未來計算在“云端”

孫劍華

【摘要】云計算是分布處理、并行計算和網格計算的發展,是新一代的互聯網計算模型,其安全可靠的海量數據存儲和強大的計算能力,將對我們在信息技術環境下,實現自由化、個性化、多元化的移動學習產生積極影響。

【關鍵詞】云計算;移動學習;教育模式;教育資源;虛擬社區

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097(2009)08—0060—03

21世紀是信息主宰一切的時代,尤其是在新一代互聯網技術Web2.0的推動下,互聯網上的信息量正以指數級速度迅速膨脹著,根據EMC公司贊助IDC進行的研究計劃“Digital Universe”分析報告,截止到筆者寫稿時,我們這個世界生成、占用的數字信息及復制總量已超過374Exabytes(374×10243GB)[1],面對如此海量的信息,如何高效的處理并為用戶提供快捷、有效的網絡服務,成為互聯網發展面臨的首要問題。為了解決這個問題,從分布式處理到并行計算再到網格計算,IT界始終沒有終止創新的步伐,在孕育了10年之后,一個基于網格技術理念并在其基礎上發展而來的新互聯網計算模型——云計算,誕生了。在云計算模型下,互聯網服務商利用“云”(超級計算機群),為用戶提供安全、快捷的信息存儲和網絡服務。應用于教育領域,云計算為新的學習方式——移動學習,提供新的發展思路:其大型存儲器聚合的海量教育信息為教育資源的整合奠定了堅實的基礎;其實現了C/S結構向B/S結構真正意義上的轉變,使得移動學習過程中對學習者終端硬件的要求大幅降低,甚至只需一臺支持瀏覽器技術的移動設備(如手機、PDA等)即可進行移動學習。云計算將是未來移動學習的主要支撐平臺,也將推動移動學習的發展。

一 云計算及其特點

1 什么是云計算

云計算是分布式處理、并行處理和網格計算的發展,或者說是這些計算機科學概念的商業實現。云計算的基本原理是,將數據計算分布在大量的分布式計算機上,而非本地計算機或遠程服務器中,企業數據中心的運行將與互聯網相似,這使得企業能夠將資源切換到需要的應用上,根據需求訪問計算機和存儲系統。這就好比是從古老的單臺發電機模式轉向了電廠集中供電的模式,它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通,就像煤氣、水電一樣,取用方便,費用低廉,最大的不同在于,它是通過互聯網進行傳輸的。基于云計算這樣的思想,我們不難想象:在未來,只需要一臺筆記本或者一個手機,就可以通過網絡服務來實現我們需要的一切,甚至包括一些個人計算機無法應對的超級計算任務。

云計算的核心是海量數據的存儲和計算。由幾十萬臺甚至幾百萬臺計算機構成的計算機群,對信息進行聚合和分布處理,然后通過網絡對客戶提供服務,這樣,用戶只需使用電腦、手機、PDA等終端設備接入互聯網,便可獲取需要的信息服務。由于信息存儲和數據計算都發生在“云”端,云計算突破了傳統的以個人計算機為核心的硬件限制,集合了信息聚合和設備聚合的全新Web服務,將從根本上改變人們獲取信息、溝通交流的方式。

2 云計算的特點

云計算的特點主要有如下方面:

(1) 諸多技術的集合體

云計算是網格計算的發展,并在其基礎上融合了虛擬技術、IaaS、Web2.0、分布式計算、公用計算[2]等技術,其中,虛擬化技術是云計算技術的核心。虛擬技術將網絡中的服務器、存儲和網絡虛擬成一個資源池,統一靈活調配,每一個應用部署的環境和物理平臺無關,通過虛擬平臺進行管理實現對應用的擴展、遷移和備份。

(2) 安全的數據存儲

云計算提供了最可靠、最安全的數據存儲中心,用戶不用再擔心數據丟失、病毒入侵等麻煩。例如,將文檔保存在類似 Google Docs 的網絡服務上或將照片上傳到類似 Google Picasa Web 的網絡相冊里,用戶無需擔心數據的丟失或損壞,因為與現今流行的網絡硬盤想比,云服務端有專業的團隊來管理信息,有先進的數據中心來保存數據,同時,嚴格的權限管理策略還可以幫助用戶指定的人共享數據。

(3) 方便、快捷的云服務

大家都有過維護個人電腦上種類繁多的應用軟件的經歷:為了使用某個最新的操作系統,或使用某個軟件的最新版本,我們必須不斷升級自己的電腦硬件;為了防止在下載時引入病毒,我們不得不反復安裝殺毒軟件和防火墻軟件。而在云計算時代,所有這些都無需用戶自己動手,因為在云服務端有專業的IT人員幫用戶維護硬件、安裝和升級軟件、防范病毒和各類網絡攻擊,而用戶只需在瀏覽器中鍵入URL,登錄后即可在瀏覽器中做以前在個人電腦上所能做的一切事情。

(4) 無限可能

為存儲和管理數據提供了幾乎無限多的空間,也為我們完成各類應用提供了幾乎無限強大的計算能力。例如,當我們駕車出游的時候,只要用手機連入網絡,就可以直接看到自己所在地區的衛星地圖和實時的交通狀況,可以快速查詢自己預設的行車路線,可以請網絡上的好友推薦附近最好的景區和餐館,可以快速預訂目的地的賓館,還可以把自己剛剛拍攝的照片或視頻剪輯分享給遠方的親友,等等,所有這一切,云計算為我們使用網絡提供了幾乎無限多的可能。

二 云計算和教育

1 云計算如何進入教育

基于云計算的原理和其固有的特點,云計算比其它新技術更容易進入學校。

云計算對用戶端的設備要求很低——這一特點決定了云計算將會在學校大受歡迎。云計算能把分布在大量的分布式計算機上的內存、存儲和計算能力集中起來成為一個虛擬的資源池,并通過網絡為用戶提供實用計算服務。為了滿足越來越多的計算需求,學校不得不經常更新電腦設備。而在云計算背景下,絕大部分計算任務將交給云端(分布式計算機服務器)來完成,只需讓電腦接入互聯網即可,學校師生可以使用原有的舊電腦,或采用性能一般的低價筆記本電腦以及智能手機接入云服務,從而享受云計算提供的虛擬桌面帶來的樂趣。可見,使用云計算服務,學校能極大的節約計算機硬件購買和維護的成本。

云計算為學校提供經濟的應用軟件定制服務。軟件即服務(SAAS)是云服務的一種類型。學校接入這類云計算服務后,無需再花費大量資金購買商業軟件授權,一些常用的應用軟件如office系列,云服務已經提供,收費低廉,有的甚至是免費。作為客戶端的本地電腦只需運行圖形界面的Linux操作系統和瀏覽器即可享受云服務,不用擔心應用軟件是否是最新版本,這也極大的減少了學校為維護和升級操作系統、應用軟件所投入的費用。

云計算能為學校提供可靠和安全的數據存儲中心。在病毒猖獗的互聯網時代,數據存儲的安全可靠越顯重要。而信息安全的問題在專業人員欠缺的學校特別突出。學校使用云計算服務,數據儲存在云端,因此無需擔心病毒的入侵和硬件的損壞導致數據丟失。

采用開源云計算項目,布置校園網中的云計算服務。目前有很多云計算項目是開源的,比如:你想構建類似與Google apps的云平臺,可以采用AppDrop或10gen開源云計算項目。許多學校都有大量接近淘汰的舊電腦,這類電腦有些只是硬件配置問題無法升級到新的操作系統或安裝新的應用軟件而被淘汰,硬件本身還可以正常工作,這類電腦除了可以作為客戶端接入云計算服務繼續使用外,還可以選擇使用開源云計算項目在此類電腦上布置學校自己的云計算服務。

2 云計算在教育中的應用現狀

2007年10月,Google和IBM聯合宣布推廣“云計算”計劃[3],包括卡內基梅隆大學、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月加入了此項計劃。通過這項計劃,高校的研究者能夠更方便地利用Google和IBM的云計算資源,搭建出各種創新性的應用。

(1) 卡塔爾云計算計劃

“卡塔爾云計算計劃”是將云計算技術引入中東地區的首批項目之一,最初于卡耐基梅隆大學卡塔爾分校啟動。卡耐基梅隆大學卡塔爾分校、卡塔爾大學、德州農工大學卡塔爾分校將與眾多業界專家、研究人員及客戶一起,就構建云計算環境展開協作,共同開發云解決方案,以幫助解決行業問題。

(2) 南非比勒陀利亞大學云技術應用

比勒陀利亞大學計算智能研究組將把云計算技術應用于下一代醫學研究中。利用該計劃,學生們將通過研究藥物吸收率以及曾應用于某種藥物治療的人的DNA的蛋白質結構折疊來找到減慢重癥疾病發展的方法。

(3) 東非健康領導力高等教育聯盟(“健康聯盟”)云計算項目

健康聯盟(Health Alliance)是一個由七所大學組成的聯盟,它與IBM以及其他業界專家合作,通過虛擬計算實驗室來拓展可供學生遠程訪問的教學資源。通過云計算技術,所在聯盟大學的學生將可訪問最先進的教育類計算資料,選擇軟件應用、計算及存儲資源,而且不用支付維護和支持整個計算環境方面的費用。

諸多的教育性云計算項目的開展預示著云計算不但改變了傳統互聯網時代信息聚合和數據處理的方式,更將會為教育領域開拓一個全新的學習空間,創造一個教育信息自由化、學習者多元化的學習環境。隨著云計算的發展和普及,教育者信息、教育信息、學習者信息都將逐步遷移到“云”上,這對移動學習的發展來說,無疑是一個很好的契機:一方面,學習者可以在云服務所聚合的海量教育信息中自由地、最大化地選擇學習內容;另一方面,教育者可以充當云服務管理者的角色,整合、歸類和管理教育信息資源,開展教學設計,優化教學過程;再者,云計算是基于Web服務的,這便意味著,學習者在學習過程中,可以與全世界的學習者一起交流、協作,共同完成學習任務。

三 云計算對移動學習的影響

1 改變現有移動學習模式

根據不同的應用技術、不同的通信協議,移動學習的模式有兩種:基于短信息服務(SMS)和通過建設WAP教育站點,分別是基于點播和基于瀏覽的移動學習。而兩種模式都各有其不足:SMS模式下,學習者通過定制短信息進行學習,服務端短信息一般都是編輯完成后通過短信平臺傳播給學習者的,學習者無法與教學者進行實時的交流,即使將問題以短信息方式回復給教育者,教育者也很難在第一時間進行回答。而且,短信息的發送、接收受信息堵塞、網絡是否通暢等諸多因素的影響;WAP教育站點模式下,一是目前建立的WAP教育站點不多,學習資源有限。二是該方式基于WAP瀏覽協議,數據傳輸速率不高,使得學習者學習效率不高,此外,其收費比較高,甚至超過個人計算機條件下的網絡學習,因此很難得以普及。移動學習現有模式的諸多不足,使得移動學習很難形成大眾化的趨勢,也在根本上限制了移動學習的發展。云計算的出現,將通過技術彌補這些不足,帶來移動學習模式的變革。云背景下,大量教育資源將存儲與云服務器中,學習者無需再通過短信或WAP站點點播方式,只需使用移動設備通過瀏覽器即可接入“云”端存儲器自行選擇學習內容進行學習,而且云計算整合了多方計算機、互聯網新技術,突破了單一WAP協議的限制,加之目前支持HTTP協議的智能手機、PDA的平民化發展,學習者將得以使用低價的移動設備、廉價的網絡收費與云服務器進行快速的通信。

2 整合最豐富的教育信息資源

互聯網最大的優勢在于資源的聚合,云計算根本出發點就是信息的融合、存儲并通過網絡服務進行共享,這使得教育者可以最大限度的整合教育資源。在現行的移動學習模式下,教育者都是按照既定的教學大綱要求,編排學習內容、設計教學過程并通過網絡手段向學習者傳授知識,學習內容的廣度和深度在很大程度上仍受教學大綱和教育者本身知識體系的限制,教育者傳授多少學習內容,學習者只能得到多少知識,無法形成知識的遷移。而在云計算時代,由全世界范圍內的教育者提供的大量教育資源將聚合到“云”端的存儲服務器中,學習者只需輸入關鍵詞,即可獲取來自世界各地的教育資源,然后根據需要自由地選擇學習內容進行學習,就像使用搜索引擎那么簡單,教育者要做的僅僅是對教育資源進行歸類、管理和制定相應的訪問規則。同時,在學習過程中,學習者和教育者還可以在既定的規則下對既有的學習內容進行補充和修改,從而不斷地完善資源庫。

3 創建自主、多元的虛擬學習社區

隨著互聯網技術的進步,互聯網技術教育應用在信息處理和交流協作方面的優勢日益顯現。為了更好的交流協作,以形成共有文化和學習共同體為目標的虛擬學習社區大量出現并發揮著重要作用。虛擬社區實質上是一種特殊的學習環境,學習者根據自己的需要有方向的選擇適合自己的社區,發展自己的特長并和社區成員之間分享知識、互助合作。然而,由于技術和資源方面的原因,目前虛擬學習社區的構建仍依托于某特定的教學機構,其輻射范圍、學習者構成、學習內容、學習策略等往往受該教學機構的控制,學習者個性并沒得到充分展示,社區成員間的知識共享、交流協作還是受約于教學機構。在云計算下,所有資源和應用程序都將整合在“云”端,每個學習者都可以利用這些資源和應用程序自由的創建虛擬社區,構建自己的虛擬學習環境,跟具有共同學習目標的其他學習者一起進行協作學習。由于這些虛擬社區由學習者自主創建,沒有特定的教學引導者或社區意見領袖[4],共同的學習目標是對學習者秩序的唯一約束準則,因而學習者可以充分發揮其特長,展示其個性,自由地交流。再者,由于是基于網絡的,學習者構成突破了現行虛擬社區輻射范圍的限制,來自世界各地、不同國家、不同文化背景的人,都可以進入社區共同學習和討論,相互取長補短,借鑒學習經驗和豐富學習內容,實現了多元化的文化知識交流。

4 對移動學習設備要求大幅降低

目前,移動學習設備存在的問題仍然是制約移動學習發展和普及的重要因素。主要存在問題如下:

(1) 信息處理能力低,計算速率遠不及普通計算機;

(2) 鏈接不同類型裝置時有困難,移動設備對器件性能要求很高;

(3) 大部分移動設備還不支持HTTP協議,只能訪問基于WAP協議的服務器,多媒體資源的傳輸受限制。

云計算技術的出現,為這些問題提供了很好的解決之法。云計算下,所有的數據存儲和處理都將在“云”端的計算機群進行,其強大的計算能力不但使處理速度要比個人計算機快很多,而且還能完成一些個人計算機無法應付的數據處理任務。由于所有的數據處理都在“云”端進行,學習者只需通過瀏覽器便可進行類似于在個人計算機上的一切操作,如一些應用程序的安裝和使用等,所有這些操作都無需硬件系統的支持,因此對移動設備除運行瀏覽器本身所需計算能力以外無任何別的數據處理要求,而這樣的要求,普通的手機就可以勝任。正如比爾?蓋茨[5]1989年在談論“計算機科學的過去現在與未來時”時所說的那樣:“用戶只需要640K的內存就足夠了”。從使用者角度來講,云計算將帶來硬件的死亡。而且,現在的PDA正向著電腦和手機融合的方向發展,其內置的操作系統和支持HTTP協議的瀏覽器,將為用戶提供更完善的瀏覽器功能。通信方面,目前第三代無線移動通信(3G)技術正快速發展,其到來后將帶來2Mbps的數據傳輸速率,將更好的為移動設備和“云”端的無線通信服務。

四 總結

傳媒學家麥克盧漢認為“任何技術都傾向于創造一個新的人類環境”。云計算技術的出現,不但為IT業提供了全新的機遇并催生傳統IT產品的轉變,也將從多方面改變我們的學習和生活。雖然目前云計算還處于起步階段,但其在IT界所受的熱捧足以顯示其強大的生命力。在以終身學習為主導的現代社會背景下,教育技術工作者應在對云計算技術研究的基礎上進一步設計開發其教育應用,充分發揮其在移動學習中的優勢,進而真正實現隨時隨地、自由化、個性化、多元化的移動學習。