智慧教育云平台的构建探析

李洪亮 朱姝

摘 要：随着我国“互联网+”战略的持续推进和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》等国家政策的落实，“云平台+教育产业”的应用模式有了更加广阔的应用前景。文章以普通高中的智慧音乐教育为视角，在充分研究大数据、云计算、物联网、人工智能、虚拟现实、移动互联和应用等现代信息技术的基础上，结合音乐教育“非语义性、非具象性”的学科特征，对《音乐鉴赏》智慧教育云平台的构建进行探析。音樂教育，尤其是高中音乐教育，若能踏上智慧教育“云”的平台，使音乐教育更加形象化、智能化，必将对我国音乐教学事业产生深远的影响。

关键词：音乐教育;智慧教育;教育云平台

中图分类号：G434         文献标志码：A          文章编号：1673-8454（2019）08-0080-06

随着我国“互联网+”战略的持续推进和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》等国家政策的落实，“云平台+教育产业”的应用模式有了更加广阔的应用前景。以阿里云、百度云、腾讯云为代表的云服务企业纷纷推出了各自的教育解决方案，为教育云平台的构建提供了得天独厚的条件。教育云平台作为教育信息化发展到一定高度的产物，是高度数字化、信息化和智能化的一种教学应用平台，它不但可以使不具有语义的确定性和事物形态的具象性的音乐音响变得直观、立体、形象，还可以让音乐教学过程中的互动、交流、总结、反思等过程变得更加智能、便捷、高效。教育云平台在音乐教育领域的应用，尤其是普通高中《音乐鉴赏》课程中的应用具有很大的适用性和切合性，必将对我国普通高中的音乐教育现代化产生深远影响。

一、教育云平台发展现状

“教育云是云计算在教育领域的深入应用，通过提供按需服务、动态调配的服务模式，面向教育机构、教育提供者和接受者提供所需的信息化教学、管理等应用服务，教育云的影响不仅体现在为传统教育教学和教育管理提供便利，更在于创新传统教学和管理模式。”[1]随着我国云服务产业发展和升级，其在教育领域的应用前景也逐渐被相关企业证实，一些知名云服务企业纷纷推出自己的教育云平台解决方案。笔记将以百度教育云平台为例进行具体介绍。

百度教育云平台主要由四个架构层面组成：①数据存储层：提供云平台运行的数据存储服务，分别由云服务器BBC、对象存储BOS、内容分发CDN、关系数据库RDS、云磁盘CDS组成。②平台服务层：提供平台运行的基本服务，分别有音视频点播VOD、音视频直播LSS、文档转码DOC、IM通讯、文字识别OCR组成。③应用服务层：用于云平台的教学应用服务，分别有教学视频点播系统、教学直播课堂、在线题库系统、教学质量评测系统、学生知识图谱组成。④终端服务层：用于实现云平台与PC、手机、Pad等数字终端联通与交互，可以兼容Windows、iOS、Android等系统。采用百度教育云解决方案的单位或机构已有十余家，如教育部的国家教育资源公共服务平台、江苏开放大学、学而思网校、中公教育等。百度云对教育云平台的解决方案进行了较为详细和科学的构架，此构架基本可以满足通用云教育平台的使用需求，如图1 所示。[2]

二、《音乐鉴赏》智慧教育云平台构架

《音乐鉴赏》智慧教育云平台是指应用于普通高中《音乐鉴赏》课程的教育云平台。它以通用教育平台的基本功能和框架结构为基础，同时分析并考量了《音乐鉴赏》课的课程特点和教学应用需求，增加了《音乐鉴赏》教学过程中所需的教学设施，最终构成为一个具有音乐教育特色、适用于《音乐鉴赏》课程教学的智慧型教育云平台。该平台主要由云基础服务层、平台服务层、应用服务层、终端服务层四部分及所属模块组成，如图2所示。

1.云基础服务层

云服务器（Cloud Server）模块：指为《音乐鉴赏》智慧教育云平台提供计算服务的云端服务器。云服务器“能够将分布在各地的服务器群进行网联，能够实现大规模计算能力、海量数据处理和信息服务的需求。”[3]

对象存储模块：指为《音乐鉴赏》智慧教育云平台提供储存服务的云盘。对象存储模块安全、稳定、高可扩展，可以作为教育云盘使用，从而方便教师和学生存储和共享各种教学资源。教育云盘可以根据教学的实际需求设置不同的权限和组织框架。

内容分发（CDN）模块：指应用于《音乐鉴赏》智慧教育云平台的内容分发网络。内容分发网络模块“是一种以降低互联网访问时延为目的，在网络边缘或核心交换区域部署内容代理服务，通过全局负载调度机制进行内容分发的新型覆盖网络体系。”[4]通过内容分发网络模块的应用，可以有效提高《音乐鉴赏》智慧教育云平台的网络响应速度，确保平台网络的通畅和稳定。

《音乐鉴赏》教育云数据库模块：《音乐鉴赏》教育云数据库是指应用于《音乐鉴赏》智慧教育云平台的教育云数据库，主要用于存储和管理《音乐鉴赏》教学资源。该数据库以普通高中《音乐鉴赏》课程标准为指引，以《音乐鉴赏》课程的教学大纲以及实际教学需求为建设目标，搜集并存储了与《音乐鉴赏》课程教学相关的各类教学资源，如数字化的谱例、音视频（慕课、微课等）、文本、课件等。

2.平台服务层

媒体播放模块：指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于播放各类教学媒体的平台服务模块。媒体播放模块具有对各类媒体进行转码、存储、加密、分发、播放等功能，支持各类音频、视频、动画、图片、演示文稿等媒体文件的播放。

文字识别模块：指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于识别文字的平台服务模块。文字识别模块可以对通用文字、身份证、网络图文文字、银行卡等进行识别，支持在自然场景下对整图文字进行识别，文字识别的结果可以直接用于翻译、搜索等。[5]

文档转码模块：指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于文档转码的平台服务模块。文档转码模块具有对各类文档进行转码、存储、分发等功能，可以实现对课件、随堂讲义等文档的在线浏览;支持转码的文档包含Office、PDF、WPS等，支持的操作系统包括Windows、iOS、Android等。[6]

IM通讯模块：指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于即时通讯的平台服务模块。IM通讯能够即时发送和接收互联网消息等，可以方便教师和学生在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上进行即时互动与交流，非常适用于现代“数字土著”们的学习方式。

音视频录制模块：指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于音视频录制的平台服务模块。该模块可以对整个音乐课堂的音频和视频进行录制，录制模式可以为单轨或多轨，录制完后自动转码并存储于云平台的数据库。录制的音视频文件可以作为教师的教学反思材料和学生复习的教学资料，经过一定剪辑制作后也可以作为慕课、微课等网络课程的视频素材使用。音视频录制模块的硬件设施可以与课堂直播模块进行共享，可以共同使用一个硬件平台。音视频录制与课堂直播模块的主要区别在于：前者主要应用于教学课堂的录播场景，后者则主要应用于教学课堂的直播场景。

3.应用服务层

（1）音视频点播模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于点播教学音频和视频的应用服务模块。该模块可以点播《音乐鉴赏》云数据库中的教学资源，也可以点播第三方授权的慕课视频、微课视频、音乐会音视频等与《音乐鉴赏》教学相关的音视频资源。

（2）课堂直播模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于课堂直播的应用服务模块。课堂直播系统可以对音乐课堂进行在线全景直播，从而把音乐课堂搬上互联网，最终实现“共享课堂”。另外系统也可以将课堂直播的内容录制下来，通过适当的剪辑和处理，就可以制作成慕课、微课等在线课程，并存储于《音乐鉴赏》教育云数据库中。

（3）在线题库模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上进行习题练习的应用服务模块。在线题库是“依据相关教育测量理论，在计算机系统中实现的学科题目的集合，是严格遵循教育测量理论，在精确的数学模型基础上建立起来教育测量工具。”[7]在线题库模块可以方便学生进行习题练习，增加学生的学习时间和空间，提高学生的学习效率。

（4）教育App模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上应用的第三方教育应用程序模块。教育 App 模块是移动设备得以实现信息承载和交互功能的基本运行载体，学生将教育App安裝到手机或Pad等终端设备后就可以实现随时随地任意内容的“5W”自由学习状态。另外教育App可以实现学生与学生、教师与学生之间的交流与互动，方便学习经验和学习资源的共享，具有提高学习趣味性等优势。[8]

（5）智能测试模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于教学质量测试的应用服务模块。测试范围可以设置为随堂知识点、单个知识点、单元知识点、模块知识点、课程等的测试，测试题型可以根据课程特点设置为客观题、主观题、实践题等。智能测试主要分为三个进程：①音乐教师先将需要测试的内容输入智能测评模块。②学生通过各自的独立账户登录并完成答题。③系统自动生成测试成绩并存储至智能测评数据库中。智能测试模块测得的成绩信息可以用于“学习分析模块”进行学习分析。

（6）教学电档模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于记录教学信息的应用服务模块。教学电档包括教师电档（教师的教学电子档案）和学生电档（学生的学习电子档案）。教师电档是指记录了教师的整个教学进程和各个教学阶段的发展过程以及教学效果等信息的数据库，包括教学计划、教学习惯、教学途径、教学方式、教学进程、教学内容、教学偏好等信息。学生电档是指记录了学生的整个学习进程和各个学习阶段的发展过程以及学习效果等信息的数据库，包括学生的学习计划、学习习惯、学习途径、学习方式、学习进程、学习内容、学习兴趣等信息。[9]教学电档记录的教学信息可以用于“学习分析模块”进行学习分析。

（7）学习分析模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于学情分析的应用服务模块。即“利用各种数据收集和数据分析工具，从教育领域的海量数据（包括在‘教学过程‘学习过程‘教学管理过程中所产生的海量数据）中，通过收集、测量、分析和报告等方式，提取出隐含的、有潜在应用价值的、涉及‘教与学或‘教学管理的过程及行为的各种信息、知识与模式，从而为教师的‘教、学生的‘学以及教学管理提供智能性的辅助决策的技术。”[10]

本文提出的学习分析模块主要用于对“教学电档”中的教学信息进行价值性分析，即通过学习分析技术对智能测评的成绩信息与教学电档的教学信息的因果关系的大数据计算与分析，实现对教学电档中所有教学信息的价值性评估（如有效的教学方式、教学方法、教学内容等），最终形成价值分析情报并存储至学习分析模块数据库中。表1中，笔者试举了三个班级的学生电档与教师电档的各三组数据，通过与测试平均分值数的对比分析，就可以明显发现学生电档与教师电档各自的内容对于教学成绩的影响。

评测对象为三个平行班：A班、B班、C班。①A班与B班相比：平均分值差5分，教学电档数值一致，只有论坛互动量相差100次，因此可以明显发现，A班与B班的5分差距主要原因在于A班教学互动时间比B班多了100次。②B班和C班相比：平均分值差5分，学习电档数值一致，只有体验性音乐教学时间B班比C班多了5分钟，实践性音乐教学时间B班比C班少了5分钟，因此可以明显发现，B班与C班的5分差距主要在于B班比C班多了5分钟体验性音乐教学时间（实践性音乐教学时间多5分钟的教学效果并不明显，因此忽略不计）。③A班与C班相比：平均分多了10分，其中5分是因为A班比C班论坛互动量多了100次，另外5分是因为A班比C班多了5分钟体验性音乐教学时间（实践性音乐教学时间多5分钟的教学效果并不明显，因此忽略不计）。

表1只是笔者用于说明“分析原理”的简单试举，假如学习分析模块对“智能测评”的成绩信息与“教学电档”的教学信息的因果关系进行整体的大数据计算与分析，必将在“教学电档”中分析出海量有价值的教学信息。学习分析模块分析形成的价值分析情报可以用于“智能决策模块”进行智能决策。

（8）智能决策模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于智能决策的应用服务模块。智能决策模块“主要包括用户端、信息服务、推理模块、知识模块、云服务模块、资源管理模块和决策模块。决策者通过用户终端提交决策问题，调用信息服务进行模型的构建，同时启动推理模块，调用知识模块，根据决策者的需求，引导决策者选择合适的决策模型，并且可以跟踪决策问题的求解过程。调用云服务模块，对决策任务进行分解，通过调用资源管理模块，将每个分解的决策任务分配到相应的资源模块中执行。决策模块对集成子任务的执行结果进行集成，并将执行结果通过用户端返回给决策者，为决策者的决策提供支持。”[11]

智能决策模块以“学习分析模块”形成的价值情报作为智能决策模块的决策依据，智能生成教学决策报告，从而帮助教师更好地进行教学总结、教学反思和教学方式、方法的改进等。教学决策报告将发送至“智能推送模块”，由“智能推送模块”进行智能推送。

（9）智能推送模块

指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于智能信息推送的应用服务模块。即在传统推送技术（Push）的基础上融入了人工智能、知识发现（也称数据挖掘）等技术，可以提高网络和数据库的智能化水平，在对信息进行分类处理的同时，也对用户的需求进行分析（识别和预测用户的兴趣和偏好等），使需求者得到的信息更加具有针对性。[12]

本文提出智能推送模块以按需推送为原则，即根据智能决策模块的教学决策报告要求进行按需推送，推送的对象可以是教师或学生。主要推送5个方面的内容[13]：①按需推送资源：根据用户的学习偏好和学习需求推送资源;②按需推送活动：根据用户的现有基础、学习偏好以及学习目的推送学习活动;③按需推送服务：根据用户当时的学习状态和需求推送学习服务（解决疑问、提供指导等）;④按需推送工具：根据对用户学习过程记录，适应性推送用户学习所需的各种认知工具;⑤按需推送人际资源：根据用户的兴趣、偏好、学习的内容等推送学伴、教师、学科专家等人际资源。通过以上推送既可以帮助教师进行精准化教学，又可以帮助学生掌握和巩固课堂教学中没有掌握的知识点。

4.终端服务层

是指在《音乐鉴赏》智慧教育云平台上用于输入、输出（信息处理完成后）用戶信息的终端模块，主要包括PC、Pad、手机以及VR设备和电子乐器。①PC、Pad、手机：主要用于数据交流、提问答疑、协作讨论、发帖回帖等网众性学习。②VR、AR、MR设备和虚拟乐器：VR、AR、MR设备主要为学生提供音乐场景的仿真模拟，虚拟乐器则主要为学生提供乐器声音的仿真模拟，两者均可以促进学生对于音乐感知的理解，获得更多的情感体验。

三、《音乐鉴赏》智慧教育云平台教学应用与实现

《音乐鉴赏》智慧教育云平台主要由图3中的三个功能区域组成。

1.服务功能区域

服务功能区域包括基础服务系统和平台服务系统，是维持《音乐鉴赏》智慧教育云平台运行的服务区域。基础服务主要由云服务器、对象存储、内容分发和《音乐鉴赏》教育云数据库四个模块组成，是《音乐鉴赏》智慧教育云平台运行的基础服务系统。云服务器模块主要为云平台提供计算服务，对象存储模块主要为师生提供云存储服务，内容分发模块主要为云平台提供高速可靠的网络覆盖服务，《音乐鉴赏》教育云数据库模块主要为云平台提供教学资源的存储和管理。平台服务主要由媒体播放、文字识别、文档转码、IM通讯和音视频录制五个模块组成，是《音乐鉴赏》智慧教育云平台运行的平台服务系统。媒体播放模块主要为云平台提供媒体的播放服务，文字识别模块主要为云平台提供文字识别服务，IM通讯模块主要为云平台提供通讯服务，音视频录制模块主要为云平台提供音视频录制服务。

2.应用功能区域

应用功能区域包括教学应用系统和教具应用系统，是《音乐鉴赏》智慧教育云平台进行音乐教学的应用区域。教学应用系统主要由音视频点播、课堂直播、在线题库、教育App四个模块组成，是《音乐鉴赏》智慧教育云平台的教学应用系统。音视频点播模块可以为学生提供慕课、微课以及其他教学音视频的点播服务;直播课堂模块可以为音乐课堂提供网络直播服务;在线题库模块可以为学生提供习题练习服务;教育App模块可以为学生提供移动终端的各类App教学应用服务。教具应用系统主要由PC应用、Pad应用、手机应用、VR＼AR＼MRS设备应用、虚拟乐器应用五个部分组成，是《音乐鉴赏》智慧教育云平台的教具应用系统。PC、Pad、手机可以作为教学的终端设备应用，VR＼AR＼MRS设备可以提供音乐场景的仿真模拟应用，虚拟乐器可以提供乐器声音的仿真模拟应用。

3.智慧功能区域

智慧功能区域是《音乐鉴赏》智慧教育云平台对教学信息进行智慧化处理的区域，主要由五个模块组成：①智能测试模块主要用于教学质量的检测，并将检测结果发送至学习分析模块;②教学电档模块主要用于记录教学信息，并将记录的信息发送至学习分析模块。③学习分析模块主要用于对教学电档中的教学信息进行价值性分析，即通过学习分析技术对智能测评的成绩信息与教学电档的教学信息的因果关系的大数据计算与分析，实现对教学电档中所有教学信息的价值性评估（如有效的教学方式、教学方法、教学内容等），最终形成价值情报并发送至智能决策模块。④智能决策模块以学习分析模块分析形成的价值分析情报作为智能决策支持系统的决策依据，教学决策报告生成后发送至智能推送模块。⑤智能推送模块以按需推送为原则，即根据智能决策模块的教学决策报告要求进行按需推送，推送的可以是资源、活动、服务、工具和人际资源。通过以上推送既可以帮助教师进行精准化教学，又可以帮助学生掌握和巩固课堂教学中没有掌握的知识点。

音乐教师以《音乐鉴赏》智慧教育云平台的服务功能区域为平台运行基础，首先在应用功能区域进行课堂教学，接着在智慧功能区域完成教学成果的检测、分析、决策和推送等智慧化进程，最终实现精准化教学，如图4所示。由于普通高中往往有许多平行班，少则三五个，多则十几个，因此类似精准教学模式具有极高的适应性，音乐教师在完成第一个教学班的经验教学后就可以对第二个平行教学班实施精准化教学。另外，本文提出“精准化教学”理论上是可以无限次循环的，因为每次教学活动不太可能实现百分之百的教学目标（实施教学的环境、受教育人群的素质等都是影响完成教学目标的客观因素），所以教师每一次精准化教学后，云平台还会向教师推送相关决策信息，继续帮助教师进行更加精准的教学。基于本文提出的精准化教学模式是无限循环的，而且每一次循环后能进一步接近所期望的教学目标，因此笔者将其理解为“迭代”精准教学法。

四、结束语

“创新和变革已经成为这个时代的主旋律，教育的创新与变革不仅不能落后，还要引領时代的创新与变革。‘技术革新教育已经成为不可逆转的时代潮流，教育的‘智慧转型也迫在眉睫。”[14]尽管智慧云平台在教育领域的应用没有在商业领域应用那么广泛和凸显，但智慧教育云平台的应用对于提升教育的“智慧”性是毋庸置疑的，对于提高教学的效能和质量也是可以预期的。《音乐鉴赏》智慧教育云平台的构建是对我国普通高中音乐教育迈向智慧化的一次探析，也是对我国音乐教育走向智慧化的一次探索。随着我国“互联网+”战略的推进和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》等政策的陆续落实，以智慧教育云平台为教学方式的“智慧”教育时代即将来临。

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（编辑：鲁利瑞）