云計(jì)算技術(shù)在高職院校教學(xué)中的作用

陳濱　張冬菊　廖秦

摘要：把云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代教學(xué)中，引發(fā)教育技術(shù)改革。該文從學(xué)習(xí)資源存儲(chǔ)管理和教育云的角度著手，詳細(xì)闡述了云計(jì)算技術(shù)在高職院校教學(xué)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；學(xué)習(xí)資源；教育云；教育信息化

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）07-0159-03

Abstract： The application of cloud computing technology to modern teaching， Initiation to reform education technology. This article from the learning resource storage management and education cloud angles， expounds the important role of cloud computing technology in the teaching of Vocational colleges.

Key words： Cloud computing； learning resources； Cloud education； informatization of Education

1 引言

云計(jì)算[1] （cloud computing）是一種計(jì)算模式，該模式是基于互聯(lián)網(wǎng)的，允許用戶通過(guò)無(wú)處不在的、便利的、按需配置的網(wǎng)絡(luò)接入到一個(gè)動(dòng)態(tài)配置的資源池，以最高性價(jià)比來(lái)實(shí)現(xiàn)這些計(jì)算資源的快速發(fā)放和發(fā)布。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。對(duì)云計(jì)算的定義有多種說(shuō)法。對(duì)于到底什么是云計(jì)算，當(dāng)今有多種解釋。現(xiàn)階段廣為接受的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）定義[2]。云計(jì)算是繼個(gè)人計(jì)算機(jī)變革和互聯(lián)網(wǎng)變革之后的第三次信息浪潮，也是我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。通過(guò)整合計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、軟件內(nèi)容等資源，云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)獲取、隨時(shí)擴(kuò)展、按需使用、計(jì)量付費(fèi)等功能[3]。云計(jì)算是并行計(jì)算（Parallel Computing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算是虛擬化（Virtualization）、效用計(jì)算（Utility Computing）、將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺(tái)作為服務(wù)PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務(wù)SaaS（Software as a Service）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。教育部《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》指出：“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動(dòng)方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具?！?基于大數(shù)據(jù)的云計(jì)算技術(shù)正適應(yīng)了這種教學(xué)方式的變革，為提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具奠定了基礎(chǔ)。

隨著現(xiàn)代IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和新興媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念和學(xué)習(xí)形式也在不斷的發(fā)生轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代學(xué)習(xí)方式不再是傳統(tǒng)的單一面授課程學(xué)習(xí)，而是一種高效、快速的學(xué)習(xí)。在這種轉(zhuǎn)變下線上學(xué)習(xí)滿足了學(xué)生的開放學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)[4]的需要，成為學(xué)習(xí)的一個(gè)重要途徑。線上學(xué)習(xí)形式已經(jīng)是一種普遍的學(xué)習(xí)形式，在這種形式下，催生了各種移動(dòng)課堂、互聯(lián)資源庫(kù)等形式提供學(xué)習(xí)資源服務(wù)出現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的組織和提供成了整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的核心部分。為了滿足學(xué)生的需求，各高等院校和科研機(jī)構(gòu)也分別建立了自己的學(xué)習(xí)網(wǎng)站、精品課程、在線教學(xué)等形式的在線資源庫(kù)。但是隨著各個(gè)學(xué)科不斷的發(fā)展，學(xué)習(xí)內(nèi)容不斷豐富，學(xué)習(xí)資源形式不斷更新，對(duì)于這些資源的管理就成了一個(gè)核心問題。由于各個(gè)單位的資源大部分都是相對(duì)獨(dú)立的，很難實(shí)現(xiàn)資源共享、資源被重復(fù)建立，浪費(fèi)嚴(yán)重。傳統(tǒng)資源庫(kù)對(duì)于大量的學(xué)習(xí)資源的存儲(chǔ)解決方案是采用升級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備的方法，但是隨著資源爆炸式的增長(zhǎng)，使得現(xiàn)有的很多設(shè)備無(wú)法滿足需求，反復(fù)淘汰，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)方案帶來(lái)巨額資金的投入，成為了硬件資源發(fā)展的瓶頸，加之各種學(xué)習(xí)資源在建設(shè)時(shí)沒有采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，很難實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的有效利用，無(wú)法從根本上解決問題。

為了適應(yīng)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生的主觀愿望，包括文本、音頻和圖片資源形式在內(nèi)的視頻、課件、動(dòng)畫等多種形式的資源進(jìn)入到學(xué)習(xí)過(guò)程中，使得學(xué)習(xí)資源的形式和內(nèi)容豐富多彩。學(xué)習(xí)資源爆炸式的增長(zhǎng)對(duì)硬件的更高要求，這些問題的關(guān)鍵都集中在資源存儲(chǔ)和訪問上，通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，主要存在的問題如下：

首先由于現(xiàn)有的學(xué)習(xí)資源飛速增加，資源文件形式多種多樣、大小不一，存儲(chǔ)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的磁盤碎片，造成存儲(chǔ)空間浪費(fèi)，在檢索文件時(shí)，頻繁的讀取造成硬件性能的下降，訪問延遲加劇，網(wǎng)絡(luò)訪問量大量增長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

其次，是資源量不斷增大，所需要的存儲(chǔ)空間越來(lái)越大，傳統(tǒng)的獨(dú)立存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的資源需求。海量學(xué)習(xí)資源集中存儲(chǔ)，阻礙了信息訪問效率。

再次是運(yùn)營(yíng)成本，存儲(chǔ)硬件定期更換，某些高校科研院所對(duì)于硬件環(huán)境更新的投入就有千萬(wàn)之多。而這種投入會(huì)隨著學(xué)習(xí)資源的不斷增加而增加，造成了成本和設(shè)備的浪費(fèi)。

云計(jì)算技術(shù)在學(xué)習(xí)資源中的應(yīng)用，為解決海量學(xué)習(xí)資源的存儲(chǔ)與分配提供了全新的解決方案。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)的研究和分析嘗試，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)是解決這個(gè)問題的最佳方案。服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)滿足了對(duì)學(xué)習(xí)資源存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性、高效性、可靠性、擴(kuò)展性的要求。云存儲(chǔ)技術(shù)適合于現(xiàn)代學(xué)習(xí)資源發(fā)展的需要，為資源分布存儲(chǔ)和處理提供了新思路，采用流行的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)技術(shù)把各種不同地區(qū)，不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備在邏輯層面上整合成一個(gè)整體，給學(xué)生提供高效可靠的訪問服務(wù)，云計(jì)算技術(shù)可以把學(xué)習(xí)資源分布存儲(chǔ)在云端上，有效解決了海量學(xué)習(xí)資源集中存儲(chǔ)及訪問的問題，云存儲(chǔ)將是未來(lái)的海量學(xué)習(xí)資源存儲(chǔ)訪問的最佳解決方案。

2 云計(jì)算技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)資源管理需要的關(guān)鍵技術(shù)

云計(jì)算用于解決學(xué)習(xí)資源管理的關(guān)鍵技術(shù)有以下三種：

（1）虛擬化技術(shù)

虛擬化是云計(jì)算技術(shù)最重要的核心技術(shù)之一。從技術(shù)上講，虛擬化是一種通過(guò)軟件仿真硬件，以虛擬資源為用戶提供服務(wù)的計(jì)算形式。旨在合理調(diào)配計(jì)算機(jī)資源，使其更高效地提供服務(wù)。它打破硬件間的物理劃分，從而實(shí)現(xiàn)架構(gòu)動(dòng)態(tài)化，實(shí)現(xiàn)物理資源的集中管理和使用。虛擬化的最佳益處是增強(qiáng)系統(tǒng)彈性，降低成本、提升QOS、提高資源利用率。

（2）大規(guī)模數(shù)據(jù)管理

集中處理海量數(shù)據(jù)是云計(jì)算的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。高效的數(shù)據(jù)處理是云計(jì)算不可或缺的核心技術(shù)之一。對(duì)于云計(jì)算來(lái)說(shuō)，資源管理面臨很大挑戰(zhàn)。云計(jì)算不僅要保證資源的存儲(chǔ)和訪問，還要能夠?qū)Ａ抠Y源進(jìn)行特定條件下的檢索和分析操作。因此，數(shù)據(jù)管理技術(shù)能夠高效執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)。Google的BT（BigTable）和Hadoop開發(fā)的開源管理模塊HBase是比較典型的大規(guī)模數(shù)據(jù)管理技術(shù)。BT（BigTable）技術(shù)把所有數(shù)據(jù)都作為對(duì)象來(lái)處理，形成一個(gè)巨大的表格，用來(lái)分布存儲(chǔ)大規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。Bigtable的設(shè)計(jì)目的是可靠的處理PB級(jí)的數(shù)據(jù)，并且能夠部署到云上。HBase是Apache的Hadoop項(xiàng)目的子項(xiàng)目，定位于分布式、列的開源數(shù)據(jù)庫(kù)。它是一個(gè)適合于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)。不同的是HBase基于列的而不是基于行的模式。作為高可靠性分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，HBase在可伸縮方面有不凡的表現(xiàn)。利用HBase可在廉價(jià)PC Server上搭建起大規(guī)模結(jié)構(gòu)化的云。

（3）分布式資源管理

在多節(jié)點(diǎn)的并發(fā)執(zhí)行環(huán)境中，各節(jié)點(diǎn)需要同步，并且在單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)需要可靠機(jī)制保證其它節(jié)點(diǎn)不受影響。分布式資源管理系統(tǒng)是保證系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)鍵。云所處理的學(xué)習(xí)資源往往非常龐大，少則幾千多則上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，同時(shí)涉及多個(gè)地理區(qū)域。因此，分布式資源管理技術(shù)非常重要。全球各大云計(jì)算方案/服務(wù)提供商都在積極開展相關(guān)技術(shù)的研發(fā)工作。其中Google內(nèi)部使用的Borg技術(shù)在業(yè)內(nèi)備受推崇。另外，微軟、IBM、Oracle/Sun等云巨頭都有相應(yīng)解決方案提出。

3 教育云應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)研究

早在周朝，《易經(jīng)》出現(xiàn)時(shí)，人類便用樸實(shí)的哲學(xué)思想揭示了變化無(wú)所不在的世界。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，新興事物層出不窮。IT領(lǐng)域的“云計(jì)算”在2005年還是個(gè)未知的概念，到2015年不僅家喻戶曉，而且各種基于云平臺(tái)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入我們生活。云計(jì)算給電子商務(wù)提供強(qiáng)大動(dòng)力，1s可以完成數(shù)10萬(wàn)筆交易；一款在云平臺(tái)上的游戲，可以在幾個(gè)月內(nèi)發(fā)展數(shù)千萬(wàn)的用戶。當(dāng)然，云計(jì)算在教育行業(yè)的發(fā)展非常迅速。2012年伊始，國(guó)際上的頂尖大學(xué)陸續(xù)設(shè)立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，在網(wǎng)上提供免費(fèi)課程，Coursera、Udacity、edX三大課程提供商的興起，給更多學(xué)生提供了系統(tǒng)學(xué)習(xí)的可能。2013年2月，新加坡國(guó)立大學(xué)與美國(guó)公司Coursera合作，加入開放式課程平臺(tái)。新國(guó)大是第一所與Coursera達(dá)成合作協(xié)議的新加坡大學(xué)，2014年率先通過(guò)該公司平臺(tái)推出量子物理學(xué)和古典音樂創(chuàng)作的課程。

由于國(guó)際上頂尖的云計(jì)算服務(wù)提供商主要致力于發(fā)達(dá)國(guó)家的云服務(wù)平臺(tái)的開發(fā)，因此在歐洲一些國(guó)家教育機(jī)構(gòu)和高等院校中很早就出現(xiàn)了教育云，2007年10月，Google和國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司與美國(guó)麻省理工學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等高等院校聯(lián)合實(shí)施了教育云計(jì)劃，通過(guò)該項(xiàng)目為教師和學(xué)生提供學(xué)習(xí)資源的下載服務(wù)并對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行調(diào)查與跟蹤，發(fā)起了高等教育教學(xué)理念的變革。2008年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司與北卡羅來(lái)納州大學(xué)聯(lián)合向?qū)W生提供免費(fèi)云服務(wù)和計(jì)算。英國(guó)威斯敏斯特大學(xué)將Gmail郵箱應(yīng)用于教學(xué)中，為全校師生提供免費(fèi)郵箱空間服務(wù)，有許多學(xué)生使用此郵箱來(lái)發(fā)布和共享信息。

云計(jì)算技術(shù)在我國(guó)起步較晚，但是云計(jì)算技術(shù)與教育的結(jié)合在我國(guó)的發(fā)展卻十分迅速。2009年首屆“云計(jì)算輔助教學(xué)高級(jí)研修培訓(xùn)”在上海市舉辦，標(biāo)志著我國(guó)在教育云領(lǐng)域研究的開始。清華大學(xué)與Google聯(lián)手創(chuàng)建了我國(guó)第一個(gè)大規(guī)模數(shù)據(jù)挖掘課程，并在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)的研究。北京大學(xué)和國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司聯(lián)合開發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)教育云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。中國(guó)教育網(wǎng)也通過(guò)云來(lái)防止互聯(lián)網(wǎng)上的病毒和黑客的攻擊，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，建立了近600個(gè)分析檢測(cè)站點(diǎn)，并為全國(guó)的高等院校和科研機(jī)構(gòu)提供服務(wù)。另外還有許多國(guó)內(nèi)的IT知名企業(yè)加入到教育云的建設(shè)和研究行列中來(lái)。

4 進(jìn)一步展望

云計(jì)算與教育理論相互結(jié)合形成了特色鮮明的教育云平臺(tái)，是教育領(lǐng)域中的一場(chǎng)信息革命，把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘和教育相結(jié)合，促使未來(lái)學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)觀念的革新。是未來(lái)教育信息化發(fā)展的主要方向。云計(jì)算技術(shù)輔助教學(xué)：以數(shù)據(jù)融合為依托，構(gòu)建信息化教學(xué)環(huán)境，服務(wù)于教師和學(xué)生，教師突破課堂束縛，教學(xué)空間更加廣闊便利，為學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)靈活多樣的方式。云計(jì)算技術(shù)輔助教育：是以學(xué)生為中心，采用云計(jì)算技術(shù)幫助學(xué)生開展談?wù)?，學(xué)習(xí)，互動(dòng)。大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程成功實(shí)現(xiàn)了一種高端的知識(shí)交換。它可適用于專家培訓(xùn)，各學(xué)科間的交流學(xué)習(xí)，任何學(xué)習(xí)類型的信息都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播。而網(wǎng)絡(luò)課堂可以帶來(lái)很多益處。讓每個(gè)人都能免費(fèi)獲取來(lái)自名牌大學(xué)的資源，可以在任何地方、用任何設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，這便是MOOC的價(jià)值所在[5] ，教育云成就了MOOC（massive open online courses）。隨著計(jì)算的延伸與擴(kuò)展、移動(dòng)互聯(lián)的發(fā)展，人們擁有各種各樣的智能設(shè)備，教育云可以讓學(xué)習(xí)者在不同時(shí)間、場(chǎng)合獲得實(shí)時(shí)信息服務(wù)，從電信運(yùn)營(yíng)商到各大教育機(jī)構(gòu)科研院所都可以通過(guò)云端將各種內(nèi)容和應(yīng)用進(jìn)行整合、匹配，進(jìn)而推向用戶。如今云計(jì)算廠商提供一些免費(fèi)或者低價(jià)的云計(jì)算環(huán)境，再加上不斷出版更新的科技計(jì)算類書籍，這些資源構(gòu)成了一個(gè)開放且實(shí)時(shí)更新的教學(xué)環(huán)境?？梢怨V大學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)。未來(lái)學(xué)生的培養(yǎng)工作集中在以下4個(gè)方面：方向性的指導(dǎo)；綜合技能的認(rèn)證；給學(xué)生提供專心學(xué)習(xí)交流的環(huán)境；搭建創(chuàng)新的平臺(tái)。大學(xué)的信息技術(shù)類學(xué)科的科研機(jī)構(gòu)，需要與企業(yè)和市場(chǎng)更加緊密的結(jié)合，雙方共享數(shù)據(jù)，共享研發(fā)測(cè)試環(huán)境，專利交叉共享，項(xiàng)目收益共享[6]。云時(shí)代，年齡、資歷都不再是創(chuàng)新的門檻，高效優(yōu)異的教學(xué)資源將最大限度的對(duì)全人類開放。

5 小結(jié)

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出：“加快教育信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。把教育信息化納入國(guó)家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡(luò)。促進(jìn)教育內(nèi)容、教學(xué)手段和方法現(xiàn)代化。加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)。引進(jìn)國(guó)際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源。開發(fā)在線學(xué)習(xí)課程。創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，開展高質(zhì)量高水平遠(yuǎn)程學(xué)歷教育。提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。鼓勵(lì)學(xué)生利用信息手段主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)運(yùn)用信息技術(shù)分析解決問題能力。加快全民信息技術(shù)普及和應(yīng)用”。由此可見隨著云計(jì)算技術(shù)迅猛發(fā)展將實(shí)現(xiàn)：從IT非關(guān)鍵應(yīng)用走向關(guān)鍵應(yīng)用；從計(jì)算虛擬化走向存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化；從閉源、封閉走向開源、開放。國(guó)家對(duì)發(fā)展教育云平臺(tái)很重視，積極引入國(guó)外先進(jìn)和成熟的云計(jì)算技術(shù)，在此基礎(chǔ)上部署適合于我國(guó)國(guó)情的教育云平臺(tái)，讓云計(jì)算更好的為教育事業(yè)服務(wù)。在不久的將來(lái)，云計(jì)算技術(shù)必將為高職高專院校的教學(xué)工作注入強(qiáng)大動(dòng)力。

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