云计算辅助教育初探


第 l2 期 4 20 10 年 6 月 2 5 日 计 算 机 教 育 C o m p u te r E d u c a tio n 文章编号:1672.5913(2010)12.0004.05 中图分类号:G 642 文献标识码:B 云计算辅助教育初探 张 珑 ,一,王建华 ,一,张 (1.哈 尔滨师范 大学 计算机科 学与信息工程 学院, 2.黑龙江省 高校 智能教育与信 息工程重点实验 室 笙 j,2 黑龙 江 哈 尔滨 1 50 025 ; 黑 龙 江 哈 尔滨 1 50 02 5) 摘 要:文章介绍云计算技术、云计算辅助教育的基本概念及其主要特点,探讨云计算辅助教育支持的学习 理论 ,总结云计算辅助教育的几种教育应用模式,将有助于指导教育工作者开展云计算辅助教育的教学实践, 提高实际教学水平。 关键词:云计算;云计算辅助教育;学习理论;教育应用 1 云计算 云计算(C louds C om puting)是并行计算(Parallel C om puting)、分布式计算(D istributed C om puting)~H网 格计算(G rid C om puting)等计算技术的新形式和进一 步发展 ;是虚拟化(V irtualization)、效用计算(U tility C om puting)、IaaS(基 础设施 即服务)、PaaS(平 台即服 务)、SaaS(软件即服务)等计算机概念的混合演进和跃 升。通俗来讲,云计算就是把成千上万 台,甚至上百 万 台普通的服务器或者廉价 的个人计算机连接起来 组成 一个庞大 的网络 ,并虚拟 化为 一台超级 计算机 。 这台超级计算机具有极高性能和高可用性,具有超级 强大 的计 算和数 据处理 能力 ,具有安全 可靠 的海量数 据存储能力,它可以为全球用户提供所需的各类计算 机服务。用户只需要一个能够上网的设备 ,比如一台 廉价的上网本或者手机,就可以轻松获得 自己需要的 计算机服务。这时候,个人是否拥有计算机 已不再重 要,也不需要购买和在电脑中安装大量套装软件,所 有的一切,都可以由这台超级计算机提供。显而易见, 这是信息技术领域的一场 巨大变革,云计算必将改变 传统以个人计算机为基础的生产模式,并最终改变人 们 获取信 息、分 享 内容 和互相沟 通 的方 式 。更进一 步 , 这意味着人们使用计算机的需求也可 以作为一种商 品进行流通,就像煤气、热能、水电一样实现高效的 社会化服务,可以随时获取,按需使用 ,随时扩展, 按使用多少付费。 云计算技术具有如下特点:(I)提供 了最可靠、 最安全 的数据存储 中心,用户再也不用担心数据丢 失、病毒入侵等麻烦:(2)对用户端的设备要求最低 , 使用起来也最方便;(3)可以轻松实现不同设备 间的 数据与应用共享;(4)可 以为我们使用 网络提供几乎 无限多的可能。 2 云计算辅助教育 云 计 算 辅 助 教 育 (C louds C om puting Based E ducation,C C B E),或者称为 “基于云计算的教育”, 是指在教育的各个领域中,利用云计算提供的服务来 辅助教育教学活动 。云计算辅助教育是一个新兴的学 科概念,属于计算机科学和教育科学的交叉领域,它 关注未来云计算时代的教育活动中各种要素的总和, 主要探索云计算提供的服务在教育教学中的应用规 律,与主流学习理论的支持和融合,相应的教育教学 资源和过程的设计与管理等ll】。云计算辅助教育包括 云计算辅助教学和云计算管理教学。 云计算辅助教育对教育发展的优势主要表现在: (1) 学校和教师利用 云计算技术提供的信息技 术社会化服务,节省了经费、人力和服务器设备等成 基金项 目:黑龙江省教育厅科学技术研究项 目(11 541 09 3)。 作者简介:张珑 (1978一) ,男,讲师,硕士,研究方向为计算机辅助教学、移动学习;王建华(1956一) ,女,教授,硕士, 研究方向为计算机辅助教育、人工智能应用。 张 珑 ,等:云计算辅助教育初探 本投入 ;教师信息技术培训的成本和门槛更低 ,学校 教育信息化的管理更方便,安全性更高。 (2) 可 以帮助教师轻松构建 自己的个 性化教学 环境,支持教师的有效教学和学生的主动协作学习,促 进 学生高级思维能力和群体智慧发展 ,提高教育质量 。 (3) 对 学 习设备 的要 求最 低 ,不 需要 学生 承担 昂 贵的设备购置、软件使用、系统升级等费用,非常有 利 于移 动学 习 的开展和 普及 。 3 云 计算辅助教育支持 的学 习理论 学 习 理 论 是探 究 人类 学 习本 质 及其 形 成 机 智 的 心理学理论。它重点研究学习的性质、过程、动机以 及方 法和 策略 等 。目前 ,主 流 的学 习理论 包括 :非正 式学习理论、情境认知与学习理论 、境脉学 习理论、 群体学习理论、社会建构学习理论等。这些学习理论 各具特 色 又有 交叉 ,它们 都 是从传 统 的行 为主义 学 习 向建构 主 义 和社 会 认 知 主义 学 习 转变 的过 程 中产 生 并发展起来的。它们都认为学习发生在一定的社会境 脉中,应该将主动的学习者置于学习活动的中心,概 念的建构与重构并不仅仅发生在个人层次上 ,协作式 小 组工 作 及 与伙 伴 的 交互 活 动 将 更有 助 于 学 习者 概 念形 成及 认知 图式 的建构 ,学习不 仅是 学 习者 掌握 学 习内容的过程,学习更是一种通信交流的过程。这些 新兴 的学 习理 论 ,是 教育 发 展 的客 观 需求 和 必 然 结 果 ,已经得 到社会 大众 的接 受和 认可 。可喜 的是 ,我 们发现 ,这些学习理论都可以在云计算辅助教育中得 到很好 的实现,都可 以作为云计算辅助教育的理论基 础和指 导 思想 。下 面 ,我 们就 分别 介绍 这些 理论 ,并 且分析 它们 对 计算 辅助 教育 的启 示 。 3 .1 非正式 学 习理论 非 正 式 学 习(Inform al L earning)是 一 种 隐含 式 的 学习,源于直接的交互活动及来 自伙伴和教师的丰富 的暗示 信息 ,这些 暗示 信息 远远 超 出 了明确 讲授 的 内 容。非正式学习强调学习的泛在性,认为人际通信交 流 的本 质就 是学 习 。非 正式 学 习几乎 存在 于生 活 的每 时每刻 ,比如 你跟朋 友 的 闲聊 、逛大 街 、公司里 同事 朋友之问的交流等 ,这些都可以看作是非正式学习的 机会。目前,大多数的培i)~lSJL构是以一种正式学习的 形式来 进行 的 。但事 实上 ,普遍 认 为有 80%的学 习是 以非正 式形 式进 行 的,最有 价值 的学 习常 常是 偶然发 生的。因此 ,正规学习不再构成学习的主体,非正式 学 习成为 学 习的重要 部分 。不 过 ,非正式 学 习相对 于 正式学 习而 言 ,对学 习者 自主学 习 能力 、学习应 变能 力 、知识管 理 能力 、个 人人 际 品质要 求和感 悟 能力提 出 了更 高 的要求 L2J。 非正式学习理论为云计算辅助教育 的可行性提 供 了理论依据 。学 习既具有个体性特点(思考 、阅读 等),也具有社会性特点(听讲座、讨论等)。基于阅读 和思考等个体性学习活动所获得的知识深刻且带有 一 定 的倾 向性 (个 人感 兴趣 的),但 花 费时 间较 多,需 要一定的毅力;而基于听讲座 、讨论和社会交往等社 会 性学 习活动 所 获得 的知识 广泛且 不深 入 ,但 花 费时 间较少,不需要太大的毅力。因此 ,在进行云计算辅 助教育的教学设计时,根据非正式学习的特点,为学 习者创 设 协 作 交流 的 环境 ,并 鼓励 他们 参 与 讨 论交 流 ,达 到获取 知识 的 目的 。 3.2 情境 认知 与学 习理论 20 世纪 90 年代 以来 ,情境认 知与学 习理论 (Situated C ognition and Learning)依赖其深刻广泛的 理论基础,超越 了传统 的、基于心理学的情境观,并 从人类 学 、批判 理论 、生态 学 与政 治学等相 关 学科 的 研究 中反 思 自身 的发 展 ,进 而成 为 90 年代 学 习理论 领 域研 究 的主流 。情境 认知 与学 >J作 为一种 能够提 供 有 意 义 学 习并 促进 知识 向真实 生 活情 境 转 化 的重 要 学习理论,有着丰富的内容和鲜明的特征。 情境认知强调将知识视作工具,并试图通过实践 中的活动和社会性互动促进学生的文化适应 。情境学 习则认 为知 识是 基于社 会情 境 的一种活 动 ,而不 是一 个 抽象 具体 的对 象 ;知 识是 个体 与环境 交互 过程 中建 构的一 种交 互状 态 ,不是事 实 ;知识 是一种 人类协 调 一 系列行为,去适应动态变化发展的环境能力口】。 情境认知与学 习理论强调外部学 习环境对于学 习的重 要意义 ,认 为只 有 当学习被 镶 嵌在 运 用该知 识 的情 境 中时 ,有意义 学 习才有 可能 发生 。因此 ,在 教 学中要提供真实或逼真的情境与活动,以反映知识在 真 实生 活 中的应用 方式 ,为理 解和 经验 的互动 创造机 会;提供接近专家 以及对其工作过程进行观察与模拟 的机会,在学习的关键时刻应为学习者提供必要的指 导 与搭 建 “脚 手 架 ”,重视 隐性 知识 的学 习 ,为学 生 建 构学 习模式 ,搭建 抛 锚式学 习 的支架 ,发展 学生 的 6 计 算 机 教 育 C o m p ute r E d u catio n 20 10 自信心 。 对于自然科学知识的学习,情境认知与学习理论 主张学习者走进大 自然,进行野外考察;对十社会科 学知识 的学习 ,则 主张学 习者走进 社会 ,进行 凋查研 究与访谈。但是,野外考察、调查研究与访谈等学习 活动难以组织 ,成本较高,在一般的学校教育中开展 得较少;另外 ,在学生走进大 自然或社会进行考察、 调查研究等学习活动时,知识的获取变得困难 ,这大 大影 响 了学 习质 量 。 目前,云计算技术的迅速发展使随时随地获取任 何知识成 为可 能,将极大 地提 高学 习活动 的质量 。因 此,云计算技术为情境认知与学习理论提供了技术支 持 ,情境认 知与学 习理论则 为云计算 辅助 教学提供 了 理论基础。在云计算辅助教育的教学系统设计时,应 当多为学 习者 提供真 实情 境 的学习环 境 ,让学 习者将 学习与现实生活结合起来,以提高他们的知识迁移和 解决实际问题的能力。 3.3 境脉学习理论 境脉学 习理论(C ontextual L earning)认 为 ,学 习者 自身原有 的记忆 、经 验 、动机 和反应 构成 了一个完 整 的内部世界 ,学 习者在 处理新 的信 息或知识 时 ,与其 内部世界发生意义,这便是学习。境脉学习理论假定, 大脑本能地在境脉中搜寻意义,即在学习者所处环境 中搜寻所处理的新信息或新知识与其内部世界之 间 发生意义或看似有用的关系。境脉学习理论强调学习 者 内部世 界对于学 习的重 要性 ,重视 对学 习者现有 知 识结构、学习动机、学习兴趣的分析。 在传统学校教育中,学习者和教师能显著认识到 学习者在学习动机、学习兴趣方面的差异,但对于学 习者在知识结构和学 习习惯等方面的差异性则重视 不够 。而在 云计算辅 助教 学中 ,能很方便地 记录学 生 访 问过的学习网站、阅读过的学习内容,从而分析和 总 结出学 习者 的知识 结构与 学习 习惯 。因此 ,云计算 辅助教育为境脉学习理论在教学中的应用提供了技 术基础,而境脉学习理论为云计算辅助教育的开展提 供了理论基础。 3 .4 群体 学习理论 群体是人们通过某种社会关系联结起来 ,进行共 同活动和感情交流的集体。它既同社会和个人相区 别,又介于社会和个人之间,并且是联结二者的中介。 群体学>~ (C om m unity L earning),其实就是通常所说 的 “集思广益”、“头脑风暴”、“合作学习”、“群策群 力 ”,创新很大程度来 自群体中个体智慧之间的相互 碰撞,这也可 以看作是个体之间经 “协作会话”合作 而产生的创造力量。大量实例研究表 明,即便是在群 体成员普遍处于信息不足、凭借经验进行猜测时,群 体表现出来的对未知世界的洞察力,仍然超过 了精英 分子的 “理性”能力。由此可见,群体学习将是未来 学习型社会的基本组织形式,是社会创新和发展的根 本推 动力 。 以 W eb2.0 为代表的云计算技术,为我们提供 了 虚拟学习社区,资源共享平台,交流和协作工具等, 其本 质 在于 通过 信 息化 的手 段将 群 体 的智 慧进 行聚 合、集中、放大,并期望藉此产生巨大的经济效应和 社会效益 。在云计算辅助教育中开展这种学习模式, 也有 利于促 进学 习者显性 和隐性 知识 的相 互转化 ,有 利于促进知识共享和创新。 3.5 社会建构学习理论 社 会建构 学习理 论(Social C onstruction Learning) 是在社会 心理 学理论 的基 础之上 形成和 发展起 来 ,主 张知识源于社会的意义建构,学习者应在社会情境中 积极的相互作用,学习是知识的社会协商。知识的获 得不仅仅是个体 自己主动建构的过程,更注重社会性 的客观知识对个体主观知识建构的过程中介,更重视 社会的微观和宏观背景与 自我的内部建构、信仰和认 知之间的相互作用,并视它们为不可分离的、循环发 生的、彼此促进的、统一的社会过程。 作为云计算技术的一种重要应用 ,W .eb2.0 技术 为我们进行社会建构学习提供了非常有效的工具,如 B log 、W iK i、SN S、TA G 、R SS 等,这些工具 以个体 及 网络 社群 为中心 ,公平地 获取 资源 和传播信 息 、知 识、思想、智慧,彰显个性化,强调思想智慧的分享, 提倡在网络社会里平等交往,现实与网络将在工作、 学习、生活等方面逐步地渗透融合,达到和谐统一, 使得学习的发生和知识的转化相辅相成,其应用成效 非 常显著 。 一 个典型的社会建构学习模式可以用下面的学 习 闭环 来描述(图 1)。 (1) 获取:围绕 自己的学研方向,通过搜索引擎、 第12 期 张 珑 ,等:云计算辅助教育初探 7 R SS 聚合所 需信 息 。 (2) 处理 :利用网摘(书签)服务,对信息进行分 类 存储 ,定 义标 签(Tag)。 (3 思考:围绕 自己研究方向,持续 、反复地对 所收集掌握的信息、知识进行思考、分析、归纳。 (4 发布 :对 形成 的观 点、想法 ,及 时通 过个 人 或 群组 的博 客对 外分享 。 (5) 交流协 作 :通过 即时通讯 (IM )Z 2具和 博 客(利 用评论、留言 、引用通 告功能1以及其它社会性软件 等,与所在的群组(朋友圈)成员进行交流 ,并对 自己 的观点进行修正。 (6) 创新 :积 累、沉 淀 、提 炼 ,构建 和充 实 自己 的知识 体系 。 这 个典 型 的学习过 程及 其使 用 的社会 化工 具 ,可 以作 为云计 算辅助 教育 教学 设计 的重 要依据 和参 考 。 图 1 社 会建 构 掌 习理 论 的学 习过 程 社会 建 构学 习理论 也告 诉我们 ,教 师在 教学 中应 该 做到 的是 :教导 现在 的学 生 ,毕业后 投入 目前还 不 存在的工作;使用根本还没有发明的科技,解决我们 从未想象过的问题 。这是教育的根本 目的,也是教育 的趋势 和未 来 。 4 云计算辅助教育应用 4.1 建 设大 规模 高质量 共享 教 育资源 库 目前的资源库建设存在着教学资源分布不均、教 学资源 重复 建设 、教学 资源 共享程 度低 、教 学 资源 孤 岛现象严重、缺乏相互协作等问题 。云计算作为一种 新型 的共享 与服 务机制 ,能够 充 分保证 资源 建设 与 资 源 服 务的 良性运行 【3】。首先 ,云 计算具 有 良好 的容错 性 、强 大 的计算 能力和 几乎 无 限的带 宽 ,能保证 高性 能和 高并 发性 ,用户 的请 求可 迅速获 得 响应 ,几乎具 有 无 限 的服 务 响应数 量及接 入 终端数 量 。其 次 ,云计 算使用虚拟化技术实现 了数据 的分布式存储和集 中 式 管理 ,所 有数据 被存 储在 规模 庞大 的数据 中心 ,有 先进 的技术和专业的团队负责数据的管理和安全工 作 ,能满足 资源库 规模 扩大 和数据 安全 的要 求 ,同时 也 可 以把 各级 教育 机 构 的资源 建 设(包 括 国家 以及 商 业 教育 资源 建 设)统 一建 设在 同 一个 云计算 服 务平 台 上,有助于实现资源的共享,避免形成一个个资源库 孤岛。再次,云计算提供了平 台即服务的应用形式, 用户可 以在供应商的基础架构上创建 自己的应用软 件 来管 理资源 ,然 后把 资源通 过 网络直接 从供应 商 的 服 务器上 传递 给其他 用 户 。而 这些 软件也 使用共 同的 协 议 ,能够解 决 资源 互操 作 中缺乏有 效指 导 的问题 。 最 后 ,云计算 能跨 设备跨 平 台,用 户可轻 而易举 地在 各 种 终端 之 间 同步 获 取数 据 ,并可 随 时 与任 何 人分 享 ,使 资源 的使用 范 围无 限扩 大 。 4 .2 建设灵活高效的网络学习平台 随着 云计 算模式 的逐渐 发 展和普 及 ,学校 、教育 机 构和个 人 的信 息处 理会 逐渐迁 移 到 “云 ” ,这将 对网络学习带来积极 的影响l4J。云计算将有助于构建 3 类教学环境(学校教学环境(SLE )、群体学习环境 (C LE )、学生个人 自主学习环境(PLE ))和 3 类教学系 统(教学信息 自动传递系统、教师指导调控系统、学 生 自主 学 习系统)。学 习者 则可 以通 过 云计算 提 供 的 环境 、资源和 服 务,自由地 选择 学 习内容和 学 习方 式 , 实现网络学习。如 ,利用云计算服务可以将文本、文 档 、电子 表格 、演 示文稿 、文 件 附件 、视频 、照 片和 其他类型的信息,以及各类云服务完全组合在一起, 为 网络 学 习者 提 供 丰 富 的 网络 学 习资源 和 良好 的学 习平 台 ,便于 网络学 习 的开展 。目前 国 内 已建立 大量 基于 云计算 技术 的教 育 资源 中心 、网络学 习平 台 ,这 些逐 步在 教育 教学 中发挥 出越来 越重 要 的作用 。 4 .3 建设 更加快 捷方 便 的教学 管理 系统 软件即服务是云计算提供的一种服务类型,它将 软件 作为一 种在 线服 务来提 供 ,这 为学校提 供 了一个 信息 化建设 参考 方案 。一些 常用 的应 用软件 如 办公软 件 、电子 邮件系 统等 可 以采 用 云计算 服务 ,学校 接入 这 类 云计算 服 务后 ,降低 了信息 系统 建设 的成本 ,也 8 计 算 机 教 育 C o m p u te r E d u c a tio n 20 10 减少了学校为维护和升级软件而投入的费用。采用云 计算模式提供的云服务,如利用 日历管理工具和在线 文档编辑工具,用户只需联 网打开浏览器,即可使用 这些云服务,实现在线日程协作安排 、学习项 目协作 规划 、教学活动协作管理、师生人员协作管理 以及文 档、表格、演示文稿的共享与协作编辑,完成网上协 作办公【孓酬。 5 展望 目前 ,IB M 、微软 、亚 马逊 等公司 都投 入大量 人 力、物力和财力进行云计算技术的研制与开发,这场 信息技术的革命将给各个行业带来巨大而深远的影 响。尽管云计算技术还处于成长期,在实际应用中还 面临着一定的挑战 ,但随着技术和应用上的 日渐成 熟,必将在不远的将来展示出强大的生命力,而其对 主流学习理论的 良好支持,也会使得云计算辅助教育 得到更多教育工作者的关注,成为教学研究的热点。 深入研究云计算辅助教育的理论方法,不断开展云计 算辅助教育的教学实践,期待云计算辅助教育会给我 们带来不一样的教学和学习体验。 参考文献 : 【1】黎加厚.走向教育技术 “云”服务 [J].远程教育杂志,2008 (3):79. 【2】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. 【3】朱惠娟.云计 算及其在 网络 学习环境构建 中的应 用初探 [J]. 中国电化教育,2009 (4):1 05-1 07. 【4] 张渝江,岳伟.云计 算叩开学校 大门 [J]. 中国信息技术教育,2008 (12):93-94. 【5】高义栋,杨 小飞. “Google 云”实现 学生 电子作品的展示与互评 [J].现代教育技 术,2009 (10):35-39. [6】Google 公 司.Google 套件说 明文档 [EB/0L]. [2 009—08—06】.http://wW .google.com/a/help/int1/zh-CN/index.htm 1. D e s ig n o f C lo ud s C o m p u ting B a sed E d uc atio n Z H A N G L on g 一,W A N G Jian .hu a 一,Z H A N G Jun ’ (1.C om pu ter S cien ce and Inform ation E n gineering C o lleg e,H arb in N o rm al U n iv ersity ,H arb in 15 002 5,C h in a; 2.1-leilongjiang Provincial K ey L aboratory ofIntelligence Education and Inform ation Engineering,H arbin 150025,C hina) A b stra c t:T h is p ap e r in tro d u c es th e b a sic co n c ep t o f th e c lo u d s co m p u tin g an d clo u d s co m p u tin g b a se d education (C CB E ),and then describes their m ain features.N ext,the learning theory that C C BE can support is d iscu ssed in d eta ile d a n d se v era l a p p lic atio n s m o d e l in C C B E is g iv en .It w ill h elp e d u c atio n al w o rk e rs to c arry o u t th e ap p lic atio n resea rch o f C C B E a n d im p ro v e th eirs p rac tica l c ap a c ity o f te ach in g . K ey w o r d s :c lo u d s co m p u tin g ;c lo u d s c o m p u tin g b a sed e d u ca tio n ;le arn in g th eo ry ;e d u c atio n a p p lica tio n (编辑:彭远红)国 (上接 3 页) E m e rg e n ce a n d D ev e lo pm e nt of the Inte rn et o f T h ing s C H E N M in g,W A N G S u o。zhu (C ollege ofInform ation Engineering,C apital N orm al U niversity ,B eijing 100048,C hina) A b str a c t:T h e In te rn et o f T h in g s is a n ew c h a lle n g e in c o m p u ter sc ien ce tec hn o lo g y , w h ic h w ill trig g er a n ew em e rg e n ce o f a tec h n o lo g ic a l re v o lu tio n .T h ere a re fr o n t—en d an d b ack —e n d fo r th e In tern et o f T h in g s,fr o n d —e n d is fo cus of research ,back —end architecture an d technology need fu rth er study.T his article describ es th e b ack groun d, co n cep ts a n d p rin c ip le s,a p p lic ation ,rese arch an d d ev e lop m en t o f th e In tern et o f T h in g s. K e y w o r d s :th e In te rn et o f T h in g s;R a d io F re q u e n cy Id en tifi catio n ;C lo u d s C o m p u tin g (编辑:彭远红)固
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tiangeng

贡献于2016-05-06

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