寇衛(wèi)利 胡剛毅 魯寧 楊微微 禹玥昀

摘 要：為響應國家“雙一流”建設號召，針對當前高校教學信息化方面存在的主要問題，結合云計算概念與特征，分析云計算在高校教學信息化過程中的重要作用，并探討基于云計算的高校教學信息化應用模式。在教學信息化建設過程中，云計算能夠在海量教學資源存儲、異構教學資源整合、教學信息安全保證、教學服務提供等方面發(fā)揮支撐作用，并能應用云計算構建真實教學場景、實現(xiàn)個性化學習環(huán)境、建立虛擬學習社區(qū)、發(fā)展虛擬學習平臺以及提供靈活多樣的教學評價。因此，云計算是一種高校教學信息化建設的新技術，能夠有效提升教學質量，提升教學管理水平。

關鍵詞：云計算;高等學校;教學信息化;教學模式

DOI：10. 11907/rjdk. 192394 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：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

經過多年的投資建設，高校信息化基礎設施不斷健全，基礎網(wǎng)絡環(huán)境逐步完善，基本實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡全覆蓋。如今高校信息化應用建設廣泛且深入，如學生管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、教務管理系統(tǒng)等已在高校普及。因此，高校目前已進入到信息化管理時代。

教學是高校日常運行的核心任務，也是人才培養(yǎng)的主要途徑。由于信息技術對于本科人才培養(yǎng)可起到顯著促進作用[1]，所以各高校非常重視教學信息化建設。雖然目前各高校教學信息化建設已經取得了長足發(fā)展，但仍然存在諸多問題，主要表現(xiàn)在：①缺乏統(tǒng)一的教學信息服務管理平臺，信息孤島問題依然十分突出。例如，學院教學管理系統(tǒng)與學校教學管理系統(tǒng)的存儲接口及數(shù)據(jù)結構不統(tǒng)一，導致教學資源無法方便快捷地進行共享，以及各部門都存在數(shù)據(jù)更新不同步、數(shù)據(jù)冗余等問題;②軟硬件資源重復投資建設，計算資源分布不均、利用率低下，而且各部門的教學管理平臺存在異構性，計算資源難以統(tǒng)一調度;③教學資源應用集成度低，應用管理服務不到位，如部分教學資源存在嚴重的分布不均與更新不及時的情況;④教學系統(tǒng)兼容性較差，支持平臺較少。如現(xiàn)有系統(tǒng)大多僅支持臺式機，而對于移動端的支持非常有限，不能適應移動教學場景，而這些問題主要是因為傳統(tǒng)計算模式與平臺在存儲、計算等方面的局限性所致。

云計算是一種新興計算模式，為解決以上問題提供了新機遇。如何利用云計算技術提高教學質量及教學管理水平已成為高校教學研究的熱點問題。部分學者探討了云計算技術在高校教學信息化中的應用[2-4]，包括實驗室教學云平臺[5-7]、教學資源管理評價[10-12]等多個方面[13-16]，并嘗試結合云計算進行慕課教學設計[17]，從而有效提升了教學質量。相關研究涉及不同領域的課程，如臨床醫(yī)學[18]、英語[19-20]、算法與數(shù)據(jù)結構[21]以及運動人體科學實驗[22]等。這些研究主要從具體應用實例著手，證明了云計算在教學中的有效性，但未對云計算應用模式進行系統(tǒng)梳理與闡述。為此，本文重點闡述云計算在高校教學信息化中的支撐性作用，并探討高校教學云計算應用模式。

1 云計算概念及特點

云計算（Cloud Computing）是一種新興的商業(yè)計算模型，是分布式處理（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）和網(wǎng)格計算（Grid Computing）等計算機科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。其將計算任務分布于由大量物理分散的計算機構成的巨大資源池中，用戶按需從中獲取計算、存儲及各種軟硬件資源與服務，而無需專門投資購買相關設備和軟件。如今云計算已成為各行業(yè)應用的熱門技術，教學領域也不例外。

云計算服務特征主要包括：①用戶可根據(jù)需求選擇線上自助服務。用戶只需在線自助選取服務并支付相關費用即可即時獲得服務;②可隨時隨地通過網(wǎng)絡設備進行訪問。云計算服務能夠自動根據(jù)用戶需求分配相應計算資源，采用跨平臺多機協(xié)作機制，通過遠程連接為用戶提供定制服務;③多人共享資源池;④提供的服務能夠被實時監(jiān)控與量測;⑤可基于虛擬化技術快速部署資源或獲得服務，靈活度高;⑥能夠減輕用戶終端處理負擔。用戶不需要購買與維護硬件設備、存儲系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)，不用關心服務設備所在位置;⑦有效降低了用戶對于信息技術專業(yè)知識及人員的依賴。云計算資源使用非常簡單、方便，一般用戶根據(jù)說明書即可快速學會并使用。

2 云計算在高校教學信息化中的作用分析

2.1 存儲海量教學資源

通過長期不斷積累，高校教學資源具有體量龐大、類型多樣的特點，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心已無法滿足教學資源管理的存儲需求。云計算可充分利用大量中低端服務器，甚至閑置服務器資源構建廉價、大型高性能分布式數(shù)據(jù)中心。通過集群和分布式計算軟件工具對各終端的計算能力實現(xiàn)集成利用，為大量復雜的高校教學工作提供計算服務，以提高數(shù)據(jù)處理效率。云計算教學存儲服務具有高可靠性、超大容量、集中存儲、冗余度低等優(yōu)點。

2.2 整合高校異構教學資源

教學資源常以不同格式分布于不同部門的不同設備中，是一種典型的異構資源。因此，如何有效整合異構教學資源是亟待解決的一個關鍵問題。云計算的根本出發(fā)點是信息融合、存儲與共享，以最大限度地整合資源，所以采用云計算方式能夠將全世界范圍內的教育資源聚合于云端，學習者根據(jù)需要自由選擇學習內容，教育者只需負責教育資源的歸類、管理及訪問規(guī)則制定等。在學習過程中，學習者和教育者可在既定規(guī)則下對既有學習內容進行補充、修改，不斷完善教學資源庫、降低教育成本，實現(xiàn)資源的充分共享，提高教學質量。云計算將大量分布于不同設備、不同格式的異構教學資源通過虛擬化技術進行整合，并形成一個實時動態(tài)更新的巨大云資源池，從而為全世界范圍內接入互聯(lián)網(wǎng)的學習者提供優(yōu)質教學資源。云計算的擴展性非常強，多個院校部門可將各自現(xiàn)有軟硬件資源加入到一個共有“云”中，從而減少單個部門的資金和時間投入，實現(xiàn)真正意義上的教學資源共享。

2.3 保障教學資源安全

教學資源安全問題涉及多個方面，包括師生信息、教學資源、教學文件等。與傳統(tǒng)存儲模式相比，云計算在存儲位置、資源訪問、維護方式和病毒防護4個方面都具有明顯優(yōu)勢（見表1），能夠極大地提高教學資源的安全性。如多副本技術不但能夠為用戶提供無感故障恢復功能，而且能夠保障數(shù)據(jù)安全。

2.4 提供豐富多樣的教學服務

由于云計算具有通用性和虛擬性特點，各種格式的海量教學資源數(shù)據(jù)被虛擬化為云教學資源池，能夠提供豐富的教學內容，以及一站式教學服務。具體教學服務包括：①多種設備間數(shù)據(jù)隨時隨地自由共享。如教學文檔多人在線協(xié)同編輯，教學視頻、課件資料等在不同設備終端（如手機、平板、臺式機或筆記本電腦）之間共享;②慕課、直播等多種形式的在線網(wǎng)絡教學活動;③與家長互動，向其展示從學校教育到生活教育、從教育理念到教育方法等方面的成功案例等。用戶可以很容易地獲取云教學服務，既不用安裝額外的服務器端程序，也不需要安裝客戶端軟件，僅通過瀏覽器即可隨時隨地獲取所需服務。如當前大量慕課教學課堂都是基于云計算模式的[23]，在新型冠狀病毒肺炎疫情期間發(fā)揮了巨大作用，可同時支持上萬人的在線學習活動，保障了教育部“停課不停學”政策的落實。

2.5 確保教學資源的時效性與有效性

當前，大量線上教學資源網(wǎng)站變成了僵尸網(wǎng)站，其中有大量死鏈及陳舊的教學內容，無法保障教學資源的有效性與實時性，很大程度上影響了線上學習質量。云計算教學平臺能夠自動對海量教學資源數(shù)據(jù)進行有效性檢查與內容篩選;能夠自動、及時地更新云教學資源，保證學習環(huán)境中資源的新穎性，并突出顯示以引起用戶注意;通過對學習者學習行為的分析，智能地為用戶推薦感興趣的學習資源。

3 教學應用模式

3.1 構建實踐教學場景

實踐教學是培養(yǎng)學生掌握科學方法及提高動手能力的重要途徑。與理論教學相比，實習實訓教學具有更強的直觀性、實踐性、綜合性與創(chuàng)新性，對于學生素質培養(yǎng)以及創(chuàng)新能力提高等具有不可替代的作用。近年來，隨著高校辦學規(guī)模不斷擴大，學生人數(shù)快速增加，而因教育投入有限，導致教學資源嚴重不足[24]，并且時空分布不均。由于學生到企業(yè)實習存在一定的人身財產安全隱患（如意外傷害、受騙上當?shù)龋?，增加了實習實訓管理難度，導致學生實習實訓次數(shù)呈遞減趨勢，而實習實訓次數(shù)的減少必然會影響教學效果。教學實踐證明，采用虛擬教學場景可緩解該矛盾，但其瓶頸是傳統(tǒng)虛擬教學平臺存在海量數(shù)據(jù)存儲難、計算速度慢、展示效果差等問題。結合云計算特點構建虛擬教學場景，可管理與存儲海量模擬數(shù)據(jù)，并有效提高數(shù)據(jù)處理速度，提高圖像、音頻和視頻數(shù)據(jù)質量。虛擬云教學場景利用云計算平臺仿真與遠程控制技術，將真實教學場景資源進行虛擬化，形成資源池，讓學生在線完成實踐教學，從而緩解師資、實驗設備投入不足等問題。

3.2 實現(xiàn)個性化學習環(huán)境

研究證明差異化教學能夠提高教學質量[25]，但高校通常以班級為單位制訂教學計劃、教學內容、實習內容和考核形式，而忽視了學生家庭背景、生活經歷、性格、智商、情商及興趣等方面差異。受教學條件限制，當前教學也無法根據(jù)每個學生的學習行為、進度等個人學習數(shù)據(jù)進行個性化教學。因此，根據(jù)學生性格與興趣的差異性構建個性化學習環(huán)境并開展精準施教成為當前亟待解決的難題。然而，個性化教學對教學資源的要求較高，而高校的師資及硬件教學資源難以全面支撐個性化教學的開展，云計算平臺為解決這一難題提供了新途徑。云教學服務平臺通過分析學生的家庭背景、學習進度、學習狀態(tài)等大數(shù)據(jù)，掌握學生學習特征，再基于這些特征自動調取教學內容與學習方法等資源，進而構建一個可動態(tài)調整的個性化學習環(huán)境，并能實時、動態(tài)調整學習環(huán)境參數(shù)，從而提高學習效果。

3.3 建立虛擬學習社區(qū)

一個社區(qū)可以建立在網(wǎng)絡虛擬空間中，各成員不一定互相認識，但能通過網(wǎng)絡進行討論與交流。各成員在商定了目標、規(guī)范、義務和溝通方式的基礎上構建虛擬社區(qū)。虛擬社區(qū)將來自不同地域和文化背景的人聚集在一起，可經常性地通過電子郵件、電子公告板、聊天室、論壇和即時通信軟件等手段溝通信息、分享知識和經驗，以及協(xié)作完成學習任務。當前，虛擬社區(qū)建設尚存在無法有效激發(fā)學習者學習興趣、個性化指導不夠、教育資源不足等問題。通過云計算將豐富的教育資源整合于云端，建立一個以學習共同體為目標的虛擬學習社區(qū)能有效改變當前狀況。社區(qū)成員可根據(jù)個人喜好和習慣設計自己的虛擬社區(qū)，如社區(qū)風格樣式、學習內容、交流平臺等。云虛擬社區(qū)使學生學習不再受時間和地點限制，可最大限度地尋找所需學習資源并進行各種社會性交流，從而克服遠程學習過程中的孤獨情緒，并不斷從中得到支持與鼓勵。

3.4 發(fā)展移動學習平臺

移動學習是指利用無線移動通信網(wǎng)絡技術，通過無線移動通信設備（如智能手機、個人數(shù)字助理、平板電腦）獲取教學信息、教學資源和教學服務的一種新型數(shù)字化學習形式。移動平臺的學習者只需通過瀏覽器即可隨時隨地訪問教學資源進行學習。存儲于云端的教學資源、學習計劃、學習進度等大數(shù)據(jù)，不但可以隨時被用戶訪問，而且十分安全穩(wěn)定。目前，移動學習尚存在教學資源分散、平臺重復建設、存儲空間不足、計算能力有限、交流互動實時性不強、教學資源不足、更新滯后等問題。云教學服務平臺可對教學資源統(tǒng)一進行存儲管理，并對所有應用程序統(tǒng)一部署，從而有效解決當前存在的問題，如目前已成功研發(fā)出移動虛擬實驗云程序編譯平臺、電路仿真平臺和硬件實驗平臺并投入應用[26]。隨著移動終端價格不斷下降，網(wǎng)絡接入更加便捷，5G高速傳輸技術逐漸普及，移動學習必將成為未來的主流學習模式。

3.5 提供形式多樣的教學評價

教學評價是根據(jù)評價指標對教學過程與教學結果進行價值判斷，并為教學決策服務的過程，可起到診斷、激勵、調節(jié)教學的作用。當前，高校教學評價存在評價主體與目標單一、評價內容片面、評價方法簡單、缺乏靈活性以及主觀性強等問題?；谠朴嬎愕闹悄芙虒W平臺能夠基于教學行為和過程的大數(shù)據(jù)進行教學質量分析與評價，如學習內容、視頻觀看頻次、知識點學習時長、參加討論頻次等基礎數(shù)據(jù)。由于教學評價指標目前呈現(xiàn)出復雜化趨勢，需要的評價數(shù)據(jù)量不斷增大、數(shù)據(jù)多樣性不斷增強，給教學評價帶來評價效率低等諸多問題。云計算可以有效解決以上問題，而且云計算平臺能夠支持評價者自主選擇評價方法，其采用的數(shù)據(jù)驅動模型能使評價結果更加客觀、公正。

4 結語

隨著高校信息基礎設施的不斷完善，以及云計算和5G等新技術的快速發(fā)展，教學信息化面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。云計算具有虛擬化、動態(tài)可擴展、按需部署等特點，為高校教學信息化建設提供了新機遇。教學云計算平臺在構建校園虛擬教學場景、實現(xiàn)個性化教學環(huán)境、推動虛擬社區(qū)發(fā)展及促進移動學習方式等方面具有極大優(yōu)勢，能夠有效提升高校教學質量。但云計算在高校教學中的應用目前仍處于探索階段，未來還需進一步研究云計算與高校教學的關系，利用先進的云計算技術為高?！半p一流”建設提供基礎支撐。

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（責任編輯：黃 健）