鄭曉萍

摘要：云計算被視為“第三次IT革命”，是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展，是下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。其低成本、海量存儲和強大計算能力在教育領域產(chǎn)生積極影響。該文在云計算和其特點服務簡要介紹的基礎上，重點分析了云計算在教育領域的應用以及教育云平臺的架構。

關鍵詞：云計算；教育云；教育云平臺架構

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0099-03

云計算被認為是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)之后可能再一次改寫IT面貌的“第三次IT革命”。以PC為核心的第一次IT革命主要解決信息的本地處理能力，大部分的的計算和存儲都在本地發(fā)生，人們大多數(shù)活動都圍繞PC來完成，但是信息的分享和交換主要以光盤、軟盤等方式為主，信息交換率很低。以互聯(lián)網(wǎng)為核心的第二次IT革命則極大提升了信息的交換和傳播效率，尤其是Web 2.0技術的發(fā)展進一步改變了信息的產(chǎn)生和交互模式，互聯(lián)網(wǎng)上的信息出現(xiàn)了爆炸性增長。面對如此海量的信息，如何高效的處理并為用戶提供快捷有效的網(wǎng)絡服務，成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的首要問題。正如馬丁·路德·金所言“所有的進步都是不穩(wěn)定的，一個問題解決了，我們不得不面對又一個新問題。”從分布式處理到并行計算再到網(wǎng)格計算，IT界始終沒有終止創(chuàng)新的步伐，基于分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算發(fā)展的云計算應運而生，它將徹底改變?nèi)藗儷@取信息、軟件甚至硬件資源能力的方式。它不僅會顛覆傳統(tǒng)的PC桌面軟件模式，也會顛覆人們生成軟件、獲取計算和存儲能力的模式。

“云計算”自2007年被提出后，逐漸引起人們的關注和熱捧，一時間風起云涌，云計算技術以其強大的功能已經(jīng)在一些商業(yè)領域得到應用，如亞馬遜、谷歌、IBM、雅虎、微軟等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)使用云計算平臺構建自己的業(yè)務系統(tǒng)。隨著云計算時代的到來，云計算技術也將對教育領域產(chǎn)生重要影響，促進教育教學的發(fā)展。

1 云計算簡介

1.1什么是云計算

云計算（Cloud Computing）是對分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的延續(xù)與創(chuàng)新，其實質(zhì)是一種新的商業(yè)模式，讓用戶可以按需、動態(tài)地使用計算、存儲、帶寬等資源，實現(xiàn)低成本、高效率的信息技術的應用。云計算的基本原理是：用戶所需要的數(shù)據(jù)和應用程序不再運行和保存在個人計算機、手機等終端設備上，而是保存在互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模服務器群的數(shù)據(jù)中心即“云數(shù)據(jù)”中，用戶不需要傳統(tǒng)桌面所需的磁盤空間和處理能力，只要能接入互聯(lián)網(wǎng)，就能隨時隨地訪問云端的資源。IT界有一種形象的比喻，將云計算模式比喻成發(fā)電廠集中供電的模式。用戶可根據(jù)自身的需要購買其中的某一部分，并根據(jù)其使用量進行計費。

1.2云計算的特點

1） 超大規(guī)模。云計算對基礎設施的虛擬化和強大的集群表現(xiàn)出其史無前例的計算能力，一般的云用戶都由幾十萬臺到幾百萬臺服務器接連而成的。例如，Google云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾十萬臺服務器。

2） 高可靠性。云計算所有的服務分布在不同的服務器上，如果什么程序或節(jié)點出現(xiàn)了問題就終止它，再啟動另一個程序或節(jié)點，保證了應用和計算的正常進行，而用戶端不必備份，可以任意點恢復。

3） 彈性擴展。服務使用的資源規(guī)?？梢噪S業(yè)務量動態(tài)擴展，以滿足用戶增長的需要，而且會保證服務質(zhì)量。

4） 虛擬化。云計算最大的特點就是利用軟件來實現(xiàn)硬件資源的虛擬化管理、調(diào)度以及應用。通過虛擬平臺用戶使用網(wǎng)絡資源、計算資源、存儲資源等，相當于用戶在操作自己的計算機，只要在設備終端上就可以得到我們需要的服務。

5） 按需服務?！霸啤弊鳛橐粋€資源倉庫，所提供的服務規(guī)模及其龐大。用戶可根據(jù)自身的需要購買其中的某一部分，并根據(jù)其使用量進行計費，就像自來水，電，煤氣那樣計費。

6） 高通用性。云計算沒有限定應用的類型，在“云”里可以構建各種各樣的應用，不同設備之間的數(shù)據(jù)與應用可以輕松地實現(xiàn)共享。

7） 費用低廉。云是由成千上萬的廉價計算機組成的，這些計算機的每一個節(jié)點都是負載均衡的，不會浪費資源，因此云為用戶提供的服務也是極其廉價的。

1.3云計算提供的服務類型

云計算提供3類服務：Iaas（基礎設施即服務）指將IT基礎設施能力如服務器、存儲、計算能力等）通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶使用，并根據(jù)用戶對資源的實際使用量或占有量進行計費的一種服務。Paas（平臺即服務）指在云計算基礎設施上為用戶提供應用軟件部署和運行環(huán)境的服務。Saas（軟件即服務）指一種基于互聯(lián)網(wǎng)提供服務的軟件應用模式，它能夠以較低的成本為用戶提供商業(yè)軟件服務，免除了由與軟件使用相關的安裝、管理、支持、授權等導致的復雜問題。

2 云計算與教育

2.1云計算的教育價值

未來的信息化學習環(huán)境非常復雜，學習資源也越來越廣泛。云計算有助于解決高原期的困惑，比如消除信息孤島，實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)、資源共享以及應用互通等。因此，信息化教育需要走上云服務平臺?；诖笱b備的教育云的發(fā)展思路，繼承“班班通”建設，通過信息化教室形成數(shù)字化校云，繼而拓展至市（縣）教育云，最終建立公共教育資源與數(shù)據(jù)的云服務中心，實現(xiàn)公共教育云的構建。[2]

教育云，即“云計算在教育中的應用”。作為一種新的服務模式，教育云服務受到了熱捧。《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》中明確提出了建設中國教育信息化云服務平臺的任務和行動計劃。教育云服務的發(fā)展是推進我國教育信息化向縱深發(fā)展的一次機遇，教育云有希望解決“教育不平等”和“資源浪費”等諸多問題。

2.2云計算對教育領域的重要意義

由云計算的原理以及特點可知道云計算在教育領域的應用具有重要的意義：

1） 云計算的應用能為學校節(jié)約成本。云計算對用戶端的設備要求很低，它能把分布在大量的分布式計算機上的內(nèi)存、存儲和計算能力集中起來成為一個虛擬的資源池，并通過網(wǎng)絡為用戶提供實用計算服務。隨著技術的更新，學校不得不經(jīng)常更新電腦設備，這使得有的學校會因為資金問題而舉步維艱。而在云計算背景下，絕大部分任務將交給云端（分布式計算機服務器）來完成，用戶不用擔心硬件性能、軟件版本、數(shù)據(jù)同步、信息安全、存儲備份、帶寬等各種問題，只要擁有網(wǎng)絡和終端設備，就能夠像使用水和電一樣，隨時、隨地、隨需地信手拈來教育資源，獲得教育服務。

2） 云計算的應用能實現(xiàn)教育資源的共享利用。我國教育的發(fā)展還存在差異性，中西部的教育發(fā)展水平相對于東南部來說落后很多，教育的公平性問題始終存在。而云計算平臺建立了一個龐大的虛擬資源池，各地各個學校的教師可以在這一資源池中上傳或下載教學資源，解決了許多學校資源更新速度慢、利用率低的問題。此外，云計算對學生的合作式學習也有很大的幫助，如Google Doc軟件可以使學生方便地進行文本的創(chuàng)建、編輯和共享，尤其是對于一些需要小組討論合作完成的作業(yè)，提高了學生的學習效率和效果。

3） 云計算能為學學校提高可靠安全的數(shù)據(jù)存儲中心。在病毒猖獗的互聯(lián)網(wǎng)時代，數(shù)據(jù)存儲的安全可靠越來越重要，而信息安全問題在專業(yè)人員欠缺的學校特別突出。如果學校使用云計算服務，數(shù)據(jù)存儲在云端，因此不用擔心病毒的入侵和硬件的損壞導致數(shù)據(jù)丟失。

2.3 云計算在教育領域的發(fā)展現(xiàn)狀

2007年10月，Google和IBM聯(lián)合宣布推廣“云計算”計劃，包括卡內(nèi)基梅隆大學、斯坦福大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校在內(nèi)的多所高校都參加了該項計劃，我國的清華大學也于2008年3月加入此項計劃。[1]

云計算作為一種新興的研究領域，倍受教育領域內(nèi)學者的青睞。當前我國的云計算教育應用還處于初級階段，發(fā)展現(xiàn)狀受區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平和教育程度的影響，研究機構主要以高校院系為主，研究內(nèi)容主要集中在云計算技術的應用開發(fā)方面，云計算技術的教育應用模式主要體現(xiàn)在高等教育和通用教育中。[4]在今后的發(fā)展過程中，國家應出臺相應的激勵政策，加大資金投入。各高校院系應加強與科研機構的合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，加強云計算教育應用的技術開發(fā)研究以及在基礎教育、高等教育、通用教育實踐陣地的應用探索，以促進理論與技術、理論與實踐更好地融合。

3 基于云計算的教育云平臺的架構

3.1 教育云平臺的架構可分為5層，如圖1所示

1） 基礎設施層：為高層提供計算、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡通訊等資源，即提供Iaas，分為物理硬件層和虛擬化服務層。其中，物理硬件層由底層的各種硬件設備構成，主要包括服務器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、硬件實驗設備等，它們之間通過網(wǎng)絡設備實現(xiàn)物理上的網(wǎng)絡連接，是遠程教育系統(tǒng)的物理資源池。虛擬化服務層構建在物理硬件層之上，利用虛擬化技術對底層硬件設備進行管理，向上提供計算、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡通訊等虛擬資源。

2） 基礎平臺層：主要包括計算服務、統(tǒng)一存儲、集群管理等，即提供Iaas。計算服務對云中的虛擬資源進行管理，即對資源的監(jiān)控、分配與回收等，對云平臺的各個資源節(jié)點進行負載均衡管理。統(tǒng)一存儲對云平臺的系統(tǒng)資源進行統(tǒng)一管理，即登陸驗證、權限管理、訪問管理、網(wǎng)絡管理等。集群管理將多臺存儲設備中的資源聚合成一個能夠給應用服務器提供統(tǒng)一訪問接口和管理界面的存儲池。

3） 應用接口層：為云應用程序開發(fā)人員提供一個平臺，為開發(fā)各類基于云計算的教育應用軟件提供開發(fā)環(huán)境和公用API等，即提供Paas，為用戶和其他的程序提供功能和交互式接口。

4） 教育應用層：提供各類的教育教學相關的應用軟件，即提供面向教育的Saas。有用于教學與教學管理的交流平臺、學習平臺、在線練習與考試等；用于教學資源的精品課程、在線資源庫等。

5） 統(tǒng)一門戶層：在客戶端為用戶訪問教育云提供統(tǒng)一的兩種接口：傳統(tǒng)的圖形用戶接口（GUI）和基于Web的接口。借助與Web2.0技術，教育云提供的服務器主要為B/S結構，因此用戶只需要使用瀏覽器就可以訪問服務。傳統(tǒng)的GUI將作為Web接口的一個輔助手段，用于遠程登錄教育云上的虛擬機，訪問底層的資源。

3.2 教育云服務的運作過程

各類教育的軟硬件資源都放在云端，組成了教育云，當用戶通過終端賬號登陸云計算系統(tǒng)訪問云中的資源時，由云計算資源管理系統(tǒng)為云用戶自動分配滿足計算性能需求的計算機，自動收索教育云中的資源并選擇最佳路徑來發(fā)送數(shù)據(jù)，當一臺服務器發(fā)生故障時，能自動轉(zhuǎn)向其他服務器，實現(xiàn)對已有教育資源的全局分配和管理。[3]

用戶使用云端的資源時并不知道當前訪問的資源處在何處的哪臺服務器上，只要擁有網(wǎng)絡和設備終端，就能隨時隨地進行訪問，不再受地域和時間的限制。對于任意的一個云計算用戶，教育云系統(tǒng)都能夠自動分析用戶的IP 地址、確定路由、尋找距離當前訪問最近的資源，并與之建立連接，提供最快最佳的訪問服務，充分利用教育云的軟硬件資源，提供強大的服務能力。[4]

4 總結與展望

云計算作為一種新的技術，它宣告了低成本提供超級計算服務的可能，云計算在教育領域的應用將會給教育帶來新的機遇，極大地降低教育的成本，促進低碳型創(chuàng)新教育的發(fā)展。雖然我國目前的云計算還處于起步階段，但云計算存在的強大生命力彰顯了在教育領域的優(yōu)勢和價值。未來我們應該努力開發(fā)云計算在教育領域的應用，構建基于云計算的學習環(huán)境，實現(xiàn)學習者能夠隨時隨地、自由化、個性化、多元化地學習。

參考文獻：

[1] 孫劍華. 未來計算在“云端”——淺談云計算和移動學習[J]. 現(xiàn)代教育技術，2009（8）：61-62.

[2] 祝智庭. 基礎教育信息化發(fā)展新模式[J]. 中國教育信息化，2011（18）：22.

[3] 劉曉剛，徐紅麗. 云計算在遠程教育系統(tǒng)中的應用初探[J]. 現(xiàn)代遠距離教育，2010（5）：64-67.

[4] 牛麗，陳珂，李金祥. 基于云計算的遠程教育學習環(huán)境構建研究[J]. Scientific Research， 2011：326-329.

[5] 張溪竹，冷東明. 云計算在教育領域的應用[J]. 信息時代，2013（1）：57-58.

[6] 張進寶，黃榮懷，張連剛. 智慧教育云服務：教育信息化服務新模式[J]. 開放教育研究，2012（6）：20-26.