云服務環境下基于任務的協作學習的研究

張 璐，劉海申

（1.駐馬店職業技術學院 信息工程系，河南 駐馬店 463000；2.南陽幼兒師范學校 河南 南陽 414750）

隨著電腦網絡的迅速擴張和強力滲透，教師在實際的教學中對教學輔助平臺的需求越來越強烈，由于受到地理位置、網絡傳輸速度、服務器的數據處理能力等諸多因素的影響，產生了教育信息平臺不能滿足師生學習的需要，信息和資源無法有效共享等問題。這些問題成為了教育信息化發展的瓶頸。因此，亟待尋求一種新的技術來解決這些問題。正是在這種需求背景下，誕生了一種新的網絡計算模型——云計算。云計算使得Internet變成每個人的數據存儲中心、數據計算中心。它是基于分布式計算，以用戶為中心，數據存在于云海之中，可在任何時間（Anytime）、任何地點（Anywhere）以某種便捷的方式安全地獲得它或與他人分享。

教師根據本地教學的實際情況，充分利用云計算提供的軟件、存儲、安全等要素，構建個性化教學的信息化環境，支持教師的有效教學和學生的主動學習，引導學生不斷提高專業學習興趣和運用網絡資源自主學習專業的能力，讓學生根據自己的需求和學習狀況，自主地選擇學習內容和控制教學進程，充分體現了學生的主體地位，提高學生對學習的興趣，形成快樂學習，自主進步的局面。培養了學生創新能力和和運用網絡來自主學習的意識，使學生的學習由被動變為主動。因此，充分利用云計算帶來的云服務為教學提供相互通信、資源共享，存儲空間無限的便利條件，提高教學質量。文中就云服務環境下基于任務的協作學習進行了研究。

1 云計算的概念及特點

所謂“云計算”（Cloud Computing），就是以公開的標準和服務為基礎，以互聯網為中心，向用戶提供安全、快速、便捷的數據存儲和其它網絡服務，讓互聯網這片“云”成為每一個網民的數據中心和計算中心。云計算是使用虛擬化技術，在現有互聯網的基礎上把所有硬件、軟件結合起來，充分利用和調動現有一切信息資源，整合大規模網絡計算資源協同工作的超級計算模式，通過構架一個新型的服務模式，為人們提供各種不同層次、各種不同需求的低成本、高效率的智能化的服務及信息服務。其概念模型如圖1所示。

云計算是一個通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統，云計算具有的海量的信息資源、超級的存儲能力、高速的運轉能力、高速的網絡傳輸能力，無論何人、何物在何時、何地都能夠實現知識共享、互聯互通、協同工作。

云計算具有如下特點：

1）強大的計算能力 成百上千臺的服務器可以為普通用戶提供強大的運算能力，為用戶提供強大的計算，完成用戶的各種業務要求。

圖1 云計算概念模型Fig.1 Concept model of cloud computing

2）安全可靠的數據存儲 云計算采用了嚴格的權限管理策略支持數據的共享，用戶的數據存放在云端，用戶不用擔心數據丟失這樣的麻煩。在可靠性方面，云計算采取了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施進行保障[1]。

3）終端用戶門檻低 用戶只要能夠上網，通過計算機或手機的瀏覽器輸入網址，就可以按需索取，方便快捷地享受各種云服務。

2 云計算輔助教學優勢

從云計算的技術特點，以及教育的發展趨勢上看，云計算輔助教學模式將會是今后主要的發展方向，云計算輔助教學具有下列優勢。

2.1 節約硬件設備的投入成本

借助云計算整合教育資源，學校只需提供給學生可以運行瀏覽器的最簡單的終端設備和網絡，節約了學校硬件設備，由于云計算對使用的終端計算機本身的要求并不高，只需安裝操作系統和瀏覽器，所以完全可以節約初期的投入——不必配置高性能的計算機設備，并且可以將設備更新換代的任務統統丟給服務的提供者——數據中心的建設者或者是相關服務的提供商。實現了最小化終端設備的要求。實現了教育信息資源的共享，學生隨時隨地可以進行學習，從而節約了學校硬件設備的投入成本。隨著云計算的發展，可以預見這樣的場景：學校的機房設備甚至可以簡化到類似于計算機網絡初期時的形態——只需要具備瀏覽器和上網條件，任何一種教學軟件的使用和信息的存儲和處理都可以輕松解決。極大地減少了軟，硬件資源的建設、管理和維護成本，節省了人力、物力和財力。

2.2 降低了創設網絡學習平臺的技術門檻

在云計算支持下，教師通過云計算提供的環境、資源和服務，可以不依賴專業技術人員，輕松構建自己的個性化教學環境；而學習者則可通過云計算自由地選擇學習資源和學習方式，最終實現了教師教學質量的提高和學生協作學習能力的培養。學習者可以選擇所需要的學習和服務，可自行創建和管理其個人學習環境。個人學習環境的基本要素都可以由云服務實現控制和管理。學習者只需要通過瀏覽器即可獲取構建學習環境所需的數據和服務，而不需再掌握復雜的軟件操作，這樣極大降低了網絡學習環境構建的門檻。不用再投資購買昂貴的硬件設備，可以節約成本。

2.3 提供資源共享

近年來，教育信息系統的快速成長和服務多元化要求學校有相匹配的教學資源。各學校加大了教育信息資源建設的投入，積累了大量的教育信息資源。但是各校間缺乏交流與合作，造成了資源的重復建設。云計算可以加強學校間的合作與交流，促使教學資源整合，有效地消除教育信息系統中的“孤島”現象。將實現網絡虛擬環境上的最大化資源共享和協同工作。實現網絡環境上最大化的資源共享。同時，也有利于改善現有的教育信息網中教育資源不均衡的狀況。

2.4 提供安全可靠的數據存儲

在互聯網時代，網絡用戶的素質參差不齊，網絡道德規范不盡如人意，病毒泛濫，黑客猖獗，如何保障存儲數據的可靠、安全顯得尤為重要。學校使用云計算服務，學校的機房幾乎是公認的病毒集散地，由于計算機和存儲設備的交叉、頻繁使用，導致了計算機病毒在校園網和學校機房的廣泛、普遍傳播。可能連教師上課時所用的教師機，也可能變成病毒的發源地和傳染源。安裝殺毒軟件是一種有效的手段，但是除了支付殺毒軟件使用費用，還有定期更新和防止殺毒軟件誤刪除的危險。云計算中所提供云存儲服務，數據儲存在云端，為重要數據提供安全的防護和備份，無論是學生還是教師，都可以隨時隨地方便地存取自己的重要數據，既不用擔心由于自己的存儲設備損壞導致數據丟失，也不用擔心病毒入侵將數據損壞。

3 基于云計算的教學輔助平臺設計

3.1 教學設計原則

基于云計算的教學輔助平臺提供以任務驅動的協作學習方式，是以“學”為中心的教學系統。進行教學設計時，應遵循如下原則：

1）強調以“學”為中心 學習過程中要充分發揮學習者的主動性，體現學習者的創造精神，讓學習者有多種機會在不同的情境下應用所學的知識。

2）強調“協作學習”對意義建構的作用 學習者組成學習共同體，通過討論和交流，共同完成對所學知識的建構。

3）強調“情境”的創設 學習總是與一定的社會文化背景相聯系，在實際的情境下進行學習，可使學習者利用原有的經驗去“同化”當前學習的新知識，從而也賦予了新知識以某種意義，因此情境要與學習任務相融合。

4）重視學習環境的設計 學習環境是學習者進行自主學習和協作學習的場所。在云計算輔助教學中，學習環境主要是指基于計算機技術和網絡技術的信息化、數字化、智能化的學習環境，即“網絡學習平臺”，如 moodle、BlackBoard、百會在線、Google協作平臺。

5）重視學習資源的提供 在學習過程中應提供各種信息資源來支持學習者的知識學習和意義建構，包括內容資源、軟件資源、在線資源等，促進學習者的自主式學習和協作探索。

6）學習過程的最終目的是完成意義建構 以學為主的教學設計的最終目的是學習者對知識的意義建構，因此，在進行教學目標分析的基礎上，先選取恰當的主題，再圍繞這個主題進行意義建構。

3.2 云計算教學輔助平臺功能設計

l）通知發布

在日常教學中，教師經常需要就課時變更、教室調整、布置作業等事項通知學生，傳統的電話與短信通知方式需要每次逐班甚至逐人通知，費時費力且容易疏漏[2]。云計算教學輔助平臺需要具備通知自動發布功能，即教師可以預先設置通知內容及發布對象，平臺系統可以在指定時間自動將通知內容，通過E-mail甚至短信方式直接傳達到學生個人。

2）信息交流

針對目前高校教學中普遍存在的師生缺乏課下交流互動，大學生習慣甚偏愛網上交流的現狀特點，教學輔助平臺可以形成以教師個人為核心的師生交流平臺，彌補日常教學中缺乏互動的不足[3]。與課程網絡體系中其他平臺的師生交流部分不同，教學輔助平臺的信息交流并不局限于課程教學，而是突出師生之間的非正式交流，因此涉及內容更多，交流效果也更取決于教師個人能力與關注熱情。

3）資源共享

隨著知識更新速度加快。以及學生學習手段的多樣化，高校教師在授課過程中往往需要增加書本之外的前沿知識、實踐案例等彈性內容[4]。面對學生在課問提出的復制課件、索取資料等請求，教師經常應接不暇且缺乏有效共享途徑[5]。教學輔助平臺可以通過提供上傳空間等方式，讓教師能夠將授課過程中增加的各類書面資料展示共享，為學生提供方便靈活的獲取途徑。

4）作業提交

現在有越來越多的師生習慣采取電子郵件方式完成作業。為了解決電子郵件提交作業中存在的錯誤發送、延遲到達，以及案例討論作業中缺乏學生橫向交流等問題，教學輔助平臺要為學生提供作業提交功能，以便學生獲知作業提交與批改情況，而且可以通過作業共享等功能方便學生之間的協同作業及橫向溝通[6]。

5）調查評價

為了提高學生學習興趣，改善教學效果，教師最好可以通過事先征詢、事后反饋等方式，了解學生對于知識體系的興趣所在，以及學習感受等信息[7]。由于當面交流方式存在有效信息少、溝通效率低等問題，教學輔助平臺應提供問卷調查功能，為教師面向學生開展各類調研提供方便。

3.3 云計算輔助教學平臺在教學中的應用

隨著云計算的進一步發展，云計算輔助教學在教學中的應用將會越來越廣泛。例如，利用云服務平臺，進行教學、學習，也可以實現信息交流和管理。

1）自主式學習

云計算環境下，教師和學生每個人都可以隨時、隨地的展開學習。學生是學習的主體，學習是學生自主建構的過程。可以引導學生使用先進的技術，借助各種媒體的作用，利用網絡上的各種學習資源，多方位地獲取知識。

2）個性化學習

學生的基礎知識不同，性格特征也不同，個體差異決定了教學目標的多樣性。課堂教學很難做到因材施教，云計算輔助教學將克服這些弊端。網絡的多媒體教學可以創設真實的情景，通過跨越時空的交互式教學，提高學生的學習興趣，促使學生主動地去學習。云計算環境下，學生和教師可以通過平臺隨時交流，學生在學習時間、地點、進度和學習方式的選擇上有很大的自主權。教師不需要考慮計算機硬件的故障和解決技術上的突發問題，節省下的時間和精力可以放在教學設計上，充分地分析學生的學習特點，選取適合的媒介，設計教學環節，啟發引導學生的學習過程和學習效果，提供適合學生的個性化學習。

3）協作交流式教學

教學不應當只是“教”和“授”，還應當包括學生之間的協作與交流。云計算給學習者創建了交流協作的平臺，并且突破了時間、地點和地域的局限，學生可以利用課余時間通過平臺展開協作交流活動，以彌補課堂教學時間不夠的情況。教師通過采用任務驅動的協作方式引發學生交流，促進學生學習，使學生在學習過程中完成知識的建構。基于上述這些優勢，上海師范大學的黎加厚教授提出了一個新的概念—云計算輔助教學，即Clouds Computing Assisted Instruction，簡稱CCAI，指學校和教師利用云計算支持的服務，構建個性化教學的信息化環境，支持教師的教學和學生的學習，提高教學質量。

在當今充滿競爭的時代，個人能否取得成功，不只取決于個人的能力，還要看是否具備團隊協作的能力。協作學習正是現代教學中的重要的教學模式，旨在培養學生的創新能力、與同伴的合作能力和實踐能力。以任務驅動的方法展開協作學習，可以提高協作學習的效率。

3.4 教學設計流程

基于任務的協作學習的教學設計流程如圖2所示。

4 云計算支持下的教學中的對象分析

4.1 學習者

云計算是學習者方便快速地構建個人學習環境的有效手段，將支持并推動個人學習環境和非正式學習的發展。

l）構建網絡學習環境

在云計算支持下，學習者可以選擇所需要的學習資源和服務，可自行創建和管理其個人學習環境。個人學習環境的基本要素都可以由云服務實現控制和管理。學習者只需要通過瀏覽器即可獲取構建學習環境所需的數據和服務，而不需再掌握復雜的軟件操作，這樣極大降低了網絡學習環境構建的門檻。

圖2 教學設計主要流程Fig.2 Main process of teaching design

2）提高學習生產力

云計算增強了網絡學習的靈活性和敏捷性，能夠實現學習資源和學習工具的“按需而用、即需即用、快速聚合”，降低Web學習資源與服務的成本與難度，創建靈活敏捷的學習方式，創設豐富的學習情境，從而有助于提高學習生產力，最終提高學習效果。

4.2 學校管理者

教育信息系統的快速成長和服務多元化要求學校有相匹配的教學資源。云計算模式可以為學校提供基礎架構，不用再投資購買昂貴的硬件設備，可以節約成本。同時，云計算也將有效地消除教育信息系統中的“孤島”現象。將實現網絡虛擬環境上的最大化資源共享和協同工作。

4.3 教學系統開發人員

在云計算環境下，需要構建支持網絡學習的“云”服務。在云服務開發中，開發人員可以利用“松散偶合模式開發各個組成部分”，使用相關的語言和框架開發出能夠在聯系松散的設備網絡之間無縫使用的各種應用。學習者通過Web瀏覽器或手機等移動設備，獲得體驗性、互動性、移動性和存儲服務。E-Learn服務和數據可以在最大范圍內共享，避免了教育信息系統的重復開發和教育資源的浪費。

5 結束語

云計算在教育教學中的應用，在某種程度上為我國教育領域注入了新鮮的血液，促進了教育信息化的發展和觀念的轉變，使學習者通過“云端”構建個人學習環境成為可能。通過云計算輔助教育教學（CCAI）成為當前教育技術領域研究的熱點。在教育技術“云服務”迅速發展的今天，教師需要掌握新的教育理念、教育技術技能和教學方法，了解“云時代”學生的學習特點，重視網絡在學生生活和學習中的重要地位，根據學生不同風格和水平提供適合個性化學習支持服務，利用云技術支持學生的學習和創新，將社會化的學習融人到教學中。該平臺具有一般的輔助教學平臺的相互通信、資源共享的功能和特點，但是也有其獨特的優勢，例如：利用“云計算”提供的信息技術社會化服務，學校可以節省經費、人力和服務器設備等固定資產成本的投入，降低教師的信息技術培訓成本和門檻，方便學校的教育信息化管理，提高信息和數據的安全性等；教師可以輕松構建自己的個性化網絡教學環境，開展有效教學和學生的主動協作學習，促進學生思維能力和群體智慧發展，提高教育質量。

[1]黃旭輝.應用云服務的高中信息技術課程教學的實踐與研究[D].上海：上海師范大學，2010.

[2]黎加厚.走向教育技術“云”服務[J].遠程教育雜志，2008（3）：79.LI Jia-hou.Educational technology “in the cloud” service[J].Distance Education Journal，2008（3）：79.

[3]鄭起運.云計算及其對我國教育教學的啟示[J].中國醫學教育技術，2009，23（5）：425-428.ZHENG Qi-yun.Cloud computing and its enlightenment to the education and teaching in China：A caseofcloud service ofsalesforce [J].China Medical Education Technology，2009，23（5）：425-428.

[4]張家貴，羅龍濤.基于云計算理念構建數字化教學資源平臺[J].現代教育技術，2011（3）:100-102.ZHANG Jia-gui，LUO Long-tao.Construction of cloud-based computing platform for digital teaching resources[J].Modern Educational Technology，2011（3）:100-102.

[5]Vaquero L M，Rodero-merino L，Caceres J，et al.A break in theClouds:Towards a cloud definition[J].SIGCOMM Computer Communication Review，2009（39）：137-150.

[6]Dean J，Ghemawat S.MapReduce:Simplified data processing on lage clusters[C]//The 6th Sysposium on Operating System Design and Implementation，2004：137-150.