教育云對探究式教學模式支持的探討*

高亞飛 田振清

內蒙古師范大學傳媒學院 呼和浩特 010022

作者：田振清，內蒙古師范大學傳媒學院教授，碩士研究生導師，研究方向為遠程教育；高亞飛，內蒙古師范大學傳媒學院2010級碩士研究生，主要從事遠程教育方面的研究。

1 引言

信息技術和網絡技術的飛速發展已經給人們的生產和生活方式帶來潛移默化的影響，尤其是對教育信息化的影響。進入21世紀后，教育的信息化程度成為衡量一個國家教育現代化的重要標志。經過多年的建設，我國在教育信息化方面取得巨大成就，已經從起步階段的基礎設施建設逐漸過渡到教育應用階段，并朝著學校整體發展的提高階段發展?！督逃畔⒒臧l展規劃（2011—2020年）》提出未來十年教育信息化發展戰略目標，指出顯著提升信息技術與教育整合水平，教育信息化的核心理念就是把信息技術深度融合于教育教學過程中，建設共享機制，縮小基礎教育數字鴻溝，促進優質數字資源共享。云計算技術的出現為教育信息化的發展提供了全新的運算模式，云計算應用模式是繼大型機、個人計算機、服務器/客戶機、網絡信息時代后第五代計算，是一種新型的計算模式?！霸啤钡暮诵乃枷刖褪琴Y源的集中共享，基于云計算技術將優質的教育資源和管理統一地集中在教育云平臺上，使資源在統一平臺上管理調度，用戶按需使用該平臺上的資源，即所謂的“教育云”。

所謂的探究式教學是指在教師指導下學生運用探究方法進行學習，主動獲取知識、發展能力的實踐活動，強調學生主動探究過程，是一種模擬的科學研究活動，其目的在于通過探究使學生獲得科學知識，掌握科學的方法，感知科學探究的過程。在探究式學習活動中，知識和能力的獲取不再是依靠教師的灌輸和培養，而是在教師的指導下，依靠各種資源的支持，在教師的指導下主動探究、主動思考、互動合作、親身體驗得來的。

教育信息化的目的是重點建設以學生為中心的探究、研究性學習環境，使學生自主、協作學習?；谠朴嬎愕摹敖逃啤钡某霈F為探究式教學提供便捷的平臺支持和資源支持。本文意在探討“教育云”對探究式教學模式的支持問題。

2 云計算的概念及其教育應用

2.1 云計算的概念

關于云計算的定義，根據McKinsey公司的研究，至少有22個有關云計算的定義[1]。云計算是面向服務的架構（SOA）、分布式計算模式、網格計算和虛擬化等多種技術混合演進的結果[2]。云是一個巨大的虛擬化資源池（由硬件、開發平臺和服務等組成），這些資源能動態地根據各種規模的負載進行自動配置，使資源的利用率達到最優化。用戶按照“即用即付費”（pay-per-use）的方式使用資源，基礎架構提供商（Infrastructure Provider）根據服務級別協議（SLA）提供服務[3]。維基百科從用戶的角度定義云計算：云計算（Cloud Computing）是一種以服務方式提供給用戶的計算機能力，允許用戶在不了解提供服務的技術、沒有相關知識以及設備管理能力的情況下，通過因特網獲取需要的服務。

如圖1所示，云計算提供三個層次的服務：基礎設施即服務（IaaS），由底層的硬件或虛擬機資源構成，提供計算、數據存儲和網絡通訊等資源；平臺即服務（PaaS），構建在云基礎設施之上，為云應用程序開發者提供一個平臺開發各種的云應用軟件；軟件即服務（SaaS），基于云平臺開發的各類應用服務。

2.2 云計算的基本特點

1）超大規模的廉價服務器集群：云計算的基礎架構與傳統的性能強勁但價格昂貴的大型機不同，其基礎架構大量使用了廉價的服務器集群，特別是x86架構的服務器，節點之間的互聯網絡一般也使用普遍的千兆以太網。

2）資源利用和共享的程度高：應用程序與底層服務協作開發，有效地利用資源。傳統的應用程序建立在完善的基礎結構如操作系統之上，利用底層提供的服務來構造應用；而云計算為了更好地利用資源，采用了底層結構與上層應用共同設計的方法來完善應用程序的構建。

3）通過多個廉價服務器之間的冗余，使用軟件獲得高可用性：由于使用了廉價的服務器集群，節點的失效將不可避免，并且會有節點同時失效的問題，為此，在軟件設計上需要考慮節點之間的容錯問題，使用冗余的節點獲得高可用性。

2.3 云計算在教育中的應用

一門技術的發展勢必要帶來教育領域的革新，云計算在教育領域的應用是隨著技術公司的推廣方案而迅速開展的。云計算在教育領域的推廣源于校企合作，由于在教育領域潛在的市場價值巨大，各大機構/公司相繼開發了自己的云計算教育計劃，如清華大學開展的云計算項目研究，IBM的“藍云”計劃，Amazon的“云計算開放式基金”，“杭州師范大學——微軟IT學院”的建立。一方面，技術公司需要高校的人力資源為其提供云計算技術本身的前沿研究；另一方面，不少高校的高性能計算等為教學科研提供技術支持的應用，本身在云概念提出之前就已經建成，并初步具有云的形態，教師和學生可以直接通過自己的終端，根據需要使用高性能計算，而不需關心高性能計算的硬件在哪里，資源如何分配。

埃森哲公司（Accenture）在2010年世界經濟論壇上發布的調查報告《探究云計算的未來：駕馭技術驅動轉型的下一次浪潮》（Exploring the Future of Cloud Computing：Ridingthe Next Wave of Technology-Driven Transformation）顯示，云計算在教育科研行業的潛在應用體現在三點：獲取全球資源（Access to global resources）；低成本仿真（Low cost simulation）；高度交互/協作學習（Highly interactive/collaborative learning）。納比·蘇丹（Nabil Sultan）則認為，低成本是吸引教育機構使用云計算的重要原因[1]。

黎加厚教授基于計算機輔助教學（Computing Assisted Instructions，簡稱CAI）提出“云計算輔助教學”的新概念?！霸朴嬎爿o助教學”（Cloud Computing Assisted Instructions，簡稱CCAI）是指學校和教師利用“云計算”提供的服務，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。“云計算輔助教學”作為一個新興的學科研究領域，是信息化教育（教育技術）的新發展。“云計算輔助教學”屬于計算機科學和教育科學的交叉領域，是在信息化環境下，研究云計算提供的服務在教育教學中的應用規律，它關注的是“軟技術”，而非云計算的硬件技術，其核心是云計算服務支持的信息化教學設計[4]。

“云計算輔助教學”基于傳統的計算機輔助教學（CAI）的定義模式，并將其進行擴展，引入云計算的概念，探究基于云計算模式下的教與學模式，明確了云計算有利于自主探究學習環境的建設，有利于提高教學效率。其關注的是云計算在教育領域的應用，而非技術本身，但該概念的研究范疇具有一定的狹隘性。學術界普遍認可教育云一詞，其形象地闡釋了云計算在教育領域的應用，并且囊括的范圍更廣。教育云基于云計算定義，運用云計算模式探究用戶需求，提供所需教育應用的基礎硬件、平臺和軟件服務。

3 教育云在探究式教學中的支持

隨著云計算概念在全世界范圍內影響的不斷深入，教育云的概念已經普遍被接受，并對其在未來教育信息化發展中的應用寄予厚望。教育云的出現不僅解決了教育信息化發展過程呈現出的教學資源分布不均、教學資源更新速度慢、共享率低等問題，還具有節省投資成本、提高硬件系統的利用率、降低管理和運維成本、節約能耗等優勢。教育云平臺為廣大教育教學的工作者、學生提供一個統一、開放靈活的信息化平臺，教育教學資源高度整合與共享，減少教育投資，以提高教學質量，主要集中在基于教育云平臺下的探究式教學系統的應用探討。

3.1 教育云平臺對探究教與學環境的支持

探究式教學模式中不單純地以掌握知識為目的，而是以問題解決為中心，主要以學生為主體，注重學生的獨立認知活動，通過探索、研究來獲取知識，著眼于培養創造性的思維能力和意志。探究式教學的一般過程包括創設情境、激發興趣、呈現問題、明確目的、引導探究、思維碰撞、成果展示、評價總結、課后延伸、拓展探究等基本程序。教育云以其統一的平臺架構和開放的平臺模式對學與教環境的支持具體如圖2所示。在課堂教學中主要通過探究式學習系統支持學生的自主探究學習，以及教師引導下的探究。

3.2 教育云對探究教學情境創設的支持

圖2 教育云對教與學環境的支持

探究式教學過程中的首要環節就是創設情境、激發興趣，情境的創設直接影響后面探究主題的選擇和學習興趣的激發。教師可根據教學內容在教育云平臺上創設與主題相關的情境，引起學生的注意。利用平臺具體的實例、故事、圖片、模型等資源創設與教學主題相符的情境。情境創設中的真實場景主要通過視頻、音頻、圖片等方式完成；不可再現的場景、微觀或過于宏觀的場景主要采取模擬方式。

另外可以形象化地呈現問題情境，切合生活實際展現問題。生活中能夠看得見的，主要采取圖片、視頻、音頻方式；生活中很難或無法看得見的，主要采取演示動畫、虛擬仿真等方式。例如，基于教育云平臺的虛擬仿真實驗室是對常規實驗室的補充、完善和提高。通過建立虛擬仿真應用環境，將所學知識和現實的生活情境聯系在一起，將所學知識遷移到類似現實生活中，以此讓學生在接近現實的模擬中有效地掌握所學的知識點。根據學生的認知規律、學科本身的特點，有效利用數字化環境組織并引導學生學習。

3.3 教育云對學習資源和探究拓展的支持

學生在進行自主探究學習過程中離不開相關學習資源的支持，教師通過教育云平臺建立資料庫、專題網站提供相關的學習資料，按照使用需要提供檢索方式。教育云平臺上的教育資源，是由全世界范圍內的教育者提供的大量教育資源聚合到“云”端的存儲服務器中，學習者按需求只需輸入關鍵詞，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。教育者只需對教育資源進行歸類、管理和制定相應的訪問規則，極大地方便了學習者對資源的獲取。拓展探究的作用有兩個，一是課內沒能完成的任務課后繼續研究學習；二是進一步激發學生再學習、再研究的欲望，使學習更為深入。拓展學習可以促進知識的遷移和鞏固。

另外，探究學習系統虛擬軟件為理科學生提供深入理解抽象知識、形成綜合解決問題的能力、建立知識與生活實際之間的聯系等的探究學習環境；針對文科學生，通過集成與應用平臺將學生探究所需的各類資源分門別類按照整合點有機集成，為學生提供有針對性的探究學習環境，有針對性地為學生提供資源支持。

4 總結

教育信息化建設與發展過程仍然存在各種各樣的問題，基于云計算的教育云的出現為其提供了解決問題方法和途徑。教育云平臺有利于探究性教學的開展，充分體現學生為主體、教師為主導的理念。教育云是未來教育信息化建設的基礎架構，統一開放的平臺可以消除地區間的數字鴻溝，解決教育不均等的問題，有效地節約教育經費的投入，最大限度實現優質教育資源共享，從而從整體上提高我國的教育信息化水平。

[1]Sultan N. Cloud computing for education: A new dawn?[J].International Journal of Information & Management,2010,30(4):109-116.

[2]Youseff L, et al. Toward a Unified Ontology of Cloud Computing[R].Grid Computing Environments Workshop,2008:1-10.

[3]Vaquero M, Rodero-Merino L, Caceres J, Lindner M. A Break in the Clouds: Towards a Cloud Definition[EB/OL].http://ccr.sigcomm.org/online/files/p50-v39n1l-vaqueroA.pdf.

[4]黎加厚.低碳型教育與云計算輔助教學[J].中國信息技術教育,2010(1):73-77.