高校云计算教学平台应用模式探讨

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　　摘 要：为响应国家“双一流”建设号召，针对当前高校教学信息化方面存在的主要问题，结合云计算概念与特征，分析云计算在高校教学信息化过程中的重要作用，并探讨基于云计算的高校教学信息化应用模式。在教学信息化建设过程中，云计算能够在海量教学资源存储、异构教学资源整合、教学信息安全保证、教学服务提供等方面发挥支撑作用，并能应用云计算构建真实教学场景、实现个性化学习环境、建立虚拟学习社区、发展虚拟学习平台以及提供灵活多样的教学评价。因此，云计算是一种高校教学信息化建设的新技术，能够有效提升教学质量，提升教学管理水平。
　　关键词：云计算;高等学校;教学信息化;教学模式
　　DOI：10. 11907/rjdk. 192394 開放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2020）007-0241-04
　　Application Model of Cloud Computing Teaching Platform in Higher Education
　　KOU Wei-li1， HU Gang-yi2， LU Ning1， YANG Wei-wei1， YU Yue-yun1
　　（1. College of Big Data and Intelligence Engineering， Southwest Forestry University， Kunming 650224，China;
　　2. Foreign Police Teaching and Training Institute，Yunnan Police College，Kunming 650223，China）
　　Abstract： To serve Double Top University Plan， aiming at major problems existing in teaching informatization in higher education， combining concepts and characteristics of cloud computing， this paper analyzes the importance of cloud computing in teaching informatization， discusses the application model of informatization based on cloud computing. In teaching informatization， cloud computing plays a supporting role in storing and integrating massive resources， securing teaching information， and providing teaching services. Cloud computing may also build a real teaching scene， implement a personalized learning environment， establish a virtual learning community， develop a virtual learning platform and provide flexible ways of teaching evaluation. As a new technology in teaching informatization， cloud computing effectively improves the quality of teaching and the level of teaching management.
　　Key Words： cloud computing; college; teaching informatization; teaching model
　　0 引言
　　经过多年的投资建设，高校信息化基础设施不断健全，基础网络环境逐步完善，基本实现了无线网络全覆盖。如今高校信息化应用建设广泛且深入，如学生管理系统、财务管理系统、人事管理系统、教务管理系统等已在高校普及。因此，高校目前已进入到信息化管理时代。
　　教学是高校日常运行的核心任务，也是人才培养的主要途径。由于信息技术对于本科人才培养可起到显著促进作用[1]，所以各高校非常重视教学信息化建设。虽然目前各高校教学信息化建设已经取得了长足发展，但仍然存在诸多问题，主要表现在：①缺乏统一的教学信息服务管理平台，信息孤岛问题依然十分突出。例如，学院教学管理系统与学校教学管理系统的存储接口及数据结构不统一，导致教学资源无法方便快捷地进行共享，以及各部门都存在数据更新不同步、数据冗余等问题;②软硬件资源重复投资建设，计算资源分布不均、利用率低下，而且各部门的教学管理平台存在异构性，计算资源难以统一调度;③教学资源应用集成度低，应用管理服务不到位，如部分教学资源存在严重的分布不均与更新不及时的情况;④教学系统兼容性较差，支持平台较少。如现有系统大多仅支持台式机，而对于移动端的支持非常有限，不能适应移动教学场景，而这些问题主要是因为传统计算模式与平台在存储、计算等方面的局限性所致。
　　云计算是一种新兴计算模式，为解决以上问题提供了新机遇。如何利用云计算技术提高教学质量及教学管理水平已成为高校教学研究的热点问题。部分学者探讨了云计算技术在高校教学信息化中的应用[2-4]，包括实验室教学云平台[5-7]、教学资源管理评价[10-12]等多个方面[13-16]，并尝试结合云计算进行慕课教学设计[17]，从而有效提升了教学质量。相关研究涉及不同领域的课程，如临床医学[18]、英语[19-20]、算法与数据结构[21]以及运动人体科学实验[22]等。这些研究主要从具体应用实例着手，证明了云计算在教学中的有效性，但未对云计算应用模式进行系统梳理与阐述。为此，本文重点阐述云计算在高校教学信息化中的支撑性作用，并探讨高校教学云计算应用模式。 　　1 云计算概念及特点
　　云计算（Cloud Computing）是一种新兴的商业计算模型，是分布式处理（Distributed Computing）、并行处理（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）等计算机科学概念的商业实现。其将计算任务分布于由大量物理分散的计算机构成的巨大资源池中，用户按需从中获取计算、存储及各种软硬件资源与服务，而无需专门投资购买相关设备和软件。如今云计算已成为各行业应用的热门技术，教学领域也不例外。
　　云计算服务特征主要包括：①用户可根据需求选择线上自助服务。用户只需在线自助选取服务并支付相关费用即可即时获得服务;②可随时随地通过网络设备进行访问。云计算服务能够自动根据用户需求分配相应计算资源，采用跨平台多机协作机制，通过远程连接为用户提供定制服务;③多人共享资源池;④提供的服务能够被实时监控与量测;⑤可基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务，灵活度高;⑥能够减轻用户终端处理负担。用户不需要购买与维护硬件设备、存储系统及软件系统，不用关心服务设备所在位置;⑦有效降低了用户对于信息技术专业知识及人员的依赖。云计算资源使用非常简单、方便，一般用户根据说明书即可快速学会并使用。
　　2 云计算在高校教学信息化中的作用分析
　　2.1 存储海量教学资源
　　通过长期不断积累，高校教学资源具有体量庞大、类型多样的特点，传统数据中心已无法满足教学资源管理的存储需求。云计算可充分利用大量中低端服务器，甚至闲置服务器资源构建廉价、大型高性能分布式数据中心。通过集群和分布式计算软件工具对各终端的计算能力实现集成利用，为大量复杂的高校教学工作提供计算服务，以提高数据处理效率。云计算教学存储服务具有高可靠性、超大容量、集中存储、冗余度低等优点。
　　2.2 整合高校异构教学资源
　　教学资源常以不同格式分布于不同部门的不同设备中，是一种典型的异构资源。因此，如何有效整合异构教学资源是亟待解决的一个关键问题。云计算的根本出发点是信息融合、存储与共享，以最大限度地整合资源，所以采用云计算方式能够将全世界范围内的教育资源聚合于云端，学习者根据需要自由选择学习内容，教育者只需负责教育资源的归类、管理及访问规则制定等。在学习过程中，学习者和教育者可在既定规则下对既有学习内容进行补充、修改，不断完善教学资源库、降低教育成本，实现资源的充分共享，提高教学质量。云计算将大量分布于不同设备、不同格式的异构教学资源通过虚拟化技术进行整合，并形成一个实时动态更新的巨大云资源池，从而为全世界范围内接入互联网的学习者提供优质教学资源。云计算的扩展性非常强，多个院校部门可将各自现有软硬件资源加入到一个共有“云”中，从而减少单个部门的资金和时间投入，实现真正意义上的教学资源共享。
　　2.3 保障教学资源安全
　　教学资源安全问题涉及多个方面，包括师生信息、教学资源、教学文件等。与传统存储模式相比，云计算在存储位置、资源访问、维护方式和病毒防护4个方面都具有明显优势（见表1），能够极大地提高教學资源的安全性。如多副本技术不但能够为用户提供无感故障恢复功能，而且能够保障数据安全。
　　2.4 提供丰富多样的教学服务
　　由于云计算具有通用性和虚拟性特点，各种格式的海量教学资源数据被虚拟化为云教学资源池，能够提供丰富的教学内容，以及一站式教学服务。具体教学服务包括：①多种设备间数据随时随地自由共享。如教学文档多人在线协同编辑，教学视频、课件资料等在不同设备终端（如手机、平板、台式机或笔记本电脑）之间共享;②慕课、直播等多种形式的在线网络教学活动;③与家长互动，向其展示从学校教育到生活教育、从教育理念到教育方法等方面的成功案例等。用户可以很容易地获取云教学服务，既不用安装额外的服务器端程序，也不需要安装客户端软件，仅通过浏览器即可随时随地获取所需服务。如当前大量慕课教学课堂都是基于云计算模式的[23]，在新型冠状病毒肺炎疫情期间发挥了巨大作用，可同时支持上万人的在线学习活动，保障了教育部“停课不停学”政策的落实。
　　2.5 确保教学资源的时效性与有效性
　　当前，大量线上教学资源网站变成了僵尸网站，其中有大量死链及陈旧的教学内容，无法保障教学资源的有效性与实时性，很大程度上影响了线上学习质量。云计算教学平台能够自动对海量教学资源数据进行有效性检查与内容筛选;能够自动、及时地更新云教学资源，保证学习环境中资源的新颖性，并突出显示以引起用户注意;通过对学习者学习行为的分析，智能地为用户推荐感兴趣的学习资源。
　　3 教学应用模式
　　3.1 构建实践教学场景
　　实践教学是培养学生掌握科学方法及提高动手能力的重要途径。与理论教学相比，实习实训教学具有更强的直观性、实践性、综合性与创新性，对于学生素质培养以及创新能力提高等具有不可替代的作用。近年来，随着高校办学规模不断扩大，学生人数快速增加，而因教育投入有限，导致教学资源严重不足[24]，并且时空分布不均。由于学生到企业实习存在一定的人身财产安全隐患（如意外伤害、受骗上当等），增加了实习实训管理难度，导致学生实习实训次数呈递减趋势，而实习实训次数的减少必然会影响教学效果。教学实践证明，采用虚拟教学场景可缓解该矛盾，但其瓶颈是传统虚拟教学平台存在海量数据存储难、计算速度慢、展示效果差等问题。结合云计算特点构建虚拟教学场景，可管理与存储海量模拟数据，并有效提高数据处理速度，提高图像、音频和视频数据质量。虚拟云教学场景利用云计算平台仿真与远程控制技术，将真实教学场景资源进行虚拟化，形成资源池，让学生在线完成实践教学，从而缓解师资、实验设备投入不足等问题。
　　3.2 实现个性化学习环境
　　研究证明差异化教学能够提高教学质量[25]，但高校通常以班级为单位制订教学计划、教学内容、实习内容和考核形式，而忽视了学生家庭背景、生活经历、性格、智商、情商及兴趣等方面差异。受教学条件限制，当前教学也无法根据每个学生的学习行为、进度等个人学习数据进行个性化教学。因此，根据学生性格与兴趣的差异性构建个性化学习环境并开展精准施教成为当前亟待解决的难题。然而，个性化教学对教学资源的要求较高，而高校的师资及硬件教学资源难以全面支撑个性化教学的开展，云计算平台为解决这一难题提供了新途径。云教学服务平台通过分析学生的家庭背景、学习进度、学习状态等大数据，掌握学生学习特征，再基于这些特征自动调取教学内容与学习方法等资源，进而构建一个可动态调整的个性化学习环境，并能实时、动态调整学习环境参数，从而提高学习效果。 　　3.3 建立虚拟学习社区
　　一个社区可以建立在网络虚拟空间中，各成员不一定互相认识，但能通过网络进行讨论与交流。各成员在商定了目标、规范、义务和沟通方式的基础上构建虚拟社区。虚拟社区将来自不同地域和文化背景的人聚集在一起，可经常性地通过电子邮件、电子公告板、聊天室、论坛和即时通信软件等手段沟通信息、分享知识和经验，以及协作完成学习任务。当前，虚拟社区建设尚存在无法有效激发学习者学习兴趣、个性化指导不够、教育资源不足等问题。通过云计算将丰富的教育资源整合于云端，建立一个以学习共同体为目标的虚拟学习社区能有效改变当前状况。社区成员可根据个人喜好和习惯设计自己的虚拟社区，如社区风格样式、学习内容、交流平台等。云虚拟社区使学生学习不再受时间和地点限制，可最大限度地寻找所需学习资源并进行各种社会性交流，从而克服远程学习过程中的孤独情绪，并不断从中得到支持与鼓励。
　　3.4 发展移动学习平台
　　移动学习是指利用无线移动通信网络技术，通过无线移动通信设备（如智能手机、个人数字助理、平板电脑）获取教学信息、教学资源和教学服务的一种新型数字化学习形式。移动平台的学习者只需通过浏览器即可随时随地访问教学资源进行学习。存储于云端的教学资源、学习计划、学习进度等大数据，不但可以随时被用户访问，而且十分安全稳定。目前，移动学习尚存在教学资源分散、平台重复建设、存储空间不足、计算能力有限、交流互动实时性不强、教学资源不足、更新滞后等问题。云教学服务平台可对教学资源统一进行存储管理，并对所有应用程序统一部署，从而有效解决当前存在的问题，如目前已成功研发出移动虚拟实验云程序编译平台、电路仿真平台和硬件实验平台并投入应用[26]。随着移动终端价格不断下降，网络接入更加便捷，5G高速传输技术逐渐普及，移动学习必将成为未来的主流学习模式。
　　3.5 提供形式多样的教学评价
　　教学评价是根据评价指标对教学过程与教学结果进行价值判断，并为教学决策服务的过程，可起到诊断、激励、调节教学的作用。当前，高校教学评价存在评价主体与目标单一、评价内容片面、评价方法简单、缺乏灵活性以及主观性强等问题。基于云计算的智能教学平台能够基于教学行为和过程的大数据进行教学质量分析与评价，如学习内容、视频观看频次、知识点学习时长、参加讨论频次等基础数据。由于教学评价指标目前呈现出复杂化趋势，需要的评价数据量不断增大、数据多样性不断增强，给教学评价带来评价效率低等诸多问题。云计算可以有效解决以上问题，而且云计算平台能够支持评价者自主选择评价方法，其采用的数据驱动模型能使评价结果更加客观、公正。
　　4 结语
　　随着高校信息基础设施的不断完善，以及云计算和5G等新技术的快速发展，教学信息化面临新的机遇和挑战。云计算具有虛拟化、动态可扩展、按需部署等特点，为高校教学信息化建设提供了新机遇。教学云计算平台在构建校园虚拟教学场景、实现个性化教学环境、推动虚拟社区发展及促进移动学习方式等方面具有极大优势，能够有效提升高校教学质量。但云计算在高校教学中的应用目前仍处于探索阶段，未来还需进一步研究云计算与高校教学的关系，利用先进的云计算技术为高校“双一流”建设提供基础支撑。
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　　（责任编辑：黄 健）
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