教育云對(duì)探究式教學(xué)模式支持的探討*

高亞飛 田振清

內(nèi)蒙古師范大學(xué)傳媒學(xué)院 呼和浩特 010022

作者：田振清，內(nèi)蒙古師范大學(xué)傳媒學(xué)院教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫h(yuǎn)程教育；高亞飛，內(nèi)蒙古師范大學(xué)傳媒學(xué)院2010級(jí)碩士研究生，主要從事遠(yuǎn)程教育方面的研究。

1 引言

信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)給人們的生產(chǎn)和生活方式帶來潛移默化的影響，尤其是對(duì)教育信息化的影響。進(jìn)入21世紀(jì)后，教育的信息化程度成為衡量一個(gè)國(guó)家教育現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。經(jīng)過多年的建設(shè)，我國(guó)在教育信息化方面取得巨大成就，已經(jīng)從起步階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸過渡到教育應(yīng)用階段，并朝著學(xué)校整體發(fā)展的提高階段發(fā)展?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》提出未來十年教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，指出顯著提升信息技術(shù)與教育整合水平，教育信息化的核心理念就是把信息技術(shù)深度融合于教育教學(xué)過程中，建設(shè)共享機(jī)制，縮小基礎(chǔ)教育數(shù)字鴻溝，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源共享。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)為教育信息化的發(fā)展提供了全新的運(yùn)算模式，云計(jì)算應(yīng)用模式是繼大型機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器/客戶機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代后第五代計(jì)算，是一種新型的計(jì)算模式?！霸啤钡暮诵乃枷刖褪琴Y源的集中共享，基于云計(jì)算技術(shù)將優(yōu)質(zhì)的教育資源和管理統(tǒng)一地集中在教育云平臺(tái)上，使資源在統(tǒng)一平臺(tái)上管理調(diào)度，用戶按需使用該平臺(tái)上的資源，即所謂的“教育云”。

所謂的探究式教學(xué)是指在教師指導(dǎo)下學(xué)生運(yùn)用探究方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，主動(dòng)獲取知識(shí)、發(fā)展能力的實(shí)踐活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)探究過程，是一種模擬的科學(xué)研究活動(dòng)，其目的在于通過探究使學(xué)生獲得科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)的方法，感知科學(xué)探究的過程。在探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，知識(shí)和能力的獲取不再是依靠教師的灌輸和培養(yǎng)，而是在教師的指導(dǎo)下，依靠各種資源的支持，在教師的指導(dǎo)下主動(dòng)探究、主動(dòng)思考、互動(dòng)合作、親身體驗(yàn)得來的。

教育信息化的目的是重點(diǎn)建設(shè)以學(xué)生為中心的探究、研究性學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生自主、協(xié)作學(xué)習(xí)?；谠朴?jì)算的“教育云”的出現(xiàn)為探究式教學(xué)提供便捷的平臺(tái)支持和資源支持。本文意在探討“教育云”對(duì)探究式教學(xué)模式的支持問題。

2 云計(jì)算的概念及其教育應(yīng)用

2.1 云計(jì)算的概念

關(guān)于云計(jì)算的定義，根據(jù)McKinsey公司的研究，至少有22個(gè)有關(guān)云計(jì)算的定義[1]。云計(jì)算是面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）、分布式計(jì)算模式、網(wǎng)格計(jì)算和虛擬化等多種技術(shù)混合演進(jìn)的結(jié)果[2]。云是一個(gè)巨大的虛擬化資源池（由硬件、開發(fā)平臺(tái)和服務(wù)等組成），這些資源能動(dòng)態(tài)地根據(jù)各種規(guī)模的負(fù)載進(jìn)行自動(dòng)配置，使資源的利用率達(dá)到最優(yōu)化。用戶按照“即用即付費(fèi)”（pay-per-use）的方式使用資源，基礎(chǔ)架構(gòu)提供商（Infrastructure Provider）根據(jù)服務(wù)級(jí)別協(xié)議（SLA）提供服務(wù)[3]。維基百科從用戶的角度定義云計(jì)算：云計(jì)算（Cloud Computing）是一種以服務(wù)方式提供給用戶的計(jì)算機(jī)能力，允許用戶在不了解提供服務(wù)的技術(shù)、沒有相關(guān)知識(shí)以及設(shè)備管理能力的情況下，通過因特網(wǎng)獲取需要的服務(wù)。

如圖1所示，云計(jì)算提供三個(gè)層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），由底層的硬件或虛擬機(jī)資源構(gòu)成，提供計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通訊等資源；平臺(tái)即服務(wù)（PaaS），構(gòu)建在云基礎(chǔ)設(shè)施之上，為云應(yīng)用程序開發(fā)者提供一個(gè)平臺(tái)開發(fā)各種的云應(yīng)用軟件；軟件即服務(wù)（SaaS），基于云平臺(tái)開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)。

2.2 云計(jì)算的基本特點(diǎn)

1）超大規(guī)模的廉價(jià)服務(wù)器集群：云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)與傳統(tǒng)的性能強(qiáng)勁但價(jià)格昂貴的大型機(jī)不同，其基礎(chǔ)架構(gòu)大量使用了廉價(jià)的服務(wù)器集群，特別是x86架構(gòu)的服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一般也使用普遍的千兆以太網(wǎng)。

2）資源利用和共享的程度高：應(yīng)用程序與底層服務(wù)協(xié)作開發(fā)，有效地利用資源。傳統(tǒng)的應(yīng)用程序建立在完善的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如操作系統(tǒng)之上，利用底層提供的服務(wù)來構(gòu)造應(yīng)用；而云計(jì)算為了更好地利用資源，采用了底層結(jié)構(gòu)與上層應(yīng)用共同設(shè)計(jì)的方法來完善應(yīng)用程序的構(gòu)建。

3）通過多個(gè)廉價(jià)服務(wù)器之間的冗余，使用軟件獲得高可用性：由于使用了廉價(jià)的服務(wù)器集群，節(jié)點(diǎn)的失效將不可避免，并且會(huì)有節(jié)點(diǎn)同時(shí)失效的問題，為此，在軟件設(shè)計(jì)上需要考慮節(jié)點(diǎn)之間的容錯(cuò)問題，使用冗余的節(jié)點(diǎn)獲得高可用性。

2.3 云計(jì)算在教育中的應(yīng)用

一門技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必要帶來教育領(lǐng)域的革新，云計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是隨著技術(shù)公司的推廣方案而迅速開展的。云計(jì)算在教育領(lǐng)域的推廣源于校企合作，由于在教育領(lǐng)域潛在的市場(chǎng)價(jià)值巨大，各大機(jī)構(gòu)/公司相繼開發(fā)了自己的云計(jì)算教育計(jì)劃，如清華大學(xué)開展的云計(jì)算項(xiàng)目研究，IBM的“藍(lán)云”計(jì)劃，Amazon的“云計(jì)算開放式基金”，“杭州師范大學(xué)——微軟IT學(xué)院”的建立。一方面，技術(shù)公司需要高校的人力資源為其提供云計(jì)算技術(shù)本身的前沿研究；另一方面，不少高校的高性能計(jì)算等為教學(xué)科研提供技術(shù)支持的應(yīng)用，本身在云概念提出之前就已經(jīng)建成，并初步具有云的形態(tài)，教師和學(xué)生可以直接通過自己的終端，根據(jù)需要使用高性能計(jì)算，而不需關(guān)心高性能計(jì)算的硬件在哪里，資源如何分配。

埃森哲公司（Accenture）在2010年世界經(jīng)濟(jì)論壇上發(fā)布的調(diào)查報(bào)告《探究云計(jì)算的未來：駕馭技術(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型的下一次浪潮》（Exploring the Future of Cloud Computing：Ridingthe Next Wave of Technology-Driven Transformation）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（Access to global resources）；低成本仿真（Low cost simulation）；高度交互/協(xié)作學(xué)習(xí)（Highly interactive/collaborative learning）。納比·蘇丹（Nabil Sultan）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[1]。

黎加厚教授基于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computing Assisted Instructions，簡(jiǎn)稱CAI）提出“云計(jì)算輔助教學(xué)”的新概念?！霸朴?jì)算輔助教學(xué)”（Cloud Computing Assisted Instructions，簡(jiǎn)稱CCAI）是指學(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)，提高教學(xué)質(zhì)量?！霸朴?jì)算輔助教學(xué)”作為一個(gè)新興的學(xué)科研究領(lǐng)域，是信息化教育（教育技術(shù)）的新發(fā)展?！霸朴?jì)算輔助教學(xué)”屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)和教育科學(xué)的交叉領(lǐng)域，是在信息化環(huán)境下，研究云計(jì)算提供的服務(wù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用規(guī)律，它關(guān)注的是“軟技術(shù)”，而非云計(jì)算的硬件技術(shù)，其核心是云計(jì)算服務(wù)支持的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)[4]。

“云計(jì)算輔助教學(xué)”基于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）的定義模式，并將其進(jìn)行擴(kuò)展，引入云計(jì)算的概念，探究基于云計(jì)算模式下的教與學(xué)模式，明確了云計(jì)算有利于自主探究學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)，有利于提高教學(xué)效率。其關(guān)注的是云計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，而非技術(shù)本身，但該概念的研究范疇具有一定的狹隘性。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可教育云一詞，其形象地闡釋了云計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，并且囊括的范圍更廣。教育云基于云計(jì)算定義，運(yùn)用云計(jì)算模式探究用戶需求，提供所需教育應(yīng)用的基礎(chǔ)硬件、平臺(tái)和軟件服務(wù)。

3 教育云在探究式教學(xué)中的支持

隨著云計(jì)算概念在全世界范圍內(nèi)影響的不斷深入，教育云的概念已經(jīng)普遍被接受，并對(duì)其在未來教育信息化發(fā)展中的應(yīng)用寄予厚望。教育云的出現(xiàn)不僅解決了教育信息化發(fā)展過程呈現(xiàn)出的教學(xué)資源分布不均、教學(xué)資源更新速度慢、共享率低等問題，還具有節(jié)省投資成本、提高硬件系統(tǒng)的利用率、降低管理和運(yùn)維成本、節(jié)約能耗等優(yōu)勢(shì)。教育云平臺(tái)為廣大教育教學(xué)的工作者、學(xué)生提供一個(gè)統(tǒng)一、開放靈活的信息化平臺(tái)，教育教學(xué)資源高度整合與共享，減少教育投資，以提高教學(xué)質(zhì)量，主要集中在基于教育云平臺(tái)下的探究式教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用探討。

3.1 教育云平臺(tái)對(duì)探究教與學(xué)環(huán)境的支持

探究式教學(xué)模式中不單純地以掌握知識(shí)為目的，而是以問題解決為中心，主要以學(xué)生為主體，注重學(xué)生的獨(dú)立認(rèn)知活動(dòng)，通過探索、研究來獲取知識(shí)，著眼于培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力和意志。探究式教學(xué)的一般過程包括創(chuàng)設(shè)情境、激發(fā)興趣、呈現(xiàn)問題、明確目的、引導(dǎo)探究、思維碰撞、成果展示、評(píng)價(jià)總結(jié)、課后延伸、拓展探究等基本程序。教育云以其統(tǒng)一的平臺(tái)架構(gòu)和開放的平臺(tái)模式對(duì)學(xué)與教環(huán)境的支持具體如圖2所示。在課堂教學(xué)中主要通過探究式學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)，以及教師引導(dǎo)下的探究。

3.2 教育云對(duì)探究教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的支持

圖2 教育云對(duì)教與學(xué)環(huán)境的支持

探究式教學(xué)過程中的首要環(huán)節(jié)就是創(chuàng)設(shè)情境、激發(fā)興趣，情境的創(chuàng)設(shè)直接影響后面探究主題的選擇和學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在教育云平臺(tái)上創(chuàng)設(shè)與主題相關(guān)的情境，引起學(xué)生的注意。利用平臺(tái)具體的實(shí)例、故事、圖片、模型等資源創(chuàng)設(shè)與教學(xué)主題相符的情境。情境創(chuàng)設(shè)中的真實(shí)場(chǎng)景主要通過視頻、音頻、圖片等方式完成；不可再現(xiàn)的場(chǎng)景、微觀或過于宏觀的場(chǎng)景主要采取模擬方式。

另外可以形象化地呈現(xiàn)問題情境，切合生活實(shí)際展現(xiàn)問題。生活中能夠看得見的，主要采取圖片、視頻、音頻方式；生活中很難或無法看得見的，主要采取演示動(dòng)畫、虛擬仿真等方式。例如，基于教育云平臺(tái)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)充、完善和提高。通過建立虛擬仿真應(yīng)用環(huán)境，將所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)實(shí)的生活情境聯(lián)系在一起，將所學(xué)知識(shí)遷移到類似現(xiàn)實(shí)生活中，以此讓學(xué)生在接近現(xiàn)實(shí)的模擬中有效地掌握所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、學(xué)科本身的特點(diǎn)，有效利用數(shù)字化環(huán)境組織并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.3 教育云對(duì)學(xué)習(xí)資源和探究拓展的支持

學(xué)生在進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)過程中離不開相關(guān)學(xué)習(xí)資源的支持，教師通過教育云平臺(tái)建立資料庫(kù)、專題網(wǎng)站提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，按照使用需要提供檢索方式。教育云平臺(tái)上的教育資源，是由全世界范圍內(nèi)的教育者提供的大量教育資源聚合到“云”端的存儲(chǔ)服務(wù)器中，學(xué)習(xí)者按需求只需輸入關(guān)鍵詞，即可獲取來自世界各地的教育資源，然后根據(jù)需要自由地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，就像使用搜索引擎那么簡(jiǎn)單。教育者只需對(duì)教育資源進(jìn)行歸類、管理和制定相應(yīng)的訪問規(guī)則，極大地方便了學(xué)習(xí)者對(duì)資源的獲取。拓展探究的作用有兩個(gè)，一是課內(nèi)沒能完成的任務(wù)課后繼續(xù)研究學(xué)習(xí)；二是進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生再學(xué)習(xí)、再研究的欲望，使學(xué)習(xí)更為深入。拓展學(xué)習(xí)可以促進(jìn)知識(shí)的遷移和鞏固。

另外，探究學(xué)習(xí)系統(tǒng)虛擬軟件為理科學(xué)生提供深入理解抽象知識(shí)、形成綜合解決問題的能力、建立知識(shí)與生活實(shí)際之間的聯(lián)系等的探究學(xué)習(xí)環(huán)境；針對(duì)文科學(xué)生，通過集成與應(yīng)用平臺(tái)將學(xué)生探究所需的各類資源分門別類按照整合點(diǎn)有機(jī)集成，為學(xué)生提供有針對(duì)性的探究學(xué)習(xí)環(huán)境，有針對(duì)性地為學(xué)生提供資源支持。

4 總結(jié)

教育信息化建設(shè)與發(fā)展過程仍然存在各種各樣的問題，基于云計(jì)算的教育云的出現(xiàn)為其提供了解決問題方法和途徑。教育云平臺(tái)有利于探究性教學(xué)的開展，充分體現(xiàn)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的理念。教育云是未來教育信息化建設(shè)的基礎(chǔ)架構(gòu)，統(tǒng)一開放的平臺(tái)可以消除地區(qū)間的數(shù)字鴻溝，解決教育不均等的問題，有效地節(jié)約教育經(jīng)費(fèi)的投入，最大限度實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，從而從整體上提高我國(guó)的教育信息化水平。

[1]Sultan N. Cloud computing for education: A new dawn?[J].International Journal of Information & Management,2010,30(4):109-116.

[2]Youseff L, et al. Toward a Unified Ontology of Cloud Computing[R].Grid Computing Environments Workshop,2008:1-10.

[3]Vaquero M, Rodero-Merino L, Caceres J, Lindner M. A Break in the Clouds: Towards a Cloud Definition[EB/OL].http://ccr.sigcomm.org/online/files/p50-v39n1l-vaqueroA.pdf.

[4]黎加厚.低碳型教育與云計(jì)算輔助教學(xué)[J].中國(guó)信息技術(shù)教育,2010(1):73-77.