高職院校智慧教學的異構云生態模式探索

摘 要：利用現代云計算技術構建新型高職院校智慧型教學生態系統。通過對高職院校職業教學的現狀和人才培養的目的、需求分析，提出構建智慧教學生態模式。將各類異構型教學資源和教育對象進行碎片化的重整和云計算集群管理，構建符合高職教學要求的新型智慧型異構云計算模式，實現教學資源的共享和自學習自適應功能，建設校園良性教學生態模式，從而服務于高職教學要求，培養滿足社會需求的新型高職教育人材。

關鍵詞：云計算；智慧教學；異構云

一、引言

我國提出了以人為本，建設智慧城市的發展戰略，教育是這一發展戰略的重要環節之一。高等職業教育作為教育領域中培養應用型人材最關鍵的領域，如何利用最先進的計算機網絡技術輔助構建一個符合現代智慧城市需要的智慧教學體系，具有現實和戰略意義。

伴隨著云計算、虛擬化和物聯網等新技術新思維的發展，我們賴以生存的地球就像有“智慧”的生命系統，由越來越多的人、越來越多的組織機構和自然系統相互連接，人類正在以前所未有的自由度來構建、匯集、整合和連接存在于任何現實和虛擬位置的各類資源。利用最先進的云計算技術可以將不同形態、不同地理位置的各類高職教育資源通過一個智能型的異構平臺進行整合，搭建一個由異構云組成的智能型、學習型的高職教育資源生態環境，進而構建一個智慧型輔助教學體系。

高職院校的教學可以緊密圍繞這一“智慧”的理念，抓住云計算發展的機遇，打造智慧教學系統。通過“智慧教學”建設，實現智能化教學，建立服務型校園環境，以及提高管理效率和促進人才培養質量的大幅提高。

二、高職院校職業教育的現狀分析和努力的方向1.高職院校職業教育的現狀

高職教育的內涵主要體現在“高等性”與“職業性”兩個方面。一是以提高質量為核心，深化教學改革，構建職業教育體系，重視教學和創新；加強師資隊伍建設，完善教學質量保障體系，進一步提高人才培養水平，探索建立高質量發展的長效機制。二是創新組織結構，拓展社會職能，深化產學研結合，推進合作辦學、育人、就業，注入更多的實踐和職業因素，改善和優化課程，增強辦學活力，實現行業企業與高職院校相互促進，區域經濟社會與高等職業教育和諧發展。[1]現代職業技術教育體系結構如圖1所示。

圖1 現代職業技術教育體系結構 高職教育在我國的教育地位愈加突出。第一、當今高等職業教育已占據高等教育的半壁江山。2011年全國高等職業教育招生325萬人，占普通高等學校招生總數的47.7%。第二、產業結構調整呼喚高等職業教育的發展，高職院校提供的大量產業發展所需要的一線高技能應用型人才在其中起著直接而特殊的作用。例如，德國大眾當初在廣東設廠有兩個備選地點——增城和佛山，最終確定佛山的重要原因就是當地有開設汽車專業的高職院校。第三、從社會需求來看，高職教育是一個國家經濟社會發展和勞動就業的重要途徑，規模化地培養了大量的高素質技能型專門人才。預計2015年珠三角高技能人才缺口達46萬，2020年缺口將達123萬，極其需要大量一線優質人力資源支撐。

2.高職院校職業教育的問題

進入21世紀，我國信息化程度大為提升。教學資源是教學工作開展的基礎，也是學校教學質量的保障。教學安排要有利于學生崗位遷移能力的培養。目前在高職教育中存在以下較為突出的問題：

第一、高職教育的經濟功能和社會功能還比較弱，產業及行業、企業與高職教育之間缺乏良性互動、互利的體制機制。在價值追求上，出現嚴重的功利主義，導致教育服務能力偏離本真。部分高職教育變成了純粹的就業教育，停留在粗放的發展階段，甚至已異化為現代工匠的培訓中心，單一片面強化專業技能，忽視文化修養、綜合素質的提高。

第二、高職院校教學資源共享程度低、教學資源分布不均、教學資源間缺少相互協作。我國2011年具有普通高等學歷教育招生資格的高等職業學校數量為1280所，其中50%分布在地級市及以下地區，有25%的院校位于西部地區，19%位于民族地區。不同的教學資源之間是相互獨立和隔離的，由于各高職院校地理位置分散，彼此缺乏有效、及時的溝通與共享互惠，形成信息資源“孤島”，學生在學習過程中難以獲取全面的資源。[2][3]

第三、隨著高職教育的信息化發展，日常辦公和信息教學中的軟硬件更新、維護和升級都將使系統成本持續增高，在資金使用限額的約束下，高職教學資源更新速度慢，課程內容滯后。

第四、高職院校的信息安全管理對于無處不在的計算機病毒和黑客的侵襲時常防不勝防，導致其信息資源，數據存儲的安全形勢嚴峻。

第五、高職院校的教學通常重教不重學，重知不重行，重教師主導作用而忽視學生主體地位。其學習環境單一，“教室-機房-實驗室”三點一線。學生學習時間受限，學習主動性欠缺，易產生浮躁的心態。

3.構建高職院校智慧教學異構生態模式的意義

重復的教育資源投入和教學質量的參差不齊、人才輸出和社會需求不匹配是高職教育正面臨的兩大問題。如何對教學資源進行最大程度、最大范圍的優化整合，構建智慧型良性教和學的生態環境，對減少教學成本、促進學生學習方式的變革、提高教學質量有著積極的意義，并將給高職教育帶來新的機遇。

高職教學智慧型生態建設將計算機、多媒體和網絡及云計算等現代信息技術深入地應用到教學領域，開發教育資源，優化教育環節。創建高等職業教育教學智能型管理現代化平臺，能夠促進高等職業教育內涵式發展和提高人才培養質量。云計算靈活的資源調度能力、高可靠性、高安全性、易擴展的數據存儲和超強的計算能力為高職教育智慧生態環境建設提供了高效、低成本的解決方案，更好地實現了資源共享、科研開發、輔助教學和網絡教育。[4][5]

三、基于異構云的高職教學智慧型生態模型的構建1.異構云計算

云計算是由成千上萬臺各類服務器集群所組成的云網絡，為用戶提供所需的計算機服務。云計算是分布式計算（Distributed Computing）、并行計算（Parallel Computing）、效用計算（Utility Computing）、網絡存儲（Network Storage Technologies）、虛擬化（Virtualization）、負載均衡（Load Balance）等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。在云計算服務中，用戶所需的應用程序并不運行在本地電腦終端設備上，而是運行在互聯網的龐大服務器集群中；用戶所處理的數據，并不存儲在本地終端，而是存儲在互聯網的數據中心，保證足夠強的計算能力和足夠大的存儲空間以供用戶使用，用戶可以在任何時間、任何地點，用任何可以連接至互聯網的終端設備訪問這些服務。

云計算可以認為包括以下幾個層次的服務：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）（如圖2所示）。

云計算的特點集中體現在：①通過云端即時更新服務軟件，為用戶提供便捷、低成本的服務；②云計算具有超強的計算能力和存儲空間，保證數據的安全可靠性和海量存儲；③用戶終端具有異構獨立性，數據可以在筆記本、掌上電腦、手機等不同設備之間進行傳遞。通過云端計算和存儲，使終端實現瘦身和功能最大化。云計算的這些特點能很好的運用于我國當前高職教學，為教師教學和學生學習帶來極大的便利，提供強大的多元化服務支持，構建良好的教學生態環境。因此，在高職教育信息化深入普及的今天，開展基于云計算的智慧型輔助教學活動具有必要性和可行性。協同多業務云計算平臺示意圖如下（見圖3）。

2.異構云模型

互聯網云計算技術使得網絡上各種各樣的信息資源呈幾何級數增長。這些不同形態的信息分而不聚，聚而不和，呈分布異構狀態。異構，表示任務不是同一個或事先定義好的，它提供給客戶可自治的服務和呈現不同形態和標準的各類格式數據和線程。異構云是一種基于云計算網絡的支持不同形態和格式數據的服務線程的集群和匯聚云網絡。在異構云計算的平臺上，可以同步運行多個不同類型的任務，支持異構的云計算網絡碎片化資源和不同的網格多任務體系，可以實現海量碎片化資源優化整合、云端存儲和優化多線程計算調度管理和個性化服務，最終促進資源規模化，促使分工的專業化。云系統更穩定，更安全，有利于降低單位資源成本，優化資源配置，促進網絡業務創新。異構模式就是一種在CPU和GPU兩種不同物理體系結構下進行通信或執行某些任務的協作部署模式。GPU主要作為加速部件，CPU主要負責任務分配和資源統一調度，需要進行多數據源和多數據中心的協作，需要將現有的多個信息系統中數據庫類型及數據結構各異的數據集成到云計算環境中。異構模式充分融合了CPU強大的的邏輯分析處理能力和GPU的高帶寬、多線程并行計算能力，為海量數據信息處理提供了高效處理平臺。云計算下的異構數據集成模型實現了云計算環境中各種關系型、非關系型異構數據的智能集成，同時滿足用戶高并發、高負載及高速處理海量數據的復雜多表關聯的查詢請求，實時將各數據進行匯總統計，提供最及時的決策支持等。基于網格及異構模式的云管理模型圖如圖4。

3.高職智慧教學生態系統的構建

智慧教學是個理念性很強的概念，具體是指利用云計算、虛擬化和物聯網等信息化技術，例如感知、智能、挖掘、控制等技術手段，改變高職學生、教職工和校園資源交互的方式，實現校園安全監控、平安校園網絡管理、個性化學習環境、教務系統建設、自助圖書網絡管理等。[6]其將高校的教學、科研、管理與校園資源和應用系統進行整合，建立開放、創新、協作和智能的綜合信息服務平臺。智慧教學全面感知不同的教學資源，獲得互動、共享、協作的學習、工作和生活環境， 實現教育信息資源的有效采集、分析、應用和服務，將高職院校建設成為智慧、開放、多元、人文、安全、和諧的信息化校園。

（1）構建智慧型學校內部管理生態平臺

行政管理是影響高職發展的重要因素，扁平化的集體科學決策制管理模式越來越適應現代學校管理的需要。這種管理模式構建了一個學校內部管理平臺，學校管理制度的制定由大家集體智慧匯集而成。為處理好學術與行政的關系、功能與部門的關系、人員結構與管理創新的關系，學校的每一位教職員工，群策群力，發表個人意見，提出自己的獨特見解。人事管理、組織變革、獎勵措施等每一項決策都是透明的，都源于群體智慧。平臺創建的環境是開放、和諧、深度互動的。運用有關云計算支持跨平臺多形式通信技術，用手機短信、互聯網、電話等多種通信方式將學生、教師、管理者集中在一個平臺上，在平臺上運行教學、行政管理規則。智慧型學校內部管理生態平臺可以增進學校部門間交流，消除空間的障礙，學校的辦公自動化、在線會議、財務管理、資料共享、郵件收發等都可以采用云計算服務。這樣的管理氛圍將更加有利于學校的可持續發展。

（2）構建智慧型學校教學輔助生態平臺

以簡單操作和深度互動為優勢的智慧型生態平臺可發揮以下3個功能：

①增強師生交流。教師改變傳統的上課模式，從技術細節中解放出來，只需通過異構云平臺完成教學資源構建就可以和學生自如地溝通。如通過頁面形式創建公告版或討論版，隨時發起話題或者布置課前預習和課后作業，學生則可以跟帖發表見解，教師再及時給予反饋。你來我往，互問互答，通過便利的溝通渠道促進師生間的交流，形成智能、快速、高效的信息傳遞，提高教學效果。

②實現個性化學習。依托于異構云服務網絡，個性化學習得以暢行。只需要一臺可以上網的智能終端，就可以享受異構云端提供的一系列服務。突破了傳統校園教學時間和空間的限制，學生可以根據自己的實際情況，隨時隨地在廣闊的學海中自由自在的遨游。

③培養創新精神。高職教育強調“真知識高技能”。利用云計算優勢，學生們在仿真的模擬環境中探索，自由發揮個性，有利于其形成舉一反三、推陳出新的能力，幫助他們提高技能、積累經驗、開拓創新。

（3）構建智慧型家校交互生態平臺

家庭教育是學校教育的基礎，建立家校交互平臺將促進家長與教師之間的及時交流。依托于異構網絡的云計算不僅為家校之間的交流提供了便利，并且給予了家長更多的主動權，提高了家長的參與性。家長們不僅能了解學生的在校狀況，還能對學校課程設置是否合理，學生管理制度是否恰當等情況提出自己的意見，真正參與到學校的管理中來，促進家校之間教育理念的交流。通過該平臺，家長、老師之間可以分享各自的教育經驗，形成良好的家校關系。 平臺上所有服務和資源對于每位家長都是按需的、平等的、實時的、互動的，構建成新型的現代教育家校模式，為學生的健康成長提供了有效的保障。[7]智慧校園功能模塊如下（見圖5）。

四、關于異構云計算在高職智慧教學生態系統中應用的思考1.云計算在教育領域中的應用前景

教育界在下一代互聯網的研究和發展中走在前列，也面臨更多挑戰。智慧校園是由多應用、多需求、復雜系統組成的綜合體。多個應用系統之間存在信息共享、交互的需求。廣東高校智慧校園的應用基礎是建立統一的數據服務平臺，這就要充分整合利用現有的應用系統和數據。如此繁雜的系統需要強大的信息處理中心進行各種信息的處理。面對系統復雜和計算資源有限之間的矛盾，云計算應運而生。“云”的思想核心就是資源的集中共享，將所有資源集中在一個先進的平臺上，在統一平臺的統一管理調配下，資源具備最大的靈活性和利用率，最終向各類個性化用戶進行服務輸出。云計算是一種構架在互聯網系統中的計算模型，通過這種模型，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。

集物聯網、云計算等新一代信息技術于一身的智慧校園，利用其嵌入式共生，服務至上的理念，對高校日常的教學管理起到了一定的促進作用。如物聯網改善了高校的資產管理、圖書管理等。云的應用包含云存儲、虛擬化。云計算支持任意位置、使用各種終端的用戶獲取應用服務。瘦客戶端的應用也將給高校的教育帶來很大的改變。學校的教職工可以在不同的場景、不同的環境使用同一的平臺。這是云計算給現代教育帶來的一大變革。其大大減少了教師在教育教學過程中遇到的困難和障礙。有了云計算，無論在什么環境都能統一界面，增強了教師在教育信息化方面的體驗。[8]計算資源集成后智慧校園基本結構圖如下（見圖6）。

虛擬化：指將邏輯資源從其基礎實體資源中提取出來的過程，旨在提高靈活度與彈性、降低成本，進而提高商業價值。

標準化：透過虛擬化技術將服務流程標準化，云端運算平臺就可以將特定的資源在多個層面供應給用戶。

自動化：以自動的IT服務機制來部署虛擬的映象檔，并且提供資源監控、成本管理及云端服務的可用性管理。

3.構建智慧教學生態模式的原則

異構云計算創建的是一個自由廣泛的空間，應用于教學中時，我們既要保證學習者的自主性，也要提高學習的有效性。因此在構架教學生態的過程中，我們應注重高職教育環境的合理創建。創建一個良好的云計算高職教學環境，將有助于充分發揮云計算的教學輔助功能，有助于學習者利用云計算進行更加有效的學習。構架這一生態模式過程中必須堅持如下幾個基本原則：

（1）異構碎片化資源的合理設定。教學中使用的資源和教學后的參考資源，我們都應該呈現在合適的位置，并且每一個資源模塊的結構應該統一，便于學習者快速查找、瀏覽，不至于在云計算的學習中迷航。

（2）確保碎片化資源的有效性。生態環境的管理者需要對資源進行及時更新，并將其突出顯示，引起學習者的注意和興趣。

（3）以各類個性化學習者為中心。在生態環境創建之初，我們需要對學習者進行需求分析，確定合適的教學內容、資源與活動。環境的設計者應該站在使用者的角度思考，對環境中的每一項資源進行合理的設計，創設一個更加人性化的教學環境。

（4）協作與共享。這是云計算環境的核心理念。部門之間的合作，師生之間的互動，家長之間的經驗交流，都充分體現了這一原則。因此在任何一個基于云計算的生態環境創建過程中我們都應該圍繞共享與協作進行再設計，使云計算環境的特性充分發揮出來。[9]

五、結語

智慧型異構云教學模式對教學服務資源不同層次的管理和動態擴展，從不同力度上對‘云’所提供的教學服務資源進行處理，形成面向不同類型用戶、不同使用目的、表現形態各異的云滴和云。

本文從高職教學的各方面需求出發，拋磚引玉，探索了如何充分利用現代云計算技術，構建新型智慧型教學系統，為解決當前高職教學的突出問題和培養符合社會需求的高職人材提供新思路。“異構云服務”將各類異構教學資源和教育對象進行碎片化網格化重組和集群管理，通過智慧型異構云計算系統和高效的算法管理，實現教學資源共享、教學各網格單元的自學習自適應，利用高校的教學、科研集群優勢，利用信息和通訊優勢 ，提高教學科研水平，提高管理工作效率、效果和效益，提高學校影響力 ，將學習和交流的空間拓展到無限的虛擬空間，實現教育服務社會的功能。

參考文獻：

[1]趙伶俐.基于云計算的高等教育質量指數建構——技術、理論、機制[J].重慶高教， 2011（4）：23-26.

[2]卜景旭.如何利用云計算提高教學質量[J].新課程·教育學術，2011（3）：30.

[3]李銳，柴三頭.云計算在高校教育信息化建設的應用探討[J].管理觀察， 2012（11）：107-108.

[4]商存慧，聶艷明.云計算在高校教育信息化中的應用研究[J].中國教育信息化，2011（4）：4-7.

[5]張文川.云計算與智慧校園的建設[J].電子商務，2012（5）：6-7.

[6]吳穎駿.浙江大學：基于“云”的智慧校園[J].國際新聞界，2010（11）：25-26.

[7]曹大有.Google云計算在高職教育信息化中的應用[J].鄖陽師范高等專科學校學報， 2011（6）：63-66.

[8]呂倩.基于云計算及物聯網構建智慧校園[J].計算機科學，2010（10）：18-21.

[9]曾靜.云計算時代高職院校面臨的機遇和挑戰[J].中國現代教育裝備， 2010（22）：34-35.

（責任編輯 于小艷）