基于云計算的諾亞舟云學習系統(tǒng)設計及應用

一、研發(fā)背景

基于目前教育信息化及人類學習模式發(fā)展的需求，諾亞舟提出“云學習”系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于先進的教育理念，較好地滿足了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 (2010－2020年)》的要求，為學習者、教育者、研發(fā)者等提供以知識學習為核心的個性化功能需求和服務，實現(xiàn)資源的共建共享。

二、系統(tǒng)介紹

云計算（Cloud computing），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。云計算具有如下優(yōu)點：①低的軟硬件投入，客戶幾乎不用投入運維成本；②云計算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲中心，用戶不用再擔心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩；③云計算可方便地實現(xiàn)不同設備、跨地域的數(shù)據(jù)應用與共享。云計算在客戶管理、人才管理等很多領域得到了廣泛的應用，云學習系統(tǒng)就是云計算在E-Learning領域的一個應用。

云學習（C-Learning）系統(tǒng)就是基于云計算、知識工程和語義網(wǎng)絡等基礎技術，在學習理論、系統(tǒng)工程理論指導下，采用云計算和組件技術，以互動探究為特色，以資源商店、組件商店和網(wǎng)站商店為核心機制，建立的開放式、跨系統(tǒng)、全民化終身學習的系統(tǒng)。

三、設計理念與結構

1.云學習的核心設計理念

在云計算的環(huán)境下，以知識為核心，為實現(xiàn)學習之目的表示知識；以學習者為主體，反映人腦規(guī)律和變化，設立學習激勵機制；以互動探究為資源特色，學習者與知識互動；以開放式開發(fā)為持續(xù)成長策略，基于網(wǎng)絡組織資源開發(fā)和程序開發(fā)，提供運營獲利機制。

2.云學習系統(tǒng)的結構模型

云學習系統(tǒng)在系統(tǒng)架構上做了精心設計（見圖1），使系統(tǒng)與以往其他學習系統(tǒng)不同，具有高度的可重用性和可擴展性。

3.云學習系統(tǒng)的核心機制

（1）互動學習組件（iCOM），是面向不同的學習對象專門開發(fā)的、在課件編輯器中可重用或者可獨立運行的、并能記錄學習行為的交互式學習軟件。

iCOM組件是滿足互動探究式學習的關鍵技術架構，它借鑒COM的設計思想和積件思想，設計了一種互動學習程序開發(fā)技術標準。iCOM分為四種類型：一是活動性組件；二是專用組件,匹配固定的學習對象；三是科目通用組件，匹配科目某類學習對象；四是數(shù)據(jù)通用組件,匹配某種數(shù)據(jù)類型，所有科目都適用。互動組件配置學習對象的方式有兩種：一是利用Web服務端程序批量產生的應用 （比如U學課堂中的互動詞匯，互動句子）；二是課件編輯器中手工配置，諾亞舟云學習平臺中專門開發(fā)的學習資源開發(fā)軟件BlosMX，是一個功能強大的基于HTML的課件編輯器，支持選擇和配置iCOM，為快速開發(fā)互動探究式學習資源探索了一條新路。

BlosMX以用戶自主建立課程系列模式整合課件，既方便個人管理，同時也適合在平臺上的專業(yè)共享。BlosMX配備強大的同步資源庫，提供全學段、多版本的互動課文、句子及詞匯供用戶在課件中使用。BlosMX提供功能全面、形式多樣的互動學習組件，只需簡單設置學段學科、教材版本及單元課節(jié)，即可在課件中直接添加交互組件，較為便捷地設計出自己理想的課程。

（2）云知識，是以云計算為基礎，將知識顆?；?、類型化，表示知識和知識間的關系，而建立的通用的巨型知識網(wǎng)絡。在云知識中，知識的獲取、知識的表示和應用都是基于云端的。

在云學習系統(tǒng)中，知識庫需要表現(xiàn)知識和管理知識。該庫核心是表現(xiàn)知識，讓知識可視化，具備可操作性；學習者通過與知識的互動，完成知識學習任務，構建學習型知識庫。該知識庫以知識為節(jié)點，用多媒體數(shù)據(jù)和程序表示知識（包括事實、概念、程序、元認知等）的屬性，用節(jié)點連接表示知識關系的巨型網(wǎng)絡系統(tǒng)，為互動學習組件提供知識片段，滿足在記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)新等認知過程中，發(fā)生具體學習行為時的需要。從符號形態(tài)分為：詞匯型知識庫、句子型知識庫、組件知識庫。這一點不同于以知識記錄為重點的庫，這種表記重在用術語表示知識，為知識運用者提供檢索和展示。

為滿足動態(tài)知識提供，對知識庫以及知識庫中的知識進行屬性管理而設計的軟件程序為知識管理系統(tǒng)。管理知識庫中知識之間引用關系的計算機程序，對知識引用關系進行添加、檢索、刪除、修改，并將引用關系作為屬性綁定到知識單元并動態(tài)提供給云學習中的應用。

（3）知識引擎，包括知識搜索、提供、推理三大引擎。

知識搜索引擎KSE（Knowledge Search Engine)是指按照知識屬性及其關系的策略，運用特定的計算機程序在知識庫和互聯(lián)網(wǎng)上進行知識搜索，提供知識檢索和數(shù)據(jù)提供功能。

知識提供引擎KPS（Knowledge Provider System)以知識為檢索點，按照需求元數(shù)據(jù)描述需求，對知識屬性進行萃取的計算機程序。

知識推理引擎，就是在學習的過程中，對學習者接觸的多個知識，利用知識庫進行匹配、識別和推理，從而影響程序執(zhí)行邏輯，提供用戶不同玩法的服務端軟件程序。

4.云學習系統(tǒng)的服務模式（見圖2）

利用“云學習”站簇，以云計算為基礎，向學習者、課程開發(fā)者、組件開發(fā)者、知識開發(fā)者、運營者、研究者等不同類型的用戶群，提供以知識學習為核心的相關功能，實現(xiàn)共建共享系統(tǒng)的服務。

組件開發(fā)平臺及組件商店，為開發(fā)人員提供了一個開放的開發(fā)環(huán)境。平臺通過向程序開發(fā)者提供學習組件開發(fā)環(huán)境和知識云接口，從而指導開發(fā)出可以記錄學生學習狀態(tài)并作出評價的學習組件。在使用開發(fā)工具進行開發(fā)的過程中，確定學生在使用這個學習組件進行學習的過程中需要對哪些學習狀態(tài)進行記錄，將這些學習狀態(tài)與學習行為對應起來，映射到相關評價模型上，從而實現(xiàn)學習的記錄和評價?？梢蚤_發(fā)供課件編輯器使用的學習組件或者與知識云關聯(lián)的能獨立運行的應用程序。

課程開發(fā)平臺及資源商店，向教師提供課程設計、評價模型設計、學習任務設定、任務目標設定、資源開發(fā)、資源提供、學習記錄產生、利用評價模型進行多維變焦分析與反饋等系統(tǒng)化服務，資源寫作器能產生知識云鏈接，引用和配置學習組件，產生互動探究式學習資源。

互動學習平臺，以學習者為中心，以互動為主要特色，為學習者開發(fā)豐富的互動學習資源，開創(chuàng)多種互動學習模式，打造互聯(lián)網(wǎng)互動學習環(huán)境，并對學習者的學習行為進行記錄和評價，根據(jù)評價推送相關資源，滿足學習者的個性學習、終身學習需求。

網(wǎng)站開發(fā)平臺及網(wǎng)站商店，提供對互動學習主網(wǎng)站克隆機制，使任何組織或者個人都能輕松擁有自己的“云學習”網(wǎng)站，眾多的“云學習”網(wǎng)站簇，共享云學習資源。

除此以外，還提供數(shù)據(jù)分析服務，向教育主管機構和研究人員提供數(shù)據(jù)分析接口，實現(xiàn)個性化管理。

四、主要優(yōu)勢與特色

該學習系統(tǒng)主要的特色是具有互動組件技術。有了互動組件，教師開發(fā)學習資源，就如同在超市挑選商品一樣，隨手就可以做出高質量的學習資源，通過因特網(wǎng)，學習資源的開發(fā)共享變得容易?；咏M件是基于因特網(wǎng)進行開發(fā)的，是開放式的，能利用因特網(wǎng)進行組織和開發(fā)，匯集到一起，組成大量的應用，從而實現(xiàn)資源的共建共享。

五、在教育中的應用

云學習平板電腦——諾亞舟“優(yōu)學派”（uPAD）的誕生，實現(xiàn)了云學習系統(tǒng)在教育中的重大應用。諾亞舟在2011年6月份開始推出 “優(yōu)學派”的U5和U8兩個型號。其內置兩個系統(tǒng)，一個是安卓系統(tǒng) （即云學習系統(tǒng)），另一個是諾亞舟的NP系統(tǒng)。NP系統(tǒng)，薈萃了諾亞舟歷年來開發(fā)的學習功能的經(jīng)典應用，包括九門同步、點讀、搜學、數(shù)學畫板、理化實驗室等豐富的應用，供學生下載使用，保障了在無網(wǎng)絡環(huán)境下有充足的應用?！皟?yōu)學派”獨創(chuàng)的這種動態(tài)雙服務器技術架構，提供了有網(wǎng)絡沒網(wǎng)絡都能學習的便利，從而實現(xiàn)即時即需學習。

“優(yōu)學派”支持遠程桌面控制協(xié)議，可以在Windows端利用tightVNC客戶端或者瀏覽器的VNC協(xié)議，利用專門開發(fā)的iCOM組件，把 “優(yōu)學派”的桌面抓到教師的PC端投影，基于該機制，諾亞舟提供了在線體驗功能，可以遠程操控uPAD的NP系統(tǒng)和安卓系統(tǒng)的所有功能，如uPAD的IP是192.168.1.8，則在瀏覽器的地址欄輸入vnc://192.168.1.8:5801，可以通過瀏覽器來遠程訪問并操控演示u-PAD，從而實現(xiàn)教師在課堂上用優(yōu)學派進行教學。

六、總結及展望

云學習系統(tǒng)目前雖已取得初步成績，但要實現(xiàn)云學習系統(tǒng)的開放共享，助推教育的公平性，其系統(tǒng)開發(fā)和成長還有一個復雜和長期的過程，需要社會各界的支持和參與。希望云學習系統(tǒng)能借《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010－2020年）》帶來的機遇，在國家有關部門的支持下，在專家學者的指導下，在一線教師的參與下，實現(xiàn)教育資源的共建共享，融聚天下智慧，引領教育未來。

（創(chuàng)新諾亞舟電子（深圳）有限公司 鄭煒、王秀東、楊承云、楊琳）