云架构下高校智慧教育环境个性化服务模式探索

崔嘉琪，王聪

（西北工业大学信息中心，陕西西安710072）

云架构下高校智慧教育环境个性化服务模式探索

崔嘉琪，王聪

（西北工业大学信息中心，陕西西安710072）

智慧教育是当代高校教育领域发展的新方向，智慧教育环境作为教育体系构架的关键环节，其发展影响着智慧教育的变革和创新。智慧教育环境将信息技术与教学服务环境相融合，对提升教育服务的智能化和个性化有重要意义。本文在分析了云计算应用于教育环境优势的基础上，提出了云架构下高校智慧教育环境中实验、教学、授课、管理等服务的建设模式，并结合智慧教育环境云服务的特点给出了一些建设和运维建议。

智慧教育；教育环境；云架构；云计算

一、引言

教育环境随着教与学的发生而出现，其发展影响着教育模式的变革和创新，伴随信息技术在教育环境中的应用，普适化的数字教育环境逐渐无法满足师生的个性化需求，构建智慧型教育环境的理念逐渐被提出。2016年美国高等教育“地平线报告”（NMC Horizon Report）中指出智慧教育环境下个性化服务成为未来几年高教领域发展和探索方向之一。智慧教育环境是通过先进的信息技术与教育业务深度融合，在学习、教学、科研和管理服务中，挖掘教育利益相关者（学生、老师、教学管理人员）的个性化需求，以高效能、低消耗的方式实现知识与资源的共享，促进教育教学的进一步智慧探索[1]。近年来，云计算技术在全球范围高速发展，国家教育“十三五”规划以及《教育信息化十年发展规划》中明确指出，要积极采用云计算技术，充分整合现有资源，构建和完善教育云服务。在智慧教育环境中有必要引入云计算技术，建设具有较高灵活性和适应性，开放式的个性化云服务，从而提升教育智能化水平，促进教育环境的可持续发展。

二、智慧教育环境构建个性化云服务的必要性

（一）智慧教育个性化服务对泛在环境所需

智慧教育环境的一大特点是提供具有高度灵活性、无感知的泛在空间环境，让师生可以在任何时间、任何地点通过网络获取所需的教学资源和服务，这些活动的发生将不再受限于内网访问或某一特定的环境。近年来，手机、平板电脑等轻量级移动设备发展迅速，其携带、使用方便的特点受到青睐，也逐渐开始走进课堂、科研环境。然而对于复杂文件的传输以及对操作系统有特定要求的科研应用在移动设备上无法实现。智慧教育环境利用云计算技术在云端建立了独立的桌面计算环境，将应用服务的所有计算和存储过程集中至云端完成，同时在内外网之间建立了快速、安全的通道。云桌面对于接入性设备的要求很低，通过网络和浏览器即可方便地接入云端桌面进行与计算机相同的操作，移动设备只负责浏览器的资源消耗。利用移动设备和云桌面服务相结合的方式，师生可依据自身需求选择所需的应用服务进行文献查询、科研分析等活动，这样的云模式环境为教育教学活动提供了更为开放的服务。

（二）智慧教育个性化服务对计算分析环境所需

为使教学、科研等服务越来越智慧化，智慧教育环境需要形成具有针对性的个性化服务，这离不开教育教学相关数据的分析。如果把数据分析比喻为储量巨大的金矿,那么云计算技术就是采矿工具。没有云计算的强大处理能力,数据的价值再大也不可能被挖掘出来[2]。数据分析的基础是数据的收集和存储，各个应用系统中学生信息、科研信息、设备状态、教学资源等大量数据不断积累，对存储的能力有了更高的要求，虚拟化云存储以分布式处理方式提供了高可靠性、超大容量的存储空间。在获取了足够的数据之后，就要构建合理的教育数据模型，对信息进行深度分析和挖掘，传统方式的数据挖掘技术仅能支持1GB大小数据的挖掘,而采用云计算架构后依托云计算的分布式处理和虚拟化技术能够以较高性能支持TB级数据的处理和挖掘，数据处理量达到传统数据挖掘的1000倍[3]。因此，云计算模式的引入实现了对海量数据的快速存储与分析，为个性化服务的实现提供了先决条件。

图1

三、云架构下的智慧教育环境个性化服务的构建

云模式下的智慧教育环境架构主要由基础设施服务、平台服务、应用服务、桌面服务等四部分协同完成，如图1所示，基础设施服务通过虚拟化技术将网络、海量存储空间和服务器的计算资源整合，形成一个大的资源池，为应用服务提供强大的计算能力和大型存储空间。不同角色的用户通过各种类型的接入设备进入桌面服务，经过平台服务的统一身份认证，获取不同的云应用，用户在云桌面中的行为数据将合理地收集至平台服务分析，从而进一步优化服务内容，形成动态连续的云服务过程。云平台提供的云实验环境、云学习空间、云备课、云管理将在教育实践中有广泛的应用前景。

（一）云实验室——拓展开放式实践环境

创新能力的培养是提升高校核心竞争力的有效途径，实验作为科研、教学最重要组成环节，其中不断实践与探索的过程为创新打下坚实的基础，随着“互联网＋”的推动，实验环境也在向开放、连通的方向发展。

云架构下的虚拟实验环境利用服务器集群代替原有的台式实验计算机，形成一个虚拟的实验平台，将实验中使用的专业应用软件、文件数据、计算分析等过程交由云端服务器来承担，同台式机相比其计算、存储能力成倍增强。虚拟实验平台依据实验需求可以划分出不同类型的小型实验环境，如教学上机实验环境、科研专用实验室、学生自主实验室等，满足不同的实验场景。虚拟实验平台的另一优势是可以形成对资源的分时复用，当进行上机实验教学任务时，可以将资源优先调配给上机实验环境，课下以及夜间将大量的空闲资源分给相应学科的学生进行自主实验和数据分析。

云实验室允许学生从电脑、Ipad、手机等接入性设备在任何时间、任何地点通过网络连接到云实验环境中进行操作，这充分扩展了学生实验实践的空间环境与时间环境，学生在离开实验教室后可以通过网络继续监测实验进展。高校间的协同实验模式强调小组合作机制，当前的实验计算机环境受网络、地域等限制实时共享性差，一定程度影响了实验效率。云实验平台可让实验人员在异地接入并共享同一个实验环境，从而达到协同合作的目的，降低实验成本，增进沟通。针对不同学科，不同复杂度的实验，云实验环境可以向不同的实验人员提供不同的实验应用软件以及不同量级的计算资源，进一步满足智慧教育个性化开放实验环境的需求。

（二）云学习空间——无缝隙伴随式学习环境

云学习空间是一个让学生快速获取有效资源的智能环境，云学习空间的建设一方面有效丰富高质量数字化教学资源，另一方面构建了个性化的网络学习环境。

数字化学习资源特别是课程资源和各种知识型智库在辅助课堂教学和支持高校科研创新的同时拓宽了学生的知识范围，有利于激发学生的学习兴趣。然而以视频为主的数字资源的体量都在呈几何式增长，需要海量存储的支持，这对现有的存储模型带来了压力，将云计算分布式计算模型与数据存储模型相结合，将数据多结点碎片化保存，可以为资源建设者提供超大的存储空间，同时满足学生观看视频的流畅感受。资源建设要加强内建，还要重视联合，各高校的优势学科不一，资源建设的侧重点不同，云计算环境下通过混合云的建设，实现高校之间资源库的互联互通，可以达到取长补短的效果。

数字资源受版权等限制大部分资源学生只能在内网访问，所有的数字化资源缺乏一个统一的接入方式，以云桌面为基础的智慧教育环境可以让学生随时随地获取学习资料而不受到网络边界的束缚，为学生提供了无感知的伴随式学习空间。各种资源的爆炸式呈现让学生在资源的获取中往往带有一定的盲目性，无法在有限的时间内准确获取所需的知识。云学习空间将云计算模式引入到学习过程中，通过采集学生学习数据，分析学生的学习习惯，掌握学习者的需求及学习规律，为不同的学习者推荐适合的学习资源、学习路径，建立个性化的学习环境[4]。

（三）云备课——为教师构建课堂教学新模式

伴随数字化教学的发展，教师利用电脑和投影仪，结合电子课件、视频、演示软件等信息化手段的授课方式已成为常态，这一授课过程包含了教师课前电子课件的准备，拷贝电子课件至教室电脑，课上演示等一系列环节，涉及个人电脑、教室电脑、拷贝介质等多种工具，而对于穿插实验演示过程的课堂教学这一过程将更为繁琐。当前教室配置的电脑多运行在自擦除模式，即电脑重启后所有数据将会被擦除，这种设置虽然较好维持了教室计算机的基础环境，但每节课都要占用教师一部分时间用于课堂电脑环境的配置，影响了教师授课的连续性。

智慧教育运用云计算技术可以极大简化教师的备课流程，提高授课的连续性。云备课环境为授课教师提供了独享的个人云空间，这个云空间是一个固定的备课授课环境。云环境可以让备课活动不受时间和空间的限制，教师在家里、办公室或者外地，都可以随时准备教学工作[5]，安装授课所需的软件程序。授课时老师只需从教室终端登陆至个人空间即可调取已准备的课件进行教学。此外，教师可根据个人的使用习惯提出相应的软件应用申请，管理员将为教师配置个性化的授课软件。这样的云备课环境方便了教师的备课授课，又为教师提供了一个独立安全稳定的课程空间。

（四）云管理——提升校园服务水平

目前教学模式正逐步从普式教育向学生个性化培养模式的方向转变，但是大学教育环境中老师与学生沟通较少，单从作业情况或考试成绩很难分析学生的个性化趋向；另一方面教室、教研室、实验室等环境难以捕捉学生的行为数据，在数据匮乏状况下的教学模式分析难以得到合理结果。

云计算模式下的智慧教育个性化环境建立起了人与物之间的有效联系，通过将学生的个人云空间与相关的应用分析模块互联，收集细粒度信息，获得学习者的学习样本，在云管理平台建立起一定容量的学习过程数据库，并且通过这一数据库进行技术分析，帮助大学生建立起个性化的学习方案，完成有针对性的内容推送。同时，云管理下学习分析系统还可帮助教师实现管理和监控学习者网络学习过程[6]，根据学习分析结果预测教学效果，从而进行教学干预，优化学习过程，促进个体智慧发展。教育行政管理者依据云管理分析结果，有效改善教学计划，辅助教学决策[4]。

四、云架构下智慧学习环境个性化服务建设的几点思考

云计算技术在教育领域的应用从资源整合降低成本，逐步延伸至应用的整合和数据的整合，为智慧教育环境建设带来整体性框架方案，为师生提供了一个极为便捷无感知的学习科研环境，如何利用云计算的优势建立可持续发展的智慧环境，在云平台的建设中笔者有以下几点思考。

（一）加强云平台的安全建设

云计算平台在智慧教育环境中承载了大量的应用和数据，其中师生的行为数据、个人数据都存储在云平台之上，因此云平台的安全性是建设的重中之重。用户数据信息通过网络传输，到达云平台直至应用系统和数据存储，涉及了网络安全、云服务器安全、应用系统安全和数据安全。云计算环境下安全体系的建设工作主要可以从监控防御体系建设和快速应急体系建设两方面着手。

全面的监控体系建设可以快速地发现网络和服务器硬件故障以及网络拥塞问题，及时对云平台进行相关处理和修复。防御体系建设从安全策略角度，可将不同类型的应用系统进行分级管理，对数据传输进行隔离，当发生安全问题时可以有效缩小其影响范围，提高应用的安全性；从技术层面通过在网络传输层和应用数据层分别建立安全防护规则,通过检测网络传输过程中的异常数据，快速分析发现问题，以有效地抵御外部的攻击，从而保障智慧教育云平台网络环境和应用系统的安全可靠。

智慧教育环境中各项云服务使用频率很高，为保障云应用系统不间断运行提供服务，应急体系建设非常必要。首先，应急预案的制定需要对云计算环境业务流程进行梳理，找出其中有可能会出现故障的关键点，从技术上制定有效的应急方案。其次，通过建设数据及应用系统的备份体系保留应用和数据在时间节点的完整数据，当应用系统奔溃或遭到破坏的时候，应用可以在短时间内进行恢复。同时，还可以针对云应用关键环节定期进行灾难演练，加强云平台管理和使用的安全可靠性。

（二）完善的管理体系，引导云平台良性发展

云平台环境建立了全校范围内的基础网络教育环境，为全校用户集中提供丰富的云服务，在如此大体量的平台中，如何保证云平台自身的稳定可持续发展，一方面需要建立云平台建设的整体规划，依据用户需求的增量做出有效的评估，从应用服务扩展和平台的性能提升等方面充分考虑扩容建设；另一方面需要对云平台的日常使用和维护加以规范，可以引入业务流程建模的理念，针对不同的使用者，梳理相应的智慧云服务需求及使用流程，实现云服务的线上申请、审批、资源服务分配、使用、结束使用、资源回收六个环节的全生命周期管理，使云平台资源有效循环利用。云平台的管理体系建设还应利用云计算资源弹性使用的特点，在使用过程中依据师生对应用服务的访问量进行计算资源的动态合理调配，给访问量大的应用服务更多的资源支持，防止访问的拥堵。

（三）加强智慧教育环境云管理队伍建设

智慧教育背景下云平台服务个性化、多样化，用户权限复杂，为使云服务得到有效的推广和使用，从真正意义上助力教学和科研，云平台管理人员队伍建设必不可少。云平台的建设需要有宏观意识的专家参与进行规划，考虑高校经费等因素，设计建设应满足一定时期内师生对于学习环境的软硬件服务需求。云计算技术为传统教育模式带来革新式的变化，这些变化需要老师和学生去掌握和适应，云平台使用的相关培训不可或缺，相关培训人员的培养也是云平台管理队伍建设的一部分。云平台服务的正常运转离不开专业技术人员的维护工作，当云服务具有一定规模后，云服务用户的数量是庞大的，快速、高效的问题处理能力是对专业技术人员的基本要求。同时，云平台对于数据的处理需要专业技术人员具备良好的数据处理和分析能力，将数据进行有效的整理以得到准确的教育科研分析结果。

五、结语

高校教育正逐步向智能化、个性化的智慧教育方向发展，智慧教育环境的建设是推动教育智慧化进程的基础。云服务模式下的智慧教育环境增强了教育科研的实效性，进一步优化了智慧教育服务的结构和功能，满足在信息化新形势下师生对于教育模式变化的需求。智慧教育需要依托云计算服务建立高效、灵活、绿色的学习科研环境，以适应未来大规模教育应用服务的发展。

[1]张立新,朱弘扬.国际智慧教育的进展及其启示[J].教育发展研究,2015(5).

[2]李浩.云计算、大数据、数字图书馆与智慧图书馆关联研究——用大数据打造智慧图书馆的思考[J].四川图书馆学报,2014(6).

[3]白莉.云计算环境下图书馆的个性化信息服务[J].现代情报,2012(9).

[4]吴洪艳.智慧学习视角下个性化在线学习系统设计与应用[J].中国电化教育,2015(6).

[5]刘中宇,刘素娥.基于云计算的多媒体教学环境设计[J].现代教育技术,2013(2).

[6]武峥,郝文清.基于云架构模式的“网络学习空间人人通”体系研究[J].中国电化教育,2016(3).

G434

A

1009－2447（2016）04－0125－04

2016-02-28

西北工业大学高等教育研究基金项目（2014GJZ03）

崔嘉琪（1990-），女，陕西西安人，西北工业大学信息中心研究实习员。