云計算時代虛擬學習社區的特征分析

[摘要] 云計算、物聯網、智能終端是未來三大信息技術創新，云學習是可以預見的未來趨勢。云計算環境下的虛擬學習社區可望緩解當前教育信息化和終身教育的瓶頸問題，但是，無論是理論模型還是實現技術，目前國內外文獻中還鮮有完整、成熟的研究報道。本文結合未來教育空間站，分析了云計算時代虛擬學習社區的現狀，重點研究云計算時代的虛擬學習社區所具備的特征，包括交互性、泛在性、服務性、社會性、不確定性、可視性、綠色性等，為科學可行地構建虛擬學習社區提供盡可能全面完善的理論依據。

[關鍵詞] 云計算； 教育空間站； 虛擬學習； 網絡化學習； 在線學習社區

[中圖分類號] G434 [文獻標志碼] A

一、問題的提出

教育信息化的內涵是利用先進的信息技術促進教育變革、推動教育現代化，[1]另一方面，在網絡環境下開展終身教育、建設學習型社會是可以預見的未來發展趨勢，[2]于是虛擬學習社區應運而生。在傳統的網絡環境下，王海東等[3]系統闡述了網上虛擬學習社區的概念、社區特征和結構、社區的建立步驟；汪瓊等[4]構建了一個在線交互虛擬學習環境；陳國強[5]分析了虛擬學習社區平臺使用存在人員集中、時間集中、目的集中等特點，深刻剖析了現有資源內容的四個缺陷，即應付、堆砌、盈利、無吸引力等。

教育對人類社會發展具有不言而喻的重要意義，理論上說，教育也應該面向全國、乃至全球，開放、跨越與共享。然而，現有的部分教育師資、軟件、工具、資源等存在獨享、昂貴、不便捷等不足。在當前新的網絡環境下，可以充分發揮云計算的優勢，建立具有優良特性的虛擬學習社區，為各類用戶提供一個更為快捷、低廉的途徑參與網絡化學習。

云計算是傳統計算機技術和網絡技術發展融合的產物，[6]旨在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，并借助軟件即服務SaaS等先進的商業模式把這強大的計算能力分布到終端用戶手中。[7]云計算本質上是一種新的提供資源按需租用的服務模型，是新型互聯網數據中心業務，[8]被認為是互聯網領域的一場革命，其興起為互聯網的發展開辟了新天地，[9]被稱為Web3.0。[10]另一方面，隨著社會不斷發展與進步，各種教育需求急劇增長、教育資源嚴重不足，傳統虛擬學習社區已顯得力不從心，如何將目前最先進的信息技術服務于教育變革、推動教育資源共享，針對當前教育信息化和終身教育的瓶頸問題，在云計算環境下建立滿足大多數教育需求的虛擬學習社區就成為當前急需解決的關鍵問題。

在上述背景下，湛江師范學院近年來著力推進面向地方基礎教育的優質教育資源深度共享，通過未來教育空間站，在云計算的背景下構建服務于地方的數字化教育公共服務平臺，從而實現傳統課堂教學與網絡課堂教學、高校課堂教學與中小學及幼兒課堂教學、城市課堂教學與農村課堂教學、普通教育與繼續教育在時間、空間、內容和方式等四個維度的全面融合，促進學校教師教育方向的教學和科研從傳統“自然時空”向信息技術支持下的“數字時空”擴展和延伸。

本文從云計算時代虛擬學習社區的現狀入手，結合湛江師范學院未來教育空間站，重點分析云計算時代虛擬學習社區所具備的特征，為同行研究者科學可行地構建云計算時代虛擬學習社區提供盡可能全面完善的理論參考與實踐借鑒，進一步推動新環境下虛擬學習社區的發展。

二、云計算時代虛擬學習社區的現狀分析

隨著信息技術的發展，未來的網絡將是一個充滿“云”的世界，網絡將從根本上改變人類的精神家園，包括工作、生活以及認知方式，其中最直接受影響的是教育。[11]在國內，云計算方興未艾，清華大學等高校已經采用云計算平臺技術開發了云存儲Corsair、云計算NOVA等應用，[12][13]江蘇無錫獨創了“城市云”，廣東率先在南海建立了華南地區首個云計算中心等。[14]目前，國內外相關學者已經關注到了云計算對虛擬學習社區帶來的深遠影響，展開了若干有意義的研究工作。朱惠娟[15]就云計算及其在網絡學習環境構建中的應用做了初步的研究工作，提出了一個基礎性框架。王毅等[16]以構建靈活開放的教師專業發展共同體為出發點，基于云計算平臺設計了一種面向教師專業發展的虛擬學習社區平臺。Bo Dong[17]提出了基于IBM藍云的E-Learning系統。在國際上，Mohammed[18]提出了一種基于云計算的虛擬個性化學習方案，構建了一個初步的系統集成平臺。Casquero O等[19]在iGoogle和Google Apps的支撐下提出了基于云計算的虛擬學習應用，Marenzi I.[20]提出了LearnWeb 2.0平臺支撐終身學習，相關資源可以存儲在中心集群服務器、中心存儲器、學習者桌面端、甚至在線交流社區，Paul Pocatilu[21][22][23]也展開了類似的研究。

云計算技術體系在各種媒體的大肆宣傳下似乎已經相當完備，上述研究也已觸及了部分技術及其應用實現。事實上，云計算本身還在不斷發展與完善，應用規模仍然很小。目前，關于云計算環境下的虛擬學習社區，無論是理論模型還是實現技術，國內外文獻中還鮮有完整、成熟的研究報道。本文認為，最優化資源管理方式是教育機構努力的目標之一，云計算因其“應用靈活、按需使用、按用付費”而成為最可能的解決途徑之一。因此，分析云計算時代虛擬學習社區的特征，對于真正實現新環境下的虛擬學習社區具有重要理論指導意義。

三、湛江師范學院未來教育空間站

教育空間站是指在現代信息化技術支撐下的創新教師教育信息化虛擬平臺。華東師范大學在國內首創了基于信息技術平臺上的未來教師專業發展創新體系——“未來教師空間站”。在傳統網絡環境下，該未來教師空間站于2006年開始測試運行，目前已成為國內以技術創新支撐學習革命的典型案例之一，并在一定程度上獲得了國際同行的認可。[24]與此類似，廣西師范學院在整合各種常規的教師教育信息化環境和實驗室的基礎上，于2008年建成了未來教師空間站，有力地推動了廣西教師教育信息化創新，在廣西范圍內有效地提高了教師教育能力，促進了教師專業發展，推進了教師教育教學改革。[25]

盡管如此，當前信息技術不斷發展，網絡環境已經發生了翻天覆地的變化，未來教師空間站也需要順應時代發展而產生變革。在新的網絡環境下，湛江師范學院于2011年開始建設面向地方基礎教育服務的未來教育空間站，定位新、起點高、時代特征顯著。未來教育空間站植根于當前最具革命性的網絡計算體系——云計算，以云數據中心為主體基礎設施，采用了最先進的虛擬現實技術，融入了大量極具時代意義的教師教育需求，如裸眼3D體驗、網真課堂、物聯網體驗等。當然，本文不打算涉及這些具體設計和實施細節，僅側重于以未來教育空間站為例討論云計算時代虛擬學習社區的特征。

四、云計算時代虛擬學習社區的特征

本文認為，云計算時代的虛擬學習社區理應具有交互性、泛在性、服務性、社會性、不確定性、可視性、綠色性等主要特征，其中前三個特征是其顯著特征，后四個特征是附屬特征。

（一）交互性

交互是云計算的主體，因此交互性必然是云計算時代虛擬學習社區的首要特征。早在2008年，我國學者就針對網絡教研的發展和教師博客群的現狀提出了“李克東難題”，[26]本質上已經對現有的網絡化教育教學過程中缺少深度交互提出了強烈的質疑。博客載體本身存在局限性，導致交互深度和廣度都存在不足，因此，“李克東難題”一定程度上對于博客是無解的難題。在云計算環境下，虛擬學習社區的各類用戶可以用更自然、更個性化的方式進行“人—云交互”，盡情享受各種服務需求，任何用戶（Anyone）只需要一個身份代碼就可以在任何時間（Anytime）、任何地點（Anywhere）與任何“云”服務（Anycloud）采用任何形式（Anyhow）進行5A交互，包括同步或異步的學習交互、信息共享、資源交換等。

從功能模塊看，未來教育空間站建有學習共同體互動室、遠程實時交互課堂、3D教學與體驗實驗室、智能教學診斷室、自主學習教室等，這些模塊都建有交互功能、強調深度交互，用戶只要接入云服務，就可享受上述不同類型的交互。以遠程實時交互課堂為例，一旦大量用戶并發訪問，傳統模式下的“人—機”交互就相當于“人機等待”，傳統遠程實時課堂受到運行成本、設備性能、網絡帶寬等多種因素的影響，導致其利用率不高、交互效果差、覆蓋率低，難以實現真正意義上的深度交互。在云計算環境下，云數據中心為未來教育空間站提供按需分配、可靠、易管理的數據服務，有效保證各類資源的靈活分配，合理支撐“人—云”5A深度交互，搭建網絡實時交流互動的教學空間。

（二）泛在性

在網絡環境中，服務提供商、個人用戶等正不遺余力地發布滿足各類應用需求的Web服務（也包括大量的教育與學習服務），這些物理上分布在網絡節點中的Web Service就像是“云”計算環境中的一個個“云滴”[27]無處不在。因此，云計算時代的虛擬學習模式具有更高度的泛在性，任何用戶（Anyone）只要通過能夠訪問到網絡的任何設備（Anydevice），不管是在固定平臺（如臺式機、筆記本電腦等）還是移動平臺（如手機、PDA等），都可以在任何時間（Anytime）、任何地點（Anywhere）采用任何方式（Anyhow）在互聯網開放云、企業私有云、家庭或個人私有云之間無縫切換、管理個人資源，從而開展5A學習。在此過程中，用戶不需要擔心所使用的資源、服務等是否被共同占有；不需要擔心服務平臺的底層軟硬件資源的物理配置是否合理；更不需要關心服務平臺的地理位置。[28]

對此，未來教育空間站建有大量以用戶為中心的學習模塊，可以是自主學習、師生交互式學習、生生協作式學習等，用戶只要接入云服務，就可享受上述不同類型的5A云學習。在云計算平臺下，未來教育空間站的用戶處處都可以學習，發揮云計算的優勢，全身心地投入泛在學習，無需關心任何與學習無關的內容。

（三）服務性

將虛擬教育學習的需求理解成一種廣義的計算需求，服務性就可以理解為已經有第三方支撐這種計算的能力，而且只需支付廉價的服務費用、甚至免費。這就好比日常使用的水電煤，早期自己挖井、自己買發電機、自己挖煤，現在不需要做這些，支付相對低廉的費用就可享受這樣的資源服務。未來云計算也是如此，數據在云端，云計算的用戶沒有必要永久性存儲數據，也必定不再重視數據處理功能，也就是服務自我類的數據將不復存在，更多的教育與學習資源將以共享、交換等服務他人的形式存在。從另一個角度看，大量的用戶端將缺少學習資源、相對知識貧乏，服務性也必將成為云計算的根本要素。

由于云的特殊性，云計算環境下的服務成本將極大地降低，資源變得極其廉價，云計算環境下的虛擬學習社區也成為浩瀚云海中的一朵學習服務云，其中包含一個龐大的廉價資源庫。未來教育空間站的云數據中心也是如此，所建立的教育資源與軟件開發實驗室，將為各類用戶提供教育資源與軟件支持，包括軟件、圖書、課件、圖像、視頻等。普通大眾用戶可方便地按需免費使用、購買或者交換各類學習資源，云上提供的高質量、高效率的教育學習服務將逐步進入尋常百姓家。當然，該目標的實現不是一蹴而就的事情，在未來教育空間站的建設初期，主要面向湛江地方基礎教育提供免費服務，用戶也可上傳各類資源，在建設中后期，面向全國基礎教育研究資源購買和交換策略，全面開放用戶服務。

于是，未來在虛擬學習社區中的學習將演化成一種用戶自發的主動行為，就像現在使用水、電、氣一樣自然，需要學的時候學、想學的時候學。學習者集中精力投入感興趣的學習，所關注的僅僅是在云端的學習任務和目標本身，而不必再擔心昂貴的學習費用、高級的學習設備或舒適的學習環境等。此外，未來教育空間站還專門建有服務中心，其中包含了客戶服務的職能，進一步增強了服務性。

（四）社會性

作為網絡教育的一種典型形式，虛擬學習社區一直被期待著能夠改變傳統的網絡學習方式。然而，現有的虛擬學習社區基礎理論研究主要集中在虛擬學習社區的大型理論與微觀理論這“兩極”的研究上，嚴重缺乏與社會網絡結構相關的中層理論研究。[29]

傳統的社會網絡是指社會個體成員之間因互動而形成的相對穩定的關系體系。類似地，在云計算環境下，5A虛擬學習形成前所未有的廣度和深度交互活動，虛擬學習社區為各類用戶提供了信息傳播與信息共享、個人意愿表達、思想交匯、情感交流、甚至經濟往來等活動的高效、泛在平臺。由此也將導致虛擬學習社區中各類交互信息產生社會化、傳播社會化、影響社會化，反過來，社區中的社會主體（指導者、學習者、管理者）云化、相互關系云化、社區信息云化等。

未來教育空間站的多個模塊都強調深度交互，由此必然導致未來教育空間站的師生交互、生生交互、甚至師師交互，將形成服務于協作學習的社會網絡結構。在云計算的支持下，未來教育空間站的虛擬交互就具有了社會性，反過來，這種社會化的學習團體進一步更好地維護和完善以云服務為基礎的資源共享體系。換句話說，該虛擬學習社區在云計算環境的支持下，通過學習者自身的學習過程以及與其他用戶的各種交互過程自適應演化形成了一種復雜的虛擬教育社會系統，不僅有復雜性，還具有明顯的實踐性，其社會性與最終的教育效果形成一個相對完備的自反饋系統。

（五）不確定性

不確定性包括隨機性、模糊性、混沌、不穩定性等多個方面。交互性帶來負載的隨機性，泛在性帶來負載數量的模糊性、服務響應質量的差異性，服務性帶來資源的不穩定性，社會性帶來輿情的不可預見性，由此必然導致以用戶虛擬學習為起點的資源管理、動態負載均衡、監控響應、知識表示、輿情傳播與控制等各方面的不確定性以及一系列鏈式不確定性傳播與處理。對此，未來教育空間站在云數據中心的基礎上，建有專門的服務中心，對各種不確定性實施監測、管理以及響應。

（六）可視性

可視性是指在虛擬學習的過程中以圖形、圖像、三維動畫、視頻等形式為主體的交互，這類交互有別于一般的文字交互。可視性有利于增強社區用戶角色扮演與體驗的真實感、提高社區用戶角色參與的積極性、擴大社區不同角色用戶之間的交互性（特別是情感交互）。傳統虛擬學習社區已經意識到用戶的這類需求，但是由于軟硬件性能、網絡環境、技術水平等方面的限制，現有的大多數虛擬學習社區并沒有很好地實現可視性。比如有的虛擬學習網站也希望實現可視性，但是缺少軟硬件設備添置費、缺乏足夠的高效網絡環境、或者根本不知道技術上如何實現。云計算時代，無需受制于設備、技術，這些問題都將迎刃而解，只需要提出服務需求，就能夠實現高效的可視性，完成以虛擬現實為基礎的虛擬學習。如目前已經出現了結合云計算、虛擬現實、Web2.0等技術的沉浸式交互教學系統。[30]

未來教育空間站突破可視化交互效果不真實、性能不高等方面的限制，在充分發揮云數據中心資源優勢的前提下，合理有效利用先進的虛擬現實技術，建成包括網真課堂在內的多個可視化模塊，使用戶在不具備任何可視化專業知識、基本不花費成本的情況下，無憂無慮地獲得高性能的可視化學習和體驗。

（七）綠色性

綠色性是當今環保時代對每個領域的一致訴求，任何進步不能以犧牲環境為代價，教育也不例外。云計算時代的數據中心服務器利用率高，不會像現有的服務器集群浪費資源、耗電散熱，更不說數量眾多的單位服務器以及不計其數的個人微型計算機。

例如，以網站為主要形式的傳統虛擬學習社區需要配置至少一臺高性能服務器以及無數個學習終端，每個終端都要配置大量學習必備軟件，產生巨大的浪費，包括費錢、費電、費空間等。另一方面，學習利用率低，即使在白天，也會一直耗費大量的能源。這是由于傳統虛擬學習不具有泛在性，造成學習的不便利；不具有交互性，造成學習不積極。此外，類似網站數量并不在少數，浪費就更加明顯。云計算時代的虛擬學習社區將無需大量客戶端計算機，更無需重復建立高配置、高耗能的服務器，無需占用大量空間資源，無需重復購買各種昂貴的教育軟件，綠色低碳無疑將成為未來虛擬學習社區的一種必然趨勢。

從這一點上看，未來教育空間站能打破傳統時間、地域和空間的限制，發揮云計算的優勢，能有效地利用設備、節約成本。例如，湛江屬廣東經濟欠發達地區，因教育信息化的發展需要，截止2009年底，全市中小學校建成計算機室701個，配備計算機33051臺、語音室382個、多媒體電教平臺1600多套。但是，在傳統模式下這些設備存在成本高、更新快、利用率低等問題，傳統虛擬學習社區對于湛江這樣的欠發達地區來說，無疑是低效、無解的，甚至一定程度上起到了反作用，如學生厭學、玩電腦游戲等。未來教育空間站可利用云數據中心整合全市教育系統的各類軟硬件資源，并合理地分配云資源，為各個地面站統一提供強大的云服務。同時，在未來教育空間站的支持下，處于地面站的各個中小學等單位無需擔心設備性能的更新換代問題，也無需部署和管理成本，只需要方便地享受按需的云服務、高效地進行教育信息化創新。

五、總結與展望

新環境下的虛擬學習社區是教育信息化的直接體現，有利于改善現有的四大矛盾，[31]本文的研究對于推動教育信息化的進程具有重要意義。本文結合湛江師范學院未來教育空間站，分析了云計算時代虛擬學習社區的現狀，全面剖析了新環境下虛擬學習社區的特征。

下一步擬結合未來教育空間站提出新環境下虛擬學習社區的構建模型，將模型按角色劃分為學習者、指導者、管理者等，從理論上給出各類模型的定義及其構建機制、原理與方法，并以未來教育空間站的建設過程為例，針對各類模型構建的實施步驟，提出若干指導性的原則與意見，為廣泛建立云計算環境下的虛擬學習社區提供更有力的理論支撐和更全面的技術支持。

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