將對教育教學的改革和發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。云計算理論和技術與開放式教學理念的對接、融合，將在教育領域不論是對教學還是學習方式，都帶來一場重大變革。

云計算；云服務；開放式教學；教學資源

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》第21章第66條提到，教育信息化建設要求“建設有效共享、覆蓋各級各類教育的國家數(shù)字化教學資源庫和公共服務平臺”；第67條指出要“建立區(qū)域內(nèi)普通教育、職業(yè)教育、繼續(xù)教育之間的溝通機制；建立終身學習網(wǎng)絡和服務平臺；統(tǒng)籌開發(fā)社會教育資源，積極發(fā)展社區(qū)教育；建立學習成果認證體系，建立‘學分銀行’制度等”[1]。根據(jù)綱要的要求，我國一些區(qū)域已經(jīng)建立了網(wǎng)絡教學資源平臺，一定程度上促進了教育和教學的發(fā)展。但這些已建立的平臺分布散亂不均，平臺建設單位各自為戰(zhàn)，庫存資源沒有統(tǒng)一標準，不能實現(xiàn)真正的“共建、共享、共用”的目的，“資源孤島”現(xiàn)象嚴重，且資源更新速度緩慢，每個單位重復投資、開發(fā)和建設現(xiàn)象普遍，維護成本過高，造成嚴重的國家財產(chǎn)、資源的浪費。本文擬進行云計算的理念和技術與開放式教學模式的整合研究，達到豐富優(yōu)質(zhì)教學資源、突破傳統(tǒng)教學界限、變革教與學的模式、提升教學效益，促進全民自主學習和終身學習的目的。

1 云計算概述

1.1 什么是云計算

云計算是一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式，是指IT基礎設施及服務的交付和使用模式通過網(wǎng)絡以按需、易擴展方式獲取即需服務[2]，具有超大規(guī)模、虛擬化、低成本、高可靠、易擴展等特點。

1.2 云計算原理

云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展。云計算的資源、應用、計算任務和服務都運行在大量的分布式計算機上即云服務端，而非本地或遠程單一服務器，這使得用戶能夠隨時隨地通過網(wǎng)絡使用低配置終端就可以從云端獲取所需服務。

2 開放式教學的內(nèi)涵

在傳統(tǒng)的以傳授知識為主的灌輸式的應試教育中，教學和學習活動主要限制在教室和實驗室，學生的學習活動幾乎都是按教師預先設定好的教學內(nèi)容和程序“依樣畫葫蘆”[3]。在這種傳統(tǒng)教學模式下，學生容易形成一種單一固定的思維模式，限制了他們的發(fā)散思維，限制了他們解決問題能力、創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

開放式教學，源于人本主義的教學理論模型和建構主義的教學模式。人本主義學派科恩（R.C.Cohn）于1969年創(chuàng)建了以題目為中心的“開放課堂模型”；建構主義學派斯皮羅（Spiro）于1992年創(chuàng)建了“隨機通達教學”和“情景性教學”[4]。這些教學理論模型強調(diào)：教師并不是“先知”，不應是知識的灌輸者，而是知識學習的“引路人”“催化劑”。學習是學習者主動建構的內(nèi)部心理表征過程而并非被動的知識接收。

1）開放式教學要求教學目標的開放，強調(diào)教學目標可以是多樣化、因人而異的，教學的根本目標是在探究和解決問題的過程中鍛煉思維的發(fā)展、解決問題能力的培養(yǎng)，激發(fā)沖動從而主動尋求和發(fā)現(xiàn)新的問題。

2）開放式教學要求教學組織形式的開放，打破以往的教學組織模式，強調(diào)教學和學習應向社會延伸，向影視、報刊、電子網(wǎng)絡等更大范圍的多種媒體延伸，學生可以根據(jù)自己的學習需求隨時隨需進行個別化學習。

3）開放式教學要求教學評價的開放，不僅僅關心學生的學習結(jié)果，更應關心學生成長的過程，應建立評價檔案袋對學生的學習過程進行全程多標準、多元化記錄評價。

3 基于云計算的開放式教學模型

針對目前教學資源分布散亂不均、更新速度緩慢、重復建設、維護成本高、共享程度低等教學資源建設中存在的普遍問題，以及傳統(tǒng)傳授式教學模式中存在的種種缺陷與不足，本文提出一種新型的教學模式——基于云計算的開放式教學模式，并對這種模式應用進行深入探討研究。

3.1 部署模型

基于云計算的開放式教學模式將所有的教學資源數(shù)據(jù)的存儲和計算任務交給云端處理，將一切教學資源以“云服務”的形式提供給資源用戶，師生只需采用性能一般的低價筆記本電腦或智能手機接入云服務，就可以在任何時間、任何地點隨時隨地利用、享受云計算提供的資源和服務，就某方面的知識進行學習，從而實現(xiàn)小班教學、微型化學習、個別學習等開放式的教學和學習方式。云計算與開放式教學的整合將解決教學資源不能充分共享、資源不足不均、重復建設、“資源孤島”現(xiàn)象嚴重等教學資源建設過程中的普遍問題。

在圖1所示教學資源云計算模型圖中，云服務端負責教學資源的存取、分類、管理、維護、調(diào)度以及訪問負載均衡，負責把分散的、本地化的自成一體的教學資源通過云計算轉(zhuǎn)化成一個與具體的網(wǎng)絡環(huán)境、用戶終端系統(tǒng)和服務端系統(tǒng)無關的統(tǒng)一而強大的虛擬通用教學資源服務平臺，把所有教學資源以“云服務”的形式發(fā)布在云服務端供資源用戶獲取使用。

隨著信息化在教育領域應用的發(fā)展，學習已經(jīng)不再被局限于學校或者其他教育機構的范圍內(nèi)。云計算環(huán)境下，以學習者為中心的個人學習和“非正式”的學習將是今后人們學習的發(fā)展趨勢，基于云計算的開放式教學可以更好地迎合并推動這種趨勢的發(fā)展，有利于終身學習。

3.2 特點

1）共建，共享，共用?；谠朴嬎愕拈_放式教學模式可以利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)有的分散的、本地化的、自成一體的教學資源進行系統(tǒng)化的統(tǒng)一資源分類，進行面向云服務的改造和封裝，并發(fā)布到云服務端提供教學服務；其次，利用云計算服務，相關教學團隊和成員可以自發(fā)地參與教學資源庫的建設并提供統(tǒng)一的系統(tǒng)化的教學資源云服務，從而實現(xiàn)教學資源、教學信息甚至教學環(huán)境的最大、最優(yōu)化共享、共用。

圖1 開放式教學模式教學資源云計算模型圖

2）降低運維成本。將教學資源通過云計算進行統(tǒng)一整合，統(tǒng)一引擎調(diào)度，從而有效避免教學資源分布散亂不均、重復建設嚴重、資源孤島現(xiàn)象嚴重的問題和缺陷，實現(xiàn)靈活的、可靠易擴展的統(tǒng)一運維。云計算的提出最小化了終端設備的需求，極大地降低終端用戶成本，實現(xiàn)前所未有的性能價格比。

3）促進教育多元化發(fā)展，催生新型學習模式。隨著教育信息化的發(fā)展，教育形式也日漸趨向于多元化的發(fā)展，基于云計算的開放式教學可以在很大程度上滿足這種多元化需求。在這種教學模式中，學習者便于從“云端”選擇自己所需資源和服務，也便于自行安排學習進程和學習方式，從過去死板的學習模式中解脫出來，促進學習方式的變革。

4 技術路線

4.1 支撐平臺架構

云服務平臺即開放式教學模式的支撐平臺是教學資源的載體。服務平臺的建設一要考慮到教學資源的因素，二者是相互支撐的,缺一不可；二要根據(jù)開放式教學的特性需求，并充分考慮行業(yè)特征以及現(xiàn)有設施和平臺的狀況，評估其遷移或升級的可行性，采用統(tǒng)一規(guī)劃、模塊化、分層次的架構思想和策略構建安全、可靠、靈活、易擴展的云計算平臺；三是平臺系統(tǒng)分為基礎設施層、資源層、業(yè)務服務層和應用層，如圖2所示。

1）基礎設施層利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡將大批量的主機、服務器、存儲設備通過虛擬化技術把異地零星分布的硬件資源集群鏈接，構成一個龐大的能夠存儲海量教學資源的分布式易擴展動態(tài)虛擬存儲平臺。基礎設施層具有存儲動態(tài)擴展、高可靠、負載均衡自動化、超級計算能力等優(yōu)勢特點。

①存儲動態(tài)擴展。虛擬化技術能夠動態(tài)添加和擴展計算機節(jié)點或磁盤空間而不中斷正常業(yè)務的運行，可以隨時根據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)量的大小需求添加或減少存儲節(jié)點，實現(xiàn)更好的容量價格比。

②高可靠?！霸啤奔夹g使用數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構互換等措施，提供了良好的容錯能力和強大的故障恢復能力，平臺（即計算機群）內(nèi)的任意節(jié)點的故障不會影響系統(tǒng)業(yè)務的正常運行，保證數(shù)據(jù)和服務很高的可靠性。

③負載均衡自動化。負載均衡技術的使用可以更好地保障服務響應速度，提供更好的訪問質(zhì)量，提高資源的利用率和用戶體驗。

圖2 云計算教學資源開放服務平臺架構圖

④超級計算能力。理論上，“云”技術可以整合鏈接無數(shù)臺分布于不同地理位置的計算機節(jié)點。如Google的云計算平臺已擁有一百多萬臺服務器，IBM、Amazon、Yahoo、微軟等均擁有幾十萬臺服務器，“云”賦予它們前所未有的超級計算能力。

2）資源層以基礎設施層為依托，負責教學資源的采集、審核、重構、整合、調(diào)度并實現(xiàn)面向云服務的資源封裝，實現(xiàn)資源及其共享機制的規(guī)范化。教學資源由多種媒體組成，其表現(xiàn)形式也復雜多樣，為更好地滿足開放式教學需求，提供更好的教學服務，資源的采集和封裝過程必須依據(jù)統(tǒng)一的規(guī)范和標準?？蓞⒖嫉囊?guī)范和標準有《教學資源建設技術規(guī)范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、學習對象元數(shù)據(jù)（EELTS-3）[6]、基礎教育教學資源元數(shù)據(jù)規(guī)范（CELTS-42）等。

3）業(yè)務服務層提供統(tǒng)一安全的用戶管理、教學資源以及資費的管理。用戶管理包括用戶在線注冊、用戶按需受權，統(tǒng)一安全身份認證等。教學資源的管理需要根據(jù)用戶的評價反饋及使用情況進行必要的添加、刪除、修改和調(diào)整。資費管理包括：實現(xiàn)用戶的按需購買付費策略；對用戶的資費進行統(tǒng)一的安全管理。

4.2 教學資源庫的建設

教學資源庫建設的推進是一個非常復雜、充滿不確定性的過程。首先對行業(yè)現(xiàn)有的教學資源進行面向云計算服務的系統(tǒng)化梳理、歸類、改造和封裝；其次可以將已架構好的云服務平臺的資源建設接口開放給各教學單位或成員，進行自行的資源建設和上傳。通過實現(xiàn)半自動化或自動化的資源調(diào)配策略來實現(xiàn)對新建資源的動態(tài)重構、自動化部署、監(jiān)控、管理和調(diào)度。具體教學資源庫建設的實施過程包括前期資源的采集、整理分類、資源封裝、資源評審入庫以及后期的維護和管理。需要注意的是教學資源庫的建設是一個漸進的閉環(huán)的過程，不是一蹴而就的，需要進行反復不斷的改進。

1）資源采集。就目前我國教育發(fā)展和教學資源建設的現(xiàn)狀來說，資源的獲取途徑主要有：有線電視教育節(jié)目的采集錄制；由專業(yè)教師提供教案、課件；由學科教師和資源建設者共同開發(fā)資源；由資源建設者根據(jù)資源庫的內(nèi)容要求從網(wǎng)上進行搜集；購買成套的素材、課件、網(wǎng)絡課程光盤；成立專門組織，調(diào)撥專用資金進行資源開發(fā)建設等。

2）資源分類。教學資源的分類是指依據(jù)教學資源內(nèi)容屬性和其他特征進行資源類聚，并將類聚結(jié)果按一定的組織次序結(jié)構進行組織的過程。在進行教學資源分類時要充分考慮科學性、系統(tǒng)性、可發(fā)展性以及面向用戶性。具體實施過程中可參照《教育資源建設技術規(guī)范》（CELTS-31）和《中華人民共和國國家標準學科分類與代碼》（GB/TB745-92）。

3）資源封裝。搜集來的資源經(jīng)過系統(tǒng)化的整理和分類，已經(jīng)具有良好的組織構架。但同一類的資源其文件類型和格式復雜多樣，這不利于資源的管理、使用和共享。因此，資源入庫前需要對資源進行面向云服務的改造、整合和封裝。在實際的資源建設過程中可以參考我國《教育資源建設技術規(guī)范》的有關規(guī)定進行資源封裝。

4）資源的評審入庫。教學資源質(zhì)量的高低直接影響資源庫的質(zhì)量和效用，因此在資源建設中要根據(jù)資源庫建設的目的和教學要求嚴把質(zhì)量關，保證庫存資源的質(zhì)量和權威。首先，制定相應的評價指標，由資源審核員對已搜集到的資源進行分類初審并優(yōu)化和整合，初審通過的資源由各學科的審核員進行復審，復審通過的資源進行專家送審、評定星級；其次，對審核已通過的資源進行分類、分級入庫。

5）后期維護管理。后期維護管理是一個循環(huán)反復漫長而無盡頭的過程。①資源數(shù)據(jù)結(jié)構的維護。管理員需要對資源數(shù)據(jù)結(jié)構和系統(tǒng)內(nèi)鏈進行實時的優(yōu)化，以方便用戶對資源的隨需檢索和訂閱，即提高用戶體驗。②資源內(nèi)容的維護。教學資源的內(nèi)容才是整個系統(tǒng)的重中之重，一個資源庫的質(zhì)量在絕大程度上取決于其資源內(nèi)容的質(zhì)量，需要經(jīng)常根據(jù)用戶的使用情況、要求、評價結(jié)果對資源庫中的資源進行必要的添加、刪除、修改與調(diào)整。一個內(nèi)容經(jīng)常更新、對用戶的反饋及時應對的想用戶之所想急用戶之所急的資源庫才是高質(zhì)量的資源庫。

5 總結(jié)

基于云計算的開放式教學應用是在網(wǎng)絡時代教育領域教育理念和技術的制高點，是一個新興的革命性的概念，既是全球化社會和改革開放的時代要求，又是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為核心的新一輪教學改革的需要。從美國北卡羅來納州西蒙公司在格雷漢姆小學首先開展云計算項目的嘗試，到Google宣布在中國大陸啟動云計算學術合作計劃Academic Cloud Computing Initiative1，與中國大學建立學術合作項目，廣大的教育工作者進行了大量的實驗和實證研究。但作為一種新的教學理念，不管是理論建構還是實驗探索都才剛剛起步，還有很多問題需要進一步的探索，如云計算環(huán)境下開放式教學的課堂操作模式、評價指標，開放式教學對學生的開放性思維、創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的作用，都還缺少實證研究。這種應用盡管還處于萌芽期，在實際應用中面臨很大的挑戰(zhàn)，但隨著相關理論和支撐技術的日漸成熟，必將在不遠的將來展示出強大的生命力，在教育領域產(chǎn)生重大的影響。

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）[M].北京∶人民出版社,2010∶62-66.

[2]賽迪顧問股份有限公司.中國云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書[R].北京,2011∶4.

[3]百度文庫.“國培計劃”∶河北省農(nóng)村中小學骨干教師遠程培訓（2011）[EB/OL].http∶//wenku.baidu.com/view/1ff7514cfe4733687e21aae9.html.

[4]劉英莉,莊衍,沈道潔,等.急診開放式教學在內(nèi)科見習中的應用和思考[J].中國高等醫(yī)學教育,2011(10)∶44-45.

[5]郭光友,曾令濤,呂小定,等.教學多媒體信息資源表征及應用研究∶上[J].電化教育研究,2002(10)∶16-17.

[6]教育部教育信息化技術表征委員會.CELTS-3網(wǎng)絡教育標準與技術[S].北京∶清華大學出版社,2011∶151.

Research on Open Teaching Model based on Could Computing

Su Xiaojing, Jiao Daoli

Cloud computing is a new generation of network computing and service model based on shared information environment. The properties of safe and reliable mass data storage, easy scalability, powerful computing capability and low cost will impact the reform and development of education and teaching techniques positively. The combination and fusion of cloud computing theory and technology with the open teaching philosophy will bring a major change in the field of education, both in teaching and in learning styles.

cloud computing; cloud services; open teaching; teaching resources.

G40-057

B

1671-489X(2013)12-0106-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.106

本文為2011年教育部人文社科西部和邊疆地區(qū)規(guī)劃項目“新媒體環(huán)境下少數(shù)民族地區(qū)教師教學能力發(fā)展研究”（編號：11XJA880003）的（階段性）研究成果。

作者：蘇梟徑，西北民族大學網(wǎng)絡與信息管理中心網(wǎng)絡工程師，碩士，研究方向為教育信息化；焦道利，西北民族大學現(xiàn)代教育技術學院副教授，碩士，研究方向為新媒體教育。