基于IaaS云计算的网络教学模式

冯少冲 邸彦强 陈志佳 袁红丽

摘要：作者对当前网络教学的概念、特点进行了分析，并针对其在实践技能教学方面的不足，结合云计算理念提出 一种新的网络教学模式——IaaS云计算网络教学模式，并从其基本模式、教学内容与方式、特点等方面进行了介绍，最后探讨了开展该模式教学建设需关注的事项。

关键词：网络教学;云计算;IaaS

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）12-0108-03

随着计算机技术、网络技术及教育教学理论的发展，网络教学几乎成为与传统课堂教学并重的教学模式。

当前主要网络教学模式分析

目前，各类网络平台推出了大量的網络教学和网络学习渠道，提供了极为丰富的网络化学习资源。笔者针对专门的网络教学模式进行了分析，最终将网络教学的主要模式归结为以下几种：网络视频课、MOOC、SPOC、交互式在线课。

网络视频课：以在线视频的形式向公众提供在线学习服务。

MOOC：大型开放式网络课程，是以网络视频为基础，并具备网上交互功能的授课模式，不受时间、空间限制，选课人数也不受限制。

SPOC：小规模限制性在线课程，是对MOOC的发展和补充，对学生进入门槛有限制，规模小，更加强调学生深入参与、完成课程。

交互式在线课：在线教育平台提供支持基本交互功能的在线课，一般集成音视频、动画等类型教学资源，其中大多支持基于移动终端的M-learning（Mobile learning，移动学习）。

在一些实践技能教学，如电站系统、武器装备等复杂设备操作教学中，需要使用大型多媒体软件、虚拟仿真系统等资源进行实操教学，而现有的网络教学模式，主要适用于理论知识的学习，对于实操类教学的助益相对较少，其主要原因是：

①在交互方式上，传统网络教学不支持多样式的人人交互和人机交互，而实操类教学，需要教师、学生、教具等教学因素密切互动，如教师操作、学生观摩，学生操作、教师监控，以及多人协同操作等。

②实现复杂教学资源的网络化难度大。实操类教学资源，往往是大型的软件系统，其技术手段和系统结构都比较复杂，因而传统网络教学支撑技术难以实现该类资源的网络化。

IaaS云计算网络教学模式

IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）云计算模式，是将IT基础设施作为一种服务通过网络对外提供，最典型的是基于虚拟化技术将虚拟机及其操作系统通过网络直接发布给用户，用户取得授权后就像操作本地计算机一样操作网上虚拟机。

1.基本模式

将IaaS云计算与网络教学的理念相结合，形成基于IaaS云计算的网络教学模式（简称IaaS网络教学模式）。该模式下，首先建立服务中心集群，通过虚拟化技术，将集群基础设施分割为一系列虚拟机，虚拟机内部部署各类教学资源，一方面将虚拟机操作系统桌面以服务的形式进行发布，另一方面对所有虚拟机按需进行管理调度。在终端，用户通过网络浏览器或者专用接入软件登录中心门户，选择并注册资源，一旦获得授权，用户可直接访问集群中虚拟机的操作系统桌面，使用部署在虚拟机内的教学资源进行学习和教学，达到“有网就能学”的普适化网络教学，如图1所示。

2.虚拟机

发布给用户使用的虚拟机，既可以作为传统网络教学终端，以“网上网”形式，访问网上教学资源，也可以作为承载网上教学资源，提供网络教学服务的服务器。对于IaaS网络教学模式，虚拟机主要是第二种应用方式。用户可通过技术手段限制虚拟机的开放程度，以适应不同的具体教学方式。

一是面向用户个人的专用机。用户对其有完全的控制权，虚拟机记录用户所有的操作使用信息和个人数据，适用于开展个性化的学习。

二是面向课程内容的通用机。虚拟机不记录用户操作，每次开机后用户所见的课程资源均为初始状态，适用于进行大规模教学。

3.教学资源

在IaaS网络教学模式中，用户可直接部署的教学资源包括音视频文件、PPT/Word/PDF等格式文本及Flash动画等一般教学资源。除此之外，一些复杂的教学资源，如大型的虚拟仿真系统和多媒体软件（如图2）可以直接部署在虚拟机内部，通过IaaS模式直接实现网络化的服务，进而避免了因系统架构、技术原理而产生的网络化改造难题。

4.支持的教学内容以及方式

IaaS网络教学模式，首先支持传统的网络教学内容，如利用部署的音视频、Flash动画等资源进行理论教学，但其突出的优势是对实操类教学的支持。

例如，在某电站设备的操作使用教学中，教师常用的教学方式是利用电站的虚拟仿真系统在实际操作中示范讲解，并指导学生各自操作该系统进行学习练习。在IaaS网络教学模式下，学生和教师分别通过各自终端访问对应虚拟机中的教学资源，各教学资源由服务中心管理系统统一调度。通过调度系统，可以实现各分离资源的同步，进而实现各终端教学内容的同步。该系统区分为教师参与的“教学”，以及只有学生参与的“自学”，下面笔者针对这两种情况进行分析。

教学：支持示范性演示教学和远程监控考核。对于前者，教师可以操作教学资源进行示范，学生可远程同步看到操作过程;对于后者，学生可以操作教学资源进行练习，教师可远程同步看到操作过程，并对操作过程进行考核。

自学：支持单人自主学习和多人系统学习。对于前者，学生直接操作教学资源进行学习，根据平台容量，可支持多人同时自主学习;对于后者，根据实操需要，学生可组队协同对教学资源进行操作，通过后台的调度管理，所有操作信息同步地反应到每位学生操作的教学资源上。

5.特点

除了传统网络教学共性特点，如实现教学资源的共享，改变枯燥的学习方式，支持不受时间、场地影响的自主学习、重复学习等外，IaaS网络教学模式还有以下特点：

①支持多样的交互形式，包括师生间的交互、学生间的交互，以及人与教学资源的交互，交互内容除语音、文字外，还包括基于通用计算机外设的手势动作等（如对虚拟设备模型的操作）。

②既支持单人和多人的独立自主学习，也支持多用户的协同学习。

③支持复杂教学资源快速服务化发布，不必专门为网络应用开发对应的版本。

④克服了传统网络资源异地部署，资源间交互困难的问题，在中心集群内优化部署，便于协同管理。

IaaS网络教学模式建设相关注意事项

将IaaS云计算技术引入网络化教学，虽然可以提高教育信息化水平，但在进行建设时，要注意以下相关事项：

一是合理论证教学资源。虽然IaaS模式云计算在技术上大大提升了教学资源的易用性和便利性，但是并非所有教学都适用IaaS网络模式，特别是理论教学，更适用MOOC/SPOC等模式，IaaS模式主要适用于实践技能教学。

二是注意用户规模的控制。在IaaS模式下，用户会独占中心的某一个虚拟机开展教学/学习，会对带宽有一定要求，目前一般在1Mbps～30Mbps之间。因此，要根据中心实际带宽，合理控制用户规模，也可引入边缘节点、多云中心、远端中继等方法进行用户扩容。

三是要制订教学资源开发与运行规范。制订开发运行规范能够约束教学资源的开发以及运行过程，进而避免由于不同单位、机构按照各自的标准规范进行开发与部署，造成管理混乱、应用混乱、运行混乱，在制度上和源头上控制IaaS网络教学模式建设的正常有序发展。

四是及时引入最新的信息化、网络化技术。云计算技术是信息化技术、网络化技术快速发展的产物，因此，对于信息化技术、网络化技术领域新兴技术，如容器技术、大数据技术、边缘计算技术、智能化技术等的发展应予以高度关注，并将其适当引入IaaS网络教学模式建设中，争取为网络教学提供更多的建设和发展思路。

总结

基于IaaS云计算网络教学模式是网络技术、虚拟现实技术等先进技术综合应用的结果，其教学资源丰富，互动性强，将为操作类课程的网上教学提供一种新的思路。