面向个性化教学的云资源服务框架*

舒江波，张昭理，孙建文，杨 森，李 勇

（华中师范大学 国家数字化学习工程技术研究中心，湖北 武汉430079）

一、问题提出

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出“信息技术对教育具有革命性影响”，把信息技术作为提升教育质量，促进教育公平，培养创新人才，推进终身学习的重要战略手段。如何利用信息技术引领高等教育的整体性变革，在教育理念、教学环境、教学资源、教学模式等方面进行综合改革，培养学生的创新精神和实践能力，成为新时期高等教育改革创新与可持续发展的内在要求。

根据全国教育信息化工作电视电话会议的精神，在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》的指导下，各高校坚持信息技术与教育教学深度融合的核心理念，在落实“三通两平台”的各项工作上已取得进展。在“三通两平台”的任务中，与资源相关的任务包括“网络学习空间人人通”和“教育资源公共服务平台”的建设，而网络学习空间的主体就是资源空间。所以说，教学资源的建设任务是非常重要而且紧迫的。

教育信息化的基本对象是“教、学、管”，而对于教师和学生群体而言，主要是“教”与“学”，教师的“教”如何信息化，学生的“学”如何信息化。目前，在“教”与“学”的信息化方面，学界在教学模式、教学环境和教学资源方面开展了深入的探索和实践。

在教学模式上，文献[1]对教育信息化背景下师范院校教学模式进行了探讨，指出“过去要求教师要说一口流利的普通话，写一手漂亮的粉笔字，会使用计算机、多媒体设备就行了。而在教育信息化的今天，只有这些是远远不够的，还需要具备网络学习能力、课件制作能力、数字多媒体交互设备的使用能力，以及各种教学评价、备课软件工具的使用能力等”。文献[2]探讨了基于云空间的教师团队深度学习，指出“海量的信息资源要求教师必须要学会选择、学会学习，既能共享资源，更能分享资源。在这种背景下，团队学习更能有效促进教师个体学习的社会化”。

在教学环境上，文献[3]探讨了基于大数据的云教学环境设计，教师可以在基于大数据的教学环境下获取一切可获取的教学资源，并充分利用云计算提供的软件、存储、安全等技术，支持教师的高效教学，为学生个性化学习提供便利。文献[4]探讨了教育教学与学习支持公共服务平台的构建，坚持“标准、开放、交互、协作、共建、共享”的原则，按照“资源+平台+服务+管理”的建设与运行模式以及“引入国家资源、共享合作资源、采购实用资源、开发特色资源、挖掘优质资源”的基本思路，以普通中小学和中等职业学校的教师、学生和学校为用户主体，兼顾其他用户，通过搭建技术先进的资源管理与服务平台，为用户提供内容丰富教育信息资源及其共建、共享、互动、交流、个性化应用等服务。

对于教学资源的探索，集中在资源建设和使用、资源共享平台、资源服务框架、资源服务体系等方面。仓耿友等[5]讨论了依托“云空间”共建共享优质教育资源。杜玉霞[6]对教学资源在使用过程中老化的影响因素进行了探析。文献[7]讨论了网络学习资源共享平台结构，提出了实现网络学习资源共享平台及各个资源系统用户互认证的两种技术方案：一是统一身份认证，实现单点登录；二是各个资源系统及网络学习资源共享平台设计独立的用户互认证模块并提供访问接口。文献[8]讨论了基于私有云的高校云共享模式。文献[9]讨论了面向泛在学习环境的个性化资源服务，重点从用户、资源与服务三个维度研究了泛在学习环境中资源的个性化服务总体框架。文献[10]对高校教学云资源服务体系的构建进行了探讨，主要讨论了资源的共享和版权问题。

综上所述，我国目前资源建设的特点主要表现为：第一，资源建设者以政府、高校为主体，个人参与的比重不大；第二，建设的资源以通用型素材为主，个性化资源不多；第三，资源平台由于技术选型的限制，大多所支持的模式较为单一，对泛在学习的支持不太充分，如一般的资源平台都是B/S或者C/S架构的一种，所支持的终端大多是移动智能终端、PC或者平板的一种，支持全部模式的平台不多；第四，资源建设各自为政，出现很多异构资源，由于没有异构资源数据交换公共通道，所以对异构资源的利用存在困难，导致大量资源重复建设；第五，注重实体资源建设，而对网络资源的建设力度不够，使得部分资源的信含量低。

针对上述问题，本文在借鉴资源服务已有框架、体系、平台和模式经验的基础上，结合华中师范大学教育云的建设实践，着重探讨云环境下适应教师个性化教学（包括课前、课中、课后）的资源服务框架。

二、云资源服务框架

信息技术的影响，带动了学习的革命。这种变革不仅体现在学习的时间、空间上，更体现在学习的内容和方式上[11]。特别是云计算的发展，“云学习”也应运而生，云学习囊括了信息化学习（E-Learning）、泛在学习（U-Learning）和移动学习（M-Learning）。就目前的情况来看，云学习的关注对象主要是学生，无论是学习平台，学习资源还是学习评价，其使用对象绝大多数都是学生。我们应该认识到，虽然目前的教学是以学生为主导，但是，在教学过程中，教师的组织作用也是不可忽视的。既然学生的学习提倡泛在，那么，与之对应，教师的教学也应该泛在，教学资源的组织和建设也应该有泛在的必要。教师应该随时随地都能够利用当时的环境进行教学资源的准备。例如，当教师在户外时，发现一个好的情景可以用来作为教学素材，就用手机拍摄下来。此时，需要提供利用移动端将资源上传到教师个人空间的服务。

为了适应云环境下教师的教学方式和学生学习方式的改变，华中师范大学开展了教育云的建设实践，其中最主要的两个工作就是开发了云课堂平台和云资源平台。这两个平台相辅相成，是云学习的重要支撑。云学习的基本框架如图1所示。

该框架表明了云学习与云资源的关系。具体表现为：第一，课前准备阶段，教师可以利用云资源进行协同备课；第二，课中教学阶段，教师和学生都可以通过云资源获取需要的教学资源；整个课堂的活动过程也可以通过合适的方式形成生成性资源，上传到云资源平台；第三，课后辅导阶段，教师和学生可以利用云资源很好地进行交流，学生也可以将好的学习资源作为素材共享到云资源平台。在这三个阶段中，教师或者学生可以在任何地方、任何时间、通过互联网或者移动网络从云资源平台或者资源或者将素材上传到云资源平台。另外，这里的课堂是从广义的角度来讨论的，既可以是物理课堂，也可以是虚拟课堂或者说在线课堂。而本文讨论的云学习，既包含了纯粹的在线学习，也包含了混合式学习。

云资源服务框架如图2所示。该框架旨在为云环境下的个性化教学提供服务。需要指出的是，本文提到的个性化教学，既包含了教师的教，也包含了学生的学。

图1 云学习基本框架

图2 云资源服务框架

云资源服务框架主要分为三层：应用层、服务层和数据层。

1.应用层

应用层主要为教师和学生提供资源服务的入口。为了适应云学习的方式，云资源服务框架的应用层具有如下特点：

（1）将资源空间分为个人空间和公共空间。个人空间主要用来管理用户私有的资源，由用户自己维护；公共空间用来管理公有资源，由学校来维护。公有资源主要是通过学校共建以及从其他机构购买。在本框架中，个人空间和公共空间是相通的。一方面，用户可以将个人空间的资源发布共享到公共空间，供他人使用；另一方面，用户也可以将公共空间的资源下载，整理后发布到个人空间，形成个人的私有资源。

（2）支持C/S和B/S两种模式。在局域网的区域内，可以采用C/S模式使用资源服务，以提供快速的资源上传和下载服务；在公网内，可以采用B/S模式使用资源服务，由于网络带宽的影响，对于比较大的资源，该模式下资源的上传和下载所需时间会相对较长。这两种模式，可以适应当前环境下云资源对外的基本服务，用户可以根据自身情况灵活选择。

（3）支持多终端，包括PDA、PC、Tablet。根据云学习的特点，用户可以在不同的场景中使用不同的终端进行教学准备和学习，而且，目前用户用来学习或者教学准备的终端主要是智能手机、PC机和平板电脑。所以，云资源服务框架在提供资源服务时，应支持这三种主流终端的接入。

2.服务层

服务层是云资源服务框架主体，是联结用户和资源的枢纽。服务层提供的资源服务主要包括：资源注册、资源检索、资源评价、资源标识、异构资源数据交换、资源知识点绑定、资源版权控制等。本框架中对资源的每一个服务都以Web Service的方式提供，框架的通信协议支持SOAP，通信时的数据交换格式支持JSON和XML。另外，本框架以开放的模式对外提供服务，可以和学习系统、培训系统进行无缝集成。

本框架支持的资源类型包括实体型和url型。实体型资源是指资源以实体形式存放在云存储中，如文本资源、音视频资源等；url型资源是指互联网上的资源，如Wiki，网页信息等，这些资源以url的形式存放在资源的元数据中。当然，url资源也包括互联网中实体资源的url。本文提倡url型资源的建设，其意义在于：一方面，可以避免资源的重复建设；另一方面，可以提高资源的信含量。

本文中，信含量的含义为：单位资源文件中所包含的期望信息量。例如，对于一个描述某个知识点的数字资源，它可能以两种方式传播，一种是以PPT为载体（记为R1），另一种是以Wiki为载体（R2）。假设R1的资源文件大小为10K，而R2的资源大小为1K，那么，R2的信含量就是R1的信含量的10倍。一般来讲，url型资源的信含量比实体型资源高。

资源服务的具体说明如下：

（1）资源注册

对于实体型资源，资源注册主要完成两个任务，一是将资源实体上传至云存储，二是完成资源描述，生成资源的元数据。对于url型资源，资源注册主要是生成资源的元数据。

（2）资源检索

对于素材类资源，可以根据资源的标题、关键字、资源类型、资源的作用、发布时间、资源描述等条件进行组合查询，且支持模糊查询。对于学科资源，除了可以按照素材类资源的条件和方式进行检索外，还可以通过教材大纲、知识体系进行检索。

（3）资源评价

用户在使用资源的过程中可以对其进行评价。评价的内容包括两个方面，一是对资源的评论，例如对资源的使用感受，对资源的建议等；二是对资源的评级，给资源评定一个等级，等级越高，表明资源越好。通过对资源的评价，一方面，资源的建设者可以根据建议修改资源，提高资源的质量；另一方面，可以为用户选择资源提供参考，等级越高的资源说明资源质量越好，被用户选择的可能性也越大。

（4）资源标识

在云资源服务框架中，用三个属性来唯一标识资源，分别为：资源访问地址、资源在云存储中的地址和资源的二维码。资源访问地址是面向用户的；资源在云存储中的地址对普通用户不可见，主要面向使用云存储服务的开发人员；资源的二维码标识是为了适应混合式学习的场景。在混合式学习中，学习者使用的教材既有电子教材，也有纸质教材。对于纸质教材，对于某些难的内容，在其中嵌入相关拓展资源的二维码标识，学习者可以通过移动设备中的二维码识读软件，借助无线网络技术，方便快捷地与数字化学习资源无缝连接。这样既取代了冗长Web网址或大量信息的输入，节约了搜索的时间，又实现了传统纸质教材与互联网资源的无缝衔接[12]。

（5）异构资源数据交换

对不同机构或者贡献者根据不同标准规范建设的异构资源，提供数据交换的通道。一方面，异构资源的实体可以直接利用，避免重复建设；另一方面，异构资源的描述则通过数据交换，将其元数据解析出来。这样既可以避免重复编辑，减轻工作量，又可以保留资源建设者的初衷，避免错误标识。

（6）资源知识点绑定

在基础教育领域，各个学科的知识体系比较明确。将各个学科的素材类资源与知识点进行绑定，在资源检索时能够利用知识框架进行导航，缩小检索范围，提高检索效率。

（7）资源版权控制

本文讨论的云资源服务框架建立在华中师范大学教育云的基础上，属于私有云，其服务的对象为华中师范大学的全校师生以及华中师范大学合作单位的师生。在这个范围内的用户是可以无限制使用公开资源的。若在此范围之外的用户想使用资源，则需要通过申请，获得授权后才可以使用资源。框架中对资源进行版权控制，主要目的是保护资源贡献者或建设者的知识产权和劳动成果。

本框架中资源的版权控制通过资源的访问权限来体现。资源有三种访问权限：完全公开、半公开、不公开。对于完全公开的资源，用户使用不受限制；对于不公开的资源，只有资源贡献者本身可以使用；对于半公开资源，资源只有部分实例资源对用户可见。例如，某个教师上课的过程通过录播后形成一个生成性资源，这个生成性资源由不同的素材组成，包括教师的课件，拓展资源，学生的交互等。教师在共享这个资源时，不想将里面某个课件公开。这种情况下，该资源的访问权限就属于半公开。云资源服务框架具有根据不同粒度对资源进行权限设置的机制，因而能够对资源进行半公开的权限控制。

（8）资源演化

资源演化包括资源进化和退化。资源进化是指资源不断完善，并且适应时代背景，资源在质量上超越了原始版本；资源退化是指资源由于老化，变得不合时宜，其内容或者形式已经不能适应时代背景。资源的演化符合“马太效应”。对于优秀的资源，越来越多的人使用，维护并且修正，使得该资源评价越来越高，资源不断进化。对于某些资源，由于时代发展，其内容或形式已经与当前情形相悖，那么，该资源被访问的概率就越来越小，逐渐退化。

云资源服务框架中，对于退化的资源，会将其隔离；而资源的进化，则通过资源共建和资源评价机制来保障。

（9）用户偏好

云资源服务框架提供用户偏好设置的服务。偏好信息主要反映用户对资源类型、范围、阶段的需求。通过设置个人偏好，用户可以获取个性化资源推送服务。

（10）资源共建

资源建设不仅是一个长远的过程，而且也是需要广大用户共同参与建设的过程。仅仅依靠少数几个单位或者团体，是没有办法建设出满足各种用户学习需求的海量资源的。所以，云资源服务框架还应该提供资源共建的机制和技术保障。一方面，可以将个人空间中的资源共享至公共空间，在共享的同时，需要贡献者对资源进行适当描述；另一方面，可以将公共空间中的资源下载到个人空间，丰富个人的资源收藏，以满足个人的学习需求。

（11）资源跟踪

记录用户使用资源的行为，形成用户使用资源日志，日志信息包括用户在公共空间访问资源的类型，资源所属学科，资源使用的频率等。通过对日志信息进行挖掘，可以对用户的偏好进行建模，从而可以对用户进行个性化资源推荐。

3.数据层

数据层主要提供云存储服务。用户的个人空间（也称为个人网盘或者个人云盘，主要是个人的资源空间）主要由云存储来支持。云存储中主要存放两类数据：一种是数字资源实体，包括各种课件、教案、案例、音视频素材等；另一种是用户使用资源的海量日志信息。

三、云资源服务应用实践

在上述云资源服务框架的基础上，国家数字化学习工程技术研究中心开发了一个云资源平台，该平台为基础教育和高等教育提供资源服务。目前，在基础教育领域，国家数字化学习工程技术研究中心已经与武汉、兰州、苏州、深圳等地区建立了合作关系，这些地区的部分中小学已经在使用云资源平台进行教学实践。在高等教育领域，华中师范大学建设了云课堂，不但华中师范大学本校的学生在云课堂里学习，武汉理工大学等高等院校也在云课堂中进行一些课程的学习。云资源平台为华中师范大学的云课堂提供资源服务。

下面以华中师范大学混合式课堂调查情况对云资源平台的应用情况进行说明。

针对云资源平台与学习方式适应度问题，华中师范大学对72个混合式课堂进行了问卷调查，共发放问卷3116份，回收有效问卷2000份，回收率为64.2%。调查结果如表1所示。

表1 云资源平台与学习方式适应度

通过表1可以看出，总体而言，云资源平台提供的资源与服务和学生学习方式的适应情况是比较好的。有19.7%的学生认为“非常合适”，52.6%的学生认为“比较合适”，两者共占总比例的72.3%。而认为不合适的比例仅达到7.6%。由此可以知道，云资源平台可以较好地辅助学生在混合式课堂中的学习。

四、结束语

在过去五年多的时间里，华中师范大学以信息化教学创新为核心，对信息技术促进创新人才培养的体系、内容、资源、环境、模式、方法、管理、评价等进行了全方位探索，把信息技术与课程教学进行了深度有效融合，重塑了教与学的生态，促进了教与学方式的转变，推动了教学的整体性变革。

本文对面向个性化教学的云资源服务框架进行研究，旨在为改变数字教育资源低水平重复建设、优质资源供给不足的局面；克服教学环境孤立封闭，适用性和适切性不强等问题提供解决方案和思路，为各种云资源平台适应云学习方式带来的改变提供参考模型。该框架涉及的层面比较广，覆盖范围比较大，在开发云资源平台的过程中，各个院校或单位可以依据自身的情况适当裁剪，如减少应用层对端的支持，减少服务层中资源的服务等。

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