歐躍發(fā),黃春迪
(1.梧州職業(yè)學(xué)院,廣西梧州 543002;2.桂林市秀峰區(qū)教育局,廣西桂林 541004 )
在今天高校教育網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中,受到各高校地理位置、師資、資金投入、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力等諸多因素的影響,導(dǎo)致教育網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的平臺(tái)不能滿(mǎn)足當(dāng)今師生學(xué)習(xí)的需要,師資、信息和資源無(wú)法有效共享等問(wèn)題。這些問(wèn)題成了教育信息化發(fā)展的瓶頸。因此,我們亟待尋求一種新的技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題。正是在這種需求背景下,誕生了一種新的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型——云計(jì)算。它的出現(xiàn),將會(huì)使用戶(hù)以桌面為核心,轉(zhuǎn)移到以Web為核心,特別是云計(jì)算結(jié)合虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù),將會(huì)給我們的教育帶來(lái)全新的革命。
“云計(jì)算”實(shí)際上是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算模式,在遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)里,成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器連接成一片計(jì)算機(jī)云,它通過(guò)使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上,而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中,使得高校數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)、也稱(chēng)人工環(huán)境或靈境技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界,提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬,讓使用者如同身歷其境一般,可以及時(shí)、無(wú)限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。虛擬實(shí)現(xiàn)借助3D技術(shù),來(lái)構(gòu)建真實(shí)的現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景,它可以是某一現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想成的虛擬世界,人在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可以獲得與在自然環(huán)境中相同的感受,真實(shí)體驗(yàn)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)及智能感知的直觀、自然的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的沉浸性、交互性、構(gòu)想性的特點(diǎn)突出了形象思維和邏輯思維的結(jié)合,認(rèn)知和感知的并用,使其應(yīng)用于教育可以彌補(bǔ)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教育體態(tài)語(yǔ)交互和親身體驗(yàn)等缺陷,還可以解決教育資金投入不足的問(wèn)題和幫助學(xué)生理解所學(xué)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)理論,并可以讓學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行一些現(xiàn)實(shí)中難以展開(kāi)的實(shí)驗(yàn)。
教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和軟、硬件資源及師資等是教學(xué)工作展開(kāi)的基礎(chǔ),目前國(guó)內(nèi)高校的教學(xué)現(xiàn)狀歸納起來(lái)主要表現(xiàn)在以下幾方面。
部屬、知名高校等院校社會(huì)影響力大,國(guó)家比較重視投入較多,又加之一些慈善企業(yè)家捐贈(zèng),資金投入多,因此擁有更多、更優(yōu)質(zhì)、更先進(jìn)的教學(xué)資源,比如師資力量強(qiáng),實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備齊全且先進(jìn)。相反大部分地方高校以及部分民辦高校,由于辦學(xué)歷史不長(zhǎng),或者地域分布在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū),又加之社會(huì)影響力有限。資金投入相對(duì)不足,進(jìn)而造成師資的培訓(xùn)和各方面建設(shè)的投入不足,師資水平較低,實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備陳舊且缺乏,跟不上新技術(shù)更新的步伐。以上情況,說(shuō)明這兩類(lèi)院校的教學(xué)資源和師資存在很大差距,使得教學(xué)水平的差距進(jìn)一步拉大,進(jìn)而導(dǎo)致了教育不公平的現(xiàn)狀日益嚴(yán)重。
當(dāng)前高校基本都是一個(gè)教師對(duì)一個(gè)班級(jí)上課,一個(gè)學(xué)校的教師都是只對(duì)本校的學(xué)生授課,本校的教學(xué)資源只供本校學(xué)生使用,更有同一學(xué)校的不同院系的教學(xué)資源和師資都不共用。導(dǎo)致大部分資源不共享和資源的閑置,造成資源投入的浪費(fèi)。
近些年來(lái)隨著高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和遠(yuǎn)程教育的發(fā)展,以及部分高校的合并和聯(lián)合辦學(xué),使得部分資源在不同區(qū)域、不同院校之間得以一定程度和一定范圍內(nèi)的共享,但由于高校區(qū)域分布的不平衡,以及部分資源(如先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和硬件資源等)本身就難以共享與整合,使得資源整體共享率依然很有限。
虛擬實(shí)現(xiàn)和云計(jì)算技術(shù),是近幾年IT技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)為用戶(hù)節(jié)約了大量成本的投入,提升了高校資源的運(yùn)營(yíng)效率,更重要的是下一代的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心和生活中實(shí)際場(chǎng)景的模擬也將基于虛擬化來(lái)進(jìn)行構(gòu)建與支撐。而新技術(shù)的出現(xiàn)總是首先應(yīng)用在教育領(lǐng)域,接下來(lái)我將談?wù)劵谠朴?jì)算技術(shù)背景下虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)在未來(lái)教育領(lǐng)域的應(yīng)用方向:
高校的數(shù)據(jù)中心通過(guò)服務(wù)器虛擬化、構(gòu)建虛擬化、應(yīng)用虛擬化等,不但可解決各種資源利用率和辦公效率的問(wèn)題,以及教育資金缺乏等問(wèn)題,同時(shí)也賦予了高校教學(xué)管理更大的靈活性和先進(jìn)性。
虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)可以幫助高校數(shù)據(jù)中心減少教學(xué)服務(wù)器數(shù)量、優(yōu)化教學(xué)資源配置并簡(jiǎn)化教學(xué)資源管理。隨著新一輪云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用以及全球IT技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),利用虛擬化服務(wù)實(shí)現(xiàn)高校動(dòng)態(tài) IT基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境,進(jìn)一步改善現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)和管理模式,實(shí)現(xiàn)教學(xué)面向服務(wù)、面向應(yīng)用、面向大眾化、面向綠色安全的數(shù)據(jù)中心,將是未來(lái)教育發(fā)展的方向。為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)T、降低“碳排”,對(duì)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器實(shí)施監(jiān)控,有計(jì)劃地淘汰高能耗、低效率的舊式服務(wù)器,對(duì)不受管理或低利用率的服務(wù)器進(jìn)行重新虛擬實(shí)現(xiàn)。以使院校內(nèi)各部門(mén)、各院系減少服務(wù)器采購(gòu)的數(shù)量,優(yōu)化資源利用率,并同時(shí)使得這些部門(mén)網(wǎng)站的信息安全得到較為徹底的改善,這更適應(yīng)高校擴(kuò)招及信息化教學(xué)持續(xù)擴(kuò)張的需求,同時(shí)也大大降低了關(guān)鍵應(yīng)用災(zāi)難備份所需的服務(wù)器采購(gòu)數(shù)量與維護(hù)成本,從而大大節(jié)約了教學(xué)資金的投入。
云計(jì)算時(shí)代的虛擬教師被定義為:計(jì)算機(jī)借助3D技術(shù)生成的三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中,能夠模擬真實(shí)教師的形象及動(dòng)作表情、模擬真實(shí)教師的教學(xué)功能的技術(shù)實(shí)體。虛擬教師有以下幾個(gè)特點(diǎn):有自身的幾何模型;可以與整個(gè)云計(jì)算環(huán)境交互,感知并影響云計(jì)算環(huán)境;虛擬教師的行為可以由計(jì)算機(jī)程序控制,也可以由現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)人控制,虛擬教師與學(xué)生之間可以通過(guò)自然的方式,如自然語(yǔ)言、體態(tài)語(yǔ)等進(jìn)行交流。虛擬教師借助人體建模技術(shù)、運(yùn)動(dòng)生成與控制技術(shù)、手勢(shì)識(shí)別技術(shù)、人體姿態(tài)識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)言識(shí)別技術(shù)、面部表情識(shí)別和生成技術(shù)產(chǎn)生具有表情豐富、動(dòng)作生動(dòng)、行為逼真的仿真場(chǎng)景,可以極大地增強(qiáng)學(xué)生在線(xiàn)學(xué)習(xí)的興趣和效果。特別是這些虛擬教師,不但可以承擔(dān)某些課程的教學(xué)工作,還可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行全方位的跟蹤指導(dǎo),能利用紅外線(xiàn)和虹膜技術(shù)自動(dòng)評(píng)估不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,以及學(xué)生的知識(shí)掌握程度,根據(jù)評(píng)估的情況可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)方法引導(dǎo),還可以對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給予提供適合的課程學(xué)習(xí)與建議。虛擬教師可以利用不同的教學(xué)工具和不同的授課方法,對(duì)不同的學(xué)生采取不同的教學(xué)和輔導(dǎo)方法,此外,還可以給學(xué)生布置課外作業(yè),并對(duì)作業(yè)進(jìn)行批改與評(píng)分。
學(xué)生在這種虛擬教師的教學(xué)下,不管家庭貧困與富有,都可以享受到每一學(xué)科領(lǐng)域的一流教師授課,還可以向?qū)W術(shù)界最具權(quán)威的專(zhuān)家和教授請(qǐng)教,享受最有效,最科學(xué)的教學(xué)方法。虛擬教師在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中,不再是定位于某個(gè)課堂,某個(gè)學(xué)校,某個(gè)地區(qū),而是一種全球化的教學(xué)活動(dòng),真正實(shí)現(xiàn)了全球化的師資在云計(jì)算下的聚集與共享。
什么是虛擬教室?簡(jiǎn)單的說(shuō),就是網(wǎng)絡(luò)上的教室,即數(shù)字教室,它能實(shí)現(xiàn)模擬、仿真?zhèn)鹘y(tǒng)課堂教學(xué)。有了虛擬教室,就可以開(kāi)展遠(yuǎn)程教學(xué),可以突破時(shí)間、地點(diǎn)、人員、場(chǎng)地的限制。它是一個(gè)能媲美“傳統(tǒng)課堂教學(xué)”的網(wǎng)上課堂 。在當(dāng)前云計(jì)算背景下虛擬教室主要有以下特色:
(1)投入少,方便使用,即租即用:
只需要根據(jù)開(kāi)設(shè)課程的情況、學(xué)生人數(shù)、授課時(shí)間,在第三方服務(wù)商提供的教學(xué)平臺(tái)上租賃即可。不需要新增任何硬件和軟件,不需要投入大筆資金,就能夠擁有“高效的、簡(jiǎn)單的、可靠的、安全的”虛擬教室,同時(shí)利用先進(jìn)的加密算法,還能保證您課程的信息安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
(2)教師授課特色:
虛擬教室不再受授課時(shí)間、地點(diǎn)的限制,可以不受學(xué)生打擾,可以同時(shí)兼顧所有學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度,可以充分的根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),盡情講解。而且針對(duì)不同地點(diǎn)的多個(gè)班級(jí),只需要講解一次,這樣可以騰出更多的時(shí)間用于同學(xué)生交流、答疑,最終達(dá)到傳道授業(yè)解惑的教學(xué)目的。
(3)學(xué)生學(xué)習(xí)特色:
學(xué)生自主安排學(xué)習(xí),不受時(shí)間、地點(diǎn)限制,甚至是進(jìn)度的限制,可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況,進(jìn)行安排。可以多次反復(fù)聽(tīng)講,直到自己完全理解掌握為止 ,而這在實(shí)際傳統(tǒng)的教學(xué)中,這是不可能做得到的,而且還可以隨時(shí)暫停,進(jìn)行同步練習(xí)和實(shí)踐,這是IT時(shí)代學(xué)習(xí)知識(shí)的最佳方式,真正做到:“耳、眼、手”三位一體學(xué)習(xí),把獲取知識(shí)和練習(xí)實(shí)踐合二為一,從而大大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和質(zhì)量。
在云計(jì)算時(shí)代背景下,借助虛擬實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)可以模擬真實(shí)逼真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,讓學(xué)生足不出戶(hù)便可參與各種各樣的實(shí)驗(yàn),獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì),從而豐富感性認(rèn)識(shí),加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解,特別是虛擬實(shí)驗(yàn)避免了真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn),以前對(duì)于危險(xiǎn)的以及對(duì)人體有害的實(shí)驗(yàn),一般采用電視錄像的方式來(lái)取代實(shí)驗(yàn),學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn),而利用虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù),則可以避免這些麻煩,學(xué)生可以放心的去做各種危險(xiǎn)的或危害身體健康的實(shí)驗(yàn)了。例如,虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn),可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來(lái)的危險(xiǎn);虛擬的外科手術(shù),可避免由于學(xué)生操作失誤,而造成“病人”死亡的醫(yī)療事故;虛擬的飛機(jī)駕駛教學(xué)系統(tǒng),可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機(jī)墜毀的嚴(yán)重事故。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以打破空間的限制。小至原子粒子,大到宇宙天體,我們都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察。虛擬技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制,一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程,通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如,生物中的孟德?tīng)栠z傳定律,用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間,而虛擬技術(shù)在幾分鐘內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的變更及現(xiàn)實(shí)生活和工作的實(shí)際,可以通過(guò)修改仿真軟件系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),所以十分方便和靈活,從而大大減少了教育經(jīng)費(fèi)的投入,改善了教學(xué)條件不足的現(xiàn)狀。
此外,虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn),它借助3D虛擬仿真系統(tǒng),可以讓不同的學(xué)生在同一虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中會(huì)有不同的經(jīng)歷和感受,也就是他們可以對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的仿真情況進(jìn)行不同的分析,可以得出不同的結(jié)果,這就為學(xué)生探索式學(xué)習(xí)、探索式研究、交互式學(xué)習(xí)提供了前提條件,真正達(dá)到了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。
眾所周知,校園文化底蘊(yùn),學(xué)習(xí)氛圍等對(duì)人類(lèi)教育的影響及其作用是深遠(yuǎn)的。教師、校友、圖書(shū)館、教室、課堂,實(shí)驗(yàn)樓等等,校園的一草一花,每一次活動(dòng)無(wú)不潛移默化地影響著我們求學(xué)的每一個(gè)人,伴隨著我們成長(zhǎng)。從中得到的教益從某種程度來(lái)說(shuō),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出書(shū)本所給予我們的。網(wǎng)絡(luò)教育的特點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn),決定了我們可以仿真我們的校園環(huán)境,可以模擬具有任何學(xué)習(xí)氛圍和教學(xué)設(shè)備的數(shù)字化校園。在未來(lái)云時(shí)代背景下,實(shí)際物理意義上的校園已經(jīng)完全由3D虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)公司和教學(xué)軟件虛擬實(shí)現(xiàn)了,它具有完整的科學(xué)的電子教學(xué)方法,具有大容量的電子圖書(shū)館,具有暢通的寬帶網(wǎng)絡(luò),具有豐富的虛擬社區(qū)生活場(chǎng)景,具有能夠深刻影響人們的文化氛圍環(huán)境,具有便捷的入學(xué)和畢業(yè)手續(xù),具有公正的科學(xué)的不限時(shí)的考試體制等。這必將對(duì)我們的未來(lái)的學(xué)習(xí)與生活產(chǎn)生巨大的影響。
云計(jì)算背景下的虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用,當(dāng)數(shù)據(jù)中心采用云計(jì)算服務(wù)時(shí),不論采用公有云還是私有云,其相應(yīng)的工作模式處理數(shù)據(jù)的時(shí)候,都存在如阻斷服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全等很多問(wèn)題,特別是目前不安全不成熟的云管理系統(tǒng),其相應(yīng)的資料中心容易受到黑客的攻擊,像錯(cuò)綜復(fù)雜的租用關(guān)系可能帶來(lái)新的網(wǎng)絡(luò)威脅。特別是云計(jì)算與虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的復(fù)雜結(jié)合,使得資源共享、數(shù)據(jù)集成、網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬仿真效果、經(jīng)濟(jì)成本、適用性等方面遇到很多難以解決的問(wèn)題,這些都是需要我們新一代技術(shù)人員和專(zhuān)家的深入研究來(lái)解決。可喜的是,目前很多專(zhuān)家、很多企業(yè)花費(fèi)巨資至力于云計(jì)算和虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究,相信在不久的將來(lái)云計(jì)算和虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)遇到的上述問(wèn)題會(huì)有較大的改善,這必將為未來(lái)的教育事業(yè)帶來(lái)全新的革命。
中國(guó)國(guó)家級(jí)人才工程“萬(wàn)人計(jì)劃”
作為中國(guó)國(guó)家級(jí)人才工程,“萬(wàn)人計(jì)劃”和“千人計(jì)劃”一樣,由中央人才工作協(xié)調(diào)小組統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),中組部牽頭,中宣部、教育部、科技部、人力資源社會(huì)保障部等共同實(shí)施。2012年9月,“萬(wàn)人計(jì)劃”正式啟動(dòng)實(shí)施。這一計(jì)劃準(zhǔn)備用10年左右時(shí)間,遴選支持1萬(wàn)名自然科學(xué)、工程技術(shù)、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)和高等教育領(lǐng)域的高層次人才。中央人才工作協(xié)調(diào)小組辦公室負(fù)責(zé)人介紹,該計(jì)劃不鋪新攤子,不設(shè)新項(xiàng)目,主要是對(duì)國(guó)家人才發(fā)展規(guī)劃相關(guān)重大人才工程進(jìn)行整合打包,從國(guó)家層面提供特殊支持,形成與“千人計(jì)劃”同等地位的國(guó)家人才工程。
該計(jì)劃包括3個(gè)層次7類(lèi)人才。第一層次100名,為具有沖擊諾貝爾獎(jiǎng)、成長(zhǎng)為世界級(jí)科學(xué)家潛力的杰出人才。第二層次8000名,為國(guó)家科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需緊缺的領(lǐng)軍人才,包括科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)領(lǐng)軍人才、教學(xué)名師、百千萬(wàn)工程領(lǐng)軍人才。第三層次2000名,為35歲以下具有較大發(fā)展?jié)摿Φ那嗄臧渭馊瞬拧?duì)“萬(wàn)人計(jì)劃”入選對(duì)象,在有關(guān)部門(mén)和單位原有支持的基礎(chǔ)上,國(guó)家再給予直接特殊支持、提供特殊條件,形成集成效應(yīng)。
在經(jīng)費(fèi)支持方面。中國(guó)為科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)領(lǐng)軍人才、百千萬(wàn)工程領(lǐng)軍人才、教學(xué)名師安排每人約100萬(wàn)元用于自主選題研究、人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)等。地方和用人單位還可配套給予適當(dāng)支持。 中央人才工作協(xié)調(diào)小組辦公室負(fù)責(zé)人表示,這與平時(shí)的課題申報(bào)、評(píng)審不同,入選者可以瞄準(zhǔn)自己專(zhuān)注的領(lǐng)域開(kāi)展自主研究,把他們從繁瑣的項(xiàng)目申報(bào)、評(píng)估中解脫出來(lái)。