基于IaaS云計算的網絡教學模式

馮少沖 邸彥強 陳志佳 袁紅麗

摘要：作者對當前網絡教學的概念、特點進行了分析，并針對其在實踐技能教學方面的不足，結合云計算理念提出 一種新的網絡教學模式——IaaS云計算網絡教學模式，并從其基本模式、教學內容與方式、特點等方面進行了介紹，最后探討了開展該模式教學建設需關注的事項。

關鍵詞：網絡教學;云計算;IaaS

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）12-0108-03

隨著計算機技術、網絡技術及教育教學理論的發展，網絡教學幾乎成為與傳統課堂教學并重的教學模式。

當前主要網絡教學模式分析

目前，各類網絡平臺推出了大量的網絡教學和網絡學習渠道，提供了極為豐富的網絡化學習資源。筆者針對專門的網絡教學模式進行了分析，最終將網絡教學的主要模式歸結為以下幾種：網絡視頻課、MOOC、SPOC、交互式在線課。

網絡視頻課：以在線視頻的形式向公眾提供在線學習服務。

MOOC：大型開放式網絡課程，是以網絡視頻為基礎，并具備網上交互功能的授課模式，不受時間、空間限制，選課人數也不受限制。

SPOC：小規模限制性在線課程，是對MOOC的發展和補充，對學生進入門檻有限制，規模小，更加強調學生深入參與、完成課程。

交互式在線課：在線教育平臺提供支持基本交互功能的在線課，一般集成音視頻、動畫等類型教學資源，其中大多支持基于移動終端的M-learning（Mobile learning，移動學習）。

在一些實踐技能教學，如電站系統、武器裝備等復雜設備操作教學中，需要使用大型多媒體軟件、虛擬仿真系統等資源進行實操教學，而現有的網絡教學模式，主要適用于理論知識的學習，對于實操類教學的助益相對較少，其主要原因是：

①在交互方式上，傳統網絡教學不支持多樣式的人人交互和人機交互，而實操類教學，需要教師、學生、教具等教學因素密切互動，如教師操作、學生觀摩，學生操作、教師監控，以及多人協同操作等。

②實現復雜教學資源的網絡化難度大。實操類教學資源，往往是大型的軟件系統，其技術手段和系統結構都比較復雜，因而傳統網絡教學支撐技術難以實現該類資源的網絡化。

IaaS云計算網絡教學模式

IaaS（Infrastructure as a Service，基礎設施即服務）云計算模式，是將IT基礎設施作為一種服務通過網絡對外提供，最典型的是基于虛擬化技術將虛擬機及其操作系統通過網絡直接發布給用戶，用戶取得授權后就像操作本地計算機一樣操作網上虛擬機。

1.基本模式

將IaaS云計算與網絡教學的理念相結合，形成基于IaaS云計算的網絡教學模式（簡稱IaaS網絡教學模式）。該模式下，首先建立服務中心集群，通過虛擬化技術，將集群基礎設施分割為一系列虛擬機，虛擬機內部部署各類教學資源，一方面將虛擬機操作系統桌面以服務的形式進行發布，另一方面對所有虛擬機按需進行管理調度。在終端，用戶通過網絡瀏覽器或者專用接入軟件登錄中心門戶，選擇并注冊資源，一旦獲得授權，用戶可直接訪問集群中虛擬機的操作系統桌面，使用部署在虛擬機內的教學資源進行學習和教學，達到“有網就能學”的普適化網絡教學，如圖1所示。

2.虛擬機

發布給用戶使用的虛擬機，既可以作為傳統網絡教學終端，以“網上網”形式，訪問網上教學資源，也可以作為承載網上教學資源，提供網絡教學服務的服務器。對于IaaS網絡教學模式，虛擬機主要是第二種應用方式。用戶可通過技術手段限制虛擬機的開放程度，以適應不同的具體教學方式。

一是面向用戶個人的專用機。用戶對其有完全的控制權，虛擬機記錄用戶所有的操作使用信息和個人數據，適用于開展個性化的學習。

二是面向課程內容的通用機。虛擬機不記錄用戶操作，每次開機后用戶所見的課程資源均為初始狀態，適用于進行大規模教學。

3.教學資源

在IaaS網絡教學模式中，用戶可直接部署的教學資源包括音視頻文件、PPT/Word/PDF等格式文本及Flash動畫等一般教學資源。除此之外，一些復雜的教學資源，如大型的虛擬仿真系統和多媒體軟件（如圖2）可以直接部署在虛擬機內部，通過IaaS模式直接實現網絡化的服務，進而避免了因系統架構、技術原理而產生的網絡化改造難題。

4.支持的教學內容以及方式

IaaS網絡教學模式，首先支持傳統的網絡教學內容，如利用部署的音視頻、Flash動畫等資源進行理論教學，但其突出的優勢是對實操類教學的支持。

例如，在某電站設備的操作使用教學中，教師常用的教學方式是利用電站的虛擬仿真系統在實際操作中示范講解，并指導學生各自操作該系統進行學習練習。在IaaS網絡教學模式下，學生和教師分別通過各自終端訪問對應虛擬機中的教學資源，各教學資源由服務中心管理系統統一調度。通過調度系統，可以實現各分離資源的同步，進而實現各終端教學內容的同步。該系統區分為教師參與的“教學”，以及只有學生參與的“自學”，下面筆者針對這兩種情況進行分析。

教學：支持示范性演示教學和遠程監控考核。對于前者，教師可以操作教學資源進行示范，學生可遠程同步看到操作過程;對于后者，學生可以操作教學資源進行練習，教師可遠程同步看到操作過程，并對操作過程進行考核。

自學：支持單人自主學習和多人系統學習。對于前者，學生直接操作教學資源進行學習，根據平臺容量，可支持多人同時自主學習;對于后者，根據實操需要，學生可組隊協同對教學資源進行操作，通過后臺的調度管理，所有操作信息同步地反應到每位學生操作的教學資源上。

5.特點

除了傳統網絡教學共性特點，如實現教學資源的共享，改變枯燥的學習方式，支持不受時間、場地影響的自主學習、重復學習等外，IaaS網絡教學模式還有以下特點：

①支持多樣的交互形式，包括師生間的交互、學生間的交互，以及人與教學資源的交互，交互內容除語音、文字外，還包括基于通用計算機外設的手勢動作等（如對虛擬設備模型的操作）。

②既支持單人和多人的獨立自主學習，也支持多用戶的協同學習。

③支持復雜教學資源快速服務化發布，不必專門為網絡應用開發對應的版本。

④克服了傳統網絡資源異地部署，資源間交互困難的問題，在中心集群內優化部署，便于協同管理。

IaaS網絡教學模式建設相關注意事項

將IaaS云計算技術引入網絡化教學，雖然可以提高教育信息化水平，但在進行建設時，要注意以下相關事項：

一是合理論證教學資源。雖然IaaS模式云計算在技術上大大提升了教學資源的易用性和便利性，但是并非所有教學都適用IaaS網絡模式，特別是理論教學，更適用MOOC/SPOC等模式，IaaS模式主要適用于實踐技能教學。

二是注意用戶規模的控制。在IaaS模式下，用戶會獨占中心的某一個虛擬機開展教學/學習，會對帶寬有一定要求，目前一般在1Mbps～30Mbps之間。因此，要根據中心實際帶寬，合理控制用戶規模，也可引入邊緣節點、多云中心、遠端中繼等方法進行用戶擴容。

三是要制訂教學資源開發與運行規范。制訂開發運行規范能夠約束教學資源的開發以及運行過程，進而避免由于不同單位、機構按照各自的標準規范進行開發與部署，造成管理混亂、應用混亂、運行混亂，在制度上和源頭上控制IaaS網絡教學模式建設的正常有序發展。

四是及時引入最新的信息化、網絡化技術。云計算技術是信息化技術、網絡化技術快速發展的產物，因此，對于信息化技術、網絡化技術領域新興技術，如容器技術、大數據技術、邊緣計算技術、智能化技術等的發展應予以高度關注，并將其適當引入IaaS網絡教學模式建設中，爭取為網絡教學提供更多的建設和發展思路。

總結

基于IaaS云計算網絡教學模式是網絡技術、虛擬現實技術等先進技術綜合應用的結果，其教學資源豐富，互動性強，將為操作類課程的網上教學提供一種新的思路。