基于云平臺的教學模式的研究

李詠琪

（湖北廣播電視大學，湖北 武漢 430073）

1. 教育云平臺是云計算技術在教育領域的遷移

云計算（Cloud Computing）是網格計算、分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。對云計算的定義，國內外還沒有統一的說法。一般認為，云計算是一種計算模式，把IT資源、數據和應用作為服務提供給用戶。教育云平臺是云計算技術在教育領域的遷移，是未來教育信息化的基礎架構，包含了教育信息化所必需的一切軟硬件計算資源，這些計算資源虛擬化之后，向教育機構、教育從業人員和學生提供以各種教育資源為形式的服務。

2. 教育云平臺的發展

云計算的概念是2006年被提出的。2006年3月，亞馬遜推出彈性云計算服務。同年8月，Google公司首席執行官埃里克·施密特在搜索引擎大會首次提出云計算的概念。自此以后，Google成為了全世界最大的云計算技術使用者。Google搜索引擎的強大搜索能力就是基于此技術。各個發達國家早已致力于網絡與教育的融合。云平臺為教育的發展提供了更強大的資源支持。20世紀末期，國外就出現了很多功能全面的教學平臺，如 SABA、Docent、WebCT、Blackboard等。上世紀90年代，英國政府就計劃在2003年前建設完成全國范圍內教育網絡。在已建成的教育網絡上，所有學校可以免費接入互聯網。時至今日，英國的所有學校都成立了自己的網上學校。美國的網絡教育發展更為迅速。早在克林頓總統時期，美國政府就大力發展網絡教育，力爭將高速的信息網絡連接至每一所學校、教室，使所有學生都能享受到信息化網絡。至今，美國已開設網絡大學300多所。美國已開始致力于第二代Internet工程的實施，進一步提高教育網絡的運行速度。2007年10月，Google和IBM聯合宣布推廣“云計算”的計劃，包括卡內基梅隆大學、斯坦福大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校在內的多所高校都參加了該項計劃，我國的清華大學也于2008年3月加入了此項計劃。現在山東大學、華東師大也已經加入該計劃。云計算在國外教學中已經開始了應用。美國的西蒙教育春雷項目為師生提供的云計算終端滿足了師生日益增長的數字化學習的需求，該終端通過即時連接西蒙公司的“通用云計算服務”獲取虛擬電腦桌面，并為學生提供課程、作業和其他學習資料。學生不管在家里還是在學校，都可以訪問到同一桌面。美國北卡羅來納州州立大學與IBM合作推出為大學和中小學服務的名為“虛擬計算實驗室”的云計算平臺，包括在線使用教育材料、應用軟件、計算和存儲。

我國十分重視網絡教育。中央廣播電視大學、清華大學、北京師范大學等高校都積極投入到網絡教學平臺的開發與應用實踐中。4A教學平臺是我國實現現代遠程教育工程的技術研究成果，并在國內近百所高校推廣使用。與國外相比，國內的云計算雖然處于起步階段，但發展相當迅速。隨著云計算的快速發展，云計算也走進了教育領域。如今教育信息化建設存在條塊分割現象，水平參差不齊、重復建設的現象比較突出，缺乏標準化、規范化和兼容性，而且資源分散，難以共享，加上分散孤立的現代遠程教育點、校園網、局域網以及各自為戰的多媒體資源等，形成一個個“資源孤島”、“信息孤島”，信息資源難以共享。當云計算與教育信息化相結合，則可以完美解決這些問題。

在線教育云平臺顛覆傳統教育模式，打造體驗式學習場景，讓學生從“被動灌輸”向“主動學習”轉變。中國教育模式最大的問題是在于它是一種“填鴨式”的被動講授教學模式，在這種灌輸式的教育模式下，聽講者未能形成科學的思維方式和掌握分析問題、解決問題的方法。線上教育的本質核心都在于讓聽講者主動學習，并與傳授者溝通，做進一步交流。通過教育云平臺的多種教學手段的幫助讓教育從學術性的“結論教育”實現向應用性的“讓學生體驗結論得出的過程”教育轉變。

3. 教育云平臺的構建包括三個方面

（1）信息平臺的建設，構建完善的網絡基礎設施。基于云計算的教育信息化平臺的架構分為3層：①基礎設施層，為高層提供計算、數據存儲和網絡通訊等資源，即提供IaaS，分為物理硬件子層和虛擬化子層。②應用接口層，構建在基礎設施層之上，面向開發人員，為開發各類基于云計算的教育應用軟件提供開發環境和公用API 等，即提供PaaS。③教育應用層，提供各類的教育教學相關的應用軟件，即提供面向教育的 SaaS。本層主要包含：用于教學與教學管理的教學平臺、教務管理系統、辦公系統和作業系統等；用于教學資源開發的文檔處理軟件、課件制作和演示軟件等；虛擬計算環境，為教育從業人員和學生提供較底層的虛擬計算資源；基于云的虛擬計算實驗室。

構建網絡教育云平臺有兩種實現策略，一種是整合各個學校的網絡教育資源，一種是找成熟的云平臺提供商，把自己的業務逐步托管和部署到公共云平臺上去。經過了多年的信息化建設，我國高校已經建立起各自的校園網和相配套的網絡中心或是信息中心，積累了豐富的教育信息化建設和管理的經驗。在一些大型高校，不僅應用需求大，而且擁有充足的物質資源和人力資源，其網絡中心或是信息中心的規模更是達到數據中心級別。因此形成教育云可以由分布在我國幾大區域的區域云組成，每個區域云由若干家高校私有云組成，為各類教育機構提供計算服務。高校私有云是對高校的網絡中心或是信息中心進行擴充形成的，由各個高校自行管理。區域云則是依托現有的教育網，由各個高校私有云互聯而成，每個區域云設立一個管理機構，實現對區域云資源的管理。最后，各個區域云的互聯形成我國的教育云，整個教育云設立一個管理委員會進行綜合管理。而且，隨著云計算技術在學校的應用推廣，基礎設施層（如：網絡操作系統、數據庫平臺、交換機、路由器以及服務器等）可以利用IaaS技術、SaaS技術、PaaS技術實現云上托管，也可以利用云計算的虛擬化技術實現機房集中式管理，大大降低了系統硬件和軟件的投資，同時，采取公司托管后可以降低系統的維護成本。

（2）由技術人員和教師共同打造豐富的教學資源和多種教學手段。在教育云平臺上，教師的授課采用“電子化教學”，充分采用多種方式進行網絡多媒體教學，學生將告別沉重的書包，實現“電子書包”，構建全方位的電子教材，包括學科媒體素材庫（音頻、視頻、動畫、圖形、文本），學科案例庫，學科課件庫等等；改變教室講授的授課模式，采用3D動畫技術，實現“3D課堂”，真實還原線下教室授課場景，實現從文字書到多媒體再到虛擬現實的場景交互；學生可以在基于云的“虛擬計算實驗室”做各種實驗；學生為測試學習效果，可自主進行“在線測試”；可隨時隨地進行對學生學習效果的考核，實現“在線考核”等等。基于多媒體設備，教師可以快速地將任意一間教室轉化為人手一機、網絡互通的多媒體教學實驗室，迅速開展信息互動課堂教學，把課前、課中、課后完全結合。系列化的多媒體教學設備，滿足不同區域之間的教師與學生進行高清晰度音視頻及數據交互。資源共享“云服務平臺”實現各個學校之間的精品教學資源共享，以及各種多媒體教學設備之間的實時互聯，實現教學資源高度共享，讓貧瘠的地區和富裕的地區可以享受同等的教學資源，實現公平教育，同時云計算技術和服務器分布式部署，實現大規模并發并保障數據、系統的穩定性。在教育云平臺上廣泛整合各種教育教學資源、教學管理系統以及教學終端，集管理、教學、學習、社交于一體，隨時、隨地使學習者和教學者取得最新資源，得到交互教學。通過信息化手段改善中國傳統的教育模式，全面提升我國教育教學的信息化水平，實現優質教學資源的充分均衡化，推動我國教育現代化發展。

（3）改變固有陳舊的教育觀念。新的教學模式強調以學生為中心，要求學生成為信息加工的主體。同時，要求教師不再只是專業知識的提供者，而是學生主動學習的幫助者、促進者，使師生在和諧、愉快的教學情境中實現互動。“互動式教學模式”應該是教師精心設計教學環節和教學方式，并利用多種教學媒介，幫助和鼓勵學生積極思考、主動參與，促進師生間和生生間的全面交流和集體學習，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力以及創新能力的一種教學模式。學生要建立“自主學習”、“移動學習”、“協作學習”的學習習慣。“移動學習”支持筆記本電腦、平板電腦、手機等各種終端接入，可以隨時隨地進行在線、離線學習，充分利用碎片時間，通過多種平臺接入可獲得一致性體驗。多媒體教室、電腦、移動終端等多種方式接入，滿足在不同時間，不同環境下的學習需求。“協作學習”把學習變成一種社交活動，提高學習趣味性，音頻、視頻、數據全方位的互動，為學生、老師提供全新的溝通協作平臺。網絡上的學習社區，支持同學和好友之間文字交流和筆記分享，像微博一樣支持熱門推薦，更新提醒及好友關注。教師協助學生建立適于教育云平臺的學習習慣。

4. 虛擬現實技術在教育云平臺上的應用

網絡教育采用新的技術手段和教育模式，可以充分利用各種資源，時空分離的教與學必須依賴于先進的信息技術來提高網絡教育的質量與效率。與傳統教育相比，學生缺少身臨學習環境的機會，而真實、互動、情節化的特點正是虛擬現實技術獨特的魅力所在。如果能利用虛擬現實技術為網絡教育的學習者創建一個虛擬的學習環境，就可以讓其身臨其境的學習了。這一做法彌補了網絡教育時空分離的不足，虛擬現實技術的應用為網絡教育帶來新的活力。網絡教育是在互聯網上進行的，其實它本身就是一個虛擬的世界。我們可以利用虛擬現實技術模擬出并不存在但又和現實相近的網上校園，網上教室，網上圖書館，網上實驗室，網上實訓基地等虛擬現實的學習環境。盡管網上的信息環境只在計算機中存在，人們看到的建筑物、設備、設施等都是一種影像，是虛擬現實的，但它又是現實的，因為它是可操作的。學生可以借助三維動畫等技術在虛擬世界中模擬完成在現實中難以操作或有危險性的一些實驗，可以用一些直觀化、形象化的網絡三維動畫講解一些難以理解的抽象思維的概念。在網絡虛擬環境中，學習者可以打破空間、時間限制進行學習。虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，學生能夠成為虛擬環境的一名參與者，在虛擬環境中扮演一個角色，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能都將起到積極的作用。當前的網絡教學大都是基于 Web的，要在其中普及基于數據手套、視覺頭盔等設備構成的力反饋式交互虛擬現實是極其困難的。但是以鍵盤、鼠標、顯示器等常規輸入輸出設備在客戶機瀏覽器中構成交互環境的網絡虛擬現實技術已日趨成熟與完善。這些以Web 3D技術為基礎的網絡虛擬現實技術，以模擬自然、體驗逼真和交互性強為目標，在相當程度上高效經濟地實現了虛擬現實系統的目標。目前在網絡環境中的虛擬現實技術有：VRML、QuickTime VR、Cult3D、Viewpoint、Flash等等。在教育中，往往一味的學習會讓學習者覺得枯燥乏味，運用虛擬現實技術寓教于樂，可以達到很好的教學效果。在云教育平臺上利用這些技術可以滿足當前網絡教育的需求，通過虛擬學習環境的建立，彌補網絡教育中的不足，利用網絡虛擬現實技術可以提高網絡教育的質量和效率。

5. 結語

在教育云下新的教學模式是互動式教學模式。教師的角色從教育的主導者轉變為教育的引導者，教育的主體轉變為學生，“填鴨式”被動學習轉變為體驗式“主動學習”，讓我國教育事業實現一次質的飛躍。教師要參與各種教學資源的建設，而且要能得心應手地使用各種教學手段，能引導學生轉變思維方式、學習方式，讓學生養成自主學習的學習習慣。在這個過程中，教師素養和學生素養同步提高，實現共同進步。

[1] 趙子云，左明章，鄧果. 基于云計算的教育信息公共服務平臺的構建[J]. 現代教育技術，2012，（12）.

[2] 楊宏宇，趙靜. 在國家開放大學云平臺環境下構建三維協同教學模式的探析[J]. 湖北廣播電視大學學報，2013，（5）.