嵇波
摘要:“七位一體”的基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用構(gòu)建模式,解決了傳統(tǒng)開放課程應(yīng)用中互動不足、缺乏協(xié)作、忽略個性化等問題,以及一般基于云計算的開放課程應(yīng)用中不能提供安全服務(wù)的問題。集成移動學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念,實現(xiàn)了教學(xué)資源的精細化評價和學(xué)習(xí)效果的綜合評估、學(xué)習(xí)計劃的個性化定制,確保云平臺和教學(xué)資源的安全以及用戶信息的隱私保護。用云計算平臺作為基礎(chǔ)平臺提供安全云服務(wù)可保證開放課程的安全使用,促進開放課程的大規(guī)模推廣和深度應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:開放課程;安全云服務(wù);應(yīng)用
中圖分類號:G710 文獻標志碼:A 文章編號:1673-9094-(2015)06C-0046-05
自開放課程項目于2001年在麻省理工大學(xué)開展以來,全世界一些知名高校紛紛參與,開放課程得以蓬勃發(fā)展。隨著學(xué)習(xí)資源的種類和數(shù)量快速增長,以及服務(wù)的推廣,受惠人群遍及各行各業(yè)。2003年我國“國家精品課程”正式啟動,旨在實現(xiàn)國內(nèi)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。目前國內(nèi)規(guī)模較大、用戶較多的開放課程的應(yīng)用主要有網(wǎng)易公開課、搜狐公開課、新浪公開課等,學(xué)習(xí)資源來源于國內(nèi)外各大著名大學(xué)和機構(gòu),內(nèi)容幾乎涵蓋所有學(xué)科。
隨著信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,教學(xué)模式逐漸多樣化,由傳統(tǒng)的課堂面對面講授轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)遠程教育以及移動學(xué)習(xí)等新型教學(xué)模式。“終身學(xué)習(xí)”理念的提出以及大眾對知識和技能的渴求也使得課堂之外的學(xué)習(xí)在社會教育中占有的比例逐漸增大。開放性、擴展性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性的云計算技術(shù)的成熟和發(fā)展,為開放課程的發(fā)展提供了新的支撐平臺和技術(shù)保障。移動學(xué)習(xí)、遠程教育、實時互動等教學(xué)模式,以及視頻、講義、課件、作業(yè)等教學(xué)資源均可以融合到開放課程應(yīng)用中,保證學(xué)習(xí)者不管在何時何地通過何種終端介質(zhì),只要能夠連接網(wǎng)絡(luò)就能夠靈活、自主地接受優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的教育。但是,當前的開放課程尚有教學(xué)之間互動不足、學(xué)習(xí)者之間缺乏協(xié)作、學(xué)習(xí)計劃缺乏個性化、缺乏對學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)者隱私信息保護等問題。
這些問題使得學(xué)習(xí)者只能簡單利用開放課程,而不能系統(tǒng)深度學(xué)習(xí),造成了大量優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源的閑置和浪費。云計算技術(shù)的成熟,為大規(guī)模開放課程應(yīng)用的構(gòu)建提供了技術(shù)支持。云計算的經(jīng)濟性使得僅需很低的成本即可存儲和管理大量異構(gòu)的教學(xué)資源,可擴展性允許各種終端介質(zhì)(PC、Pad、智能手機、網(wǎng)絡(luò)TV等)靈活接入,開放性能夠快速響應(yīng)大量用戶的高并發(fā)訪問,穩(wěn)定性保證開放課程應(yīng)用具有較高的服務(wù)質(zhì)量。安全和隱私則需要針對云平臺本身和開放課程應(yīng)用綜合考慮,既利用云平臺本身的容錯性,還要加入新的安全措施,如數(shù)據(jù)加密、數(shù)字水印、訪問控制等。
一、開放課程和云計算
開放課程資源主要來源于三方面:一是各高校提供的教學(xué)資源,由專業(yè)的教師或團隊自愿參與,資源類型為視頻、課件、講義等;二是國際性或地區(qū)性的開放課程組織提供的資源,如國際開放課件聯(lián)盟;三是翻譯后的開放課程,旨在打破語言障礙和地區(qū)性的教育資源的差異,使世界各地學(xué)習(xí)者都能夠享受免費的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。
開放課程的發(fā)展劃分為三個階段:(1)開放課件階段,資源提供方通過網(wǎng)絡(luò)公開發(fā)布其教學(xué)資料,如教學(xué)大綱、課程錄像、教學(xué)書目等;(2)虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)階段,如英國的Open Learn,學(xué)習(xí)者可與教學(xué)者以多種形式進行交互,而且教學(xué)資源得到細化,學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身情況選擇相應(yīng)課程;(3)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程階段,如斯坦福大學(xué)的MOOC(Massive Open Online Course),任何Internet用戶均可通過網(wǎng)絡(luò)進行在線學(xué)習(xí),與學(xué)校的教學(xué)計劃同步,甚至可以進行資質(zhì)或?qū)W位的認證。詳見表1。
發(fā)展相對成熟開放課程,處于實際應(yīng)用階段的開放課程項目大多處于論證和實驗階段,尚未大規(guī)模應(yīng)用。
我國開放課程主要分為精品課程、精品視頻公開課以及精品資源共享課三類。[1]其中存在一些非理性問題,在新一輪開放課程建設(shè)中應(yīng)予以解決,或理性規(guī)劃,或均衡利益關(guān)系,或完善評價機制等,以保證學(xué)習(xí)者能夠享受到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。
云計算的本質(zhì)是一種基于規(guī)模效應(yīng)的計算模式,其初衷是將大量現(xiàn)有的硬件資源以一定的方式組織起來以達到高性能服務(wù)器的效果,從而節(jié)約成本。
云存儲、多線程并發(fā)訪問、遠程控制、云安全、隱私保護等是基于云安全云服務(wù)的開放課程建設(shè)中必須重點關(guān)注的技術(shù)問題。云存儲和云安全主要應(yīng)對海量教學(xué)資源的安全存儲和安全訪問問題。多線程并發(fā)訪問和遠程控制是系統(tǒng)大規(guī)模部署和應(yīng)用的保障。隱私保護學(xué)習(xí)者的個人隱私信息免于泄露。目前基于云服務(wù)的開放課程應(yīng)用重點關(guān)注可行性問題,即如何將云計算應(yīng)用到開放課程建設(shè)中。因此,云存儲、多線程并發(fā)訪問和遠程控制等技術(shù)受到關(guān)注較多,而對于云安全和隱私保護等為開放課程應(yīng)用提供更深層次的安全性保障的技術(shù)則關(guān)注較少。
云計算技術(shù)給開放課程的應(yīng)用帶來了新的發(fā)展機遇,得以向更多用戶更便捷地提供更多的學(xué)習(xí)資源。但是,目前的云計算技術(shù)尚存在一些問題,尤以安全性最為嚴峻,包括云平臺自身的安全問題以及大量數(shù)據(jù)存儲和管理的安全問題。如用戶隱私保護、數(shù)據(jù)可信度和數(shù)據(jù)訪問控制問題。在開放課程的應(yīng)用中必須要保證資源的安全性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及用戶的隱私性,否則開放課程難以得到深度推廣和應(yīng)用。[2]
“七位一體”的設(shè)計模式在保證教學(xué)資源的安全管理、用戶信息的隱私保護的基礎(chǔ)上,可向?qū)W習(xí)者提供移動學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)功能,精細化評價學(xué)習(xí)資源、綜合評估學(xué)習(xí)效果,以及根據(jù)學(xué)習(xí)者自身情況定制個性化學(xué)習(xí)。
二、基于安全云服務(wù)的
開放課程應(yīng)用構(gòu)建模式
現(xiàn)有的開放課程應(yīng)用中存在的問題限制其大規(guī)模推廣和深度應(yīng)用。“七位一體”的開放課程應(yīng)用構(gòu)建模式,利用云服務(wù)開放性、擴展性、經(jīng)濟性、安全性等特征,推進了開放課程應(yīng)用的廣度和深度,實現(xiàn)了在任何時間、任何地點、以任何方式、與任何人進行交互式學(xué)習(xí)。
“七位一體”的構(gòu)建模式如圖1所示,從移動學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)資源評價等7方面進行基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用的設(shè)計,旨在通過全方位、系統(tǒng)性的方式為用戶提供一個安全、穩(wěn)定、便捷、高效的學(xué)習(xí)環(huán)境。
(一)移動學(xué)習(xí)
傳統(tǒng)的開放課程應(yīng)用中,學(xué)習(xí)者擁有固定的終端學(xué)習(xí)介質(zhì),即連接Internet的計算機。這種學(xué)習(xí)方式一般要求學(xué)習(xí)者擁有安靜的學(xué)習(xí)環(huán)境和較長的學(xué)習(xí)時間,適合學(xué)校和其他教育或培訓(xùn)機構(gòu)的教學(xué),但是缺乏經(jīng)濟性和靈活性。鑒于移動設(shè)備(如Pad,智能手機等)的低成本和高普及率及微型化和智能化水平的提高,幾乎所有人都可便捷地利用移動設(shè)備隨時隨地訪問網(wǎng)絡(luò)資源,而不必局限于室內(nèi)的計算機。
移動學(xué)習(xí)(mobile learning,m-learning)能夠借助移動設(shè)備的幫助,使學(xué)習(xí)者在任何時間任何地點都能夠?qū)W習(xí)。移動設(shè)備已成為人們必備的隨身攜帶物,且使用時間越來越長,通過移動設(shè)備進行短暫的學(xué)習(xí)是多數(shù)學(xué)習(xí)者的需求。移動學(xué)習(xí)的短時間、小片段和高自由度等特征是當前開放課程應(yīng)用的趨勢。因此,基于云服務(wù)的開放課程應(yīng)用必須有支持移動學(xué)習(xí)的功能,保證移動設(shè)備的隨時隨地接入,并提供高質(zhì)量的服務(wù)。
(二)協(xié)作學(xué)習(xí)
在課堂教學(xué)中,教學(xué)者與學(xué)習(xí)者以及學(xué)習(xí)者之間均可直接進行面對面的交流,可快速解決學(xué)習(xí)者的疑問,學(xué)習(xí)效果較好。然而在現(xiàn)有的開放課程應(yīng)用中,學(xué)習(xí)者與教學(xué)者之間的交流一般通過郵件、電話、社交軟件等形式,但是學(xué)習(xí)者之間缺乏有效的溝通途徑。
協(xié)作學(xué)習(xí)(collaborative learning,c-learning)是通過多個學(xué)習(xí)者以小組或團隊形式協(xié)同完成同一學(xué)習(xí)任務(wù)。云計算的高處理能力使協(xié)作學(xué)習(xí)在開放課程應(yīng)用中實施。因此,基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用中必須實現(xiàn)協(xié)同學(xué)習(xí)的功能,保證具有相同學(xué)習(xí)目標的學(xué)習(xí)者之間可進行知識共享,以協(xié)同方式完成學(xué)習(xí)任務(wù),提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。
(三)學(xué)習(xí)資源精細化評價
由于開放課程的教學(xué)資源大部分由重點大學(xué)的知名教授提供,因此多數(shù)的教學(xué)資源都是優(yōu)質(zhì)的,不能簡單地以好壞或等級來區(qū)分。隨著開放課程的大規(guī)模應(yīng)用,學(xué)習(xí)者身份已不再局限于學(xué)生或科研人員,大量社會人員的涌入使得學(xué)習(xí)者對教學(xué)資源的需求存在較大的差異性。
基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用需要以學(xué)習(xí)者為中心對教學(xué)資源進行精細化評價,即根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目的、接受能力等從難易程度、教學(xué)進度、課時長度、語言清晰度、接受難度、學(xué)習(xí)者參與度等標準對教學(xué)資源進行評價和分類。
(四)學(xué)習(xí)效果綜合評估
目前的國內(nèi)開放課程多數(shù)情況下只作為正式教育的一種輔助形式,對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果尚未有很好的跟蹤和評估方法。基于安全云服務(wù)的開放課程在大規(guī)模應(yīng)用之后,必然帶來學(xué)分學(xué)位和資質(zhì)認證的社會認可度的提高,因此必須合理評價學(xué)習(xí)者對開放課程的學(xué)習(xí)效果,教學(xué)者才可以了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)狀態(tài)并以此判斷是否達標。
開放課程學(xué)習(xí)效果的評估不能局限于作業(yè)的完成度,應(yīng)監(jiān)控和跟蹤學(xué)習(xí)者在整個學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)狀態(tài),運用集測試、評價、反饋、調(diào)節(jié)為一體的完整的評估機制。
(五)學(xué)習(xí)計劃個性化定制
現(xiàn)有的開放課程主要關(guān)注教學(xué)資源的共享,而學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)計劃完全由個人制定,應(yīng)用本身由于處理能力的限制而無法為學(xué)習(xí)者提供決策幫助。學(xué)習(xí)者需要自行搜索相關(guān)教學(xué)資源,并自行制定學(xué)習(xí)計劃,往往缺乏科學(xué)性和系統(tǒng)性。
云計算的經(jīng)濟性使開放課程應(yīng)用中不再缺乏處理能力,因此基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用中需要有能夠幫助學(xué)習(xí)者制定符合自身情況的個性化的學(xué)習(xí)計劃。每個學(xué)習(xí)者有自身的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)目的、時間安排、硬件基礎(chǔ)等,個性化的學(xué)習(xí)計劃的制定必須綜合考慮這些因素并能夠根據(jù)學(xué)習(xí)進度的變更進行自動調(diào)整。
(六)云安全
云安全是基于云服務(wù)的開放課程應(yīng)用能夠大規(guī)模部署和推廣的核心技術(shù)和原則。在大規(guī)模部署的情況下,教學(xué)資源豐富、用戶數(shù)量劇增、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜,各種內(nèi)部和外部的攻擊將會造成教學(xué)資源被竊取、篡改和惡意刪除,用戶將無法完成既定的學(xué)習(xí)計劃。
云計算技術(shù)本身雖然在逐漸成熟,但其自身依然存在很多安全問題。所有的開源云平臺(如Hadoop等)均存在大量的安全漏洞。因此,基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用必須要盡可能完善云平臺本身的安全漏洞,并保證教學(xué)資源在云平臺上存儲和管理的安全性,從而為開放課程應(yīng)用提供安全的云服務(wù)。
(七)隱私保護
安全云服務(wù)的另一個體現(xiàn)形式是對用戶信息的隱私保護。目前的開放課程應(yīng)用僅作為一個教學(xué)資源共享平臺,學(xué)習(xí)者僅需隨意注冊賬號即可使用,有些應(yīng)用甚至不需注冊,并不包含學(xué)習(xí)者的真實身份信息,因此不需要考慮隱私保護問題。但是在更深層次的開放課程應(yīng)用中,學(xué)分學(xué)位和資質(zhì)認證是必然的發(fā)展趨勢,因此提交用戶的真實身份信息將成為基礎(chǔ)功能。用戶隱私信息能否得到保護會極大影響開放課程的深度應(yīng)用和大規(guī)模推廣。
三、基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用設(shè)計
在“七位一體”構(gòu)建模式的基礎(chǔ)上,基于安全云服務(wù)的開放課程應(yīng)用可分為兩個模塊,如圖2所示:一是云服務(wù)平臺及教學(xué)資源安全保障模塊,包括資源池、資源統(tǒng)一層、云平臺層、云平臺及教學(xué)資源安全保障等四個子模塊;二是開放課程應(yīng)用及用戶信息隱私保護模塊,包括運維管理層、系統(tǒng)功能層、終端接入層、用戶信息隱私保護等四個子模塊。
(二)開放課程應(yīng)用及用戶信息隱私保護模塊
開放課程應(yīng)用及隱私保護模塊中的運維管理模塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)的用戶管理、教學(xué)資源的管理以及交互學(xué)習(xí)社區(qū)的管理等功能,這些系統(tǒng)管理功能面向系統(tǒng)運維人員的后臺管理。終端接入模塊主要負責(zé)將系統(tǒng)功能通過不同的終端介質(zhì)(包括計算機、Pad、網(wǎng)絡(luò)電視等)呈現(xiàn)給用戶,以便用戶能夠便捷的使用開放課程。系統(tǒng)功能層主要提供直接面向?qū)W習(xí)者的服務(wù)功能,包括學(xué)習(xí)者對教學(xué)資源的精細化評價、對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的綜合評估、為學(xué)習(xí)者定制個性化的學(xué)習(xí)計劃以及體現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)社區(qū)等。
學(xué)習(xí)者在完成某課程的學(xué)習(xí)后,主要從學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)態(tài)度、創(chuàng)新思維、協(xié)作交互、時間管理等方面對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果進行綜合評估。學(xué)習(xí)效率主要從課程測試成績、學(xué)習(xí)頁面停留時間、每個章節(jié)學(xué)習(xí)時間以及整個課程的學(xué)習(xí)時間等方面進行評價。學(xué)習(xí)態(tài)度主要受系統(tǒng)登錄時間長短、作業(yè)完成率、相關(guān)教學(xué)資源下載量、參與授課時長以及課程學(xué)習(xí)時長等因素的影響。學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新思維主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中的提問次數(shù)、回答他人疑問的質(zhì)量和次數(shù)以及個人學(xué)習(xí)體會和成果等方面。協(xié)作交互能力則表現(xiàn)在參與協(xié)作交互的次數(shù)和交互時間長短,以及發(fā)起或組織協(xié)作交互的次數(shù)。時間管理能力和學(xué)習(xí)者課程的平均學(xué)習(xí)時間、課程章節(jié)的平均學(xué)習(xí)時間、課程學(xué)習(xí)是否按進度完成以及學(xué)習(xí)時間與協(xié)作交流時間的比例等因素有關(guān)。
當學(xué)習(xí)者指定學(xué)習(xí)目標后,系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)者自身情況制定個性化的學(xué)習(xí)計劃,處理流程如圖3所示。個性化學(xué)習(xí)計劃的制定可使學(xué)習(xí)者通過在最短時間內(nèi)學(xué)習(xí)最適合自己的教學(xué)資源,從而提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。
學(xué)習(xí)社區(qū)主要具有促進學(xué)習(xí)者之間的協(xié)作學(xué)習(xí)功能。它將每門課程的學(xué)習(xí)者組織成一個或多個交互小組用以實時交流,其中有教學(xué)者的參與。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中有疑問時可向教學(xué)者提問,教學(xué)者負責(zé)解答學(xué)習(xí)者的疑問。學(xué)習(xí)者可在交互小組內(nèi)發(fā)起有關(guān)課程相關(guān)問題的討論,若對其他學(xué)習(xí)者的回答滿意則可采納該答復(fù)。當學(xué)習(xí)者發(fā)起討論時,系統(tǒng)判斷該討論是否與該課程學(xué)習(xí)相關(guān),若不相關(guān)則屏蔽該討論。學(xué)習(xí)者還可參與他人發(fā)出的討論,以及發(fā)布個人對該課程學(xué)習(xí)中的心得和成果。
用戶信息隱私保護功能主要是對個人身份信息和學(xué)習(xí)信息進行保護,避免信息泄露給用戶生活和工作帶來麻煩。用戶信息隱私保護主要通過數(shù)據(jù)加密、訪問控制和數(shù)據(jù)發(fā)布等技術(shù)實現(xiàn)。當對用戶的身份信息進行加密存儲時,云平臺的資源可支持大部分不可逆的加密方法,對用戶身份核實時直接對密文信息進行操作而不需解密,以保證身份信息的安全。由于數(shù)據(jù)量較大且訪問和更新頻率較高,用戶學(xué)習(xí)信息不適合加密處理。應(yīng)使用基于角色的細粒度的訪問控制,保證只有用戶本身才能對數(shù)據(jù)進行查詢和更新。對于用戶信息中與公共數(shù)據(jù)相關(guān)的部分,可使用匿名、擾亂等數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)隱藏用戶的真實身份信息。
(三)云平臺及教學(xué)資源安全保障模塊
在云平臺及教學(xué)資源安全保障模塊中,資源池、資源統(tǒng)一層及云平臺層在一般的開源云平臺中都有成熟完善的實現(xiàn)方式,只要修改相應(yīng)的配置信息即可快速部署。對于云平臺上部署的開放課程應(yīng)用而言,底層的資源和服務(wù)是完全透明的。上層開發(fā)者不需要關(guān)心底層的實現(xiàn)情況,直接使用云平臺提供的服務(wù)即可。如查詢教學(xué)資源時,直接使用云平臺提供的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)即可,對于查詢?nèi)绾螌崿F(xiàn)以及如何優(yōu)化都直接交于云平臺實現(xiàn),云平臺層根據(jù)數(shù)據(jù)索引進行數(shù)據(jù)檢索及查詢優(yōu)化,然后交由資源統(tǒng)一層調(diào)配資源進行數(shù)據(jù)庫掃描操作,然后云服務(wù)將查詢結(jié)果返回給上層應(yīng)用。
由于開源云平臺中對于安全性的關(guān)注較少,因此其平臺本身均存在或多或少的安全漏洞。云平臺及教學(xué)資源安全子模塊需要重新設(shè)計才能提供安全的云服務(wù)。顯然,云平臺及教學(xué)資源的安全問題涉及云平臺部署的所有階段,包括硬件資源的安全管理、云平臺本身的安全、教學(xué)資源存儲和管理的安全以及應(yīng)對外部攻擊的安全措施等。
云平臺及教學(xué)資源安全子模塊包括基礎(chǔ)設(shè)施安全,云平臺安全以及所存儲的教學(xué)資源安全三方面。基礎(chǔ)設(shè)施的安全包括機房的安全管理機制、基礎(chǔ)設(shè)施組件之間的安全集成以及各組件的安全驗證和定期安全檢查等。云平臺本身的安全主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的容錯性,即發(fā)生物理資源故障時保證服務(wù)的正常,以及各開源平臺本身存在的系統(tǒng)安全漏洞。教學(xué)資源安全可分為安全存儲、安全管理以及應(yīng)對外部攻擊三部分。數(shù)據(jù)存儲應(yīng)主要保證數(shù)據(jù)的完整性和可用性,可采用數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)備份以及日志和審計等技術(shù)手段;對于數(shù)據(jù)安全管理主要是保證數(shù)據(jù)在使用過程中的一致性,可采用數(shù)字水印、訪問控制、密文檢索等技術(shù)方案;對于外部攻擊可采用入侵檢測技術(shù)檢測、隔離外部攻擊。
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(責(zé)任編輯:張志剛)