分布式教學的概念精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇分布式教學的概念，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞：九年級；化學教材；部分實驗；改進

中圖分類號：G622 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）16-210-02

《義務教育化學課程標準（2011）?第三部分 課程內容》認為：“義務教育階段化學課程中的科學探究，是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動……化學實驗是進行科學探究的重要方式……學習和運用化學實驗技能和科學探究方法，離不開實驗活動?！弊龊脤嶒?，對培養學生的科學素養，對學生學習好化學知識與技能，有不可替代的重要作用。

本人是一直處在教學一線的化學教師，在教學中經常做大量實驗，有時較為成功，有時不令人滿意，就隨時思考、親自動手，以改進實驗。本人不斷向同行學習，堅持學習各種紙質的、電子的化學文獻，隨時收集、整理有關九年級化學實驗改進的內容，試用后篩選出較簡單實用的改進實驗。經多年積累，現以人民教育出版社2012年版教材的單元、課題為序綜述如下，供教學一線的九年級化學教師參考、研討。因積累的時間很長、文獻的輾轉引用等，其中部分改進的原創者有誤或缺如，請指正。

一、對蠟燭及其燃燒的探究實驗[一單元課題2，上冊12、13頁探究實驗]

蠟燭火焰各層溫度的比較。教材是將火柴梗迅速平放入火焰中，約1秒后取出。此操作學生不易掌握好，火柴有的中間、兩端都變黑了，甚至燃起來，有的中間、兩端都不黑。有人改進為：用直的細鐵絲或細銅絲平放在火焰上接近燈芯處，約1秒后取出?？擅黠@地看到金屬絲在外焰的部分發紅，內焰及焰心部分較暗，從而推斷出蠟燭火焰各層溫度的高低?，F象明顯，操作容易。

點燃蠟燭剛熄滅時的白煙，以引燃蠟燭。教材是用火柴點燃白煙，由于白煙易搖擺飄散，點火時往往火柴離燭芯很近才能成功，學生會誤認為是燭芯被直接點燃，說服力不強。對此，遼寧省調兵山市第三中學的張艷萍、王崇慶老師改進為：蠟燭熄滅后，馬上在其上方罩上一個螺旋銅絲圈，白煙順著該圈上升，這時在圈的上方點燃白煙，現象明顯，說服力很強。教材用火柴點燃白煙，由于從吹滅蠟燭到劃燃火柴的時間較長，有時又不能一次劃燃火柴，白煙往往已散盡，蠟燭很難重新燃燒。對此，有人改進為：熄滅蠟燭前將打火機并排靠在蠟燭旁，吹滅蠟燭的同時按下打火機，即刻點燃白煙，引燃蠟燭。效果明顯。本人對此實驗作了如下改進：選粗蠟燭、長燈芯、大火焰，右手用鑷子夾住一根直徑約為0.2厘米、長約10厘米的金屬管或玻璃導管，將下端接觸燃燒很旺的蠟燭的燈芯，管傾斜向上，等約15秒上端管口飄出白煙，左手用打火機點燃，管口持續出現一個小火焰。現象很明顯。

二、氧氣的密度比空氣的略大[二單元課題2，上冊33頁]

因教材中沒有相應實驗，學生不能直觀感知氧氣的密度比空氣的大。有人增設了一個實驗：取兩瓶氧氣，分別正放、倒放在鐵架臺上，用兩根帶火星的木條同時實驗。觀察到帶火星木條都會復燃，不同的是，正放的那瓶氧氣可以連續試驗十多次，而倒放的那瓶氧氣只能試驗三五次。分析得出，氧氣的密度比空氣的大。

三、細鐵絲在氧氣中燃燒[二單元課題2，上冊34頁實驗2-4]

鐵絲的選材，本人抽下廢舊石棉網上的鐵絲，用砂紙打磨除銹，若極細就將4～5根繞成一根，若較粗就只用一根，在粗金屬絲（如燃燒匙的柄）上繞成螺旋狀。有人不拴小木條，把螺旋狀鐵絲在無水酒精中蘸一下，立即點燃，立即伸入氧氣瓶中?，F象明顯。

有人改用市場上賣的洗鍋碗用的鋼絲球（本身就薄且卷曲），剪成一小團。不必蘸無水酒精，在酒精燈上加熱至紅熱，然后伸入氧氣瓶中，會看到鐵絲劇烈燃燒，火星四射，現象非常明顯。

四、分子運動現象──氨分子的擴散[三單元課題1，上冊49頁探究實驗]

教材用大燒杯罩住兩只分別裝有酚酞試液和濃氨水的小燒杯。氨水的用量較大、氨水揮發出來的刺激性氣味很大。對此，有人改為微型實驗：用小燒杯代替大燒杯，用濾紙剪成小花形、用細鐵絲串成一花束、插到一小塊泡沫塑料上固定，向濾紙滴上酚酞試液，用小貝殼、瓶蓋、裝藥片的空鋁塑板等代替小燒杯，內滴入濃氨水，可看到小花由白變紅?，F象明顯，也增加了實驗的趣味性；同時把實驗微型化，節省了藥品，不會有很大的刺激性氣味。

有人改進為：先在一張濾紙上用無色酚酞試液畫上一只小動物（小貓、小狗、蝴蝶等），把濾紙用窄膠帶粘在大燒杯側壁下部，向一個瓶蓋注入濃氨水，將燒杯倒扣在瓶蓋上，能較快看到濾紙上出現一只清晰的、紅色的小動物?，F象明顯，還能激發學生的好奇心，激起探究欲望，培養學生對化學的良好感情。

五、氫氣燃燒[四單元課題1，上冊79頁實驗4-5]

氫氣火焰的淡藍色很淺，白天不易看到，部分學生不覺得它在燃。有人在火焰后用黑色紙板襯托，稍明顯。本人用小片餐巾紙放在管口，學生明顯看到紙被點燃，對氫氣在燃燒確信無疑。

氫氣驗純后試管內本生有余焰，但是余焰不易被觀察到。為了讓學生確信試管中有余焰，天津市楊村第二中學的任培文、楊士祥老師增加如下操作：驗純后立即把試管口朝上、稍微傾斜浸沒在水槽中，水進入試管，剩余氫氣被排出，在試管口可看到氫氣繼續燃燒的火焰，現象明顯。

教材是在帶尖嘴玻璃導管口點燃純凈的氫氣，由于玻璃中鈉離子的緣故火焰呈黃色，看不到淡藍色火焰，易給學生造成錯覺。可將玻璃尖嘴導管改成金屬針管（如氣門針、注射針頭），點燃氫氣呈淡藍色火焰。

六、反應前后物質的質量關系[五單元課題1，上冊92頁探究實驗]

可增做實驗：取下火柴頭2-3個放入試管中，在橡皮塞的導管上拴緊氣球或塑料袋，用塞子塞緊試管，放在天平上稱量。取下試管，用酒精燈加熱試管底部，使火柴頭在試管內燃燒，氣球先膨脹，冷卻后收縮。燃燒結束后放回天平左盤，天平仍然平衡，表明反應前后物質的總質量不變。

以上有關人教版2012年版九年級化學教材第1～5單元部分實驗的改進，定有不少值得商榷之處，請各位專家、老師指正，以期更為完善，更有利于教學。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準[M]. 北京： 人民教育出版社，2011：

[2] 人民教育出版社化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書化學九年級上冊[M].北京： 人民教育出版社，2012：

[3] 鮑正榮.化學實驗綠色化研究.[M]. 四川： 四川師范學院化學系，2001：

[4] 高 芮.中學化學課堂實驗的改革與創新[D].西華師范大學化學化工學院化學教育專業2010級，畢業論文

篇2

摘要：“C++程序設計”中基于對象部分概念對于初學者來說抽象、難以理解，本文用筆者的經驗介紹了如何用學生能夠理解的事例來解釋這些復雜的概念，從而節省學時、提高效率。

關鍵詞：C++；基于對象；概念；事例；教學方法

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

近年來，支持面向對象技術的C++語言越來越多地被高校選為計算機教學的入門教學語言。但是由于C++牽涉概念很多，語法比較復雜，內容十分廣泛，作為入門的教學語言有其天然的困難，學生感到學習難度較大，難以入門，如果只是就理論講理論，照本宣科只能使學生厭倦疲勞，昏昏欲睡，學生不但記不住，還會產生逆反心理。但好在程序設計語言是人們根據從現實生活實踐中抽象出來的經驗而創造的，C++更是如此，那么就是說，各種概念總能在現實生活中找到原型。若能在教學中運用最能反映概念本質的事例去解釋看似復雜的概念，就能達到快速理解概念及其現實意義的目的，能使教學脫離枯燥的概念講解，活躍課堂氣氛、形象直觀、易于理解、便于記憶，從而激發學生的學習興趣，產生良好的教學效果。

C++基本編程的過程無非是根據實際需要創造出一系列類，安排好類與類之間的關系，由類去生成對象，然后指揮一個個對象去完成一系列任務。由此特點并通過教學實踐，我一般用人(或人體)這個概念來講解基于對象部分的一些概念，感覺是比較恰當的，可以使學生快速抓住這些概念的實質。當然也可以對每個概念分別用不同的事例去解釋，但這樣做可能會導致學生缺乏知識的連貫性和對總體的把握，最好的辦法是用一個例子從始至終地進行講解。下面對一些基于對象的概念進行初步討論。

1類和對象

對象的類型稱為類，類代表了某一批對象的共性和特征。類是對象的抽象，對象是類的具體實例。類是抽象的，不占用內存，而對象是具體的，占用存儲空間。

對于人(體)來說。所有人都是屬于人類這一概念的，人類這一概念具有每一個具體的人的共性和特征。人類這個概念是對每一個具體人的抽象，具體的一個人是人類這一概念的具體實例。人類這個概念是存在于人的頭腦中的，可以認為不占現實空間，而作為具體的人是在現實中占空間的。這樣講解可以使學生明確類和對象的關系與區別。

2private、public、protected成員

private、public、protected主要是用來聲明成員訪問權限的關鍵字。一般做法是將需要被外界調用的成員指定為public，不準備為外界調用而是為本類中的成員函數所調用的，指定為private。基于對象部分暫時不討論private和protected的區別。

對于人(體)來說。心臟，肺臟等等都可以認為是private成員，是不允許外界直接調用的。而耳、眼等感覺器官可以認為是public成員，因為它們可以被外界直接調用。上課時可以舉個簡單的例子，讓學生深呼吸一下。然后解釋，教師是通過學生的public成員(耳)來調用private成員(頭腦和肺)，并且只能通過public成員來調用private成員，否則危險性是很明顯的。或者和學生解釋，課堂上教師就是通過調用每個人的耳朵和眼睛這些可以看作是公用部分的器官來調用大腦等這些可以看成私有部分的器官來達到授課目的的，并且顯然通過公用部分調用私有部分比直接調用私有部分安全得多。這樣的講解可以使學生馬上就能記住private、public等成員的區別和該如何劃分。

3封裝和信息隱蔽

將多個項目(比如變量和函數)合并到一個包(比如類的一個對象)中，這個過程稱為封裝。類的公用接口與私有實現的分離形成信息隱蔽。

對于人(體)來說，顯然如果不封裝起來那么是很危險的(別人看起來也是很恐怖的)。人體對外界開放的只是一些公用接口，這些接口(如各個感覺器官)的作用是把外界的信息(消息)轉化成身體各部分能夠接受和處理的信號，并且只有通過這些公用接口轉化的信息才能夠被人識別。得到消息之后人去做某件事的具體實現是不需要消息的人知道的，即如果讓一個人去做某件事，沒必要了解他(她)先邁哪一條腿，走多少步，到什么地方，如何做等各個細節。只需要告訴他(她)去做什么事情即可，如何去做是不需要關心的(前提是那個人知道如何做，即相對于程序來說就是“方法”已經事先編好了)。封裝與信息隱蔽是比較抽象的概念，相信這樣的講解學生就能很好地理解了。

4對象、方法和消息

類的成員函數在面向對象程序理論中被稱為“方法”，“方法”是指對數據的操作。外界通過發“消息”來激活有關的方法。所謂“消息”，其實就是一個命令，由程序語句來實現。

人體經過封裝之后，成為了一個對象，他(她)能夠做的事情取決于自身的各項能力(方法)，外界通過給他(她)一個命令任務(消息)，他(她)運用自己的能力(方法)去完成這個任務。這樣就很容易理解三者之間的關系。

5構造函數的意義

構造函數是一種特殊的成員函數，處理對象的初始化，與其他成員函數不同，不需要用戶來調用它，而是在建立對象時自動執行。

人體在出生時必須具有一些正常的生理機能，這就是人體生理方面的初始化，這由基因自行決定?；蛘哒f，在人步入社會開始工作之前，必需經過一定時間的學習培訓，否則無法完成基本的工作，這就是人在知識技能方面上的初始化，這由所受的教育決定。構造函數可以看成是對象在使用前的一些必要的初始化。

6析構函數的意義

析構函數也是一個特殊的成員函數，它的作用與構造函數相反，當對象的生命期結束時，會自動執行析構函數。析構函數的作用并不是刪除對象，而是在撤銷對象占用的內存之前完成一些清理工作。只要對象的生命周期結束，程序就自動執行析構函數來完成這些工作。

這個概念解釋起來可能會沉重一些。人在去世之后會有一些善后要做，這可以看成類似于析構函數的作用。區別只不過是程序中的析構函數是在對象被撤銷之前執行，而人的善后主要是在人去世之后進行的，當然立遺囑這件事是在去世之前完成的。

7調用構造函數和析構函數的順序

基于對象部分中的調用構造函數和析構函數的順序是先構造的后析構，后構造的先析構，相當于一個棧，先進后出。

調用構造函數和析構函數的順序體現的是系統對對象的釋放順序。從而可以這樣解釋，單個人作為一個對象，他(她)可能參加一些組織，比如公司、小組等，一般創建這個小組的人是很重要的人，他(她)可能掌握很多重要的東西，如果想最安全地、避免混亂地撤銷這個組織，最好的方法就是先撤銷不重要的人，最后才撤銷重要的人。這如同如果用手工的方式去拆毀一個大樓，選擇的順序肯定是由高層逐層向下拆除，否則危險性實在是太大了。

8友元

友元可以訪問與其有好友關系的類中的私有成員。友元包括友元函數和友元類。

現實生活中，一個人對待不同來源的消息的態度是不同的。可能更相信某些消息渠道(可看作友元函數)或某些人(可看作友元類)的消息，而不會太相信不信任的渠道或人所提供的消息。這點可以說明一個人(對象)可以允許外界的某些事物(可靠的渠道或可靠的人)比較直接地訪問自己的私有事物(比如頭腦中對某件事的判斷)。

通過以上論述，可知也可以用公司這個概念來解釋基于對象的部分概念。如果將公司細分，比如細分到部門還是可以滿足基于對象的一些特征的。但是如果細分到單個人就要用另一個層面的概念來解釋對象了，就像本文所說那樣。對于公司和人這兩個例子，可能人(體)更適合一般的學生，這是由他們所處的年齡段決定的，他們對公司等概念可能還不太熟悉。其實還可以找到更加恰當的概念來教學，比如根據所面對學生的特點，如所學專業等。還有一些基于對象的概念在本文中并沒有解釋，不過是可以類推的，在此不一一贅述。

篇3

[關鍵詞]分布式認知；集體智慧；混合學習；教學范式

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-0008（2013）04-0092-08

一、引言

集體智慧（Collective Intelligence），是集體在創造、創新和發明上共同合作或共同解決或完成某種任務時體現出來的一種能力，它源自于多個個體和各種群體的通力合作，是一種共享的或者群體的智能。集體智慧可以在計算機網絡中形成，并以多種形式的協商一致的決策模式出現。當這個社會越來越注重效率與依賴知識時。這種集體能力就變得越來越重要。集體智慧已經成為知識社會中競爭、創造和發展的決定因素。

隨著e-Learning的不斷發展，e學習的方式已經從互聯網上數字化呈現面授課堂教學內容的第一代模式，發展到了第二代混合學習的模式，即關注的是如何“在適當的時間以適當的方式使適當的學習者獲得適當的學習內容”。在混合學習的趨勢下，以網絡為核心的多媒體信息技術已經不僅僅作為一種強化傳統教學范式的工具來使用，而是逐漸成為一種構建新型混合學習式課堂的教學觀念。在這種多元的課堂環境中，可利用資源比傳統課堂多很多，教師不僅需要關注現實課堂中的資源整合，也更應注重網絡學習共同體的組織與管理，應用學習者的個體智慧。發揮集體智慧的優勢，共同解決學習中遇到的難題。通過混合學習環境中各個要素之間長期的交互、合作和系統建構，實現集體智慧的激發。如果只注重個體多元智能的激發而忽視集體智慧，不僅使分布在這課堂環境中的許多資源將會被浪費，信息交互的缺少也將會使信息技術在混合式的課堂中，失去其存在的意義。

在現代信息技術的不斷發展過程中，新理論與新技術的不斷融合，與其密切相關的網絡教學的范式也在逐步發生改變，大致的趨勢為，從最開始的接受式的認知范式到建構式的認知范式再到分布式的認知范式。因此面對新的教育形勢與挑戰，教師需要思考如下重要問題：什么樣的教學范式才是最適合自己的課堂？什么樣的課堂管理才能使課堂資源最優化，從而促進課堂中集體智慧的激發？

二、網絡教學時代的理論變遷

（一）以行為主義、認知主義為基礎的接受式教學范式

華生、斯金納等行為主義者認為學習是刺激與反應之間的聯結，他們把環境看成是刺激，把伴而隨之的有機體行為看作是反應，認為所有行為都是習得的，只強調對外部環境的刺激反應；奧蘇貝爾、布魯納等認知主義者則認為內部認知是有特定過程的。他們強調學習并不在于形成刺激與反應的聯結，而在于依靠主觀的構造作用所形成的“認知結構”，主體在學習中不是機械地接收刺激，被動地做出反應，而是主動地有選擇地獲取刺激并進行加工：他們對學習問題的研究，注重認知主體內部心理過程與內部條件。行為主義與認知主義均將知識看作是學習者的外部事物，而將學習過程看作一種內化知識的行為。以行為主義、認知主義學習理論為指導、以Web1.0為基礎的網絡教學是以知識傳遞為主的教學形式，可以看作是接受式認知的教學范式。這一教學范式借助網絡技術給學習者呈現學習內容，關注學習者外部刺激環境的作用。

（二）以建構主義為基礎的建構式教學范式

建構主義是認知主義的進一步發展，源自關于兒童認知發展的理論，其最早提出者可追溯至瑞士的皮亞杰。建構主義認為，學習是通過“同化”和“順應”建構內在心理表征的過程。學習者的認知結構通過同化與順應過程逐步建構起來。并在“平衡-不平衡-新的平衡”的循環中得到不斷的豐富、提高和發展。學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程。學習者并不是把知識從外界搬到記憶中，而是以已有的經驗為基礎通過與外界的相互作用來構建新的理解，他們不再是等待被填滿的容器，而是積極致力于創造意義，選擇并追求他們自己的學習，這種建構是無法由他人來代替的。建構主義理論在網絡課堂教學中的運用表現為認知工具觀，即關注運用認知工具技術來對知識進行操作、變換和加工，在變換和加工中實現深層次建構，建構認知教學范式關注學習過程中意義的建構以及學習環境的設定，學習者的主動性，在實踐中，教師需要關注學習問題設計和學習活動設計。

（三）以分布式認知為基礎的分布式教學范式

從個體認知到分布式認知的轉變，是人類適應信息社會復雜性的重要思維特征。分布式認知的思想可以追溯到1879年第一個心理學實驗室的建立，后來杜威（Dewey）、馮特（Wundt）、吉布森（Gibson）等學者也論述了認知超越個體頭腦的“去中心化”思想。維果茨基（vygotsky）的研究表明，心理不僅通過人的活動表現出來，而且是在活動中形成，這為分布式認知的誕生提供了基礎。隨著信息技術的迅猛發展，人類許多認知活動越來越依賴于信息技術，各種各樣的認知工具大量替代了人們頭腦內部的思維和計算，人們也越來越重視智能性人工制品對個體認知過程的影響。人們已不滿意于僅把認知視為腦內的活動，而開始尋求認知對臨場和情境的依賴。即探查認知的分布性質。20世紀80年代中期，赫欽斯（Hutchins）等人明確提出了分布式認知的概念，并認為它是重新思考所有領域的認知現象的一種新的基本范式。他們認為認知的本性是分布式的，認知現象不僅包括個人頭腦中所發生的認知活動，還涉及人與人之間以及人與技術工具之間通過交互實現某一活動的過程，認知分布于媒介、環境中，分布于個體間，認知分布于由多個個體、工具、環境組成的較復雜的系統中。

基于分布式認知的分布式教學范式是一種系統化看待學習環境中認知現象的視角，“分布”不是認知結構的增強，而是認知功能的中介。單純考慮那些存在于人類頭腦內部的東西是難以解釋我們的認知活動的，還必須要考慮社會環境和物質環境中的認知角色。因此這種系統化視角至少包含三方面的內容：1.認知過程會通過班級、小組的成員進行分布；2.認知過程會在認知活動（內在結構與外在結構的協調）的交互中進行分布；3.認知過程也可通過時間（早先事件的結果影響后續事件的性質）進行分布，也就是所謂的認知在時間軸上的分布。

Hatch和Gardner曾經就教室中的認知活動提出了分布式認知的同心圓模型（the Concentric Model）（如圖1）。最外層是超越特定情境的文化力，它間接影響個體的認知活動。中間層是地域力，它強調認知活動發生的具體情境或環境，直接影響認知個體。最內層是個人力，即個人在認知中的作用，是分布式認知的核心。它提醒我們，學習不是個體頭腦中的符號操作，而是一種以“文化生成物”為中介的同環境、他者協調，構筑知識的行為。在課堂中，我們不能忽視微觀層面的個體的心智活動或個體之間的交互作用行為，與此同時也要關注同宏觀層面的在社會文化的相互關聯之中所形成的“公共建構”。這幾種力相互依賴，缺一不可。

三、從個體的分布式智能到共同體的集體智慧

集體智慧作為一種共享型的智慧，它的存在是為那些個體智慧所解決不了的更多更為復雜且困難的問題，提供實用且高效的解決能力。集體智慧也可以定義為某種形式的網絡化，即互聯網。它是由通信技術的進步而引發的。Web 2.0實現了交互性，因而學生可以自己的內容。集體智慧憑借這一點來提高現有知識的社會共享。我們將在網絡教學中形成的集體智慧理解為：在學習過程中。學習小組或集體協力加強整體性與相互聯系，以便加深我們對事物的理解，使個體間的智慧達到進一步的凝聚，進而達到更高層次的整體性和密切聯系。形成共同創造的能力。依照Henry Jenkins的學說，集體智慧可以歸因于媒體融合以及共享文化。集體智慧不僅僅是所有文化在信息數量上的貢獻，同時，它也是質量上的貢獻。

隨著時代的發展，社會的不斷進步，人類學家與社會學家對各種認知現象有了更多的關注。在研究群體的問題解決、組織的學習與記憶時，發現組織作為一個群體所呈現出來的認知特性，與組織內部個體之前的認知特性有明顯不同。這也正體現出以個體認知為基礎的分布式認知與以共同體為基礎的集體智慧之間存在差異，但是實際上兩者的關系極為密切。調動分布式認知各種要素是集體智慧形成過程中一個必不可少的環節。如果缺少分布式認知各種要素的積極參與，那么最后集體智慧是無法得到效果的最大化。當個體認知被分布式認知的各要素充分調動起來的時候，集體智慧也就更容易得到激發與鞏固；而相反的，越是高級的集體智慧越能促進分布式智能的開發（見圖2）。

如圖2顯示，從智能的整體性視角觀之，個體認知與集體智慧兩者存在相互依存相互補充的緊密關系。綜合甘永成與祝智庭于2006年提出的虛擬學習社區知識建構和集體智慧發展的學習框架以及共創性學習的相關理論，以及分布式教學范式的特點，集體智慧在混合課堂中的形成大致可以分為三個階段：發散階段，交互凝聚階段以及整合創新階段（見圖3）。

階段一發散階段往往是出現在學習共同體剛剛形成初期，體現出來的多是個體的發散性的思維，雖然已經有小組出現，但是僅限于組內成員單獨面對面的交流，通過網絡的對話都很少，所以小組的作用在這個階段并不明顯，各要素呈現出自由發展且多變的狀態，因此在這個階段集體智慧是還沒有產生的，個體的智慧的簡單相加只能稱為集體的智慧而非形成了集體智慧這種能力。由于學習共同體的組織結構還不完善，缺少互動與交流，差異性明顯的學習者還處于被動接受的狀態，學習方式也是以個體的自主學習為主，知識在這個階段多為隱性或封閉式存在。

階段二凝聚，學習共同體的各要素分布相比階段一變得有組織性，差異性在慢慢的減退，大家尋找到一些共性并且開始有交互有聯系?；诜植际浇虒W范式的系統化視角，學習共同體已經開始構建起一定的組織結構，利用混合課堂的各種媒介通過相互的交流、互動、討論和協作，以及通過協作學習等多種學習方式，共享彼此的觀點、思想、資源。部分隱性知識在這個過程中開始外化，學習者在這個階段開始主動參與認知活動，個體智慧仍然是這個階段解決問題與完成任務的主力，但是集體觀念與運作開始萌芽并逐步培養出解決更高層次問題的集體智慧。

階段三在經過了階段二的發展過程，群體合作開始形成一個較為完善的系統，有明確的任務目標，形成高效的解決問題的方式，系統的整體功能大于內部各元素孤立功能之和，也就是說，這種系統特有的能力或智慧遠遠大于多個個體智慧的簡單相加，集體智慧能解決的問題輻射范圍更廣，并且能夠提供更多的新型解決方式，共同體內部成員不再是被動接受，而是主動探索進行共創性的學習，共享的知識開始具有社會性，形成了組織或社區的共同記憶，并在整合各種不同觀點的基礎上能夠發現新的問題創造出新的方案，從而達到學習目的和促進自身學習能力發展。

從以上各階段的特征我們可以看出，在集體智慧形成的過程中，離不開人與人之間以及人與技術、工具之間通過交互，而認知正分布于這各種要素組成的較復雜的系統中。只有當這些分布式的要素得到合理有效的組織與鏈接，才能更好的發揮各要素的作用與價值。集體智慧表達了兩種智能的聯結，一是肯定了個體智能的獨立性；二是肯定了個體智能在觀察復雜情境時的交互性。如果只看重集體智慧而忽視個體智能，將會因小失大，最終會影響集體智慧整個的系統效應：而只重個體智能不懂得將其加以整合利用，必會目光短淺，顧全不了大局。所以，要注意保持兩者的平衡，集體智慧是分布式個體智能的有效組合。是個體智能的合作和凝聚。從而使整體智慧得以加強和提高。集體智慧的激發正是分布式教學范式的“系統視角”的一種體現。參與認知分布的各個要素既相互獨立，又相互依賴、相互制約，有機地組成了一個學習的集體。

四、分布式網絡教學范式的運用

以上綜述介紹集體智慧與分布式認知的密切關系。下面我們以杭州師范大學外國語學院研究生課程《教育哲學》為例，展示分布式教學范式激發集體智慧的過程。該課為英語課程與教學論研究生一年級上學期必修課程。周課時數為3次，總課時數為33課時，2011年度學生數為29人。該課程代表了楊小洪教授近十年教學探討的最新方向，包含傳統課堂的面對面教學也包括清華版網絡教學平臺，主要有教學材料、教學筆記、課程論壇、課程作業的運用，其認知要素分布于多個維度。其中網絡論壇的師生互動。是教育哲學課堂的核心部分。全體學生在課前對網絡課堂展示平臺所提供的教學材料，按照教師提供的相關問題進行有針對性的個體閱讀，然后從課堂陳述小組呈現的PPT中獲取新的視角和資源，形成各自的觀點，在課程論壇的已開辟相關話題中跟帖討論。如形成的觀點與現有的話題不同。可以在論壇上另辟一個話題，引發新的討論。筆者作為研究生親身參與了課程的全過程，從中獲得對分布式網絡教學范式的深刻體驗。并形成了對自己畢業論文的基本構想。在隨后的研究中，筆者發現課程論壇不僅為師生的互動提供了有效的平臺，而且忠實地記錄了集體智慧形成的全過程，其保留的數據反映集體智慧形成的三個階段。

根據集體智慧形成三階段的理論，筆者對課程論壇的全部話題進行了梳理和統計，發現第1-4次課可作為發散階段，第5-7次課為凝聚階段，第8-11次課為創新階段。（見圖4）：

圖4中課程論壇上師生發帖數目對比清楚顯示：第一個階段學生似乎是課堂的主角，所有的話題都是以學生為主導的，話題討論非常寬泛與自由：第二個階段師生發帖數目發生了變化，教師慢慢開始引導學生展開討論：第三個階段學生發帖數驟減，而教師開始成為課堂的主導，管理并組織著課堂的主要活動與任務，話題收斂并且集中。這跟教師的課堂指導策略有著緊密的關系。

Amy對網絡社區中混合型課程的行動研究分秋季、冬季及春季三個研究階段進行。在不同的研究階段采取了輕型、中型及重型任務指導三種不同的教學策略，不同的教學策略在各個階段都發揮其應有的作用并幫助他取得了最后的研究效果。在教育哲學這門課的網絡教學中，教師也采取了類似的指導策略。

（一）第一階段：發散

教師在第一階段并沒有直接干預網絡課堂。而是采用輕型任務指導（the light-duty moderating）的策略。這是一個嘗試與觀察的階段，學生與教師都需要時間來熟悉這種環境。教師要在這個階段把握住學生的特點與這個混合型課堂有的課堂文化，并從全局把握這個課堂認知活動的全貌。掌握課堂所有可以利用的資源。所謂輕型任務指導，是指教師還是先從傳統課堂的管理入手，布置的任務也多為傳統課堂中開放式表達的任務，沒有確定的質與量的要求，學生享有較多的自由空間。學生在這個階段是比較自由的，不管是在課程論壇上還是在教室里，學生都能暢所欲言表達自己的觀點與想法。

這個階段的特點就在注重個體表達與開放性，旨在開發這個分布式認知的同心圓模型中最內層最核心的個人力，也就是個體的經驗與傾向。因為只有在這個階段先抓住學生的“個人力”，讓他們把個體的多元智能先發揮出來，外化自己已有的知識與經驗，才能幫助教師抓住學生的學習興趣，把握住他們對這門課的傾向性，才能更好的從這些個體差異性中尋找到共性以為后面階段的合作交互做好充足的準備。

要想在第二階段使所有分布式的認知得到有效的組合與凝聚，就需要在第一階段摸清楚影響課堂的所有認知分布的資源，這樣才能使這些資源不被浪費，讓最后的集體智慧實現最大化。在這個傳統課堂與網絡課堂相結合的環境里，認知要素分布的范圍非常廣，比如認知的主體，客體，媒介（人工制品），課堂任務，課堂文化，課堂組織結構，學習環境，社會等等。除了這些都還比較容易被發現資源外，有一個非常重要的資源卻最容易被忽略，那就是時間（見圖5）。認知同樣分布于時間上：過去的認知是現在的認知形成的基礎，而現在的認知必將會對未來的認知活動產生影響。這就意味著學生過去的經驗與經歷會對其現在的認知有影響，而在這課堂里形成的認知也肯定會左右其將來的認知。因此學生與教師過去的經驗都是課堂的寶貴資源，并且了解學生現在的認知也能為以后的課堂提供參考。所以教師在課程開始的第一節課上就對學生進行了一次前測，選取了5個關鍵詞（學習，小組。思考。英語，我）讓學生各填寫10到20個詞語來闡釋對這5個關鍵詞的理解，為期末的后測提供有價值的可對比的數據。

（二）第二階段：凝聚

第二階段教師指導的特點開始發生變化。由輕型任務指導慢慢轉變為中型任務指導（the medium-duty moderating）。這是一個過渡性的階段，但是卻很關鍵，在這個階段分布式認知能否得到最有效的組合將會直接影響到最后集體智慧的激發效果。所以，中型任務指導是教師開始讓分布式的資源開始收斂凝聚的體現。這個階段的特點則是注重合作與共享。小組在這個階段扮演了重要的角色。學生被分為了10個小組，課堂的任務基本上開始以需要小組合作的任務出現，比如每節課后小組需要在網上討論心得或者提出新的問題：每節課會有2個小組做陳述，陳述的PPT需要提前做好上傳到教學平臺：以及在課堂上做陳述的小組會面臨其他小組的質疑與挑戰等。通過這種分組與任務的轉變，教師很好的把班級的組織結構建立起來，形成了個體一小組一集體的三層組織結構。雖然集體的作用在這個階段還并未得到很好的體現，但是通過不斷的個體與個體的合作，小組與小組的合作已經為后面的集體合作打下了堅實的基礎。

分布式認知的同心圓模型中間的地域力是指直接影響學生認知的伙伴、資源和其他媒體，因此在這個階段教師指導要考慮到資源的合理利用，要讓學生對自己的學習伙伴有交流，這樣才能為群智慧能力的激發奠定基礎。從圖6階段二分布式認知活動模型中可以看出個體合作、小組合作與課堂任務成為這個階段的最為主要的參與分布式認知活動的要素。但是除了這三個相對顯性的要素之外還有另外三個較為隱型的要素也在參與分布式認知的活動：一個是媒介，它與分布式組織中的個體同屬于分布式認知同心圓模型中的第二層地域力中的范疇，不管是什么樣的合作，媒介都在充當著交流工具的角色，不僅能促進組織活動中合作更好的完成。同時也在幫助學生減少認知負荷：二是教師設定不同的課堂環境會產生不同的課堂效果，比如討論式的課堂環境，競爭式的課堂環境，挑戰式的課堂環境，辯論式的課堂環境等等都在促進不同形式的合作的形成：三是課堂文化，它在分布式認知活動中也扮演了重要的作用。根據分布式認知同心圓模型，也是就最外層的文化力開始發揮作用，隨著個體、小組、任務、環境、媒介的不斷交互產生聯系，共享開放的課堂文化逐漸在凝聚，并反過來影響課堂，個體價值取向在慢慢向共同體文化靠攏，并逐漸形成學習型的組織或者社區，使合作與共享的課堂文化充分地發揮它的價值。

（三）第三階段：整合創新

第三個階段是屬于一個升華整合的階段。這個階段一個完整分布式系統基本確立，這時的學習共同體不僅要延續階段二的合作型學習方式，在教師的引導下還要充分運用這個系統逐步實現共創型學習方式，所以在這個階段教師所運用的指導策略是重型任務指導（the heavy-duty moderating）。首先在這個階段保留了上一個階段的一些任務，比如尋找、篩選或替換教學材料或小組陳述中的關鍵詞。這種任務的延續是為了排除上一個階段的劣構。進一步優化這個活動系統。更加注重集體的成果。其次綜合性、創新性的任務逐漸加入進來，比如制作思維導圖、尋找隱喻表達以及歸納邏輯命題等等。這些任務以之前的思維成果為出發點，通過新視角、新目標或新形式的導入，激發全班同學的高階思維，引發積極的社會意義建構過程，從而達到集體智慧的生成。

學習者通過這一階段的學習任務。要實現自己身份的轉變，就是從最開始的被動接受者變為主動參與者再成為主動探索者，要獲取更高層次的思維能力。即在已有的問題基礎上。進行發散性和聯想性思考。比如與自身或別人的社會經驗相結合，創造性地利用個體的差異性。進行“頭腦風暴”式的思考，提出新問題、新觀念，并能夠以這種新觀念作為新的行動指導。使最開始的高級的隱性的知識成為具有社會性可供大家分享的知識。

除了第二階段信息交流之外，這個階段更注重合作的另外一種重要內涵。那就是情感交流與心理溝通，在合作完成學習任務過程中，共同分擔責任，共享成果，相互交流與相互評價，使學習者能體驗到一種被他人接受、信任和認同的情感。通過相互挑戰、啟發、激勵，發展認知能力，不僅極大地促進個人的合作能力與團隊精神的形成，而且使得這個系統內在更加的完善，得以長久維持。

通過分析第三階段的一個實例可以清晰展示出課堂所有參與者在創建思維導圖這個新任務中的群智慧是如何被激發的。

教學材料：第三階段第9課時Interaction between learning and development by Vygotsky（維果斯基的《學習與發展的相互作用》）

任務：首先由第10與第1小組的成員做課堂陳述，之后各個小組根據以上陳述以及自己對教學材料的理解選取關鍵詞10個或者10個以下的關鍵詞制作思維導圖

異質分組在這個過程中非常重要，這些小組是合作學習和集體創造過程中的核心要素。通過個人與小組，小組與小組以及媒介與共同體之間信息的交流與共享，相互給予啟發，創造更多的靈感。使隱形知識顯性化并且得到重構。建立新的圖式，激發出解決更多更復雜問題的群智慧能力。而且教師在考慮分組時采取異質分組的策略，讓不同個性的學生組成各個小組，使得小組成員在小組學習中都能發揮不同的作用。在所有的課堂任務中，我們選取了課堂最后一項任務，最為直觀的制作思維導圖。來體現集體智慧在這一階段的創新性。表1為全班作圖數據統計。

表1顯示，課內作圖數量為11，全班共10個小組，每組1副。其中有1組2副。課后共6副。也就是說有6個小組在課堂各組作圖的基礎上課后重新建構了他們的思維導圖。課后制作的思維導圖，關鍵詞的均值要小于課內導圖，思維的概括性明顯高于課內。圖形結構方面，課內制圖左右結構數量多于環形結構，其邏輯縝密性低于課后制圖。我們且按照關鍵詞數量和圖形結構這兩個維度，從左右結構和環形結構這兩個課堂思維導圖較為集中的類型，比較課內外制圖學生思維在概括性和縝密性方面的差異，并進而展示集體智慧的創新性。

制作概念圖的起點：選自第1組和第10組課前準備的PPT中的一個更為貼近維果斯基思想的概念圖。

1.課前制圖

教師課堂點評：抓住了最為重要的關鍵詞，起點和終點的邏輯關系表達清晰，努力梳理概念之間的邏輯關系。

存在問題：（1）關鍵詞太多，共16個，其中一些可以相互整合，盡量減少可有可無的關鍵詞；（2）結構太復雜，沒有突出核心部分：（3）沒有融入以往學過的相關教育家的思想。

教師課堂點評：關鍵詞有所減少，結構更為簡單，但判斷力上有欠缺，有些重要的概念被刪，如ZPD，教師引導等等。全圖突出的是知識內化過程，而維果斯基思想所強調的社會文化互動的重要作用被弱化。

教師課堂點評：關鍵詞與結構都更為精煉，各要素之間的關系表達更加清晰，并且提到了教師指導以及社會毒在個體發展過程中的作用。此圖優點在于引進了杜威和皮亞杰的相關概念，如指導（direction）、反思（reflection）、選擇（choice）、同化（assimilation）和順應（accommodation），展示了力圖將不同教育家思想融會貫通的努力。缺點則是，雖然圖中已經涉及到維果斯基思想所強調的互動的作用，但是該圖主要突出的卻是個體對環境的適應過程，社會文化互動以及最近發展區（ZPD）等核心概念仍然沒有準確把握。

教師建議：重讀杜威和皮亞杰的相關文獻，用杜威和皮亞杰的概念充實維果斯基的關于學習與成長的互動過程，用維果斯基的互動過程來梳理杜威和皮亞杰的相關思想。

3.課后制圖

上傳時間顯示，圖10和圖11比圖8和圖9晚7天。比較課內和課后兩組概念圖，可以看到，經過了幾輪“頭腦風暴”式的課堂討論、教師點評以及課后的閱讀、反思和融會貫通之后，課后的圖10和圖11有了明顯進步：

（1）重新找出了維果斯基文章中關于學習與發展社會文化互動過程的關鍵詞，并將這個互動過程放在圖形的核心部分，突出了維果斯基所強調學習與發展社會文化互動過程。

（2）對照維果斯基的思想重新閱讀了杜威原著《教育與民主》之第三章Education as Direction（教育即指導），將其中30頁的這樣一段話“因此關注與指令是指導的兩個方面，一個是空間上的，另一個則是時間上的”（Focusing andordering ale thus the two aspects of direction，one spatial，the other temporal），融入了對“他人提供的幫助。比如同學等。特別是教師的”（assistance provided bv others，like peers，especially teachers）的理解，將教師的幫助（eacher’s assistance）變為了教師的關注與指令（teacher’s focusing andordering）。

（3）重讀了皮亞杰關于同化與順應（assimilation and accommodation）的論述，將維果斯基的內化（internalization）轉換為學習者自身的同化與順應（learners’assimilation and accommodation）。

（4）最終的學習成果包含著對學習材料共同的社會性理解，無論是左右結構和環形結構的概念圖，都突出了維果斯基的社會文化互動過程，也同樣將杜威和皮亞杰融入了對維果斯基的理解。

以上的這個實例展示了階段三集體智慧如何交互并協同創造的過程。階段三的起點是階段二過程中小組建構的PPT，它使小組合作形成一個較為完善的思想成果。審視這個概念圖，發現其中的不足，思考如何對之進行重構，就成為這一階段課堂的明確任務目標，它需要更為高階的解決問題的方式。教師在充分調動了學習個體和小組各元素的功能之后，通過口頭點評，引導共同體成員在整合各種不同觀點的基礎上進行更為廣泛的閱讀，深入的思考，發現新的問題，創造出新的方案，從而達到學習目的和促進自身學習能力發展。

階段三集體智慧的運作，展示了如下功能：

（1）排除上階段二的一些劣構，如關鍵詞太多。結構復雜，重點不突出等等；

（2）在探索新的解決方案的時候。暴露了共同體成員學習和思維能力方面的普遍不足，如思維缺乏整體性而導致的判斷能力不夠等：由此引發教師新一輪的指導；

（3）拓展了共同體成員思考和解決問題的視野，導致了共有的一些高階的解決問題方式，如重溫原有知識以達到對新知識的理解；

（4）在提供更多的新型解決方式的基礎上，激發共同體成員主動探索進行共創性的學習，讓最開始的高級的隱性的知識成為具有社會性可供大家分享的知識，形成了組織或社區的共同記憶；

五、總結

混合式的網絡教學是一個非常復雜的過程。涉及的元素眾多，因此在不同的學習階段、不同的學習環境下，對于學習者的不同發展階段和學習內容的不同形態，應該采用適當的教學范式。由于網絡本身的分布特性使得分布式教學范式在混合式的學習中能夠有效的得以運用，并且通過資源的有效整合使得集體智慧能夠充分的被激發。在分布式教學范式的教學策略中，課堂任務的管理與組織是其中最為重要的一環。任務的設置不能過于庸俗化，在創設情境的同時要充分考慮到學生個體原有認知也就是學生本身的經驗，其次是要實現在這個課堂中所有參與認知的分布式資源通過各種交互式的任務互動，實現資源共享的最大化，才能為集體智慧的激發創造良好的條件。在這種分布式教學范式指導下的學習過程中。學生一方面借助各種媒介（包括傳統的和數字化資源）通過自主探究、協作探究等方式進行問題解決和知識建構，在培養集體學習能力的同時提升自身的自主學習能力：另一方面，教師通過對混合學習過程的監控，適時地插入講解和評價。對整個過程進行調控和管理。為學生提供必要的幫助和指導。然而，在具體教學過程中。接受式教學范式、建構式教學范式，分布式教學范式這三種學習范式并不是截然分離的，而是有一定交叉重疊，它們之間是相互補充而不是相互排斥。它們都有合理的科學的一面，同樣也有局限性的一面。并不是在所有環境，所有情況下都只適用于一種范式。

分布式教學范式除了能激發集體智慧外，同樣還帶給我們一些別的啟示。首先在追求集體智慧最大化的同時不能忽視個體認知。個體信息的反饋以及個體中尚沒有獲得現行表達的認知都是整個系統的重要資源。個體認知是分布式認知的核心，而分布式的認知活動也是讓個體認知趨于穩定的過程。個體之間既相互獨立，又相互影響。認知是一個在分布式環境中螺旋式上升的過程：其次分布式認知中的文化力能夠讓處于這個分布系統的成員逐漸形成身份的認同感。當學習型的組織或者社區形成的時候，學習者作為其中的一員也慢慢受這種組織或社區文化的影響，逐步改變自己的認知，向這個組織或社區的文化靠近。我們在學生前測與后測的數據對比中就很明顯的發現這一點。在前測的數據分析時自我的語義場更明顯，而在后測的數據中。合作。集體。小組等非自我的語義場增加了許多，這也說明整個班級也經歷了從個體向共同體過渡的這么個過程。

時代還在不斷的前進，隨著將來新技術新理論的出現，對網絡教學會有更多的探索與研究，也會給未來的學習方式與教育方式帶來更多更有意義的啟示。

[作者簡介]

篇4

關鍵詞 云計算；云服務；開放式教學；教學資源

中圖分類號：G40-057 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）12-0106-03

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》第21章第66條提到，教育信息化建設要求“建設有效共享、覆蓋各級各類教育的國家數字化教學資源庫和公共服務平臺”；第67條指出要“建立區域內普通教育、職業教育、繼續教育之間的溝通機制；建立終身學習網絡和服務平臺；統籌開發社會教育資源，積極發展社區教育；建立學習成果認證體系，建立‘學分銀行’制度等”[1]。根據綱要的要求，我國一些區域已經建立了網絡教學資源平臺，一定程度上促進了教育和教學的發展。但這些已建立的平臺分布散亂不均，平臺建設單位各自為戰，庫存資源沒有統一標準，不能實現真正的“共建、共享、共用”的目的，“資源孤島”現象嚴重，且資源更新速度緩慢，每個單位重復投資、開發和建設現象普遍，維護成本過高，造成嚴重的國家財產、資源的浪費。本文擬進行云計算的理念和技術與開放式教學模式的整合研究，達到豐富優質教學資源、突破傳統教學界限、變革教與學的模式、提升教學效益，促進全民自主學習和終身學習的目的。

1 云計算概述

1.1 什么是云計算

云計算是一種基于因特網的超級計算模式，是指IT基礎設施及服務的交付和使用模式通過網絡以按需、易擴展方式獲取即需服務[2]，具有超大規模、虛擬化、低成本、高可靠、易擴展等特點。

1.2 云計算原理

云計算是分布式處理、并行處理和網格計算的發展。云計算的資源、應用、計算任務和服務都運行在大量的分布式計算機上即云服務端，而非本地或遠程單一服務器，這使得用戶能夠隨時隨地通過網絡使用低配置終端就可以從云端獲取所需服務。

2 開放式教學的內涵

在傳統的以傳授知識為主的灌輸式的應試教育中，教學和學習活動主要限制在教室和實驗室，學生的學習活動幾乎都是按教師預先設定好的教學內容和程序“依樣畫葫蘆”[3]。在這種傳統教學模式下，學生容易形成一種單一固定的思維模式，限制了他們的發散思維，限制了他們解決問題能力、創新思想和創新能力的培養。

開放式教學，源于人本主義的教學理論模型和建構主義的教學模式。人本主義學派科恩（R.C.Cohn）于1969年創建了以題目為中心的“開放課堂模型”；建構主義學派斯皮羅（Spiro）于1992年創建了“隨機通達教學”和“情景性教學”[4]。這些教學理論模型強調：教師并不是“先知”，不應是知識的灌輸者，而是知識學習的“引路人”“催化劑”。學習是學習者主動建構的內部心理表征過程而并非被動的知識接收。

1）開放式教學要求教學目標的開放，強調教學目標可以是多樣化、因人而異的，教學的根本目標是在探究和解決問題的過程中鍛煉思維的發展、解決問題能力的培養，激發沖動從而主動尋求和發現新的問題。

2）開放式教學要求教學組織形式的開放，打破以往的教學組織模式，強調教學和學習應向社會延伸，向影視、報刊、電子網絡等更大范圍的多種媒體延伸，學生可以根據自己的學習需求隨時隨需進行個別化學習。

3）開放式教學要求教學評價的開放，不僅僅關心學生的學習結果，更應關心學生成長的過程，應建立評價檔案袋對學生的學習過程進行全程多標準、多元化記錄評價。

3 基于云計算的開放式教學模型

針對目前教學資源分布散亂不均、更新速度緩慢、重復建設、維護成本高、共享程度低等教學資源建設中存在的普遍問題，以及傳統傳授式教學模式中存在的種種缺陷與不足，本文提出一種新型的教學模式——基于云計算的開放式教學模式，并對這種模式應用進行深入探討研究。

3.1 部署模型

基于云計算的開放式教學模式將所有的教學資源數據的存儲和計算任務交給云端處理，將一切教學資源以“云服務”的形式提供給資源用戶，師生只需采用性能一般的低價筆記本電腦或智能手機接入云服務，就可以在任何時間、任何地點隨時隨地利用、享受云計算提供的資源和服務，就某方面的知識進行學習，從而實現小班教學、微型化學習、個別學習等開放式的教學和學習方式。云計算與開放式教學的整合將解決教學資源不能充分共享、資源不足不均、重復建設、“資源孤島”現象嚴重等教學資源建設過程中的普遍問題。

在圖1所示教學資源云計算模型圖中，云服務端負責教學資源的存取、分類、管理、維護、調度以及訪問負載均衡，負責把分散的、本地化的自成一體的教學資源通過云計算轉化成一個與具體的網絡環境、用戶終端系統和服務端系統無關的統一而強大的虛擬通用教學資源服務平臺，把所有教學資源以“云服務”的形式在云服務端供資源用戶獲取使用。

隨著信息化在教育領域應用的發展，學習已經不再被局限于學?；蛘咂渌逃龣C構的范圍內。云計算環境下，以學習者為中心的個人學習和“非正式”的學習將是今后人們學習的發展趨勢，基于云計算的開放式教學可以更好地迎合并推動這種趨勢的發展，有利于終身學習。

3.2 特點

1）共建，共享，共用?；谠朴嬎愕拈_放式教學模式可以利用現有的互聯網以及現有的分散的、本地化的、自成一體的教學資源進行系統化的統一資源分類，進行面向云服務的改造和封裝，并到云服務端提供教學服務；其次，利用云計算服務，相關教學團隊和成員可以自發地參與教學資源庫的建設并提供統一的系統化的教學資源云服務，從而實現教學資源、教學信息甚至教學環境的最大、最優化共享、共用。

2）降低運維成本。將教學資源通過云計算進行統一整合，統一引擎調度，從而有效避免教學資源分布散亂不均、重復建設嚴重、資源孤島現象嚴重的問題和缺陷，實現靈活的、可靠易擴展的統一運維。云計算的提出最小化了終端設備的需求，極大地降低終端用戶成本，實現前所未有的性能價格比。

3）促進教育多元化發展，催生新型學習模式。隨著教育信息化的發展，教育形式也日漸趨向于多元化的發展，基于云計算的開放式教學可以在很大程度上滿足這種多元化需求。在這種教學模式中，學習者便于從“云端”選擇自己所需資源和服務，也便于自行安排學習進程和學習方式，從過去死板的學習模式中解脫出來，促進學習方式的變革。

4 技術路線

4.1 支撐平臺架構

云服務平臺即開放式教學模式的支撐平臺是教學資源的載體。服務平臺的建設一要考慮到教學資源的因素，二者是相互支撐的，缺一不可；二要根據開放式教學的特性需求，并充分考慮行業特征以及現有設施和平臺的狀況，評估其遷移或升級的可行性，采用統一規劃、模塊化、分層次的架構思想和策略構建安全、可靠、靈活、易擴展的云計算平臺；三是平臺系統分為基礎設施層、資源層、業務服務層和應用層，如圖2所示。

1）基礎設施層利用現有的網絡將大批量的主機、服務器、存儲設備通過虛擬化技術把異地零星分布的硬件資源集群鏈接，構成一個龐大的能夠存儲海量教學資源的分布式易擴展動態虛擬存儲平臺。基礎設施層具有存儲動態擴展、高可靠、負載均衡自動化、超級計算能力等優勢特點。

①存儲動態擴展。虛擬化技術能夠動態添加和擴展計算機節點或磁盤空間而不中斷正常業務的運行，可以隨時根據業務數據量的大小需求添加或減少存儲節點，實現更好的容量價格比。

②高可靠。“云”技術使用數據多副本容錯、計算節點同構互換等措施，提供了良好的容錯能力和強大的故障恢復能力，平臺（即計算機群）內的任意節點的故障不會影響系統業務的正常運行，保證數據和服務很高的可靠性。

③負載均衡自動化。負載均衡技術的使用可以更好地保障服務響應速度，提供更好的訪問質量，提高資源的利用率和用戶體驗。

④超級計算能力。理論上，“云”技術可以整合鏈接無數臺分布于不同地理位置的計算機節點。如Google的云計算平臺已擁有一百多萬臺服務器，IBM、Amazon、Yahoo、微軟等均擁有幾十萬臺服務器，“云”賦予它們前所未有的超級計算能力。

2）資源層以基礎設施層為依托，負責教學資源的采集、審核、重構、整合、調度并實現面向云服務的資源封裝，實現資源及其共享機制的規范化。教學資源由多種媒體組成，其表現形式也復雜多樣，為更好地滿足開放式教學需求，提供更好的教學服務，資源的采集和封裝過程必須依據統一的規范和標準。可參考的規范和標準有《教學資源建設技術規范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、學習對象元數據（EELTS-3）[6]、基礎教育教學資源元數據規范（CELTS-42）等。

3）業務服務層提供統一安全的用戶管理、教學資源以及資費的管理。用戶管理包括用戶在線注冊、用戶按需受權，統一安全身份認證等。教學資源的管理需要根據用戶的評價反饋及使用情況進行必要的添加、刪除、修改和調整。資費管理包括：實現用戶的按需購買付費策略；對用戶的資費進行統一的安全管理。

4.2 教學資源庫的建設

教學資源庫建設的推進是一個非常復雜、充滿不確定性的過程。首先對行業現有的教學資源進行面向云計算服務的系統化梳理、歸類、改造和封裝；其次可以將已架構好的云服務平臺的資源建設接口開放給各教學單位或成員，進行自行的資源建設和上傳。通過實現半自動化或自動化的資源調配策略來實現對新建資源的動態重構、自動化部署、監控、管理和調度。具體教學資源庫建設的實施過程包括前期資源的采集、整理分類、資源封裝、資源評審入庫以及后期的維護和管理。需要注意的是教學資源庫的建設是一個漸進的閉環的過程，不是一蹴而就的，需要進行反復不斷的改進。

1）資源采集。就目前我國教育發展和教學資源建設的現狀來說，資源的獲取途徑主要有：有線電視教育節目的采集錄制；由專業教師提供教案、課件；由學科教師和資源建設者共同開發資源；由資源建設者根據資源庫的內容要求從網上進行搜集；購買成套的素材、課件、網絡課程光盤；成立專門組織，調撥專用資金進行資源開發建設等。

2）資源分類。教學資源的分類是指依據教學資源內容屬性和其他特征進行資源類聚，并將類聚結果按一定的組織次序結構進行組織的過程。在進行教學資源分類時要充分考慮科學性、系統性、可發展性以及面向用戶性。具體實施過程中可參照《教育資源建設技術規范》（CELTS-31）和《中華人民共和國國家標準學科分類與代碼》（GB/TB745-92）。

3）資源封裝。搜集來的資源經過系統化的整理和分類，已經具有良好的組織構架。但同一類的資源其文件類型和格式復雜多樣，這不利于資源的管理、使用和共享。因此，資源入庫前需要對資源進行面向云服務的改造、整合和封裝。在實際的資源建設過程中可以參考我國《教育資源建設技術規范》的有關規定進行資源封裝。

4）資源的評審入庫。教學資源質量的高低直接影響資源庫的質量和效用，因此在資源建設中要根據資源庫建設的目的和教學要求嚴把質量關，保證庫存資源的質量和權威。首先，制定相應的評價指標，由資源審核員對已搜集到的資源進行分類初審并優化和整合，初審通過的資源由各學科的審核員進行復審，復審通過的資源進行專家送審、評定星級；其次，對審核已通過的資源進行分類、分級入庫。

5）后期維護管理。后期維護管理是一個循環反復漫長而無盡頭的過程。①資源數據結構的維護。管理員需要對資源數據結構和系統內鏈進行實時的優化，以方便用戶對資源的隨需檢索和訂閱，即提高用戶體驗。②資源內容的維護。教學資源的內容才是整個系統的重中之重，一個資源庫的質量在絕大程度上取決于其資源內容的質量，需要經常根據用戶的使用情況、要求、評價結果對資源庫中的資源進行必要的添加、刪除、修改與調整。一個內容經常更新、對用戶的反饋及時應對的想用戶之所想急用戶之所急的資源庫才是高質量的資源庫。

5 總結

基于云計算的開放式教學應用是在網絡時代教育領域教育理念和技術的制高點，是一個新興的革命性的概念，既是全球化社會和改革開放的時代要求，又是培養創新精神和實踐能力為核心的新一輪教學改革的需要。從美國北卡羅來納州西蒙公司在格雷漢姆小學首先開展云計算項目的嘗試，到Google宣布在中國大陸啟動云計算學術合作計劃Academic Cloud Computing Initiative1，與中國大學建立學術合作項目，廣大的教育工作者進行了大量的實驗和實證研究。但作為一種新的教學理念，不管是理論建構還是實驗探索都才剛剛起步，還有很多問題需要進一步的探索，如云計算環境下開放式教學的課堂操作模式、評價指標，開放式教學對學生的開放性思維、創新精神和實踐能力培養的作用，都還缺少實證研究。這種應用盡管還處于萌芽期，在實際應用中面臨很大的挑戰，但隨著相關理論和支撐技術的日漸成熟，必將在不遠的將來展示出強大的生命力，在教育領域產生重大的影響。

參考文獻

[1]國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）[M].北京：人民出版社，2010：62-66.

[2]賽迪顧問股份有限公司.中國云計算產業發展白皮書[R].北京，2011：4.

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篇5

關鍵詞： 數學實驗 云計算 教學平臺

數學實驗作為一門新實踐課程被國內眾多高等學府引入大學課程中，數學實驗教學平臺建設是研究熱點之一。目前，各高校建設的數學實驗室是主要數學實驗教學資源平臺[1]。傳統數學實驗室是將計算機軟硬件、數學軟件包、教學資源、課件制作、計算機輔助教學等有機融為一體，是基于局域網的數學實驗環境，建設成本較高，學生必須到數學實驗室――以微機為主體的機房進行實驗，使數學實驗受到空間上的限制，同時基礎數學實驗是面向所有專業學生開設的，實驗資源緊張，導致學生上機實驗時間受到限制。為了克服以上困難，本文提出了建設云計算環境下數學實驗輔助教學平臺，該平臺有利于提高學生對數學實驗的興趣，顯著提高實驗設備的利用效率，降低硬件資源建設成本。

1.云計算在構建良好數學實驗環境中的優點

云計算既指在互聯網上以服務方式提供的應用系統程序，又指在數據中心用來提供這些服務的硬件和系統軟件。云計算可理解為并行計算、分布式計算和網格計算的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現[2]。云計算的理念是把基礎設施、平臺或者應用程序以服務的形式提供給用戶，使云計算在遠程實驗室建設中具有許多優勢。

云計算在構建數學實驗環境中的主要優點體現在：第一，基于云計算技術構建的數學實驗環境是放置在云端的，在高速互聯網支持下，學生和教師可以隨時隨地進行數學實驗，使數學探索過程更順暢，同時教師可以通過云端實時在線指導；第二，云計算技術中主要的計算和存儲由后端集群架構完成，前端設備可以最小化，學生和教師可以通過智能化終端如手機等進行數學實驗，降低數學實驗的準入門檻；第三，有利于構建協作式教學和實驗環境，由于所有教學資源和學生學習文件都放置在云端，可以方便地進行集體式備課、異步教學探討、分組實驗和知識交流；第四，提高數學實驗教學效率，海量的云存儲空間可以為每一個學生建立一個個性化的實驗空間，為每個教師建立教學空間，學生可以快速下載實驗資料，教師能快速部署課程文檔和程序；第五，高效利用數學實驗室的軟硬件資源，計算機和正版數學軟件是數學實驗室的主要資源，而這些資源只有在機房開放時才會被使用，在沒有實驗課時及假期尤其漫長的寒暑假基本處于閑置狀態，云計算技術可以將這些廉價的PC整合成具有強大計算能力和存儲能力的服務平臺，提供不間斷的服務并且通過網絡將這種服務配送給廣大師生；第六，滿足特殊的數學實驗和計算要求，一些數學實驗任務涉及大數據的處理和耗時的計算，在單機上難以完成，云計算系統框架允許在短時間內靈活地集結實驗室的計算機，使之完成大型實驗任務。

2.數學實驗云計算輔助教學平臺的設計

2.1功能模塊設計

數學實驗云計算輔助教學平臺是一個集成的數學實驗環境，在此環境中主要的操作對象有教師、學生和平臺管理人員和執行特殊科學計算任務的科研人員，因此將該平臺分成四個子系統，分別是教師子系統、學生子系統、科學計算子系統和管理人員子系統，各個子系統之間相互聯系，實現一個整體的數學實驗教與學的環境。管理人員子系統主要負責對整個平臺的運營管理，包括實驗環境管理、平臺的配置管理、運營數據管理和安全策略管理，并對教師、學生、科研人員的信息進行管理。教師子系統實現教師課程管理、部署實驗任務、在線輔導、協作備課、作業布置及處理、測試管理和學生信息管理，還包括數學實驗模塊。學生子系統實現在線實驗、協作交流、作業處理、資源共享、在線測試和實驗心得分享等功能?？茖W計算子系統為科研人員提供大數據處理和高要求的數學計算功能，實現項目計算任務管理。

2.2基于Hadoop的數學實驗云計算教學輔助平臺的框架

Hadoop框架是Apache基金會基于Java語言開發的開源云計算框架，很多國內外知名互聯網公司使用Hadoop框架開發出自己的云計算服務。Hadoop框架最核心的設計就是：分布式文件系統（Hadoop Distribution File System，HDFS）、分布式計算框架（MapReduce）、分布式數據庫（HBase）和數據倉庫（HIVE）。

由于Hadoop是采用Java語言開發的，因此基于Java平臺開發Web層，這樣web層能很好地與Hadoop相融合，web層主要接受用戶請求并返回對用戶的響應，包括教師子系統、學生子系統、科學計算子系統和管理員子系統。Web層數據交互模式有三種方式：與數據庫交互網頁信息數據、與HDFS交互資源文件數據、與數學軟件通過webservice交互數據，處理用戶的請求，如在線數學實驗、教學資源上傳下載，并將處理結果回饋給Web層，在線數學實驗是本輔助教學平臺提供的核心云端服務，該服務面向廣大師生，經常會出現大規模的并發訪問，因此在這一層將應用Hadoop的MapReduce并行計算框架，將多個數學實驗服務請求發送給集群內不同的計算機并行處理，并將處理結果返回給Web層。這樣不僅可以完成小型數學實驗項目，還可以完成大數據處理和耗時的科學計算等特殊實驗項目。數據層使用MySql和HBase結合的方式存儲大量的數據，對外提供一致的數據接口。數學實驗輔助教學平臺的資源存儲訪問模塊基于Hadoop的HDFS實現。

2.3數學實驗云計算輔助教學平臺的集群架構

云計算系統之所以具有超強計算能力和存儲能力，是因為背后有集群計算機的支撐，云計算下的數學實驗教學輔助平臺通過Hadoop框架，可以將數學實驗室的普通PC機組織成起來，以集群方式向廣大師生提供高性能和高質量的服務，高效利用實驗室設備，并可以進行大型的并行計算和分布式計算，如大數據處理。由于數學實驗室的每臺計算機上都安裝了數學軟件，在每臺機器上部署Hadoop系統，則每臺PC都可以成為一個計算服務器，并為Hadoop系統的調度器調用。

參考文獻：