教育云对探究式教学模式支持的探讨*

高亚飞 田振清

内蒙古师范大学传媒学院 呼和浩特 010022

作者：田振清，内蒙古师范大学传媒学院教授，硕士研究生导师，研究方向为远程教育；高亚飞，内蒙古师范大学传媒学院2010级硕士研究生，主要从事远程教育方面的研究。

1 引言

信息技术和网络技术的飞速发展已经给人们的生产和生活方式带来潜移默化的影响，尤其是对教育信息化的影响。进入21世纪后，教育的信息化程度成为衡量一个国家教育现代化的重要标志。经过多年的建设，我国在教育信息化方面取得巨大成就，已经从起步阶段的基础设施建设逐渐过渡到教育应用阶段，并朝着学校整体发展的提高阶段发展。《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出未来十年教育信息化发展战略目标，指出显著提升信息技术与教育整合水平，教育信息化的核心理念就是把信息技术深度融合于教育教学过程中，建设共享机制，缩小基础教育数字鸿沟，促进优质数字资源共享。云计算技术的出现为教育信息化的发展提供了全新的运算模式，云计算应用模式是继大型机、个人计算机、服务器/客户机、网络信息时代后第五代计算，是一种新型的计算模式。“云”的核心思想就是资源的集中共享，基于云计算技术将优质的教育资源和管理统一地集中在教育云平台上，使资源在统一平台上管理调度，用户按需使用该平台上的资源，即所谓的“教育云”。

所谓的探究式教学是指在教师指导下学生运用探究方法进行学习，主动获取知识、发展能力的实践活动，强调学生主动探究过程，是一种模拟的科学研究活动，其目的在于通过探究使学生获得科学知识，掌握科学的方法，感知科学探究的过程。在探究式学习活动中，知识和能力的获取不再是依靠教师的灌输和培养，而是在教师的指导下，依靠各种资源的支持，在教师的指导下主动探究、主动思考、互动合作、亲身体验得来的。

教育信息化的目的是重点建设以学生为中心的探究、研究性学习环境，使学生自主、协作学习。基于云计算的“教育云”的出现为探究式教学提供便捷的平台支持和资源支持。本文意在探讨“教育云”对探究式教学模式的支持问题。

2 云计算的概念及其教育应用

2.1 云计算的概念

关于云计算的定义，根据McKinsey公司的研究，至少有22个有关云计算的定义[1]。云计算是面向服务的架构（SOA）、分布式计算模式、网格计算和虚拟化等多种技术混合演进的结果[2]。云是一个巨大的虚拟化资源池（由硬件、开发平台和服务等组成），这些资源能动态地根据各种规模的负载进行自动配置，使资源的利用率达到最优化。用户按照“即用即付费”（pay-per-use）的方式使用资源，基础架构提供商（Infrastructure Provider）根据服务级别协议（SLA）提供服务[3]。维基百科从用户的角度定义云计算：云计算（Cloud Computing）是一种以服务方式提供给用户的计算机能力，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关知识以及设备管理能力的情况下，通过因特网获取需要的服务。

如图1所示，云计算提供三个层次的服务：基础设施即服务（IaaS），由底层的硬件或虚拟机资源构成，提供计算、数据存储和网络通讯等资源；平台即服务（PaaS），构建在云基础设施之上，为云应用程序开发者提供一个平台开发各种的云应用软件；软件即服务（SaaS），基于云平台开发的各类应用服务。

2.2 云计算的基本特点

1）超大规模的廉价服务器集群：云计算的基础架构与传统的性能强劲但价格昂贵的大型机不同，其基础架构大量使用了廉价的服务器集群，特别是x86架构的服务器，节点之间的互联网络一般也使用普遍的千兆以太网。

2）资源利用和共享的程度高：应用程序与底层服务协作开发，有效地利用资源。传统的应用程序建立在完善的基础结构如操作系统之上，利用底层提供的服务来构造应用；而云计算为了更好地利用资源，采用了底层结构与上层应用共同设计的方法来完善应用程序的构建。

3）通过多个廉价服务器之间的冗余，使用软件获得高可用性：由于使用了廉价的服务器集群，节点的失效将不可避免，并且会有节点同时失效的问题，为此，在软件设计上需要考虑节点之间的容错问题，使用冗余的节点获得高可用性。

2.3 云计算在教育中的应用

一门技术的发展势必要带来教育领域的革新，云计算在教育领域的应用是随着技术公司的推广方案而迅速开展的。云计算在教育领域的推广源于校企合作，由于在教育领域潜在的市场价值巨大，各大机构/公司相继开发了自己的云计算教育计划，如清华大学开展的云计算项目研究，IBM的“蓝云”计划，Amazon的“云计算开放式基金”，“杭州师范大学——微软IT学院”的建立。一方面，技术公司需要高校的人力资源为其提供云计算技术本身的前沿研究；另一方面，不少高校的高性能计算等为教学科研提供技术支持的应用，本身在云概念提出之前就已经建成，并初步具有云的形态，教师和学生可以直接通过自己的终端，根据需要使用高性能计算，而不需关心高性能计算的硬件在哪里，资源如何分配。

埃森哲公司（Accenture）在2010年世界经济论坛上发布的调查报告《探究云计算的未来：驾驭技术驱动转型的下一次浪潮》（Exploring the Future of Cloud Computing：Ridingthe Next Wave of Technology-Driven Transformation）显示，云计算在教育科研行业的潜在应用体现在三点：获取全球资源（Access to global resources）；低成本仿真（Low cost simulation）；高度交互/协作学习（Highly interactive/collaborative learning）。纳比·苏丹（Nabil Sultan）则认为，低成本是吸引教育机构使用云计算的重要原因[1]。

黎加厚教授基于计算机辅助教学（Computing Assisted Instructions，简称CAI）提出“云计算辅助教学”的新概念。“云计算辅助教学”（Cloud Computing Assisted Instructions，简称CCAI）是指学校和教师利用“云计算”提供的服务，构建个性化教学的信息化环境，支持教师的教学和学生的学习，提高教学质量。“云计算辅助教学”作为一个新兴的学科研究领域，是信息化教育（教育技术）的新发展。“云计算辅助教学”属于计算机科学和教育科学的交叉领域，是在信息化环境下，研究云计算提供的服务在教育教学中的应用规律，它关注的是“软技术”，而非云计算的硬件技术，其核心是云计算服务支持的信息化教学设计[4]。

“云计算辅助教学”基于传统的计算机辅助教学（CAI）的定义模式，并将其进行扩展，引入云计算的概念，探究基于云计算模式下的教与学模式，明确了云计算有利于自主探究学习环境的建设，有利于提高教学效率。其关注的是云计算在教育领域的应用，而非技术本身，但该概念的研究范畴具有一定的狭隘性。学术界普遍认可教育云一词，其形象地阐释了云计算在教育领域的应用，并且囊括的范围更广。教育云基于云计算定义，运用云计算模式探究用户需求，提供所需教育应用的基础硬件、平台和软件服务。

3 教育云在探究式教学中的支持

随着云计算概念在全世界范围内影响的不断深入，教育云的概念已经普遍被接受，并对其在未来教育信息化发展中的应用寄予厚望。教育云的出现不仅解决了教育信息化发展过程呈现出的教学资源分布不均、教学资源更新速度慢、共享率低等问题，还具有节省投资成本、提高硬件系统的利用率、降低管理和运维成本、节约能耗等优势。教育云平台为广大教育教学的工作者、学生提供一个统一、开放灵活的信息化平台，教育教学资源高度整合与共享，减少教育投资，以提高教学质量，主要集中在基于教育云平台下的探究式教学系统的应用探讨。

3.1 教育云平台对探究教与学环境的支持

探究式教学模式中不单纯地以掌握知识为目的，而是以问题解决为中心，主要以学生为主体，注重学生的独立认知活动，通过探索、研究来获取知识，着眼于培养创造性的思维能力和意志。探究式教学的一般过程包括创设情境、激发兴趣、呈现问题、明确目的、引导探究、思维碰撞、成果展示、评价总结、课后延伸、拓展探究等基本程序。教育云以其统一的平台架构和开放的平台模式对学与教环境的支持具体如图2所示。在课堂教学中主要通过探究式学习系统支持学生的自主探究学习，以及教师引导下的探究。

3.2 教育云对探究教学情境创设的支持

图2 教育云对教与学环境的支持

探究式教学过程中的首要环节就是创设情境、激发兴趣，情境的创设直接影响后面探究主题的选择和学习兴趣的激发。教师可根据教学内容在教育云平台上创设与主题相关的情境，引起学生的注意。利用平台具体的实例、故事、图片、模型等资源创设与教学主题相符的情境。情境创设中的真实场景主要通过视频、音频、图片等方式完成；不可再现的场景、微观或过于宏观的场景主要采取模拟方式。

另外可以形象化地呈现问题情境，切合生活实际展现问题。生活中能够看得见的，主要采取图片、视频、音频方式；生活中很难或无法看得见的，主要采取演示动画、虚拟仿真等方式。例如，基于教育云平台的虚拟仿真实验室是对常规实验室的补充、完善和提高。通过建立虚拟仿真应用环境，将所学知识和现实的生活情境联系在一起，将所学知识迁移到类似现实生活中，以此让学生在接近现实的模拟中有效地掌握所学的知识点。根据学生的认知规律、学科本身的特点，有效利用数字化环境组织并引导学生学习。

3.3 教育云对学习资源和探究拓展的支持

学生在进行自主探究学习过程中离不开相关学习资源的支持，教师通过教育云平台建立资料库、专题网站提供相关的学习资料，按照使用需要提供检索方式。教育云平台上的教育资源，是由全世界范围内的教育者提供的大量教育资源聚合到“云”端的存储服务器中，学习者按需求只需输入关键词，即可获取来自世界各地的教育资源，然后根据需要自由地选择学习内容进行学习，就像使用搜索引擎那么简单。教育者只需对教育资源进行归类、管理和制定相应的访问规则，极大地方便了学习者对资源的获取。拓展探究的作用有两个，一是课内没能完成的任务课后继续研究学习；二是进一步激发学生再学习、再研究的欲望，使学习更为深入。拓展学习可以促进知识的迁移和巩固。

另外，探究学习系统虚拟软件为理科学生提供深入理解抽象知识、形成综合解决问题的能力、建立知识与生活实际之间的联系等的探究学习环境；针对文科学生，通过集成与应用平台将学生探究所需的各类资源分门别类按照整合点有机集成，为学生提供有针对性的探究学习环境，有针对性地为学生提供资源支持。

4 总结

教育信息化建设与发展过程仍然存在各种各样的问题，基于云计算的教育云的出现为其提供了解决问题方法和途径。教育云平台有利于探究性教学的开展，充分体现学生为主体、教师为主导的理念。教育云是未来教育信息化建设的基础架构，统一开放的平台可以消除地区间的数字鸿沟，解决教育不均等的问题，有效地节约教育经费的投入，最大限度实现优质教育资源共享，从而从整体上提高我国的教育信息化水平。

[1]Sultan N. Cloud computing for education: A new dawn?[J].International Journal of Information & Management,2010,30(4):109-116.

[2]Youseff L, et al. Toward a Unified Ontology of Cloud Computing[R].Grid Computing Environments Workshop,2008:1-10.

[3]Vaquero M, Rodero-Merino L, Caceres J, Lindner M. A Break in the Clouds: Towards a Cloud Definition[EB/OL].http://ccr.sigcomm.org/online/files/p50-v39n1l-vaqueroA.pdf.

[4]黎加厚.低碳型教育与云计算辅助教学[J].中国信息技术教育,2010(1):73-77.