高艷賀，王鋒輝

（1.西安外國(guó)語(yǔ)大學(xué)，陜西 西安710128；2.萬(wàn)達(dá)文化旅游規(guī)劃研究院，北京100020）

一、引言

信息化是促成未來(lái)中小學(xué)教育及學(xué)習(xí)革命的主要?jiǎng)恿?，《?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》明確提出，要“加快教育信息化進(jìn)程”[1]。中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)正是響應(yīng)這一發(fā)展的需求而提出的概念。不同于高等學(xué)校的數(shù)字化校園建設(shè)，中小學(xué)校因其數(shù)量多、地域分散、資源分散、資金投入有限等原因，在每個(gè)學(xué)校均配置較多數(shù)量的服務(wù)器及其它軟硬件設(shè)備，建成類(lèi)似于高校的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，且配備大量專(zhuān)職信息管理人員并不現(xiàn)實(shí)，而且會(huì)出現(xiàn)資源利用效率低、使用維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。

云計(jì)算是近年來(lái)信息技術(shù)發(fā)展的新成果，代表未來(lái)信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。云計(jì)算所具有的特點(diǎn)恰好能夠彌補(bǔ)以往數(shù)字化校園建設(shè)方案的不足，能解決目前中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)中遇到的經(jīng)費(fèi)投入有限、基礎(chǔ)設(shè)施利用低效等問(wèn)題。鑒于云計(jì)算可以為中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)提供良好的技術(shù)途徑和技術(shù)方案這一事實(shí)，一些地方的中小學(xué)已啟動(dòng)了云計(jì)算輔助教學(xué)的實(shí)踐，如鞍山一中、廣州天河區(qū)中小學(xué)、浙江海鹽地區(qū)中小學(xué)等。[2,3,4]《上海市中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》（2010-2020年）提出，上海的教育發(fā)展要利用“電子書(shū)包”和“云計(jì)算輔助教學(xué)”建立數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，使每個(gè)學(xué)生能夠使用信息技術(shù)工具，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。[5]

在近期出現(xiàn)的中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)方案中，云計(jì)算的概念被屢屢提及，也引發(fā)了不同的評(píng)論。[6]現(xiàn)階段中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)對(duì)云計(jì)算的需求具體體現(xiàn)在哪些地方、如何利用云計(jì)算技術(shù)建設(shè)中小學(xué)數(shù)字化校園，都是中小學(xué)教育信息化工作者和信息技術(shù)專(zhuān)家必須直面的問(wèn)題。本文通過(guò)分析中小學(xué)數(shù)字化校園的建設(shè)目標(biāo)、基本架構(gòu)及其功能，同時(shí)剖析云計(jì)算技術(shù)的本質(zhì)和功用，尋求二者的契合點(diǎn)，理清中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)對(duì)云計(jì)算技術(shù)的具體需求，并提出基于云計(jì)算技術(shù)的中小學(xué)數(shù)字化校園解決方案。

二、中小學(xué)數(shù)字化校園的本質(zhì)及其架構(gòu)

中小學(xué)數(shù)字化校園是以校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的信息化手段和計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從環(huán)境（包括設(shè)備、教室等）、資源（如圖書(shū)、講義、課件等）到活動(dòng)（包括教學(xué)、管理、服務(wù)、辦公等）全部數(shù)字化。通過(guò)對(duì)數(shù)字信息資源的整合和集成，構(gòu)成統(tǒng)一的用戶(hù)管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制，最終實(shí)現(xiàn)教育過(guò)程的全面信息化。

中小學(xué)數(shù)字化校園的基本架構(gòu)如圖1所示，從下而上依次為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用支撐層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信終端、視音頻多媒體設(shè)備、RFID等，構(gòu)架數(shù)字化校園的硬件平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)和五室（多媒體實(shí)驗(yàn)室、遠(yuǎn)程會(huì)議室、網(wǎng)絡(luò)教室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、電子閱覽室）。應(yīng)用支撐層主要包含校園信息數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字資源庫(kù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)安全、外部網(wǎng)接入等系統(tǒng)支撐軟件，為各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。應(yīng)用層是基于校園網(wǎng)的，面向教師和學(xué)生的教學(xué)、管理及服務(wù)的軟件平臺(tái)，包含數(shù)字化校園的絕大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 中小學(xué)數(shù)字化校園的基本架構(gòu)

對(duì)于數(shù)字化校園而言，以上三個(gè)層次的基本配置是必需的。對(duì)于具體的數(shù)字化校園建設(shè)項(xiàng)目，各層的軟硬件配置可根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)娜∩帷o(wú)論采用什么樣的技術(shù)、配置多少信息技術(shù)產(chǎn)品，各種數(shù)字化校園建設(shè)方案的不同僅僅在于上述各層中的產(chǎn)品配置不同。具體到某個(gè)中學(xué)或小學(xué)，數(shù)字化校園的建設(shè)不必面面俱到，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際所需，以效用最大化為目的，根據(jù)需求進(jìn)行數(shù)字化校園的應(yīng)用層設(shè)計(jì)與規(guī)劃，再由應(yīng)用層需求提煉出應(yīng)用支撐層和基礎(chǔ)設(shè)施層的功能及相應(yīng)的產(chǎn)品配置。在此過(guò)程中，還需兼顧已有的設(shè)備和設(shè)施，通過(guò)適應(yīng)性改造，實(shí)現(xiàn)最大化的包容和繼承，避免一切從頭開(kāi)始的方案。

三、云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)及其技術(shù)特點(diǎn)

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，也是引領(lǐng)未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵戰(zhàn)略性技術(shù)和手段。[9]狹義地講，云計(jì)算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源。廣義地講，云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)。

云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)可分為四層：物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）構(gòu)建層，[10]如圖2所示。物理資源層包括計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件等。資源池層是將大量相同類(lèi)型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計(jì)算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。管理中間件層負(fù)責(zé)對(duì)云計(jì)算的資源進(jìn)行管理，并對(duì)眾多應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù)。SOA構(gòu)建層將云計(jì)算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services服務(wù)，并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用，包括服務(wù)接口、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找、服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)和服務(wù)工作流等。

圖2 云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算采用虛擬化技術(shù)調(diào)配資源，將處于不同層面的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)隔離開(kāi)來(lái)，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用中的物理設(shè)備之間的劃分，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)動(dòng)態(tài)化，達(dá)到集中管理和動(dòng)態(tài)使用物理資源及虛擬資源的效果。云計(jì)算提供三類(lèi)服務(wù)，即SaaS（軟件即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）。[11]IaaS中包含操作系統(tǒng)和硬件基礎(chǔ)設(shè)施，如Amazon提供的面向IaaS層的EC2/S3。PaaS中主要包含各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件，如Google提供的面向PaaS層的App Engine，以及微軟公司提供的Windows Azure。SaaS中主要包含多種應(yīng)用程序，如Salesforce提供的online CRM等。隨著云計(jì)算的發(fā)展，傳統(tǒng)的以PC和服務(wù)器為中心的IT應(yīng)用模式將發(fā)生巨大變化，IT的應(yīng)用、部署模式和商業(yè)模式也將發(fā)生重大的變化，用戶(hù)只需要擁有可上網(wǎng)的終端設(shè)備，就能享受到自己想要的各種IT服務(wù)。

從云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)可知，云計(jì)算適合應(yīng)用于具有以下特點(diǎn)的業(yè)務(wù)：一是業(yè)務(wù)量彈性大，用戶(hù)數(shù)量增加較快，對(duì)資源占用不均勻；二是業(yè)務(wù)量較小，無(wú)法充分利用所分配資源。而中小學(xué)校的數(shù)字化校園對(duì)于信息技術(shù)的需求恰好具有上述特點(diǎn)。

四、云計(jì)算如何應(yīng)用于中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)

如圖3所示，若將中小學(xué)數(shù)字化校園的架構(gòu)與云計(jì)算的三種服務(wù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，即可發(fā)現(xiàn)二者在各層存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。中小學(xué)數(shù)字化校園的應(yīng)用層可使用Saas（軟件即服務(wù)）中的應(yīng)用軟件，應(yīng)用支撐層可利用PaaS(平臺(tái)即服務(wù))中的數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層可利用IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）中的服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施。

由圖3中的關(guān)聯(lián)關(guān)系可知，云計(jì)算可以在中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)的各個(gè)層級(jí)中得到應(yīng)用，將云計(jì)算融入到校園的各個(gè)應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，通過(guò)計(jì)算及存儲(chǔ)資源的彈性分配和動(dòng)態(tài)管理，構(gòu)建綜合信息服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)透明高效的校務(wù)管理和泛在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，能有效避免以往數(shù)字化校園架構(gòu)所存在的信息孤島、系統(tǒng)彈性差、資源利用率低、建設(shè)周期長(zhǎng)、IT成本高等缺點(diǎn)。

圖3 中小學(xué)數(shù)字化校園架構(gòu)與云計(jì)算服務(wù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系

鑒于云計(jì)算在中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值和潛力，國(guó)外主要IT公司，如Google、思科、蘋(píng)果、亞馬遜等均推出面向教育的云計(jì)算服務(wù)。如Google的協(xié)作學(xué)習(xí)平臺(tái)、微軟的教育云平臺(tái)等。[7]國(guó)內(nèi)的電信企業(yè)華為也推出面向教育的云計(jì)算服務(wù)，如華為的智慧教育項(xiàng)目，提出了基于云計(jì)算環(huán)境的“區(qū)域教育云+智慧校園”的融合社會(huì)教育信息化解決方案。

利用云計(jì)算技術(shù)建設(shè)的中小學(xué)數(shù)字化校園可以實(shí)現(xiàn)“云計(jì)算輔助教學(xué)”（Cloud ComputingAssisted Instructions），即學(xué)校和教師利用云計(jì)算提供的服務(wù)，構(gòu)建個(gè)性化教學(xué)的信息化環(huán)境，支持教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。利用基于云計(jì)算的教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施（如移動(dòng)互聯(lián)的課堂、泛在的學(xué)習(xí)資源和社區(qū)），可以促進(jìn)教學(xué)資源的整合，保障教學(xué)信息的安全，分析學(xué)生日常行為取向，改進(jìn)教學(xué)設(shè)施和教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的個(gè)性化教學(xué)，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

目前，數(shù)字化校園的建設(shè)主要有三種模式，即自主開(kāi)發(fā)模式、合作開(kāi)發(fā)模式和租賃模式。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及市場(chǎng)分析結(jié)果表明，不同規(guī)模的中小學(xué)數(shù)字化校園的建設(shè)成本一般在2萬(wàn)元至20萬(wàn)元。受建設(shè)成本及技術(shù)條件等因素制約，中小學(xué)數(shù)字化校園的建設(shè)宜采用合作開(kāi)發(fā)模式或租賃模式，而采用這兩種開(kāi)發(fā)模式，則更適合引入云計(jì)算。數(shù)字化校園的部署模式主要有獨(dú)立部署模式、托管部署模式和合作部署模式。目前，我國(guó)高校大多采用獨(dú)立部署模式，大多數(shù)中小學(xué)也采用了獨(dú)立部署模式，少數(shù)中小學(xué)開(kāi)始嘗試采用托管部署模式或合作部署模式。隨著云計(jì)算技術(shù)引入數(shù)字化校園建設(shè)，托管部署模式將更有競(jìng)爭(zhēng)力。

五、面臨的問(wèn)題及對(duì)策

當(dāng)前，云計(jì)算應(yīng)用于中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是安全問(wèn)題，另一類(lèi)是資源建設(shè)問(wèn)題。

所有教育資源均集中在云端，或均從云計(jì)算供應(yīng)商的數(shù)據(jù)中心獲取，則必然存在廠(chǎng)商依賴(lài)和數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。另外，各學(xué)校均有自己的私有數(shù)據(jù)需要保護(hù)，如校本課程資源、校園資產(chǎn)、教師及學(xué)生的個(gè)人信息等。針對(duì)上述問(wèn)題，可通過(guò)采用公有云和私有云的混合云策略解決，學(xué)校內(nèi)部的信息資源（如校本課程、特色課程）由私有云管理，學(xué)校外部的資源（如數(shù)字化圖書(shū)館、公共信息資源、科研資源）由公有云管理。公有云可實(shí)現(xiàn)資源共享，提高軟硬件使用效率；私有云既可保護(hù)各學(xué)校內(nèi)部資源的安全，又能避免對(duì)IT基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模需求。此外，云計(jì)算的一大特點(diǎn)就是其安全性。例如，云計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)集群內(nèi)部異常數(shù)據(jù)，對(duì)可能的安全問(wèn)題做出判定，并向各服務(wù)器發(fā)送防止病毒擴(kuò)散的措施，從而預(yù)防安全問(wèn)題的出現(xiàn)。

共享特定區(qū)域內(nèi)的教學(xué)資源，是中小學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)的重要保障條件。數(shù)字化校園的支持服務(wù)體系應(yīng)由政府主導(dǎo)，由企業(yè)與學(xué)校共建，以區(qū)域（市/縣）教育主管單位為中心，整合教育資源及業(yè)務(wù)流程，建立統(tǒng)一的教育公共服務(wù)平臺(tái)，為教師、學(xué)生、家長(zhǎng)及教育管理者提供統(tǒng)一的協(xié)作和溝通平臺(tái)。國(guó)家基礎(chǔ)教育云平臺(tái)已于2012年12月28日開(kāi)通上線(xiàn)試運(yùn)行，向全國(guó)各級(jí)各類(lèi)教育免費(fèi)提供公益服務(wù)。[8]北京、上海、南京等地已建設(shè)了面向區(qū)域的教育云，向區(qū)域內(nèi)的學(xué)校、教師、學(xué)生和家長(zhǎng)提供各種教學(xué)服務(wù)和教育教學(xué)資源。

[1]國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）.

[2]俞建華.基于云計(jì)算的遠(yuǎn)程教學(xué)資源建設(shè)模式——以浙江開(kāi)放大學(xué)為例[J].中國(guó)電化教育,2011(12)：130-134.

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