第23卷现代教育技术V ol. 23 2013年第10期Modern Educational Technology No.10 2013 未来课堂软件环境的设计与实现——以温州大学未来课堂为例叶新东1,2张甦敏2（1．温州大学教育技术系，浙江温州 325035；2．华东师范大学教育信息技术学系，上海 200062）【摘要】随着云计算等信息技术的发展和应用，以未来课堂研究为代表的课堂学习环境设计研究趋向成熟，未来课堂的软件架构也逐步清晰起来。
教育技术领域的研究者开始试图构建一个真正地用于教学的技术环境。
该研究通过软件需求分析与相应云平台技术的比较，确定了未来课堂软件平台环境构建思路与方案，并进行软件环境的实际搭建。
希望为未来课堂的软件环境设计提供一个实践案例，为以后未来课堂进入真正的教学研究提供环境基础。
【关键词】未来课堂；软件环境；设计；实现【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2013）10—0005—06 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2013.10.001一引言一个良好的教学（学习）环境只有硬件设备肯定是不够的，还需要功能强大的学习支持系统和各种教学软件来配合，才能构建起一个完整的学习环境。
为了实现未来课堂的教学功能，适应未来课堂多屏环境和廋终端的硬件环境，我们在教学软件环境的设计中引入了云桌面（Cloud Desktop）技术。
云桌面技术是一种仅将操作系统桌面呈现在用户面前的技术，由服务器端完成计算。
通过把计算能力移动到服务器端，将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理，虚拟桌面的存储和执行（包括操作系统、应用程序和用户数据）都集中在数据中心。
用户使用终端设备通过远程协议进行访问，以虚拟桌面的形式替代个人电脑，不仅大大降低了企业和学校成本，而且具有与传统个人电脑同样的用户体验。
因此，云桌面具有很高的应用价值和用户吸引力。
未来课堂教学软件环境主要包含：云桌面学习支持系统、基于Windows的学科应用软件、基于Android系统的应用工具构成，并通过无线互联软件和协议进行无缝连接形成一个完整的教学软件环境支持体系。
二需求分析1 未来课堂教学对于软件环境的新要求未来课堂的教学环境要求对软件系统提出了新的要求，为此本研究对中小学各学科教师进行了访谈调查，一共做了16份访谈，访谈对象包括各个学科初、高中教师，由于未来课堂环境建设偏重于新技术接受方面，其中8份选择信息技术教师作为访谈对象。
根据问卷调查中教师对新技术使用的疑虑和软硬件环境提出的要求，对软件系统主要提出如下要求：（1）软件及系统维护管理更集中需要将应用和数据集中在统一的服务器集群中，严格分发控制，客户端上执行的存储和操作（包括操作系统、应用程序和用户数据）都集中在数据中心，从而可以实现管理员对用户行为的统一管理和监控。
（2）总体拥有成本（TCO）更低未来课堂环境需要简化终端对硬件配置的要求，同时使用虚拟化技术让服务器的资源可以得到充分利用，且集中式的管理降低管理人员的工作量，从而整体上降低各种设备部署与维护的成本。
（3）用户体验更佳软件支持系统直接面向最终用户，需要做到用户体验透明，无论后台如何庞大和复杂，对于用户而言应该是一个熟悉和易用的环境，这样对系统性能、整体效率和用户体验等有了更高服务标准。
通过无线网络让用户真正享受云速度和云存储共享，定制的界面系统和随需派送的个体差异化服务，泛在网络接入与访问。
（4）应用更低碳环保未来课堂的设计理念中低碳和环保也应该是一个重要主题。
许多学校都有大量的低配旧电脑，无法升级并使用到新的操作系统。
所以软件系统应该支持瘦终端，无需本地存储，无需再安装任何软件，由此这些被闲置了巨大的计算资源可以重新运行起来，这对学校来说很有意义。
2 传统桌面学习向云桌面学习的转变云桌面是一种新的云计算应用模式，是继服务器虚拟化后在虚拟化领域的又一热门解决方案形式，是桌面虚拟化的升级，它带来了桌面应用的革命。
因此，云桌面继承和实现了云计算和桌面虚拟化技术的创新和优势，相比较传统PC的5应用形式和理念（图1），其以低成本、高可靠性、低维护量、高安全性和节能环保等特点，在教育技术的应用中越来越受青睐。
我们可以预见，云桌面技术被引入到未来课堂的学习支持系统中，带来的不仅是创新教育，而且将大大促进学习支持系统的快速发展。
图1 传统桌面学习“PC”VS云桌面学习“CD”总之，云桌面本身是虚拟化技术与云计算的结合和应用，既继承和发扬了两者的特点和优势，又进一步提高了传统PC和虚拟桌面的性能。
因此，如何在校园打造私有云并实现云桌面，为资源整合和集成服务的实现提供可靠的技术支持环境，并在教育应用中得到认可和推广，是值得在未来课堂环境中引入和深入研究的。
三方案选择和关键技术根据对未来课堂环境需求的理解，和对云桌面技术自身优势的总结，我们的软件环境设计应重点关注如何利用云桌面技术改进学习工具的使用，改善教学效能，对各个环节进行分析和合理设计。
1 方案选择未来课堂软件环境设计和方案选择需要综合各类因素，既要保证技术实现基础，又要解决实际面临的困难。
在考虑到本研究现有整体资源的局限性下，需充分考虑未来课堂所确定的硬件设备资源，尽量优选免费、开源的相关技术支持。
经过前期市场调研，选取了几种主流方案评估，归纳如表1。
表1 未来课堂软件平台方案评估分析表云桌面产品 技术实现 资金需求 可实施性评估Vmware View 技术先进较大投入资金和规模限制Citrix Xendesktop 技术先进较大投入同上IBM SBSC 技术成熟一定投入同上Redhat Linux 一定局限一定投入同上eyeOS 提供客户端访问开源项目搭建私有云困难Ulteo OVD 新技术，尚有提升空间开源项目适合中小型规模2 关键技术未来课堂的软件环境建设涉及了几项关键技术，包括云计算技术、云桌面技术、Ulteo开源项目相关技术等。
其中，Ulteo开源项目相关技术主要围绕阐述Ulteo OVD技术、Hypervisor、CoLinux、GPL v2，以及Windows Server 2003相关技术等。
（1）云计算自从Google在2006年首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念，这个名词就被迅速认同和推广“云计算”。
是近年来的重要创新技术之一，在当今科技世界里，新兴的技术可能在数月或者几年内兴起与衰退，但云计算的出现被预期会历久不衰。
它正对IT的基础架构产生了巨大的影响和改变，甚至可能产生十年前Web的出现对于IT网络的革新意义。
虽然目前云计算是一个流行用语，实际上，大家对于云计算还没有形成公认的权威定义。
维基百科把云计算定义为“一种计算架构转型，用户不再需要在云中的技术架构层面的专家和控制。
云计算描述了一种新的、基于网络的IT服务的供应、消费和传递模式。
这种模式的特点是动态地组织并做为一种服务供应可扩展的，通常是虚拟化的网络资源”[1]。
张际平教授[2]认为“云计算是在分布式系统、网格计算、虚拟存储等基础上形成的一种新型共享基础架构，其核心是提供数据存储和网络服务”。
Googe Reese[3]根据云计算的核心是提供服务，提出了判断是否为云计算服务的三项标准：①用户可以通过开放的网络浏览程序或者网络传输接口获得服务；②不需要任何前期启动费用支出；③用户只支付所用的费用，并且只当在使用时。
虽然云计算的定义还没有权威标准，但大家对于云计算的平台架构研究有很多共通的方面。
2011年美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology：NIST）将云计算认定为是“一个模型，一个泛在的、方便的、网络方式的按需访问可配置的共享计算资源池（包括网络、服务器、存储、应用程序和服务等），能够被以最少的管理和6交互成本快速提供和释放”[4]。
NIST云模型是由八个共同特征、五个基本特征、三个服务模式和四个部署模型组成，这体现了云计算平台架构的范型。
2011年“地平线报告”（Horizon Report）强调指出云计算（Cloud Computing）是影响未来教育的六大技术之一。
[5]2011年埃森哲（Accenture）公司的调查报告“探究云计算的未来：驾驭下一个技术驱动转变的浪潮”显示，云计算在教育领域的潜在应用体现为三点：获取全球资源（access to global resources）、低成本仿真（low cost simulation）和高度交互/协作学习（highly interactive/collaborative learning）[6]，尤其后两点使得云计算在教育领域的研究有了立足点和发展方向。
（2）云桌面由上节可知，借助于云计算技术，可以为学生使用网络提供了无限多的可能，为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间，也为学生完成各类应用提供几乎无限强大的计算能力。
[7]云桌面是在云计算技术的基础上可以通过PC、工作站、笔记本、上网本、智能手机、PDA等任何与网络相连的设备来访问跨平台的应用程序以及整个客户桌面。
简单地说，云桌面是一种仅将操作系统桌面呈现在用户面前的技术，由服务器端完成运算。
通过把计算能力移动到服务器端，将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理，虚拟桌面的存储和执行（包括操作系统、应用程序和用户数据）都集中在数据中心。
用户使用终端设备通过远程协议进行访问，以虚拟桌面的形式替代个人电脑，不仅大大降低了企业和学校成本，而且具有与传统个人电脑同样的用户体验。
因此，云桌面具有很高的应用价值和用户吸引力。
云桌面的技术基础是桌面虚拟化技术（Desktop Visualization）[8]，桌面虚拟化解决方案主要分为两大类：虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）和基于服务器计算技术（Server-Based Computing，SBC）。
VDI是当前的主流架构与部署方式，通过提供对底层存储、网络等基础资源和上层虚拟桌面的集中管理和连接功能，向终端用户提供灵活和良好的虚拟桌面交付。
VVDI桌面云解决方案采用“集中计算，分布显示”的原则[9]，支持客户端桌面工作负载（操作系统、应用程序和用户数据）托管在数据中心的服务器上，用户通过支持远程桌面的协议（如Remote Desktop Protocol：RDP，Independent Computing Architecture：ICA）的客户端设备与虚拟桌面进行通信。
每个用户都可以通过终端设备来访问个人桌面，从而大大改善桌面使用的灵活性。
通过VDI提供虚拟桌面服务（Visual Desktop as a Service）技术，一方面满足使用者不在受限于特定的硬件设备就可以随时随地获取云端私人化服务，另一方面可以让专业人士管理维护软件和硬件资源。