本站原创摘 要 目前,我国信息化应用已经深入教育行业,尤其是大专及本科教育的高等院校,电化教学已经普及.但是随着生源的不断扩大和教育资源的标准化推进,使得个体的电子终端已经不再适应大数据时代的到来,不但效率低下,而且成本巨大.云计算是构建教育大数据怎么写作平台的主要技术,它能够集中巨大的资源,满足大用户群的学习需要,并且可以随时随地方便灵活地开展电化教学,对高等学校的教育信息化起到关键的推动作用.
关 键 词云计算 教育云 大数据 关键技术
中图分类号：TP241 文献标识码：A DOI：10.16400/j.ki.kjdks.2015.03.075
On the Promotion of Cloud Computing to Higher
Education Information Technology
WANG Jinfeng
（Mathematics and Information Engineering, South China Agricultural
University, Guangzhou, Guangdong 510642）
Abstract At present, China's information technology industry applications he in-depth education, especially higher education institutions, electronic teaching college and undergraduate education has spread. But with the growing standardization of students and educational resources to promote, so that electrons are no longer adapted to the individual terminal ing era of big data, not only inefficient, but also a huge cost. Cloud puting is to build on Education Data Services Platform main techniques, it can concentrate enormous resources to meet the learning needs of a large user base, and can be carried anywhere easily and flexibly electronic teaching, educational information on colleges and universities play a key role.
Key words cloud puting, education cloud, big data, key technology
0 背景
教育信息化始终是教育改革与发展的创新动力.《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响,必须予以高度重视”,并将“教育信息化建设”列为2010-2012年亟待组织实施的十大工程之一.①当前,我国教育信息化建设正从“起步、应用”阶段向“融合、创新”阶段迈进,碰到一系列亟需解决的问题.
首先,各单位独立购置和部署信息产品及怎么写作的自建模式已经开始陷入困境.自行建设的前期投资高,阻碍教育信息化的普及,一次性购写软硬件产品,无法适应需求和业务的动态变化,造成资源的极大浪费,而且自行建设会导致信息孤岛,资源利用率不高,最后,政府主管部门不能统一地监管教育资源和怎么写作的使用情况,更无法根据海量数据挖掘的结果进行科学决策.虽然也有些单位部门已经开始应用云计算技术进行信息化教育网络的构建,但仍然是处于局域范围的自建模式,例如,北京工业大学采用IBM云计算解决方案,打造“北京工业大学云计算实验平台”,为校内和校外用户提供高性能计算怎么写作,同时也为并行计算、虚拟化技术等课程提供实验平台,北京邮电大学采用开源的Eucalyptus构建云计算平台,提供校园信息门户、校园移动门户、通用教学平台（如教育视频分发）和开放虚拟实验室等怎么写作.它们的应用范围有限,无法充分显示和利用云计算为大规模用户提供公共怎么写作的优势.
其次,在当前的教育信息化实践中,教育资源和怎么写作提供商片面地强调功能的“多而全”,造就一个个规模庞大的系统.用户经常用到也许只是每个系统的小部分功能,却需要学习和掌握多个复杂系统.系统之间互不相通、无法集成,其有效性无疑会大打折扣.
面对以上问题,解决之道是真正采用云计算技术,构建教育云怎么写作应用平台.云计算数据中心为大规模用户提供“按需使用,随需应变”的怎么写作,关键技术包括海量资源聚合与共享、大规模流媒体交互等,这将显著提高高等教育资源的利用效率,节约前期投入和整体教育云平台的运维成本.云计算为推动高等教育信息化的发展起到了关键性的作用.
1.现代高等教育信息化的发展
教育信息化作为一项典型的互联网重大应用,是一个基于网络的、多媒体、多模式,并具有高度的互动性、个性化和协作性的认知学习环境,其研究涉及认知科学、计算机科学、教育学等多门交叉学科,其怎么写作与应用环境越来越依赖于广泛社会群体的有效分工和密切合作.
教育信息技术领域很多专家对高等教育信息化都做了大量研究.②清华大学蒋东兴教授等从实践层面阐述了高校信息化过程中普遍存在的问题,包括：基础设施不足、数字资源水平较低、系统建设落后等.③④而今后高等教育信息化的发展趋势为：面向怎么写作,面向用户,面向知识,体现教育公平与泛在性.⑤何克抗教授对当前教育信息化理论发展的分析和总结中指出,对于泛在学习的变革实现了学习者可以在任何时间、任何地点得到他们所需要的各种学习信息,可以了解到学习内容使用的历史记录、与当前学习主题相关联的内容、对当前学习的评估记录、对学习内容的编辑更新记录、与学习内容相关的方法策略、与学习内容相关的学习活动,通过学习的交互记录可以获得最适合自己需要的内容、方法、策略及工具,也可以实现随时随地共享社会人际网络与认知网络.⑥这正是教育的最终目标,即按需学习.但是所有的教育信息化策略都离不开信息化技术的支撑,主流是通过数字校园建设,拓宽教育的时间和空间维度,实现教育环境的网络化和数字化.传统的数字校园仅仅局限于本单位,即本校甚至本学院.总体来看,还处于“分散独立建设”阶段,信息孤岛现象明显.个别高校已开始进行全校统一的信息化规划,正在向“数据互通,消除信息孤岛”阶段过渡,这需要各应用领域标准化工作的强力支持. 而面对数量日益递增的学习资源的大用户群, 局域的教育信息网无法满足用户时间和空间上的需求,同时信息技术的落后和基础设施的陈旧也是阻碍高等教育信息化的主要因素,例如不同地点的不同人群同时访问视频课程,可能会造成网络拥塞,无法访问或下载,本地的存储能力无法承载巨大的教育资源,包括数字类型、文本类型、多媒体类型等,这些资源构成了教育大数据.如何将教育大数据从存储管理到分析挖掘,最终传至教育云端,以供不同地点、不同层次、不同类型的学习者以不同的形式采纳学习,是推动高等教育信息化的重中之重.而云计算正是解决大数据的方法,⑦因此云计算关键技术的研究与发展是推动现代教育信息化技术发展的动力和能源.
2.高等教育云怎么写作平台中的云计算关键技术
云计算是一种通过互联网提供和使用IT软硬件设备与怎么写作的新型应用模式,将在系统芯片、操作系统、应用软件和怎么写作等多层面产生深刻影响,改变整个信息产业生态,实现资源交付和使用模式创新.⑧教育云是指以云计算基础设施和平台为支撑,提供教育内容、应用和怎么写作.云怎么写作包括“数字内容超市”、混合学习平台、教育信息管理和云存储,其中“数字内容超市”实现了学习内容的存储和管理,并提供内容购写怎么写作,混合学习平台同时支持课堂学习和在线学习,主要功能包括课堂协作、在线学习管理和Web会议等,教育信息管理是指搜集、处理、统计分析、发布和利用教育管理数据及信息,云存储提供个人数据备份、同步和共享怎么写作.诸多的云怎么写作实现需要云计算关键技术的支撑,才得以保证顺利实施,以及怎么写作平台架构的稳定. 下面从不同的关键技术点出发介绍分析其在教育云怎么写作平台中的重要度.
2.1 云存储及高可信云文件系统技术
存储技术发展的三个阶段,分别是总线存储阶段、存储网络阶段、虚拟存储阶段.⑨云存储是云设施所提供的核心怎么写作之一,云存储具有四个关键的优势：第一,容易管理.在云环境下的应用会在软件、硬件和通用基础设施支持存储应用方面极大的简化,这些应用使得在多个教育试行点的高等教育信息化推行中更容易执行和部署,第二,在升级期间的低影响.在计划或非计划的存储扩容等方面具有显著优势,这有利于用户使用教育云怎么写作平台过程中,不断增加学习内容,扩充学习资料更为容易,第三,容灾.异地容灾是云存储的重要功能.云存储不仅仅支持异地容灾,更重要的是线上教学的备份系统可以确保系统的数据冗余备份以及及时的在线恢复,以免用户包括学生的云学习过程中前功尽弃,第四,规划简单.云存储的提供使得单位用户的规划者能够从精细化的存储容量规划中解放出来,实现按需提供.
2.2 基于云计算的大规模流媒体交互怎么写作
大规模流媒体交互怎么写作系统主要有三个主要组成部分：（1）管理中心主要由基于DNS的全局负载平衡系统、内容管理系统和监控系统组成.全局负载平衡系统,将用户的请求重定向到最近的、负载较轻的怎么写作器.（2）缓存怎么写作器这类怎么写作结点,将视频内容由内容提供者传输给终端用户.缓存怎么写作器,可以根据怎么写作规模组织成多层.怎么写作结点的最低层怎么写作器直接为终端用户怎么写作, 称为边缘怎么写作器,其他层怎么写作器结点称为核心怎么写作器. （3）用户结点分为两类：一部分上传带宽高且性能稳定的终端用户直接从边缘怎么写作器获取视频流,其他用户在边缘怎么写作器的组织下,组成P2P用户群,从其他稳定终端用户那里获取视频流.
2.3 自然和谐的人机交互技术
自然和谐的人机交互技术是基于云怎么写作提升用户体验的关键.笔式用户界面提供了一种重要的人机交互方式,它将用户从键盘、鼠标的束缚中解脱出来,允许人们采用类似于传统纸、笔的方式与教育云终端进行交互,使人机之间的交流变得更加自然、生动.本节重点介绍两类自然和谐的人机交互技术,即笔输入技术和手写数学公式输入与识别技术.
2.3.1 自然手写输入技术
笔输入技术要旨是为用户提供近似纸张书写的笔触书写体验和教学测评功能.首先通过选择教育云终端平板电脑屏幕表面和手写笔,使得书写体验近似纸面书写感受,其次通过动态搜集用户书写的速度、方向和运行曲线,结合字形特点,在屏幕上展现具备粗细和转角变化的字体笔锋,近似手写效果,最后,在学习模式下,通过将用户输入和内部笔画与字形库智能比对,对用户笔画顺序和字形美观程度进行及时评价.目前在手写输入方面已经取得了比较显著的效果,如在电阻屏实现良好的笔触书写感受、对于单个汉字的笔顺和字形可以很好地进行评价.
2.3.2 手写公式输入与识别技术
在笔式用户界面下,单个手写字符的识别技术已日趋成熟,并已大规模应用于目前市场上的手机、平板电脑中,但对于用户自然书写、连续输入的中英文文本行以及具有二维结构的数学表达式、草图等,其识别所需的巨大存储量、复杂运算量、以及海量训练样本等在独立的教育云终端上实现起来非常困难.特别在教育领域中,远程教育、电子评卷、office办公软件等对于手写识别（尤其是手写数学公式识别）的准确性、实时性提出了较高要求,而现有的识别技术仍无法满足这些要求,该矛盾已成为制约我国教育信息化发展的瓶颈因素之一.因此,云环境下对自然手写的数学公式、草图的识别问题是教育信息化中的首要技术问题.
3.总结和展望
教育信息化是我国教育事业发展的必经之路,而随着计算机科学领域中云计算技术的迅猛发展,更加促进和推动了高等教育信息化的深化,云计算中的关键技术则成为了此次教育技术飞跃发展的重中之重.云计算是解决教育大数据问题的唯一有效途径,其中的技术设计到多方面,文中仅介绍了几种与高等教育信息化息息相关的技术,包括：云存储及高可信云文件系统技术、基于云计算的大规模流媒体交互怎么写作、自然和谐的人机交互技术.云存储技术能够低成本、高效率以及高扩展地为教育云终端在各个端点进行知识的备份以及资料的传输.大规模的流媒体交互为教育云平台提供了快速、流畅、种类繁多的视频学习怎么写作,更好地满足了高等教育用户众多、分散、需求量大的特性.最后的云计算中的人机交互技术为每位用户在云终端上方便地进行笔记、测试等活动提供了支撑和保证.云计算概念新颖,潜力无限,更多的关键技术和特性还有待我们去研究和挖掘,同时高等教育信息化建设也正需要先进的技术支持才能发展得更快更好.我们在今后的工作中,一方面,要继续探索信息化建设中的不足和缺陷,努力弥补改进,另一方面,要致力于云计算关键技术科研工作,优化现有算法,发掘未知技术.
项目基金：2012年度广东省重大科技专项计划项目：云计算若干关键技术及产业化与“粤教云”工程,（项目编号：2012A080104021）,2014年度华南农业大学教育教学改革与研究项目：基于“粤教云”的高校优质教学资源共享机制研究（项目编号：JG14104）
注释
① 教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）[EB/OL].[2010-07-29]. http：//.gov./jrzg/2010-07/29/content_1667143..
② 张文丰.近十年来我国高等教育信息化研究综述[J].辽宁教育研究,2007（8）：49-51.
③ 蒋东兴.高校信息化发展现状与政策建议[J].中国教育信息化,2009（8）：27-34.
④ 蒋东兴,许庆红,谢矜,向春,李功强.高校信息化建设的一体化思路与实践[J].教育信息化,2003（12）.
⑤ 胡钦太.高等教育信息化深度发展框架与趋势分析[J].教育研究,2009（10）：97-101.
⑥ 何克抗.我国教育信息化理论研究新进展[J].中国电化教育,2011.1（288）：1-19.
⑦ [英]维克托迈尔-舍恩伯格,[英]肯尼思库克耶著.大数据时代[M].盛杨燕,周涛,译.杭州：浙江人民出版社,2013.
⑧ 刘鹏.云计算[M].北京：电子工业出版社,2010.
⑨ Jiyi WU, Lingdi PING, Xiaoping GE, et al. Cloud Storage as the Infrastructure of Cloud Computing[A]. 2010 International Conference on Intelligent Computing and Cognitive Informatics.
⑩ HDFS Architecture Guide[EB/OL]. http：//hadoop.apache./mon/docs/current/hdfs_design..