云计算在教育信息化中的应用

【摘要】传统的教育系统，在教学资源的分配分配上存在共享程度不高、使用效率低下、资源浪费严重、系统扩充性差等缺陷。云计算在教育领域的应用对于促进教育公平、降低教育成本、变革教学活动方式，提高管理效率、教育服务能力，创新教育方式等方面产生了巨大的影响。

【关键词】云计算 ；互联网；教育

一、云计算概述

1、云计算的定义。

云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing ）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。核心思想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。

中国网格计算、云计算专家刘鹏教授对云计算做了长短两种定义。

长定义是：“云计算是一种商业计算模型。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、存储空间和信息服务。”

短定义是：“云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务。”提供资源的网络被称为“云”“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。

2、云计算的特点。

（1）数据安全可靠；

首先，云计算的数据存储中心是最可靠、最安全的，用户无需担心数据丢失、 病毒入侵等问题。

（2）客户端需求低；

其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也更方便。

（3）轻松共享数据；

此外，不同设备间的数据与应用共享可以通过云计算实现。

（4）可能无限多；

最后，云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能。

3、云计算的优势。

云计算是互联网时代提出的最新 IT 运用模式，因为拥有其独特的优势，所以能在 IT 这个高速发展的产业里占据一席之地。下面会从商业到技术的顺序，首先在 IT 产业的层面，从优化产业布局和推进专业分工的方面分析云计算的优势，其次深入到云计算的运行和维护，从提升资源效率、减少投资、降低管理成本的角度分析云计算的本质优势。

二、云计算的发展与应用

1、云计算的核心技术。

云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键。

（1）编程模型；

MapReduce 是一种 java、Python、C++编程模型，由 Google 开发的。它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于 1TB）的并行运算。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。它的思想是将问题分解成 Map（映射）和 Reduce（化简）的方式，先通过 Map 程序将数据划分为不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，结果由 Reduce 程序汇整输出。

（2）海量数据分布存储技术；

云计算系统由大量服务器组成，服务于大量用户。云计算系统采用分布式存储数据 用冗余存储保证数据的可靠性。云计算系统大量使用的数据存储系统有两个，一个是 Goggle 的 GFS，一个是 Hadn't 团队开发的 GFS 的开源实现 HDFS。

（3）海量数据管理技术；

云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，所以数据管理技术必需能够高效管理大量数据。数据管理技术主要是 Google 的 BT（BigTable）数据管理技术，另一个是 Hadoop 团队开发的开源数据管理模块 HBase。 BT 是建立在 GFS， Scheduler， Lock Service 和 MapReduce 之上的一个大型的分布式数据库。它把所有数据都作为对象来处理，形成表格用来分布存储大规模结构化数据。

（4）虚拟化技术；

软件应用与底层硬件相隔离可通过虚拟化技术实现，它有裂分和聚合两种模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等。计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。

（5）云计算平台管理技术；

云计算资源庞大，服务器数量多且分布在不同的地方，百种应用同时运行。怎样高效的管理这么多的服务器及确保整个系统服务不间断是巨大的挑战。云计算系统的平台管理技术能够使服务器协同工作，快速的进行业务部署和开通，及时发现和恢复系统故障。大规模系统的可靠运营通过自动化、智能化的手段实现。

2、云计算的三个服务模式。

（1）aaS（Infrastructure-as-a- Service）

IaaS（Infrastructure-as-a- Service）：基础设施即服务。消费者通过 Internet 可以从完善的计算机基础设施获得服务。

（2） PaaS（Platform-as-a- Service）

PaaS（Platform-as-a- Service）：平台即服务。PaaS 实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以 SaaS 的模式提交给用户。

（3）SaaS（Software-as-a- Service）

SaaS（Software-as-a- Service）：软件即服务。它由 Internet 提供软件，用户无需购买软件，而是租用基于 Web 的软件，来管理企业经营活动。SaaS 有较低的前期成本，便于维护，快速展开使用等优势。比如红麦软件的舆情监测系统。

3、云计算的应用。

（1）游戏市场；

由于至今 X360 仍然在使用 LIVE，PS 是 PS NETWORK ，wii 是 wi-fi，云计算还没有成为家用机和掌机界的联网模式。但是云计算取代这些东西成为其网络发展的终极方向的可能性非常大。

（2）Amazon

Amazon 以在线书店和电子零售业起家，它最新的业务却与云计算有关。亚马逊的云名为亚马逊网络服务（Amazon WebServices，AWS） ，目前主要由 4 块核心服务组成：简单存储服务 （Simple StorageService， S3） 弹性计算云 （Elastic Compute Cloud，EC2） ；简单排列服务（Simple QueuingService）以及尚处于测试阶段的 SimpleDB。换句话说，亚马逊现在提供的是可以通过网络访问的存储、计算机处理、信息排队和数据库管理系统接入式服务。

（3）Google

围绕因特网搜索创建了一种超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的“云” 。

2010 年 4 月，谷歌推出了谷歌应用软件引擎（Google AppEngine，GAE） ，这种服务让开发人员可以编译基于 Python 的应用程序，并可免费使用谷歌的基础设施来进行托管（最高存储空间达 500MB） 。对于超过此上限的存储空间，按一定的标准进行收费。 现在谷歌还公布了提供可由企业自定义的托管企业搜索服务计划。

（4）Salesforce

Salesforce 是软件即服务厂商的先驱，它一开始提供的是可通过网络访问的销售力量自动化应用软件。Salesforce 的下一目标是：平台即服务（shijiexuexi） ，包括关系数据库、用户界面选项、企业逻辑以及一个名为 Apex 的集成开发环境，可作为其他企业自身软件服务的基础。程序员可以在平台的 Sandbox 上对他们利用 Apex 开发出的应用软件进行测试，然后在 Salesforce 的 AppExchange 目录上提交完成后的代码。

（5）Microsoft；

微软并不认为未来绝大部分的 IT 资源都将来自云计算，微软首席软件架构师 （CSA）雷奥兹（RayOzzie）表示，微软的宏伟计划是“提供均衡搭配的企业级软件、合作伙伴托管服务以及云服务” ，又称为“软件加服务 ” （software plus services） 。

（6）中国移动；

云计算作为中国移动蓝海战略的一个重要部分，于 2007 年由移动研究院组织力量，联合中科院计算所，着手起步了一个叫做“大云”的项目。

（7） Giwell

Giwell 是国内首个通讯计算云平台， 是天地网联科技有限公司研发的新一代云 计算平台。

因为云计算是新技术，所以其发展也面临一些问题：

数据隐私问题：为保证数据隐私，不被非法利用，需要技术的改进和法律的进一步完善。 数据安全性：企业商业机密的数据安全性关系到企业的生存和发展。云计算数据的安全性问题解决不了会影响其在企业中应用。

三、教育信息化概述

1、教育信息化的基本含义。

（1）实现教育现代化离不开信息化，信息化要服务于教育现代化；

（2）国家及教育部门要统一规划、统一组织教育信息化建设；

（3）教育系统的各个领域要广泛深入地应用现代信息技术；

（4）教育信息化是一个循序渐进，不断发展的过程。这个定义有五个特点：一是强调了教育信息化建设要统一规划、统一组织，以克服教育信息化建设中的盲目性，规划和组织的主体应是国家及教育主管部门；二是明确了教育信息化的最终目的——实现教育现代化；三是界定了教育信息化的范围——教育系统的各个领域；四是突出了现代信息技术在教育信息化过程中的作用——原始动力和直接目的；

（5）将教育信息化看作是一个循序渐进、不断发展的过程。需要指出的是，由于教育信息化建设的规划和组织离不开现代教育思想和现代教育理论的指导，而现代信息技术在教育系统各个领域的应用必然以“教育资源”的建设作为基础，其“应用”过程本身并不是现代信息技术与教育二者的简单“相加”，而是“现代信息技术与教育的整合”。

2、教育信息化的发展趋势。

第一个方面是，无论从硬件系统、软件系统，还是从教育资源方面来看，都要从重视教，重视管理转到重视学生学。以前我们搞的教育信息管理系统或教育资源库，软件建设都大量集中在支持老师管理，支持老师教学，现在逐步要支持学生学习，从教师教到学生学，这是我们教育界的普遍规律。

第二个方面，要从IT（信息技术）向教育回归。教育信息化的产业价值链还要逐步上移，而不应该只停留在倒金字塔的形式。

第三个方面，要以硬件建设为主向以应用建设为主方面发展。

第四个方面是，教育信息系统、教育软件智能化程度要逐步提升。带有一些决策支持，带有一些推断、推理、知识重构的智能性辅助决策系统可能会进一步提升。

四、云计算在教育信息化中的应用

由于国内教育信息化发展受到网络的传输速度、信息资源的地理位置、服务器的数据处理能力等各方面因素的限制，使得教育信息化平台跟不上教学应用的发展需要，主要体现出信息网络速度与信息资源无法有效共享、服务器利用效能较低、信息设备难以管理与维护等问题。正是在这种背景下，诞生了-一种新的网络计算模型—— 云计算。云计算式网格计算和互联网计算的结合，基于分布式计算，以用户为中心，将数据存于云端，用户可以在任何时间、任何地点以某种便捷的方式安全地获得数据。云计算使得互联网的每个节点都可以作为数据存储中心、数据计算中心。

1、云计算对教育信息化的推动作用。

（1）提高学校的管理效率；

有了云计算，学校就不再需要多次创建应用栈或者分配任何服务器，因为“云”是一个共享资源，所有的数据都可以安全地获得分类处理和资源共享。这样就极大地降低了教育信息系统建立的成本并且在很大程度上解决教育信息闭塞、更新缓慢的问题，提高了，学校在各项管理上的效率。学校每年都有毕业生离校和新生入学，大量数据存储和处理需要强大的计算能力，而云计算正是处理这些数据的最佳途径。

（2）推动教师在教学上的改变；

面对云时代的到来，教师应该意识到自己必须在角色上做出改变。教师要改变教学观念和改进教学方式，以适应基于“云”环境的教与学，做到充分利用“云”技术支持学生的学习和创新。在云时代的信息化教育革新中，教师应该把网上学习和培训视为正式教学的组成部分，逐步实现电子备课和网络教学，教师和学生都可以将全球远程教育资源应用到日常学习中来。

（3）提高和促进学生的学习与创新能力；

由于云计算具有弹性高、扩展性强和基于Web的服务器等优 ，对于以学生为中心的个人学习环境建构来说，它是易于使用的。学生可以通过云计算提供的服务，自由地选择学习内容和学习方式，更好地利用信息资源和服务。同时，学生个胜化学习所需的所有资料都可以由云计算实现管理和控制。只要有一个接入互联网的浏览器，学生就可以随时随地提取所需的数据和服务，不用掌握复杂的操作软件就可以随心所欲地构建自己个性化的学习环境，这样不仅创建了灵活的学习方式，提高了学习效率，也有助于学生创新能力的发展。

（4）加快全球化教育资源的建设；

目前，由于教育资源的开发主要依靠有限的教师和教育技术中心，所以在多媒体教材、电视教材、网络课程的开发中存在着重复、知识更新速度低等问题。而在云计算时代，廉价和方便的云服务促使越来越多的教育资源迁移到“云”上。无论任何人，只要有所需要，就可以“拿”下使用，不必管是哪一朵“云”上的资源。所以，我们应该充分利用云计算强大的信息资源库，推广共同协作精神，实现全球化的教育资源建设。

2、云计算在教育信息化中的应用。

（1）云计算促进开源教育软件的发展；

云计算的发展，为开源软件的推广应用提供了新的契机。云计算的SaaS（软件即服务）、以服务为中心等理念都与开源软件提倡的软件免费、以服务的形式付费的观点不谋而合，而且开源软件的可扩展性和灵活性也完全符合云计算的发展趋势。

（2）云计算将使教育资源开放和共享；

在计算机普及化的今天，绝大部分用户都是从本地获取计算资源、应用资源和存储资源。而进入云时代之后，本地的教育资源将上传到云计算平台，转化为云服务，使这些资源比自己所能提供和管理的资源更廉价。云计算除了降低成本外，还有更大的灵活性和可伸缩性。云计算提供者不但可以轻松地扩展虚拟环境，也可以提供更大的带宽或计算资源，使我们可以轻松地获取别人的教育资源，也可以将自己的资源与别人分享，实现教育资源的开放和共享。

（3）构建“云·地”中介，促进“人·云”交互；

在云时代，教育机构如何有效地利用云计算服务于教育信息化？一个有效的方法就是构建“云·地”中介，通过中介，为各级教育管理机构提供云服务，大家共同分享，共同学习，构建云时代的学习共同体，促进“人·云”交互。

（4）以云为平台，促进教育信息化的多元化发展；

随着教育信息化的发展，教育信息资源不断增长，服务也向多元化发展，云计算平台可以在很大程度上满足这种多元化的需求。例如，现在很多学校都在利用Google地球社区开展地理课的教学，就是一个很好的利用Google云服务的例子。当然，我们也可以租用网络空间，用于创设自己的网络平台，既不必购买大量硬件设备，又消除了系统维护的烦恼，符合我国教育信息化的现状，同时也促进了教育信息化的多元发展。

（5）构建个人网络学习环境，提高网络学习的效率；

在Web2.0环境下，个人使用更多的是网络学习和非正式学习，构建个人网络学习环境就显得尤为重要。在云时代，个人可以根据云服务的类型，自由地选择学习内容和学习方式。网络中有大量的Web2.0工具可以用来构建一个只属于自己的网络学习环境。譬如，使用Diigog～]建个人的美味书签，使用iGoogle可以个性化自己的网络空间，使用Sakai来管理网络课程等，而这些Web2.0工具都是属于云服务的范畴。可以预见，进入云时代之后，我们就可以轻松、自然的态度创设人性化的网络学习环境了。

3、云计算在教育信息化中应用的技术。

（1）虚拟化技术：虚拟化是云计算的最主要的特征。虚拟化技术实现了软件和硬件的分离，用户只需要在虚拟层运行自己的软件，而 不需要考虑后台硬件的实现。而且虚拟化还允许资源在服务器上迁移，当一台服务器超载时，迁移到另一台服务器上。在教育信息 化当中，就可以解决有的服务器过载。而有的服务器闲置的问题，最大化教育资源的利用效率。

（2）安全技术：在云端，有全世界最先进的数据中心来帮你保存数据，有着强大的技术管理团队来帮你管理提交的数据和程序。在教 育信息化过程中，我们不必再花费大量的时间来管理数据，可以把更多的精力投入到课程的设计当中来。

（3）SaaS：SaaS（软件即服务）就是以服务的形式访问网络上的软件，人们不必再购买软件，只需租用软件，服务商通过浏览器就可以 把软件传递给用户，这样就为中国的教育信息化节省了大量的资金，我们可以直接租用网络上的软件，而且还有很多是免费的。

五、结束语

云计算作为一种新的计算技术，它宣告了低成本提供超级计算服务的可能。云计算技术的不断成熟与应用，给教育带来了新的机遇，作为整合教育资源的有力手段，云计算必然会在教育领域得到越来越多的应用。

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