混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

孟　科，陳　佩，王紅麗

(陜西廣播電視大學(xué) 科研處，陜西　西安　710119)

【遠(yuǎn)程教育】

混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

孟科1，陳佩2，王紅麗3

(陜西廣播電視大學(xué) 科研處，陜西西安710119)

[摘要]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)、智能移動(dòng)終端的發(fā)展，三者的結(jié)合是必然趨勢(shì)?；旌显剖窃朴?jì)算概念的拓展和延伸，既可以有效解決智能移動(dòng)終端的不足，提升其現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)，又可以最大限度地避免一直以來(lái)人們所擔(dān)心的云安全問(wèn)題。文章在分析混合云與泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)的關(guān)系、對(duì)泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放教育帶來(lái)的新變革的基礎(chǔ)上，提出了一種混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以期為泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)的研究提供新的思路。[關(guān)鍵詞]遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)；泛在學(xué)習(xí)；混合云；智能移動(dòng)終端

隨著無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)、智能移動(dòng)終端的發(fā)展、4G時(shí)代的到來(lái)，如何借助于現(xiàn)代先進(jìn)的通訊技術(shù)和設(shè)備、同時(shí)基于現(xiàn)代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)習(xí)不再受地域、時(shí)間、人、學(xué)習(xí)形式的限制，開(kāi)展“5A”級(jí)(“Anyone、Anytime、Anywhere、Anyway、Anyknowlege”)的泛在學(xué)習(xí)已經(jīng)成為時(shí)下教育信息化的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。據(jù)Talking Data統(tǒng)計(jì)，截止2014年底，我國(guó)移動(dòng)智能終端用戶(hù)達(dá)10.6億，增長(zhǎng)231.7%。移動(dòng)端應(yīng)用越來(lái)越受到各大網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的重視。同時(shí)，在學(xué)習(xí)終身化、時(shí)間碎片化的形勢(shì)下，移動(dòng)教育受到越來(lái)越多的重視，移動(dòng)教育用戶(hù)數(shù)達(dá)1.72億，增長(zhǎng)299%?；谥悄芤苿?dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)(Ubiquitous Learning)可以理解為由任何人在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)，使用任意智能移動(dòng)終端設(shè)備的條件下實(shí)現(xiàn)的無(wú)時(shí)無(wú)刻、無(wú)處不在的學(xué)習(xí)方式[2]。傳統(tǒng)形式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)因其大多是基于計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的，直接在以觸摸屏操作為主的智能移動(dòng)終端設(shè)備上運(yùn)行存在著屏幕匹配度低、文件兼容性差、觸摸屏操作準(zhǔn)確性差、效率低、終端運(yùn)行負(fù)載高等諸多不便，且在學(xué)習(xí)形式、內(nèi)容資源、情境模擬等方面不能很好地適應(yīng)基于智能移動(dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)的需要[3，4，5]。

一、混合云模式下泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)新變化

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算模式，能把存儲(chǔ)于PC、移動(dòng)終端等設(shè)備上的大量信息和處理器資源集中在一起實(shí)現(xiàn)調(diào)度整合與協(xié)同工作[6]。移動(dòng)云計(jì)算是云計(jì)算與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，突破了傳統(tǒng)模式下應(yīng)用程序必須依賴(lài)終端設(shè)備的限制，實(shí)現(xiàn)了與移動(dòng)終端設(shè)備的無(wú)關(guān)性[7，8]。混合云是云計(jì)算概念的拓展和延伸，它保留了公有云的框架，繼承了公有云高度的可擴(kuò)展性和可共享性，同時(shí)將關(guān)鍵業(yè)務(wù)和重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地服務(wù)器中，通過(guò)加密的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行共享操作，最大限度地避免了一直以來(lái)被人們所擔(dān)心的云安全問(wèn)題?；旌显苹A(chǔ)設(shè)施由兩個(gè)或多個(gè)云(私有的、公共的)組成，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ械募夹g(shù)綁定在一起，促成云間數(shù)據(jù)、服務(wù)的交互，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可移植性?；旌显瓶梢韵蛩接性苾?nèi)部同時(shí)也可以向云外部提供服務(wù)?；旌显频墓芾韺迂?fù)責(zé)協(xié)同組合私有云服務(wù)，統(tǒng)一向用戶(hù)提供，同時(shí)管理私有云的加入、退出，捉供跨云認(rèn)證、授權(quán)和訪問(wèn)控制等安全功能[9-11]。為解決前面提到的傳統(tǒng)形式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)直接應(yīng)用在以觸摸屏操作為主的智能移動(dòng)終端設(shè)備上存在的諸多不足，有必要分析混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)方式的新變化，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)教育需求，同時(shí)也可為泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)研究提供一種新的思路。

1.由傳統(tǒng)的接受學(xué)習(xí)到“5A”級(jí)泛在自主學(xué)習(xí)。 自主學(xué)習(xí)是與傳統(tǒng)的接受學(xué)習(xí)相對(duì)應(yīng)的一種現(xiàn)代化學(xué)習(xí)方式，它以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生自己做主，不受別人支配，不受外界干擾，通過(guò)閱讀、聽(tīng)講、研究、觀察、實(shí)踐等手段使個(gè)體可以得到持續(xù)變化(知識(shí)與技能，方法與過(guò)程，情感與價(jià)值的改善和升華)的行為方式。移動(dòng)時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、熱點(diǎn)的全面覆蓋加上智能移動(dòng)終端的便攜性，使得“5A”級(jí)泛在自主學(xué)習(xí)(任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何方式、任何課程)成為可能，學(xué)習(xí)者自主選擇學(xué)習(xí)環(huán)境(Anywhere)，快速交互性則讓學(xué)習(xí)者可以在任何時(shí)間(Anytime)通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)突破時(shí)空限制，與教育者、學(xué)習(xí)同伴快速交互(Anyone)，獲得別人的幫助，并提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)云端強(qiáng)大的資源存儲(chǔ)和運(yùn)算能力，使在線(xiàn)教育機(jī)構(gòu)教育者可通過(guò)云服務(wù)供應(yīng)商對(duì)海量的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行歸類(lèi)、管理、上傳至云端，進(jìn)而制定相應(yīng)云資源的訪問(wèn)規(guī)則，并且根據(jù)教學(xué)需要，根據(jù)權(quán)限通過(guò)教育者、學(xué)習(xí)者進(jìn)行有關(guān)的補(bǔ)充、修改、完善、訪問(wèn)、共享。這樣教育者的使命職責(zé)就是構(gòu)建混合云端上的個(gè)性化的泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)環(huán)境、整合云上的教育資源、設(shè)計(jì)優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、組織學(xué)習(xí)活動(dòng)、提供多元化的適合學(xué)生個(gè)性特點(diǎn)與發(fā)展需求的學(xué)習(xí)策略，并在學(xué)習(xí)中給予適時(shí)的鼓勵(lì)與幫助。最終實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者可以選擇自己喜歡的方式、適合的學(xué)習(xí)策略(Anyway)，隨時(shí)隨地線(xiàn)上線(xiàn)下來(lái)靈活訪問(wèn)教育資源，進(jìn)行任何知識(shí)(Anyknowlege)的學(xué)習(xí)，進(jìn)而完成學(xué)習(xí)效果的檢驗(yàn)。另外，泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者與教育者的物理空間上的分離，將進(jìn)一步有助于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)獨(dú)立性的培養(yǎng)和建立[7]。

2.由 “單打獨(dú)斗”的個(gè)體學(xué)習(xí)到混合云模式下的協(xié)作學(xué)習(xí)。 個(gè)體學(xué)習(xí)是指?jìng)€(gè)體為使自己的行為更有效的獲取知識(shí)技能的過(guò)程，包括行為學(xué)習(xí)和概念學(xué)習(xí)，個(gè)體學(xué)習(xí)過(guò)程可描述為“見(jiàn)——解——思——行”的循環(huán)，它是學(xué)習(xí)者個(gè)體的“單打獨(dú)斗”。協(xié)作學(xué)習(xí)(Collaborative Learning)則是一種通過(guò)小組或團(tuán)隊(duì)的形式組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種策略?；旌显颇Ｊ较碌膮f(xié)作學(xué)習(xí)，就是利用混合云輔助教學(xué)和支持協(xié)作學(xué)習(xí)的技術(shù)方法，在混合云端構(gòu)建可使學(xué)生和教師各角色間進(jìn)行協(xié)作交流的“云”虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，是計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)在移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代混合云下的延伸和發(fā)展。學(xué)習(xí)者借助聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)的智能移動(dòng)終端，能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)，在“云”虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中以學(xué)習(xí)小組組織者或者參與者的身份，與教育者和同伴進(jìn)行交互，小組協(xié)作活動(dòng)中的個(gè)體(學(xué)生)可以將其在學(xué)習(xí)過(guò)程中探索、發(fā)現(xiàn)的信息和學(xué)習(xí)材料與小組中的其它成員共享，甚至可以同其它組或全班同學(xué)共享。由此可見(jiàn)，混合云模式下學(xué)習(xí)者利用聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)的智能移動(dòng)終端可輕松地實(shí)現(xiàn)“5A”級(jí)泛在的協(xié)作學(xué)習(xí)，突破了時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)和社會(huì)實(shí)際需求的有效鏈接，而且提供了學(xué)生間、校際、校企共同參與教與學(xué)過(guò)程的良好契機(jī)，這將在更大程度上有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的個(gè)性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，進(jìn)而從中提升了學(xué)生知識(shí)遷移、終身學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.由現(xiàn)實(shí)空間的師生間雙向交互到虛擬空間的參與者間多向交互?；旌显颇Ｊ较路涸谶h(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)，師生之間的交互空間不再只是局限于傳統(tǒng)教育下現(xiàn)實(shí)空間――課堂，而是由現(xiàn)實(shí)空間通過(guò)智能移動(dòng)終端延伸拓展至泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)上的虛擬空間，并且教育者的角色也不再局限于教師，更可以擴(kuò)展至參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)生。因此交互渠道也不再只是局限于傳統(tǒng)師生間的雙向交互，而是拓展至泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)虛擬空間的所有協(xié)作學(xué)習(xí)參與者間的多向交互。借助移動(dòng)終端和云計(jì)算技術(shù)，教育者和學(xué)習(xí)者將可以通過(guò)遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)在虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)情境中，真正實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、所有學(xué)習(xí)參與者圍繞著學(xué)習(xí)目標(biāo)而展開(kāi)的多向交流，如此將可迅速提升學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問(wèn)題的能力。綜上可知，在混合云模式下泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)過(guò)程中，就學(xué)習(xí)者方面，通過(guò)彼此之間的信息交互、互助協(xié)作實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，就教師方面，通過(guò)即時(shí)性的、有針對(duì)性的指引，就使得這種快捷便利多向交互方式的設(shè)計(jì)得以建立，必將對(duì)教學(xué)參與者的知識(shí)重構(gòu)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和綜合應(yīng)用價(jià)值。不言而喻，教育質(zhì)量也將得到顯著提高。

二、混合云模式下泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)基于智能移動(dòng)終端發(fā)展現(xiàn)狀，著眼于混合云模式下泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)新變化，系統(tǒng)環(huán)境的搭建應(yīng)充分利用混合云環(huán)境中安全性高、可靈活定制和低使用成本的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建混合云端覆蓋下的，學(xué)習(xí)參與者(用戶(hù))利用安裝有泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)客戶(hù)端軟件(App)的智能移動(dòng)終端(終端)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(通訊)，利用泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)平臺(tái)，置身于混合云端上的虛擬的個(gè)性化的泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)環(huán)境，利用云端資源，開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的多層級(jí)的體系結(jié)構(gòu)?；旌显颇Ｊ较轮悄芤苿?dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.用戶(hù)層。用戶(hù)層由所有學(xué)習(xí)參與者組成，可分為學(xué)生、教師和其他網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)者。

2.終端層。終端層由智能移動(dòng)終端設(shè)備組成，用戶(hù)的手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)終端設(shè)備安裝泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)客戶(hù)端軟件(App)，用以顯示終端與云端的交互結(jié)果。

3.通訊層。通訊層由通訊網(wǎng)絡(luò)組成，通訊網(wǎng)絡(luò)可以是基于熱點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)校園網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，也可以是運(yùn)營(yíng)商提供的3G、4G網(wǎng)絡(luò)等。用戶(hù)可以根據(jù)自己所處環(huán)境、所持終端設(shè)備特點(diǎn)，自主選擇信號(hào)良好、性能穩(wěn)定、帶寬適用的網(wǎng)絡(luò)。

圖1　混合云模式下智能移動(dòng)終端泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)

4.應(yīng)用層。應(yīng)用層由泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)客戶(hù)端軟件組成，一般應(yīng)包含視圖層，業(yè)務(wù)邏輯層，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。

5.混合云端層?；旌显贫藢佑晒芾?、服務(wù)層、物理架構(gòu)層組成。具體可分為四層，自下而上依次為(混合云物理架構(gòu)層)物理層、虛擬層、混合云管理層和應(yīng)用層。物理層主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供物理設(shè)備支持，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件；虛擬層主要通過(guò)虛擬化技術(shù)對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行虛擬化，屏蔽底層系統(tǒng)的復(fù)雜性，為管理層提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)；管理層提供應(yīng)用程序部署與管理服務(wù)，是應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境，包括海量數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)、任務(wù)和資源的調(diào)度和管理等；應(yīng)用層提供各種應(yīng)用服務(wù)接口，接受用戶(hù)的服務(wù)請(qǐng)求和服務(wù)注冊(cè)，為用戶(hù)提供服務(wù)入口。

運(yùn)行于云端的泛在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求調(diào)用云平臺(tái)提供的相應(yīng)API，為用戶(hù)提供云服務(wù)。

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[責(zé)任編輯王愛(ài)萍]

Research on Ubiquitous Learning System in Distance Open Education based on Hybrid Cloud Computing Architecture and Application of Smart Mobile Terminal

Meng Ke，Chen Pei， Wang Hongli

( Shaanxi Radio and Television University， Xi’an 710119)

Abstract：With the development of mobile Internet， cloud computing technology and smart mobile terminal， the combination of that has become the direction of development. Hybrid cloud is the expansion of the concept of mobile cloud computing technology. The research on ubiquitous learning system in distance open education based on hybrid cloud computing architecture and application of smart mobile terminal has gradually become the hot spot of educational research because it can avoid the security problem of the cloud， exert the advantage of the mobile terminal and avert its shortcomings simultaneously. This paper analyzes the relationship between the hybrid cloud，ubiquitous learning in distance open education， and the new challenge on the ubiquitous learning in distance open education，thus provides the design of a ubiquitous learning system in distance open education based on hybrid cloud computing architecture and application of smart mobile terminal，which provides a new way for the research of ubiquitous learning in distance open education．

Key words：Distance learning; Ubiquitous learning; Hybrid cloud computing

[收稿日期]2016-02-29

[作者簡(jiǎn)介]1.孟科(1975—)，陜西省咸陽(yáng)市涇陽(yáng)縣人，陜西廣播電視大學(xué)科研處副教授，工學(xué)博士。2. 陳佩(1983—)，女，陜西省咸陽(yáng)市人，陜西廣播電視大學(xué)科研處講師，理學(xué)博士。3.王紅麗(1982—)，女，江蘇省鹽城市人，陜西廣播電視大學(xué)科研處講師，理學(xué)博士。

*基金項(xiàng)目：本文系陜西省2014年重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目“基于現(xiàn)代信息技術(shù)的手機(jī)教育智對(duì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用(項(xiàng)目編號(hào)：2014ZKC(一 )03-18)”、陜西省2014年信息化重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目“陜西廣播電視大學(xué)手機(jī)智對(duì)遠(yuǎn)程教育信息化(陜工信發(fā)[2014]199號(hào))”、陜西廣播電視大學(xué)2015年度科研課題“一帶一路”國(guó)際開(kāi)放大學(xué)建設(shè)問(wèn)題研究(15D-04-B04)資助。

[中圖分類(lèi)號(hào)]G434

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1008-4649(2016)02-0005-04