基于IaaS云計算的網(wǎng)絡(luò)教學模式

馮少沖 邸彥強 陳志佳 袁紅麗

摘要：作者對當前網(wǎng)絡(luò)教學的概念、特點進行了分析，并針對其在實踐技能教學方面的不足，結(jié)合云計算理念提出 一種新的網(wǎng)絡(luò)教學模式——IaaS云計算網(wǎng)絡(luò)教學模式，并從其基本模式、教學內(nèi)容與方式、特點等方面進行了介紹，最后探討了開展該模式教學建設(shè)需關(guān)注的事項。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)教學;云計算;IaaS

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）12-0108-03

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及教育教學理論的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學幾乎成為與傳統(tǒng)課堂教學并重的教學模式。

當前主要網(wǎng)絡(luò)教學模式分析

目前，各類網(wǎng)絡(luò)平臺推出了大量的網(wǎng)絡(luò)教學和網(wǎng)絡(luò)學習渠道，提供了極為豐富的網(wǎng)絡(luò)化學習資源。筆者針對專門的網(wǎng)絡(luò)教學模式進行了分析，最終將網(wǎng)絡(luò)教學的主要模式歸結(jié)為以下幾種：網(wǎng)絡(luò)視頻課、MOOC、SPOC、交互式在線課。

網(wǎng)絡(luò)視頻課：以在線視頻的形式向公眾提供在線學習服務(wù)。

MOOC：大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，是以網(wǎng)絡(luò)視頻為基礎(chǔ)，并具備網(wǎng)上交互功能的授課模式，不受時間、空間限制，選課人數(shù)也不受限制。

SPOC：小規(guī)模限制性在線課程，是對MOOC的發(fā)展和補充，對學生進入門檻有限制，規(guī)模小，更加強調(diào)學生深入?yún)⑴c、完成課程。

交互式在線課：在線教育平臺提供支持基本交互功能的在線課，一般集成音視頻、動畫等類型教學資源，其中大多支持基于移動終端的M-learning（Mobile learning，移動學習）。

在一些實踐技能教學，如電站系統(tǒng)、武器裝備等復(fù)雜設(shè)備操作教學中，需要使用大型多媒體軟件、虛擬仿真系統(tǒng)等資源進行實操教學，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學模式，主要適用于理論知識的學習，對于實操類教學的助益相對較少，其主要原因是：

①在交互方式上，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學不支持多樣式的人人交互和人機交互，而實操類教學，需要教師、學生、教具等教學因素密切互動，如教師操作、學生觀摩，學生操作、教師監(jiān)控，以及多人協(xié)同操作等。

②實現(xiàn)復(fù)雜教學資源的網(wǎng)絡(luò)化難度大。實操類教學資源，往往是大型的軟件系統(tǒng)，其技術(shù)手段和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，因而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學支撐技術(shù)難以實現(xiàn)該類資源的網(wǎng)絡(luò)化。

IaaS云計算網(wǎng)絡(luò)教學模式

IaaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）云計算模式，是將IT基礎(chǔ)設(shè)施作為一種服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)對外提供，最典型的是基于虛擬化技術(shù)將虛擬機及其操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)布給用戶，用戶取得授權(quán)后就像操作本地計算機一樣操作網(wǎng)上虛擬機。

1.基本模式

將IaaS云計算與網(wǎng)絡(luò)教學的理念相結(jié)合，形成基于IaaS云計算的網(wǎng)絡(luò)教學模式（簡稱IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式）。該模式下，首先建立服務(wù)中心集群，通過虛擬化技術(shù)，將集群基礎(chǔ)設(shè)施分割為一系列虛擬機，虛擬機內(nèi)部部署各類教學資源，一方面將虛擬機操作系統(tǒng)桌面以服務(wù)的形式進行發(fā)布，另一方面對所有虛擬機按需進行管理調(diào)度。在終端，用戶通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或者專用接入軟件登錄中心門戶，選擇并注冊資源，一旦獲得授權(quán)，用戶可直接訪問集群中虛擬機的操作系統(tǒng)桌面，使用部署在虛擬機內(nèi)的教學資源進行學習和教學，達到“有網(wǎng)就能學”的普適化網(wǎng)絡(luò)教學，如圖1所示。

2.虛擬機

發(fā)布給用戶使用的虛擬機，既可以作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學終端，以“網(wǎng)上網(wǎng)”形式，訪問網(wǎng)上教學資源，也可以作為承載網(wǎng)上教學資源，提供網(wǎng)絡(luò)教學服務(wù)的服務(wù)器。對于IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式，虛擬機主要是第二種應(yīng)用方式。用戶可通過技術(shù)手段限制虛擬機的開放程度，以適應(yīng)不同的具體教學方式。

一是面向用戶個人的專用機。用戶對其有完全的控制權(quán)，虛擬機記錄用戶所有的操作使用信息和個人數(shù)據(jù)，適用于開展個性化的學習。

二是面向課程內(nèi)容的通用機。虛擬機不記錄用戶操作，每次開機后用戶所見的課程資源均為初始狀態(tài)，適用于進行大規(guī)模教學。

3.教學資源

在IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式中，用戶可直接部署的教學資源包括音視頻文件、PPT/Word/PDF等格式文本及Flash動畫等一般教學資源。除此之外，一些復(fù)雜的教學資源，如大型的虛擬仿真系統(tǒng)和多媒體軟件（如圖2）可以直接部署在虛擬機內(nèi)部，通過IaaS模式直接實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)，進而避免了因系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)原理而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)化改造難題。

4.支持的教學內(nèi)容以及方式

IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式，首先支持傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學內(nèi)容，如利用部署的音視頻、Flash動畫等資源進行理論教學，但其突出的優(yōu)勢是對實操類教學的支持。

例如，在某電站設(shè)備的操作使用教學中，教師常用的教學方式是利用電站的虛擬仿真系統(tǒng)在實際操作中示范講解，并指導(dǎo)學生各自操作該系統(tǒng)進行學習練習。在IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式下，學生和教師分別通過各自終端訪問對應(yīng)虛擬機中的教學資源，各教學資源由服務(wù)中心管理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度。通過調(diào)度系統(tǒng)，可以實現(xiàn)各分離資源的同步，進而實現(xiàn)各終端教學內(nèi)容的同步。該系統(tǒng)區(qū)分為教師參與的“教學”，以及只有學生參與的“自學”，下面筆者針對這兩種情況進行分析。

教學：支持示范性演示教學和遠程監(jiān)控考核。對于前者，教師可以操作教學資源進行示范，學生可遠程同步看到操作過程;對于后者，學生可以操作教學資源進行練習，教師可遠程同步看到操作過程，并對操作過程進行考核。

自學：支持單人自主學習和多人系統(tǒng)學習。對于前者，學生直接操作教學資源進行學習，根據(jù)平臺容量，可支持多人同時自主學習;對于后者，根據(jù)實操需要，學生可組隊協(xié)同對教學資源進行操作，通過后臺的調(diào)度管理，所有操作信息同步地反應(yīng)到每位學生操作的教學資源上。

5.特點

除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學共性特點，如實現(xiàn)教學資源的共享，改變枯燥的學習方式，支持不受時間、場地影響的自主學習、重復(fù)學習等外，IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式還有以下特點：

①支持多樣的交互形式，包括師生間的交互、學生間的交互，以及人與教學資源的交互，交互內(nèi)容除語音、文字外，還包括基于通用計算機外設(shè)的手勢動作等（如對虛擬設(shè)備模型的操作）。

②既支持單人和多人的獨立自主學習，也支持多用戶的協(xié)同學習。

③支持復(fù)雜教學資源快速服務(wù)化發(fā)布，不必專門為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)對應(yīng)的版本。

④克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源異地部署，資源間交互困難的問題，在中心集群內(nèi)優(yōu)化部署，便于協(xié)同管理。

IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式建設(shè)相關(guān)注意事項

將IaaS云計算技術(shù)引入網(wǎng)絡(luò)化教學，雖然可以提高教育信息化水平，但在進行建設(shè)時，要注意以下相關(guān)事項：

一是合理論證教學資源。雖然IaaS模式云計算在技術(shù)上大大提升了教學資源的易用性和便利性，但是并非所有教學都適用IaaS網(wǎng)絡(luò)模式，特別是理論教學，更適用MOOC/SPOC等模式，IaaS模式主要適用于實踐技能教學。

二是注意用戶規(guī)模的控制。在IaaS模式下，用戶會獨占中心的某一個虛擬機開展教學/學習，會對帶寬有一定要求，目前一般在1Mbps～30Mbps之間。因此，要根據(jù)中心實際帶寬，合理控制用戶規(guī)模，也可引入邊緣節(jié)點、多云中心、遠端中繼等方法進行用戶擴容。

三是要制訂教學資源開發(fā)與運行規(guī)范。制訂開發(fā)運行規(guī)范能夠約束教學資源的開發(fā)以及運行過程，進而避免由于不同單位、機構(gòu)按照各自的標準規(guī)范進行開發(fā)與部署，造成管理混亂、應(yīng)用混亂、運行混亂，在制度上和源頭上控制IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式建設(shè)的正常有序發(fā)展。

四是及時引入最新的信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。云計算技術(shù)是信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，因此，對于信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)領(lǐng)域新興技術(shù)，如容器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、邊緣計算技術(shù)、智能化技術(shù)等的發(fā)展應(yīng)予以高度關(guān)注，并將其適當引入IaaS網(wǎng)絡(luò)教學模式建設(shè)中，爭取為網(wǎng)絡(luò)教學提供更多的建設(shè)和發(fā)展思路。

總結(jié)

基于IaaS云計算網(wǎng)絡(luò)教學模式是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等先進技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果，其教學資源豐富，互動性強，將為操作類課程的網(wǎng)上教學提供一種新的思路。