基于教育云的数字校园设计研究

孙永强，钟绍春，郭军梅，钟永江，王 伟

(东北师范大学 信息与软件工程学院，吉林 长春 130117)

基于教育云的数字校园设计研究

孙永强，钟绍春，郭军梅，钟永江，王 伟①

(东北师范大学 信息与软件工程学院，吉林 长春 130117)

云计算作为一种新型服务计算模型，对教育领域具有深刻影响。数字校园的服务对象主体是学生，该文基于教育云进行了数字校园的设计研究。文章首先进行学生的服务需求分析，在此基础上从部署方式、服务类型和建设机制三个方面进行总体规划，并从区域级公有云和校园级私有云两个层级上对学生视角的教育云服务进行具体部署，为教育云背景下数字校园的建设提供参考，并为学生的个性化学习添砖加瓦。

教育云；数字校园；设计研究

随着教育信息化和教育改革的不断推进，近年中小学数字化校园建设成为国内基础教育发展的热点[1]。目前不断呈现的新技术的应用，对于尚未完全成型的数字化校园的建设具有不可估量的前景。我们有理由相信数字校园伴随各种新技术的运用将是一个全新的育人环境，将深刻地改变整个校园的生活方式，乃至人们受教育方式和学习方式[2]。而云计算作为一种新型服务计算模型，是面向服务的架构、分布式计算、网格计算和虚拟化等多种技术发展融合的产物[3]。随着云技术的发展壮大，数字化校园建设的重心将倾向于云平台的接入、应用[4]。云计算在教育领域中的迁移称之为“教育云”，也就是说教育云在数字校园的建设中具有很大的研究和运用潜力。本研究即是以学生角色为研究视角，区域环境为切入点，来对教育云环境下的数字校园进行设计。

一、相关概念及教育云在数字校园中的运用优势

教育云是指将教育信息化所需的一切硬件资源利用虚拟化技术构建一个巨大的虚拟资源池，以资源池为基础搭建面向教育机构、教育从业人员和学员的服务平台[5]。

对于数字校园，目前存在四种有代表性的观点，包括平台观、空间观、环境观和过程观，这些关于数字校园的观点从不同侧面描述了其特点，综合这些观点，数字校园具备以下五方面的特征：重点关注学生的有效学习以及创新和转变教学方式；以服务教育教学作为数字校园建设的基本理念；支持学与教的资源比较丰富；多种应用系统有机集成、相关业务高度整合；能拓展学校的时空维度并丰富校园文化[6]。

从宏观的系统建设层次来讲，教育云的优势是显而易见的。首先有利于解决基础设施、资源配置不均衡和利用效率低的问题；其次有利于解决教育教学应用系统缺乏且不统一的问题，能够实现系统间数据的共享；最后有利于解决各教育系统之间教育资源的有效共享问题。除了这些宏观的设施、系统、资源建设层次的优势外，作为有效应用于各教育机构的一种新型服务计算模型，我们应投放更多关注在教育云的有效运用，落实在具体的作为学习主体的学生身上，投入更多精力和时间研究教育云的运用到底能给学生的学习带来什么样的实效。目前除了以上三方面的优势外，针对学生主体的优势包括：

第一，学生通过教育云平台可以向其他同学自主分享和推荐资源，使学生有一定的责任和权限，能够培养学生的学习主动性和主体参与意识。

第二，学生有机会接触更多的优质资源，且这些资源与以前泛泛的教学资源库相比，更具有针对性，符合所属市、区、校的有效情境。另外，除了教师可以给学生提供的优质资源外，还包含学生群体提供的同视角的学习伙伴式资源。

第三，学生能够通过教育云系统与同属市、区、校的学科名师等直接对话，摒弃以往教学中只围绕自己任课教师的学习方式，从而突破单一的思维模式。

第四，利用教育云系统可以实现跨校、跨区等的协作性学习活动，不管是对学生的学习能力或综合素质等都有帮助。

二、学生视角的服务需求分析

本研究的主题是数字化校园的设计，校园生活中的主体活动是课堂学习，那么设计中处于首位的当然是用于支撑课堂学习的部分，即课堂支撑。说到学生，在校园中的多数活动皆为促进学习，而关于学习，涉及的主要范围包括学什么、怎么学、学得如何以及如何学以致用这四个方面。四方面内容具体映射到数字校园的设计中，相对应的即为学习资源、学习服务、学习测评和实践活动。当然这是广泛意义上的学习。按照福田小学王珏老师说的“教育云服务的三大主题：资源云服务、学习云服务和个性化学习服务”[7]，教育云服务中的针对学生个体的个性化学习空间是当仁不让的一大需求。另外从学生的总体需求分析来看，学生除了在校园中的这些学习活动外，还应包括个人信息统计与管理和系统常见问题解答部分。

1.课堂支撑

课堂支撑，顾名思义是专为支撑学生在课堂上的学习活动所设计的。要全方位支撑课堂学习需要从三个阶段分步进行：课前预习支撑、课中学习支撑和课后复习支撑。学生通过课前预习能够顺利解决本课知识学习之前需要掌握的基本技能和知识，且对将要学的学习内容有一定程度的理解，甚至已经发现了新内容中的问题。课中学习支撑部分能够为学生提供教师在课堂上涉猎到的一些有助于本课学习的关联知识和工具等。课后复习支撑甚至一定程度上能够代替课后作业。随着信息技术的不断发展，各种手持终端设备功能越来越齐，教育云服务的其中一个巨大优势就是能够减轻终端设备的负载，即学生可以用手机、平板电脑等移动设备随时随地完成课后作业等形式的复习巩固活动。

2.学习资源

作为教育云服务的三大主题之一的学习资源部分,是教育云背景下的数字校园建设的重点之一。这里的学习资源除了为以上的“课堂支撑”提供资源外，更多的是支持学生的自主学习。我们知道，在当前的网络学习领域，“微”学习很受学生欢迎，微应用有微博，微资源有微视频、微电影等。这种“微”形式的资源短小精悍，更符合基础教育阶段学生的注意力时间有限的规律，更能够顺应当前移动学习盛行的趋势。因此在学习资源部分除了电子教材、学案、课堂实录等较大篇幅的素材外，应在一定程度上对微资源重视起来。

3.学习服务

学习服务是对课堂学习的有效补充，甚至部分可替代或效果优于传统的课堂学习。例如虚拟实验室服务可以承担理科类实验的学习，尤其是那些具有危险性和现有条件较难实现的实验，学生在虚拟情境中完成实验过程，不仅克服以上困难，且能够自主控制，易控制实验条件，实验现象易观察。虚拟图书馆服务对学生学习实现拓展，且学生能够随时、随地地在虚拟图书馆中学习，具有更大的随意性，比较符合学生的个性化发展。各种学习应用工具服务可以根据学生个人爱好、习惯自主选择适合自己的学习应用软件，有利于应材施“学”。

4.学习测评

学习测评可以是一个大题库，有试题、试卷，可以自主组卷、智能组卷，可以自主测评或教师统一组织测评。完成测评后，对结果进行智能分析和教师人为分析，输出结果，反馈给学生，从而为学生的查漏补缺和下阶段的学习提供参考。其中由区域主导、学校执行的大型正式考试，如期末考试，最终统计分析得出的结果必须上传至区域，以便其对辖区内的学校进行有效管理与评价，而其它测验性质的小考试，如单元测验、知识点测验等，则无需上传至区域。

5.实践活动

实践活动主要是为了检验学生“理论用于实践”的成果，一般是跨单元、跨学科等的综合性活动，需要同学间、班际甚至校际协作完成。除了这些用于检验学习成果的活动外，还需包含其他一些体现和锻炼能力的课外自主探究或协作探究性活动，不管是组织能力还是团队协作能力，例如篮球等。

6.个性化学习空间

个性化学习空间更像是学生个人的一个“后花园”，包括学生个人所属班级、学校两个团体的动态，其它主要是Web2.0应用服务，如微博、博客、轻博客、RSS，类似于SNS网站的服务模式，用户需要手动添加除了班级以外的联系人形成通讯录实现即时通讯。另外收藏的学习资源、定制的学习应用服务都应在个性化学习空间给予体现，真正实现多维度个性化。

7.信息统计与管理

学生的一些个人信息需要系统能够给予系统统计与管理，如学生档案、成绩管理、课程表等，另外系统能对成绩等给予统计分析，输出图表，提示学生最近需要注意的问题，例如某门学科成绩下降，给予提醒。另外包括一卡通系统信息，校园一卡通系统指的是学生在校园内容的一些活动一卡通用，包括考勤、校园超市购物、图书馆等。例如学生每天进出校门时间，只要学生携带卡，则门禁系统自动识别并记录时间。系统记录卡的使用情况，并对信息进行统计和分析，给予提示适当提醒，例如最近消费较高，系统给予提醒。

三、总体规划

教育云的统筹规划是一项规模宏大的工作，最上级可至国家级教育云，依次往下包含省级教育云、地市级教育云、县区级教育云，以及最下层级的校级教育云等多个层级。本研究的设计规划着重在教育云与数字校园的结合规划上，因此从最下级的校级教育云开始，只上升至区域级教育云的规划，凡是不属于校级教育云的服务均归属到区域级教育云这一层级上。区域教育云背景下的数字校园的总体规划是从部署方式、服务类型和建设机制这三个方面来进行的。

1.部署方式

采用混合云的部署方式，即区域公有云与校园私有云相互联通。区域公有云由现有的教育网络信息中心扩建而成，校园私有云沿用当前的网络信息中心即可。区域公有云设立一个管理中心对资源和服务等进行管理，校园私有云由各学校自行管理。

2.服务类型

服务类型包括三类：基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。相应的教育云平台架构包括三层：基础设施层、平台层和教育应用软件层。基础设施层，为高层提供计算、数据存储和网络通讯等资源，即提供IaaS；平台层，构建在基础设施层之上，面向开发人员，为开发各类基于云计算的教育应用软件提供开发环境和公用API等，即提供PaaS；教育应用软件层，提供各类的教育教学相关的应用软件，即提供面向教育的SaaS[8]。

3.建设机制

在区域教育云系统中，基础设施层由各个学校私有云和区域公有云共同建设和管理；平台层由区域教育云的管理机构与学校共同协商之后制定；教育应用软件层则由学校和区域管理机构根据其具体的需要，由学校、区域管理机构主导，自己开发或寻找合适的教育软件开发企业进行开发。

综合以上的部署方式、服务类型和建设机制，并分析三者之间的交叉关系，有如图1所示的总体架构。

图1 教育云总体架构图

四、具体部署

伴随移动设备和移动学习的快速发展，作为移动终端设备的手机、平板电脑等逐渐成为学生的移动学习终端。除了现有的台式电脑、笔记本电脑等已存的学习终端外，上述的移动学习终端设备在教育云的背景下也扮演着几乎完全相同的角色。在教育云系统中，学生利用这些终端设备通过浏览器在统一信息门户网站登录进行身份认证就能够方便快捷地享用其中的服务。

如上文所述，教育云系统的部署方式有区域公有云和学校私有云两种，服务类型有基础设施即服务、平台即服务和软件即服务三种，那么现在从不同类型云的各自的服务类型出发，结合以上的需求分析对区域教育云系统中的业务进行具体部署，如图2所示。

图2 区域教育云系统具体部署

1.区域公有教育云服务的具体部署

区域公有教育云的基础设施层包括服务器、存储设备和网络设备，同时为区域云和校园云提供服务。平台层包括开发环境、公用API、Web服务API，为区域云和校园云提供服务，其中学校可以借助此平台层开发个性化应用服务，并将其置于校园云应用软件层中。应用软件层包括课堂支撑系统、学习资源库、学习服务系统、学习测评系统、实践活动系统、常见问题解答库以及学生个性化学习空间中的所有Web 2.0应用服务。

2.校园私有教育云服务的具体部署

校园私有教育云的基础设施层与区域云一样包括服务器、存储设备和网络设备，不过从功能上、规模上可能比区域云要弱。校园云不提供平台服务，因为区域云的平台服务是在区域与学校管理机构互相协调的基础上建设而成的，即使学校要开发个性化应用，只借助区域云的平台层就能够满足要求。应用软件层主要是学生信息的统计与管理，因为这些信息或其统计结果可能需要与校园中的其他应用软件共享或关联数据，而这些应用软件有可能是学校借助区域云的平台层自行开发的，因此信息的统计与管理服务归属于校园私有云。另外校园云需要存储的信息主要是个性化学习空间中本校学生发表的个性化信息，这也是学习过程中的生成性学习内容，有利于教师对其统计整理，将隐性知识显性化，然后将这些显性化的知识上传到区域公有教育云中，方便更多学生学习。

五、结束语

本研究是区域教育云背景下的基于学生视角的数字校园建设，希望能为今后教育云与数字校园的结合提供参考。直观地说，教育云的应用使资源的利用率(不管是硬件还是软件资源)提升，从客观条件上平衡了学校间的多方面的差距，如资源、教学等。从学生视角来看，教育云使学生的正式学习和非正式学习结合更紧密，且离个性化学习又迈近一步。总之，教育云的应用前景广阔，会使我们受益无穷，所以我们期望其能早日实现，发挥其潜在优势，为教育领域带来深刻影响。

[1] 张虹波,申军霞.中小学数字校园内涵探究[J].中国电化教育,2009,(7):56-59.

[2] 李奕.数字校园——教育信息化发展之路[M].北京：北京教育出版社,2004.157-159.

[3] Lamia Youseff,Maria Butrico,Dolma Da Silva.Toward aUnified Ontology of Cloud Computing[EB/OL]. www.collab-ogce.org/gce08/images/7/76/LamiaYouseff.pdf，2014-01-14.

[4] 郭鹏,纪青莹.基于云计算的数字化校园架构研究[J].计算机光盘软件与应用,2012,(5):133-134.

[5] 王康,廖汉文,张岩.云计算在基础教育信息化建设中的应用研究[J].现代教育技术,2012,22(4):104-106.

[6] 黄荣怀,张进宝,胡永斌,杨俊锋.智慧校园-数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究,2012,18(4):12-17.

[7] 王珏.深圳市教育云思路研讨[EB/OL].http://rc.k12.com.cn/cloudRes/res/show/id/344289，2014-01-14.

[8] 章泽昂,邬家炜.基于云计算的教育信息化平台的研究[J].中国远程教育,2010,(6):66-69.

孙永强：特级教师，在读博士，研究方向为数字化学习环境()。

钟绍春：教授，博导，研究方向为信息技术与课程整合、数字化学习环境(sczhong@sina.com)。

郭军梅：在读硕士，研究方向为数字化学习环境(476935343@qq.com)。

钟永江：教授，博士，研究方向为智能学习系统、数字化学习环境(zhongyj@nenu.edu.cn)。

王伟：讲师，博士，研究方向为智能学习系统、数字化学习环境(dorrisww@126.com)。

2013年12月24日

责任编辑：马小强

Design Research of Digital Campus Based on Educational Cloud

Sun Yongqiang, Zhong Shaochun, Guo Junmei, Zhong Yongjiang, Wang Wei
(School of Information and Software Engineering, Northeast Normal University, Changchun Jilin 130117)

Cloud computing as a new service model, has a profound impact on the field of education. Students are the main service targets of digital campus. After the analysis of students' service to the digital campus, the paper put forwards an overall plan from the aspects of deployment, service type and construction mechanism, and describes the deploy method from the region-level public cloud and campus-level private cloud of students perspective. The paper can provide reference for constructing digital campus based on educational clouds and it is meaningful to individualized learning.

Educational Cloud; Digital Campus; Design Research

G434

A

1006—9860(2014)04—0094—04

① 王伟为本文通讯作者。