云計算環境下泛在學習的功能結構與資源整合研究

楊潔+楊博雄

摘 要：當前以學習元為代表的新型學習資源組織方式已經開始應用于泛在教育領域，通過學習元構建的教育資源數據堪稱海量，傳統的計算手段和服務模式根本無力處理如此巨大的數據。受到地理位置、網絡傳輸速度、服務器數據處理能力以及學習群體差異等諸多因素的影響，導致現有的教育信息平臺不能滿足泛在學習的需要，無法解決信息和資源的公平共享等問題。該文根據網絡教育現狀，提出了基于云計算環境下的面向服務的泛在學習體系架構，研究了不同教育資源的整合問題，并對其應用模式進行探討。該研究將對我國由網絡學習時代進入以云服務為基礎的泛在教育學習時代的轉型提供幫助。

關鍵詞：云計算 學習元 泛在學習 功能結構 資源整合

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0043-02

隨著物聯網技術、移動互聯網技術、云計算技術等信息技術發展以及學習元等教育資源組織形式的出現，為泛在學習U-Learning（Ubiquitous Learning）提供了可能。所謂泛在學習U-Learning其實就是指無時無刻的溝通，無處不在的學習，是一種任何人在任何地方、任何時刻獲取所需的任何信息的學習方式，即所謂的無論何時（anytime）何地（anywhere）何人（anyone）以何種途徑（anyway）何種方式（anyhow）來獲取教育資源的5A化學習模式[1]。

泛在學習創造智能化、移動化、個性化、精細化的學習環境讓學生可以充分獲取學習信息，這與讓學生到圖書館或學校進行學習或通過網絡獲取學習信息有著很大的不同。為此，泛在學習需要一個強大的泛在教育系統來進行交互和支撐。當前出現的學習元技術是適合于泛在學習環境與非正式學習的一種新型學習資源組織方式，它具有生成性、開放性、聯通性、可進化發展、智能性、內聚性、自跟蹤、微型化等基本特征，可以實現學習者群體智慧的共享和學習工具的共享[2]。

當前以學習元為代表的泛在教育資源正以千倍的速度增長，其形成的教育資源數據迅速而巨大，傳統的計算模式無力承擔如此巨大的數據處理和信息獲取，導致現有的數據中心和服務模式面臨著極大的困境[3]。在這樣的背景下，一種新型的服務計算模型—基于云計算環境的云服務模式出現了。隨著云計算這一全新的網絡計算平臺核心技術的出現，網絡將進入從軟件為中心走向以服務為中心轉變的云服務時代。這種轉變為泛在學習的實現提供了技術基礎[4]。

1 云計算及其與教育服務結合的特點

1.1 云計算與云服務

云計算，英文為Cloud Computing，是基于全球互聯網（Internet）相關服務的增加、使用和交付的全新的商業模式。云計算將計算能力作為一個商品進行交易，通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云計算技術是分布式處理技術、并行處理技術和網格計算技術的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現[5]。

云計算提出了一切皆服務的概念，即基礎設施即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）[6]。云服務實現的基本原理是通過網絡使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，各種數據中心的運行將更與互聯網相似。這使得各種應用能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統[7]。

云計算一般可分為狹義云計算和廣義云計算兩種，狹義云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源；而廣義上的云計算則是指各種服務的交付和使用模式，這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關的，也可以是任意其他的服務[8]。

1.2 云技術與教育服務結合的優勢與特點

云計算技術與學習和教育的結合將會帶來很多的優勢和特點，具體如下：

（1）云計算對用戶端的設備要求很低。

這一特點決定了云計算將會在學校、圖書館、培訓中心等各種學習的生態環境中大受歡迎。云計算能把分布在大量的分布式計算機上的存儲和計算能力集中起來成為一個虛擬的資源池，并通過網絡為用戶提供經濟實用的計算服務。

（2）云計算讓教育資源的共享更便捷。

目前有很多云計算項目是開源的，比如如果有人想構建類似與Google apps的云平臺，可以采用AppDrop或10gen開源云計算項目；如果構建類似Amazon（亞馬遜）的云服務，則應選則的開源項目是Eucalyptus。目前很多學校都有大量接近淘汰的舊電腦，這類電腦有些只是硬件配置問題無法升級到新的操作系統或安裝新的應用軟件而被淘汰，硬件本身還支持繼續正常。因此這類電腦除了可以作為客戶端接入云計算服務繼續使用外，還可以選擇使用開源云計算項目在大量的這類電腦上布置學校自己的云計算服務。隨著云計算技術的普及，基于開源云計算項目在學校教育服務平臺上面的安裝設置在未來將變得更容易。

2 基于云計算的泛在學習模式

按需部署是云計算的核心，因此要解決按需部署必須解決資源的動態可重構、監控和自動化部署等問題，而解決這些問題又需要以虛擬化、高性能存儲、處理器、高速互聯網等技術為基礎，因此基于云計算的教育信息化建設除了需要研究其體系結構外，還要特別注意研究資源的動態可重構、自動化部署、資源監控、虛擬化、高性能存儲、處理器等關鍵技術。

2.1 功能結構

為了有效支持云計算，泛在學習系統必須支持幾個關鍵特征，具體如下：

（1）系統必須是自治的，即需要內嵌有自動化技術，以減輕或消除人工部署和管理任務，而允許平臺智地響應應用的要求。

（2）云計算的架構必須是敏捷的，能夠對需求信息或者其變化做出迅疾的反應。

要想應付增長或服務級要求的快速變化，就要內嵌虛擬化技術和集群化技術。該文根據這些特點設計的云計算環境下教育服務系統的功能結構如圖1所示。

（1）終端用戶：“云”用戶請求服務的交互界面，包括學生、教師、工作人員等。

（2）教育資源目錄：用戶可選擇的資源列表。

（3）管理系統：用于管理可用計算資源和服務。

（4）部署工具：根據用戶請求智能地部署教育資源和應用，動態地部署、配置和回收教育資源。

（5）監控：監控云系統教育資源的使用情況，以便做出迅疾的反應。

（6）云計算服務器集群：虛擬或者物理服務器，由第三方云計算服務商業公司提供。

2.2 自動化部署

自動化部署是指通過自動安裝和部署，將計算資源從原始狀態變為可用狀態。在云計算中體現為將虛擬資源池中的資源進行劃分、安裝和部署，使其可以為用戶提供各種服務和應用的過程，其中包括硬件（服務器）、軟件（用戶需要的軟件和配置）、網絡和存儲。系統資源的部署有多個步驟，自動化部署通過調用腳本，實現不同廠商設備管理工具的自動配置、應用軟件的部署和配置，確保這些調用過程可以以靜默的方式實現，使得部署過程不再依賴人工操作。整個部署過程基于工作流來實現，如圖2所示。

其中，工作流引擎和數據模型是在自動化部署管理工具中涉及的功能模塊，通過將具體的軟硬件甚至邏輯概念定義在數據模型中，管理工具可以標識并在工作流中調度這些資源，實現分類管理。工作流引擎則負責調用和觸發工作流，實現部署自動化的核心機制，自動將不同種類的教育資源流程整合在一個集中、可重復使用的工作流數據庫中。原本需要手工完成的服務器、操作系統、中間件、應用程序、存儲器和網絡設備的配置任務，這一系列工作流程都可自動化。

3 云計算環境下的泛在學習

云計算的提出與發展為泛在學習提供了可能，在云服務的支持下，泛在學習可以實現如下功能。

（1）移動學習。

作為學校正規教育的有益補充，移動學習在移動通訊技術迅速發展的今天已經成為一種趨勢。云計算平臺為移動學習提供了天然的場所，課程設計者將學習內容放在云端，學習者可以通過各種智能手機、iPAD、筆記本電腦等移動終端隨時隨地登錄到學習平臺進行學習。課程設計者還可以借助Pushmail、移動139郵箱、飛信等技術實現學習內容的主動推送。這極大程度地消除了學習者的時空限制。

（2）遠程協作學習。

云計算平臺所擁有的豐富的網絡功能為學習者提供了遠程協作的空間和可能。如Google協作平臺、百會的協作編輯功能、Ning的社區環境等，這些有利于異地學習者學習成果的展示、交流和深度互動；好看簿的活動和小組功能、Blog的博客圈功能將利于促進學習者的深度反思，記錄學習者的成長軌跡等。

除此之外，云計算平臺還對教育教學工作有輔助作用，如教學輔助平臺、學校管理平臺、家校互動平臺、課題研究平臺、學生學習成果展示平臺等等。隨著云計算技術的發展，教育也在不斷發展變化之中，如當前流行MOOC學習等，都是在云計算技術發展下出現的全新的教育服務和學習模式。

4 基于云計算的泛在學習發展趨勢

現如今云計算還不夠完善，許多大型的IT公司都推出了各種云服務，既有商業的，也有教育的。在云計算的發展浪潮中，要把握時機，充分地運用云計算為我國的泛在教育服務和學習提供技術支持。

（1）構建個人網絡學習環境。

在Web2.0環境下，個人使用更多的是網絡學習和非正式學習，構建個人網絡學習環境就顯得尤為重要。在而在云服務時代，學習者可以根據云服務的類型自由地選擇學習內容和學習方式。網絡中有大量的Web2.0工具，如：使用iGoogle我們可以個性化自己的網絡空間，Diigo創建個人的美味書簽，Sakai管理網絡課程等，這些Web2.0工具都屬于云服務的范疇。在云服務時代，學習者就可以輕松、自如地創設人性化的網絡學習環境。

（2）云計算與開源教育。

云計算的發展為開源軟件的推廣應用提供了新的契機。云計算以服務為中心的理念與開源軟件提倡的軟件免費、以服務的形式付費的觀點不謀而合。從另外一個角度來看，開源軟件的可擴展性和靈活性也完全符合云計算的發展趨勢。今后，云計算平臺將搭建在開源軟件上，而且大部分的應用都是基于開源軟件。泛在教育要緊跟云時代的發展，必須要大力推廣開源教育，擺脫當前信息技術教育的單一性，充分挖掘開源教育資源，培養創新型的人才。將開源軟件推入到教育中是一個很好的嘗試，這將成為我國教育信息化的一個重大的轉變。

5 結語

以學習元為代表的新型學習資源組織方式已經開始應用于泛在教育領域，通過學習元構建的教育資源數據堪稱海量，傳統的計算手段和服務模式根本無力處理如此巨大的數據。另外受到地理位置、網絡傳輸速度、服務器數據處理能力以及學習群體差異等諸多因素的影響，導致現有的教育信息平臺不能滿足泛在學習的需要，無法解決信息和資源的公平共享等問題。筆者根據網絡教育現狀，提出了基于云計算環境下的面向服務的泛在學習體系架構，研究了不同教育資源的整合問題，并對其應用模式進行探討。該文的研究結果將對我國由網絡教育時代進入以云服務為基礎的泛在教育學習時代的轉型提供幫助，為邁向5A化教育時代提供借鑒。

參考文獻

[1] 楊玉寶，廖宏建.泛在學習視角下的教育云資源建設機制研究[J].現代教育技術，2013（4）：25-28.

[2] 楊現民，余勝泉.泛在學習環境下的學習資源進化模型構建[J].電化教育，2011（9）：16-28.

[3] 徐碩.基于云計算環境下的協作學習[J].教育信息技術，2010（7）：22-25.

[4] 余勝泉，楊現民，程罡.泛在學習環境中的學習資源設計與共享[J].開放教育研究，2009（1）：19-21，47-53.

[5] 永成，祝智庭.虛擬學習社區知識建構和集體智慧發展的學習框架[J].中國電化教育，2006（5）：15-17.

[6] 楊振冰.泛在知識環境下信息檢索課的教學方式[J].圖書情報工作，2011（13）：31-33.

[7] 韋書令，廖捷.泛在學習環境下網絡教學資源庫的建設[J].科學導報，2013 （10）：36-38.

[8] 林良金.泛在知識環境下高校嵌入式信息素養教育初探[J].文獻信息論壇，2014（1）：9-14.

（1）終端用戶：“云”用戶請求服務的交互界面，包括學生、教師、工作人員等。

（2）教育資源目錄：用戶可選擇的資源列表。

（3）管理系統：用于管理可用計算資源和服務。

（4）部署工具：根據用戶請求智能地部署教育資源和應用，動態地部署、配置和回收教育資源。

（5）監控：監控云系統教育資源的使用情況，以便做出迅疾的反應。

（6）云計算服務器集群：虛擬或者物理服務器，由第三方云計算服務商業公司提供。

2.2 自動化部署

自動化部署是指通過自動安裝和部署，將計算資源從原始狀態變為可用狀態。在云計算中體現為將虛擬資源池中的資源進行劃分、安裝和部署，使其可以為用戶提供各種服務和應用的過程，其中包括硬件（服務器）、軟件（用戶需要的軟件和配置）、網絡和存儲。系統資源的部署有多個步驟，自動化部署通過調用腳本，實現不同廠商設備管理工具的自動配置、應用軟件的部署和配置，確保這些調用過程可以以靜默的方式實現，使得部署過程不再依賴人工操作。整個部署過程基于工作流來實現，如圖2所示。

其中，工作流引擎和數據模型是在自動化部署管理工具中涉及的功能模塊，通過將具體的軟硬件甚至邏輯概念定義在數據模型中，管理工具可以標識并在工作流中調度這些資源，實現分類管理。工作流引擎則負責調用和觸發工作流，實現部署自動化的核心機制，自動將不同種類的教育資源流程整合在一個集中、可重復使用的工作流數據庫中。原本需要手工完成的服務器、操作系統、中間件、應用程序、存儲器和網絡設備的配置任務，這一系列工作流程都可自動化。

3 云計算環境下的泛在學習

云計算的提出與發展為泛在學習提供了可能，在云服務的支持下，泛在學習可以實現如下功能。

（1）移動學習。

作為學校正規教育的有益補充，移動學習在移動通訊技術迅速發展的今天已經成為一種趨勢。云計算平臺為移動學習提供了天然的場所，課程設計者將學習內容放在云端，學習者可以通過各種智能手機、iPAD、筆記本電腦等移動終端隨時隨地登錄到學習平臺進行學習。課程設計者還可以借助Pushmail、移動139郵箱、飛信等技術實現學習內容的主動推送。這極大程度地消除了學習者的時空限制。

（2）遠程協作學習。

云計算平臺所擁有的豐富的網絡功能為學習者提供了遠程協作的空間和可能。如Google協作平臺、百會的協作編輯功能、Ning的社區環境等，這些有利于異地學習者學習成果的展示、交流和深度互動；好看簿的活動和小組功能、Blog的博客圈功能將利于促進學習者的深度反思，記錄學習者的成長軌跡等。

除此之外，云計算平臺還對教育教學工作有輔助作用，如教學輔助平臺、學校管理平臺、家校互動平臺、課題研究平臺、學生學習成果展示平臺等等。隨著云計算技術的發展，教育也在不斷發展變化之中，如當前流行MOOC學習等，都是在云計算技術發展下出現的全新的教育服務和學習模式。

4 基于云計算的泛在學習發展趨勢

現如今云計算還不夠完善，許多大型的IT公司都推出了各種云服務，既有商業的，也有教育的。在云計算的發展浪潮中，要把握時機，充分地運用云計算為我國的泛在教育服務和學習提供技術支持。

（1）構建個人網絡學習環境。

在Web2.0環境下，個人使用更多的是網絡學習和非正式學習，構建個人網絡學習環境就顯得尤為重要。在而在云服務時代，學習者可以根據云服務的類型自由地選擇學習內容和學習方式。網絡中有大量的Web2.0工具，如：使用iGoogle我們可以個性化自己的網絡空間，Diigo創建個人的美味書簽，Sakai管理網絡課程等，這些Web2.0工具都屬于云服務的范疇。在云服務時代，學習者就可以輕松、自如地創設人性化的網絡學習環境。

（2）云計算與開源教育。

云計算的發展為開源軟件的推廣應用提供了新的契機。云計算以服務為中心的理念與開源軟件提倡的軟件免費、以服務的形式付費的觀點不謀而合。從另外一個角度來看，開源軟件的可擴展性和靈活性也完全符合云計算的發展趨勢。今后，云計算平臺將搭建在開源軟件上，而且大部分的應用都是基于開源軟件。泛在教育要緊跟云時代的發展，必須要大力推廣開源教育，擺脫當前信息技術教育的單一性，充分挖掘開源教育資源，培養創新型的人才。將開源軟件推入到教育中是一個很好的嘗試，這將成為我國教育信息化的一個重大的轉變。

5 結語

以學習元為代表的新型學習資源組織方式已經開始應用于泛在教育領域，通過學習元構建的教育資源數據堪稱海量，傳統的計算手段和服務模式根本無力處理如此巨大的數據。另外受到地理位置、網絡傳輸速度、服務器數據處理能力以及學習群體差異等諸多因素的影響，導致現有的教育信息平臺不能滿足泛在學習的需要，無法解決信息和資源的公平共享等問題。筆者根據網絡教育現狀，提出了基于云計算環境下的面向服務的泛在學習體系架構，研究了不同教育資源的整合問題，并對其應用模式進行探討。該文的研究結果將對我國由網絡教育時代進入以云服務為基礎的泛在教育學習時代的轉型提供幫助，為邁向5A化教育時代提供借鑒。

參考文獻

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[3] 徐碩.基于云計算環境下的協作學習[J].教育信息技術，2010（7）：22-25.

[4] 余勝泉，楊現民，程罡.泛在學習環境中的學習資源設計與共享[J].開放教育研究，2009（1）：19-21，47-53.

[5] 永成，祝智庭.虛擬學習社區知識建構和集體智慧發展的學習框架[J].中國電化教育，2006（5）：15-17.

[6] 楊振冰.泛在知識環境下信息檢索課的教學方式[J].圖書情報工作，2011（13）：31-33.

[7] 韋書令，廖捷.泛在學習環境下網絡教學資源庫的建設[J].科學導報，2013 （10）：36-38.

[8] 林良金.泛在知識環境下高校嵌入式信息素養教育初探[J].文獻信息論壇，2014（1）：9-14.

（1）終端用戶：“云”用戶請求服務的交互界面，包括學生、教師、工作人員等。

（2）教育資源目錄：用戶可選擇的資源列表。

（3）管理系統：用于管理可用計算資源和服務。

（4）部署工具：根據用戶請求智能地部署教育資源和應用，動態地部署、配置和回收教育資源。

（5）監控：監控云系統教育資源的使用情況，以便做出迅疾的反應。

（6）云計算服務器集群：虛擬或者物理服務器，由第三方云計算服務商業公司提供。

2.2 自動化部署

自動化部署是指通過自動安裝和部署，將計算資源從原始狀態變為可用狀態。在云計算中體現為將虛擬資源池中的資源進行劃分、安裝和部署，使其可以為用戶提供各種服務和應用的過程，其中包括硬件（服務器）、軟件（用戶需要的軟件和配置）、網絡和存儲。系統資源的部署有多個步驟，自動化部署通過調用腳本，實現不同廠商設備管理工具的自動配置、應用軟件的部署和配置，確保這些調用過程可以以靜默的方式實現，使得部署過程不再依賴人工操作。整個部署過程基于工作流來實現，如圖2所示。

其中，工作流引擎和數據模型是在自動化部署管理工具中涉及的功能模塊，通過將具體的軟硬件甚至邏輯概念定義在數據模型中，管理工具可以標識并在工作流中調度這些資源，實現分類管理。工作流引擎則負責調用和觸發工作流，實現部署自動化的核心機制，自動將不同種類的教育資源流程整合在一個集中、可重復使用的工作流數據庫中。原本需要手工完成的服務器、操作系統、中間件、應用程序、存儲器和網絡設備的配置任務，這一系列工作流程都可自動化。

3 云計算環境下的泛在學習

云計算的提出與發展為泛在學習提供了可能，在云服務的支持下，泛在學習可以實現如下功能。

（1）移動學習。

作為學校正規教育的有益補充，移動學習在移動通訊技術迅速發展的今天已經成為一種趨勢。云計算平臺為移動學習提供了天然的場所，課程設計者將學習內容放在云端，學習者可以通過各種智能手機、iPAD、筆記本電腦等移動終端隨時隨地登錄到學習平臺進行學習。課程設計者還可以借助Pushmail、移動139郵箱、飛信等技術實現學習內容的主動推送。這極大程度地消除了學習者的時空限制。

（2）遠程協作學習。

云計算平臺所擁有的豐富的網絡功能為學習者提供了遠程協作的空間和可能。如Google協作平臺、百會的協作編輯功能、Ning的社區環境等，這些有利于異地學習者學習成果的展示、交流和深度互動；好看簿的活動和小組功能、Blog的博客圈功能將利于促進學習者的深度反思，記錄學習者的成長軌跡等。

除此之外，云計算平臺還對教育教學工作有輔助作用，如教學輔助平臺、學校管理平臺、家校互動平臺、課題研究平臺、學生學習成果展示平臺等等。隨著云計算技術的發展，教育也在不斷發展變化之中，如當前流行MOOC學習等，都是在云計算技術發展下出現的全新的教育服務和學習模式。

4 基于云計算的泛在學習發展趨勢

現如今云計算還不夠完善，許多大型的IT公司都推出了各種云服務，既有商業的，也有教育的。在云計算的發展浪潮中，要把握時機，充分地運用云計算為我國的泛在教育服務和學習提供技術支持。

（1）構建個人網絡學習環境。

在Web2.0環境下，個人使用更多的是網絡學習和非正式學習，構建個人網絡學習環境就顯得尤為重要。在而在云服務時代，學習者可以根據云服務的類型自由地選擇學習內容和學習方式。網絡中有大量的Web2.0工具，如：使用iGoogle我們可以個性化自己的網絡空間，Diigo創建個人的美味書簽，Sakai管理網絡課程等，這些Web2.0工具都屬于云服務的范疇。在云服務時代，學習者就可以輕松、自如地創設人性化的網絡學習環境。

（2）云計算與開源教育。

云計算的發展為開源軟件的推廣應用提供了新的契機。云計算以服務為中心的理念與開源軟件提倡的軟件免費、以服務的形式付費的觀點不謀而合。從另外一個角度來看，開源軟件的可擴展性和靈活性也完全符合云計算的發展趨勢。今后，云計算平臺將搭建在開源軟件上，而且大部分的應用都是基于開源軟件。泛在教育要緊跟云時代的發展，必須要大力推廣開源教育，擺脫當前信息技術教育的單一性，充分挖掘開源教育資源，培養創新型的人才。將開源軟件推入到教育中是一個很好的嘗試，這將成為我國教育信息化的一個重大的轉變。

5 結語

以學習元為代表的新型學習資源組織方式已經開始應用于泛在教育領域，通過學習元構建的教育資源數據堪稱海量，傳統的計算手段和服務模式根本無力處理如此巨大的數據。另外受到地理位置、網絡傳輸速度、服務器數據處理能力以及學習群體差異等諸多因素的影響，導致現有的教育信息平臺不能滿足泛在學習的需要，無法解決信息和資源的公平共享等問題。筆者根據網絡教育現狀，提出了基于云計算環境下的面向服務的泛在學習體系架構，研究了不同教育資源的整合問題，并對其應用模式進行探討。該文的研究結果將對我國由網絡教育時代進入以云服務為基礎的泛在教育學習時代的轉型提供幫助，為邁向5A化教育時代提供借鑒。

參考文獻

[1] 楊玉寶，廖宏建.泛在學習視角下的教育云資源建設機制研究[J].現代教育技術，2013（4）：25-28.

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[4] 余勝泉，楊現民，程罡.泛在學習環境中的學習資源設計與共享[J].開放教育研究，2009（1）：19-21，47-53.

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[7] 韋書令，廖捷.泛在學習環境下網絡教學資源庫的建設[J].科學導報，2013 （10）：36-38.

[8] 林良金.泛在知識環境下高校嵌入式信息素養教育初探[J].文獻信息論壇，2014（1）：9-14.