云计算在数字化微格实验室建设中的应用探究

陈建新（嘉兴学院平湖校区 教育系，浙江 平湖314200）

云计算在数字化微格实验室建设中的应用探究

陈建新
（嘉兴学院平湖校区 教育系，浙江 平湖314200）

云计算是计算机网络发展的一个趋势，它代表了一种新的数据处理方式和未来人们的一种生活方式。云计算以自己独特的优点被各个行业重视，并在各个领域里崭露头角。微格实验室建设一直以来受限于媒体技术、计算机技术、网络技术的发展。本文着重介绍了云计算为数字化微格实验室建设提供的一种新的思路，为促进微格实验室的发展提出的一种新方法，并解决好云计算运用中所出现的一系列问题。

云计算；微格实验室建设；云计算应用

一、引言

近两年，一种新概念频繁被业界广泛提到——“云计算”。世界著名网络公司Google（谷歌）以自建基于云计算服务器群为基础，积极推广云计算，这说明云计算正在深刻地影响着互联网的运作和服务模式。微格实验室建设一直由于媒体技术、计算机技术、网络技术限制，发展缓慢、功能单一、技术落后。云计算的出现与应用，为数字化微格实验室建设提供了一种新的思路和方法。在本文中，笔者主要研究了如何将“云计算”理念渗透到数字化微格实验建设中;如何把云计算与数字化微格实验室建设有机地结合，最终实现提升数字化微格实验室的功能和性能，提高利用率、降低成本。

二、云计算的含义

当前，人们对云计算还处于一个逐步了解和认识的阶段，对云计算还没有形成一个统一的定义，Google认为，云计算就是以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网格计算服务，让互联网这片云成为每一个网民的数据中心和计算中心。IBM认为，云计算是一个虚拟化的计算机资源池，是一种新的IT资源提供模式。虽然大家对云计算的认识不同，但基本上都同意将云计算理解为：分布式处理、并行处理和网络计算的发展。云计算其实就是利用互联网上的软件和数据能力，而“云”可以理解为是计算机群像云一样分布在世界各地，无边无际，并且可以随时更新。

三、云计算的特点

1．超大规模

云计算主要是为用户提供应用服务和平台，因此其规模巨大，一些大型的云计算服务提供商构造的云规模更是规模巨大，如Google的云计算服务平台服务器的装量达到100多万台，一些企业、科研院校建立的私有云一般也都拥有几十台甚至上百台服务器。由此可见，云计算为用户提供了超强的计算能力，同时也为我们的网络应用提供了前所未有的无限多应用空间，为我们的内容服务提供了超级计算能力。

2．虚拟化

云计算允许用户使用各种终端在任意位置获取应用服务。用户不必关心自己处在什么具体位置、什么接入方式，你只要拥有一台电脑，并接入云中，就可以尽情享受云计算给你带来的服务，完成你所要实现的功能，甚至可以依托普通的电脑实现超级计算机的计算能力。

3．数据共享

在云计算中，各种应用服务的数据只有一份，存储在云的另一端。用户通过严格的安全管理机制，利用电脑，通过网络访问和使用这一标准数据，保证了数据的权威性。同时，对数据的使用通过权限控制，保证数据的安全。

4．数据存储技术

数据存储技术保证了高可用、高可靠和经济性。云计算的数据存储方式一般采用分布式存储，通过冗余存储的方式，为数据存储提供高可靠性。一般将数据同时存于多台服务器，一份数据拥有多个样本，当一台服务器或多台服务器宕机，也不影响数据的安全。同时，为保证高效地为各个用户服务，通过并行服务为用户提供服务。因此，云计算环境中的数据存储具有高可靠、高吞吐率的特征。

四、云计算在微格实验室建设中的应用

云计算概念的提出和推广为数字化微格实验室建设提供了大量可以参考和学习的方法。云计算理念下，构建基于云计算的数字化微格实验教学训练系统成为了可能，并提供了理论基础。微格教学是运用现代视听技术对师范生进行教学技能训练的一种教学训练手段，其基本思想是：把复杂的教学过程分解成若干个单一教学技能，通过多次反馈和校正训练，培养和训练学生的教学技能，实践过程中，主要是利用音像技术，把训练过程进行录像，经数字化后存储，然后，对资源库中的录像进行观摩、研讨，以提高教学技能的系统培训方法。

基于云计算的数字化微格实验室建设以服务于微格教学训练为最终目标。在建设基于云计算微格实验室的过程中，要结合云计算服务商提供的架构思想和服务，统筹规划、整理和吸收最新的科研成果，创新机制，建构科学优质、高效、适用的数字化微格实验室。基于云计算的数字化微格实验室一般具有以下特征：一是视频库（一组服务器硬件和支持软件）和微格室（具有拍摄视频录像的专用教室）以及学生、教师分别处于云端，其中视频库为视频库云，微格室为采集云，学生观摩终端为学生云，教师观摩、评议终端为教师云；二是数据资料存储规范、门类清晰、标准统一、分类规范，方便用户编辑和使用；三是稳定、快速。运行稳定，具有强大、方便、快捷的搜索和查询功能；四是各大类资源分处于云端，极容易扩充。各级各类用户可以很快捷地通过添加终端的方式来扩充云的规模。

五、云计算在微格实验室建设中要解决的关键问题

1．数字化微格实验系统“私有云”的构建

多年来，微格实验室建设从模拟到数字，积累了不少的建设经验和成功案例，技术上也有不断的创新和发展。在数字化微格实验室建设中，我们通过构建“私有云”来提供云服务，让用户享受云服务带来的乐趣。

（1）在数字化微格实验室建设过程中，我们把整个微格实验训练系统设计成一种Web服务，构建成一个“私有云”，让用户在云中享用服务。在这个私有云中，各云端通过网络，依据约定的接口规范，相互联接，协同工作。在实践过程中，我们把视频存储服务器组、Web前台服务软件、云管理软件、微格室视频采集系统、学生预览观看系统、教师观摩评价系统以开放的架构放在网上，无缝地嵌入到网络中，嵌入私有云中。

（2）数字化微格实验室建设过程中，可以自由地选择符合技术接口标准的微格室视频设备，无缝地通过网络，作为云端加入到私有云中。

（3）将教师教育院校中的微格实验室主系统引入“云”设施，利用商用的云计算解决方案，架构满足本地应用的“私有云”平台。

（4）数字化微格实验室可以利用云计算全面、系统地整合本地区中小学以及教育实习基地的一些多媒体教室，将中小学的多媒体加装视频拍摄装置后，通过互联网，以云端的方式加入到云中，让我们的云无限地扩充。

（5）在建设过程中，我们除了将本课程的指导教师作为云端加入云中外，可以吸收校外一些专家，通过互联网，以另一种云端的方式加入到云中，以此扩充微格训练过程中师资的不足。

（6）学生云主要是学生在寝室、电脑房中，通过个人电脑以云端的方式加入到云，预览自己的教学录像，听取专家、老师的意见，加以改进，同时也可以观摩他人的微格训练过程，提高自己的教学技能。

总之，在这个“私有云”中，各类云端可以通过接口加入到云中来，使得这个数字化微格实验训练私有云具有无限扩张的能力，如图1所示。

2．云客户端的构建

（1）视频库云

如图2所示，视频库主要由一组服务器担任，该服务器组具有大容量存储功能，能够保存大量的视频资料。视频资料数字化时，采用WMV流媒体的标准压缩格式将视频进行压缩，并存储于中心服务器中，服务器具有负载均衡的功能，一般选用Windows 2003或2008服务器软件进行集群，存储采用N-1容错阵列。对于一些质量较高、具有示范性的录像，后期通过非编系统进行编辑整理后重新上传。根据服务器组容量情况，一般一学期或一年对服务器的视频进行清理，保证系统正常运行。

（2）采集云（微格室）

如图3所示，各微格室中，除了具有正常教室的功能外，加装二台摄像机。该摄像机彩色图象质量450线以上，变焦能够实现微格教室内从大特写到大全景的转换。将摄像机拍摄到的图像传到计算机的视频采集卡，通过软件将采集到的视频流通过网络传送到视频库服务器中。如果条件允许，在摄像机上加装云台和控制器，并通过485总线连接到计算机上，由计算机上的软件控制云台和变焦，计算机上的控制指令由云中教师端进行实时控制。

（3）学生云

学生云主要分两种，一种是当你在进行微格训练过程中，其他学生以观摩的方式加入，此种情况，最简单的方式是学生通过某个地址，进入该实验室对应的视频，通过一个流媒体播放软件进行观摩，同时通过Web页面实时查看教师的评价。另一种是学生本人事后观摩，此方式与前基本相同，可以与教师进行交互讨论，听取老师的改进意见，同时也可以对不同次教学过程进行比较，不断提高自身的教学技能。

（4）教师云

教师通过网络，以老师的身份加入到云中，可以实时观摩学生微格训练，也可以观摩学生录像，在观摩的过程中，可以暂停画面，对该时间区段的教学过程进行教学评价，评价信息通过网络传送到服务器中进行存储，服务器接收存储后分发到网上正在观摩的学生。如果是观摩实时微格教学过程，通过向管理者申请，得到授权后，还可以向服务器发送云台、变焦控制指令，服务器接收指令后转发到相应的微格教室中的控制电脑，对云台、变焦进行控制。

3．基于云计算微格实验室微格教学训练流程

微格教学训练是运用现代视听技术对师范生进行教学技能训练的一种方法,它是以教育学、心理学等理论为指导，强调多次反馈和校正操练，以现代视听技术和网络技术为手段的一种教学技能训练方法。微格教学训练目标明确、反馈及时，同时可以反复观摩研讨，在教学技能训练中，发挥着重要的作用。

笔者在实践中发现，通过基于云计算的微格实验室系统进行微格训练主要分学生教学技能训练（模拟上课）和专家示范上课两种。

（1）学生模拟上课

微格教学理论强调多次反馈和校正操练，我们把微格教学训练过程分成五步：①学生确定训练课题，学生确定课题后，撰写教案，并将教案传递给导师进行指导。经过讨论后，修改教案。②学生申请微格训练，系统管理综合调度，安排实验室（微格室），学生在指定时间进行微格教学训练。教师实时在云端进行观摩，其他学生也在云端进行观摩，通过系统，教师实时进行评价，点拨优点，指出缺点。③学生课后浏览教学录像，浏览同学、教师交流日志，重点观摩教师提出的改进意见。同时学生通过观看录像，了解上课时自己的教态、语态，发现缺点。④学生根据观摩后的意见，修改教案。⑤重新申请微格训练，进行再一次的微格训练，过程同②。⑥学生、教师重新观摩教学过程，对两次教学过程进行比较，寻找校正效果，同时发现新的不足并指出。如果效果不理想，重新进行过程④，继续微格训练。如果教学效果良好，将视频资料存档，并进入真实课堂的教学实践和教学实习。在整个训练过程中，学生、教师之间的相互协作，对教学训练效果的自评和他评贯穿始终。基于云计算的微格教学系统训练流程图如图4所示。

（2）专家示范上课

微格教学理论除了强调学生训练外，还包括专家示范教学，学生学习。相对来说过程比较简单，主要过程如下：①制定教学观摩计划，组织学生参与微格实验。②申请微格室，学生登入学生云，教师亦登录教师云。教学开始，教师通过Web页面系统，实时评析专家的教学过程，学生在云端，观摩教学过程，通过BBS系统，与同学、教师讨论教学过程，在此过程，允许并推荐多位教师共同参与，以便随时解答学生的提问。此过程中，学生云可多可少，具体能承担多少学生云同时参与取决于服务器速度和带宽。③课后，学生可以从库中调出相应视频，重新观摩，并根据时间再现讨论过程，并可以向教师进一步提出问题，最终提高教学技能。

六、结束语

云计算的出现，给数字化微格实验室带来了机遇，为云计算在数字化微格实验室建设中的应用产生无尽的遐想空间，把云计算运用到数字化微格实验室建设中，不仅可以提高实验室的利用率，为数字化微格实验建设提供了新思路和方法，而且也给云计算带来了一个新的应用领域。当前，云计算的应用还处于探索阶段，随着云计算在其他领域的成熟应用，必定也可以在数字化微格实验室建设中有一番作为。

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（编辑：金冉）

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1673-8454（2010）23-0019-04