CC BY
116
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ TECHNICAL SCIENCES
УДК 004.77 ББК 32.973.202 Д58
Довгаль В.А.
Кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления инженерно-физического факультета Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 593911, e-mail: urmia@mail.ru
Анализ основных современных направлений развития облачных технологий e-Learning
(Рецензирована)
Аннотация. Рассматриваются основные современные направления развития облачных технологий в образовании и анализируются их преимущества и риски применения.
Ключевые слова: облачные технологии, хостинг, e-Learning, дистанционное обучение, LCMS, LMS, IaaS, PaaS, Saas, SQL Azure Database.
Dovgal V.A.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor ofDepartment of Automated Systems of Processing Information and Control of Engineering-Physics Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 593911, e-mail: urmia@mail.ru
Analysis of the main modern trends in development of the cloud-based technologies in e-Learning industry
Abstract The paper discusses the basic modern trends in development of the cloud-based technologies in education and analyzes their advantages and application risks.
Keywords: cloud-based technologies, hosting, e-Learning, remote education, LCMS, LMS, IaaS, PaaS, SaaS, SQL Azure Database.
Анализ развития современных компьютерных технологий образования свидетельствует, что они развиваются быстрее, чем могут быть внедрены в учебный процесс.
Если совсем недавно актуальным вопросом было применение в высшем учебном заведении мощного вычислительного центра для систем управления контентом (Learning Content Management System, LCMS), а также систем управления обучением (Learning Management System, LMS), то в настоящее время ученые все большее внимание уделяют облачным технологиям. По мнению аналитиков Gartner Group, облачные вычисления являются самой перспективной стратегической технологией будущего, что приведет к миграции большинства информационных технологий к облакам в течение следующих пяти-семи лет [1].
С позиций образовательных технологий облако представляет собой огромный вычислительный центр, о фактическом размещении и мощности которого пользователи могут не иметь никакого представления. Но если облако поддерживает соответствующее направление обучения, то непосредственно высшему учебному заведению, а также его студентам больше не понадобится компьютерное оборудования или дополнительное программное обеспечение кроме того, которое делает возможным выход в Интернет. Точнее, будет достаточным, чтобы вычислительное оборудование высшего учебного заведения состояло из прокси-сервера, который подключен к Интернету, а все минимальное студенческое оборудование может представлять одно устройство. Для того чтобы стать полноценным пользователем оборудования облака, необходимо подключить к этому устройству программное средство телекоммуникации типа Skype, а также,
с целью более широкого стационарного обзора, приобрести большой экран.
Конечно, вместо гаджетов можно использовать и любые другие компьютерные средства, которые поддерживают Интернет.
Рассмотрим структуру соответствующего сервиса. В целом, облачный сервис можно разделить на три основных категории [2]:
• IaaS (англ. infrastructure as а Service) - инфраструктура как сервис;
• PaaS (англ. platform as а Service) - платформа как сервис;
• SaaS (англ. softwareas а Service) - программное обеспечение как сервис.
Категория IaaS основывается на модели предоставления услуг: вместо приобретения в центрах обработки данных информационного пространства, серверов, программного обеспечения, сетевого оборудования и тому подобного клиенты IaaS, по существу, арендуют ресурсы, которые принадлежат поставщикам услуг IaaS. Оплата за предоставление услуг обычно осуществляется ежемесячно. Клиент платит лишь за употребленные ресурсы. К основным преимуществам этого типа услуг можно отнести:
• использование инфраструктуры последнего поколения;
• защищенность и изолированность вычислительных платформ;
• благодаря использованию посторонних ресурсов уменьшаются риски;
• способность руководить пиковыми нагрузками;
• значительно меньшие расходы на содержание собственного вычислительного оборудования и его программного обеспечения;
• меньшие время, стоимость и сложность во время добавления или расширения функциональности.
Модель PaaS создает все условия, необходимые для поддержания полного жизненного цикла создания и доставки серверных дополнений и услуг, которые доступны из сети Интернет и не нуждаются в загрузке или установке программного обеспечения для разработчиков, IT-менеджеров или конечных пользователей. В отличие от модели IaaS, где можно самостоятельно создавать определенные экземпляры операционных систем с собственными дополнениями, заказчики PaaS заинтересованы лишь в разработке и не считаются с тем, какая операционная система используется. Сервисные средства PaaS позволяют пользователям сконцентрироваться на инновациях, а не на сложной инфраструктуре. Разработчики этих инноваций могут направить значительную часть своего бюджета на создание дополнений, которые обеспечивают реальную ценность, вместо расходов на поддержку инфраструктуры. Таким образом, модель PaaS начинает новую эру массовых инноваций, и в образовательной отрасли в частности. С ее помощью разработчики как систем управления контентом LCMS, так и систем управления учебой LMS могут приобрести доступ к неограниченной вычислительной мощности облака. Модель PaaS создана так, что любой человек, который имеет доступ к Интернету, может создавать дополнения и разворачивать их.
Облачный сервис SaaS принадлежит к прикладному (более высокого) уровню облачных вычислений, оказывает услуги хранения данных в облаке и обеспечивает доступ к тем дополнениям, которые нуждаются лишь в web-браузере. Сервис SaaS на основе общественного облака (англ. public cloud) наиболее приемлем для организации мобильного обучения. Изучение возможностей компаний Google, Microsoft, Apple, Yandex в рамках SaaS-сервисов для образовательных заведений свидетельствует, что облачные сервисы обеспечивают значительную часть функционала мобильного обучения. Для работы с электронным контентом предоставляются услуги хранения, чтения, редактирования данных и организации общего доступа к ним. Для решения коммуникационных потребностей имеются электронная почта, обмен мгновенными сообщениями, форум, возможности складывания календарного плана, объединения пользователей в группы и другие сервисные средства. Облачный сервис Microsoft Office 365 оказывает услуги для преподавателей и студентов на основе программных продуктов
Exchange (электронная почта, календарь, контакты), SharePoint (совместная работа над документами), Lync (обмен сообщениями, аудио- и видеоконференции).
В качестве репозитория в облачных технологиях широко применяется СУБД SQL Azuré Database, обеспечивающая систему управления базами данных в Интернете и позволяющая локальным и серверным дополнениям хранить реляционные и другие типы данных на оборудовании Microsoft в центрах обработки данных. Как и во время работы с другими серверными технологиями, пользователь платит лишь за то, что использует. Увеличение или уменьшение объемов использования и расходов возникает в случае необходимости определенных изменений. Использование базы данных в облаке также влияет на характер капитальных затрат: вместо приобретения жестких дисков и программного обеспечения для СУБД платится лишь за эксплуатацию [3].
СУБД SQL Azuré Database разработана на основе Microsoft SQL Server. Отметим, что в первичной ее версии эта СУБД не предоставляла традиционного реляционного подхода к данным. Принимая во внимание отзывы заказчиков, корпорация Microsoft решила внести соответствующие изменения. В настоящее время SQL Azuré Database поддерживает реляционные данные, обеспечивая среду SQL Server в облаке с индексами, представлениями, сохраняемыми процедурами, триггерами и т.п. Доступ к этим данным и данным Windows обеспечивают ADO.NET и другие интерфейсы. Фактически приложения, которые в настоящее время имеют доступ к SQL Server локально, могут работать почти так же и с данными в SQL Azuré Database. Для работы с этой информацией в облаке заказчикам можно также использовать локальное программное обеспечение, например, службы отчетов SQL Server.
Примерами самых простых облачных технологий, которые уже начали применять в образовании, являются личные кабинеты для студентов и преподавателей, электронные дневники и журналы, интерактивные приемные, тематические форумы, которые получили определенное распространение благодаря их безвозмездности, обеспеченной средствами аутсорсинга. К аналогичным средствам также принадлежит поиск информации, с помощью которого студенты могут решать определены учебные задания даже в случае отсутствия педагога или под его руководством.
В целом, оплата облачного сервиса - один из центральных вопросов при его внедрении в учебный процесс, которые пока что является открытым и ожидает всестороннего изучения.
В случае предоставления облачного сервиса используется тип «плата за применение». Во время оценивания объемов данных единицей измерения является мегабайт информации, которая хранится в течение определенного срока, обычно одного месяца. В таком случае заказчик оплачивает тот объем ресурсов, который использовался на протяжении определенного времени. Кроме того, облачные технологии предоставляют заказчику возможность в случае необходимости увеличивать или уменьшать максимальные лимиты ресурсов, которые выделяются, пользуясь эластичностью предоставляемого сервиса.
Заказчику облачного сервиса нет необходимости заботиться об инфраструктуре, обеспечивающей работоспособность этого сервиса. Все работы по настройке, устранению неисправностей, расширению инфраструктуры и другим операциям осуществляет сервис-провайдер, который дополнительно обеспечивает целесообразность применения облаков.
Компьютерные же классы, которые используются в настоящее время для поддержки обучения в высших учебных заведениях, обычно укомплектованы громоздкими персональными компьютерами, которые оказываются достаточно дорогими с точки зрения общей стоимости. Например, существуют данные [4], что, согласно этому критерию, 80% затрат на поддержку обучения составляют расходы на электроснабжение вычислительных центров и классов.
Исследователи института ЮНЕСКО [5] информационных технологий в образова-
нии также отмечают, что приобретение и обслуживание разной компьютерной техники и ее программного обеспечения в современных образовательных учреждениях требует значительных капиталовложений и привлечения квалифицированных специалистов. Технологиями, которые, возможно, будут способствовать снижению этих расходов, в настоящее время являются облачные вычисления.
Обучение средствами e-Learning характеризуется ориентацией на сознательную самостоятельную работу, потому зависит от построения информационно-образовательной среды, основным элементом которой является образовательный ресурс в электронной форме, который, согласно стандартам e-Learning, содержит структуру, наглядный материал и метаданные. Принципы построения электронных курсов, которые в течение последних многих лет постоянно совершенствовались, в настоящее время ориентированы на «откровенность», «самоконтроль» и «содружество». Так возник термин «массово открытые электронные курсы» (англ. massive open online courses), который делает возможным одновременное участие многочисленных пользователей.
Поддержка массовости обучения способствует овладению образовательными направлениями и образовательными специальностями в значительно более широких масштабах, чем в настоящее время - в пределах отдельной страны или международной образовательного сообщества.
Очевидно, что не все направления или специальности обучения можно в полной мере обеспечить виртуальными средствами. Но нет сомнения в том, что виртуальное обучение может практически в полном объеме поддерживать математические, философские, экономические, юридические направления, направления из информационных технологий и тому подобное, за исключением таких направлений, как театральная деятельность, режиссура и других творческих специальностей, какие облачные технологии пока что могут поддерживать лишь частично.
Относительно виртуального обучения в облаке потенциально можно ожидать как оптимизацию учебных расходов, так повышение качества обучения в целом в масштабах страны.
Действительно, если обеспечить финансирование некоторого приоритетного уровня на виртуальной облачной основе, то его можно предоставлять централизовано из бюджета одной страны или нескольких стран определенного содружества. Для выполнения поставленных задач относительно обучения студентов будут задействованные силы только одного или весьма ограниченного количества из ведущих учебных заведений. Это можно считать первым шагом до минимизации расходов в масштабах страны.
Повышение качества обучения в виртуальном учебном пространстве следует ожидать благодаря тому, что студенты будут иметь возможности слушать лекции самых известных профессоров, выполнять задания, предусмотренные учебными программами ведущих учебных заведений, иметь поощрение к участию в исполнении ведущих научных трудов, обмениваться своим опытом и мыслями как с виртуальными коллегами, так и с преподавателями наивысшего уровня. В этом смысле облачное виртуальное обучение потенциально ведет в e-Learning, поскольку как учебное заведение, так и его студенты будут лишаться забот относительно приобретения большей части вычислительных средств и их программного обеспечения. Главное внимание уделяется созданию методического обеспечения и размещению его в облаке.
Касаясь экономии образовательных расходов и возможностей корректирования количества выпускников, вполне очевидно, что не все, кто поступил в виртуальное учебное заведение с образовательными программами и требованиями ведущего уровня, смогут «потянуть» учебный процесс в определенном объеме и в нужные сроки. Но те студенты, которые не успевают, смогут или продолжать учебу за личные средства или средства спонсоров, или отчислиться из виртуального учебного пространства и найти себе что-то более доступное.
Существенным является то, что благодаря практически неограниченному виртуальному контингенту страна может получить в большей мере выпускников высокого уровня. Количество выпускников из избранного направления также будет близким к максимально возможной, поскольку виртуально учиться могут все, кто имеет проходной балл для поступления в вуз, даже без учета количества реальных мест. При этом очевидно, что изменения виртуального студенческого контингента в сравнительно широких пределах почти не повлияют на расширение аудиторного фонда и количества преподавателей реального учебного заведения.
Следующий шаг по экономии общих ресурсов учебы заключается в том, что существенно уменьшится набор студентов из аналогичных направлений обучения в менее мощных учебных заведениях. Это сделает возможным уменьшение условного общего количества преподавателей и аудиторного фонда по стране или странах содружества в целом.
Рассмотрим возможные риски применения облачных технологий в образовании. Главным вопросом является безопасность образовательного контента. По мнению разработчиков методического обеспечения, существует вероятность несанкционированного копирования учебного контента, созданного ими. При этом определить такую вероятность, обычно, для самого разработчика не является возможным. Остается только доверять сервисному провайдеру и его средствам безопасности. Но опять становится актуальным вопрос: в какой мере это допустимо?
Относительно решения этой проблемы в настоящее время в высшем образовании наметились тенденции отказа от «закрытости курса для посторонних пользователей» (студентов других групп, направлений подготовки, высшего учебного заведения и т.п.) и перехода к построению открытых электронных курсов, доступных всем заинтересованным сторонам. Такой подход может значительно упростить отмеченную проблему, но нуждается в решении многих юридических и финансовых вопросов относительно общего использования контента. Так, во многих европейских странах разрешено заключать договоры лишь с теми провайдерами, с которыми подписаны соглашения на государственном уровне.
С точки зрения безопасного использования учебного контента можно предложить идеальный вариант, когда во многих направлениях сами провайдеры обеспечивают учебным контентом, возможно, языком заказчика, и выдают соответствующий сертификат тем, кто успешно закончил учебу. В таком случае студент, который набрал достаточное количество кредитов благодаря добытым сертификатам, может получить и соответствующий диплом международного образца. В настоящее время такая тенденция все растет.
Например, Хагенский университет (Германия) является государственным университетом заочного образования в странах и регионах, где разговаривают на немецком языке. Кроме главного корпуса в Хагени, университет имеет в своем распоряжении 50 учебных центров в Германии, Австрии, Швейцарии и странах Центральной и Восточной Европы. Учеба в Хагенскому университете, прежде всего, означает значительную гибкость: можно учиться дома, выбрав соответствующий темп овладения материалом. Кроме того, Хагенский университет предлагает ориентированные для сервиса услуги университетской библиотеки: по запросу книги и статьи будут посылать студенту домой электронной почтой.
Учебный материал, который в классических высших учебных заведениях подается в аудитории, здесь адаптирован к новым реалиям обучения: все необходимые материалы, в частности лекции, исследования, упражнения, хранятся или в тучах, или на CD и DVD по желанию студентов и могут посылаться студенту домой по почте. Студенты имеют возможности скачать дополнительные материалы или слушать и смотреть онлайн-лекции. Все свои задания они сдают посредством Интернет.
В университете есть четыре факультета: гуманитарных и общественных наук, ма-
тематики и информатики, экономических наук, правоведения. Использование Интернета позволяет гибко поддерживать студентов. Например, для большей индивидуализации образовательного процесса создан институт «менторов», которые ведут онлайн и телефонные консультации, чаты в «виртуальных приемных» и обеспечивают другие виды информационной поддержки. Университет проводит около двух тысяч устных экзаменов за семестр, не менее четверти из которых выполняется в режиме скайп-конференции.
В конце приведем названия самых популярных провайдеров, которые предоставляют бесплатный виртуальный хостинг: Amazon, Therackspace, Google, Microsoft, Joyent, Gogrid, Terremark Sawis, Verizon, New servers, Picasa, Blogger.
Для ознакомления с этими провайдерами в Интернете есть много справочных материалов. Например, пособие [4] предоставляет детальные инструктивные материалы для регистрации любого пользователя в бесплатном сервисном провайдере Google с возможностью выполнения типичных заказов в облаке. Пособие содержит пошаговые инструкции, с помощью которых можно, начав с регистрации аккаунта в Google, научиться создавать и вести авторский блог, работать с фото-, видео-, а также другими сервисами, которые реализуют некоторые простые педагогические технологии.
Следовательно, рассмотрены основные современные направления развития облачных технологий в образовании, а также проанализированы их преимущества и риски применения. Перспективами исследований может быть более глубокое изучение статистических характеристик относительно оплаты облачного хостинга с целью оптимального их использования.
Примечания:
1. Plummer Daryl С., Cearley David W., Smith David Mitchell. Cloud Computing Confusion Leads to Opportunity Report No. GOO159034. Gartner Group, 2008. URL:
http://www.gartner.com/it/content/868800/868812/ cloud_computing_confusion.pdf
2. Довгаль B.A. Облачные вычисления и анализ вопросов информационной безопасности в облаке // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2015. Вып. 2 (161). С. 159-166.
URL: http://vestnik.adygnet.ru
3. Шоттин A.B., Бучацкий П.Ю. Электронная информационно-образовательная среда Адыгейского государственного университета // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2015. Вып. 1 (154). С. 147-150. URL: http://vestnik.adygnet.ru
4. Кузьмина М.В., Пивоварова Т.С., Чупраков Н.И. Облачные технологии для дистанционного и медиаобразования. URL: http://www.ifap.ru/library/book535.pdf
5. Склейтер Н. Облачные вычисления в образовании // Аналитическая записка. ЮНЕСКО. Институт информационных технологий в образовании. Сентябрь. 2010. 12 с. URL: http://www.window.edu.ru/resourse/935/74935
References:
1. Plummer Daryl C., Cearley David W., Smith David Mitchell. Cloud Computing Confusion Leads to Opportunity Report No. GOO159034. Gartner Group, 2008. URL:
http://www.gartner.com/it/content/868800/868812/ cloud_computing_confusion.pdf
2. Dovgal V.A. Cloud computing and the analysis of questions of information security in the cloud // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2015. Iss. 2 (161). P. 159-166.
URL: http://vestnik.adygnet.ru
3. Shopin A.V., Buchatskiy P.Yu. Electronic information and education environment of the Adyghe State University // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2015. Iss. 1 (154). P. 147-150. URL: http://vestnik.adygnet.ru
4. Kuzmina M.V., Pivovarov T.S., Chuprakov N.I. Cloudy technologies for remote and media educations. URL:
http://www.ifap.ru/library/book535.pdf
5. Skleyter N. Cloud computing in education // The analytical note. UNESCO. Institute of information technologies in education. September. 2010. 12 pp. URL:
http://www.window.edu.ru/resourse/935/74935
