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标题 基于云计算的多媒体教学环境构建
范文 刘裕，赵一鸣，高苗苗


摘要：本文对目前高校中多媒体教学环境的分类与不足进行分析，提出了新型的基于云计算的多媒体教学环境。在对云计算的基本概念与特点简要介绍的基础上，具体阐述了基于云计算的多媒体教学环境的构建，并分析了当前云计算在教育领域中所面临的问题以及未来的发展趋势。
关键词：云计算；多媒体教学环境；构建
中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2012）23-0071-04
一、引言
近年来随着互联网快速普及以及用户需求的迅速发展，互联网系统与服务设计面临诸多挑战：例如，资源存储占用大量空间、资源共享困难和硬件的建设与维护成本不断提高等问题。与此同时，教育的发展对互联网的依赖程度也逐渐增高。国家对教育投资的不足与教育产业快速发展形成的矛盾，这些问题给云计算在教育领域中的应用带来了广阔的发展空间。
二、云计算的概念与特点
1．概念
云计算的概念起源于美国著名计算机公司Dell的数据中心解决方案、Google-IBM分布式计算项目和亚马逊EC2产品，它可以看成是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，它的演进过程如图1所示。[1]在最近几年内，国内外各大通信运营商都先后推出属于自己的云平台。由此可见，未来几年内云计算发展将会十分迅速，并且它被认为是信息技术产业的又一次新浪潮。
从最开始的Google公司提出云计算概念至今，不同的组织和机构按照自己的需求与理解对云计算进行了定义。大部分人认为，云计算是指由几十万或者更多台廉价的服务器组成的网络，它为用户提供其所需要的计算机服务。这是一种基于因特网的超级计算模式，大量设备与大型数据中心连接在一起，形成一片覆盖范围极广的“电脑云”，人们可以从中获得大量信息资源。而维基百科给云计算作出如下定义：云计算将IT相关的功能以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关的知识以及这些设备操作能力的情况下，通过Internet获取需要的服务。[2]在这两个定义中，前者主要是说明了云的构成，后者则主要说明了云的服务方式——通过云计算，用户需要的程序是运行在大量的服务器中；用户的资料以及所要或已处理的数据也同样是存放在整个互联网的数据中心，而这些数据中心的管理与维护是由云计算的服务提供商负责。因此，无论是个人还是企业都可以按照自己的需要去订购云服务，并且用户端的功能在很大程度上得到简化。
2．特点
如同云计算的定义一样，不同的机构或个人根据自己的理解对云计算特点的感受和总结也各不相同，常见的有美国国家标准与技术研究所（ＮＩＳＴ）提出的九个特点、刘鹏博士总结的八个特点以及谷歌公司提出的六个方面的特点等等，然而这些特点是针对云计算本身提出的，运用到教育领域时，云计算的特点具体如下：
（１）高可靠性：云计算能够提供非常安全的数据存储，[3]从而保证了数据的可靠性，并且用户不需要担心软件的更新、漏洞、病毒攻击以及数据丢失等诸多问题，这就使得学校的信息资源、数据处于高安全状态，不用在提高学校系统的安全性上耗费很大的代价；
（２）高扩展性[4]：形成的“云”的规模可以根据学校具体的规模而动态地进行扩大缩小，并且这种伸缩是无缝的，这使得学校每年新招收学生、学生毕业之后的档案管理变得更加便捷、高效，彻底了摆脱原先繁杂的过程；
（３）高通用性：云计算不是针对特定的需求与应用的。学校在日常的教学活动中，通常有很多方面会用到计算机与网络，而当前的设备大部分的功能都较单一，或者说是针对某种特定的教学活动进行建设的，使得学校的投资比较大，而在“云”的支持下，可以将各种不同的应用聚合在一起，并支持这些应用的正常运行；
（４）虚拟化[5]：云计算是一个虚拟的、集成的、超大的资源聚集地，对于学生和教师而言，使用的时候完全不用考虑系统底层的各种基础设备，只需具备最简单的终端就可以使用各种由“云”提供的服务；
（５）廉价性：在“云”的支撑下，用户只需用最简单的终端设备，并购买相应的服务就可以完成各项任务，且无需考虑软件安装、升级以及病毒防护等，这样就使得用户节省大量的资金。
三、云计算下的多媒体教学环境构建
随着计算机技术、网络技术、多媒体技术等诸多技术在教育领域的广泛应用，现代教育技术进入了一个崭新的发展阶段，这就使得作为重要的教学资源——多媒体教学环境，也很快受到教育界的普遍重视。
1．当前多媒体教学环境的种类及存在的问题
多媒体教学环境是指为了实现多媒体教学所需要的硬件与软件环境。硬件环境包括多媒体课件制作设备与多媒体教学设备。软件环境则是包含教学所采用的各种系统、软件等。根据使用的目的以及功能，多媒体教学环境可以分为三大类：“课堂教学模式”的多媒体教学环境、“个别化自主式学习模式”多媒体教学环境以及“远程教学模式”多媒体教学环境。[6]
（1）“课堂教学模式”的多媒体教学环境
这种多媒体教学环境包含三个亚模式：多媒体示教室、多媒体语言学习系统、网络教室，这三种模式都是学生在教师的实时指导下进行学习，计算机仅仅是作为一种教学手段，帮助教师进行知识传授。除此之外，每种模式还都具有自己的特点。
在多媒体示教室中，教师可以使用各种教学所需要的媒体，不仅使得教学内容变得丰富，而且使得操作集中、方便、直观。该模式仅适用于学生人数较多时，优点在于投资比较少，能与传统课堂结合使用，缺点是操作权掌握在教师手里，学生处于被动地位。
使用多媒体语言学习系统，教师能够根据实际情况，灵活地组织各种学习形式，并能将画面与语音同时呈现，学生通过这两种方式处理信息，可以加深他们对学习内容的理解，但是通常情况下用于教学的资源整合质量较低，从而导致学习效果不是很理想。
在网络教室中，教师能够根据教学需要演示教学内容，学生也可以以电子举手的方式进行提问。在这种模式中教师能够及时了解学生的学习情况，并对他们作出评价，但是由于受到计算机终端数量的限制，规模较小。
（2）“个别化自主式学习模式”多媒体教学环境
受不断发展着的计算机技术影响，现代社会的教学理念也发生了巨大的转变。当前的信息化教学摒弃了传统教育中的以“教师”、“教材”、“课堂”为中心的三中心论，真正地转变成以学生为主体，教师起主导作用的现代教育观念。学生从被动学习转变成为主动探究、理解知识。
“个别化自主式学习模式”多媒体教学环境包含三个亚模式：计算机辅助教学（CAI）系统、普通电子阅览室、高级电子阅览室。
在CAI系统中，教师课前在计算机上根据教学大纲编制好所需教学材料，学生上课时通过人机互动，自主进行学习。该系统具有个别化程度高、交互性强、灵活等特点，但是学生学习的效果与教师的教学经验以及其编制的学习材料有密不可分的联系。
普通电子阅览室，主要用于学生课外预习或复习。学生完全可以按照自己的需要选择教学内容，而不会受到他人的影响，但是学习的成效与学生自我定位准确与否以及自觉程度高低有关。同时遇到问题时不能够及时得到教师指导。
高级电子阅览室，这是一种视频点播系统，又称为“VOD系统”，学生能够点播教学、进行电子阅览、课件上传下载、远程学习等。教师也能够通过该系统进行编制多媒体课件，开展远程教学、会议等，但该系统初期建设耗资较大，且需要学校安排专门人员进行维护。
（3）“远程教学模式”多媒体教学环境
前两种多媒体教学环境属于最基础的以多媒体计算机为中心的各种多媒体教学环境的建设与普及层面，而远程教学模式则属于组织上网与开办远程教育层面，它们的共同点是突破了教学时空的限制，打破了传统的学校概念，开创了新的教学模式。
最基础的多媒体教学环境上网是将以前使用的多媒体教学环境与局域网、因特网进行连接，使得学生和教师查阅到大量的信息资源，能够丰富视野。Internet教室：让学生在网络中学习知识、与他人互动，从而碰撞出思想的火花；远程教育系统：通过该系统教师能够为其他地区的学生“现场”上课、回答问题、讨论等。学生能够进行预习、复习以及自我评价等，但是该系统复杂的特点使得建设、维护的代价比较大，且对于带宽、学生的计算机水平有着极高的要求，单个学校建设的教学资源也同样存在着较大的不足。
综上所述，可以看到近年来多媒体教学环境的建设得到了迅速发展，同时也存在上述诸多问题，而云计算的出现给这些问题的解决带来了曙光。
2．基于云计算的多媒体教学环境的构建
基于云计算的多媒体教学环境，学校方面主要由网络教室、语言学习室、阅览室、远程教育、教学管理以及系统管理六部分组成，如图2所示。其中网络教室、语言学习室和远程教育主要针对学生与教师；阅览室面向学生；教学管理和系统管理则是由学校专门的管理人员负责。
（1）网络教室
配置——根据教学规模，配置相应数目的普通计算机，同时配有音视频设备（功率放大器、投影仪、话筒等）、无线路由器。
特点——这里，计算机只具备最基本的功能，其余所使用到的各种软件都由云业务平台提供。教师课上所使用的教学资源的来源有两种：事先编制好存放在云端；向云服务提供商购买而来。同时，学生可以自带笔记本电脑、平板电脑或超级本等，利用无线方式通过账号接入教学网进行学习。上课时，教师可以根据需要向学生演示教学内容、提问，学生遇到不明白的内容也可以通过电子举手的方式提问，教师可以根据学生完成任务的情况及时了解学生掌握知识情况并作出评价。
（2）语言学习室
配置——在传统语言学习室的基础之上，增加所需要的音视频设备（如投影仪、录像机、耳麦等）、无线路由器。
特点——云端的教学资源是经过许多专家认可而进行共享的，能够确保对学生是行之有效的。当学校需要时，先进行购买，然后使用。通过该系统，教师在灵活地组织不同形式（分组讨论、个别辅导、节目传送等）语言教学的同时，能够让学生看到与教学内容相匹配的文字、图片、视频等。生动形象的场景、清晰的语音不仅能提高学习效果，还能激发学生的学习兴趣。同时，在教学内容结束后，教师还能进行相关内容的考察，以得到教学反馈。
（3）阅览室
配置——根据阅览室不同的规模，配置相应数目的一体机（包括耳机、输入设备、打印机等）、无线路由器。
特点——在这个开放式、自主型的空间中，学生可以按照自己的需要，根据自己不同的权限进入学校系统，在其中寻找到他所要学习的文字内容，若有需要还可以打印下来保存。同时，还提供了交互式视频服务，学生可以进行视频点播，通过观看视频进行学习，遇到不明白的地方可以通过留言板向老师提问，或者在该视频区内发起讨论。
（4）远程教育
配置——在阅览室的基础之上增加音视频设备（包括耳麦、输入设备、投影仪等）。
特点——该模块能够进行实时互联，学生可以实时在线观看教师上课的情形。不管相隔多远，师生之间都可以相互提问、对答，教师还可以组织学生进行实时讨论，共同完成学习任务；学生也可以利用自己的权限进入非实时教学模块观看视频，进行课前预习或课后复习，以充分掌握知识；此外还有实验模块，学生可以利用云端提供的服务进行虚拟实验。
（5）教学管理
配置——根据管理需要，配置相应数目的计算机（包括耳麦、打印机、功率放大器等）。
特点——主要用于学校教学资源的管理、教学活动安排、教师培训、课程表、学生成绩档案以及相关统计分析。不仅教师可以用来查询课时安排、教学资料，学生也可以随时查询自己的相关信息。
（6）系统管理
配置——根据需要，配置相应数目的计算机（包括耳麦、打印机、功率放大器、投影仪等）。
特点——主要用于学生、教师的账户增加、删除，与云服务提供商沟通等管理，并且监控是否有人通过非法途径进入该环境。
四、面临的问题与展望
1．面临的问题
（1）安全问题：虽然，目前越来越多的云计算服务提供商将数据安全写到合同中，但就目前的情况来看，安全问题仍然比较严重，而且在不能充分保证安全的情况下，大部分高校或研究机构都不会将他们的资料放到“云”中，这也就导致“云”建设的缓慢。
（2）网络速度问题：云计算的所有操作都是通过网络进行的，因此对带宽以及操作响应速度的要求非常高，特别是同步在线观看教学视频时，若画面延迟，则学生不能及时与教师进行沟通，教师误以为所有学生都明白教学内容，从而进入下一环节。
（3）成本问题：云计算的构建对于当前网络的基础设施提出了更高的要求，大部分线路以及设备需要更换，以保证网络速度能够跟上需求，从而能够充分发挥“云”的作用。
（4）付费问题：除却一些共享资源外，大部分的服务都是需要在线购买后才能进行使用的，这就涉及到了服务器对用户权限的控制，因为服务针对的用户群不同，收费也不一样，这就使得如何收费成为一个需要仔细考虑的重大问题，若处理不好就会导致其推广困难。
2．展望
根据当前云计算的发展情况可以看出，云计算在学校多媒体教学领域中有着广阔的发展前景。随着技术的不断发展，“云”将会越来越完善，其廉价、方便、安全的特点将吸引越来越多的学校将他们的日常工作迁移到云端。
参考文献：
[1]什么是云计算？[DB/OL].http：//www.cloudcomputing-china.cn/Article/jh/200805/1.html，2010（7）.
[2]维基百科.Cloudcomputing[DB/OL].http：//en.wikipedia.org/wiki/Cloudcomputing，2009（3）.
[3][5]张义荣，鲜明.计算机网络攻击效果评估技术研究[J].国防科技大学学报，2002（5）.
[4]BALLARDN.TakingAdvantageofCloudComputing[EB/OL].http：//ipip.intel.com/go/wp-content/themes/ipip/includes/campaigns/cloud/federal-cloud-computing.pdf，2010（3）.
[6]吴永志，周丽英.多媒体教学环境的分类、配置及特点[J].电化教育研究，2000（8）.
（编辑：李晓萍）
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更新时间：2024/12/23 1:12:40