未來課堂云支持系統(tǒng)模型設計與功能研究*

□ 王 麒 許亞鋒 張際平 陳衛(wèi)東

未來課堂云支持系統(tǒng)模型設計與功能研究*

□ 王 麒 許亞鋒 張際平 陳衛(wèi)東

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

云計算；未來課堂；功能

一、引言

根據(jù)羅杰斯的人本主義教學理論，教育的對象是帶有主觀個性的學生，教育培養(yǎng)的學生應該是富有創(chuàng)造性的人，應該是具有很強的社會適應能力的人，應該是能靈活運用各種知識的人。教育關注的應該是學生在主動性、獨創(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)出來的人應該是個性充分發(fā)展的人。在傳統(tǒng)課堂模式下，學生的學習受到學習環(huán)境和教師能力等諸多方面因素的影響，其主動性、獨創(chuàng)性和個性受到壓抑。伴隨著信息技術的發(fā)展，在傳統(tǒng)課堂中單一的教學方式、模式化的教學手段、教條化的教學模式已經不能滿足時代的需要。針對未來課堂的研究開展以來，主要從教室布局設計、課堂信息技術應用等方面做了大量的工作，并取得了一定的成果。在此基礎上，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，云計算技術的發(fā)展為這一研究提供了很好的技術支撐。

二、未來課堂的界定與特性

未來課堂作為一種體現(xiàn)了先進的教學理念和融合了先進的教學思想的全新教學模式，首先體現(xiàn)在各種新技術的融合與集成上，包括多種信息技術和多種媒體技術，如多屏顯示、無縫接入、觸控、云計算等多種技術的集成，實現(xiàn)了在課堂內多種媒體信息的多方位傳輸、多角度展示，實現(xiàn)了課堂的無線覆蓋和無縫接入，實現(xiàn)了課堂內的按需設計和功能劃分，提供了更多更好的課堂互動渠道，為小組協(xié)作學習、探究式學習方式提供了有力的技術支撐；其次，未來課堂的課堂設計更加體現(xiàn)人性化、舒適性和靈活性，根據(jù)不同的學習方式（如小組學習或探究式學習）對教室內的桌椅進行設計和組合，可滿足學生和教師不同的教學、學習和交流方式的需要；再次，未來課堂研究中最關注的是教學中教師和學生的角色定位，充分體現(xiàn)了教學中學生為主體、教師為主導的人本主義教學理念，提倡教學中發(fā)揚學生的自然性、想象力和創(chuàng)新性，強調學生對知識探索過程的體驗；最后，未來課堂是一個利用互聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實技術和3D技術搭建的、能夠虛擬與現(xiàn)實相結合的泛在課堂，利用增強虛擬現(xiàn)實技術和網絡3D技術讓遠程學習者與課堂中的學生同時并存，為遠程學習者提供一個真實的學習空間，實現(xiàn)了泛在學習。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、綠色環(huán)保技術的智能課堂。

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

三、云計算在教育領域的應用研究

近年來，伴隨著云計算技術的飛速發(fā)展，云計算已經成為下一代網絡計算平臺的核心技術。在很多技術公司（如Google和IBM）的推動下，云計算在教育領域的應用得到了迅速發(fā)展，研究主要集中在高等學校，其原因主要有：一方面高校集中了大量的科研人才，這些人才為云計算應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目需要高性能計算，這就為云計算的應用研究提供了平臺。而且，很多高校都建設了高性能運算集群，都采用了分布式基礎架構，這本身就具備了云計算的形態(tài)。

埃森哲（Accenture）公司在2010年世界經濟論壇上發(fā)布的“探究云計算的未來：駕馭技術驅動轉型的下一次浪潮”調查報告顯示，云計算在教育科研行業(yè)的潛在應用體現(xiàn)在三點：獲取全球資源；低成本仿真；高度交互/協(xié)作學習[5]。納比·蘇丹（NabilSul?tan）則認為，低成本是吸引教育機構使用云計算的重要原因[6]。

目前，全球的很多高校都開展了云計算在教育領域方面的研究，比較成功的案例有：

在北京由政府投資，通過北京工業(yè)大學與IBM公司合作建立了“北京工業(yè)大學云計算實驗平臺”，通過利用硬件虛擬化技術、自動化管理技術和一體化服務流程構建了一個全新概念的數(shù)據(jù)中心和計算中心，完全替代了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，提供了迄今為止最強大的運算能力。該平臺作為國內首個主要用于實現(xiàn)云計算技術在科學教育領域的應用，開創(chuàng)了云計算在國內教育和科學領域應用的先河，為教學研究、企業(yè)研發(fā)和政府決策提供了穩(wěn)定、可靠的服務[7]。

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

江蘇龍芯夢蘭科技有限公司研發(fā)出相應的龍芯教育云平臺，它是一個利用云計算技術提供資源和應用的解決方案，包括學龍網和龍芯互動教室、電子書包等終端，為學校提供低成本信息化和教學智能化[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算的未來課堂進行了研究。華中師范大學的楊宗凱教授認為，基于云計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，為滿足學生個性化學習的需要，未來課堂應通過云端平臺提供豐富的教學資源[10]。

為了保證云支持系統(tǒng)的設計，項目組設計了專家意見征詢和學生接受度調查問卷，根據(jù)回收的數(shù)據(jù)顯示，專家對于未來課堂設計指標中的云資源服務平臺設計給出了較高的認可度。

因此我們認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，教師和學習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習支持平臺，實現(xiàn)資源共享[11]。

基于未來課堂教學環(huán)境的新型教學模式注重的是課堂上的交互活動，關注教學對象的學習主動性和積極性，提倡建立學生為主體、教師為主導的新型教學關系。未來課堂云支持系統(tǒng)的目的就是為這種新型教學模式提供了一個交互平臺（如圖1所示），因此我們認為未來課堂云支持系統(tǒng)應具有以下特性：

（1）交互性：未來課堂中的交互包括教學者與學習者之間的互動，學習者之間的互動，教學者、學習者與教學資源、學習資源之間的互動，課堂教學主體與課堂設備之間的人機互動，現(xiàn)實課堂與虛擬課堂中的人、資源與設備的互動等。云支持系統(tǒng)應該為未來課堂中的對象——教學者、學習者、學習資源、教學資源、設備等，提供友好的用戶接口，實現(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)應能為不同對象提供滿足其需要的軟件需求、存儲需求、計算需求和資源需求，甚至可以根據(jù)學習者需要進行定制。

（3）虛擬性：利用云計算中的虛擬化技術把學習過程所需要的軟硬件資源實現(xiàn)數(shù)字化，即虛擬化，如虛擬設備、虛擬實驗甚至是虛擬課堂等。通過這種方式使得學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習資源的支持。因此，虛擬性是云支持系統(tǒng)的一個重要特性。

（4）彈性存儲：為學習者和教學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，并且存儲過程應該是讓他們感覺就像是存儲在本地計算機硬盤上。

（5）無縫接入：分布式網絡技術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，降低用戶的技術要求。

（6）集成性：云計算技術能夠實現(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)應該提供強大的計算能力、多樣化的軟件應用、強大的存儲能力、多種應用功能、豐富的教學資源和各種硬件設備服務。

五、未來課堂云支持系統(tǒng)設計與功能研究

1.未來課堂云支持系統(tǒng)模型設計

一般來說，云架構主要分為三個層次，即IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）。基于此，可以為未來課堂云支持系統(tǒng)的三個層次的服務對象進行定義。IaaS和SaaS層是為學習者、教學者和教學研究者提供服務，滿足他們的需求，如軟件的需求、計算的需求、存儲空間的需求等；PaaS層是為開發(fā)者提供服務，滿足他們能開發(fā)更多新應用的需要。

根據(jù)未來課堂的特定需要，我們對云架構進行了合理的設計，在原有的三層基礎上進行了修改，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計的，主要服務對象是設計人員。但是，在PaaS層中的一些應用功能對教育信息化卻有很重要的作用，如云桌面服務，云存儲服務等，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）和HaaS（硬件即服務），以便更好地反映未來課堂教學的特色，同時也代表了教育信息化發(fā)展對云計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層所提供的服務對教育的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先是應用軟件的合法性問題，現(xiàn)在很多學校為節(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，學校無法承受。有了云支持系統(tǒng)后學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，降低了辦學成本。其次，隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展，教學資源的豐富和管理是學校面臨的新問題，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)，這項技術是由SaaS層的功能衍生出來的，在最近幾年得到了廣泛的應用。學習者可以根據(jù)需要和目標，定制符合自己需要的桌面環(huán)境，如學習者在學習中需要用到哪些應用程序，需要什么樣的學習環(huán)境和學習界面等等，因此用戶得到的不是單一程序，而是一個環(huán)境。虛擬桌面技術是一種在線的應用方式，用戶可以利用自己的手持電腦、筆記本，甚至是智能手機等設備實現(xiàn)。這項技術的優(yōu)勢是對客戶端的硬件設備要求很低，只需要最低配置就能實現(xiàn)，用戶只需要對自己所定制的每項服務支付必要的費用，既有效地降低了學習成本，又降低了學習者使用正版軟件的費用，培養(yǎng)了他們對知識產權的正確認識。在提倡教育公平的今天，如何滿足來自不同經濟地區(qū)和家庭條件的學習者需要，保證每一個學習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，這項功能的設計較好地體現(xiàn)了這一點。

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

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、負載均衡等，并把這些功能作為服務提供給用戶。IaaS層主要是由硬件（服務器、存儲設備、客戶端系統(tǒng)和設備）、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、設備管理）等組成。這就意味著IaaS是滿足需求的平臺，可以實現(xiàn)對服務時間、存儲空間、網絡帶寬等資源的動態(tài)管理。本層的功能在教育中的應用主要體現(xiàn)在能為完成復雜的數(shù)據(jù)計算進程所需的基礎設備、客戶端和網絡帶寬提供支持。未來課堂的形式主要由兩個部分組成，一部分是實體教室內的學生，一部分是遠程的受教育者。因此，在本層的設計中我們考慮了為來自不同地理位置的大量接受遠程教育的學生建立學習進程的需要，對他們學習產生的數(shù)據(jù)進行分析并進行合理地合成。

2.未來課堂云支持系統(tǒng)功能范圍的界定

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

（1）未來課堂云支持系統(tǒng)應具有很好的交互性

未來課堂是一個基于網絡的分布式教學空間，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、遠程與本地交互、人機交互、機機交互等等，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)就應該具有良好的交互功能。

（2）未來課堂應具有“瘦終端”的特性

未來課堂整合了多種高新技術和設備，也就意味著需要高投入，尤其是對受教育者來說，學習成本的增加不是我們希望看到的。因此，如何使學習過程更加經濟、環(huán)保，也是云支持系統(tǒng)功能研究的重要內容。

（3）未來課堂應能對學習者的學習過程進行跟蹤

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

（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

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

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，課堂上一切教與學活動都應該與云支持系統(tǒng)功能相結合（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容進行交流，能在線給學生布置預習內容，能獲得學生對與備課內容相關聯(lián)的知識的學習情況，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)預先設定好教室內的溫度、光照和換氣等，由云支持系統(tǒng)自動調節(jié)。在講授環(huán)節(jié)，教師首先從云資源庫中調用準備好的上課資源進行教學，學生使用電子書包調用云資源庫中的學習資源進行同步學習，利用云支持系統(tǒng)提供的課堂即時互動系統(tǒng)進行答題，教師可隨時掌握學生對知識點的學習情況，及時調整教學內容。在小組討論環(huán)節(jié)，給每組學生分配一塊電子白板，學生利用共享電子白板進行小組討論，教師可隨時關注學生討論的情況，根據(jù)情況把某一組學生的內容從小組白板投影到主屏幕上展示。遠程學生也可通過云支持系統(tǒng)參與到課堂學習中，與其他同學進行交流。最后，教師根據(jù)學生的課堂學習情況，通過云支持系統(tǒng)給學生布置不同的作業(yè)。

（3）課后環(huán)節(jié)

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

學生通過互聯(lián)網在任意時間和地點調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習一遍。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在線交流。

教師可以調用課堂錄像，一方面觀察自己的課堂表現(xiàn)，找到不足，書寫課后反思；另一方面關注教學目的是否達到，教學效果是否滿意，在后面的教學中哪些內容還需要加強和改進等等。其他教師也可以通過互聯(lián)網觀看課堂教學錄像，并發(fā)起討論。

六、未來課堂云桌面應用研究

云桌面的應用是在服務器虛擬化之后的又一種虛擬化技術研究，作為一種新型的云計算應用模式為云計算技術的應用開拓了更寬廣的領域。虛擬桌面技術的應用不僅繼承了云計算技術的低成本、高可靠性、低維護量、高安全性和節(jié)能環(huán)保等特點，在此基礎上還有了很多技術創(chuàng)新，如遠程運行、瘦終端等。因此，虛擬桌面在教育技術中的應用研究日益受到重視。在本研究中，我們將虛擬桌面技術作為應用重點引入到未來課堂學習支持系統(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和設備，也將大大促進學習支持系統(tǒng)的快速發(fā)展。

1.云桌面關鍵技術研究

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

（1）實現(xiàn)了資源、設備、存儲的集中管理和維護

在云桌面技術中，將應用程序和存儲都集中在云端的服務器集群中，通過后臺定制，按用戶權限進行分發(fā)，虛擬桌面上執(zhí)行的各種應用程序和數(shù)據(jù)存儲（包括操作系統(tǒng)、應用程序和用戶數(shù)據(jù)）都集中在云端服務器群。不僅實現(xiàn)對學生行為的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，而且降低了學生計算機應用的難度，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算機都可以利用。利用云計算技術能更好地實現(xiàn)資源共享，無論用戶在何處，只要能接入互聯(lián)網都可以調用資源。軟件的購買與升級作為計算機應用的必備條件，往往需要學校有大量的投入，利用云桌面技術，學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備的部署與維護成本。

（3）讓用戶有更好的應用體驗

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)，通過云桌面所運行的都是最新、最先進的操作系統(tǒng)。無論用戶的計算機硬件配置多低，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。無論用戶的計算機存儲空間有多小，用戶都能體驗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。

（4）使更多速度低、內存小、即將淘汰的計算機能再次利用，實現(xiàn)低碳環(huán)保

近年來隨著我國教育信息化的不斷推進，很多學校的計算機都因為配置過低、速度過慢而面臨被淘汰，但實際上這些計算機還是能正常使用。通過云桌面系統(tǒng)，只需在這些計算機上安裝低端的操作系統(tǒng)并接入到互聯(lián)網，無需升級硬件、擴大存儲、更新軟件就能享受最新的操作系統(tǒng)、應用軟件和海量存儲，使這些被閑置了的巨大計算資源被重新利用起來。

2.基于Ulteo的云桌面設計和實現(xiàn)

Ulteo云桌面系統(tǒng)中主要包括三個部分：Ulteo應用服務器（Linux）、Ulteo會話管理服務器和Ulteo應用服務器（Windows）（如圖四）。Ulteo會話管理服務器主要負責會話管理，Ulteo應用服務器（Linux）為用戶提供基于Linux的應用程序，Ulteo應用服務器（Windows）為用戶提供基于Windows的應用程序。

圖4 Ulteo狀態(tài)流程圖

根據(jù)Ulteo系統(tǒng)的需要，我們對云桌面進行了設計（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服務器主要承擔了會話管理和提供基于Linux的應用程序調用和管理服務，Windows服務器主要提供基于Windows的應程序管理服務。首先在局域網環(huán)境中搭建該系統(tǒng)，分別為兩臺服務器分配了兩個私有IP地址（如表1所示）。系統(tǒng)搭建完成以后，學生可通過互聯(lián)網或WIFI連接到虛擬桌面，調用各種應用程序和學習資源。

3.云桌面應用研究

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

表1 服務器IP地址分配表

圖5 云桌面系統(tǒng)設計

（1）不同賬戶登錄

首先利用普通PC機進行測試，要求學生利用不同的用戶名進行登錄，登錄網址192.168.0.2/ovd，運行時速度良好。項目組事先在服務器端對不同用戶設置應用程序的使用權限和存儲權限，用戶在登錄到云桌面服務器后得到不同的主頁和應用程序列表（如圖6所示），左邊是用某教師賬戶登錄的系統(tǒng)主頁，右邊是用某學生賬戶登錄的系統(tǒng)主頁。測試結果顯示，不同用戶所看到的應用程序列表是不一樣的，也就是說，他們所能運行的應用程序是不一樣的。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)對其他用戶不會產生任何影響。

圖6 云桌面的個性化桌面A和B

（2）學生利用筆記本電腦登錄云桌面

在未來課堂環(huán)境下，學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)學生的不同需要預先定制了需要的應用程序和資源，學生登錄后通過瀏覽器所獲得的桌面應用程序圖標是不同的，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用程序，同時，云支持系統(tǒng)還為學生提供了云存儲空間，保證了每個學生作業(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)學生需要定制的應用程序桌面。學生可以像使用傳統(tǒng)的PC機一樣調用這些程序，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（Android系統(tǒng)）

移動學習是未來一種很重要的學習方式。伴隨著智能手機的普及，移動學習越來越成為可能。為了滿足移動學習的需要，我們測試了利用智能手機登錄云支持系統(tǒng)的功能，結果顯示，通過Android手機登錄到云支持系統(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），桌面上的應用程序圖標可以在后臺系統(tǒng)根據(jù)需要預先定制，實現(xiàn)了泛在學習。

測試結果顯示，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)下也能很好地運行Windows應用程序，如OFFICE等，進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)的遠程桌面學習系統(tǒng)相比，體現(xiàn)了良好的應用價值。同時，支持終端的多樣化使得學校不再為那些動輒幾千元的電子書包所困擾，學生可以根據(jù)自己的家庭經濟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，實驗顯示，在云支持系統(tǒng)下，學習將不再受時間和空間限制，可以在任何時間、任何地點利用智能手機接入云支持系統(tǒng)獲取學習資源，在微課程支持下，人們甚至可以利用等火車或飛機的時間進行學習。泛在學習和終身學習在云支持系統(tǒng)下成為可能。

七、未來課堂云支持系統(tǒng)的實踐研究

未來課堂云桌面功能實現(xiàn)后，針對這一功能，選擇了筆者所擔任的教學班級進行實踐研究（如圖9），學生每四人一組。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)運行multi?sim軟件對電路進行仿真。通過一個學期的實踐，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)支持下的幾點優(yōu)勢：

圖9 學生利用云支持系統(tǒng)運行仿真軟件

1.利用云桌面功能降低了教學成本

為了降低模擬電子技術課程的難度，學院購買了正版multisim軟件，由于受資金限制只能購買10個點的使用權限，導致大多數(shù)學生無法使用。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，在網絡帶寬和服務器配置充分的情況下，學生在運行軟件時就像在自己的筆記本上運行一樣，較好地解決了辦學經費不足的問題。

2.有效地限制了學生的上網行為

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

3.為學生提供更好地復習資源

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

4.有利于學生的個性化學習

根據(jù)學生的學習不同進程和能力，教師可以對學生登錄的云桌面系統(tǒng)進行預設，包括他們能使用的軟件、能利用的學習資源和學習內容等，每個學生的學習內容和學習進程完全根據(jù)學生的學習能力和進度進行設計，有利于學生的個性化學習。

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.由于研究經費的限制，搭建云支持系統(tǒng)所采用的是低端服務器，導致學生接入較慢。但是，隨著高性能服務器群和虛擬服務器技術的發(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，會在某一時間出現(xiàn)訪問高峰，這一情況對網絡環(huán)境要求較高。由于實驗是在局域網環(huán)境中進行，避免了網絡帶寬的影響。如果要正式投入使用，必須解決這一問題。隨著網絡基礎設施的不斷完善，這一問題也將得到解決。

未來課堂云桌面的實現(xiàn)具有很重要的意義，該功能的實現(xiàn)為針對未來課堂環(huán)境的教學模式和教學理論研究提供了基本條件，我們將在此基礎上開展基于云桌面的教學設計研究，也會針對云桌面系統(tǒng)的用戶體驗進行研究。

九、結束語

未來課堂作為一種新的教學模式，伴隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展越來越受到重視，利用云計算技術為未來的教學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的應用，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、教學質量、教育資源的分配、教育管理水平等。因此，加強云計算技術在教育中的應用研究將成為未來教育的重點之一。

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許亞鋒；張際平。華東師范大學教育信息技術學系（200062）。

陳衛(wèi)東，蘇州科技學院 傳媒科學與技術系（215009）。

責任編輯 日 新

G40-057

A

1009—458x（2014）06—0069—08

2013－09－15

王麒，教授，貴州師范大學物理與電子科學學院（550001）。

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