□ 王 麒 許亞鋒 張際平 陳衛(wèi)東

未來課堂云支持系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)與功能研究*

□ 王 麒 許亞鋒 張際平 陳衛(wèi)東

云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，為新型教學(xué)模式提供了足夠豐富的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)資源，體現(xiàn)了人本主義教學(xué)論的思想。本文通過對未來課堂云支持系統(tǒng)的系統(tǒng)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，在此基礎(chǔ)上對云支持系統(tǒng)的功能和模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)和劃分，最終在未來課堂云支持系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，利用Ulteo開源軟件完成了云桌面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，并利用不同的用戶終端進(jìn)行了測試和比較，總結(jié)了云桌面系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)PC桌面的優(yōu)勢，對未來的項(xiàng)目研究提出了目標(biāo)。

云計(jì)算；未來課堂；功能

一、引言

根據(jù)羅杰斯的人本主義教學(xué)理論，教育的對象是帶有主觀個性的學(xué)生，教育培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該是富有創(chuàng)造性的人，應(yīng)該是具有很強(qiáng)的社會適應(yīng)能力的人，應(yīng)該是能靈活運(yùn)用各種知識的人。教育關(guān)注的應(yīng)該是學(xué)生在主動性、獨(dú)創(chuàng)性和創(chuàng)造性方面的能力培養(yǎng)。概括地說，教育所培養(yǎng)出來的人應(yīng)該是個性充分發(fā)展的人。在傳統(tǒng)課堂模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)受到學(xué)習(xí)環(huán)境和教師能力等諸多方面因素的影響，其主動性、獨(dú)創(chuàng)性和個性受到壓抑。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)課堂中單一的教學(xué)方式、模式化的教學(xué)手段、教條化的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足時代的需要。針對未來課堂的研究開展以來，主要從教室布局設(shè)計(jì)、課堂信息技術(shù)應(yīng)用等方面做了大量的工作，并取得了一定的成果。在此基礎(chǔ)上，為未來課堂提供一個功能完善的后臺支持與資源系統(tǒng)將會是下一階段的研究重點(diǎn)，云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為這一研究提供了很好的技術(shù)支撐。

二、未來課堂的界定與特性

未來課堂作為一種體現(xiàn)了先進(jìn)的教學(xué)理念和融合了先進(jìn)的教學(xué)思想的全新教學(xué)模式，首先體現(xiàn)在各種新技術(shù)的融合與集成上，包括多種信息技術(shù)和多種媒體技術(shù)，如多屏顯示、無縫接入、觸控、云計(jì)算等多種技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)了在課堂內(nèi)多種媒體信息的多方位傳輸、多角度展示，實(shí)現(xiàn)了課堂的無線覆蓋和無縫接入，實(shí)現(xiàn)了課堂內(nèi)的按需設(shè)計(jì)和功能劃分，提供了更多更好的課堂互動渠道，為小組協(xié)作學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)方式提供了有力的技術(shù)支撐；其次，未來課堂的課堂設(shè)計(jì)更加體現(xiàn)人性化、舒適性和靈活性，根據(jù)不同的學(xué)習(xí)方式（如小組學(xué)習(xí)或探究式學(xué)習(xí)）對教室內(nèi)的桌椅進(jìn)行設(shè)計(jì)和組合，可滿足學(xué)生和教師不同的教學(xué)、學(xué)習(xí)和交流方式的需要；再次，未來課堂研究中最關(guān)注的是教學(xué)中教師和學(xué)生的角色定位，充分體現(xiàn)了教學(xué)中學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的人本主義教學(xué)理念，提倡教學(xué)中發(fā)揚(yáng)學(xué)生的自然性、想象力和創(chuàng)新性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識探索過程的體驗(yàn)；最后，未來課堂是一個利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和3D技術(shù)搭建的、能夠虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的泛在課堂，利用增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)3D技術(shù)讓遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者與課堂中的學(xué)生同時并存，為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者提供一個真實(shí)的學(xué)習(xí)空間，實(shí)現(xiàn)了泛在學(xué)習(xí)。因此未來課堂具有以人為本的特性，是開放的課堂，是提供了多種交互技術(shù)、綠色環(huán)保技術(shù)的智能課堂。

近年來，許多國內(nèi)外學(xué)者對未來課堂進(jìn)行了研究，取得了大量的成果。ClaytonM.Christensen、MichaelB.Horn和CurtisW.Johnson認(rèn)為未來課堂是整合了各種軟硬件設(shè)備和信息技術(shù)、為學(xué)生提供多種先進(jìn)的技術(shù)手段的課堂[1]；美國每日論壇報認(rèn)為未來課堂是一個具有創(chuàng)新性的教育活動，利用技術(shù)來支撐課堂管理和教學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境[2]；臺灣的陳旻萃認(rèn)為未來教室是實(shí)現(xiàn)師生有趣與互動的學(xué)習(xí)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)生的想象和思考，幫助學(xué)生通過多元的管道汲取知識，選擇自己細(xì)化的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索[3]；結(jié)合我國國情，我們認(rèn)為未來課堂是基于“教育要面向未來”和《國家中長期教育改革與發(fā)展綱要》中“把提高質(zhì)量作為未來教育的戰(zhàn)略重點(diǎn)”、“以人為本”、“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”思想對未來主要教學(xué)場所進(jìn)行創(chuàng)新而提出的，它以人本主義、互動、環(huán)境心理學(xué)等相關(guān)的理論和信息、智能、人機(jī)交互等技術(shù)為支持，充分發(fā)揮課堂組成各要素（人、技術(shù)、資源和環(huán)境等）的作用，以互動為核心，旨在構(gòu)建充分發(fā)揮課堂主體的主動性、能動性，和諧、自由發(fā)展的教與學(xué)的環(huán)境與活動[4]。

三、云計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究

近年來，伴隨著云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，云計(jì)算已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺的核心技術(shù)。在很多技術(shù)公司（如Google和IBM）的推動下，云計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，研究主要集中在高等學(xué)校，其原因主要有：一方面高校集中了大量的科研人才，這些人才為云計(jì)算應(yīng)用研究的開展提供了足夠的保證；另一方面是高校的很多科研項(xiàng)目需要高性能計(jì)算，這就為云計(jì)算的應(yīng)用研究提供了平臺。而且，很多高校都建設(shè)了高性能運(yùn)算集群，都采用了分布式基礎(chǔ)架構(gòu)，這本身就具備了云計(jì)算的形態(tài)。

埃森哲（Accenture）公司在2010年世界經(jīng)濟(jì)論壇上發(fā)布的“探究云計(jì)算的未來：駕馭技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型的下一次浪潮”調(diào)查報告顯示，云計(jì)算在教育科研行業(yè)的潛在應(yīng)用體現(xiàn)在三點(diǎn)：獲取全球資源；低成本仿真；高度交互/協(xié)作學(xué)習(xí)[5]。納比·蘇丹（NabilSul?tan）則認(rèn)為，低成本是吸引教育機(jī)構(gòu)使用云計(jì)算的重要原因[6]。

目前，全球的很多高校都開展了云計(jì)算在教育領(lǐng)域方面的研究，比較成功的案例有：

在北京由政府投資，通過北京工業(yè)大學(xué)與IBM公司合作建立了“北京工業(yè)大學(xué)云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺”，通過利用硬件虛擬化技術(shù)、自動化管理技術(shù)和一體化服務(wù)流程構(gòu)建了一個全新概念的數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心，完全替代了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，提供了迄今為止最強(qiáng)大的運(yùn)算能力。該平臺作為國內(nèi)首個主要用于實(shí)現(xiàn)云計(jì)算技術(shù)在科學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，開創(chuàng)了云計(jì)算在國內(nèi)教育和科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的先河，為教學(xué)研究、企業(yè)研發(fā)和政府決策提供了穩(wěn)定、可靠的服務(wù)[7]。

在美國北卡羅來納州，格雷漢姆小學(xué)為了滿足學(xué)校師生對數(shù)字化學(xué)習(xí)方式的需求，與西蒙公司合作開展了西蒙教育春雷計(jì)劃，由西蒙公司為學(xué)校提供虛擬云桌面服務(wù)，學(xué)校的師生可以在教室、圖書館或家里訪問同一個虛擬桌面，獲取學(xué)習(xí)材料[8]。

江蘇龍芯夢蘭科技有限公司研發(fā)出相應(yīng)的龍芯教育云平臺，它是一個利用云計(jì)算技術(shù)提供資源和應(yīng)用的解決方案，包括學(xué)龍網(wǎng)和龍芯互動教室、電子書包等終端，為學(xué)校提供低成本信息化和教學(xué)智能化[9]。

四、未來課堂云支持系統(tǒng)特性研究

很多專家都對基于云計(jì)算的未來課堂進(jìn)行了研究。華中師范大學(xué)的楊宗凱教授認(rèn)為，基于云計(jì)算的未來課堂包括了電子課本、電子課桌、電子書包、電子白板等，為滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要，未來課堂應(yīng)通過云端平臺提供豐富的教學(xué)資源[10]。

為了保證云支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了專家意見征詢和學(xué)生接受度調(diào)查問卷，根據(jù)回收的數(shù)據(jù)顯示，專家對于未來課堂設(shè)計(jì)指標(biāo)中的云資源服務(wù)平臺設(shè)計(jì)給出了較高的認(rèn)可度。

因此我們認(rèn)為未來課堂首先是一個基于云端的課堂，所需的各種資源都放在云端，教師和學(xué)習(xí)者要使用和處理這些資源時都可以通過自己的終端接入到云端的學(xué)習(xí)支持平臺，實(shí)現(xiàn)資源共享[11]。

基于未來課堂教學(xué)環(huán)境的新型教學(xué)模式注重的是課堂上的交互活動，關(guān)注教學(xué)對象的學(xué)習(xí)主動性和積極性，提倡建立學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新型教學(xué)關(guān)系。未來課堂云支持系統(tǒng)的目的就是為這種新型教學(xué)模式提供了一個交互平臺（如圖1所示），因此我們認(rèn)為未來課堂云支持系統(tǒng)應(yīng)具有以下特性：

（1）交互性：未來課堂中的交互包括教學(xué)者與學(xué)習(xí)者之間的互動，學(xué)習(xí)者之間的互動，教學(xué)者、學(xué)習(xí)者與教學(xué)資源、學(xué)習(xí)資源之間的互動，課堂教學(xué)主體與課堂設(shè)備之間的人機(jī)互動，現(xiàn)實(shí)課堂與虛擬課堂中的人、資源與設(shè)備的互動等。云支持系統(tǒng)應(yīng)該為未來課堂中的對象——教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源、教學(xué)資源、設(shè)備等，提供友好的用戶接口，實(shí)現(xiàn)無縫接入。

圖1 基于云支持系統(tǒng)的交互模型

（2）靈活性：未來課堂云支持系統(tǒng)面對的對象范圍極為廣泛，這些對象的需求各異，這就要求系統(tǒng)具有較好的靈活性。系統(tǒng)應(yīng)能為不同對象提供滿足其需要的軟件需求、存儲需求、計(jì)算需求和資源需求，甚至可以根據(jù)學(xué)習(xí)者需要進(jìn)行定制。

（3）虛擬性：利用云計(jì)算中的虛擬化技術(shù)把學(xué)習(xí)過程所需要的軟硬件資源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，即虛擬化，如虛擬設(shè)備、虛擬實(shí)驗(yàn)甚至是虛擬課堂等。通過這種方式使得學(xué)生和教師不僅在課堂上、在圖書館甚至家里都能很好地獲得學(xué)習(xí)資源的支持。因此，虛擬性是云支持系統(tǒng)的一個重要特性。

（4）彈性存儲：為學(xué)習(xí)者和教學(xué)者提供滿足他們需要的存儲空間是云支持系統(tǒng)很重要的一項(xiàng)功能，系統(tǒng)能根據(jù)需要定制不同的存儲空間，并且存儲過程應(yīng)該是讓他們感覺就像是存儲在本地計(jì)算機(jī)硬盤上。

（5）無縫接入：分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為用戶訪問云支持系統(tǒng)提供了廣泛的接入方式，用戶只要能夠接入互聯(lián)網(wǎng)就能訪問支持系統(tǒng)。未來課堂是一種開放的課堂，不受時間、地點(diǎn)的限制，要求云支持系統(tǒng)提供開放的接入方式，降低用戶的技術(shù)要求。

（6）集成性：云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多方面的集成特性，如硬件的集成、軟件的集成、功能的集成、資源的集成、存儲的集成等。一個完善的云支持系統(tǒng)應(yīng)該提供強(qiáng)大的計(jì)算能力、多樣化的軟件應(yīng)用、強(qiáng)大的存儲能力、多種應(yīng)用功能、豐富的教學(xué)資源和各種硬件設(shè)備服務(wù)。

五、未來課堂云支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能研究

1.未來課堂云支持系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

一般來說，云架構(gòu)主要分為三個層次，即IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）?；诖耍梢詾槲磥碚n堂云支持系統(tǒng)的三個層次的服務(wù)對象進(jìn)行定義。IaaS和SaaS層是為學(xué)習(xí)者、教學(xué)者和教學(xué)研究者提供服務(wù)，滿足他們的需求，如軟件的需求、計(jì)算的需求、存儲空間的需求等；PaaS層是為開發(fā)者提供服務(wù)，滿足他們能開發(fā)更多新應(yīng)用的需要。

根據(jù)未來課堂的特定需要，我們對云架構(gòu)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，在原有的三層基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，使之能更好地解釋教育云支持系統(tǒng)的功能。首先保留了SaaS和IaaS層，考慮到PaaS層本身不是對用戶設(shè)計(jì)的，主要服務(wù)對象是設(shè)計(jì)人員。但是，在PaaS層中的一些應(yīng)用功能對教育信息化卻有很重要的作用，如云桌面服務(wù)，云存儲服務(wù)等，因此我們把PaaS層根據(jù)教育信息化的特殊需要拆分成了DaaS（桌面即服務(wù)）和HaaS（硬件即服務(wù)），以便更好地反映未來課堂教學(xué)的特色，同時也代表了教育信息化發(fā)展對云計(jì)算提出的幾個重要方面。由此，我們得到基于未來課堂需要的云支持系統(tǒng)模型（如圖2所示）。

圖2 云支持系統(tǒng)模型

SaaS層：SaaS層所提供的服務(wù)對教育的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先是應(yīng)用軟件的合法性問題，現(xiàn)在很多學(xué)校為節(jié)約成本通常使用的都是盜版軟件，為系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和合法性埋下了安全隱患，但是如果使用正版軟件，成本又太高，學(xué)校無法承受。有了云支持系統(tǒng)后學(xué)校只需購買一套正版軟件就能滿足全校所有師生的使用需求，降低了辦學(xué)成本。其次，隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)資源的豐富和管理是學(xué)校面臨的新問題，通過云支持系統(tǒng)，管理人員只需要專注于云平臺的管理和云資源庫的管理，使得管理更加專業(yè)化。

DaaS層：DaaS層為用戶提供的服務(wù)就是讓每個用戶獲得一個滿足用戶需要的、個性化的虛擬桌面系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)是由SaaS層的功能衍生出來的，在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)需要和目標(biāo)，定制符合自己需要的桌面環(huán)境，如學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中需要用到哪些應(yīng)用程序，需要什么樣的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)界面等等，因此用戶得到的不是單一程序，而是一個環(huán)境。虛擬桌面技術(shù)是一種在線的應(yīng)用方式，用戶可以利用自己的手持電腦、筆記本，甚至是智能手機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢是對客戶端的硬件設(shè)備要求很低，只需要最低配置就能實(shí)現(xiàn)，用戶只需要對自己所定制的每項(xiàng)服務(wù)支付必要的費(fèi)用，既有效地降低了學(xué)習(xí)成本，又降低了學(xué)習(xí)者使用正版軟件的費(fèi)用，培養(yǎng)了他們對知識產(chǎn)權(quán)的正確認(rèn)識。在提倡教育公平的今天，如何滿足來自不同經(jīng)濟(jì)地區(qū)和家庭條件的學(xué)習(xí)者需要，保證每一個學(xué)習(xí)者都能受到最新最好的教育，一直是未來課堂研究所追求的目標(biāo)，這項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)較好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

HaaS層：本層的功能是為服務(wù)對象提供必要的硬件支持，如存儲空間、CPU時間、帶寬等服務(wù)。在這一層“彈性”是核心，未來課堂的學(xué)習(xí)者根據(jù)自身的需要會對云支持系統(tǒng)提出不同的硬件需求，如有的學(xué)習(xí)者需要較大的帶寬、存儲空間和CPU時間，因?yàn)樗枰@得視頻類型的學(xué)習(xí)素材；有的學(xué)習(xí)者對帶寬、存儲空間的CPU時間要求較低，因?yàn)樗膶W(xué)習(xí)資源主要是文本類型。為滿足不同學(xué)習(xí)者對各類硬件的彈性需要，從而找到一個應(yīng)用特色與使用費(fèi)用的合理使用。

IaaS層：IaaS層在模型中位于最底層，它所提供的功能是由HaaS層衍生出來的，如虛擬化工具、負(fù)載均衡等，并把這些功能作為服務(wù)提供給用戶。IaaS層主要是由硬件（服務(wù)器、存儲設(shè)備、客戶端系統(tǒng)和設(shè)備）、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件（虛擬化工具、資源管理）和系統(tǒng)通信軟件（系統(tǒng)集成、設(shè)備管理）等組成。這就意味著IaaS是滿足需求的平臺，可以實(shí)現(xiàn)對服務(wù)時間、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源的動態(tài)管理。本層的功能在教育中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在能為完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)程所需的基礎(chǔ)設(shè)備、客戶端和網(wǎng)絡(luò)帶寬提供支持。未來課堂的形式主要由兩個部分組成，一部分是實(shí)體教室內(nèi)的學(xué)生，一部分是遠(yuǎn)程的受教育者。因此，在本層的設(shè)計(jì)中我們考慮了為來自不同地理位置的大量接受遠(yuǎn)程教育的學(xué)生建立學(xué)習(xí)進(jìn)程的需要，對他們學(xué)習(xí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行合理地合成。

2.未來課堂云支持系統(tǒng)功能范圍的界定

基于上述研究結(jié)果，建立以云支持系統(tǒng)為核心的未來課堂模型，在此基礎(chǔ)上，對未來課堂云支持系統(tǒng)的功能范圍進(jìn)行了界定。

（1）未來課堂云支持系統(tǒng)應(yīng)具有很好的交互性

未來課堂是一個基于網(wǎng)絡(luò)的分布式教學(xué)空間，是一個多屏空間，也是一種泛在課堂。因此，未來課堂環(huán)境下的交互包含了多方面的交互，如師生交互、生生交互、遠(yuǎn)程與本地交互、人機(jī)交互、機(jī)機(jī)交互等等，為了滿足這些交互需求，作為未來課堂核心的云支持系統(tǒng)就應(yīng)該具有良好的交互功能。

（2）未來課堂應(yīng)具有“瘦終端”的特性

未來課堂整合了多種高新技術(shù)和設(shè)備，也就意味著需要高投入，尤其是對受教育者來說，學(xué)習(xí)成本的增加不是我們希望看到的。因此，如何使學(xué)習(xí)過程更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，也是云支持系統(tǒng)功能研究的重要內(nèi)容。

（3）未來課堂應(yīng)能對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行跟蹤

2012年地平線報告中指出，基于數(shù)據(jù)的分析技術(shù)將會成為未來5年影響教育的一項(xiàng)重要技術(shù)，未來對學(xué)生的評價將不再局限于高考成績，而是依據(jù)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，具有較高的科學(xué)性和客觀性。云支持系統(tǒng)應(yīng)能滿足上述要求，記錄每一位學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)情況和活躍程度等信息，在學(xué)習(xí)者完成學(xué)業(yè)后云支持系統(tǒng)能根據(jù)這些信息對學(xué)習(xí)者給出公正、科學(xué)的評價。

（4）有效的行為管理、多種接入方式、良好的兼容性是云支持系統(tǒng)的重要功能

學(xué)習(xí)者的上網(wǎng)行為管理是困擾教育信息化發(fā)展的一個重要方面。來自學(xué)校、社會和家長的擔(dān)憂，都可以理解為學(xué)生上網(wǎng)行為缺乏有效管理，導(dǎo)致教育信息化發(fā)展停滯。云支持系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能就是能有效控制學(xué)生的上網(wǎng)行為，限制學(xué)生在學(xué)習(xí)期間的瀏覽對象，讓學(xué)校、社會和家長放心。同時，云支持系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多種方式接入，讓學(xué)習(xí)者不分時間、地點(diǎn)都可以接入到云支持平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)。云支持系統(tǒng)的另一個方面是體現(xiàn)在兼容性上，學(xué)習(xí)者所使用的終端應(yīng)不分平臺、不分檔次、不分品牌，大大降低了學(xué)習(xí)終端的成本投入。

3.未來課堂云支持系統(tǒng)功能研究

云支持系統(tǒng)作為未來課堂的核心，課堂上一切教與學(xué)活動都應(yīng)該與云支持系統(tǒng)功能相結(jié)合（如圖3）。

（1）課前環(huán)節(jié)

在課前環(huán)節(jié)，教師能通過支持系統(tǒng)獲得所需的教學(xué)資源，也能獲得其他教師的教案以供參考，能與其他教師在線對備課內(nèi)容進(jìn)行交流，能在線給學(xué)生布置預(yù)習(xí)內(nèi)容，能獲得學(xué)生對與備課內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的知識的學(xué)習(xí)情況，并把做好的資料存放在云資源庫中。

（2）課中環(huán)節(jié)

教師根據(jù)教室的情況在云支持系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好教室內(nèi)的溫度、光照和換氣等，由云支持系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)。在講授環(huán)節(jié)，教師首先從云資源庫中調(diào)用準(zhǔn)備好的上課資源進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生使用電子書包調(diào)用云資源庫中的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行同步學(xué)習(xí)，利用云支持系統(tǒng)提供的課堂即時互動系統(tǒng)進(jìn)行答題，教師可隨時掌握學(xué)生對知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在小組討論環(huán)節(jié)，給每組學(xué)生分配一塊電子白板，學(xué)生利用共享電子白板進(jìn)行小組討論，教師可隨時關(guān)注學(xué)生討論的情況，根據(jù)情況把某一組學(xué)生的內(nèi)容從小組白板投影到主屏幕上展示。遠(yuǎn)程學(xué)生也可通過云支持系統(tǒng)參與到課堂學(xué)習(xí)中，與其他同學(xué)進(jìn)行交流。最后，教師根據(jù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況，通過云支持系統(tǒng)給學(xué)生布置不同的作業(yè)。

（3）課后環(huán)節(jié)

下課后，整個課堂教學(xué)過程通過實(shí)錄系統(tǒng)記錄下來并存儲到云資源庫中，教師的教學(xué)課件和教學(xué)資源也存儲到云資源庫中。

圖3 以云支持系統(tǒng)為核心的未來課堂模型

學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)在任意時間和地點(diǎn)調(diào)用云資源庫中的資源，把自己在課堂上沒有聽懂的部分再重新學(xué)習(xí)一遍。從云支持系統(tǒng)取出教師布置的作業(yè)，在完成作業(yè)的過程中可與其他同學(xué)在線交流。

教師可以調(diào)用課堂錄像，一方面觀察自己的課堂表現(xiàn)，找到不足，書寫課后反思；另一方面關(guān)注教學(xué)目的是否達(dá)到，教學(xué)效果是否滿意，在后面的教學(xué)中哪些內(nèi)容還需要加強(qiáng)和改進(jìn)等等。其他教師也可以通過互聯(lián)網(wǎng)觀看課堂教學(xué)錄像，并發(fā)起討論。

六、未來課堂云桌面應(yīng)用研究

云桌面的應(yīng)用是在服務(wù)器虛擬化之后的又一種虛擬化技術(shù)研究，作為一種新型的云計(jì)算應(yīng)用模式為云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用開拓了更寬廣的領(lǐng)域。虛擬桌面技術(shù)的應(yīng)用不僅繼承了云計(jì)算技術(shù)的低成本、高可靠性、低維護(hù)量、高安全性和節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上還有了很多技術(shù)創(chuàng)新，如遠(yuǎn)程運(yùn)行、瘦終端等。因此，虛擬桌面在教育技術(shù)中的應(yīng)用研究日益受到重視。在本研究中，我們將虛擬桌面技術(shù)作為應(yīng)用重點(diǎn)引入到未來課堂學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)中，不僅體現(xiàn)了未來課堂研究的前瞻性，表明了未來課堂研究在將來的工作中將會不斷整合新的技術(shù)和設(shè)備，也將大大促進(jìn)學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)的快速發(fā)展。

1.云桌面關(guān)鍵技術(shù)研究

云桌面技術(shù)與傳統(tǒng)的個人桌面技術(shù)相比較，有以下四個方面的優(yōu)勢：

（1）實(shí)現(xiàn)了資源、設(shè)備、存儲的集中管理和維護(hù)

在云桌面技術(shù)中，將應(yīng)用程序和存儲都集中在云端的服務(wù)器集群中，通過后臺定制，按用戶權(quán)限進(jìn)行分發(fā)，虛擬桌面上執(zhí)行的各種應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)存儲（包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)）都集中在云端服務(wù)器群。不僅實(shí)現(xiàn)對學(xué)生行為的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，而且降低了學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用的難度，諸如系統(tǒng)安裝、軟件升級、硬件管理等。

（2）總體擁有成本（TCO）更低，包括軟件成本、資源成本、硬件成本和管理成本

云桌面對終端的硬件要求很低，以至于很多即將淘汰的計(jì)算機(jī)都可以利用。利用云計(jì)算技術(shù)能更好地實(shí)現(xiàn)資源共享，無論用戶在何處，只要能接入互聯(lián)網(wǎng)都可以調(diào)用資源。軟件的購買與升級作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的必備條件，往往需要學(xué)校有大量的投入，利用云桌面技術(shù)，學(xué)校只需要購買一套軟件就可以滿足全校師生的需要，師生不用關(guān)心軟件的升級、安裝等問題。集中式的管理將大大降低管理人員的工作量，從整體上降低各種設(shè)備的部署與維護(hù)成本。

（3）讓用戶有更好的應(yīng)用體驗(yàn)

云桌面直接面向最終用戶，無論用戶安裝的是什么操作系統(tǒng)，通過云桌面所運(yùn)行的都是最新、最先進(jìn)的操作系統(tǒng)。無論用戶的計(jì)算機(jī)硬件配置多低，速度多慢，通過云桌面所享受到的是來自四核、八核甚至更高速度的體驗(yàn)。無論用戶的計(jì)算機(jī)存儲空間有多小，用戶都能體驗(yàn)到海量存儲帶來的感覺。最后，用戶在使用中完全不需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的安全性等問題，給用戶帶來良好的體驗(yàn)。

（4）使更多速度低、內(nèi)存小、即將淘汰的計(jì)算機(jī)能再次利用，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保

近年來隨著我國教育信息化的不斷推進(jìn)，很多學(xué)校的計(jì)算機(jī)都因?yàn)榕渲眠^低、速度過慢而面臨被淘汰，但實(shí)際上這些計(jì)算機(jī)還是能正常使用。通過云桌面系統(tǒng)，只需在這些計(jì)算機(jī)上安裝低端的操作系統(tǒng)并接入到互聯(lián)網(wǎng)，無需升級硬件、擴(kuò)大存儲、更新軟件就能享受最新的操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和海量存儲，使這些被閑置了的巨大計(jì)算資源被重新利用起來。

2.基于Ulteo的云桌面設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

Ulteo云桌面系統(tǒng)中主要包括三個部分：Ulteo應(yīng)用服務(wù)器（Linux）、Ulteo會話管理服務(wù)器和Ulteo應(yīng)用服務(wù)器（Windows）（如圖四）。Ulteo會話管理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)會話管理，Ulteo應(yīng)用服務(wù)器（Linux）為用戶提供基于Linux的應(yīng)用程序，Ulteo應(yīng)用服務(wù)器（Windows）為用戶提供基于Windows的應(yīng)用程序。

圖4 Ulteo狀態(tài)流程圖

根據(jù)Ulteo系統(tǒng)的需要，我們對云桌面進(jìn)行了設(shè)計(jì)（如圖5），把教育云分為兩個部分：基于Linux環(huán)境的SassionManager&Applicationsserver和Win?dows環(huán)境下的ApplicationsServer、TerminalServ?er&Applicationsserver。Linux服務(wù)器主要承擔(dān)了會話管理和提供基于Linux的應(yīng)用程序調(diào)用和管理服務(wù)，Windows服務(wù)器主要提供基于Windows的應(yīng)程序管理服務(wù)。首先在局域網(wǎng)環(huán)境中搭建該系統(tǒng)，分別為兩臺服務(wù)器分配了兩個私有IP地址（如表1所示）。系統(tǒng)搭建完成以后，學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)或WIFI連接到虛擬桌面，調(diào)用各種應(yīng)用程序和學(xué)習(xí)資源。

3.云桌面應(yīng)用研究

為了測試云桌面的應(yīng)用效果，項(xiàng)目組在局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行了測試。為了應(yīng)對電子書包的到來，項(xiàng)目組還測試了各種移動終端的云桌面應(yīng)用情況。

表1 服務(wù)器IP地址分配表

圖5 云桌面系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）不同賬戶登錄

首先利用普通PC機(jī)進(jìn)行測試，要求學(xué)生利用不同的用戶名進(jìn)行登錄，登錄網(wǎng)址192.168.0.2/ovd，運(yùn)行時速度良好。項(xiàng)目組事先在服務(wù)器端對不同用戶設(shè)置應(yīng)用程序的使用權(quán)限和存儲權(quán)限，用戶在登錄到云桌面服務(wù)器后得到不同的主頁和應(yīng)用程序列表（如圖6所示），左邊是用某教師賬戶登錄的系統(tǒng)主頁，右邊是用某學(xué)生賬戶登錄的系統(tǒng)主頁。測試結(jié)果顯示，不同用戶所看到的應(yīng)用程序列表是不一樣的，也就是說，他們所能運(yùn)行的應(yīng)用程序是不一樣的。每個用戶都可以建立自己的文件夾，互不影響；每個用戶也可以訪問公共資源庫，其中任何一個用戶出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)對其他用戶不會產(chǎn)生任何影響。

圖6 云桌面的個性化桌面A和B

（2）學(xué)生利用筆記本電腦登錄云桌面

在未來課堂環(huán)境下，學(xué)生用不同類型筆記本登錄云桌面系統(tǒng)，可以得到如圖7所示的個性化環(huán)境。在登錄前根據(jù)學(xué)生的不同需要預(yù)先定制了需要的應(yīng)用程序和資源，學(xué)生登錄后通過瀏覽器所獲得的桌面應(yīng)用程序圖標(biāo)是不同的，從而體現(xiàn)出云桌面可以根據(jù)不同的需要定制不同的應(yīng)用程序，同時，云支持系統(tǒng)還為學(xué)生提供了云存儲空間，保證了每個學(xué)生作業(yè)存儲的安全性和可靠性。

圖7 云桌面系統(tǒng)的個性化主頁面C

（3）iPad

在iOS系統(tǒng)中使用Windows應(yīng)用程序的兼容性問題一直難以解決。云桌面系統(tǒng)較好地解決了這一問題。學(xué)生通過iPad中的瀏覽器登錄云桌面系統(tǒng)（如圖8右圖所示），看到的是根據(jù)學(xué)生需要定制的應(yīng)用程序桌面。學(xué)生可以像使用傳統(tǒng)的PC機(jī)一樣調(diào)用這些程序，很好地克服了平臺的兼容性問題。

圖8 各種智能終端登錄云支持系統(tǒng)的桌面

（4）手機(jī)（Android系統(tǒng)）

移動學(xué)習(xí)是未來一種很重要的學(xué)習(xí)方式。伴隨著智能手機(jī)的普及，移動學(xué)習(xí)越來越成為可能。為了滿足移動學(xué)習(xí)的需要，我們測試了利用智能手機(jī)登錄云支持系統(tǒng)的功能，結(jié)果顯示，通過Android手機(jī)登錄到云支持系統(tǒng)后，用戶可以在瀏覽器中看到與傳統(tǒng)PC桌面類似的桌面環(huán)境（如圖8左圖所示），桌面上的應(yīng)用程序圖標(biāo)可以在后臺系統(tǒng)根據(jù)需要預(yù)先定制，實(shí)現(xiàn)了泛在學(xué)習(xí)。

測試結(jié)果顯示，云桌面支持系統(tǒng)具有很好的跨平臺性能，在Android和iOS系統(tǒng)下也能很好地運(yùn)行Windows應(yīng)用程序，如OFFICE等，進(jìn)一步證明了云桌面系統(tǒng)具有很好的跨平臺和跨終端特性，與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面學(xué)習(xí)系統(tǒng)相比，體現(xiàn)了良好的應(yīng)用價值。同時，支持終端的多樣化使得學(xué)校不再為那些動輒幾千元的電子書包所困擾，學(xué)生可以根據(jù)自己的家庭經(jīng)濟(jì)情況選用電子書包的硬件，降低了教育成本，體現(xiàn)了教育公平。同時，實(shí)驗(yàn)顯示，在云支持系統(tǒng)下，學(xué)習(xí)將不再受時間和空間限制，可以在任何時間、任何地點(diǎn)利用智能手機(jī)接入云支持系統(tǒng)獲取學(xué)習(xí)資源，在微課程支持下，人們甚至可以利用等火車或飛機(jī)的時間進(jìn)行學(xué)習(xí)。泛在學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)在云支持系統(tǒng)下成為可能。

七、未來課堂云支持系統(tǒng)的實(shí)踐研究

未來課堂云桌面功能實(shí)現(xiàn)后，針對這一功能，選擇了筆者所擔(dān)任的教學(xué)班級進(jìn)行實(shí)踐研究（如圖9），學(xué)生每四人一組。由于條件所限，均采用筆記本電腦訪問云支持平臺，通過云桌面系統(tǒng)運(yùn)行multi?sim軟件對電路進(jìn)行仿真。通過一個學(xué)期的實(shí)踐，獲得了一定的成果，根據(jù)這些成果梳理出了在云桌面系統(tǒng)支持下的幾點(diǎn)優(yōu)勢：

圖9 學(xué)生利用云支持系統(tǒng)運(yùn)行仿真軟件

1.利用云桌面功能降低了教學(xué)成本

為了降低模擬電子技術(shù)課程的難度，學(xué)院購買了正版multisim軟件，由于受資金限制只能購買10個點(diǎn)的使用權(quán)限，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生無法使用。通過云支持系統(tǒng)很好地解決了這一問題。每個學(xué)生都能通過筆記本電腦登錄云支持系統(tǒng)使用該軟件，在網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器配置充分的情況下，學(xué)生在運(yùn)行軟件時就像在自己的筆記本上運(yùn)行一樣，較好地解決了辦學(xué)經(jīng)費(fèi)不足的問題。

2.有效地限制了學(xué)生的上網(wǎng)行為

學(xué)生利用智能終端上課一直以來都受到社會和家長的質(zhì)疑，其重要原因就是社會和家長擔(dān)心學(xué)生有了智能終端以后都不會認(rèn)真聽課，而是上互聯(lián)網(wǎng)做其他事情，反而影響學(xué)生學(xué)習(xí)。有了云支持系統(tǒng)以后，學(xué)生通過登錄云桌面系統(tǒng)所能使用的應(yīng)用程序是事先由教師根據(jù)課堂教學(xué)需要設(shè)置好的，因此學(xué)生不能做與課堂教學(xué)無關(guān)的事情，有效地解決了這一問題。

3.為學(xué)生提供更好地復(fù)習(xí)資源

利用教室安裝的錄播系統(tǒng)對教學(xué)過程進(jìn)行錄像，并把錄像放在云支持系統(tǒng)資源庫中，學(xué)生在課余時間可以通過訪問云支持系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)習(xí)，對教學(xué)過程進(jìn)行再現(xiàn)，提高了復(fù)習(xí)效果。

4.有利于學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)不同進(jìn)程和能力，教師可以對學(xué)生登錄的云桌面系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)，包括他們能使用的軟件、能利用的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)內(nèi)容等，每個學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)程完全根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和進(jìn)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。

八、研究工作的不足與展望

未來課堂云支持系統(tǒng)的研究取得了一定的成果，但是也存在一些問題：

1.由于研究經(jīng)費(fèi)的限制，搭建云支持系統(tǒng)所采用的是低端服務(wù)器，導(dǎo)致學(xué)生接入較慢。但是，隨著高性能服務(wù)器群和虛擬服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，這一問題將會得到解決。

2.由于云支持系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，會在某一時間出現(xiàn)訪問高峰，這一情況對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高。由于實(shí)驗(yàn)是在局域網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行，避免了網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響。如果要正式投入使用，必須解決這一問題。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，這一問題也將得到解決。

未來課堂云桌面的實(shí)現(xiàn)具有很重要的意義，該功能的實(shí)現(xiàn)為針對未來課堂環(huán)境的教學(xué)模式和教學(xué)理論研究提供了基本條件，我們將在此基礎(chǔ)上開展基于云桌面的教學(xué)設(shè)計(jì)研究，也會針對云桌面系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)進(jìn)行研究。

九、結(jié)束語

未來課堂作為一種新的教學(xué)模式，伴隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展越來越受到重視，利用云計(jì)算技術(shù)為未來的教學(xué)提供各方面的支持也將成為一種趨勢。我們有理由相信，伴隨著各種高新技術(shù)的應(yīng)用，對教育的各個環(huán)節(jié)都能提供有力的支撐，如交互性、個性化、教學(xué)質(zhì)量、教育資源的分配、教育管理水平等。因此，加強(qiáng)云計(jì)算技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究將成為未來教育的重點(diǎn)之一。

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許亞鋒；張際平。華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系（200062）。

陳衛(wèi)東，蘇州科技學(xué)院 傳媒科學(xué)與技術(shù)系（215009）。

責(zé)任編輯 日 新

G40-057

A

1009—458x（2014）06—0069—08

2013－09－15

王麒，教授，貴州師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院（550001）。

*本論文系教育部人文社會科學(xué)研究2010青年基金項(xiàng)目“基于未來課堂的課堂互動研究”（項(xiàng)目編號：10YJC880015）和華東師范大學(xué)校級重點(diǎn)教改課題“新媒體、新技術(shù)體驗(yàn)教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號：52150072）的研究成果。