（無錫開放大學(xué)，江蘇無錫市，214011） 杜 俊

云教室的建設(shè)可有效解決遠(yuǎn)程教育教學(xué)過程中存在的師資力量和教育資源分布不均衡、教學(xué)實(shí)時(shí)性差、互動性低等問題，有利于促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享，通過云技術(shù)建構(gòu)跨區(qū)域?qū)W習(xí)小組、組織豐富多樣的遠(yuǎn)程教育教學(xué)活動，為學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足學(xué)習(xí)者個性化、多樣化學(xué)習(xí)需求，促進(jìn)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展。

1 云技術(shù)與虛擬化

1.1 云技術(shù)

云技術(shù)就是利用高速互聯(lián)網(wǎng)的傳輸能力，將用戶所有的數(shù)據(jù)和服務(wù)（各類軟件）都放在“網(wǎng)絡(luò)云”（大型數(shù)據(jù)處理中心）中，用戶只要有一個上網(wǎng)的終端就可以使用。云技術(shù)將各種各樣的終端，例如個人電腦、手機(jī)、電視等，進(jìn)行連接，為用戶提供廣泛、主動、高度個性化的服務(wù)。

1.2 虛擬化

虛擬化是一個廣義的術(shù)語，在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。CPU 的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時(shí)運(yùn)行多個操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

虛擬化是云的基石，一方面，通過虛擬化可以解決數(shù)據(jù)中心資源的整合問題，在整合過程中對計(jì)算、存儲等各種資源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；另一方面，通過虛擬化將資源切割為更小的可以更好調(diào)度的資源單位，以達(dá)到調(diào)度過程中充分利用硬件資源的能力。

2 云教室的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行

開放大學(xué)承裁的不單單是學(xué)歷教育還有非學(xué)歷以至終身教育。這樣就使開放大學(xué)的專業(yè)眾多，學(xué)員來自五湖四海，數(shù)量龐大。而且由于我國幅員遼闊，地區(qū)發(fā)展差異懸殊，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)程教學(xué)、輔導(dǎo)、大規(guī)模授課、測驗(yàn)，都不是傳統(tǒng)教學(xué)手段和當(dāng)前信息技術(shù)所能支撐與解決的。

云教室是“將現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)融入現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的新型技術(shù)方案，將高清的雙向視頻會議系統(tǒng)與遠(yuǎn)程教育平臺緊密結(jié)合，通過組建圖像高清、音色悅耳清晰、設(shè)備穩(wěn)定、操作方便的遠(yuǎn)程視頻會議，為滿足網(wǎng)絡(luò)互通條件下的教學(xué)、研討、交流等業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐環(huán)境，最終形成互聯(lián)互通、內(nèi)容共享、集中管理、分級維護(hù)的多終端應(yīng)用模式”。

依托開放大學(xué)的數(shù)據(jù)中心和專有網(wǎng)絡(luò)初步實(shí)現(xiàn)了云以后，就可以把傳統(tǒng)的教務(wù)平臺、學(xué)習(xí)平臺、考試平臺、資源庫、數(shù)字化圖書館、虛擬實(shí)驗(yàn)室都裝入到云里。云技術(shù)的關(guān)鍵作用是把教師和學(xué)員也請到“云”上來。

2.1 云教室結(jié)構(gòu)

云教室通過四朵云和控制系統(tǒng)（借用個術(shù)語叫“云臺”）來實(shí)現(xiàn)，如圖l所示。

圖1 云教室

第一朵云是資源云，分為硬資源和軟資源兩類。硬資源是數(shù)據(jù)中心的計(jì)算能力、存儲能力、網(wǎng)絡(luò)能力。軟資源是遠(yuǎn)程教學(xué)的各種工具、軟件、音視頻資源，教務(wù)平臺、學(xué)習(xí)平臺、考試平臺、資源庫、數(shù)字化圖書館、虛擬實(shí)驗(yàn)室等等。

第二朵云是教師云，通過虛擬化把分布在各地的教師實(shí)時(shí)、快速、友好地組織起來。需要時(shí)按照不同專業(yè)，不同的授課需求，不同的教學(xué)任務(wù)，從云朵中扣取所需要的教師云片。沒有任務(wù)的教師可以通過云隨時(shí)保持相互聯(lián)系并進(jìn)行教學(xué)研究，自愿組織教研小組、課題小組等。

第三朵云是學(xué)生云，這是一朵最龐大的云，理論上囊括了開放大學(xué)的所有學(xué)員。但是他們并不是時(shí)時(shí)刻刻都在云里，而是誰有學(xué)習(xí)任務(wù)，誰在學(xué)習(xí)中遇到問題才會上到云。同樣，學(xué)員如果愿意也可在云中組織學(xué)習(xí)小組（加入他們所希望的輔導(dǎo)教師）。用一句話概括就是，只要你需要你就可以隨時(shí)登錄到云，登錄了你就是云的一部分，你就可以享受云中的海量資源。

第四朵云是仲裁云，仲裁云里面全是任務(wù)、考核、審計(jì)、方案、規(guī)劃等等內(nèi)容，這朵云是個持久云，作用是設(shè)計(jì)組織管理創(chuàng)建前三朵云，云教室里需要上什么課、圖書館里要有什么書，請哪里的老師輔導(dǎo)哪些課程，專業(yè)如何設(shè)計(jì)，學(xué)員如何組織等等。云臺是一組工具，一組控制器，一個強(qiáng)大的遠(yuǎn)維團(tuán)隊(duì),是掩沒云層中的，看不到但隨時(shí)用得到。它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心之間的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)云中網(wǎng)絡(luò)資源運(yùn)算的、存儲和調(diào)配；它實(shí)現(xiàn)云運(yùn)轉(zhuǎn)的維系、監(jiān)控、故障隔離和安全保護(hù)；它實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)設(shè)備的調(diào)動，資源的分揀下發(fā)，學(xué)員和教師的上連；實(shí)現(xiàn)教研小組、學(xué)習(xí)小組、班級關(guān)系的建立與維系，課程過程中教師與學(xué)員的互動等。

2.2 云教室的運(yùn)行

2.2.1 課程籌備

仲裁云發(fā)起任務(wù)。教學(xué)計(jì)劃、課程設(shè)計(jì)的組織、輔助資源的選擇(圖書、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、測試)、等，都通過仲裁云設(shè)計(jì)完成后發(fā)布到云教室的服務(wù)器云中教師的選派、團(tuán)隊(duì)授課時(shí)間的安排等云臺系統(tǒng)從云教室服務(wù)器云巾接收到這些要求后，開始協(xié)同數(shù)據(jù)中心，評估調(diào)配云中運(yùn)算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等、生成教師云，學(xué)生云并創(chuàng)建規(guī)則，制定安全約束。

教師云生成。根據(jù)仲裁云的要求，云臺把教學(xué)所需要的各種資源的訪問接口按個性化需求從資源云中搜索出來，生成教師服務(wù)器云，與所需要的所有參與教學(xué)工作的教師的虛擬桌面，并與教師服務(wù)器云互信，用以保障教學(xué)小組組織課程的各項(xiàng)工作，以及所有教師之間的實(shí)時(shí)聯(lián)系。云臺劃分出邏輯教室、班級，生成每個教師的具體任務(wù)、課程表，并通過郵件、手機(jī)短信、即時(shí)通信等工具告知相關(guān)教師用什么終端，登錄哪臺虛擬桌面。

學(xué)員云生成。教學(xué)小組完成所有授課準(zhǔn)備后，把授課計(jì)劃和要求上傳到教師服務(wù)器云。云臺從資源云和教師服務(wù)器云中搜索調(diào)配出所需要的資源，生成班級服務(wù)器云，把所有授課資源（圖書、視音頻資料、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、測試、授課時(shí)間的安排、教師組簡介等）放入班級服務(wù)器云，并建立班級服務(wù)器云與教師服務(wù)器云的互信。云臺根據(jù)授課小組的要求創(chuàng)建學(xué)生遠(yuǎn)程終端腳本，并分配各地?cái)?shù)據(jù)中心資源池和專網(wǎng)帶寬；生成學(xué)生登錄許可、班級信息和地址列表，發(fā)送給短情網(wǎng)關(guān)成郵件網(wǎng)關(guān)。學(xué)生收到通知信息后登錄所收到的地址進(jìn)行終端測試。當(dāng)一名學(xué)生登錄時(shí)，云臺就會瞬間創(chuàng)建出一臺學(xué)生遠(yuǎn)程終端（根據(jù)測試登錄后學(xué)生的具體登錄工具類型和網(wǎng)絡(luò)情況適配），并接人所屬班級服務(wù)器云。同時(shí)，在遠(yuǎn)程終端桌面建立好課件連接快捷、虛擬實(shí)驗(yàn)室快捷、測試系統(tǒng)快捷、參考資料快捷、班級服務(wù)器快捷和視頻資料播放快捷等。

2.2.2 課程實(shí)施

教師和學(xué)生都已經(jīng)被請上云教室了，資源也有選擇地導(dǎo)人了云教室，下面就可以開始授課了，云教室中信息流程如圖2所示。

圖2 云教室中的信息流

教師通過登錄自己的虛擬桌面，到教師服務(wù)器云，再到班級服務(wù)器云指導(dǎo)學(xué)員虛擬桌面的操作，實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)與師生互動。

學(xué)生通過登錄自i的虛擬桌面到班級服務(wù)器云再到教師服務(wù)器云，實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的互動和與教師的交流。云臺系統(tǒng)根據(jù)授課的實(shí)施情況，動態(tài)地調(diào)配各項(xiàng)資源，并屏蔽故障。

教學(xué)完成后，所有的數(shù)據(jù)（教師信息、學(xué)生信息、考試成績、作業(yè)成績、教學(xué)評測等等）都調(diào)入到資源云中保存。教師虛擬桌面、學(xué)員虛擬桌面、教師服務(wù)器云、班級服務(wù)器云，部生成腳本歸檔保存，如有需要可以依腳本重建。

3 云教室的特點(diǎn)

3.1 互動性

云教室里的所有設(shè)備（大多是虛擬設(shè)備）都是在數(shù)據(jù)中心的資源上創(chuàng)建的，好比是一個高性能的、同一規(guī)格的、嚴(yán)格安全監(jiān)控的局域網(wǎng)環(huán)境，每個設(shè)備都有自己唯一的地址與身份，相當(dāng)于每一個云教室里的人都知道其他人的名字，并信任他。如此交流起來當(dāng)然就非常方便，非常順暢。

云教室的資源是無限的，而且永遠(yuǎn)不會有故降，這樣就保障了交互的質(zhì)量和持續(xù)性，更能實(shí)現(xiàn)超大容量的用戶間的任意交流。

3.2 靈活性

云教室是建造在云技術(shù)上的。云所具備的特性它都具備，所以靈活性非常高。它可以是私有云，也可以開放信任其他的云。云可以在需要時(shí)快速膨脹，也可以在不需要時(shí)快速收縮，因此，云教室不會浪費(fèi)資源，也不會沒有資源可用。

3.3 安全性

所有云教室的用戶只需通過自己的終端（例如個人電腦、手機(jī)、電視等）進(jìn)行認(rèn)證，登錄到云教室中屬于自己的虛擬桌面上、使用自i 需要的資源。所有的資源與信息都是在教室內(nèi)部流動的，不經(jīng)過允許是無法帶出教室的。

全部虛擬桌面都由云臺系統(tǒng)生成并維護(hù)、監(jiān)控，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)備先進(jìn)，所以不易被黑客、病毒攻破。虛擬桌面和用戶認(rèn)證都是按需自動生成、自動創(chuàng)建的時(shí)間準(zhǔn)確，其生命周期有限，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

3.4 擴(kuò)展性

云教室就是一朵云，云的膨脹與收縮是非常靈活的，用戶不必關(guān)心它的資源、位置、安全等等問題，只要提出需求就可以了。

3.5 便捷性

云教室對于用戶來說，幾乎不需要他們準(zhǔn)備任何復(fù)雜的設(shè)備，也不用具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)知識，只要會操作帶攝像頭、麥克的終端上網(wǎng)就可以完成云終端的登錄。登錄后的操作全由輔導(dǎo)老師指導(dǎo)和協(xié)助，學(xué)員只需關(guān)心自己希望學(xué)到的內(nèi)容。

4 云教室的實(shí)現(xiàn)

開放大學(xué)有自己的大型數(shù)據(jù)中心，而且不止一兩個，小型的肯定就更多了，有自己的專網(wǎng)系統(tǒng)，這些都為部署云提供了有利的條件和保障。這樣，通過國家開放大學(xué)的自主數(shù)據(jù)中心，基本不需要增加太多的投入就可以實(shí)現(xiàn)云部署，但是大規(guī)模的云還是要有大量技術(shù)、資源和人力投入的。

4.1 如何請教師和學(xué)生上到云

云教室通過虛擬化技術(shù)，把數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器資源根據(jù)腳本的定義與約束，隨著課程計(jì)劃的變化，按需地虛擬出無數(shù)的遠(yuǎn)程終端，并連接上必要資源；根據(jù)教學(xué)計(jì)劃創(chuàng)建班組，根據(jù)用戶的終端設(shè)備特性(例如個人電腦、手機(jī)、平板電腦、電視等)和網(wǎng)絡(luò)速度，適配遠(yuǎn)程登錄到虛擬桌面；當(dāng)教師和學(xué)生登錄到遠(yuǎn)程終端后，就好像他們共同走進(jìn)了一間多媒體教室。

4.2 云教室的實(shí)現(xiàn)

硬件基礎(chǔ)稍作加強(qiáng)以后就可以實(shí)現(xiàn)云技術(shù)的應(yīng)用，這基本沒有太多的技術(shù)需要長期構(gòu)建和積累的是服務(wù)于云應(yīng)用的資源和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這個不能操之過急。關(guān)鍵技術(shù)是云臺，云是好東西，但是不好控制，高高的飄在空中，多了會下暴雨，少了會干旱，云臺是眾多控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)、中間件、告警系統(tǒng)、故障自動處理系統(tǒng)、資源調(diào)配系統(tǒng)等的集合，同時(shí)也是使用開發(fā)和維護(hù)這些系統(tǒng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)的集合。這么龐大復(fù)雜的一個團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)，不是一朝一夕可以創(chuàng)建起來的，所以云教室的實(shí)現(xiàn)至少要分三步走。

4.2.1 先期的示范體驗(yàn)中心

資源依然用現(xiàn)有的資源，只需要建立幾個部署上擁有多媒體功能的大觸模屏的體驗(yàn)教室。教室的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要好，功能是要能通過網(wǎng)絡(luò)登錄云端的虛擬桌面。教室里完全可以不配備教師。數(shù)據(jù)中心建立一套實(shí)驗(yàn)云教室系統(tǒng)，與開放大學(xué)的演播中心相連接，定期組織一些體驗(yàn)課程。邀請一些學(xué)生和社會志愿者去體驗(yàn)室體驗(yàn)操作如何登錄云終端，如何在云教室里學(xué)習(xí)。重點(diǎn)工作是多做些調(diào)查，收集數(shù)據(jù)，積累經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整課程，補(bǔ)充資源，檢驗(yàn)系統(tǒng)，優(yōu)化方案。當(dāng)實(shí)驗(yàn)云教室隨著體驗(yàn)者的意見不斷優(yōu)化以后，就可以承載更多的體驗(yàn)中心。同時(shí)，也可以開放部分虛擬桌面，允許通過網(wǎng)絡(luò)登錄。學(xué)生在家里也可以體驗(yàn)云教室。

4.2.2 中期的適度規(guī)模的開放云教室

隨著云教室的完善和云臺系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，團(tuán)隊(duì)的壯大與完善，云教室就可以從實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為正式系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)長期提供有一定規(guī)模的云教室課程應(yīng)用。這時(shí)可以嘗試實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)、低速網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)終端甚至是電視的遠(yuǎn)程登錄自動適配技術(shù)，和其他教育資源的對接技術(shù)，以及和非教學(xué)資源的對接技術(shù)；實(shí)現(xiàn)云教室的大范圍遷移技術(shù)，快速大容量膨脹、收縮技術(shù)。腳本自動化任務(wù)技術(shù)，破壞性災(zāi)難故障的自我發(fā)現(xiàn)自我排除實(shí)驗(yàn)等等。總而言之，此時(shí)我們的技術(shù)已經(jīng)可以支持云教室的運(yùn)轉(zhuǎn)了。云教室此時(shí)已經(jīng)初具規(guī)模，讓入刮目相看。

4.2.3 遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)真正的云中授課

云教室經(jīng)過相當(dāng)長一段時(shí)間的運(yùn)行以后，最終實(shí)現(xiàn)不管是在什么地方、用何種方式、什么條件，有多少專業(yè)、有多少課程、有多少學(xué)員，你是想學(xué)習(xí)，還是想把自己的知識經(jīng)驗(yàn)告知他人，只要你登錄到云教室的虛擬桌面上，提出你的需求，就可以完成你的心愿。

5 結(jié)語

云教室是開放大學(xué)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的深度融合體，在今后遠(yuǎn)程教育中將扮演著重要的角色，如何進(jìn)行云教室授課、開發(fā)更多的云教室課程并通過不斷發(fā)展的信息技術(shù)為云教室開辟更多的應(yīng)用模式是未來開放大學(xué)整個系統(tǒng)需要研究的重點(diǎn)課題。