分布式教学的概念精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇分布式教学的概念，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：九年级；化学教材；部分实验；改进

中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）16-210-02

《义务教育化学课程标准（2011）・第三部分 课程内容》认为：“义务教育阶段化学课程中的科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动……化学实验是进行科学探究的重要方式……学习和运用化学实验技能和科学探究方法，离不开实验活动。”做好实验，对培养学生的科学素养，对学生学习好化学知识与技能，有不可替代的重要作用。

本人是一直处在教学一线的化学教师，在教学中经常做大量实验，有时较为成功，有时不令人满意，就随时思考、亲自动手，以改进实验。本人不断向同行学习，坚持学习各种纸质的、电子的化学文献，随时收集、整理有关九年级化学实验改进的内容，试用后筛选出较简单实用的改进实验。经多年积累，现以人民教育出版社2012年版教材的单元、课题为序综述如下，供教学一线的九年级化学教师参考、研讨。因积累的时间很长、文献的辗转引用等，其中部分改进的原创者有误或缺如，请指正。

一、对蜡烛及其燃烧的探究实验[一单元课题2，上册12、13页探究实验]

蜡烛火焰各层温度的比较。教材是将火柴梗迅速平放入火焰中，约1秒后取出。此操作学生不易掌握好，火柴有的中间、两端都变黑了，甚至燃起来，有的中间、两端都不黑。有人改进为：用直的细铁丝或细铜丝平放在火焰上接近灯芯处，约1秒后取出。可明显地看到金属丝在外焰的部分发红，内焰及焰心部分较暗，从而推断出蜡烛火焰各层温度的高低。现象明显，操作容易。

点燃蜡烛刚熄灭时的白烟，以引燃蜡烛。教材是用火柴点燃白烟，由于白烟易摇摆飘散，点火时往往火柴离烛芯很近才能成功，学生会误认为是烛芯被直接点燃，说服力不强。对此，辽宁省调兵山市第三中学的张艳萍、王崇庆老师改进为：蜡烛熄灭后，马上在其上方罩上一个螺旋铜丝圈，白烟顺着该圈上升，这时在圈的上方点燃白烟，现象明显，说服力很强。教材用火柴点燃白烟，由于从吹灭蜡烛到划燃火柴的时间较长，有时又不能一次划燃火柴，白烟往往已散尽，蜡烛很难重新燃烧。对此，有人改进为：熄灭蜡烛前将打火机并排靠在蜡烛旁，吹灭蜡烛的同时按下打火机，即刻点燃白烟，引燃蜡烛。效果明显。本人对此实验作了如下改进：选粗蜡烛、长灯芯、大火焰，右手用镊子夹住一根直径约为0.2厘米、长约10厘米的金属管或玻璃导管，将下端接触燃烧很旺的蜡烛的灯芯，管倾斜向上，等约15秒上端管口飘出白烟，左手用打火机点燃，管口持续出现一个小火焰。现象很明显。

二、氧气的密度比空气的略大[二单元课题2，上册33页]

因教材中没有相应实验，学生不能直观感知氧气的密度比空气的大。有人增设了一个实验：取两瓶氧气，分别正放、倒放在铁架台上，用两根带火星的木条同时实验。观察到带火星木条都会复燃，不同的是，正放的那瓶氧气可以连续试验十多次，而倒放的那瓶氧气只能试验三五次。分析得出，氧气的密度比空气的大。

三、细铁丝在氧气中燃烧[二单元课题2，上册34页实验2-4]

铁丝的选材，本人抽下废旧石棉网上的铁丝，用砂纸打磨除锈，若极细就将4～5根绕成一根，若较粗就只用一根，在粗金属丝（如燃烧匙的柄）上绕成螺旋状。有人不拴小木条，把螺旋状铁丝在无水酒精中蘸一下，立即点燃，立即伸入氧气瓶中。现象明显。

有人改用市场上卖的洗锅碗用的钢丝球（本身就薄且卷曲），剪成一小团。不必蘸无水酒精，在酒精灯上加热至红热，然后伸入氧气瓶中，会看到铁丝剧烈燃烧，火星四射，现象非常明显。

四、分子运动现象──氨分子的扩散[三单元课题1，上册49页探究实验]

教材用大烧杯罩住两只分别装有酚酞试液和浓氨水的小烧杯。氨水的用量较大、氨水挥发出来的刺激性气味很大。对此，有人改为微型实验：用小烧杯代替大烧杯，用滤纸剪成小花形、用细铁丝串成一花束、插到一小块泡沫塑料上固定，向滤纸滴上酚酞试液，用小贝壳、瓶盖、装药片的空铝塑板等代替小烧杯，内滴入浓氨水，可看到小花由白变红。现象明显，也增加了实验的趣味性；同时把实验微型化，节省了药品，不会有很大的刺激性气味。

有人改进为：先在一张滤纸上用无色酚酞试液画上一只小动物（小猫、小狗、蝴蝶等），把滤纸用窄胶带粘在大烧杯侧壁下部，向一个瓶盖注入浓氨水，将烧杯倒扣在瓶盖上，能较快看到滤纸上出现一只清晰的、红色的小动物。现象明显，还能激发学生的好奇心，激起探究欲望，培养学生对化学的良好感情。

五、氢气燃烧[四单元课题1，上册79页实验4-5]

氢气火焰的淡蓝色很浅，白天不易看到，部分学生不觉得它在燃。有人在火焰后用黑色纸板衬托，稍明显。本人用小片餐巾纸放在管口，学生明显看到纸被点燃，对氢气在燃烧确信无疑。

氢气验纯后试管内本生有余焰，但是余焰不易被观察到。为了让学生确信试管中有余焰，天津市杨村第二中学的任培文、杨士祥老师增加如下操作：验纯后立即把试管口朝上、稍微倾斜浸没在水槽中，水进入试管，剩余氢气被排出，在试管口可看到氢气继续燃烧的火焰，现象明显。

教材是在带尖嘴玻璃导管口点燃纯净的氢气，由于玻璃中钠离子的缘故火焰呈黄色，看不到淡蓝色火焰，易给学生造成错觉。可将玻璃尖嘴导管改成金属针管（如气门针、注射针头），点燃氢气呈淡蓝色火焰。

六、反应前后物质的质量关系[五单元课题1，上册92页探究实验]

可增做实验：取下火柴头2-3个放入试管中，在橡皮塞的导管上拴紧气球或塑料袋，用塞子塞紧试管，放在天平上称量。取下试管，用酒精灯加热试管底部，使火柴头在试管内燃烧，气球先膨胀，冷却后收缩。燃烧结束后放回天平左盘，天平仍然平衡，表明反应前后物质的总质量不变。

以上有关人教版2012年版九年级化学教材第1～5单元部分实验的改进，定有不少值得商榷之处，请各位专家、老师指正，以期更为完善，更有利于教学。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准[M]. 北京： 人民教育出版社，2011：

[2] 人民教育出版社化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学九年级上册[M].北京： 人民教育出版社，2012：

[3] 鲍正荣.化学实验绿色化研究.[M]. 四川： 四川师范学院化学系，2001：

[4] 高 芮.中学化学课堂实验的改革与创新[D].西华师范大学化学化工学院化学教育专业2010级，毕业论文

篇2

摘要：“C++程序设计”中基于对象部分概念对于初学者来说抽象、难以理解，本文用笔者的经验介绍了如何用学生能够理解的事例来解释这些复杂的概念，从而节省学时、提高效率。

关键词：C++；基于对象；概念；事例；教学方法

中图分类号：G642

文献标识码：B

近年来，支持面向对象技术的C++语言越来越多地被高校选为计算机教学的入门教学语言。但是由于C++牵涉概念很多，语法比较复杂，内容十分广泛，作为入门的教学语言有其天然的困难，学生感到学习难度较大，难以入门，如果只是就理论讲理论，照本宣科只能使学生厌倦疲劳，昏昏欲睡，学生不但记不住，还会产生逆反心理。但好在程序设计语言是人们根据从现实生活实践中抽象出来的经验而创造的，C++更是如此，那么就是说，各种概念总能在现实生活中找到原型。若能在教学中运用最能反映概念本质的事例去解释看似复杂的概念，就能达到快速理解概念及其现实意义的目的，能使教学脱离枯燥的概念讲解，活跃课堂气氛、形象直观、易于理解、便于记忆，从而激发学生的学习兴趣，产生良好的教学效果。

C++基本编程的过程无非是根据实际需要创造出一系列类，安排好类与类之间的关系，由类去生成对象，然后指挥一个个对象去完成一系列任务。由此特点并通过教学实践，我一般用人(或人体)这个概念来讲解基于对象部分的一些概念，感觉是比较恰当的，可以使学生快速抓住这些概念的实质。当然也可以对每个概念分别用不同的事例去解释，但这样做可能会导致学生缺乏知识的连贯性和对总体的把握，最好的办法是用一个例子从始至终地进行讲解。下面对一些基于对象的概念进行初步讨论。

1类和对象

对象的类型称为类，类代表了某一批对象的共性和特征。类是对象的抽象，对象是类的具体实例。类是抽象的，不占用内存，而对象是具体的，占用存储空间。

对于人(体)来说。所有人都是属于人类这一概念的，人类这一概念具有每一个具体的人的共性和特征。人类这个概念是对每一个具体人的抽象，具体的一个人是人类这一概念的具体实例。人类这个概念是存在于人的头脑中的，可以认为不占现实空间，而作为具体的人是在现实中占空间的。这样讲解可以使学生明确类和对象的关系与区别。

2private、public、protected成员

private、public、protected主要是用来声明成员访问权限的关键字。一般做法是将需要被外界调用的成员指定为public，不准备为外界调用而是为本类中的成员函数所调用的，指定为private。基于对象部分暂时不讨论private和protected的区别。

对于人(体)来说。心脏，肺脏等等都可以认为是private成员，是不允许外界直接调用的。而耳、眼等感觉器官可以认为是public成员，因为它们可以被外界直接调用。上课时可以举个简单的例子，让学生深呼吸一下。然后解释，教师是通过学生的public成员(耳)来调用private成员(头脑和肺)，并且只能通过public成员来调用private成员，否则危险性是很明显的。或者和学生解释，课堂上教师就是通过调用每个人的耳朵和眼睛这些可以看作是公用部分的器官来调用大脑等这些可以看成私有部分的器官来达到授课目的的，并且显然通过公用部分调用私有部分比直接调用私有部分安全得多。这样的讲解可以使学生马上就能记住private、public等成员的区别和该如何划分。

3封装和信息隐蔽

将多个项目(比如变量和函数)合并到一个包(比如类的一个对象)中，这个过程称为封装。类的公用接口与私有实现的分离形成信息隐蔽。

对于人(体)来说，显然如果不封装起来那么是很危险的(别人看起来也是很恐怖的)。人体对外界开放的只是一些公用接口，这些接口(如各个感觉器官)的作用是把外界的信息(消息)转化成身体各部分能够接受和处理的信号，并且只有通过这些公用接口转化的信息才能够被人识别。得到消息之后人去做某件事的具体实现是不需要消息的人知道的，即如果让一个人去做某件事，没必要了解他(她)先迈哪一条腿，走多少步，到什么地方，如何做等各个细节。只需要告诉他(她)去做什么事情即可，如何去做是不需要关心的(前提是那个人知道如何做，即相对于程序来说就是“方法”已经事先编好了)。封装与信息隐蔽是比较抽象的概念，相信这样的讲解学生就能很好地理解了。

4对象、方法和消息

类的成员函数在面向对象程序理论中被称为“方法”，“方法”是指对数据的操作。外界通过发“消息”来激活有关的方法。所谓“消息”，其实就是一个命令，由程序语句来实现。

人体经过封装之后，成为了一个对象，他(她)能够做的事情取决于自身的各项能力(方法)，外界通过给他(她)一个命令任务(消息)，他(她)运用自己的能力(方法)去完成这个任务。这样就很容易理解三者之间的关系。

5构造函数的意义

构造函数是一种特殊的成员函数，处理对象的初始化，与其他成员函数不同，不需要用户来调用它，而是在建立对象时自动执行。

人体在出生时必须具有一些正常的生理机能，这就是人体生理方面的初始化，这由基因自行决定。或者说，在人步入社会开始工作之前，必需经过一定时间的学习培训，否则无法完成基本的工作，这就是人在知识技能方面上的初始化，这由所受的教育决定。构造函数可以看成是对象在使用前的一些必要的初始化。

6析构函数的意义

析构函数也是一个特殊的成员函数，它的作用与构造函数相反，当对象的生命期结束时，会自动执行析构函数。析构函数的作用并不是删除对象，而是在撤销对象占用的内存之前完成一些清理工作。只要对象的生命周期结束，程序就自动执行析构函数来完成这些工作。

这个概念解释起来可能会沉重一些。人在去世之后会有一些善后要做，这可以看成类似于析构函数的作用。区别只不过是程序中的析构函数是在对象被撤销之前执行，而人的善后主要是在人去世之后进行的，当然立遗嘱这件事是在去世之前完成的。

7调用构造函数和析构函数的顺序

基于对象部分中的调用构造函数和析构函数的顺序是先构造的后析构，后构造的先析构，相当于一个栈，先进后出。

调用构造函数和析构函数的顺序体现的是系统对对象的释放顺序。从而可以这样解释，单个人作为一个对象，他(她)可能参加一些组织，比如公司、小组等，一般创建这个小组的人是很重要的人，他(她)可能掌握很多重要的东西，如果想最安全地、避免混乱地撤销这个组织，最好的方法就是先撤销不重要的人，最后才撤销重要的人。这如同如果用手工的方式去拆毁一个大楼，选择的顺序肯定是由高层逐层向下拆除，否则危险性实在是太大了。

8友元

友元可以访问与其有好友关系的类中的私有成员。友元包括友元函数和友元类。

现实生活中，一个人对待不同来源的消息的态度是不同的。可能更相信某些消息渠道(可看作友元函数)或某些人(可看作友元类)的消息，而不会太相信不信任的渠道或人所提供的消息。这点可以说明一个人(对象)可以允许外界的某些事物(可靠的渠道或可靠的人)比较直接地访问自己的私有事物(比如头脑中对某件事的判断)。

通过以上论述，可知也可以用公司这个概念来解释基于对象的部分概念。如果将公司细分，比如细分到部门还是可以满足基于对象的一些特征的。但是如果细分到单个人就要用另一个层面的概念来解释对象了，就像本文所说那样。对于公司和人这两个例子，可能人(体)更适合一般的学生，这是由他们所处的年龄段决定的，他们对公司等概念可能还不太熟悉。其实还可以找到更加恰当的概念来教学，比如根据所面对学生的特点，如所学专业等。还有一些基于对象的概念在本文中并没有解释，不过是可以类推的，在此不一一赘述。

篇3

[关键词]分布式认知；集体智慧；混合学习；教学范式

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2013）04-0092-08

一、引言

集体智慧（Collective Intelligence），是集体在创造、创新和发明上共同合作或共同解决或完成某种任务时体现出来的一种能力，它源自于多个个体和各种群体的通力合作，是一种共享的或者群体的智能。集体智慧可以在计算机网络中形成，并以多种形式的协商一致的决策模式出现。当这个社会越来越注重效率与依赖知识时。这种集体能力就变得越来越重要。集体智慧已经成为知识社会中竞争、创造和发展的决定因素。

随着e-Learning的不断发展，e学习的方式已经从互联网上数字化呈现面授课堂教学内容的第一代模式，发展到了第二代混合学习的模式，即关注的是如何“在适当的时间以适当的方式使适当的学习者获得适当的学习内容”。在混合学习的趋势下，以网络为核心的多媒体信息技术已经不仅仅作为一种强化传统教学范式的工具来使用，而是逐渐成为一种构建新型混合学习式课堂的教学观念。在这种多元的课堂环境中，可利用资源比传统课堂多很多，教师不仅需要关注现实课堂中的资源整合，也更应注重网络学习共同体的组织与管理，应用学习者的个体智慧。发挥集体智慧的优势，共同解决学习中遇到的难题。通过混合学习环境中各个要素之间长期的交互、合作和系统建构，实现集体智慧的激发。如果只注重个体多元智能的激发而忽视集体智慧，不仅使分布在这课堂环境中的许多资源将会被浪费，信息交互的缺少也将会使信息技术在混合式的课堂中，失去其存在的意义。

在现代信息技术的不断发展过程中，新理论与新技术的不断融合，与其密切相关的网络教学的范式也在逐步发生改变，大致的趋势为，从最开始的接受式的认知范式到建构式的认知范式再到分布式的认知范式。因此面对新的教育形势与挑战，教师需要思考如下重要问题：什么样的教学范式才是最适合自己的课堂？什么样的课堂管理才能使课堂资源最优化，从而促进课堂中集体智慧的激发？

二、网络教学时代的理论变迁

（一）以行为主义、认知主义为基础的接受式教学范式

华生、斯金纳等行为主义者认为学习是刺激与反应之间的联结，他们把环境看成是刺激，把伴而随之的有机体行为看作是反应，认为所有行为都是习得的，只强调对外部环境的刺激反应；奥苏贝尔、布鲁纳等认知主义者则认为内部认知是有特定过程的。他们强调学习并不在于形成刺激与反应的联结，而在于依靠主观的构造作用所形成的“认知结构”，主体在学习中不是机械地接收刺激，被动地做出反应，而是主动地有选择地获取刺激并进行加工：他们对学习问题的研究，注重认知主体内部心理过程与内部条件。行为主义与认知主义均将知识看作是学习者的外部事物，而将学习过程看作一种内化知识的行为。以行为主义、认知主义学习理论为指导、以Web1.0为基础的网络教学是以知识传递为主的教学形式，可以看作是接受式认知的教学范式。这一教学范式借助网络技术给学习者呈现学习内容，关注学习者外部刺激环境的作用。

（二）以建构主义为基础的建构式教学范式

建构主义是认知主义的进一步发展，源自关于儿童认知发展的理论，其最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰。建构主义认为，学习是通过“同化”和“顺应”建构内在心理表征的过程。学习者的认知结构通过同化与顺应过程逐步建构起来。并在“平衡-不平衡-新的平衡”的循环中得到不断的丰富、提高和发展。学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，而是以已有的经验为基础通过与外界的相互作用来构建新的理解，他们不再是等待被填满的容器，而是积极致力于创造意义，选择并追求他们自己的学习，这种建构是无法由他人来代替的。建构主义理论在网络课堂教学中的运用表现为认知工具观，即关注运用认知工具技术来对知识进行操作、变换和加工，在变换和加工中实现深层次建构，建构认知教学范式关注学习过程中意义的建构以及学习环境的设定，学习者的主动性，在实践中，教师需要关注学习问题设计和学习活动设计。

（三）以分布式认知为基础的分布式教学范式

从个体认知到分布式认知的转变，是人类适应信息社会复杂性的重要思维特征。分布式认知的思想可以追溯到1879年第一个心理学实验室的建立，后来杜威（Dewey）、冯特（Wundt）、吉布森（Gibson）等学者也论述了认知超越个体头脑的“去中心化”思想。维果茨基（vygotsky）的研究表明，心理不仅通过人的活动表现出来，而且是在活动中形成，这为分布式认知的诞生提供了基础。随着信息技术的迅猛发展，人类许多认知活动越来越依赖于信息技术，各种各样的认知工具大量替代了人们头脑内部的思维和计算，人们也越来越重视智能性人工制品对个体认知过程的影响。人们已不满意于仅把认知视为脑内的活动，而开始寻求认知对临场和情境的依赖。即探查认知的分布性质。20世纪80年代中期，赫钦斯（Hutchins）等人明确提出了分布式认知的概念，并认为它是重新思考所有领域的认知现象的一种新的基本范式。他们认为认知的本性是分布式的，认知现象不仅包括个人头脑中所发生的认知活动，还涉及人与人之间以及人与技术工具之间通过交互实现某一活动的过程，认知分布于媒介、环境中，分布于个体间，认知分布于由多个个体、工具、环境组成的较复杂的系统中。

基于分布式认知的分布式教学范式是一种系统化看待学习环境中认知现象的视角，“分布”不是认知结构的增强，而是认知功能的中介。单纯考虑那些存在于人类头脑内部的东西是难以解释我们的认知活动的，还必须要考虑社会环境和物质环境中的认知角色。因此这种系统化视角至少包含三方面的内容：1.认知过程会通过班级、小组的成员进行分布；2.认知过程会在认知活动（内在结构与外在结构的协调）的交互中进行分布；3.认知过程也可通过时间（早先事件的结果影响后续事件的性质）进行分布，也就是所谓的认知在时间轴上的分布。

Hatch和Gardner曾经就教室中的认知活动提出了分布式认知的同心圆模型（the Concentric Model）（如图1）。最外层是超越特定情境的文化力，它间接影响个体的认知活动。中间层是地域力，它强调认知活动发生的具体情境或环境，直接影响认知个体。最内层是个人力，即个人在认知中的作用，是分布式认知的核心。它提醒我们，学习不是个体头脑中的符号操作，而是一种以“文化生成物”为中介的同环境、他者协调，构筑知识的行为。在课堂中，我们不能忽视微观层面的个体的心智活动或个体之间的交互作用行为，与此同时也要关注同宏观层面的在社会文化的相互关联之中所形成的“公共建构”。这几种力相互依赖，缺一不可。

三、从个体的分布式智能到共同体的集体智慧

集体智慧作为一种共享型的智慧，它的存在是为那些个体智慧所解决不了的更多更为复杂且困难的问题，提供实用且高效的解决能力。集体智慧也可以定义为某种形式的网络化，即互联网。它是由通信技术的进步而引发的。Web 2.0实现了交互性，因而学生可以自己的内容。集体智慧凭借这一点来提高现有知识的社会共享。我们将在网络教学中形成的集体智慧理解为：在学习过程中。学习小组或集体协力加强整体性与相互联系，以便加深我们对事物的理解，使个体间的智慧达到进一步的凝聚，进而达到更高层次的整体性和密切联系。形成共同创造的能力。依照Henry Jenkins的学说，集体智慧可以归因于媒体融合以及共享文化。集体智慧不仅仅是所有文化在信息数量上的贡献，同时，它也是质量上的贡献。

随着时代的发展，社会的不断进步，人类学家与社会学家对各种认知现象有了更多的关注。在研究群体的问题解决、组织的学习与记忆时，发现组织作为一个群体所呈现出来的认知特性，与组织内部个体之前的认知特性有明显不同。这也正体现出以个体认知为基础的分布式认知与以共同体为基础的集体智慧之间存在差异，但是实际上两者的关系极为密切。调动分布式认知各种要素是集体智慧形成过程中一个必不可少的环节。如果缺少分布式认知各种要素的积极参与，那么最后集体智慧是无法得到效果的最大化。当个体认知被分布式认知的各要素充分调动起来的时候，集体智慧也就更容易得到激发与巩固；而相反的，越是高级的集体智慧越能促进分布式智能的开发（见图2）。

如图2显示，从智能的整体性视角观之，个体认知与集体智慧两者存在相互依存相互补充的紧密关系。综合甘永成与祝智庭于2006年提出的虚拟学习社区知识建构和集体智慧发展的学习框架以及共创性学习的相关理论，以及分布式教学范式的特点，集体智慧在混合课堂中的形成大致可以分为三个阶段：发散阶段，交互凝聚阶段以及整合创新阶段（见图3）。

阶段一发散阶段往往是出现在学习共同体刚刚形成初期，体现出来的多是个体的发散性的思维，虽然已经有小组出现，但是仅限于组内成员单独面对面的交流，通过网络的对话都很少，所以小组的作用在这个阶段并不明显，各要素呈现出自由发展且多变的状态，因此在这个阶段集体智慧是还没有产生的，个体的智慧的简单相加只能称为集体的智慧而非形成了集体智慧这种能力。由于学习共同体的组织结构还不完善，缺少互动与交流，差异性明显的学习者还处于被动接受的状态，学习方式也是以个体的自主学习为主，知识在这个阶段多为隐性或封闭式存在。

阶段二凝聚，学习共同体的各要素分布相比阶段一变得有组织性，差异性在慢慢的减退，大家寻找到一些共性并且开始有交互有联系。基于分布式教学范式的系统化视角，学习共同体已经开始构建起一定的组织结构，利用混合课堂的各种媒介通过相互的交流、互动、讨论和协作，以及通过协作学习等多种学习方式，共享彼此的观点、思想、资源。部分隐性知识在这个过程中开始外化，学习者在这个阶段开始主动参与认知活动，个体智慧仍然是这个阶段解决问题与完成任务的主力，但是集体观念与运作开始萌芽并逐步培养出解决更高层次问题的集体智慧。

阶段三在经过了阶段二的发展过程，群体合作开始形成一个较为完善的系统，有明确的任务目标，形成高效的解决问题的方式，系统的整体功能大于内部各元素孤立功能之和，也就是说，这种系统特有的能力或智慧远远大于多个个体智慧的简单相加，集体智慧能解决的问题辐射范围更广，并且能够提供更多的新型解决方式，共同体内部成员不再是被动接受，而是主动探索进行共创性的学习，共享的知识开始具有社会性，形成了组织或社区的共同记忆，并在整合各种不同观点的基础上能够发现新的问题创造出新的方案，从而达到学习目的和促进自身学习能力发展。

从以上各阶段的特征我们可以看出，在集体智慧形成的过程中，离不开人与人之间以及人与技术、工具之间通过交互，而认知正分布于这各种要素组成的较复杂的系统中。只有当这些分布式的要素得到合理有效的组织与链接，才能更好的发挥各要素的作用与价值。集体智慧表达了两种智能的联结，一是肯定了个体智能的独立性；二是肯定了个体智能在观察复杂情境时的交互性。如果只看重集体智慧而忽视个体智能，将会因小失大，最终会影响集体智慧整个的系统效应：而只重个体智能不懂得将其加以整合利用，必会目光短浅，顾全不了大局。所以，要注意保持两者的平衡，集体智慧是分布式个体智能的有效组合。是个体智能的合作和凝聚。从而使整体智慧得以加强和提高。集体智慧的激发正是分布式教学范式的“系统视角”的一种体现。参与认知分布的各个要素既相互独立，又相互依赖、相互制约，有机地组成了一个学习的集体。

四、分布式网络教学范式的运用

以上综述介绍集体智慧与分布式认知的密切关系。下面我们以杭州师范大学外国语学院研究生课程《教育哲学》为例，展示分布式教学范式激发集体智慧的过程。该课为英语课程与教学论研究生一年级上学期必修课程。周课时数为3次，总课时数为33课时，2011年度学生数为29人。该课程代表了杨小洪教授近十年教学探讨的最新方向，包含传统课堂的面对面教学也包括清华版网络教学平台，主要有教学材料、教学笔记、课程论坛、课程作业的运用，其认知要素分布于多个维度。其中网络论坛的师生互动。是教育哲学课堂的核心部分。全体学生在课前对网络课堂展示平台所提供的教学材料，按照教师提供的相关问题进行有针对性的个体阅读，然后从课堂陈述小组呈现的PPT中获取新的视角和资源，形成各自的观点，在课程论坛的已开辟相关话题中跟帖讨论。如形成的观点与现有的话题不同。可以在论坛上另辟一个话题，引发新的讨论。笔者作为研究生亲身参与了课程的全过程，从中获得对分布式网络教学范式的深刻体验。并形成了对自己毕业论文的基本构想。在随后的研究中，笔者发现课程论坛不仅为师生的互动提供了有效的平台，而且忠实地记录了集体智慧形成的全过程，其保留的数据反映集体智慧形成的三个阶段。

根据集体智慧形成三阶段的理论，笔者对课程论坛的全部话题进行了梳理和统计，发现第1-4次课可作为发散阶段，第5-7次课为凝聚阶段，第8-11次课为创新阶段。（见图4）：

图4中课程论坛上师生发帖数目对比清楚显示：第一个阶段学生似乎是课堂的主角，所有的话题都是以学生为主导的，话题讨论非常宽泛与自由：第二个阶段师生发帖数目发生了变化，教师慢慢开始引导学生展开讨论：第三个阶段学生发帖数骤减，而教师开始成为课堂的主导，管理并组织着课堂的主要活动与任务，话题收敛并且集中。这跟教师的课堂指导策略有着紧密的关系。

Amy对网络社区中混合型课程的行动研究分秋季、冬季及春季三个研究阶段进行。在不同的研究阶段采取了轻型、中型及重型任务指导三种不同的教学策略，不同的教学策略在各个阶段都发挥其应有的作用并帮助他取得了最后的研究效果。在教育哲学这门课的网络教学中，教师也采取了类似的指导策略。

（一）第一阶段：发散

教师在第一阶段并没有直接干预网络课堂。而是采用轻型任务指导（the light-duty moderating）的策略。这是一个尝试与观察的阶段，学生与教师都需要时间来熟悉这种环境。教师要在这个阶段把握住学生的特点与这个混合型课堂有的课堂文化，并从全局把握这个课堂认知活动的全貌。掌握课堂所有可以利用的资源。所谓轻型任务指导，是指教师还是先从传统课堂的管理入手，布置的任务也多为传统课堂中开放式表达的任务，没有确定的质与量的要求，学生享有较多的自由空间。学生在这个阶段是比较自由的，不管是在课程论坛上还是在教室里，学生都能畅所欲言表达自己的观点与想法。

这个阶段的特点就在注重个体表达与开放性，旨在开发这个分布式认知的同心圆模型中最内层最核心的个人力，也就是个体的经验与倾向。因为只有在这个阶段先抓住学生的“个人力”，让他们把个体的多元智能先发挥出来，外化自己已有的知识与经验，才能帮助教师抓住学生的学习兴趣，把握住他们对这门课的倾向性，才能更好的从这些个体差异性中寻找到共性以为后面阶段的合作交互做好充足的准备。

要想在第二阶段使所有分布式的认知得到有效的组合与凝聚，就需要在第一阶段摸清楚影响课堂的所有认知分布的资源，这样才能使这些资源不被浪费，让最后的集体智慧实现最大化。在这个传统课堂与网络课堂相结合的环境里，认知要素分布的范围非常广，比如认知的主体，客体，媒介（人工制品），课堂任务，课堂文化，课堂组织结构，学习环境，社会等等。除了这些都还比较容易被发现资源外，有一个非常重要的资源却最容易被忽略，那就是时间（见图5）。认知同样分布于时间上：过去的认知是现在的认知形成的基础，而现在的认知必将会对未来的认知活动产生影响。这就意味着学生过去的经验与经历会对其现在的认知有影响，而在这课堂里形成的认知也肯定会左右其将来的认知。因此学生与教师过去的经验都是课堂的宝贵资源，并且了解学生现在的认知也能为以后的课堂提供参考。所以教师在课程开始的第一节课上就对学生进行了一次前测，选取了5个关键词（学习，小组。思考。英语，我）让学生各填写10到20个词语来阐释对这5个关键词的理解，为期末的后测提供有价值的可对比的数据。

（二）第二阶段：凝聚

第二阶段教师指导的特点开始发生变化。由轻型任务指导慢慢转变为中型任务指导（the medium-duty moderating）。这是一个过渡性的阶段，但是却很关键，在这个阶段分布式认知能否得到最有效的组合将会直接影响到最后集体智慧的激发效果。所以，中型任务指导是教师开始让分布式的资源开始收敛凝聚的体现。这个阶段的特点则是注重合作与共享。小组在这个阶段扮演了重要的角色。学生被分为了10个小组，课堂的任务基本上开始以需要小组合作的任务出现，比如每节课后小组需要在网上讨论心得或者提出新的问题：每节课会有2个小组做陈述，陈述的PPT需要提前做好上传到教学平台：以及在课堂上做陈述的小组会面临其他小组的质疑与挑战等。通过这种分组与任务的转变，教师很好的把班级的组织结构建立起来，形成了个体一小组一集体的三层组织结构。虽然集体的作用在这个阶段还并未得到很好的体现，但是通过不断的个体与个体的合作，小组与小组的合作已经为后面的集体合作打下了坚实的基础。

分布式认知的同心圆模型中间的地域力是指直接影响学生认知的伙伴、资源和其他媒体，因此在这个阶段教师指导要考虑到资源的合理利用，要让学生对自己的学习伙伴有交流，这样才能为群智慧能力的激发奠定基础。从图6阶段二分布式认知活动模型中可以看出个体合作、小组合作与课堂任务成为这个阶段的最为主要的参与分布式认知活动的要素。但是除了这三个相对显性的要素之外还有另外三个较为隐型的要素也在参与分布式认知的活动：一个是媒介，它与分布式组织中的个体同属于分布式认知同心圆模型中的第二层地域力中的范畴，不管是什么样的合作，媒介都在充当着交流工具的角色，不仅能促进组织活动中合作更好的完成。同时也在帮助学生减少认知负荷：二是教师设定不同的课堂环境会产生不同的课堂效果，比如讨论式的课堂环境，竞争式的课堂环境，挑战式的课堂环境，辩论式的课堂环境等等都在促进不同形式的合作的形成：三是课堂文化，它在分布式认知活动中也扮演了重要的作用。根据分布式认知同心圆模型，也是就最外层的文化力开始发挥作用，随着个体、小组、任务、环境、媒介的不断交互产生联系，共享开放的课堂文化逐渐在凝聚，并反过来影响课堂，个体价值取向在慢慢向共同体文化靠拢，并逐渐形成学习型的组织或者社区，使合作与共享的课堂文化充分地发挥它的价值。

（三）第三阶段：整合创新

第三个阶段是属于一个升华整合的阶段。这个阶段一个完整分布式系统基本确立，这时的学习共同体不仅要延续阶段二的合作型学习方式，在教师的引导下还要充分运用这个系统逐步实现共创型学习方式，所以在这个阶段教师所运用的指导策略是重型任务指导（the heavy-duty moderating）。首先在这个阶段保留了上一个阶段的一些任务，比如寻找、筛选或替换教学材料或小组陈述中的关键词。这种任务的延续是为了排除上一个阶段的劣构。进一步优化这个活动系统。更加注重集体的成果。其次综合性、创新性的任务逐渐加入进来，比如制作思维导图、寻找隐喻表达以及归纳逻辑命题等等。这些任务以之前的思维成果为出发点，通过新视角、新目标或新形式的导入，激发全班同学的高阶思维，引发积极的社会意义建构过程，从而达到集体智慧的生成。

学习者通过这一阶段的学习任务。要实现自己身份的转变，就是从最开始的被动接受者变为主动参与者再成为主动探索者，要获取更高层次的思维能力。即在已有的问题基础上。进行发散性和联想性思考。比如与自身或别人的社会经验相结合，创造性地利用个体的差异性。进行“头脑风暴”式的思考，提出新问题、新观念，并能够以这种新观念作为新的行动指导。使最开始的高级的隐性的知识成为具有社会性可供大家分享的知识。

除了第二阶段信息交流之外，这个阶段更注重合作的另外一种重要内涵。那就是情感交流与心理沟通，在合作完成学习任务过程中，共同分担责任，共享成果，相互交流与相互评价，使学习者能体验到一种被他人接受、信任和认同的情感。通过相互挑战、启发、激励，发展认知能力，不仅极大地促进个人的合作能力与团队精神的形成，而且使得这个系统内在更加的完善，得以长久维持。

通过分析第三阶段的一个实例可以清晰展示出课堂所有参与者在创建思维导图这个新任务中的群智慧是如何被激发的。

教学材料：第三阶段第9课时Interaction between learning and development by Vygotsky（维果斯基的《学习与发展的相互作用》）

任务：首先由第10与第1小组的成员做课堂陈述，之后各个小组根据以上陈述以及自己对教学材料的理解选取关键词10个或者10个以下的关键词制作思维导图

异质分组在这个过程中非常重要，这些小组是合作学习和集体创造过程中的核心要素。通过个人与小组，小组与小组以及媒介与共同体之间信息的交流与共享，相互给予启发，创造更多的灵感。使隐形知识显性化并且得到重构。建立新的图式，激发出解决更多更复杂问题的群智慧能力。而且教师在考虑分组时采取异质分组的策略，让不同个性的学生组成各个小组，使得小组成员在小组学习中都能发挥不同的作用。在所有的课堂任务中，我们选取了课堂最后一项任务，最为直观的制作思维导图。来体现集体智慧在这一阶段的创新性。表1为全班作图数据统计。

表1显示，课内作图数量为11，全班共10个小组，每组1副。其中有1组2副。课后共6副。也就是说有6个小组在课堂各组作图的基础上课后重新建构了他们的思维导图。课后制作的思维导图，关键词的均值要小于课内导图，思维的概括性明显高于课内。图形结构方面，课内制图左右结构数量多于环形结构，其逻辑缜密性低于课后制图。我们且按照关键词数量和图形结构这两个维度，从左右结构和环形结构这两个课堂思维导图较为集中的类型，比较课内外制图学生思维在概括性和缜密性方面的差异，并进而展示集体智慧的创新性。

制作概念图的起点：选自第1组和第10组课前准备的PPT中的一个更为贴近维果斯基思想的概念图。

1.课前制图

教师课堂点评：抓住了最为重要的关键词，起点和终点的逻辑关系表达清晰，努力梳理概念之间的逻辑关系。

存在问题：（1）关键词太多，共16个，其中一些可以相互整合，尽量减少可有可无的关键词；（2）结构太复杂，没有突出核心部分：（3）没有融入以往学过的相关教育家的思想。

教师课堂点评：关键词有所减少，结构更为简单，但判断力上有欠缺，有些重要的概念被删，如ZPD，教师引导等等。全图突出的是知识内化过程，而维果斯基思想所强调的社会文化互动的重要作用被弱化。

教师课堂点评：关键词与结构都更为精炼，各要素之间的关系表达更加清晰，并且提到了教师指导以及社会毒在个体发展过程中的作用。此图优点在于引进了杜威和皮亚杰的相关概念，如指导（direction）、反思（reflection）、选择（choice）、同化（assimilation）和顺应（accommodation），展示了力图将不同教育家思想融会贯通的努力。缺点则是，虽然图中已经涉及到维果斯基思想所强调的互动的作用，但是该图主要突出的却是个体对环境的适应过程，社会文化互动以及最近发展区（ZPD）等核心概念仍然没有准确把握。

教师建议：重读杜威和皮亚杰的相关文献，用杜威和皮亚杰的概念充实维果斯基的关于学习与成长的互动过程，用维果斯基的互动过程来梳理杜威和皮亚杰的相关思想。

3.课后制图

上传时间显示，图10和图11比图8和图9晚7天。比较课内和课后两组概念图，可以看到，经过了几轮“头脑风暴”式的课堂讨论、教师点评以及课后的阅读、反思和融会贯通之后，课后的图10和图11有了明显进步：

（1）重新找出了维果斯基文章中关于学习与发展社会文化互动过程的关键词，并将这个互动过程放在图形的核心部分，突出了维果斯基所强调学习与发展社会文化互动过程。

（2）对照维果斯基的思想重新阅读了杜威原著《教育与民主》之第三章Education as Direction（教育即指导），将其中30页的这样一段话“因此关注与指令是指导的两个方面，一个是空间上的，另一个则是时间上的”（Focusing andordering ale thus the two aspects of direction，one spatial，the other temporal），融入了对“他人提供的帮助。比如同学等。特别是教师的”（assistance provided bv others，like peers，especially teachers）的理解，将教师的帮助（eacher’s assistance）变为了教师的关注与指令（teacher’s focusing andordering）。

（3）重读了皮亚杰关于同化与顺应（assimilation and accommodation）的论述，将维果斯基的内化（internalization）转换为学习者自身的同化与顺应（learners’assimilation and accommodation）。

（4）最终的学习成果包含着对学习材料共同的社会性理解，无论是左右结构和环形结构的概念图，都突出了维果斯基的社会文化互动过程，也同样将杜威和皮亚杰融入了对维果斯基的理解。

以上的这个实例展示了阶段三集体智慧如何交互并协同创造的过程。阶段三的起点是阶段二过程中小组建构的PPT，它使小组合作形成一个较为完善的思想成果。审视这个概念图，发现其中的不足，思考如何对之进行重构，就成为这一阶段课堂的明确任务目标，它需要更为高阶的解决问题的方式。教师在充分调动了学习个体和小组各元素的功能之后，通过口头点评，引导共同体成员在整合各种不同观点的基础上进行更为广泛的阅读，深入的思考，发现新的问题，创造出新的方案，从而达到学习目的和促进自身学习能力发展。

阶段三集体智慧的运作，展示了如下功能：

（1）排除上阶段二的一些劣构，如关键词太多。结构复杂，重点不突出等等；

（2）在探索新的解决方案的时候。暴露了共同体成员学习和思维能力方面的普遍不足，如思维缺乏整体性而导致的判断能力不够等：由此引发教师新一轮的指导；

（3）拓展了共同体成员思考和解决问题的视野，导致了共有的一些高阶的解决问题方式，如重温原有知识以达到对新知识的理解；

（4）在提供更多的新型解决方式的基础上，激发共同体成员主动探索进行共创性的学习，让最开始的高级的隐性的知识成为具有社会性可供大家分享的知识，形成了组织或社区的共同记忆；

五、总结

混合式的网络教学是一个非常复杂的过程。涉及的元素众多，因此在不同的学习阶段、不同的学习环境下，对于学习者的不同发展阶段和学习内容的不同形态，应该采用适当的教学范式。由于网络本身的分布特性使得分布式教学范式在混合式的学习中能够有效的得以运用，并且通过资源的有效整合使得集体智慧能够充分的被激发。在分布式教学范式的教学策略中，课堂任务的管理与组织是其中最为重要的一环。任务的设置不能过于庸俗化，在创设情境的同时要充分考虑到学生个体原有认知也就是学生本身的经验，其次是要实现在这个课堂中所有参与认知的分布式资源通过各种交互式的任务互动，实现资源共享的最大化，才能为集体智慧的激发创造良好的条件。在这种分布式教学范式指导下的学习过程中。学生一方面借助各种媒介（包括传统的和数字化资源）通过自主探究、协作探究等方式进行问题解决和知识建构，在培养集体学习能力的同时提升自身的自主学习能力：另一方面，教师通过对混合学习过程的监控，适时地插入讲解和评价。对整个过程进行调控和管理。为学生提供必要的帮助和指导。然而，在具体教学过程中。接受式教学范式、建构式教学范式，分布式教学范式这三种学习范式并不是截然分离的，而是有一定交叉重叠，它们之间是相互补充而不是相互排斥。它们都有合理的科学的一面，同样也有局限性的一面。并不是在所有环境，所有情况下都只适用于一种范式。

分布式教学范式除了能激发集体智慧外，同样还带给我们一些别的启示。首先在追求集体智慧最大化的同时不能忽视个体认知。个体信息的反馈以及个体中尚没有获得现行表达的认知都是整个系统的重要资源。个体认知是分布式认知的核心，而分布式的认知活动也是让个体认知趋于稳定的过程。个体之间既相互独立，又相互影响。认知是一个在分布式环境中螺旋式上升的过程：其次分布式认知中的文化力能够让处于这个分布系统的成员逐渐形成身份的认同感。当学习型的组织或者社区形成的时候，学习者作为其中的一员也慢慢受这种组织或社区文化的影响，逐步改变自己的认知，向这个组织或社区的文化靠近。我们在学生前测与后测的数据对比中就很明显的发现这一点。在前测的数据分析时自我的语义场更明显，而在后测的数据中。合作。集体。小组等非自我的语义场增加了许多，这也说明整个班级也经历了从个体向共同体过渡的这么个过程。

时代还在不断的前进，随着将来新技术新理论的出现，对网络教学会有更多的探索与研究，也会给未来的学习方式与教育方式带来更多更有意义的启示。

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篇4

关键词 云计算；云服务；开放式教学；教学资源

中图分类号：G40-057 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）12-0106-03

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》第21章第66条提到，教育信息化建设要求“建设有效共享、覆盖各级各类教育的国家数字化教学资源库和公共服务平台”；第67条指出要“建立区域内普通教育、职业教育、继续教育之间的沟通机制；建立终身学习网络和服务平台；统筹开发社会教育资源，积极发展社区教育；建立学习成果认证体系，建立‘学分银行’制度等”[1]。根据纲要的要求，我国一些区域已经建立了网络教学资源平台，一定程度上促进了教育和教学的发展。但这些已建立的平台分布散乱不均，平台建设单位各自为战，库存资源没有统一标准，不能实现真正的“共建、共享、共用”的目的，“资源孤岛”现象严重，且资源更新速度缓慢，每个单位重复投资、开发和建设现象普遍，维护成本过高，造成严重的国家财产、资源的浪费。本文拟进行云计算的理念和技术与开放式教学模式的整合研究，达到丰富优质教学资源、突破传统教学界限、变革教与学的模式、提升教学效益，促进全民自主学习和终身学习的目的。

1 云计算概述

1.1 什么是云计算

云计算是一种基于因特网的超级计算模式，是指IT基础设施及服务的交付和使用模式通过网络以按需、易扩展方式获取即需服务[2]，具有超大规模、虚拟化、低成本、高可靠、易扩展等特点。

1.2 云计算原理

云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。云计算的资源、应用、计算任务和服务都运行在大量的分布式计算机上即云服务端，而非本地或远程单一服务器，这使得用户能够随时随地通过网络使用低配置终端就可以从云端获取所需服务。

2 开放式教学的内涵

在传统的以传授知识为主的灌输式的应试教育中，教学和学习活动主要限制在教室和实验室，学生的学习活动几乎都是按教师预先设定好的教学内容和程序“依样画葫芦”[3]。在这种传统教学模式下，学生容易形成一种单一固定的思维模式，限制了他们的发散思维，限制了他们解决问题能力、创新思想和创新能力的培养。

开放式教学，源于人本主义的教学理论模型和建构主义的教学模式。人本主义学派科恩（R.C.Cohn）于1969年创建了以题目为中心的“开放课堂模型”；建构主义学派斯皮罗（Spiro）于1992年创建了“随机通达教学”和“情景性教学”[4]。这些教学理论模型强调：教师并不是“先知”，不应是知识的灌输者，而是知识学习的“引路人”“催化剂”。学习是学习者主动建构的内部心理表征过程而并非被动的知识接收。

1）开放式教学要求教学目标的开放，强调教学目标可以是多样化、因人而异的，教学的根本目标是在探究和解决问题的过程中锻炼思维的发展、解决问题能力的培养，激发冲动从而主动寻求和发现新的问题。

2）开放式教学要求教学组织形式的开放，打破以往的教学组织模式，强调教学和学习应向社会延伸，向影视、报刊、电子网络等更大范围的多种媒体延伸，学生可以根据自己的学习需求随时随需进行个别化学习。

3）开放式教学要求教学评价的开放，不仅仅关心学生的学习结果，更应关心学生成长的过程，应建立评价档案袋对学生的学习过程进行全程多标准、多元化记录评价。

3 基于云计算的开放式教学模型

针对目前教学资源分布散乱不均、更新速度缓慢、重复建设、维护成本高、共享程度低等教学资源建设中存在的普遍问题，以及传统传授式教学模式中存在的种种缺陷与不足，本文提出一种新型的教学模式——基于云计算的开放式教学模式，并对这种模式应用进行深入探讨研究。

3.1 部署模型

基于云计算的开放式教学模式将所有的教学资源数据的存储和计算任务交给云端处理，将一切教学资源以“云服务”的形式提供给资源用户，师生只需采用性能一般的低价笔记本电脑或智能手机接入云服务，就可以在任何时间、任何地点随时随地利用、享受云计算提供的资源和服务，就某方面的知识进行学习，从而实现小班教学、微型化学习、个别学习等开放式的教学和学习方式。云计算与开放式教学的整合将解决教学资源不能充分共享、资源不足不均、重复建设、“资源孤岛”现象严重等教学资源建设过程中的普遍问题。

在图1所示教学资源云计算模型图中，云服务端负责教学资源的存取、分类、管理、维护、调度以及访问负载均衡，负责把分散的、本地化的自成一体的教学资源通过云计算转化成一个与具体的网络环境、用户终端系统和服务端系统无关的统一而强大的虚拟通用教学资源服务平台，把所有教学资源以“云服务”的形式在云服务端供资源用户获取使用。

随着信息化在教育领域应用的发展，学习已经不再被局限于学校或者其他教育机构的范围内。云计算环境下，以学习者为中心的个人学习和“非正式”的学习将是今后人们学习的发展趋势，基于云计算的开放式教学可以更好地迎合并推动这种趋势的发展，有利于终身学习。

3.2 特点

1）共建，共享，共用。基于云计算的开放式教学模式可以利用现有的互联网以及现有的分散的、本地化的、自成一体的教学资源进行系统化的统一资源分类，进行面向云服务的改造和封装，并到云服务端提供教学服务；其次，利用云计算服务，相关教学团队和成员可以自发地参与教学资源库的建设并提供统一的系统化的教学资源云服务，从而实现教学资源、教学信息甚至教学环境的最大、最优化共享、共用。

2）降低运维成本。将教学资源通过云计算进行统一整合，统一引擎调度，从而有效避免教学资源分布散乱不均、重复建设严重、资源孤岛现象严重的问题和缺陷，实现灵活的、可靠易扩展的统一运维。云计算的提出最小化了终端设备的需求，极大地降低终端用户成本，实现前所未有的性能价格比。

3）促进教育多元化发展，催生新型学习模式。随着教育信息化的发展，教育形式也日渐趋向于多元化的发展，基于云计算的开放式教学可以在很大程度上满足这种多元化需求。在这种教学模式中，学习者便于从“云端”选择自己所需资源和服务，也便于自行安排学习进程和学习方式，从过去死板的学习模式中解脱出来，促进学习方式的变革。

4 技术路线

4.1 支撑平台架构

云服务平台即开放式教学模式的支撑平台是教学资源的载体。服务平台的建设一要考虑到教学资源的因素，二者是相互支撑的，缺一不可；二要根据开放式教学的特性需求，并充分考虑行业特征以及现有设施和平台的状况，评估其迁移或升级的可行性，采用统一规划、模块化、分层次的架构思想和策略构建安全、可靠、灵活、易扩展的云计算平台；三是平台系统分为基础设施层、资源层、业务服务层和应用层，如图2所示。

1）基础设施层利用现有的网络将大批量的主机、服务器、存储设备通过虚拟化技术把异地零星分布的硬件资源集群链接，构成一个庞大的能够存储海量教学资源的分布式易扩展动态虚拟存储平台。基础设施层具有存储动态扩展、高可靠、负载均衡自动化、超级计算能力等优势特点。

①存储动态扩展。虚拟化技术能够动态添加和扩展计算机节点或磁盘空间而不中断正常业务的运行，可以随时根据业务数据量的大小需求添加或减少存储节点，实现更好的容量价格比。

②高可靠。“云”技术使用数据多副本容错、计算节点同构互换等措施，提供了良好的容错能力和强大的故障恢复能力，平台（即计算机群）内的任意节点的故障不会影响系统业务的正常运行，保证数据和服务很高的可靠性。

③负载均衡自动化。负载均衡技术的使用可以更好地保障服务响应速度，提供更好的访问质量，提高资源的利用率和用户体验。

④超级计算能力。理论上，“云”技术可以整合链接无数台分布于不同地理位置的计算机节点。如Google的云计算平台已拥有一百多万台服务器，IBM、Amazon、Yahoo、微软等均拥有几十万台服务器，“云”赋予它们前所未有的超级计算能力。

2）资源层以基础设施层为依托，负责教学资源的采集、审核、重构、整合、调度并实现面向云服务的资源封装，实现资源及其共享机制的规范化。教学资源由多种媒体组成，其表现形式也复杂多样，为更好地满足开放式教学需求，提供更好的教学服务，资源的采集和封装过程必须依据统一的规范和标准。可参考的规范和标准有《教学资源建设技术规范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、学习对象元数据（EELTS-3）[6]、基础教育教学资源元数据规范（CELTS-42）等。

3）业务服务层提供统一安全的用户管理、教学资源以及资费的管理。用户管理包括用户在线注册、用户按需受权，统一安全身份认证等。教学资源的管理需要根据用户的评价反馈及使用情况进行必要的添加、删除、修改和调整。资费管理包括：实现用户的按需购买付费策略；对用户的资费进行统一的安全管理。

4.2 教学资源库的建设

教学资源库建设的推进是一个非常复杂、充满不确定性的过程。首先对行业现有的教学资源进行面向云计算服务的系统化梳理、归类、改造和封装；其次可以将已架构好的云服务平台的资源建设接口开放给各教学单位或成员，进行自行的资源建设和上传。通过实现半自动化或自动化的资源调配策略来实现对新建资源的动态重构、自动化部署、监控、管理和调度。具体教学资源库建设的实施过程包括前期资源的采集、整理分类、资源封装、资源评审入库以及后期的维护和管理。需要注意的是教学资源库的建设是一个渐进的闭环的过程，不是一蹴而就的，需要进行反复不断的改进。

1）资源采集。就目前我国教育发展和教学资源建设的现状来说，资源的获取途径主要有：有线电视教育节目的采集录制；由专业教师提供教案、课件；由学科教师和资源建设者共同开发资源；由资源建设者根据资源库的内容要求从网上进行搜集；购买成套的素材、课件、网络课程光盘；成立专门组织，调拨专用资金进行资源开发建设等。

2）资源分类。教学资源的分类是指依据教学资源内容属性和其他特征进行资源类聚，并将类聚结果按一定的组织次序结构进行组织的过程。在进行教学资源分类时要充分考虑科学性、系统性、可发展性以及面向用户性。具体实施过程中可参照《教育资源建设技术规范》（CELTS-31）和《中华人民共和国国家标准学科分类与代码》（GB/TB745-92）。

3）资源封装。搜集来的资源经过系统化的整理和分类，已经具有良好的组织构架。但同一类的资源其文件类型和格式复杂多样，这不利于资源的管理、使用和共享。因此，资源入库前需要对资源进行面向云服务的改造、整合和封装。在实际的资源建设过程中可以参考我国《教育资源建设技术规范》的有关规定进行资源封装。

4）资源的评审入库。教学资源质量的高低直接影响资源库的质量和效用，因此在资源建设中要根据资源库建设的目的和教学要求严把质量关，保证库存资源的质量和权威。首先，制定相应的评价指标，由资源审核员对已搜集到的资源进行分类初审并优化和整合，初审通过的资源由各学科的审核员进行复审，复审通过的资源进行专家送审、评定星级；其次，对审核已通过的资源进行分类、分级入库。

5）后期维护管理。后期维护管理是一个循环反复漫长而无尽头的过程。①资源数据结构的维护。管理员需要对资源数据结构和系统内链进行实时的优化，以方便用户对资源的随需检索和订阅，即提高用户体验。②资源内容的维护。教学资源的内容才是整个系统的重中之重，一个资源库的质量在绝大程度上取决于其资源内容的质量，需要经常根据用户的使用情况、要求、评价结果对资源库中的资源进行必要的添加、删除、修改与调整。一个内容经常更新、对用户的反馈及时应对的想用户之所想急用户之所急的资源库才是高质量的资源库。

5 总结

基于云计算的开放式教学应用是在网络时代教育领域教育理念和技术的制高点，是一个新兴的革命性的概念，既是全球化社会和改革开放的时代要求，又是培养创新精神和实践能力为核心的新一轮教学改革的需要。从美国北卡罗来纳州西蒙公司在格雷汉姆小学首先开展云计算项目的尝试，到Google宣布在中国大陆启动云计算学术合作计划Academic Cloud Computing Initiative1，与中国大学建立学术合作项目，广大的教育工作者进行了大量的实验和实证研究。但作为一种新的教学理念，不管是理论建构还是实验探索都才刚刚起步，还有很多问题需要进一步的探索，如云计算环境下开放式教学的课堂操作模式、评价指标，开放式教学对学生的开放性思维、创新精神和实践能力培养的作用，都还缺少实证研究。这种应用尽管还处于萌芽期，在实际应用中面临很大的挑战，但随着相关理论和支撑技术的日渐成熟，必将在不远的将来展示出强大的生命力，在教育领域产生重大的影响。

参考文献

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[M].北京：人民出版社，2010：62-66.

[2]赛迪顾问股份有限公司.中国云计算产业发展白皮书[R].北京，2011：4.

[3]百度文库.“国培计划”：河北省农村中小学骨干教师远程培训（2011）[EB/OL]..

[4]刘英莉，庄衍，沈道洁，等.急诊开放式教学在内科见习中的应用和思考[J].中国高等医学教育，2011（10）：44-45.

篇5

关键词： 数学实验 云计算 教学平台

数学实验作为一门新实践课程被国内众多高等学府引入大学课程中，数学实验教学平台建设是研究热点之一。目前，各高校建设的数学实验室是主要数学实验教学资源平台[1]。传统数学实验室是将计算机软硬件、数学软件包、教学资源、课件制作、计算机辅助教学等有机融为一体，是基于局域网的数学实验环境，建设成本较高，学生必须到数学实验室――以微机为主体的机房进行实验，使数学实验受到空间上的限制，同时基础数学实验是面向所有专业学生开设的，实验资源紧张，导致学生上机实验时间受到限制。为了克服以上困难，本文提出了建设云计算环境下数学实验辅助教学平台，该平台有利于提高学生对数学实验的兴趣，显著提高实验设备的利用效率，降低硬件资源建设成本。

1.云计算在构建良好数学实验环境中的优点

云计算既指在互联网上以服务方式提供的应用系统程序，又指在数据中心用来提供这些服务的硬件和系统软件。云计算可理解为并行计算、分布式计算和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现[2]。云计算的理念是把基础设施、平台或者应用程序以服务的形式提供给用户，使云计算在远程实验室建设中具有许多优势。

云计算在构建数学实验环境中的主要优点体现在：第一，基于云计算技术构建的数学实验环境是放置在云端的，在高速互联网支持下，学生和教师可以随时随地进行数学实验，使数学探索过程更顺畅，同时教师可以通过云端实时在线指导；第二，云计算技术中主要的计算和存储由后端集群架构完成，前端设备可以最小化，学生和教师可以通过智能化终端如手机等进行数学实验，降低数学实验的准入门槛；第三，有利于构建协作式教学和实验环境，由于所有教学资源和学生学习文件都放置在云端，可以方便地进行集体式备课、异步教学探讨、分组实验和知识交流；第四，提高数学实验教学效率，海量的云存储空间可以为每一个学生建立一个个性化的实验空间，为每个教师建立教学空间，学生可以快速下载实验资料，教师能快速部署课程文档和程序；第五，高效利用数学实验室的软硬件资源，计算机和正版数学软件是数学实验室的主要资源，而这些资源只有在机房开放时才会被使用，在没有实验课时及假期尤其漫长的寒暑假基本处于闲置状态，云计算技术可以将这些廉价的PC整合成具有强大计算能力和存储能力的服务平台，提供不间断的服务并且通过网络将这种服务配送给广大师生；第六，满足特殊的数学实验和计算要求，一些数学实验任务涉及大数据的处理和耗时的计算，在单机上难以完成，云计算系统框架允许在短时间内灵活地集结实验室的计算机，使之完成大型实验任务。

2.数学实验云计算辅助教学平台的设计

2.1功能模块设计

数学实验云计算辅助教学平台是一个集成的数学实验环境，在此环境中主要的操作对象有教师、学生和平台管理人员和执行特殊科学计算任务的科研人员，因此将该平台分成四个子系统，分别是教师子系统、学生子系统、科学计算子系统和管理人员子系统，各个子系统之间相互联系，实现一个整体的数学实验教与学的环境。管理人员子系统主要负责对整个平台的运营管理，包括实验环境管理、平台的配置管理、运营数据管理和安全策略管理，并对教师、学生、科研人员的信息进行管理。教师子系统实现教师课程管理、部署实验任务、在线辅导、协作备课、作业布置及处理、测试管理和学生信息管理，还包括数学实验模块。学生子系统实现在线实验、协作交流、作业处理、资源共享、在线测试和实验心得分享等功能。科学计算子系统为科研人员提供大数据处理和高要求的数学计算功能，实现项目计算任务管理。

2.2基于Hadoop的数学实验云计算教学辅助平台的框架

Hadoop框架是Apache基金会基于Java语言开发的开源云计算框架，很多国内外知名互联网公司使用Hadoop框架开发出自己的云计算服务。Hadoop框架最核心的设计就是：分布式文件系统（Hadoop Distribution File System，HDFS）、分布式计算框架（MapReduce）、分布式数据库（HBase）和数据仓库（HIVE）。

由于Hadoop是采用Java语言开发的，因此基于Java平台开发Web层，这样web层能很好地与Hadoop相融合，web层主要接受用户请求并返回对用户的响应，包括教师子系统、学生子系统、科学计算子系统和管理员子系统。Web层数据交互模式有三种方式：与数据库交互网页信息数据、与HDFS交互资源文件数据、与数学软件通过webservice交互数据，处理用户的请求，如在线数学实验、教学资源上传下载，并将处理结果回馈给Web层，在线数学实验是本辅助教学平台提供的核心云端服务，该服务面向广大师生，经常会出现大规模的并发访问，因此在这一层将应用Hadoop的MapReduce并行计算框架，将多个数学实验服务请求发送给集群内不同的计算机并行处理，并将处理结果返回给Web层。这样不仅可以完成小型数学实验项目，还可以完成大数据处理和耗时的科学计算等特殊实验项目。数据层使用MySql和HBase结合的方式存储大量的数据，对外提供一致的数据接口。数学实验辅助教学平台的资源存储访问模块基于Hadoop的HDFS实现。

2.3数学实验云计算辅助教学平台的集群架构

云计算系统之所以具有超强计算能力和存储能力，是因为背后有集群计算机的支撑，云计算下的数学实验教学辅助平台通过Hadoop框架，可以将数学实验室的普通PC机组织成起来，以集群方式向广大师生提供高性能和高质量的服务，高效利用实验室设备，并可以进行大型的并行计算和分布式计算，如大数据处理。由于数学实验室的每台计算机上都安装了数学软件，在每台机器上部署Hadoop系统，则每台PC都可以成为一个计算服务器，并为Hadoop系统的调度器调用。

参考文献：