云服務環(huán)境下基于任務的協(xié)作學習的研究

張 璐，劉海申

（1.駐馬店職業(yè)技術學院 信息工程系，河南 駐馬店 463000；2.南陽幼兒師范學校 河南 南陽 414750）

隨著電腦網(wǎng)絡的迅速擴張和強力滲透，教師在實際的教學中對教學輔助平臺的需求越來越強烈，由于受到地理位置、網(wǎng)絡傳輸速度、服務器的數(shù)據(jù)處理能力等諸多因素的影響，產(chǎn)生了教育信息平臺不能滿足師生學習的需要，信息和資源無法有效共享等問題。這些問題成為了教育信息化發(fā)展的瓶頸。因此，亟待尋求一種新的技術來解決這些問題。正是在這種需求背景下，誕生了一種新的網(wǎng)絡計算模型——云計算。云計算使得Internet變成每個人的數(shù)據(jù)存儲中心、數(shù)據(jù)計算中心。它是基于分布式計算，以用戶為中心，數(shù)據(jù)存在于云海之中，可在任何時間（Anytime）、任何地點（Anywhere）以某種便捷的方式安全地獲得它或與他人分享。

教師根據(jù)本地教學的實際情況，充分利用云計算提供的軟件、存儲、安全等要素，構建個性化教學的信息化環(huán)境，支持教師的有效教學和學生的主動學習，引導學生不斷提高專業(yè)學習興趣和運用網(wǎng)絡資源自主學習專業(yè)的能力，讓學生根據(jù)自己的需求和學習狀況，自主地選擇學習內(nèi)容和控制教學進程，充分體現(xiàn)了學生的主體地位，提高學生對學習的興趣，形成快樂學習，自主進步的局面。培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力和和運用網(wǎng)絡來自主學習的意識，使學生的學習由被動變?yōu)橹鲃?。因此，充分利用云計算帶來的云服務為教學提供相互通信、資源共享，存儲空間無限的便利條件，提高教學質(zhì)量。文中就云服務環(huán)境下基于任務的協(xié)作學習進行了研究。

1 云計算的概念及特點

所謂“云計算”（Cloud Computing），就是以公開的標準和服務為基礎，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，向用戶提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和其它網(wǎng)絡服務，讓互聯(lián)網(wǎng)這片“云”成為每一個網(wǎng)民的數(shù)據(jù)中心和計算中心。云計算是使用虛擬化技術，在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎上把所有硬件、軟件結合起來，充分利用和調(diào)動現(xiàn)有一切信息資源，整合大規(guī)模網(wǎng)絡計算資源協(xié)同工作的超級計算模式，通過構架一個新型的服務模式，為人們提供各種不同層次、各種不同需求的低成本、高效率的智能化的服務及信息服務。其概念模型如圖1所示。

云計算是一個通過網(wǎng)絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統(tǒng)，云計算具有的海量的信息資源、超級的存儲能力、高速的運轉(zhuǎn)能力、高速的網(wǎng)絡傳輸能力，無論何人、何物在何時、何地都能夠?qū)崿F(xiàn)知識共享、互聯(lián)互通、協(xié)同工作。

云計算具有如下特點：

1）強大的計算能力 成百上千臺的服務器可以為普通用戶提供強大的運算能力，為用戶提供強大的計算，完成用戶的各種業(yè)務要求。

圖1 云計算概念模型Fig.1 Concept model of cloud computing

2）安全可靠的數(shù)據(jù)存儲 云計算采用了嚴格的權限管理策略支持數(shù)據(jù)的共享，用戶的數(shù)據(jù)存放在云端，用戶不用擔心數(shù)據(jù)丟失這樣的麻煩。在可靠性方面，云計算采取了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施進行保障[1]。

3）終端用戶門檻低 用戶只要能夠上網(wǎng)，通過計算機或手機的瀏覽器輸入網(wǎng)址，就可以按需索取，方便快捷地享受各種云服務。

2 云計算輔助教學優(yōu)勢

從云計算的技術特點，以及教育的發(fā)展趨勢上看，云計算輔助教學模式將會是今后主要的發(fā)展方向，云計算輔助教學具有下列優(yōu)勢。

2.1 節(jié)約硬件設備的投入成本

借助云計算整合教育資源，學校只需提供給學生可以運行瀏覽器的最簡單的終端設備和網(wǎng)絡，節(jié)約了學校硬件設備，由于云計算對使用的終端計算機本身的要求并不高，只需安裝操作系統(tǒng)和瀏覽器，所以完全可以節(jié)約初期的投入——不必配置高性能的計算機設備，并且可以將設備更新?lián)Q代的任務統(tǒng)統(tǒng)丟給服務的提供者——數(shù)據(jù)中心的建設者或者是相關服務的提供商。實現(xiàn)了最小化終端設備的要求。實現(xiàn)了教育信息資源的共享，學生隨時隨地可以進行學習，從而節(jié)約了學校硬件設備的投入成本。隨著云計算的發(fā)展，可以預見這樣的場景：學校的機房設備甚至可以簡化到類似于計算機網(wǎng)絡初期時的形態(tài)——只需要具備瀏覽器和上網(wǎng)條件，任何一種教學軟件的使用和信息的存儲和處理都可以輕松解決。極大地減少了軟，硬件資源的建設、管理和維護成本，節(jié)省了人力、物力和財力。

2.2 降低了創(chuàng)設網(wǎng)絡學習平臺的技術門檻

在云計算支持下，教師通過云計算提供的環(huán)境、資源和服務，可以不依賴專業(yè)技術人員，輕松構建自己的個性化教學環(huán)境；而學習者則可通過云計算自由地選擇學習資源和學習方式，最終實現(xiàn)了教師教學質(zhì)量的提高和學生協(xié)作學習能力的培養(yǎng)。學習者可以選擇所需要的學習和服務，可自行創(chuàng)建和管理其個人學習環(huán)境。個人學習環(huán)境的基本要素都可以由云服務實現(xiàn)控制和管理。學習者只需要通過瀏覽器即可獲取構建學習環(huán)境所需的數(shù)據(jù)和服務，而不需再掌握復雜的軟件操作，這樣極大降低了網(wǎng)絡學習環(huán)境構建的門檻。不用再投資購買昂貴的硬件設備，可以節(jié)約成本。

2.3 提供資源共享

近年來，教育信息系統(tǒng)的快速成長和服務多元化要求學校有相匹配的教學資源。各學校加大了教育信息資源建設的投入，積累了大量的教育信息資源。但是各校間缺乏交流與合作，造成了資源的重復建設。云計算可以加強學校間的合作與交流，促使教學資源整合，有效地消除教育信息系統(tǒng)中的“孤島”現(xiàn)象。將實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬環(huán)境上的最大化資源共享和協(xié)同工作。實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境上最大化的資源共享。同時，也有利于改善現(xiàn)有的教育信息網(wǎng)中教育資源不均衡的狀況。

2.4 提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲

在互聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡用戶的素質(zhì)參差不齊，網(wǎng)絡道德規(guī)范不盡如人意，病毒泛濫，黑客猖獗，如何保障存儲數(shù)據(jù)的可靠、安全顯得尤為重要。學校使用云計算服務，學校的機房幾乎是公認的病毒集散地，由于計算機和存儲設備的交叉、頻繁使用，導致了計算機病毒在校園網(wǎng)和學校機房的廣泛、普遍傳播?？赡苓B教師上課時所用的教師機，也可能變成病毒的發(fā)源地和傳染源。安裝殺毒軟件是一種有效的手段，但是除了支付殺毒軟件使用費用，還有定期更新和防止殺毒軟件誤刪除的危險。云計算中所提供云存儲服務，數(shù)據(jù)儲存在云端，為重要數(shù)據(jù)提供安全的防護和備份，無論是學生還是教師，都可以隨時隨地方便地存取自己的重要數(shù)據(jù)，既不用擔心由于自己的存儲設備損壞導致數(shù)據(jù)丟失，也不用擔心病毒入侵將數(shù)據(jù)損壞。

3 基于云計算的教學輔助平臺設計

3.1 教學設計原則

基于云計算的教學輔助平臺提供以任務驅(qū)動的協(xié)作學習方式，是以“學”為中心的教學系統(tǒng)。進行教學設計時，應遵循如下原則：

1）強調(diào)以“學”為中心 學習過程中要充分發(fā)揮學習者的主動性，體現(xiàn)學習者的創(chuàng)造精神，讓學習者有多種機會在不同的情境下應用所學的知識。

2）強調(diào)“協(xié)作學習”對意義建構的作用 學習者組成學習共同體，通過討論和交流，共同完成對所學知識的建構。

3）強調(diào)“情境”的創(chuàng)設 學習總是與一定的社會文化背景相聯(lián)系，在實際的情境下進行學習，可使學習者利用原有的經(jīng)驗去“同化”當前學習的新知識，從而也賦予了新知識以某種意義，因此情境要與學習任務相融合。

4）重視學習環(huán)境的設計 學習環(huán)境是學習者進行自主學習和協(xié)作學習的場所。在云計算輔助教學中，學習環(huán)境主要是指基于計算機技術和網(wǎng)絡技術的信息化、數(shù)字化、智能化的學習環(huán)境，即“網(wǎng)絡學習平臺”，如 moodle、BlackBoard、百會在線、Google協(xié)作平臺。

5）重視學習資源的提供 在學習過程中應提供各種信息資源來支持學習者的知識學習和意義建構，包括內(nèi)容資源、軟件資源、在線資源等，促進學習者的自主式學習和協(xié)作探索。

6）學習過程的最終目的是完成意義建構 以學為主的教學設計的最終目的是學習者對知識的意義建構，因此，在進行教學目標分析的基礎上，先選取恰當?shù)闹黝}，再圍繞這個主題進行意義建構。

3.2 云計算教學輔助平臺功能設計

l）通知發(fā)布

在日常教學中，教師經(jīng)常需要就課時變更、教室調(diào)整、布置作業(yè)等事項通知學生，傳統(tǒng)的電話與短信通知方式需要每次逐班甚至逐人通知，費時費力且容易疏漏[2]。云計算教學輔助平臺需要具備通知自動發(fā)布功能，即教師可以預先設置通知內(nèi)容及發(fā)布對象，平臺系統(tǒng)可以在指定時間自動將通知內(nèi)容，通過E-mail甚至短信方式直接傳達到學生個人。

2）信息交流

針對目前高校教學中普遍存在的師生缺乏課下交流互動，大學生習慣甚偏愛網(wǎng)上交流的現(xiàn)狀特點，教學輔助平臺可以形成以教師個人為核心的師生交流平臺，彌補日常教學中缺乏互動的不足[3]。與課程網(wǎng)絡體系中其他平臺的師生交流部分不同，教學輔助平臺的信息交流并不局限于課程教學，而是突出師生之間的非正式交流，因此涉及內(nèi)容更多，交流效果也更取決于教師個人能力與關注熱情。

3）資源共享

隨著知識更新速度加快。以及學生學習手段的多樣化，高校教師在授課過程中往往需要增加書本之外的前沿知識、實踐案例等彈性內(nèi)容[4]。面對學生在課問提出的復制課件、索取資料等請求，教師經(jīng)常應接不暇且缺乏有效共享途徑[5]。教學輔助平臺可以通過提供上傳空間等方式，讓教師能夠?qū)⑹谡n過程中增加的各類書面資料展示共享，為學生提供方便靈活的獲取途徑。

4）作業(yè)提交

現(xiàn)在有越來越多的師生習慣采取電子郵件方式完成作業(yè)。為了解決電子郵件提交作業(yè)中存在的錯誤發(fā)送、延遲到達，以及案例討論作業(yè)中缺乏學生橫向交流等問題，教學輔助平臺要為學生提供作業(yè)提交功能，以便學生獲知作業(yè)提交與批改情況，而且可以通過作業(yè)共享等功能方便學生之間的協(xié)同作業(yè)及橫向溝通[6]。

5）調(diào)查評價

為了提高學生學習興趣，改善教學效果，教師最好可以通過事先征詢、事后反饋等方式，了解學生對于知識體系的興趣所在，以及學習感受等信息[7]。由于當面交流方式存在有效信息少、溝通效率低等問題，教學輔助平臺應提供問卷調(diào)查功能，為教師面向?qū)W生開展各類調(diào)研提供方便。

3.3 云計算輔助教學平臺在教學中的應用

隨著云計算的進一步發(fā)展，云計算輔助教學在教學中的應用將會越來越廣泛。例如，利用云服務平臺，進行教學、學習，也可以實現(xiàn)信息交流和管理。

1）自主式學習

云計算環(huán)境下，教師和學生每個人都可以隨時、隨地的展開學習。學生是學習的主體，學習是學生自主建構的過程?？梢砸龑W生使用先進的技術，借助各種媒體的作用，利用網(wǎng)絡上的各種學習資源，多方位地獲取知識。

2）個性化學習

學生的基礎知識不同，性格特征也不同，個體差異決定了教學目標的多樣性。課堂教學很難做到因材施教，云計算輔助教學將克服這些弊端。網(wǎng)絡的多媒體教學可以創(chuàng)設真實的情景，通過跨越時空的交互式教學，提高學生的學習興趣，促使學生主動地去學習。云計算環(huán)境下，學生和教師可以通過平臺隨時交流，學生在學習時間、地點、進度和學習方式的選擇上有很大的自主權。教師不需要考慮計算機硬件的故障和解決技術上的突發(fā)問題，節(jié)省下的時間和精力可以放在教學設計上，充分地分析學生的學習特點，選取適合的媒介，設計教學環(huán)節(jié)，啟發(fā)引導學生的學習過程和學習效果，提供適合學生的個性化學習。

3）協(xié)作交流式教學

教學不應當只是“教”和“授”，還應當包括學生之間的協(xié)作與交流。云計算給學習者創(chuàng)建了交流協(xié)作的平臺，并且突破了時間、地點和地域的局限，學生可以利用課余時間通過平臺展開協(xié)作交流活動，以彌補課堂教學時間不夠的情況。教師通過采用任務驅(qū)動的協(xié)作方式引發(fā)學生交流，促進學生學習，使學生在學習過程中完成知識的建構?；谏鲜鲞@些優(yōu)勢，上海師范大學的黎加厚教授提出了一個新的概念—云計算輔助教學，即Clouds Computing Assisted Instruction，簡稱CCAI，指學校和教師利用云計算支持的服務，構建個性化教學的信息化環(huán)境，支持教師的教學和學生的學習，提高教學質(zhì)量。

在當今充滿競爭的時代，個人能否取得成功，不只取決于個人的能力，還要看是否具備團隊協(xié)作的能力。協(xié)作學習正是現(xiàn)代教學中的重要的教學模式，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、與同伴的合作能力和實踐能力。以任務驅(qū)動的方法展開協(xié)作學習，可以提高協(xié)作學習的效率。

3.4 教學設計流程

基于任務的協(xié)作學習的教學設計流程如圖2所示。

4 云計算支持下的教學中的對象分析

4.1 學習者

云計算是學習者方便快速地構建個人學習環(huán)境的有效手段，將支持并推動個人學習環(huán)境和非正式學習的發(fā)展。

l）構建網(wǎng)絡學習環(huán)境

在云計算支持下，學習者可以選擇所需要的學習資源和服務，可自行創(chuàng)建和管理其個人學習環(huán)境。個人學習環(huán)境的基本要素都可以由云服務實現(xiàn)控制和管理。學習者只需要通過瀏覽器即可獲取構建學習環(huán)境所需的數(shù)據(jù)和服務，而不需再掌握復雜的軟件操作，這樣極大降低了網(wǎng)絡學習環(huán)境構建的門檻。

圖2 教學設計主要流程Fig.2 Main process of teaching design

2）提高學習生產(chǎn)力

云計算增強了網(wǎng)絡學習的靈活性和敏捷性，能夠?qū)崿F(xiàn)學習資源和學習工具的“按需而用、即需即用、快速聚合”，降低Web學習資源與服務的成本與難度，創(chuàng)建靈活敏捷的學習方式，創(chuàng)設豐富的學習情境，從而有助于提高學習生產(chǎn)力，最終提高學習效果。

4.2 學校管理者

教育信息系統(tǒng)的快速成長和服務多元化要求學校有相匹配的教學資源。云計算模式可以為學校提供基礎架構，不用再投資購買昂貴的硬件設備，可以節(jié)約成本。同時，云計算也將有效地消除教育信息系統(tǒng)中的“孤島”現(xiàn)象。將實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬環(huán)境上的最大化資源共享和協(xié)同工作。

4.3 教學系統(tǒng)開發(fā)人員

在云計算環(huán)境下，需要構建支持網(wǎng)絡學習的“云”服務。在云服務開發(fā)中，開發(fā)人員可以利用“松散偶合模式開發(fā)各個組成部分”，使用相關的語言和框架開發(fā)出能夠在聯(lián)系松散的設備網(wǎng)絡之間無縫使用的各種應用。學習者通過Web瀏覽器或手機等移動設備，獲得體驗性、互動性、移動性和存儲服務。E-Learn服務和數(shù)據(jù)可以在最大范圍內(nèi)共享，避免了教育信息系統(tǒng)的重復開發(fā)和教育資源的浪費。

5 結束語

云計算在教育教學中的應用，在某種程度上為我國教育領域注入了新鮮的血液，促進了教育信息化的發(fā)展和觀念的轉(zhuǎn)變，使學習者通過“云端”構建個人學習環(huán)境成為可能。通過云計算輔助教育教學（CCAI）成為當前教育技術領域研究的熱點。在教育技術“云服務”迅速發(fā)展的今天，教師需要掌握新的教育理念、教育技術技能和教學方法，了解“云時代”學生的學習特點，重視網(wǎng)絡在學生生活和學習中的重要地位，根據(jù)學生不同風格和水平提供適合個性化學習支持服務，利用云技術支持學生的學習和創(chuàng)新，將社會化的學習融人到教學中。該平臺具有一般的輔助教學平臺的相互通信、資源共享的功能和特點，但是也有其獨特的優(yōu)勢，例如：利用“云計算”提供的信息技術社會化服務，學?？梢怨?jié)省經(jīng)費、人力和服務器設備等固定資產(chǎn)成本的投入，降低教師的信息技術培訓成本和門檻，方便學校的教育信息化管理，提高信息和數(shù)據(jù)的安全性等；教師可以輕松構建自己的個性化網(wǎng)絡教學環(huán)境，開展有效教學和學生的主動協(xié)作學習，促進學生思維能力和群體智慧發(fā)展，提高教育質(zhì)量。

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