有关网格的定义,目前还没有统一权威的定论,可以认为网格是建立在因特网技术、万维网技术、高性能计算等技术之上的综合软、硬件的基础设施。它采用开放标准,为协同完成科学、工程或商业上的应用,提供可扩展的、安全的、一致的、普及的、高效的人规模资源有效共享,完成计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源、专家资源等智能共享的一种新型的分布式计算技术。
目前,以万维网为代表的因特网已经成为全球最大规模的信息资源库和最为快捷的信息传播渠适。但是,它在给人们带来了很多方便的同时,其固有的缺陷也暴露无遗。因此,被称为第三代因特网技术的网格技术已经成为此国家研究与开发的重点,它的发展将会使万维网逐步升级为网格。我国教育部于2003年4月,启动了一项构建下一代国家教育领域分布式计算平台计划——中国教育网格计划(ChinaGrid),其目的是为各大学的教学与科研服务。中国教育科研网格是迄今为止由政府推出的最宏大的网格工程,该项目由12所大学联合推出。以下从协同学习、资源共享、个性化服务和虚拟现实四个方面探讨网格在教育中的智能型应用。
8.3.1为协同学习搭建良好的学习环境
网格能为协同学习搭建起良好的平台,有利于教师在教学过程中培养学生的协作学习能力和高级认识能力。国外也已经有这方面的案例,例如,由美国伊利诺伊州大学芝加哥分校推出的协同环境(NICE)就是用网格技术开发的一个具有探索性质的协同学习环境,它是专为6至10岁小学生设计的。学生们进入CAVE虚拟现实环境中,戴着特制的眼镜,手中拿着一个特制的小棒用于交互操作。来自不同地方的每一个学生都有一个角色,都可以在这个虚拟的花园中打招呼、交谈、互相学习。他们既可以将鲜花或蔬菜拿在手上观察,也可以将自己缩小,“深入”观察植物的根系;他们既可以除去杂草并将它扔到肥料堆,又可以顺手摘下天边飘过的雨云给花儿浇灌,或者将天边的太阳拉过来让花朵享受阳光等等。在这样的协同学习环境里,学生们不仅可以在里边玩耍,还可以轻松地了解原本很复杂的生态关系。
8.3.2实现教育资源的共享
网格的最大特性就是资源共享,它将实现互联网上所有资源的全面联通及共享。借助网格技术,学生可以快速、准确地获取自己所需要的各种类型的学习资源,提高学习效率。目前,国内也有一批高校已经或正在应用网格技术实现校园内资源共享。例如,北京大学的“大学课程在线”就是一个教育应用网格,它通过使用分布在不同地点的服务器分发信息的方式,为学生提供更快捷的名师课程。来自不同学校的学生可通过系统中不同的服务器所提供的视频信息在线浏览和选修各种课程。另外,华南理大学的“校园网格”计划,将在华南理大学建立一个高水平的校园网格计算平台,并最终将分布在各院系的计算资源和信息资源集成起来,实现资源的有效共享,提供统一、高效的信息服务。我国国家性的实现各种资源共享的教育网格也正在建立中。由清华大学等单位共同完成的《数字化学习网格支撑环境与关键技术研究》项目,以全球最大的远程教育体系——中央广播电视大学系统作为应用背景,研究远程教育网格支撑环境与关键技术,已经在网格体系结构、网格中间件技术以及基于网格计算环境的资源共享与协同工作平台研究等方面取得重要进展。
8.3.3实现个性化服务
网络个性化服务的主要瓶颈是如何解决网络的带宽问题。充分利用网格的特性可以减少节目传送对网络带宽的依赖,能有效地实现个性化服务。例如,目前采用流媒体技术可以在CATV系统开展视频点播(VOD)、远程教育等个性化服务业务。尽管如此,目前流媒体的应用仍然受到网络带宽、服务器性能等限制。利用网格技术集成所有的流媒体应用,将视频会议、视频广播、视频点播和视频监控等系统构建成视频网格,可以减少节目传送对网络带宽的依赖及提高服务器的性能,以利于这些个性化服务顺利地开展。因此,网格能为学生自主学习及个性化学习提供良好的学习环境。
8.3.4虚拟现实由于运行虚拟现实技术所需要的计算资源太过于庞大,目前虚拟现实技术一般只用于飞行员、宇航员等的训练工作。借助于网格这种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式,有望使虚拟现实技术走向大众化。此外,依靠网格技术支持的远程沉浸是虚拟现实研究的另一个方面。远程沉浸是一种特殊的网络化虚拟现实环境困,它即可以是对现实或历史的逼真反映,也可以是一个纯粹虚构的空间。来自不同地方的人可以通过网络聚在同一个虚拟空间里,既可以随意漫游,又可以相互沟通,还可以与虚拟环境进行交互。与一般的网格应用不同,远程沉浸应用的主要目的是共享一个共同的虚拟环境,而不是计算能力或数据存储能力。远程沉浸可以广泛应用于交互式科学可视化、教育、训练、艺术、娱乐、上业设计、信息可视化等许多领域。
8.3.5基于IPv6的国家基础教育网格
目前,教育信息化已经在各方面有了不同程度的发展,但其使用效率、应用效果及投资效益与人们的预期相比仍存在着较大的差距。
从硬件环境上看,目前互联网无法负担起大流量的数据流,难以实现大规模的远程协同教学。基于IPv4难以实现大规模的教育资源高速端对端的应用,数据传输速度有限,从而限制了教育资源共享和远程协同教学的效率。IP地址不够,也限制了端对端(校对校)的互动交流。
再从应用层面上看,仅就资源建设与共享方面,资源数量上虽得到极大地丰富,资源缺乏的状况虽得到一些缓解,但仍存在以下急待解决的问题:第一,校本资源收集难、整理难,缺少积累;第二,共享难,缺乏标准化、规范化和兼容性,形成一个个“资源孤岛”、“信息孤岛”;第三,校际互动难。针对这些问题,必须积极推动技术创新和机制创新,探索资源共享的新模式。
技术创新,即在现有资源建设模式的基础上,充分利用已有的基础设施,积极参与新一代互联网和网格的建设,强化资源整合,构建教育信息化公共服务体系,建设硬件、软件共享的网络教育公共服务平台。
机制创新,即解决基础教育信息资源的公益性开发利用的机制问题。在政府的引导扶持下,充分发挥名校的示范作用,调动优秀的中小学校投身基础教育信息资源的公益性开发建设的积极性;通过整合,实现优质教育信息资源的倍增效应,在学校之间横向地架起资源共享、互动教学的桥梁,形成多层次、多功能、交互式的基础教育资源服务体系。
基于IPV6的国家基础教育网格应用完美体现了技术创新和机制创新的要求,并将带来以下现实应用:
(1)分布在各个地区的基础教育资源得以透明共享;
(2)优质教育资源通过网格传递给教育水平不发达地区的用户;
(3)建成后将成为用户群空前大、覆盖面空前广的应用网格;
(4)大范围大规模地验证现存IPV6技术的可用性、可靠性和实用性;
(5)为全国数亿师生和家长提供了一个基础的教育信息资源共享的平台。
基于IPV6的国家基础教育网格开发目标可形象地表述为:校校有节点;班班有群组;人人有空间;资源能共享;宏观有管理。
8.3.6 IBM基于云计算的教育业务体系计划
未来经济是以服务为核心的经济,云计算正在让服务变得更方便,并将改变未来整个社会的生态系统。现在云计算真正的门槛在应用系统的开发上,那么,云计算在教育应用的推广方面应该如何计划呢?
IBM有一个特殊的项目——业务伙伴学习计划,目前已经有1500多家独立软件开发商参与,其中有100多个伙伴专门关注教育行业,并且正在和IBM展开密切合作,这其中也包括中国的企业。IBM除了在技术上提供支持之外,还帮助他们在核心市场推广甚至做销售支持,并且IBM帮助他们自身将业务模式转变为以云为基础的业务模式。
那么,IBM在教育方面是如何帮助客户实现云计算呢?现在IBM正协助各方构建一个以云计算为基础的教育系统。IBM的战略就是和客户一起来开发云环境,帮助他们建立云环境,提供云服务,增强他们的研发能力。当然,如果客户自建云计算体系,IBM就为他们提供咨询,在服务方面成为服务伙伴,在硬软件方面成为基础架构的伙伴。例如,IBM在北卡来罗纳州就建立起一个整体的云计算教育业务体系,该州一到十二年级的学校和州社区大学都在这个云服务环境中。纽约州附近地区中学也建立这样的云环境,IBM帮助他们进行相关的管理。很多教育机构特别注重私有云,因为他们有很多数据是不想与他人共享的,为此,IBM就为他们提供服务,帮助他们从繁杂的技术层面脱身,未来还可以帮助他们拓展运营云的机会。应该看到,教育本身有一定的独特性,一般需要本地化,这意味着要符合本地的特色文化,云的建立也要符合地域特色。
一些中国学校的负责人认为,目前能想到的信息化手段都似乎已经落实,没有新的理念帮助他们将教育信息化向下一步推进。那么美国在整个教育信息化方面的最新进展是什么?美国目前最为关注的就是如何降低运营成本,对于学校的校长而言,他们想的是如何通过新技术应用来降低学校的运营成本。在资源规划、资产管理、财务运维、IT基础架构提供服务方面,可以将几大教育机构联合,共同建立云环境降低成本。在学生方面,可以通过创立这种数字环境让学生更好地融入学习当中去,比如说以前使用很多纸质教材,现在可以将它们变成数字化教材,这样学校就要考虑如何构建基础架构来支持数字化教材,如何实现教材的实时在线。IBM还应用了一项叫做网真的技术,通过网真建立起一个21世纪课堂,实现跨学校的课上的交流和合作。
技术本身并不能完全驱动一个教育系统改变,还包括教育体制、教育文化、教师能力一系列转变。IBM有很多成型项目在
做这方面的工作,第一,IBM提供服务项目,比如说为学校做咨询,为教师进行更好的培训。例如IBM为一所会计学校提供教师在线培训。第二,IBM提供社区交流的机会。其实几年前IBM就已经推出云技术,当时有的大学已经部署了IBM的云技术,现在IBM就可以把这些客户请到社区来,让他们在社区中交流。这样,他们既是IBM的客户,可以进行客户之间的交流;又是老师,老师相互之间可以通过社区交流网分享教育经验和资源。第三,企业跟社区进行互动。IBM经常会和老师进行交流,而且IBM在内部还有一个叫做“转项教学”的项目,IBM的退休技术工程人员可以去学校传授其所掌握的知识。
IBM的智慧教育理念里面有一个很重要的概念就是全球整合。全球不同地区教育能力的差别很大,其中一个重要原因就是数字鸿沟。发展中地区如果完全靠自我逐步发展提高教育水平,和发达国家之间的距离就会越拉越远。如何快速地导入发达国家的教育理念,包括内容、技术、机制等,对于全球教育的发展都会有所帮助。IBM在构建全球性教育协作系统方面,已经独立展开了一些项目,以促使更好地使用技术来帮助教育的发展。例如,IBM和google在云计算方面的协作,就是对于云计算本身进行更加深入的研究,这其实是对计算科学方面的进一步推进。IBM还在帮助教育体系转型方面做了很多工作,用云计算帮助学校教育机构进行转型,其实是帮助他们更好地协作。