基于云計(jì)算的諾亞舟云學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

基于云計(jì)算的諾亞舟云學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

一、研發(fā)背景

基于目前教育信息化及人類學(xué)習(xí)模式發(fā)展的需求，諾亞舟提出“云學(xué)習(xí)”系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于先進(jìn)的教育理念，較好地滿足了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 (2010－2020年)》的要求，為學(xué)習(xí)者、教育者、研發(fā)者等提供以知識(shí)學(xué)習(xí)為核心的個(gè)性化功能需求和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源的共建共享。

二、系統(tǒng)介紹

云計(jì)算（Cloud computing），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算具有如下優(yōu)點(diǎn)：①低的軟硬件投入，客戶幾乎不用投入運(yùn)維成本；②云計(jì)算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用戶不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩；③云計(jì)算可方便地實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、跨地域的數(shù)據(jù)應(yīng)用與共享。云計(jì)算在客戶管理、人才管理等很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，云學(xué)習(xí)系統(tǒng)就是云計(jì)算在E-Learning領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用。

云學(xué)習(xí)（C-Learning）系統(tǒng)就是基于云計(jì)算、知識(shí)工程和語義網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)技術(shù)，在學(xué)習(xí)理論、系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)下，采用云計(jì)算和組件技術(shù)，以互動(dòng)探究為特色，以資源商店、組件商店和網(wǎng)站商店為核心機(jī)制，建立的開放式、跨系統(tǒng)、全民化終身學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。

三、設(shè)計(jì)理念與結(jié)構(gòu)

1.云學(xué)習(xí)的核心設(shè)計(jì)理念

在云計(jì)算的環(huán)境下，以知識(shí)為核心，為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)之目的表示知識(shí)；以學(xué)習(xí)者為主體，反映人腦規(guī)律和變化，設(shè)立學(xué)習(xí)激勵(lì)機(jī)制；以互動(dòng)探究為資源特色，學(xué)習(xí)者與知識(shí)互動(dòng)；以開放式開發(fā)為持續(xù)成長策略，基于網(wǎng)絡(luò)組織資源開發(fā)和程序開發(fā)，提供運(yùn)營獲利機(jī)制。

2.云學(xué)習(xí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

云學(xué)習(xí)系統(tǒng)在系統(tǒng)架構(gòu)上做了精心設(shè)計(jì)（見圖1），使系統(tǒng)與以往其他學(xué)習(xí)系統(tǒng)不同，具有高度的可重用性和可擴(kuò)展性。

3.云學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心機(jī)制

（1）互動(dòng)學(xué)習(xí)組件（iCOM），是面向不同的學(xué)習(xí)對象專門開發(fā)的、在課件編輯器中可重用或者可獨(dú)立運(yùn)行的、并能記錄學(xué)習(xí)行為的交互式學(xué)習(xí)軟件。

iCOM組件是滿足互動(dòng)探究式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)，它借鑒COM的設(shè)計(jì)思想和積件思想，設(shè)計(jì)了一種互動(dòng)學(xué)習(xí)程序開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。iCOM分為四種類型：一是活動(dòng)性組件；二是專用組件,匹配固定的學(xué)習(xí)對象；三是科目通用組件，匹配科目某類學(xué)習(xí)對象；四是數(shù)據(jù)通用組件,匹配某種數(shù)據(jù)類型，所有科目都適用。互動(dòng)組件配置學(xué)習(xí)對象的方式有兩種：一是利用Web服務(wù)端程序批量產(chǎn)生的應(yīng)用 （比如U學(xué)課堂中的互動(dòng)詞匯，互動(dòng)句子）；二是課件編輯器中手工配置，諾亞舟云學(xué)習(xí)平臺(tái)中專門開發(fā)的學(xué)習(xí)資源開發(fā)軟件BlosMX，是一個(gè)功能強(qiáng)大的基于HTML的課件編輯器，支持選擇和配置iCOM，為快速開發(fā)互動(dòng)探究式學(xué)習(xí)資源探索了一條新路。

BlosMX以用戶自主建立課程系列模式整合課件，既方便個(gè)人管理，同時(shí)也適合在平臺(tái)上的專業(yè)共享。BlosMX配備強(qiáng)大的同步資源庫，提供全學(xué)段、多版本的互動(dòng)課文、句子及詞匯供用戶在課件中使用。BlosMX提供功能全面、形式多樣的互動(dòng)學(xué)習(xí)組件，只需簡單設(shè)置學(xué)段學(xué)科、教材版本及單元課節(jié)，即可在課件中直接添加交互組件，較為便捷地設(shè)計(jì)出自己理想的課程。

（2）云知識(shí)，是以云計(jì)算為基礎(chǔ)，將知識(shí)顆粒化、類型化，表示知識(shí)和知識(shí)間的關(guān)系，而建立的通用的巨型知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在云知識(shí)中，知識(shí)的獲取、知識(shí)的表示和應(yīng)用都是基于云端的。

在云學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，知識(shí)庫需要表現(xiàn)知識(shí)和管理知識(shí)。該庫核心是表現(xiàn)知識(shí)，讓知識(shí)可視化，具備可操作性；學(xué)習(xí)者通過與知識(shí)的互動(dòng)，完成知識(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)型知識(shí)庫。該知識(shí)庫以知識(shí)為節(jié)點(diǎn)，用多媒體數(shù)據(jù)和程序表示知識(shí)（包括事實(shí)、概念、程序、元認(rèn)知等）的屬性，用節(jié)點(diǎn)連接表示知識(shí)關(guān)系的巨型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為互動(dòng)學(xué)習(xí)組件提供知識(shí)片段，滿足在記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)新等認(rèn)知過程中，發(fā)生具體學(xué)習(xí)行為時(shí)的需要。從符號(hào)形態(tài)分為：詞匯型知識(shí)庫、句子型知識(shí)庫、組件知識(shí)庫。這一點(diǎn)不同于以知識(shí)記錄為重點(diǎn)的庫，這種表記重在用術(shù)語表示知識(shí)，為知識(shí)運(yùn)用者提供檢索和展示。

為滿足動(dòng)態(tài)知識(shí)提供，對知識(shí)庫以及知識(shí)庫中的知識(shí)進(jìn)行屬性管理而設(shè)計(jì)的軟件程序?yàn)橹R(shí)管理系統(tǒng)。管理知識(shí)庫中知識(shí)之間引用關(guān)系的計(jì)算機(jī)程序，對知識(shí)引用關(guān)系進(jìn)行添加、檢索、刪除、修改，并將引用關(guān)系作為屬性綁定到知識(shí)單元并動(dòng)態(tài)提供給云學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。

（3）知識(shí)引擎，包括知識(shí)搜索、提供、推理三大引擎。

知識(shí)搜索引擎KSE（Knowledge Search Engine)是指按照知識(shí)屬性及其關(guān)系的策略，運(yùn)用特定的計(jì)算機(jī)程序在知識(shí)庫和互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行知識(shí)搜索，提供知識(shí)檢索和數(shù)據(jù)提供功能。

知識(shí)提供引擎KPS（Knowledge Provider System)以知識(shí)為檢索點(diǎn)，按照需求元數(shù)據(jù)描述需求，對知識(shí)屬性進(jìn)行萃取的計(jì)算機(jī)程序。

知識(shí)推理引擎，就是在學(xué)習(xí)的過程中，對學(xué)習(xí)者接觸的多個(gè)知識(shí)，利用知識(shí)庫進(jìn)行匹配、識(shí)別和推理，從而影響程序執(zhí)行邏輯，提供用戶不同玩法的服務(wù)端軟件程序。

4.云學(xué)習(xí)系統(tǒng)的服務(wù)模式（見圖2）

利用“云學(xué)習(xí)”站簇，以云計(jì)算為基礎(chǔ)，向?qū)W習(xí)者、課程開發(fā)者、組件開發(fā)者、知識(shí)開發(fā)者、運(yùn)營者、研究者等不同類型的用戶群，提供以知識(shí)學(xué)習(xí)為核心的相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)共建共享系統(tǒng)的服務(wù)。

組件開發(fā)平臺(tái)及組件商店，為開發(fā)人員提供了一個(gè)開放的開發(fā)環(huán)境。平臺(tái)通過向程序開發(fā)者提供學(xué)習(xí)組件開發(fā)環(huán)境和知識(shí)云接口，從而指導(dǎo)開發(fā)出可以記錄學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)并作出評價(jià)的學(xué)習(xí)組件。在使用開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)的過程中，確定學(xué)生在使用這個(gè)學(xué)習(xí)組件進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中需要對哪些學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行記錄，將這些學(xué)習(xí)狀態(tài)與學(xué)習(xí)行為對應(yīng)起來，映射到相關(guān)評價(jià)模型上，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的記錄和評價(jià)。可以開發(fā)供課件編輯器使用的學(xué)習(xí)組件或者與知識(shí)云關(guān)聯(lián)的能獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序。

課程開發(fā)平臺(tái)及資源商店，向教師提供課程設(shè)計(jì)、評價(jià)模型設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)定、任務(wù)目標(biāo)設(shè)定、資源開發(fā)、資源提供、學(xué)習(xí)記錄產(chǎn)生、利用評價(jià)模型進(jìn)行多維變焦分析與反饋等系統(tǒng)化服務(wù)，資源寫作器能產(chǎn)生知識(shí)云鏈接，引用和配置學(xué)習(xí)組件，產(chǎn)生互動(dòng)探究式學(xué)習(xí)資源。

互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，以學(xué)習(xí)者為中心，以互動(dòng)為主要特色，為學(xué)習(xí)者開發(fā)豐富的互動(dòng)學(xué)習(xí)資源，開創(chuàng)多種互動(dòng)學(xué)習(xí)模式，打造互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境，并對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行記錄和評價(jià)，根據(jù)評價(jià)推送相關(guān)資源，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)需求。

網(wǎng)站開發(fā)平臺(tái)及網(wǎng)站商店，提供對互動(dòng)學(xué)習(xí)主網(wǎng)站克隆機(jī)制，使任何組織或者個(gè)人都能輕松擁有自己的“云學(xué)習(xí)”網(wǎng)站，眾多的“云學(xué)習(xí)”網(wǎng)站簇，共享云學(xué)習(xí)資源。

除此以外，還提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)，向教育主管機(jī)構(gòu)和研究人員提供數(shù)據(jù)分析接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化管理。

四、主要優(yōu)勢與特色

該學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要的特色是具有互動(dòng)組件技術(shù)。有了互動(dòng)組件，教師開發(fā)學(xué)習(xí)資源，就如同在超市挑選商品一樣，隨手就可以做出高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源，通過因特網(wǎng)，學(xué)習(xí)資源的開發(fā)共享變得容易。互動(dòng)組件是基于因特網(wǎng)進(jìn)行開發(fā)的，是開放式的，能利用因特網(wǎng)進(jìn)行組織和開發(fā)，匯集到一起，組成大量的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)資源的共建共享。

五、在教育中的應(yīng)用

云學(xué)習(xí)平板電腦——諾亞舟“優(yōu)學(xué)派”（uPAD）的誕生，實(shí)現(xiàn)了云學(xué)習(xí)系統(tǒng)在教育中的重大應(yīng)用。諾亞舟在2011年6月份開始推出 “優(yōu)學(xué)派”的U5和U8兩個(gè)型號(hào)。其內(nèi)置兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)是安卓系統(tǒng) （即云學(xué)習(xí)系統(tǒng)），另一個(gè)是諾亞舟的NP系統(tǒng)。NP系統(tǒng)，薈萃了諾亞舟歷年來開發(fā)的學(xué)習(xí)功能的經(jīng)典應(yīng)用，包括九門同步、點(diǎn)讀、搜學(xué)、數(shù)學(xué)畫板、理化實(shí)驗(yàn)室等豐富的應(yīng)用，供學(xué)生下載使用，保障了在無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有充足的應(yīng)用。“優(yōu)學(xué)派”獨(dú)創(chuàng)的這種動(dòng)態(tài)雙服務(wù)器技術(shù)架構(gòu)，提供了有網(wǎng)絡(luò)沒網(wǎng)絡(luò)都能學(xué)習(xí)的便利，從而實(shí)現(xiàn)即時(shí)即需學(xué)習(xí)。

“優(yōu)學(xué)派”支持遠(yuǎn)程桌面控制協(xié)議，可以在Windows端利用tightVNC客戶端或者瀏覽器的VNC協(xié)議，利用專門開發(fā)的iCOM組件，把 “優(yōu)學(xué)派”的桌面抓到教師的PC端投影，基于該機(jī)制，諾亞舟提供了在線體驗(yàn)功能，可以遠(yuǎn)程操控uPAD的NP系統(tǒng)和安卓系統(tǒng)的所有功能，如uPAD的IP是192.168.1.8，則在瀏覽器的地址欄輸入vnc://192.168.1.8:5801，可以通過瀏覽器來遠(yuǎn)程訪問并操控演示u-PAD，從而實(shí)現(xiàn)教師在課堂上用優(yōu)學(xué)派進(jìn)行教學(xué)。

六、總結(jié)及展望

云學(xué)習(xí)系統(tǒng)目前雖已取得初步成績，但要實(shí)現(xiàn)云學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開放共享，助推教育的公平性，其系統(tǒng)開發(fā)和成長還有一個(gè)復(fù)雜和長期的過程，需要社會(huì)各界的支持和參與。希望云學(xué)習(xí)系統(tǒng)能借《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010－2020年）》帶來的機(jī)遇，在國家有關(guān)部門的支持下，在專家學(xué)者的指導(dǎo)下，在一線教師的參與下，實(shí)現(xiàn)教育資源的共建共享，融聚天下智慧，引領(lǐng)教育未來。

（創(chuàng)新諾亞舟電子（深圳）有限公司 鄭煒、王秀東、楊承云、楊琳）