基于云計算的開放式教學(xué)模型設(shè)計研究*

蘇梟徑 焦道利

西北民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)院 蘭州 730030

基于云計算的開放式教學(xué)模型設(shè)計研究*

蘇梟徑 焦道利

西北民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)院 蘭州 730030

云計算是信息化環(huán)境下新一代基于共享的網(wǎng)絡(luò)計算和服務(wù)模式，其安全可靠的海量數(shù)據(jù)存儲、易擴(kuò)展性、強大的計算能力、低成本等自身特性，將對教育教學(xué)的改革和發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。云計算理論和技術(shù)與開放式教學(xué)理念的對接、融合，將在教育領(lǐng)域不論是對教學(xué)還是學(xué)習(xí)方式，都帶來一場重大變革。

云計算；云服務(wù)；開放式教學(xué)；教學(xué)資源

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》第21章第66條提到，教育信息化建設(shè)要求“建設(shè)有效共享、覆蓋各級各類教育的國家數(shù)字化教學(xué)資源庫和公共服務(wù)平臺”；第67條指出要“建立區(qū)域內(nèi)普通教育、職業(yè)教育、繼續(xù)教育之間的溝通機(jī)制；建立終身學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺；統(tǒng)籌開發(fā)社會教育資源，積極發(fā)展社區(qū)教育；建立學(xué)習(xí)成果認(rèn)證體系，建立‘學(xué)分銀行’制度等”[1]。根據(jù)綱要的要求，我國一些區(qū)域已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺，一定程度上促進(jìn)了教育和教學(xué)的發(fā)展。但這些已建立的平臺分布散亂不均，平臺建設(shè)單位各自為戰(zhàn)，庫存資源沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不能實現(xiàn)真正的“共建、共享、共用”的目的，“資源孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，且資源更新速度緩慢，每個單位重復(fù)投資、開發(fā)和建設(shè)現(xiàn)象普遍，維護(hù)成本過高，造成嚴(yán)重的國家財產(chǎn)、資源的浪費。本文擬進(jìn)行云計算的理念和技術(shù)與開放式教學(xué)模式的整合研究，達(dá)到豐富優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、突破傳統(tǒng)教學(xué)界限、變革教與學(xué)的模式、提升教學(xué)效益，促進(jìn)全民自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的目的。

1 云計算概述

1.1 什么是云計算

云計算是一種基于因特網(wǎng)的超級計算模式，是指IT基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)的交付和使用模式通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展方式獲取即需服務(wù)[2]，具有超大規(guī)模、虛擬化、低成本、高可靠、易擴(kuò)展等特點。

1.2 云計算原理

云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展。云計算的資源、應(yīng)用、計算任務(wù)和服務(wù)都運行在大量的分布式計算機(jī)上即云服務(wù)端，而非本地或遠(yuǎn)程單一服務(wù)器，這使得用戶能夠隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)使用低配置終端就可以從云端獲取所需服務(wù)。

2 開放式教學(xué)的內(nèi)涵

在傳統(tǒng)的以傳授知識為主的灌輸式的應(yīng)試教育中，教學(xué)和學(xué)習(xí)活動主要限制在教室和實驗室，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動幾乎都是按教師預(yù)先設(shè)定好的教學(xué)內(nèi)容和程序“依樣畫葫蘆”[3]。在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生容易形成一種單一固定的思維模式，限制了他們的發(fā)散思維，限制了他們解決問題能力、創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

開放式教學(xué)，源于人本主義的教學(xué)理論模型和建構(gòu)主義的教學(xué)模式。人本主義學(xué)派科恩（R.C.Cohn）于1969年創(chuàng)建了以題目為中心的“開放課堂模型”；建構(gòu)主義學(xué)派斯皮羅（Spiro）于1992年創(chuàng)建了“隨機(jī)通達(dá)教學(xué)”和“情景性教學(xué)”[4]。這些教學(xué)理論模型強調(diào)：教師并不是“先知”，不應(yīng)是知識的灌輸者，而是知識學(xué)習(xí)的“引路人”“催化劑”。學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)的內(nèi)部心理表征過程而并非被動的知識接收。

1）開放式教學(xué)要求教學(xué)目標(biāo)的開放，強調(diào)教學(xué)目標(biāo)可以是多樣化、因人而異的，教學(xué)的根本目標(biāo)是在探究和解決問題的過程中鍛煉思維的發(fā)展、解決問題能力的培養(yǎng)，激發(fā)沖動從而主動尋求和發(fā)現(xiàn)新的問題。

2）開放式教學(xué)要求教學(xué)組織形式的開放，打破以往的教學(xué)組織模式，強調(diào)教學(xué)和學(xué)習(xí)應(yīng)向社會延伸，向影視、報刊、電子網(wǎng)絡(luò)等更大范圍的多種媒體延伸，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求隨時隨需進(jìn)行個別化學(xué)習(xí)。

3）開放式教學(xué)要求教學(xué)評價的開放，不僅僅關(guān)心學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，更應(yīng)關(guān)心學(xué)生成長的過程，應(yīng)建立評價檔案袋對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全程多標(biāo)準(zhǔn)、多元化記錄評價。

3 基于云計算的開放式教學(xué)模型

針對目前教學(xué)資源分布散亂不均、更新速度緩慢、重復(fù)建設(shè)、維護(hù)成本高、共享程度低等教學(xué)資源建設(shè)中存在的普遍問題，以及傳統(tǒng)傳授式教學(xué)模式中存在的種種缺陷與不足，本文提出一種新型的教學(xué)模式——基于云計算的開放式教學(xué)模式，并對這種模式應(yīng)用進(jìn)行深入探討研究。

3.1 部署模型

基于云計算的開放式教學(xué)模式將所有的教學(xué)資源數(shù)據(jù)的存儲和計算任務(wù)交給云端處理，將一切教學(xué)資源以“云服務(wù)”的形式提供給資源用戶，師生只需采用性能一般的低價筆記本電腦或智能手機(jī)接入云服務(wù)，就可以在任何時間、任何地點隨時隨地利用、享受云計算提供的資源和服務(wù)，就某方面的知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)小班教學(xué)、微型化學(xué)習(xí)、個別學(xué)習(xí)等開放式的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式。云計算與開放式教學(xué)的整合將解決教學(xué)資源不能充分共享、資源不足不均、重復(fù)建設(shè)、“資源孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重等教學(xué)資源建設(shè)過程中的普遍問題。

在圖1所示教學(xué)資源云計算模型圖中，云服務(wù)端負(fù)責(zé)教學(xué)資源的存取、分類、管理、維護(hù)、調(diào)度以及訪問負(fù)載均衡，負(fù)責(zé)把分散的、本地化的自成一體的教學(xué)資源通過云計算轉(zhuǎn)化成一個與具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、用戶終端系統(tǒng)和服務(wù)端系統(tǒng)無關(guān)的統(tǒng)一而強大的虛擬通用教學(xué)資源服務(wù)平臺，把所有教學(xué)資源以“云服務(wù)”的形式發(fā)布在云服務(wù)端供資源用戶獲取使用。

隨著信息化在教育領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展，學(xué)習(xí)已經(jīng)不再被局限于學(xué)校或者其他教育機(jī)構(gòu)的范圍內(nèi)。云計算環(huán)境下，以學(xué)習(xí)者為中心的個人學(xué)習(xí)和“非正式”的學(xué)習(xí)將是今后人們學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢，基于云計算的開放式教學(xué)可以更好地迎合并推動這種趨勢的發(fā)展，有利于終身學(xué)習(xí)。

3.2 特點

1）共建，共享，共用?；谠朴嬎愕拈_放式教學(xué)模式可以利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)有的分散的、本地化的、自成一體的教學(xué)資源進(jìn)行系統(tǒng)化的統(tǒng)一資源分類，進(jìn)行面向云服務(wù)的改造和封裝，并發(fā)布到云服務(wù)端提供教學(xué)服務(wù)；其次，利用云計算服務(wù)，相關(guān)教學(xué)團(tuán)隊和成員可以自發(fā)地參與教學(xué)資源庫的建設(shè)并提供統(tǒng)一的系統(tǒng)化的教學(xué)資源云服務(wù)，從而實現(xiàn)教學(xué)資源、教學(xué)信息甚至教學(xué)環(huán)境的最大、最優(yōu)化共享、共用。

圖1 開放式教學(xué)模式教學(xué)資源云計算模型圖

2）降低運維成本。將教學(xué)資源通過云計算進(jìn)行統(tǒng)一整合，統(tǒng)一引擎調(diào)度，從而有效避免教學(xué)資源分布散亂不均、重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重、資源孤島現(xiàn)象嚴(yán)重的問題和缺陷，實現(xiàn)靈活的、可靠易擴(kuò)展的統(tǒng)一運維。云計算的提出最小化了終端設(shè)備的需求，極大地降低終端用戶成本，實現(xiàn)前所未有的性能價格比。

3）促進(jìn)教育多元化發(fā)展，催生新型學(xué)習(xí)模式。隨著教育信息化的發(fā)展，教育形式也日漸趨向于多元化的發(fā)展，基于云計算的開放式教學(xué)可以在很大程度上滿足這種多元化需求。在這種教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)者便于從“云端”選擇自己所需資源和服務(wù)，也便于自行安排學(xué)習(xí)進(jìn)程和學(xué)習(xí)方式，從過去死板的學(xué)習(xí)模式中解脫出來，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的變革。

4 技術(shù)路線

4.1 支撐平臺架構(gòu)

云服務(wù)平臺即開放式教學(xué)模式的支撐平臺是教學(xué)資源的載體。服務(wù)平臺的建設(shè)一要考慮到教學(xué)資源的因素，二者是相互支撐的,缺一不可；二要根據(jù)開放式教學(xué)的特性需求，并充分考慮行業(yè)特征以及現(xiàn)有設(shè)施和平臺的狀況，評估其遷移或升級的可行性，采用統(tǒng)一規(guī)劃、模塊化、分層次的架構(gòu)思想和策略構(gòu)建安全、可靠、靈活、易擴(kuò)展的云計算平臺；三是平臺系統(tǒng)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、資源層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和應(yīng)用層，如圖2所示。

1）基礎(chǔ)設(shè)施層利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)將大批量的主機(jī)、服務(wù)器、存儲設(shè)備通過虛擬化技術(shù)把異地零星分布的硬件資源集群鏈接，構(gòu)成一個龐大的能夠存儲海量教學(xué)資源的分布式易擴(kuò)展動態(tài)虛擬存儲平臺?；A(chǔ)設(shè)施層具有存儲動態(tài)擴(kuò)展、高可靠、負(fù)載均衡自動化、超級計算能力等優(yōu)勢特點。

①存儲動態(tài)擴(kuò)展。虛擬化技術(shù)能夠動態(tài)添加和擴(kuò)展計算機(jī)節(jié)點或磁盤空間而不中斷正常業(yè)務(wù)的運行，可以隨時根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的大小需求添加或減少存儲節(jié)點，實現(xiàn)更好的容量價格比。

②高可靠?！霸啤奔夹g(shù)使用數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構(gòu)互換等措施，提供了良好的容錯能力和強大的故障恢復(fù)能力，平臺（即計算機(jī)群）內(nèi)的任意節(jié)點的故障不會影響系統(tǒng)業(yè)務(wù)的正常運行，保證數(shù)據(jù)和服務(wù)很高的可靠性。

③負(fù)載均衡自動化。負(fù)載均衡技術(shù)的使用可以更好地保障服務(wù)響應(yīng)速度，提供更好的訪問質(zhì)量，提高資源的利用率和用戶體驗。

圖2 云計算教學(xué)資源開放服務(wù)平臺架構(gòu)圖

④超級計算能力。理論上，“云”技術(shù)可以整合鏈接無數(shù)臺分布于不同地理位置的計算機(jī)節(jié)點。如Google的云計算平臺已擁有一百多萬臺服務(wù)器，IBM、Amazon、Yahoo、微軟等均擁有幾十萬臺服務(wù)器，“云”賦予它們前所未有的超級計算能力。

2）資源層以基礎(chǔ)設(shè)施層為依托，負(fù)責(zé)教學(xué)資源的采集、審核、重構(gòu)、整合、調(diào)度并實現(xiàn)面向云服務(wù)的資源封裝，實現(xiàn)資源及其共享機(jī)制的規(guī)范化。教學(xué)資源由多種媒體組成，其表現(xiàn)形式也復(fù)雜多樣，為更好地滿足開放式教學(xué)需求，提供更好的教學(xué)服務(wù)，資源的采集和封裝過程必須依據(jù)統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)?？蓞⒖嫉囊?guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有《教學(xué)資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)（EELTS-3）[6]、基礎(chǔ)教育教學(xué)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范（CELTS-42）等。

3）業(yè)務(wù)服務(wù)層提供統(tǒng)一安全的用戶管理、教學(xué)資源以及資費的管理。用戶管理包括用戶在線注冊、用戶按需受權(quán)，統(tǒng)一安全身份認(rèn)證等。教學(xué)資源的管理需要根據(jù)用戶的評價反饋及使用情況進(jìn)行必要的添加、刪除、修改和調(diào)整。資費管理包括：實現(xiàn)用戶的按需購買付費策略；對用戶的資費進(jìn)行統(tǒng)一的安全管理。

4.2 教學(xué)資源庫的建設(shè)

教學(xué)資源庫建設(shè)的推進(jìn)是一個非常復(fù)雜、充滿不確定性的過程。首先對行業(yè)現(xiàn)有的教學(xué)資源進(jìn)行面向云計算服務(wù)的系統(tǒng)化梳理、歸類、改造和封裝；其次可以將已架構(gòu)好的云服務(wù)平臺的資源建設(shè)接口開放給各教學(xué)單位或成員，進(jìn)行自行的資源建設(shè)和上傳。通過實現(xiàn)半自動化或自動化的資源調(diào)配策略來實現(xiàn)對新建資源的動態(tài)重構(gòu)、自動化部署、監(jiān)控、管理和調(diào)度。具體教學(xué)資源庫建設(shè)的實施過程包括前期資源的采集、整理分類、資源封裝、資源評審入庫以及后期的維護(hù)和管理。需要注意的是教學(xué)資源庫的建設(shè)是一個漸進(jìn)的閉環(huán)的過程，不是一蹴而就的，需要進(jìn)行反復(fù)不斷的改進(jìn)。

1）資源采集。就目前我國教育發(fā)展和教學(xué)資源建設(shè)的現(xiàn)狀來說，資源的獲取途徑主要有：有線電視教育節(jié)目的采集錄制；由專業(yè)教師提供教案、課件；由學(xué)科教師和資源建設(shè)者共同開發(fā)資源；由資源建設(shè)者根據(jù)資源庫的內(nèi)容要求從網(wǎng)上進(jìn)行搜集；購買成套的素材、課件、網(wǎng)絡(luò)課程光盤；成立專門組織，調(diào)撥專用資金進(jìn)行資源開發(fā)建設(shè)等。

2）資源分類。教學(xué)資源的分類是指依據(jù)教學(xué)資源內(nèi)容屬性和其他特征進(jìn)行資源類聚，并將類聚結(jié)果按一定的組織次序結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織的過程。在進(jìn)行教學(xué)資源分類時要充分考慮科學(xué)性、系統(tǒng)性、可發(fā)展性以及面向用戶性。具體實施過程中可參照《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（CELTS-31）和《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類與代碼》（GB/TB745-92）。

3）資源封裝。搜集來的資源經(jīng)過系統(tǒng)化的整理和分類，已經(jīng)具有良好的組織構(gòu)架。但同一類的資源其文件類型和格式復(fù)雜多樣，這不利于資源的管理、使用和共享。因此，資源入庫前需要對資源進(jìn)行面向云服務(wù)的改造、整合和封裝。在實際的資源建設(shè)過程中可以參考我國《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行資源封裝。

4）資源的評審入庫。教學(xué)資源質(zhì)量的高低直接影響資源庫的質(zhì)量和效用，因此在資源建設(shè)中要根據(jù)資源庫建設(shè)的目的和教學(xué)要求嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證庫存資源的質(zhì)量和權(quán)威。首先，制定相應(yīng)的評價指標(biāo)，由資源審核員對已搜集到的資源進(jìn)行分類初審并優(yōu)化和整合，初審?fù)ㄟ^的資源由各學(xué)科的審核員進(jìn)行復(fù)審，復(fù)審?fù)ㄟ^的資源進(jìn)行專家送審、評定星級；其次，對審核已通過的資源進(jìn)行分類、分級入庫。

5）后期維護(hù)管理。后期維護(hù)管理是一個循環(huán)反復(fù)漫長而無盡頭的過程。①資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的維護(hù)。管理員需要對資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)內(nèi)鏈進(jìn)行實時的優(yōu)化，以方便用戶對資源的隨需檢索和訂閱，即提高用戶體驗。②資源內(nèi)容的維護(hù)。教學(xué)資源的內(nèi)容才是整個系統(tǒng)的重中之重，一個資源庫的質(zhì)量在絕大程度上取決于其資源內(nèi)容的質(zhì)量，需要經(jīng)常根據(jù)用戶的使用情況、要求、評價結(jié)果對資源庫中的資源進(jìn)行必要的添加、刪除、修改與調(diào)整。一個內(nèi)容經(jīng)常更新、對用戶的反饋及時應(yīng)對的想用戶之所想急用戶之所急的資源庫才是高質(zhì)量的資源庫。

5 總結(jié)

基于云計算的開放式教學(xué)應(yīng)用是在網(wǎng)絡(luò)時代教育領(lǐng)域教育理念和技術(shù)的制高點，是一個新興的革命性的概念，既是全球化社會和改革開放的時代要求，又是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為核心的新一輪教學(xué)改革的需要。從美國北卡羅來納州西蒙公司在格雷漢姆小學(xué)首先開展云計算項目的嘗試，到Google宣布在中國大陸啟動云計算學(xué)術(shù)合作計劃Academic Cloud Computing Initiative1，與中國大學(xué)建立學(xué)術(shù)合作項目，廣大的教育工作者進(jìn)行了大量的實驗和實證研究。但作為一種新的教學(xué)理念，不管是理論建構(gòu)還是實驗探索都才剛剛起步，還有很多問題需要進(jìn)一步的探索，如云計算環(huán)境下開放式教學(xué)的課堂操作模式、評價指標(biāo)，開放式教學(xué)對學(xué)生的開放性思維、創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的作用，都還缺少實證研究。這種應(yīng)用盡管還處于萌芽期，在實際應(yīng)用中面臨很大的挑戰(zhàn)，但隨著相關(guān)理論和支撐技術(shù)的日漸成熟，必將在不遠(yuǎn)的將來展示出強大的生命力，在教育領(lǐng)域產(chǎn)生重大的影響。

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）[M].北京∶人民出版社,2010∶62-66.

[2]賽迪顧問股份有限公司.中國云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書[R].北京,2011∶4.

[3]百度文庫.“國培計劃”∶河北省農(nóng)村中小學(xué)骨干教師遠(yuǎn)程培訓(xùn)（2011）[EB/OL].http∶//wenku.baidu.com/view/1ff7514cfe4733687e21aae9.html.

[4]劉英莉,莊衍,沈道潔,等.急診開放式教學(xué)在內(nèi)科見習(xí)中的應(yīng)用和思考[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育,2011(10)∶44-45.

[5]郭光友,曾令濤,呂小定,等.教學(xué)多媒體信息資源表征及應(yīng)用研究∶上[J].電化教育研究,2002(10)∶16-17.

[6]教育部教育信息化技術(shù)表征委員會.CELTS-3網(wǎng)絡(luò)教育標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)[S].北京∶清華大學(xué)出版社,2011∶151.

Research on Open Teaching Model based on Could Computing

Su Xiaojing, Jiao Daoli

Cloud computing is a new generation of network computing and service model based on shared information environment. The properties of safe and reliable mass data storage, easy scalability, powerful computing capability and low cost will impact the reform and development of education and teaching techniques positively. The combination and fusion of cloud computing theory and technology with the open teaching philosophy will bring a major change in the field of education, both in teaching and in learning styles.

cloud computing; cloud services; open teaching; teaching resources.

G40-057

B

1671-489X(2013)12-0106-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.106

本文為2011年教育部人文社科西部和邊疆地區(qū)規(guī)劃項目“新媒體環(huán)境下少數(shù)民族地區(qū)教師教學(xué)能力發(fā)展研究”（編號：11XJA880003）的（階段性）研究成果。

作者：蘇梟徑，西北民族大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息管理中心網(wǎng)絡(luò)工程師，碩士，研究方向為教育信息化；焦道利，西北民族大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向為新媒體教育。