云计算的发展及对教育的影响

2010-12-29 09:29:40   

摘 要：21世纪云计算时代的到来，使得计算机的计算、应用和管理能力大幅度提高。随着云计算技术的普及和发展，其应用领域已经由商业逐渐渗透到教育，国内外的一些高校已经着手探究教育中的云计算应用。云计算的发展对我国信息化教育实现教育资源全球化，促进学生的学习和创新，推动教师的改变和提高学校的管理效率有着积极的影响。关键词：云计算; 发展现状; 信息化教育; 20世纪60年代，随着电力工业的发展，我国从古老的单台发电机模式转向电厂集中供电的模式，用户不清楚也不必知道使用的电力来自哪一家发电厂，发电站也不用关心自己发的电供给哪一家用户，但供电服务机制的改进使得电能可以最大限度地发挥功用，造福社会。而在今天，提供信息技术和计算机服务的信息网络机构也正在经历“电力服务”发展的类似过程。也许在将来，我们企业里的IT部门只有一两名员工和接入互联网的显示器，其他所有的资源都由互联网提供，而这些资源服务是由互联网中的云计算（Cloud computing）提供的。云计算就像是一个发电厂，只是它提供的不是电力，而是强大的计算机计算、应用和管理能力，只要与网络进行连接，并得到授权，用户就可以方便地使用这些能力和资源了。在云计算的时代，这个世界只需要几台电脑——它们可能叫做谷歌（Google）、微软（Microsoft）、IBM和亚马逊（Amazon）。一、    云计算的产生及特点当任何一个人在互联网上提交一个查询请求时，互联网上可能有成千上万台计算机在为他同时搜索众多的数据库，并运用不同的方法为他提供可能的搜索结果。也就是说，人们不是从自己的计算机上，也不是从某个指定的服务器上，而是从浩瀚如云海的互联网络上，通过各种设备（如移动终端等）获得所需的信息的全面普及时代也将来临。、知识、服务等。可见，我们生活的时代已经从硬件为中心转向了以软件为中心，并正转向以服务为中心的时代。同时，随着网络的日益普及，网络存储这样的服务也日益深入人心。由于它可以减少因为个人电脑硬盘出问题而造成的材料丢失而拥有了众多的使用者，网络服务业方面的开发商自然不会错过这个大市场。从云计算的“云存储”发展起来的网络存储云计算（Cloud computing）是指由几十万甚至上百万台廉价的服务器所组成的网络，为用户提供所需要的计算机服务。最宽泛的定义是指只要接入互联网就可以进行任何情况的远程计算，而不仅仅只是在桌面或便携设备上。网络浏览器先驱马克·安德森认为，“云是天空中的一种智能、复杂、强大的计算系统，人们只要插上就能用。”^[1]最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。云计算的特点和优势主要表现在：1.以用户为中心。用户可以在任何时间、任何地点以某种便捷的方式安全地获得或与他人分享。2.以任务为中心。充分调动计算机的资源，可以为普通用户提供每秒10 万亿次的运算能力，完成用户的各种业务要求；同时，用户可以方便地与合作者共同规划并执行各项任务，并随时随地进行有效的交流和沟通。3.性能比强大。云计算随着网络的发展，其存储介质性能提升，成本降低，云的功能无限扩大。4.智能化。分布在网络中的数据通过数据挖掘、智能分析、信息搜索以及运算而更加准确。二、云计算的发展现状由于云计算的动态资源性、虚拟性和高可用性优势，受到了IT巨头和商家企业的青睐。目前，全球IT巨头谷歌（Google）、微软（Microsoft）、IBM、亚马逊（Amazon）等已展开激烈竞争，都分别提出了云计算的方案并全面启动起来。（一）     谷歌（Google）：纯粹的云计算谷歌的三大核心技术构成了实现云计算服务的基础：GFS（谷歌文件系统）、MapReduce（分布式计算系统）和BigTable（分布式存储系统）。在这些基础上，谷歌于推出了“Google Apps”网络办公套件，包括Gmail（电邮服务）、Gtalk（及时通讯服务）、IM软件、日历、文字处理、PPT演示以及电子表格等一系列工具，部分功能相当于微软Office办公软件的网络版，免费供用户使用。于2008年9月^[2]谷歌又在云计算战略中迈出了重要一步，发布了Chrome浏览器。谷歌通过Chrome将原有服务器端的工作转移到客户端来实现，将用户的电脑加入到“云”中，在实现计算能力大幅度提高的同时也把用户引向SaaS即Software as a service（软件即服务）模式。不仅如此，如果Chrome能达到预期效果，将会把电脑由微软统治的桌面领域带到遥控数据中心，从而替代操作系统，成为网络操作系统。（二）     微软（Microsoft）：云+端的云计算模式微软推广的的“云+端”模式是由云计算和用户自己的计算机终端都承担一部分计算和应用的计算模式。这意味着不是只有单纯的云计算，用户终端仍保持着重要的作用。微软开发的Live Mesh是一个庞大的网络平台，以“软件+服务”的方式将计算机、手机和其他数字设备通过互联网整合到一起，允许用户同步访问、共享或存储文件，并支持移动设备和网络云计算的项目，使客户常用的终端成为一个巨大的能及时更新的“移动硬盘”。另外微软于2008年10月^[3]推出的Windows Azure和Azure服务平台技术一方面向用户提供基于PC、服务器等设备的软件，另一方面向用户提供基于网络的服务。（三）     IBM：蓝色巨人的云计划2007年10月，蓝色巨人IBM和谷歌宣布联合进行一项高校计划^[4]，并于2007年11月15日，在上海公布了一个名为“蓝云”(Blue Cloud)的系统^[5]。这套系统可以让用户通过网络将程序分散至众多计算机上执行．以便快速完成复杂的数据分析任务。蓝云（Blue Cloud）包括虚拟化Linux服务器、并行工作负载日程安排和IBM的Tivoli管理软件。目前，IBM已经在云计算领域赢得了许多客户，包括中国的无锡市、Capgemini本地专业服务部门Sogeti、越南政府机构和大学以及荷兰的云计算托管服务公司iTricity等。（四）     亚马逊（Amazon）：首个实现商业化的云计算第一个将云计算商业化的是亚马逊。早在2006年，亚马逊就推出了弹性计算云（Elastic Compute Cloud，EC2）服务，让中小型企业能够按照自己的需要购买亚马逊数据中心的计算能力。以EC2为基础的云存储S3（Simple Storage Service）在不到一年的时间里，就已经存储了50亿个对象，有30万客户签约。如今，亚马逊已拥有诸如纽约时报和纳斯达克证券交易所等大型客户。亚马逊的S3存储服务收费为每1G的存储收费15美分，服务器的租用则根据配置的不同每小时收费10至80美分不等。二、    云计算对教育领域的影响为了引导学术界更多地投入这个亟待开发的新领域，2007年谷歌与IBM合作，开始将云计算带入到全球多所大学中，为这些大学的计算机专业学生和研究人员提供硬件、软件和服务支持，推动新的软件开发方法，帮助高校学生获得相关云应用编程方面的技能，帮助他们应对未来大规模互联网应用的挑战。在这些高校中就包括了美国的麻省理工学院、史丹佛大学、卡内基梅隆大学、华盛顿大学、马里兰大学、伯克莱大学和亚利桑那州立大学，我国清华大学、台湾大学、台湾交通大学也参与该项目。同年，雅虎也与大学展开了合作，推出了相应的技术研发计划。（一）              美国大学中的云计算1.    亚利桑那州立大学的跨学科运用亚利桑那州立大学是谷歌在线办公软件最大的用户，6.5万的亚利桑那州立大学学生均拥有Gmail邮件服务账号，在试用的一周内，就有6.3万不同的学生登陆使用Gmail邮件服务。校方认为Gmail不仅更安全而且节约了系统维护的资金。当其他学校将云计算的重点放在计算机科学上时，亚利桑那州立大学提出了利用跨学科的研究，即安排商学院、生物学或政治学的学生与计算机科学专业的学生一起研究云计算的开发应用问题，这个做法得到了谷歌的肯定。2.    华盛顿大学的在线服务目前华盛顿大学正在进行的云计算项目是，提供给华盛顿大学校友一个新的在线服务--使用微软的Exchange Labs服务。微软的Exchange Labs，是一个专业的电子邮件系统，比普通电子邮件更安全，有效阻止内部和外部的威胁；不论是电脑还是手机都可以接受电子邮件；效率更高，对学生和校友免费；10GB的邮箱存储配额；20MB的邮件大小支持；联合品牌支持的Outlook Web Access；共享的地址薄和日历信息并可以查看其他用户的日程安排；支持25种语言。华盛顿大学正在与谷歌个微软进行协议，谷歌与微软将允许学校提供电子邮件、日历和其他协作工具给学校的学生和工作人员。学校希望谷歌将华盛顿大学当做试点把这个服务提供给08年秋季的学生，并在2009年可以首次全方面将这些服务提供给学生。3.    哈佛医学院基因研究在哈佛医学院，个体化医疗实验室已经在使用一些云服务，包括亚马逊（Amazon）的简单存储服务(S3)和Amazon弹性计算云(EC2)，用于转化医学和仿真研究工作。个体化医疗实验室的Peter Tonellato博士利用甲骨文（Oracle）技术和灵活的亚马逊网络服务（Amazon Web Services）开发新的基因测试模式，即根据个人遗传特性进行预防保健。首先要通过建立模型和模拟数据来评估新的基因测试的临床应用价值，而这就需要找到足够多的真正的病人来收集数据。使用云服务的个体化医疗实验室可以根据医院病人的特征创造出不同基因的虚拟患者^[6]来代替大量的现实中的病人，研究人员可以通过“临床角色”或病人的仿真体对临床和基因数据进行非常强大的分析。同时，云计算使得无论哪个地点的研究人员都可以通过访问这个实验室来进行科研。4.    卡内基梅隆大学的图像处理服务卡内基梅隆大学正在利用云计算能力处理不同的图像。他们下载了近600万张www.flickr.com图像，在云计算中提供照片共享服务，并开发出云计算的多种应用，如利用这些图片来找到某些特征的图像等。这仅仅是卡内基梅隆大学现今正在进行的一个云计算项目，学校对云计算领域的研究仍一直处于上升趋势。据匹兹堡论坛显示，卡内基梅隆大学于08年10月获得了35万美元的补助金来创建一个云计算机。5.    马里兰大学的云计算课程马兰里大学云计算项目的领军人吉米.林（Jimmy Lin）博士于2008年春季首次开设云计算课程，他的核心思想是让研究生和本科生一起探索研究开放的问题。学生开发云计算能力来进行电子邮件分析（确定电子邮件的来源）、图像处理技术，如确认书上插图的文字等、机器翻译，如将文件从阿拉伯文翻译成英文以及生物序列研究。（二）              云计算对我国教育信息化的影响技术的演进促进教育信息化的发展，面对云计算时代的到来，我们的教育信息化应该提前着手研究信息化教育的“云”，这对我国信息化教育的发展具有重要的启发意义。1.    实现全球化教育资源的建设在信息化教育中硬件建设是基础，教育资源是核心。在我国，也非常重视教育资源的开发和建设，投入了大量的人力财力。但就目前来说，由于教育资源的开发主要依靠有限的教师和教育技术中心，所以在多媒体教材、电视教材、网络课程的开发中存在着重复、知识更新速度低的问题。而在云计算时代，廉价和方便的云服务促使越来越多的教育资源迁移到“云”上。无论任何人，只要有所需要，就可以“拿”下使用，不必管是哪一朵“云”上的资源。我们应该充分利用云计算强大的信息资源库，推广共同协作精神，实现全球化的教育资源建设。2.    促进学生的学习与创新由于云计算具有弹性高、扩展性强和基于Web的服务器、存储、数据库等优点，对于以学习者为中心的个人学习环境建构来说，云计算是易于使用的。学习者可以通过云计算提供的服务，自由地选择学习内容和学习方式，更好地利用信息资源和服务。同时，学习者个性化学习所需的所有资料都可以由云计算实现管理和控制。只要有个接入互联网的浏览器，学习者就可以随时随地提取所需的数据和服务，不用掌握复杂的操作软件就可以随心所欲地构建出自己个性化的学习环境，这样不仅创建了灵活的学习方式，提高了学习效率也有助于学生创新能力的发展。3.    推动教师的改变光有好的硬件设施和教育资源，若教师不具备使用信息技术的能力和意识，也不能达到革新教育教学的目的。面对21世纪云计算时代的到来，教师应该在第一时间意识到自己必须在角色上做出改变。教师要改变教学观念和教学方式，适应基于“云”环境的教与学，充分利用“云”技术支持学生的学习和创新。在云时代的信息化教育革新中，教师应该把网上学习和培训视为正规教学的组成部分，逐步实现电子备课和网络教学，鼓励教师和学生将全球远程教育资源应用到日常学习中来。4.    提高学校的管理效率有了云计算，学校就不需要创建应用栈或者分配任何服务器，因为“云”是一个共享资源，所有的数据可以安全地获得分类处理和资源共享。这样就极大地降低了教育信息系统建立的成本并解决了教育信息闭塞、更新缓慢的问题，提高了学校管理效率。学校每年都有毕业生离校和新生入学，大量的数据存储和处理就需要强大的计算能力，而云计算正是处理这些数据的的最佳途径。但由于云计算的标准尚未统一，安全性也还未得到一致的认可，运用与计算管理学校只在设想阶段，随着云计算的普及和发展，学校管理的“云”将会逐渐形成并得到学校师生的认可。 参考文献:[1] Steve Hamm. Cloud Computing: Eyes on the Skies [J].Business week, 2008,(4082): 59.[2] GoogleBlog. A fresh take on the browser [EB/OL].http://googleblog.blogspot.com/2008/09/fresh-take-on-browser.html,2008-09-01/2008-12-01.[3]Richard MacManus. Ray Ozzie Announces Windows Azure-"Windows in the Cloud" [EB/OL]. http://www.readwriteweb.com/archives/windows_azure.php,2008-10-27/2008-12-01.[4] Steve Lohr. Google and I.B.M. Join in ‘Cloud Computing’ Research [EB/OL]. http://www.nytimes.com/2007/10/08/technology/08cloud.html?_r=3,2007-10-08/2008-12-01.[5] IBM. IBM Introduces Ready-to-Use Cloud Computing [EB/OL].http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/22613.wss, 2007-11-15/2008-12-03.[6] Harvard Medical School. Harvard Lab Uses Amazon Web Services and Oracle to Build  Simulations in Record Time [EB/OL]. http://aws.amazon.com/solutions/case-studies/harvard/,2008-12-07.