云计算环境下泛在学习的功能结构与资源整合研究

摘 要：当前以学习元为代表的新型学习资源组织方式已经开始应用于泛在教育领域，通过学习元构建的教育资源数据堪称海量，传统的计算手段和服务模式根本无力处理如此巨大的数据。受到地理位置、网络传输速度、服务器数据处理能力以及学习群体差异等诸多因素的影响，导致现有的教育信息平台不能满足泛在学习的需要，无法解决信息和资源的公平共享等问题。该文根据网络教育现状，提出了基于云计算环境下的面向服务的泛在学习体系架构，研究了不同教育资源的整合问题，并对其应用模式进行探讨。该研究将对我国由网络学习时代进入以云服务为基础的泛在教育学习时代的转型提供帮助。

关键词：云计算 学习元 泛在学习 功能结构 资源整合

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0043-02

随着物联网技术、移动互联网技术、云计算技术等信息技术发展以及学习元等教育资源组织形式的出现，为泛在学习U-Learning（Ubiquitous Learning）提供了可能。所谓泛在学习U-Learning其实就是指无时无刻的沟通，无处不在的学习，是一种任何人在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息的学习方式，即所谓的无论何时（anytime）何地（anywhere）何人（anyone）以何种途径（anyway）何种方式（anyhow）来获取教育资源的5A化学习模式[1]。

泛在学习创造智能化、移动化、个性化、精细化的学习环境让学生可以充分获取学习信息，这与让学生到图书馆或学校进行学习或通过网络获取学习信息有着很大的不同。为此，泛在学习需要一个强大的泛在教育系统来进行交互和支撑。当前出现的学习元技术是适合于泛在学习环境与非正式学习的一种新型学习资源组织方式，它具有生成性、开放性、联通性、可进化发展、智能性、内聚性、自跟踪、微型化等基本特征，可以实现学习者群体智慧的共享和学习工具的共享[2]。

当前以学习元为代表的泛在教育资源正以千倍的速度增长，其形成的教育资源数据迅速而巨大，传统的计算模式无力承担如此巨大的数据处理和信息获取，导致现有的数据中心和服务模式面临着极大的困境[3]。在这样的背景下，一种新型的服务计算模型―基于云计算环境的云服务模式出现了。随着云计算这一全新的网络计算平台核心技术的出现，网络将进入从软件为中心走向以服务为中心转变的云服务时代。这种转变为泛在学习的实现提供了技术基础[4]。

1 云计算及其与教育服务结合的特点

1.1 云计算与云服务

云计算，英文为Cloud Computing，是基于全球互联网（Internet）相关服务的增加、使用和交付的全新的商业模式。云计算将计算能力作为一个商品进行交易，通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算技术是分布式处理技术、并行处理技术和网格计算技术的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现[5]。

云计算提出了一切皆服务的概念，即基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）[6]。云服务实现的基本原理是通过网络使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，各种数据中心的运行将更与互联网相似。这使得各种应用能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统[7]。

云计算一般可分为狭义云计算和广义云计算两种，狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；而广义上的云计算则是指各种服务的交付和使用模式，这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务[8]。

1.2 云技术与教育服务结合的优势与特点

云计算技术与学习和教育的结合将会带来很多的优势和特点，具体如下：

（1）云计算对用户端的设备要求很低。

这一特点决定了云计算将会在学校、图书馆、培训中心等各种学习的生态环境中大受欢迎。云计算能把分布在大量的分布式计算机上的存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池，并通过网络为用户提供经济实用的计算服务。

（2）云计算让教育资源的共享更便捷。

目前有很多云计算项目是开源的，比如如果有人想构建类似与Google apps的云平台，可以采用AppDrop或10gen开源云计算项目；如果构建类似Amazon（亚马逊）的云服务，则应选则的开源项目是Eucalyptus。目前很多学校都有大量接近淘汰的旧电脑，这类电脑有些只是硬件配置问题无法升级到新的操作系统或安装新的应用软件而被淘汰，硬件本身还支持继续正常。因此这类电脑除了可以作为客户端接入云计算服务继续使用外，还可以选择使用开源云计算项目在大量的这类电脑上布置学校自己的云计算服务。随着云计算技术的普及，基于开源云计算项目在学校教育服务平台上面的安装设置在未来将变得更容易。

2 基于云计算的泛在学习模式

按需部署是云计算的核心，因此要解决按需部署必须解决资源的动态可重构、监控和自动化部署等问题，而解决这些问题又需要以虚拟化、高性能存储、处理器、高速互联网等技术为基础，因此基于云计算的教育信息化建设除了需要研究其体系结构外，还要特别注意研究资源的动态可重构、自动化部署、资源监控、虚拟化、高性能存储、处理器等关键技术。

2.1 功能结构

为了有效支持云计算，泛在学习系统必须支持几个关键特征，具体如下：

（1）系统必须是自治的，即需要内嵌有自动化技术，以减轻或消除人工部署和管理任务，而允许平台智地响应应用的要求。

（2）云计算的架构必须是敏捷的，能够对需求信息或者其变化做出迅疾的反应。

要想应付增长或服务级要求的快速变化，就要内嵌虚拟化技术和集群化技术。该文根据这些特点设计的云计算环境下教育服务系统的功能结构如图1所示。

（1）终端用户：“云”用户请求服务的交互界面，包括学生、教师、工作人员等。

（2）教育资源目录：用户可选择的资源列表。

（3）管理系统：用于管理可用计算资源和服务。

（4）部署工具：根据用户请求智能地部署教育资源和应用，动态地部署、配置和回收教育资源。

（5）监控：监控云系统教育资源的使用情况，以便做出迅疾的反应。

（6）云计算服务器集群：虚拟或者物理服务器，由第三方云计算服务商业公司提供。

2.2 自动化部署

自动化部署是指通过自动安装和部署，将计算资源从原始状态变为可用状态。在云计算中体现为将虚拟资源池中的资源进行划分、安装和部署，使其可以为用户提供各种服务和应用的过程，其中包括硬件（服务器）、软件（用户需要的软件和配置）、网络和存储。系统资源的部署有多个步骤，自动化部署通过调用脚本，实现不同厂商设备管理工具的自动配置、应用软件的部署和配置，确保这些调用过程可以以静默的方式实现，使得部署过程不再依赖人工操作。整个部署过程基于工作流来实现，如图2所示。

其中，工作流引擎和数据模型是在自动化部署管理工具中涉及的功能模块，通过将具体的软硬件甚至逻辑概念定义在数据模型中，管理工具可以标识并在工作流中调度这些资源，实现分类管理。工作流引擎则负责调用和触发工作流，实现部署自动化的核心机制，自动将不同种类的教育资源流程整合在一个集中、可重复使用的工作流数据库中。原本需要手工完成的服务器、操作系统、中间件、应用程序、存储器和网络设备的配置任务，这一系列工作流程都可自动化。

3 云计算环境下的泛在学习

云计算的提出与发展为泛在学习提供了可能，在云服务的支持下，泛在学习可以实现如下功能。

（1）移动学习。

作为学校正规教育的有益补充，移动学习在移动通讯技术迅速发展的今天已经成为一种趋势。云计算平台为移动学习提供了天然的场所，课程设计者将学习内容放在云端，学习者可以通过各种智能手机、iPAD、笔记本电脑等移动终端随时随地登录到学习平台进行学习。课程设计者还可以借助Pushmail、移动139邮箱、飞信等技术实现学习内容的主动推送。这极大程度地消除了学习者的时空限制。

（2）远程协作学习。

云计算平台所拥有的丰富的网络功能为学习者提供了远程协作的空间和可能。如Google协作平台、百会的协作编辑功能、Ning的社区环境等，这些有利于异地学习者学习成果的展示、交流和深度互动；好看簿的活动和小组功能、Blog的博客圈功能将利于促进学习者的深度反思，记录学习者的成长轨迹等。

除此之外，云计算平台还对教育教学工作有辅助作用，如教学辅助平台、学校管理平台、家校互动平台、课题研究平台、学生学习成果展示平台等等。随着云计算技术的发展，教育也在不断发展变化之中，如当前流行MOOC学习等，都是在云计算技术发展下出现的全新的教育服务和学习模式。

4 基于云计算的泛在学习发展趋势

现如今云计算还不够完善，许多大型的IT公司都推出了各种云服务，既有商业的，也有教育的。在云计算的发展浪潮中，要把握时机，充分地运用云计算为我国的泛在教育服务和学习提供技术支持。

（1）构建个人网络学习环境。

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。在而在云服务时代，学习者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，如：使用iGoogle我们可以个性化自己的网络空间，Diigo创建个人的美味书签，Sakai管理网络课程等，这些Web2.0工具都属于云服务的范畴。在云服务时代，学习者就可以轻松、自如地创设人性化的网络学习环境。

（2）云计算与开源教育。

云计算的发展为开源软件的推广应用提供了新的契机。云计算以服务为中心的理念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。从另外一个角度来看，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。今后，云计算平台将搭建在开源软件上，而且大部分的应用都是基于开源软件。泛在教育要紧跟云时代的发展，必须要大力推广开源教育，摆脱当前信息技术教育的单一性，充分挖掘开源教育资源，培养创新型的人才。将开源软件推入到教育中是一个很好的尝试，这将成为我国教育信息化的一个重大的转变。

5 结语

以学习元为代表的新型学习资源组织方式已经开始应用于泛在教育领域，通过学习元构建的教育资源数据堪称海量，传统的计算手段和服务模式根本无力处理如此巨大的数据。另外受到地理位置、网络传输速度、服务器数据处理能力以及学习群体差异等诸多因素的影响，导致现有的教育信息平台不能满足泛在学习的需要，无法解决信息和资源的公平共享等问题。笔者根据网络教育现状，提出了基于云计算环境下的面向服务的泛在学习体系架构，研究了不同教育资源的整合问题，并对其应用模式进行探讨。该文的研究结果将对我国由网络教育时代进入以云服务为基础的泛在教育学习时代的转型提供帮助，为迈向5A化教育时代提供借鉴。

参考文献

[1] 杨玉宝，廖宏建.泛在学习视角下的教育云资源建设机制研究[J].现代教育技术，2013（4）：25-28.

[2] 杨现民，余胜泉.泛在学习环境下的学习资源进化模型构建[J].电化教育，2011（9）：16-28.

[3] 徐硕.基于云计算环境下的协作学习[J].教育信息技术，2010（7）：22-25.

[4] 余胜泉，杨现民，程罡.泛在学习环境中的学习资源设计与共享[J].开放教育研究，2009（1）：19-21，47-53.

[5] 永成，祝智庭.虚拟学习社区知识建构和集体智慧发展的学习框架[J].中国电化教育，2006（5）：15-17.

[6] 杨振冰.泛在知识环境下信息检索课的教学方式[J].图书情报工作，2011（13）：31-33.

[7] 韦书令，廖捷.泛在学习环境下网络教学资源库的建设[J].科学导报，2013 （10）：36-38.

[8] 林良金.泛在知识环境下高校嵌入式信息素养教育初探[J].文献信息论坛，2014（1）：9-14.