基于云计算的开放式教学模型设计研究*

苏枭径 焦道利

西北民族大学现代教育技术学院 兰州 730030

基于云计算的开放式教学模型设计研究*

苏枭径 焦道利

西北民族大学现代教育技术学院 兰州 730030

云计算是信息化环境下新一代基于共享的网络计算和服务模式，其安全可靠的海量数据存储、易扩展性、强大的计算能力、低成本等自身特性，将对教育教学的改革和发展产生积极的影响。云计算理论和技术与开放式教学理念的对接、融合，将在教育领域不论是对教学还是学习方式，都带来一场重大变革。

云计算；云服务；开放式教学；教学资源

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》第21章第66条提到，教育信息化建设要求“建设有效共享、覆盖各级各类教育的国家数字化教学资源库和公共服务平台”；第67条指出要“建立区域内普通教育、职业教育、继续教育之间的沟通机制；建立终身学习网络和服务平台；统筹开发社会教育资源，积极发展社区教育；建立学习成果认证体系，建立‘学分银行’制度等”[1]。根据纲要的要求，我国一些区域已经建立了网络教学资源平台，一定程度上促进了教育和教学的发展。但这些已建立的平台分布散乱不均，平台建设单位各自为战，库存资源没有统一标准，不能实现真正的“共建、共享、共用”的目的，“资源孤岛”现象严重，且资源更新速度缓慢，每个单位重复投资、开发和建设现象普遍，维护成本过高，造成严重的国家财产、资源的浪费。本文拟进行云计算的理念和技术与开放式教学模式的整合研究，达到丰富优质教学资源、突破传统教学界限、变革教与学的模式、提升教学效益，促进全民自主学习和终身学习的目的。

1 云计算概述

1.1 什么是云计算

云计算是一种基于因特网的超级计算模式，是指IT基础设施及服务的交付和使用模式通过网络以按需、易扩展方式获取即需服务[2]，具有超大规模、虚拟化、低成本、高可靠、易扩展等特点。

1.2 云计算原理

云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。云计算的资源、应用、计算任务和服务都运行在大量的分布式计算机上即云服务端，而非本地或远程单一服务器，这使得用户能够随时随地通过网络使用低配置终端就可以从云端获取所需服务。

2 开放式教学的内涵

在传统的以传授知识为主的灌输式的应试教育中，教学和学习活动主要限制在教室和实验室，学生的学习活动几乎都是按教师预先设定好的教学内容和程序“依样画葫芦”[3]。在这种传统教学模式下，学生容易形成一种单一固定的思维模式，限制了他们的发散思维，限制了他们解决问题能力、创新思想和创新能力的培养。

开放式教学，源于人本主义的教学理论模型和建构主义的教学模式。人本主义学派科恩（R.C.Cohn）于1969年创建了以题目为中心的“开放课堂模型”；建构主义学派斯皮罗（Spiro）于1992年创建了“随机通达教学”和“情景性教学”[4]。这些教学理论模型强调：教师并不是“先知”，不应是知识的灌输者，而是知识学习的“引路人”“催化剂”。学习是学习者主动建构的内部心理表征过程而并非被动的知识接收。

1）开放式教学要求教学目标的开放，强调教学目标可以是多样化、因人而异的，教学的根本目标是在探究和解决问题的过程中锻炼思维的发展、解决问题能力的培养，激发冲动从而主动寻求和发现新的问题。

2）开放式教学要求教学组织形式的开放，打破以往的教学组织模式，强调教学和学习应向社会延伸，向影视、报刊、电子网络等更大范围的多种媒体延伸，学生可以根据自己的学习需求随时随需进行个别化学习。

3）开放式教学要求教学评价的开放，不仅仅关心学生的学习结果，更应关心学生成长的过程，应建立评价档案袋对学生的学习过程进行全程多标准、多元化记录评价。

3 基于云计算的开放式教学模型

针对目前教学资源分布散乱不均、更新速度缓慢、重复建设、维护成本高、共享程度低等教学资源建设中存在的普遍问题，以及传统传授式教学模式中存在的种种缺陷与不足，本文提出一种新型的教学模式——基于云计算的开放式教学模式，并对这种模式应用进行深入探讨研究。

3.1 部署模型

基于云计算的开放式教学模式将所有的教学资源数据的存储和计算任务交给云端处理，将一切教学资源以“云服务”的形式提供给资源用户，师生只需采用性能一般的低价笔记本电脑或智能手机接入云服务，就可以在任何时间、任何地点随时随地利用、享受云计算提供的资源和服务，就某方面的知识进行学习，从而实现小班教学、微型化学习、个别学习等开放式的教学和学习方式。云计算与开放式教学的整合将解决教学资源不能充分共享、资源不足不均、重复建设、“资源孤岛”现象严重等教学资源建设过程中的普遍问题。

在图1所示教学资源云计算模型图中，云服务端负责教学资源的存取、分类、管理、维护、调度以及访问负载均衡，负责把分散的、本地化的自成一体的教学资源通过云计算转化成一个与具体的网络环境、用户终端系统和服务端系统无关的统一而强大的虚拟通用教学资源服务平台，把所有教学资源以“云服务”的形式发布在云服务端供资源用户获取使用。

随着信息化在教育领域应用的发展，学习已经不再被局限于学校或者其他教育机构的范围内。云计算环境下，以学习者为中心的个人学习和“非正式”的学习将是今后人们学习的发展趋势，基于云计算的开放式教学可以更好地迎合并推动这种趋势的发展，有利于终身学习。

3.2 特点

1）共建，共享，共用。基于云计算的开放式教学模式可以利用现有的互联网以及现有的分散的、本地化的、自成一体的教学资源进行系统化的统一资源分类，进行面向云服务的改造和封装，并发布到云服务端提供教学服务；其次，利用云计算服务，相关教学团队和成员可以自发地参与教学资源库的建设并提供统一的系统化的教学资源云服务，从而实现教学资源、教学信息甚至教学环境的最大、最优化共享、共用。

图1 开放式教学模式教学资源云计算模型图

2）降低运维成本。将教学资源通过云计算进行统一整合，统一引擎调度，从而有效避免教学资源分布散乱不均、重复建设严重、资源孤岛现象严重的问题和缺陷，实现灵活的、可靠易扩展的统一运维。云计算的提出最小化了终端设备的需求，极大地降低终端用户成本，实现前所未有的性能价格比。

3）促进教育多元化发展，催生新型学习模式。随着教育信息化的发展，教育形式也日渐趋向于多元化的发展，基于云计算的开放式教学可以在很大程度上满足这种多元化需求。在这种教学模式中，学习者便于从“云端”选择自己所需资源和服务，也便于自行安排学习进程和学习方式，从过去死板的学习模式中解脱出来，促进学习方式的变革。

4 技术路线

4.1 支撑平台架构

云服务平台即开放式教学模式的支撑平台是教学资源的载体。服务平台的建设一要考虑到教学资源的因素，二者是相互支撑的,缺一不可；二要根据开放式教学的特性需求，并充分考虑行业特征以及现有设施和平台的状况，评估其迁移或升级的可行性，采用统一规划、模块化、分层次的架构思想和策略构建安全、可靠、灵活、易扩展的云计算平台；三是平台系统分为基础设施层、资源层、业务服务层和应用层，如图2所示。

1）基础设施层利用现有的网络将大批量的主机、服务器、存储设备通过虚拟化技术把异地零星分布的硬件资源集群链接，构成一个庞大的能够存储海量教学资源的分布式易扩展动态虚拟存储平台。基础设施层具有存储动态扩展、高可靠、负载均衡自动化、超级计算能力等优势特点。

①存储动态扩展。虚拟化技术能够动态添加和扩展计算机节点或磁盘空间而不中断正常业务的运行，可以随时根据业务数据量的大小需求添加或减少存储节点，实现更好的容量价格比。

②高可靠。“云”技术使用数据多副本容错、计算节点同构互换等措施，提供了良好的容错能力和强大的故障恢复能力，平台（即计算机群）内的任意节点的故障不会影响系统业务的正常运行，保证数据和服务很高的可靠性。

③负载均衡自动化。负载均衡技术的使用可以更好地保障服务响应速度，提供更好的访问质量，提高资源的利用率和用户体验。

图2 云计算教学资源开放服务平台架构图

④超级计算能力。理论上，“云”技术可以整合链接无数台分布于不同地理位置的计算机节点。如Google的云计算平台已拥有一百多万台服务器，IBM、Amazon、Yahoo、微软等均拥有几十万台服务器，“云”赋予它们前所未有的超级计算能力。

2）资源层以基础设施层为依托，负责教学资源的采集、审核、重构、整合、调度并实现面向云服务的资源封装，实现资源及其共享机制的规范化。教学资源由多种媒体组成，其表现形式也复杂多样，为更好地满足开放式教学需求，提供更好的教学服务，资源的采集和封装过程必须依据统一的规范和标准。可参考的规范和标准有《教学资源建设技术规范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、学习对象元数据（EELTS-3）[6]、基础教育教学资源元数据规范（CELTS-42）等。

3）业务服务层提供统一安全的用户管理、教学资源以及资费的管理。用户管理包括用户在线注册、用户按需受权，统一安全身份认证等。教学资源的管理需要根据用户的评价反馈及使用情况进行必要的添加、删除、修改和调整。资费管理包括：实现用户的按需购买付费策略；对用户的资费进行统一的安全管理。

4.2 教学资源库的建设

教学资源库建设的推进是一个非常复杂、充满不确定性的过程。首先对行业现有的教学资源进行面向云计算服务的系统化梳理、归类、改造和封装；其次可以将已架构好的云服务平台的资源建设接口开放给各教学单位或成员，进行自行的资源建设和上传。通过实现半自动化或自动化的资源调配策略来实现对新建资源的动态重构、自动化部署、监控、管理和调度。具体教学资源库建设的实施过程包括前期资源的采集、整理分类、资源封装、资源评审入库以及后期的维护和管理。需要注意的是教学资源库的建设是一个渐进的闭环的过程，不是一蹴而就的，需要进行反复不断的改进。

1）资源采集。就目前我国教育发展和教学资源建设的现状来说，资源的获取途径主要有：有线电视教育节目的采集录制；由专业教师提供教案、课件；由学科教师和资源建设者共同开发资源；由资源建设者根据资源库的内容要求从网上进行搜集；购买成套的素材、课件、网络课程光盘；成立专门组织，调拨专用资金进行资源开发建设等。

2）资源分类。教学资源的分类是指依据教学资源内容属性和其他特征进行资源类聚，并将类聚结果按一定的组织次序结构进行组织的过程。在进行教学资源分类时要充分考虑科学性、系统性、可发展性以及面向用户性。具体实施过程中可参照《教育资源建设技术规范》（CELTS-31）和《中华人民共和国国家标准学科分类与代码》（GB/TB745-92）。

3）资源封装。搜集来的资源经过系统化的整理和分类，已经具有良好的组织构架。但同一类的资源其文件类型和格式复杂多样，这不利于资源的管理、使用和共享。因此，资源入库前需要对资源进行面向云服务的改造、整合和封装。在实际的资源建设过程中可以参考我国《教育资源建设技术规范》的有关规定进行资源封装。

4）资源的评审入库。教学资源质量的高低直接影响资源库的质量和效用，因此在资源建设中要根据资源库建设的目的和教学要求严把质量关，保证库存资源的质量和权威。首先，制定相应的评价指标，由资源审核员对已搜集到的资源进行分类初审并优化和整合，初审通过的资源由各学科的审核员进行复审，复审通过的资源进行专家送审、评定星级；其次，对审核已通过的资源进行分类、分级入库。

5）后期维护管理。后期维护管理是一个循环反复漫长而无尽头的过程。①资源数据结构的维护。管理员需要对资源数据结构和系统内链进行实时的优化，以方便用户对资源的随需检索和订阅，即提高用户体验。②资源内容的维护。教学资源的内容才是整个系统的重中之重，一个资源库的质量在绝大程度上取决于其资源内容的质量，需要经常根据用户的使用情况、要求、评价结果对资源库中的资源进行必要的添加、删除、修改与调整。一个内容经常更新、对用户的反馈及时应对的想用户之所想急用户之所急的资源库才是高质量的资源库。

5 总结

基于云计算的开放式教学应用是在网络时代教育领域教育理念和技术的制高点，是一个新兴的革命性的概念，既是全球化社会和改革开放的时代要求，又是培养创新精神和实践能力为核心的新一轮教学改革的需要。从美国北卡罗来纳州西蒙公司在格雷汉姆小学首先开展云计算项目的尝试，到Google宣布在中国大陆启动云计算学术合作计划Academic Cloud Computing Initiative1，与中国大学建立学术合作项目，广大的教育工作者进行了大量的实验和实证研究。但作为一种新的教学理念，不管是理论建构还是实验探索都才刚刚起步，还有很多问题需要进一步的探索，如云计算环境下开放式教学的课堂操作模式、评价指标，开放式教学对学生的开放性思维、创新精神和实践能力培养的作用，都还缺少实证研究。这种应用尽管还处于萌芽期，在实际应用中面临很大的挑战，但随着相关理论和支撑技术的日渐成熟，必将在不远的将来展示出强大的生命力，在教育领域产生重大的影响。

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[M].北京∶人民出版社,2010∶62-66.

[2]赛迪顾问股份有限公司.中国云计算产业发展白皮书[R].北京,2011∶4.

[3]百度文库.“国培计划”∶河北省农村中小学骨干教师远程培训（2011）[EB/OL].http∶//wenku.baidu.com/view/1ff7514cfe4733687e21aae9.html.

[4]刘英莉,庄衍,沈道洁,等.急诊开放式教学在内科见习中的应用和思考[J].中国高等医学教育,2011(10)∶44-45.

[5]郭光友,曾令涛,吕小定,等.教学多媒体信息资源表征及应用研究∶上[J].电化教育研究,2002(10)∶16-17.

[6]教育部教育信息化技术表征委员会.CELTS-3网络教育标准与技术[S].北京∶清华大学出版社,2011∶151.

Research on Open Teaching Model based on Could Computing

Su Xiaojing, Jiao Daoli

Cloud computing is a new generation of network computing and service model based on shared information environment. The properties of safe and reliable mass data storage, easy scalability, powerful computing capability and low cost will impact the reform and development of education and teaching techniques positively. The combination and fusion of cloud computing theory and technology with the open teaching philosophy will bring a major change in the field of education, both in teaching and in learning styles.

cloud computing; cloud services; open teaching; teaching resources.

G40-057

B

1671-489X(2013)12-0106-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.106

本文为2011年教育部人文社科西部和边疆地区规划项目“新媒体环境下少数民族地区教师教学能力发展研究”（编号：11XJA880003）的（阶段性）研究成果。

作者：苏枭径，西北民族大学网络与信息管理中心网络工程师，硕士，研究方向为教育信息化；焦道利，西北民族大学现代教育技术学院副教授，硕士，研究方向为新媒体教育。