上海学习环境变革的研究成果

5.1.1　云学习通道和终端的多元化

1）云学习通道的多元化

伴随云计算的飞速发展，云计算也开始应用到多种学习通道中，形成了基于云计算的学习通道多元化。无所不在的云学习通道使“任何人”在“任何时间”、“任何地点”都可以通过任何设备进行学习，下面介绍几种不同的云学习通道：

（1）基于云计算的数字电视/IPTV学习通道

在政策、市场等因素的诱导下，国内数字电视/IPTV进入了一个快速发展的阶段，从而面临着容量的扩充问题。随着云计算技术的不断成熟，云计算给数字电视/IPTV通道带来了全新的机遇。云计算使用分布式的架构，具有海量的存储能力和快速的扩展能力，通过把大量的廉价的计算机资源通过网络连接起来，提供大容量的，高性能的，和可扩展的服务。通过在数字电视/IPTV学习平台中引入云计算技术，可以解决IPTV平台的规模发展问题。数字电视/IPTV学习通道的特点包括以下几个方面：

·提供实时的学习互动

数字电视/IPTV系统含有双向负载能力，它允许服务提供者传送大量的实时学习互动应用，可根据用户的选择配置多种多媒体服务功能。这些应用服务包括数字电视节目、HDTV、可视IP电话、DVD/VCD播放、互动游戏、高速互联网浏览、电子邮件等多种教育功能。

·提供高质量的教育内容服务

数字电视/IPTV不仅可以为用户提供接近DVD水平的教育内容，而且还允许对教育内容进行影像作记录，并可进行储存。这样就扩展了教育内容的存在时空，让没有时间看或错过教育内容的用户，更自主轻松地进行异步学习。

·提供个性化的按需学习服务

数字电视/IPTV提供建立在通信网络上的互动视频服务，支持双向沟通，允许用户根据自己的喜好点播教育内容，并可以使用户自己决定收看时间。用户还可以按照自己需求，选择获取提供的各种实时或非实时的教育内容。

（2）基于云计算的卫星学习通道

卫星学习通道是整合双向卫星、Internet/Intranet、学习中心的综合学习通道，其中用于中心、分中心和学习中心之间的双向卫星网实现资源的传输和数据的交换，Internet/Intranet实现用户终端与各级网络之间的资源获取与数据交换，学习中心为用户提供基于面对面的学习指导与组织管理。在云计算的基础上，卫星通道的资源传输会更加准确和支持教学大容量大并发，更能满足用户的需求。相对于地网，卫星网学习通道有自己的优势特点：

·传输质量的保证优势

由于每个卫星小站都利用自己专有信道传递数据，他们彼此之间没有竞争，这非常便于提供服务质量的保证。而且每个信道的带宽是独享的，不会受到用户数量的影响。传输容量及带宽的增加保证了卫星业务的高性价比。

·实现学习中心之间的互联互通

天网是一套独立运转的网络系统，它将通过卫星的双向链路将每个学习中心联系起来，并达到资源的共享。与此同时，卫星车的使用使得社区之间的相互交流变成可能。卫星车将现场采集的信号通过双向卫星，由中心站编辑后转发给指定的学习中心双向卫星站，从而实现教育现场的实时直播。

·授课质量高、应用模式灵活方便

授课直播音视频质量高，能达到DVD画质，电子文档播放流畅，音视频流与电子文档数据流完全同步，支持实时的直播浏览以及非实时的课件点播、课件管理、课件编辑和课件发布。授课直播通过客户端软件观看，支持多频道，配置容易。课件点播只需使用标准的WEB浏览器即可，无需安装客户端软件。

（3）基于云计算的网络学习通道

网络学习通道一直是学习的主要通道。云计算的发展给网络学习通道带来了变革，复杂的计算和大量存储集中在云数据中心中，用户终端通过网络访问相关服务，降低了对用户终端的要求，也避免了频繁的升级，从而可以延长用户终端的使用周期，并且可以对学习内容和学习行为进行智能分析。网络学习通道的特点包括以下几个方面：

·学习不受时空限制

网络学习通过网络聚合了大量丰富的学习资源，学习者可以在任何有计算机终端并可以上网的地方进行学习，而且学习时间由自己安排。学习者可以根据个人情况进行网络学习，而且对学习年龄也没有限制，这也有利于终身学习的发展。由于网络教学的覆盖面广，成本又相对低廉，这就助于人们及时地把受最佳教育的机会传到那些不能有幸进入最好学校的学习者那里。

·学习自主性强

互联网背景下使因材施教成为一种可能，学习变成一种各取所需的过程。以网络技术为支撑的网络学习环境展示出高度集成性、超文本链接性和存储信息的大容量的学习资源，这给学习者提供了近乎无限的学习空间。学习者可以根据自己的需求安排学习计划，充分发挥学习积极性和创造性，实现良好的学习效果。

·学习交互灵活

网络学习不存在中心控制，整个学习环境是双向交互、开放的，这给师生交流和生生交流提供了更多的机会，缓解了传统课堂中由于学习时间固定，师生比例不协调而产生的交流匮乏矛盾。在网络教学的平台上，学生和学生、学生和教师之间可以及时即时沟通，相互交流学习经验和体会，在交流和沟通过程中使知识得到丰富。

（4）基于云计算的移动学习通道

移动学习通道是指借助支持移动学习（Mobile Learning）的无线网络搭建的数字化学习通道。在云技术的支持下，用户终端的功能将会被大大简化，而诸多复杂的功能都将转移到终端背后的网络上去完成。这样，用户只需借助平板电脑、智能手机等接入互联网，便可获取需要的信息服务。由于信息存储和数据计算都发生在“云”端，云计算突破了传统的以个人计算机为核心的硬件限制，集合了信息聚合和设备聚合的全新Web服务，将从根本上改变人们获取信息、沟通交流的方式，从而实现用户随时随地的学习。与其他学习通道相比，移动通道具有以下特点：

·学习设备数字化

相比于传统的携带纸质书本进行随时随地学习的模式，移动学习的实现形式借助于各种便于携带的数字化终端设备来实现的。这些设备包括能够上网的智能手机、平板便携式电脑、MP3、MP4等。通过这些能够储存数字化资源、可以随时随地链接网络的设备，使得学习可以减少甚至摆脱时间和空间的束缚。

·学习时空移动化

移动学习要求可以在离开教室、图书馆、机房等学习空间的情况下，也能继续进行学习。在整个学习过程中，学习者不再被限制在电脑桌前，可以在任何想要学习也适宜学习的地点，根据自己的需求，利用身边的移动设备进行学习。学习者也不用局限于固定的学习时间，在移动学习中可以自由安排学习。这个学习的环境是移动的，教师、研究人员、技术人员和学生都是移动的。

·学习活动个性化

随着时代的进步，人们对个性化教育的要求不断增强，移动学习正好适应了这种个性化学习潮流。在移动学习过程中，人们可以根据自己的时间和学习需求来安排学习进程、订制学习内容。移动设备的互联性能为人们提供了随时随地获取丰富学习资源的可能。随着整个移动学习环境的完善，人们还可以量身打造自己的学习服务项目，实现终身学习。

·学习互动深入化

移动学习产生一种新的互动方式——学生与情境之间的互动。学习情境的创设可以通过视音频等多媒体技术来实现。通过可移动的学习终端设备，可以实现听觉和视觉上的随时随地互动。在内容上的互动是双向即时的，这样才使得“移动”更有意义。

2）云终端的多元化

云终端的概念随着云计算的发展开始被不断提及。科技的发展使得云终端多元化，云终端的功能都是基于云架构的且对云没有选择性，因为他们都是通过普通的IP协议实现接入的，但是如果没有云计算或者云计算中心，云终端就没有了存在的意义。下面介绍几个不同形式的云终端：

（1）多屏显示终端

目前应用于课堂的大多是单屏显示，但是随着大量新兴技术的产生，传统的单屏教学形式有所改变，开始走向多屏学习空间教学。多屏显示终端可以是交互式电子白板，可移动虚拟桌面等。多屏显示终端借助于云服务不但使教学空间得到了延伸，同时也有效的增加了课堂交互，促进学生的知识建构。

陈向东等人（2010）在“多显示学习空间的开发与应用”一文中介绍了两个多屏显示终端的例子，一个是即Pod，它被视为一个与管理决策的目标紧密联系的整体空间，而不仅仅是一个技术系统。这个特别的房间由一系列围绕圆桌的投影形成的“信息面”构成，显示的信息包括35毫米幻灯片、录像和电视摄像等等。系统由技术员或参与者控制，支持诸如团队计划、审核以及设计活动等等。Pod的经验为我们提供了一个视角，即多屏显示环境可能为信息的展示与交流带来许多潜在的好处。MultiPresenter显示系统是另外一个例子。演示系统在演讲厅配备两个屏幕，与一般的多屏环境不同的是，MultiPresenter通过特定的创作和信息现场展示系统，创新了内容的组织和传递方式。现场演示系统支持有计划的展示或者即兴将内容嵌入选定的屏幕。但是Multi-Presenter只是一个技术系统，而不是一个完整的多屏显示环境，系统的目的是支持多种方式的演讲，而不是团体的协作。

（2）移动云终端

在移动设备如此普及的当代社会，对于云技术来说是一个很大的机遇，只要用户拥有一部云终端设备，就可以享受到“云学习”。目前比较流行的移动终端设备如苹果iphone系列、联想乐phone、戴尔平板电脑Streak 10Pro等，虽然不同的设备应用了不同的系统，比如iso系统，win8等，但是都可以和云端进行连接，在云架构上运行，随时随地获得丰富的资源，实现个性化教学。云计算、移动互联技术在不断发展，用户也需要更具个性化的计算设备，这都正成为移动云终端多样化的动力。

移动云终端的发展在终身教育方面有这重要的意义，比如比较流行的电子书包是一个资源与终端的组合系统，云终端的推广也促进了电子书包的发展。个人电脑、笔记本电脑、电子阅读器、PDA、WebPAD、手机等都充当过电子书包，而电子书包亦被看做一种未来型的教育电子产品和教育云终端。在美国，中小学越来越多地购买便携式电脑和掌上电脑，苹果iPad也成了电子书包装备的典型形态。日本则开发了一款采用嵌入式系统“T-Engine”的个人电脑式的电子书包Pin change。

（3）数字化校园云终端

校园云终端实现了各种优秀的资源的共享，校园各类云终端或多媒体设备的无缝连接，大大促进了数字化校园的建设。作为数字化校园和云服务的重要组成部分，其中如“思科——华师京城教育云终端机”实现了多媒体教室设备及终端的无缝连接，这些设备和终端包括广泛应用的电子白板、投影仪、触控一体机、教师及学生用电脑、音响设备、电子书包等。

5.1.2　智能云学习

云技术不仅带来了学习通道和终端多元化，也引起了学习方式的改变。随着智能学习的发展，结合云计算的智能云学习逐渐兴起。

1）智能云学习概念

智能云学习是由智能学习衍生而来，目前，国内外关于智能学习的主要几个概念如下：

智能学习是指一种全方位的网络学习，它可以包括用户按需进行课程传递和评价，获取跨校课程和在线材料，定制课程项目，通过电子书籍以及其他的电子资源来学习、学生协作学习，实时远程学习等。智能学习强调学习者在电子化学习环境中的个别化和自适应学习。

韩国忠北国立大学计算机教育系的Okhwa Lee教授认为面向21世纪的智能学习

可以从四个方面理解：①网络带给了我们无线的可能，例如智能移动设备、台式电脑、智能工作机和IPTV等；②我们的行为由于IT的引入而发生了改变，我们已经熟悉了用户为主导的设备，例如导航设备、实时通讯设备、云计算、社会化网络、个性化设备等，包含了多样的媒体分发模式；③教师、学生和教育都面临着巨大的变革，如何让学生沉浸于学习之中或者深入学习，是我们必须思考的问题；④智能学习是未来学习的潮流。全球化的压力已经在改变着学习的方式和地点，任何人可以在任何时间、任何地点学习。我们更多的时间用于非正式学习，并且我们的学习变得越来越智能。现在有必要把教学系统置于学习型社会的核心。(www.chuimin.cn)

智能学习是一个具有深度影响的变革，它对发展学习者的思维技能和会话技能有很大的帮助，能激励和帮助教师发展各种独立思维和学习以满足21世纪的需求。综合国际上研究及发展趋势，我们认为，智能学习是指在智能学习环境中，借助信息和通信技术手段，根据学习者的需求为学习者分配资源，并对学习者进行智能化学习管理，从而满足学习者随时随地进行学习的要求，促进个性化学习和自适应学习。

智能学习的特征包括：

·学习资源按需分配

在智能学习中，学习资源不是按照事先完全确定的顺序和模式来呈现与分配的。而是通过由智能学习系统通过分析学习者的个性化特征、辨别学习者所使用的学习设备、根据学习者的学习需要，进行选择性地按需分配学习资源。

·学习管理智能化

在智能学习中，学习者的学习是不断进行调整的，智能学习系统可以根据对学习者的个性因素、智力因素、知识水平等进行分析并给出相应的建议。同时教师可以通过分析学习者的学习特征、跟踪学习者的学习进度、分析学习者的学习数据，对学习者的学习情况进行智能化的管理。

·学习活动个性化

智能学习充分尊重学习者的个人学习风格和学习习惯。通过对学生的个性特征进行分析、数据提取、数据挖掘，得到学生的个人特征模型。根据学习者的不同需要推荐学习资源，以满足不同学习者的学习需要，实现个性化学习。

·学习评价多元化

智能学习综合采用形成性评价、总结性评价、测试等多种评价方式对教与学进行评价，不断完善教学系统，促进学习者的学习。

·学习支持服务多样化

在智能学习中，学习者具有一定的学习主动性，要想保证学习者高效利用丰富的学习资源进行深入学习，学习支持显得尤为重要。学习支持是为帮助学习者进行有效学习而设计的，智能学习采用多样化的学习支持服务，更好地服务于学习者的学习。

·学习环境智能化

智能学习环境是一个高度数字化、智能化的构建的学习环境：对学习者的个性进行智能分析和智能识别，快速的反馈和个性化的评测系统，存储大量的媒体资源供选择，方便的讨论和通信系统。因此，智能学习环境的构建需要利用多媒体网络技术、人工智能、数据库及数据挖掘技术、语义解析、网络通信等最新技术。

智能云学习是智能学习模式与云计算技术的结合，在智能学习的基础上，云计算更能有效的为学习者分配资源来满足学习者随时随地进行学习的要求，并对学习者进行智能化学习管理，促进个性化学习和自适应学习的学习。

2）智能云学习支撑——智能云学习系统

随着技术的发展，传统的智能学习系统已经无法满足当前学习者的需要，为了更好地促进学习者学习，实现新技术时代下的智能化学习，众多学者将云计算与智能学习系统相结合，开发设计了各种学习模型以更好地支持学习者的个性化学习。

智能学习系统是一个以学习者为中心、支持智能学习的学习系统，该系统能够整合多种学习终端和教学平台，为教师和学习者提供便捷、高效的教学、管理、资源、评价等服务，从而创造一种智能学习环境，满足多样化的教学需求。同时智能学习系统也是一项涉及人工智能、数据挖掘、认知科学、教育学、心理学、行为科学和计算机科学的综合性研究课题，其研究的最终目的是让学习系统在一定程度上能够模拟人类教师的角色，充当学习者的引导者和帮助者，针对不同的学习者实现其个性特征的最佳学习。它能根据学习者的特定目标、需求和偏好，利用教学方法和学科知识动态地调整学习内容。智能学习系统掌握相关领域的知识、授导策略和方法，能模拟学习者的知识状况，它是以学习者为中心，计算机为媒介，利用计算机模拟教学专家的思维过程，形成的开放式人机交互系统。

智能学习系统是一个分布式的在线学习系统，其各个模块能够独立运行，并且可以在网络的不同服务器上登录。学习者模型数据库是智能学习系统的一个基本部分，它包括关于学习者学习一个课程或者多个课程的学习进程的档案及临时状态的结构化数据。尽管智能学习系统的类型很多，但各种类型都包含五个关键模块，包括学生模块、专家模块、教育理论模块、领域知识模块和交流模块。智能学习系统的主要功能模块主要由两部分构成，包括课程自动排序和自动选择和排列学习目标的方法。智能学习系统是在超媒体的基础上发展起来的，主要目的是充分考虑学习者的学习目标、认知能力和知识水平，为学习者提供个性化的学习环境。现在主流的智能学习模式的关键环节由学习诊断、学习内容的动态组织、自主选择学习策略构成。但是其对学生学习的诊断、学习内容的组织、学习策略的选择还是机械的，并不能完全符合学习者的认知特点和需求。智能学习管理系统主要是弥合现代的网络教学的学习管理体系与当前强大的、未被充分利用的智能辅导和自适应超媒体技术之间的差距。虽然现状有很多不同的智能辅导系统（ITS）和学习管理系统（LMS），但是它们并不能很好满足教育的需要，因为这些系统之间不具有互操作性。其主要的原因是网络上的数据的结构性较差，现有的结构没有形成标准的格式。智能学习管理系统的结构是以智能辅导系统和学习管理系统为基础的。此外，智能学习管理系统继承了学习管理系统的设计学习材料和管理功能。智能学习管理系统是一个开展智能软件应用尤其是学习和发展领域的应用的技术平台。智能学习管理系统通过个别化和适应性的学习集成了以学生为中心的学习经验，这也超越了典型的正式学习和非正式学习环境。

综上所述，我们认为，智能学习系统是一个以学习者为中心、支持智能学习的学习系统，该系统能够整合多种学习终端和教学平台，为教师和学习者提供便捷、高效的教学、管理、资源、评价等服务，从而创造一种智能学习环境，满足多样化的教学需求。

智能学习系统的特征主要表现在：

·定义可重用学习对象；

在智能学习系统中，根据学习者的需要与课程内容的性质，设置可以重复利用的学习资源来支持学习者的学习。

·基于可定义规则的个性化资源推荐，根据学习者的需要分配资源

在教学过程中，通过利用站点积累的大量有用的历史记录，如用户访问日志、注册信息、选课信息、课件学习信息、视频点播信息、答疑情况等，分析学习者的学习行为特点与不同学习者的学习需要，为不同的学习者提供个性化的推荐服务，可以有效提高各种学习资源的利用效率，从而提高教学质量。

·跨平台的资源聚合共享

将世界范围内的教育资源聚合到“云”存储服务器中，学习者使用云的同时，相应地学习者的资源也会进入“云”存储服务器中。由教育者对浩瀚的资源进行归类、管理和制定相应的访问规则。

·整合学习终端、多屏合一技术

支持不同的用户终端，学习者可以在不同的终端设备上学习，实现不同终端设备的智能切换，让学习者能够随时随地不间断地根据自己所需进行学习。

·可针对各学科的统一功能，而非某个特定课程

智能学习系统的适应性广，不再局限于某一个特定的课程，而是针对各个学科设计了统一的功能。

云技术的不断发展推进了智能云学习系统的发展进程，相比于传统的智能学习系统，在云计算的基础上智能云学习系统更加灵活，功能更加丰富，更能满足学习者的个性化需求，是未来智能学习系统的一个重要发展趋势。下面列举几个已实现的智能云学习系统模型情况。

1.基于智能云计算的智能学习服务（Smart learning service on smart cloud computing）

基于智能云计算的智能学习服务（Svetlana，K.＆Su-Mi Song ＆Yong-Ik Yoon，2011）主要提出了智能云计算（SCC）模型，该模型主要通过用户的手持设备中的传感器获取用户行为的相关信息，然后通过E4S的过程为用户智能地选择学习内容，并能提供满足学习者需要的学习内容。该模型利用云计算的特点，实现了为学习者按需分配资源的过程，为学习者的个性化学习服务。

智能云计算（SCC）模型在以用户移动设备中的感知器获取的用户行为的基础上，通过E4S，即智能输入、智能推测、智能内容和智能输出，为智能学习内容服务。SCC根据每个学习者的需要为其提供量身定制的内容与服务。智能云计算通过在现有的云系统中加入智能处理，能够让云服务器为学习者提供智能学习服务。云服务器最重要的职责是进行弹性处理，如：为基础设施即服务（IAAS）提供弹性计算、为平台即服务（PAAS）提供弹性管理、为软件即服务（SAAS）不断地提供弹性调度。弹性处理即从用户手持设备中的感知器中收集用户信息、实时处理输出的信息以便满足用户不断变化的动态情境需要。

SCC模型主要由两个部分构成，即：上下文感知（context-aware）模块、E4S（Elastic 4S）系统，图5-11是SCC模型的系统架构图。上下文感知模块自动推测用户行为的实际状况，为每个用户提供智能学习服务。E4S系统主要是智能地从用户手持设备中获取用户行为的相关信息，并进行智能推测、智能选择内容、智能输出的过程。

智能云计算为学习者提供了一个智能学习环境，它促进了学习系统标准化，并提供了管理方式。SCC能够为用户提供智能学习，这样用户可以在不同的学习情境中使用不同的设备进行学习，这样就形成了一个设备分离的“虚拟教室”。

总之，智能云计算模型（SCC）通过用户的手持设备中的传感器获取用户行为的相关信息，然后通过E4S，即智能输入、（Elastic 4S：Smart Push，Smart Pull，Smart Pros-pect和Smart Content）的过程利用云计算的特点，实现为学习者的过程，为学习者的个性化学习服务。

图5-1　SCC模型的系统架构（Svetlana，K.＆Su-Mi Song ＆Yong-Ik Yoon，2011）

2.IMAV：Intelligent Multi-Agent Model for Resource Virtualization（基于云计算的资源虚拟化智能多代理模型）

随着网络通信技术、以及移动网络架构增值技术的不断发展，越来越多的用户开始使用基于移动和手持设备的社交网络，如：Facebook、Twitter等。

云计算环境下的社会化媒体服务是一种简化分配服务资源的方法，仅仅只需要通过用户等级和服务资源的限制来分配，但其存在两个方面的问题，即：为了给用户分配合适的资源，管理者必须一直不断地检测服务资源系统；它增加了服务器和网络的负载。为了解决这些问题，韩国Konkuk大学提出了IMAV模型（Myougnjin Kim，Hanku Lee，2011），该模型建立在云计算的基础上，通过收集与分析用户的情境信息来推测用户的需要，自动为移动设备用户分配合适的服务资源。

IMAV能够实时管理云计算的资源，并通过用户的行为调整资源，主要包括用户代理、分布式代理、收集代理、代理管理器、虚拟注册器和系统资源管理六个部分。用户代理主要是接受移动代理提供的信息，为用户计算合适的、相关的虚拟化社会媒体服务程序，分析有关的服务类型和存取类型。分布式代理通过综合考虑用户和服务器之间的相关性来分配社会化云服务资源；通过用户发送的学习服务请求和信息来支持智能虚拟服务资源；运用MLP（Multi-Layer Perceptron）和SVM（Support vector machine）将系统服务资源虚拟化。收集代理的主要是收集系统必须的服务信息和社会化媒体的数据。代理管理器主要是用来管理每个代理的创建、注册、事件和删除。虚拟注册器是注册和管理分布式代理分布的社会化资源的虚拟信息，通过分析虚拟登录信息来支持系统资源的有效管理，此外，虚拟注册器和分布式代理同步管理登录信息。系统资源管理控制虚拟注册器，记录的相关信息，管理用户资源，主要由系统使用率分析模块、系统内容管理模块、系统层级分析模块、系统资源分类模块和系统管理信息数据库组成。如图5-2所示。

图5-2　IMAV基于云计算的资源虚拟化智能多代理模型
（Myougnjin Kim，Hanku Lee，2011）

从目前的研究来看，智能学习系统未来的主要发展趋势是实现个性化学习、满足不同学习者的需要。整合云计算集中资源、实现不同平台的资源共享、按需获取资源的特点，建立基于云计算的智能学习系统是未来的研究重点。

未来的基于云计算的智能学习系统建设将主要关注以下几个方面：

·规模化、智能化的应用；

·多屏可切换：支持不同的用户终端，使得学习者随时随地不间断地根据自己所需进行学习；

·自适应的资源推送：分析学习者的学习效果、学习情况反馈、以及学习者的所学知识内容，智能地推荐学习资源，友好地给出学习引导建议，让学习者轻松、有效地学习；

·多租户：利用云计算中IAAS层的“多租户”特性，采用“多租户组件”实现了对学习资源、学习服务更好地共享。

综上所述，教育云服务改变了学习者的学习环境，随着学习环境发生变化，学习模式也将发生相应的变革。