基于云计算的移动学习系统设计

【摘要】云计算技术的应用为移动学习的发展提供了新思路。文章在分析移动学习发展现状以及云计算对移动学习多方面支持的基础上,设计了一个完整的基于云计算的移动学习系统,以期这个系统对移动学习有所帮助。

【关键词】云计算;移动学习;学习系统;结构设计

【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2010)08―0102―04

随着移动计算技术和无线通信技术的发展,移动学习(M-learning)作为数字化学习(E-learning)的一个分支,正日益受到人们的关注,并成为教育技术及相关领域研究的新热点。移动学习作为一种全新的学习形式在学校教育和培训领域有着不可估量的应用潜力,但到目前为止,无论是理论研究还是应用实践,移动学习都还处于发展的初级阶段。如何充分应用新技术的发展成果,构建更为高效实用的移动学习系统,挖掘出移动学习的应用潜力,值得我们深入研究。云计算时代的到来,为开发满足用户需求的移动学习系统提供了新的思路。分布式计算和大规模异构系统资源共享是实现移动学习系统的关键技术问题,云计算技术为这一问题提供了理想的技术解决方案。构建基于云计算的移动学习系统能够满足用户获取丰富、即时、准确的学习内容的需求,同时在学习过程中提供即时的学习支持,并且能够很好地支持学习者进行协作学习和情境学习。

一 云计算与移动学习

1 移动学习发展现状

移动学习是指利用无线移动通信网络技术,以无线移动通信设备(如移动电话、个人数字助理PDA、Pocket PC等)获取教育信息、教育资源和教育服务的一种新型数字化学习形式[1]。目前,移动学习在国外的研究主要集中在欧洲和北美部分经济发达国家。从研究目的来分主要有两类,一类是由目前的E-learning提供商发起,多用于企业培训;另一类则由教育机构发起,用来改善教学、学习和管理。例如在芬兰赫尔辛基大学进行的 UniWap 移动学习项目,参加该项目的受培训教师均配有一部WAP手机,他们一旦有了与学习主题相关的想法,就可以立即通过WAP手机将观点发至教学服务器中。这样,受培训小组的其他成员就可以在不见面的情况下通过WAP手机随时浏览这些观点。

我国移动学习起步较晚,研究水平较低,规模较小,主要是在教育部的策划下开展,集中于构建校园局域网和基于短消息的移动教育研究。例如教育部“移动教育”项目。该项目利用中国移动的GPRS平台向广大师生提供短信服务,同时让师生能够享受更加优惠的移动电话业务,建立“移动教育”服务站体系,为参与“移动教育”项目的用户提供各种服务[2]。虽然较之传统的教育模式有了很大的进步,但没有实现真正意义上的移动学习,存在着学习系统不稳定,操作性较差,课程学习资源贫瘠,学习模式实时性、灵活性和互动性较差等诸多问题。

2 云计算对移动学习的支持

云计算(Cloud Computing)是一种基于互联网的超级计算模式。即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起,协同工作。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务[3]。云计算凭借它的优点和各项服务已经势不可挡地来到我们身边,随着它的发展和普及,教育机构、教育者和学习者的信息都将逐步迁移到“云”上,这对移动学习的发展来说,无疑是一个很好的契机。

云计算对移动学习的支持主要表现在以下四个方面:

(1)弥补移动学习模式的不足

目前移动学习的主要模式有两种:分别是基于点播的短信息服务(SMS)和基于浏览的WAP 教育站点。两种模式都各有其不足:SMS模式下,数据通常会有一定的延迟,学与教做不到真正的实时交互,另外,这种模式传输的数据量相当有限且一般只能传输文本信息,难以满足用户对多媒体资源的需求。WAP教育站点模式因目前建立的WAP 教育站点太少,学习资源不足,而难以发挥其作用,此外,该方式基于WAP浏览协议,数据传输速率不高。云计算的出现,弥补以上两种移动学习模式的不足。大量教育资源存储于云服务器中,无需建立专门的教育站点就可实现大规模的移动学习。云计算整合了多方计算机、互联网新技术,突破了单一WAP 协议的限制[4],总之在云计算背景下,学习者只需使用移动设备通过浏览器即可接入“云”服务器自行选择学习内容进行学习和实时交互。

(2)整合最丰富的学习资源

云计算与教育整合的根本目的是实现教育信息的融合、存储并通过网络服务进行共享,从而使教育资源得以最大限度的整合和利用。将世界范围内的教育资源聚合到“云”存储服务器中,而且学生一旦使用了这个云,那么相应地学生的资源也会进入“云”存储服务器中。由教育者对浩瀚的资源进行归类、管理和制定相应的访问规则。同时,在学习过程中,学习者和教育者还可以在既定的规则下对既有的学习内容进行补充和修改,从而不断地完善资源库。

(3)支持多元自主虚拟学习社区的创建

云计算下,所有资源都整合在“云”端,学习者利用这些资源自由的创建虚拟社区,构建虚拟学习环境,与具有共同学习目标的其他学习者展开协作学习。由于这些虚拟社区由学习者自主创建,没有特定的教学引导者或社区意见领袖[5],因而学习者可以充分发挥其特长,展示其个性,自由地交流。再者,由于是基于网络的,学习者构成突破了现行虚拟社区辐射范围的限制,来自不同国家、不同文化背景的人,都可以进入社区共同学习和讨论,相互取长补短,借鉴学习经验,实现了多元化的文化知识交流[6]。

(4) 降低了对移动学习设备的要求

目前,移动学习设备存在的问题是制约移动学习发展和普及的重要因素。主要存在问题有:数据处理能力低,内置软件有限,多媒体资源的传输受限制。云计算技术的出现,为这些问题提供了一个可行的解决途径。云计算下,所有的数据存储和处理都将在“云”端的计算机群进行,其强大的计算能力使它能完成很多个人计算机无法应付的数据处理任务。由于所有的数据处理都在“云”端进行,学习者只需通过浏览器便可进行类似于在个人计算机上的常用操作,因此移动设备只要能够运行浏览器就可以了。

二 基于云计算的移动学习系统的功能设计

移动学习将在学习活动中占据越来越大的比重,也将会是促进教学改革的重要因素。而云计算为移动学习带来了诸多方便和可行性。以学习者为中心、基于“云”服务的个人学习环境将是云计算时代的发展趋势之一,所以在云计算支持下,构建一个功能完整,使用方便,实时性、灵活性和互动性较强,学习设备自适应[7]的移动学习系统是云计算时代个性化学习的迫切要求。在设计移动学习系统中,需要考虑多个因素,比如:学习效果,学习资源,学习对象,学习的成本等等,笔者认为基于云计算的移动学习系统应该具备以下几个功能特征:

1 分层管理并提供软件支持

整个系统分两部分管理,在云端有一个专业的团队来管理。系统是否有效运行将由这个团队决定。在用户端有一个管理入口,其管理者主要针对某一学科或某一领域的管理,而这个管理者就相当于一个班长或一个班主任,这个部分的管理主要是保证学习者的学习质量。

用户端基本上是裸机,没有任何应用软件,云端提供了所有学习需要的软件,软件架构在各种标准和协议之上。当用户需要使用某个应用软件时,不必下载即可用。降低了使用移动学习系统所必备的知识,从而真正满足各类人都能方便进行移动学习。也省去了学习者很多诸如安装、下载、升级软件之类的麻烦,能使学习进行得更顺利,提高学习的效果。系统还能为每一位用户分配操作系统,并且统一由“云”端进行维护,避免了操作系统与学习软件的不兼容,也不用担心系统被病毒攻击导致整个移动设备瘫痪。用户不需要买配置高、昂贵的移动设备,最普通的手机就可以。如此一来,即使经济落后地区的人们也能进行移动学习,可以为实现教育均衡发展提供支持。

2 提供动态的存储空间

学习者能够将自己所有的资源存储到云端,随时存储随时取用。不用担心存储空间是否够用,空间的容量是可以无限扩大的,再也不用买最大的存储卡,更不用担心信息丢失。有最专业的人员替你保管。不仅扩充了云端学习资源,也最大程度实现资源共享,而没有时间和空间的限制。

3 提供动态的数据服务

数据包括原始数据、半结构化数据和经过处理的结构化数据[8]。这个系统一定要提供大规模数据分享、管理、挖掘、搜索、分析等智能化服务,学习者才不会出现“迷路”的情况。另外,系统能完成对教学内容进行动态的内容修改和格式转换,根据设备的支持能力将相同的信息描述,转换为终端设备所支持的信息形式,实现设备的自适应[9]。

4 提供泛在性的资源

学习资源的开发不再局限于某个教育机构或教育者,更没有地域的限制,将是一个庞大的队伍来做这个工作,从而实现资源的多元化,满足当今多元化社会对知识的需求。同时学习者自己的学习资料存储在云端,通过分享,使学习资源更加丰富,进而满足各类学习者学习。资源的多元化使学习者可以不再局限于某一学科的学习。目前移动学习系统的学习者大多数是在校学生,移动学习更多的是作为辅助教学的手段。系统利用云计算技术,扩大目前移动学习系统的规模,相当于把无数个移动学习系统集合在一起,可以提供诸多学科的学习资源,学习者也扩大为多类人群。系统不仅仅是辅助教学的手段,也可以用于各种培训,业余学习等方面。

5 提供移动性的交流互动区

用户可以通过移动设备查看、发表文章,视频聊天,随时随地与教师或者其他学习者进行互动交流。当用户不联网时,会通过手机短信等即时通讯方式通知用户去查看与自己相关的信息。学习者还可以自主创建多元化的虚拟社区进行学习交流。

三 基于云计算的移动学习系统的结构设计

诸如微软公司正在研制完全脱离桌面的互联网操作系统“Midori”、IBM 的蓝云计算平台( Blue Cloud ) 以及亚马逊公司的弹性计算云(Elastic Compute Cloud)等云计算模型的出现为移动学习系统的构建注入了新鲜血液,笔者结合云计算模型,构建了一个基于云计算的移动学习系统,其整体结构如图1:

基于云计算的移动学习系统由客户端、移动通讯网或无线网、基于三层架构(UI、BLL、DAL)的网络平台和云计算平台构成。

1 客户端

这里所提的客户端指移动终端。移动终端用于呈现系统内容给用户,是用户与系统交互的媒介。其支持设备可以是手机、PDA 等移动设备。系统为不同类别的用户提供不同的界面和功能。

2 移动通讯网或无线网

用户使用移动终端通过移动通讯网或无线网与网络平台进行通信。无线网络既可以是一些机构建立的专用网络,也可以是网络运营商提供的公共网络,只要提供无线和移动接入的功能并且达到一定的带宽就行。

3 基于三层架构的网络平台

该平台是系统的一个支架,不承载具体数据内容,但是它是整个系统的基础。它的作用主要是识别用户需要什么样的服务,然后通过接口调用云计算平台提供的相关服务。表示层(UI)是用户和系统交互的界面,负责和用户的会话处理。它主要通过在移动设备的浏览器中运行程序,实现用户与业务逻辑层通信。业务逻辑层(BLL)负责处理表示层的应用请求,对其进行业务处理的逻辑判断。如果通过分析和处理后发现业务要进一步交由数据库访问层(DAL)处理,那么业务逻辑层就会调用数据库访问层提供的服务,将业务交由数据库访问层进行处理。数据库访问层接收来自业务逻辑层的业务处理,通过进一步的分析与处理,将业务过程通过接口程序递交给云计算平台。如果通过分析和处理后发现业务不需要递交给数据库访问层,则直接通过接口程序递交给云计算平台,由云计算平台进行处理。

该平台设计了五个模块:即管理模块、学习模块、交流模块、存储模块和应用软件模块。

管理模块:管理模块对用户基本信息进行管理。完成用户注册并对用户的权限进行设置与管理。本系统有三种用户类型: 学生、教师、系统管理员。

学习模块:学习模块是最主要的模块,它为学习者提供一个自主学习和自我管理的场所, 而且支持教师对学习者学习进度和知识掌握情况进行跟踪。该模块提供多种学习类型供不同性格特征的学习者选择。这些学习类型有:短消息型,游戏型,虚拟社区型,浏览、链接型,多媒体呈现型等。

交流模块:提供教师与学习者、学习者与学习者、教师与教师之间的信息交流环境。它是学习者进行学术讨论、交流学习经验的重要途径。学习者可通过论坛、Blog、WIKI、Twitter等针对不同的学习内容和主题进行实时和非实时的交流 。交流模块以主题内容分区形式出现。另外,此模块中还设置了答疑专区。

存储模块:该模块提供虚拟硬盘功能,实现学习者随时随地的使用自己的学习资料进行学习,也可以将自己的学习资料与他人共享。用户需要分类存储自己的各种资源,并且做方便记忆的标识。

应用软件模块:该模块是为解决移动终端不能运行一些学习软件、安装维护软件费时等问题而设计的。软件以功能性质分为若干功能区,比如:文字处理软件区、图形处理软件区等。用户找到自己所需要的软件点击就可以使用,并且不仅可以使用该软件观看学习内容,还可以运用相应软件进行在线编辑。

4 云计算平台

云计算平台是系统的核心部分,也是整个系统功能的最终执行模块。用户需要的服务通过接口与云计算平台连接,全部交由云计算平台处理,处理完毕再由接口将数据依次传给用户。它包括数据存储、计算和管理三大模块。其中计算模块主要是将来自用户的计算任务拆分,然后再派发到云中具备相应功能的节点进行分布式的并行计算。进行全部相关计算之后,再将最终的结果收集,统一整理(如排序、合并等)返还给用户。管理模块实现数据的自我管理和自调优,以方便查询,搜索。存储模块与基于三层架构的网络平台对应,又分为用户信息库、学习资源库、交流库、存储库、软件库五个子模块,分别存储相应的信息。

四 结束语

目前,云计算技术支持下的移动学习还处于初步探索阶段,但其特有的优势预示着云计算在移动学习领域拥有良好的应用潜力。本文就基于云计算的移动学习系统设计进行了探索,以期实现新技术与先进学习理念的结合,满足信息社会每个人都能进行随时随地、自由化、个性化、多元化的移动学习,从而提高教育质量,实现教育均衡发展,培育更多优质人才,也为教育培训事业提供新的策略。尽管目前基于云计算的移动学习系统的建设还存在许多问题,但是随着云计算技术上和应用上的日渐成熟,云计算技术支持的移动学习系统必将在不远的将来展示出强大的生命力,并对教育领域产生深远的影响。

参考文献

[1] 叶成林,徐福荫.移动学习及其理论基础[J].开放教育研究,2004,(3):23-26.

[2] 谈李清.当M-Learning来到3G时代[J].考试周刊,2009,(33):145-147.

[3] 陈涛.云计算理论及技术研究[J].重庆交通大学学报,2009,(4):104-106.

[4][6] 孙剑华.未来计算在“云端”―浅谈云计算和移动学习[J].现代教育技术,2009,(8):60-63.

[5] 王陆,马如霞.意见领袖在虚拟学习社区社会网络中的作用[J].电化教育研究,2009,(1):54-58.

[6][9] 刘富逵,杨改学.移动学习系统应用现状及建议[J].中国信息技术教育,2009,(8):100-101.

[8] 张亚勤.与“云”共舞――再谈云计算[Z].微软《INSIGHT》,2009,(3):1-4.