云計算與數字校園

尚俊杰 蔣宇

最近幾年，云計算特別熱，對各行各業似乎都造成了重大影響。在教育領域，云計算也是如火如荼。可是云計算究竟是什么？為什么要采用云計算？在教育領域尤其是當前比較受關注的數字校園建設中具體怎么應用呢？

云計算是什么

所謂云計算，美國國家標準與技術研究院（NIST）是這樣定義的：云計算是一種模型，它可以實現隨時隨地、便捷地、隨需應變地從可配置計算資源共享池中獲取所需的資源（例如，網絡、服務器、存儲、應用及服務），資源能夠快速供應并釋放，使管理資源的工作量和與服務提供商的交互減小到最低限度。

這個定義看起來非常枯燥，非計算機專業人員可能都看不太懂，但是實際上云計算也不神秘，它并不是一種單純的技術，而是一種集技術、管理和服務為一體的模式。比如我們熟悉的E-mail，某種程度上也可以稱之為云計算，你只要找到一臺可以上網的計算機，就可以隨時隨地查看自己的E-mail，而這些E-mail到底存儲在哪里，背后是怎么運行的，是誰在管理，你都不關心，你關心的只是自己能夠享受穩定的E-mail服務。

再如云計算中一種比較典型的應用“云存儲”，過去我們一般利用硬盤、移動硬盤、光盤或優盤來存儲文檔，這樣會帶來一個問題：假如自己在辦公室電腦中編輯了一個文檔，回到家里想繼續編輯，就需要用優盤拷貝回來，或用E-mail發送回來。而現在就比較簡單，采用“云存儲”技術，大家可以將文檔存儲在“云”（有時稱網盤）中，回到家里從云中下載下來即可。事實上，目前已經有一些很好的云服務產品，比如百度云，承諾提供2T終身免費空間，而且存儲速度還比較快，使用方法也很簡單，大大方便了文檔傳輸。理論上講，這些由專業機構專業人員維護的專業存儲服務器，其安全性應該會高于我們采用移動硬盤存儲資料的方式。

由此可以看出，如果不去嚴格地討論，云計算其實也是比較簡單的，似乎也可以這樣理解：我們將服務器等軟硬件放在后臺，由專門的機構去管理。作為普通用戶的我們，并不關心這些軟硬件的運行和管理機制，也不需要擁有這些軟硬件，我們需要的只是能夠隨時隨地調用這些服務就可以了。

云計算的服務模式

根據云計算提供的服務內容的不同，云計算可以分為如下三種層次的服務模式：軟件即服務（SaaS：Software as a Service）、平臺即服務（PaaS：Platform as a Service）和基礎設施即服務（IaaS： Infrastructure as a Service）。

圖1 云計算的服務模型

所謂軟件即服務（SaaS），它是隨著互聯網技術和應用軟件技術的發展而出現的一種創新的軟件應用模式。傳統軟件一般都采用光盤或其他形式給用戶，用戶將其安裝在自己的計算機上使用。而在SaaS模式下，廠商將應用軟件統一安裝在自己的服務器上，用戶不需要再購買該軟件，也不需要負責該軟件的管理、維護等工作，只是根據自己的需求，利用互聯網向廠商購買需要的應用軟件服務，按購買的服務多少和時間長短向廠商支付費用即可（當然，也有免費的）。簡單地說，用戶購買的不是這個軟件，而只是軟件服務。

平臺即服務（PaaS）是通過互聯網向用戶提供軟件研發平臺的服務模式。傳統企業要開發一個軟件時，往往是將微軟或其他公司提供的開發環境（比如VC）安裝在自己的計算機上開發。而在PaaS模式下，廠商將一個完整的運行和開發平臺作為一種服務提供給用戶，用戶利用互聯網就可以在線開發、測試和安裝軟件，從而降低研發成本，提高研發效率。比如，過去一個學校要想建設自己的網站，可以使用.NET或Java等開發環境開發，然后安裝在服務器上。現在有一些企業會提供一個內容管理系統，學校只要像編輯文檔一樣在線創建、維護和發布即可，非常方便。當然，平臺實際上也可以說是一種軟件，因此PaaS理論上也可以算作SaaS的一部分，只不過SaaS強調普通用戶的應用，PaaS強調系統平臺層的應用而已。

所謂基礎設施即服務（IaaS），指的是廠商通過互聯網向用戶提供硬件環境的服務模式。傳統情況下如果要搭建網絡系統，首先需要購買服務器、路由器等軟硬件設備，一般還需要自己建設數據中心，自己提供相關服務。在IaaS模式下，廠商會建好數據中心，提供服務器、路由器等硬件設備和相應的軟件操作系統，用戶購買相應的服務，就能通過互聯網使用相應的服務。比如過去一個學校如果要建設網站，可能需要購買服務器等相應設備，而在IaaS模式下，學校只需要購買專業廠商提供的虛擬主機服務，將自己的網站安裝在該虛擬主機上即可。

云計算的部署模式

以上根據云計算提供的服務內容將云計算分為了三種模式，那么根據云計算的提供者，也可以將云計算分為公有云、私有云和混合云三種。

圖2 云計算的三種部署模式

所謂公有云，指的是第三方提供商為用戶提供的能夠使用的云，這一類云一般可以通過互聯網使用，一般在較大范圍內面向企業甚至個人提供服務。比如目前很多地區的學校通過中國移動或中國聯通提供的網絡上網，實際上就是一種云服務。再如面向普通大眾提供云存儲服務的百度云，任何人注冊登錄后，都可以在線上傳、下載和分享文檔資料。

所謂私有云，指的是專門為特定用戶單獨使用而構建的，相對來說服務質量、安全性都會更好一些。比如一個學校可以自己打造一個私有云，用來給本校的師生提供云存儲等相關服務。這個私有云可以是學校內部的IT機構打造，也可以外包給專門的云服務提供商。具體應用時，可以安裝在學校內部的數據中心，也可以托管在外部的數據中心。

所謂混合云，指的是由兩個或兩個以上的云（私有云或公有云）混合組成，他們彼此雖然是獨立的，但是通過標準接口緊密地綁定在一起，彼此之間可以實現數據和應用程序的聯系，共同為用戶提供云服務。

為什么要采用云計算

互聯網誕生已經大約50年了，在中國大規模發展也已經20年了，為什么以前大家不怎么提云計算，而最近這些年卻如此關注呢？先來看看這些年互聯網的變化情況，據《中國互聯網絡發展狀況統計報告》歷年數據顯示：2003年全國網民只有大約6800萬，而2013年則有5.91億。20多年前，甚至是10多年前，計算機應用遠沒有今天普遍。那時候使用計算機的人基本上都是科研人員、大學生、白領等專業人員。今天，上至高層領導，下至農村老人，幾乎都在使用計算機，即使不用計算機，也可以花幾百元買一個智能手機，也能上網瀏覽信息，使用QQ和微信。

當各個行業、各個階層的人都開始頻繁地深入使用互聯網以后，大家對互聯網安全性、穩定性和易用性的要求就越來越高了。就如鐵匠鋪逐漸被鋼鐵廠替代，裁縫鋪逐漸被服裝廠替代一樣，過去的小手工作坊式的信息技術管理模式就需要逐漸被云計算模式替代了。

采用云計算模式的好處，大致包括如下幾點。

一是讓普通用戶使用IT像使用自來水一樣方便。就IT使用來說，中小學和大學中的學院（系）實際上都是普通用戶；就普通用戶來說，自然希望使用方法越簡單越好，但是實際上IT功能越來越強大，也越來越復雜。在這種情況下，唯一可行的辦法就是將復雜的功能放到后臺，交給專業機構去維護，而將前臺使用界面做得越來越簡單，理想狀態就是讓普通用戶像使用自來水一樣方便。

二是可以節省資源，并實現規模效益。云計算實際上暗含了“共享”的理念。比如過去一個學校購買了一個服務器，很多時候可能這個服務器是閑置的；而在云計算模式下，服務器的CPU、內存等資源都是可以共享的，你不用的時候正好其他人可以用，這樣實際上節省了資源。事實上，對現在的軟件系統來說，服務100個人和服務1000人、1萬人、10萬人，在成本方面差異并不是非常大，所以，采用這種模式確實有助于實現規模效益。

三是可以使組織更加專注于核心業務。亞當·斯密（Adam Smith）在《國民財富的性質和原因的研究》（簡稱《國富論》，1776）中就曾將經濟增長的原因歸于三個方面：自由市場、勞動分工和新機器形式的技術進步。在亞當·斯密看來，勞動分工、技術進步對提高生產率有重要的進步作用。在近代經濟學和管理學看來，不僅僅是通過流水線實現分工，“組織要專注于核心業務”，這是管理學的一個重要理念，不管是組織還是個人，都必須“有所為，有所不為”，都必須專注于自己所擅長的核心業務，才能取得成功。比如對于蘋果公司來說，它只是專注于設計，這也是蘋果最擅長的工作，而將生產過程外包給了富士康公司。

對于教育信息化也是如此，最初在學校推廣信息技術的時候，因為這是一個新生事物，大家都很新鮮，所以很多中小學都很積極地購買服務器、開發網站等。但是隨著時間推移和信息技術的普及，一些校長就會想，作為學校，我們的核心業務應該是教學，我們需要花費大量精力去討論和管理這些服務器、路由器、平臺、軟件等事務嗎？這些不是中小學擅長的業務，我們能管好嗎？

在種種因素推動下，就可以采用云計算模式，將復雜的信息技術管理、維護交給區縣（甚至是市、省、國家）專門的信息中心，那是他們的核心業務。對于普通中小學來說，我們只是使用這些服務做好我們的教學就行了，這是我們的核心業務。

云計算支持下的數字校園

當前數字校園建設備受社會各界關注，在一些經濟條件好的地方，中小學校長動輒能拿到幾十萬、上百萬的數字校園建設經費，可是這些錢是怎么花出去的呢？目前來看，購買硬件是最容易花費的，所以有的學校就去買了一堆服務器等高級IT設備，可是后來發現學校內部的IT人員根本無法將這些設備充分發揮作用，過幾年可能就都淘汰了，浪費了大量的資源。

基于以上討論的云計算模式，各學校在建設數字校園時需要認真思考，在云計算模式下，究竟什么是學校應該買的，什么是縣里區里應該買的，什么是省里或國家應該買的，什么又是應該由企業提供的？簡而言之，我們認為，普通中小學只需要買必須買的，比如計算機教室裝備、教師和學生用的終端設備等，其他能由區縣信息中心（或更高級機構）統籌的盡量由區縣信息中心統籌，比如資源系統、網站系統等，都應該由專門的信息中心來負責，學校只是使用該功能即可。

具體而言，我們有如下的建議。

1. 學校真正成為“端”。如前文所述，云計算通常有公有云、私有云、混合云三種部署模式，現在從國家和各省層面也已經開始部署自己的教育云。云計算理論上說可以提供涵蓋硬件、平臺、軟件的服務，因此每個學校把自己看作是一個“端”，充分利用互聯網，在軟件和服務方面成為“端”。學校將數據和與數據相關的硬件放在“云”上，與數據相關的服務也委托“云”的承建方來承擔；學校盡量不單獨建設數據中心和網絡中心，盡量不建單獨的網站內容服務器，避免形成數字孤島，這樣可以節省一部分資金，而將資金更多投入到師生終端設備、信息化教與學環境設備上；“端”里要建設好學校教學改革發展相關的軟硬件設備，比如建設信息化教與學環境，與物聯網相關的數據采集、傳輸設施等。讓學校成為“端”的前提是快速、穩定的互聯網絡，因此學校應該著力優化現有的網絡條件，保障順利高效、安全穩定地接入“云”。

2. 學校“端”的特色發展由社會企業打造。采用了國家、省市的“云”之后，學校或許會擔心信息化沒有了特色。在云計算模式下，學校的信息化特色可交給企業來打造，通過購買企業的技術與服務，為學校的信息化提供一些不同于其他學校的應用；也可以通過與企業共建的形式打造學校特色資源。當然，對于一些有條件的學校來說，還可以自己設計服務于師生發展或教學需求的系統平臺。事實上，采用由社會企業提供平臺、資源的形式來打造數字校園發展的特色，也是加入了該企業向其所有服務對象學校的私有云，也可以說是云計算的一種應用。

3. 學校“端”更專注于核心業務。隨著《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》的不斷推進，信息技術變革教育教學模式以及促進教育治理現代化逐步成為教育信息化領域核心共識。學校作為教育信息化的主戰場，在云計算背景下，作為“端”的學校也應該更多地專注于信息技術教學應用、創新教學模式。學校的技術人員注重為信息技術教學應用提供服務，突出信息技術與教育教學深度融合；通過管理應用來促進管理業務流程的優化，而將硬件設施維護與更新、平臺系統技術層面的運維交給“云”；重點探索信息化課程設計、數字資源開發與應用、教學過程優化、教學模式創新、教學評價改革等，提升學校的教育治理能力；利用信息技術豐富教師和學生參與學校管理的方式，實現全員參與的民主化管理。

結 語

談到這里，可能有人還是有疑問，我把數據都存到云中，云飄走了怎么辦？我把課件都存放到市里或區里的服務器上，上課時網絡斷了怎么辦？我們先來看一個例子，許多去過芝加哥的人都紛紛贊嘆芝加哥的摩天大廈，說現代化建筑原來也可以這樣漂亮。大約100多年前，芝加哥市中心發生了一場大火，許多建筑都被燒毀了。但是卻給摩天大廈的建設者提供了一個舞臺，一個嶄新的芝加哥拔地而起，成為現代化摩天大廈的代表城市。不過，大家沒想到的是，在最初的二三十年中，這些摩天大廈的老板還在討論，大廈究竟應該靠外部電網供電，還是自己在地下室發電呢？事實上，當時有相當一部分大廈是在地下室安裝了發電機，老板們買煤自己發電。原因其實也很簡單，那時候外部電網可能不太穩定，有時候可能會斷電，所以為了確保萬一，他們要自己發電。1930年左右，人們就不再討論了，因為幾乎沒有大廈再自己發電了，外部電網已經成為一種標準的外部服務了。

由此我們可以想到，在應用云計算中出現的問題，應該算作發展中的問題。鄧小平曾經說過，改革開放碰到的問題比不改革還要多，但是不應該停止改革，應該深化改革去解決改革中碰到的問題。應用云計算亦是如此。應用中碰到的問題比不應用還要多，但是不應該停止應用，而是應該繼續深入應用去解決應用中碰到的問題。相信終有一天，計算（云計算）會像水網、電網、煤氣網一樣成為一種標準的外部服務——“計算網”。

注：本文系全國教育信息技術研究“十二五”規劃重大課題“區域教育信息化與教育公平研究”<立項號：116110002>項目成果。

（作者單位：北京大學教育學院 中央電化教育館）