آموزشهاي مجازي با استفاده از تكنولوژي رايانش ابري(cloud computing)

چکیده

در طی چند سال اخیر رایانش ابری به شدت مورد توجه کارشناسان و محققان فناوری قرار گرفته است. بر پایه آن شرکت های عظیم کامپیوتری نسبت به استفاده از این تکنولوژی در راستای ارایه خدمات و سرویسهای الکترونیکی خود به کاربران اقدام نموده اند. با این روند رو به رشد استفاده از این تکنولوژ ی، بعید به نظر نمی رسد که در آینده ای نزدیک اکثر شرکت ها سرویسها و خدمات الکترونیکی خود را بر این اساس عرضه نمایند از جلمه خدمات الکترونیکی که در این تکنولوژی می تواند مورد استفاده قرار گیرد، بحث آموزشهای مجازی می باشد. رایانش ابری در آموزش مجازی علی الخصوص آموزش مجازی سیار که عمدتاً از طریق موبایل صورت می پذیرد، می تواند نقش عمده ای را ایفا نماید. راهکارها و معیارهای کارآیی و بهینه سازی در این خصوص وجود دارند که می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

مقدمه

رایانش ابری یا Cloud Computing راهکارهایی را برای ارایه خدمات فناوری به کاربران مشابه آنچه که در بعضی از صنایع با کاربرد سراسری (مانند صنعت آب ، صنعت برق و ...) وجود دارد ، ارایه می دهد. این تکنولوژی اصولاً بر پایه اینترنت تعریف می شود که در آن الگویی تازه جهت ارایه سرویسهای فناوری (شامل نرم افزار، سخت افزار و سایر منابع اشتراکی) بکار گرفته می شود. در حقیقت در این تکنولوژی دسترسی به منابع فناوری اطلاعات به هنگام ارایه درخواست از طرف کاربر و بر اساس میزان تقاضای کاربر ، به وی ارایه می گردد. دلیل استفاده و تشبیه اصطلاح "ابر" به اینترنت که در شماتیک های شبکه ای نیز از شکل ابر برای نشان دادن اینترنت استفاده می شود ، در این است که اینترنت همچون ابری جزییات فنی را از دید کاربران نهایی پنهان می سازد. به معنای دیگر یک لایه انتزاعی را بین کاربران و جزییات فنی بوجود می آورد. به عنوان مثال برنامه های کاربردی تجاری و یا آموزشهای مجازی را می توان در نظر گرفت که توسط سرویس دهنده نرم افزاری رایانش ابری ارایه می گردد. این برنامه ها بر روی سرورها ذخیره می گردند و حسب درخواست کاربر در اختیار وی قرار می گیرند، در حالی که جزییات فنی از دید کاربر کاملاً مخفی است و کاربر نیازی به داشتن اطلاعات در خصوص فناوری زیرساخت ابری که از آن استفاده می کند، ندارد.

مزایای استفاده از رایانش ابری

در زیر به چند نمونه از موارد اشاره می شود:
قابلیت اطمینان بیشتر به داده ها:
با توجه به اینکه در رایانش ابری داده ها بر روی ابر قرار دارند از اینرو خرابی کامپیوتر کاربر تاثیری بر روی داده ها نخواهد داشت.مضاف بر اینکه افزونگی لازم نیز در زیر ساخت ابری به نحوی توسط فراهم کنندگان آن دیده می شود که به شدت در برابر خرابی مقاوم است و راهکارهای متعددی برای تهیه نسخ پشتیبان که معمولا کاربران از آنها غافل هستند، بکار برده می شوند.
امکان دسترسی از همه جا و در هر مکان:
بدلیل آنکه داده ها در ابر قرار دارند، از اینرو کاربر قادر به دسترسی به داده های خود در هر زمان و هر مکانی خواهد بود. برای اینکار تنها لازم است که کاربر از تجهیز کامپیوتری خود که می تواند یک گوشی موبایل نیز باشد به اینترنت دسترسی داشته باشد.
عدم وابستگی به سخت افزار:
چون اسناد و برنامه های کاربردی روی ابر در همه حال به یک شکل هستند از اینرو تفاوتی نمی کند که با چه دستگاه سخت افزاری کاربر متصل شده است. در حقیقت اجرای برنامه ها تفاوتی نخواهد کردو دیگر نیازی به خرید سخت افزارهای مخصوص و یا ذخیره اسناد به فرمت های ویژه نمی باشد. سازگاری لازم از طرف ابر برای سخت افزار فراهم خواهد شد.
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:
به لحاظ نظری محدودیتی در استفاده از فضای ذخیره سازی ابری وجود ندارد. این موضوع در قیاس با حجم محدود فضای ذخیره سازی کامپیوترهای شخصی بسیار قابل توجه می باشد. عجیب به نظر نمی رسد اگر بگوییم هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داریم ، می توانیم در فضای ابری ذخیره کنیم.
هزینه پایین:
بدلیل آنکه محاسبات مورد نیاز در فضای ابری انجام می شود از اینرو دیگر نیازی به استفاده از کامپیوترهای گرانقیمت در سمت کاربر نمی باشد و هزینه های مربوط به سخت افزار به شدت کاهش پیدا می کند. حتی با ساده ترین کامپیوترها که بلحاظ پردازشی و فضای دیسکی بسیار محدود می باشند، نیز می توانند از رایانش ابری حداکثر استفاده را ببرند. با توجه به اینکه اسناد در ابر ذخیره می شوند حتی نیازی به ذخیره اسناد و مستندات در کامپیوتر شخصی نمی باشد.
ارتقای سریع نرم افزاری:
از دیگر مزایای مربوط به رایانش ابری این است که دیگر نیازی به بروز رسانی نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی به دلیل هزینه بالای ارتقای آنها نمی باشد، چون در ابر اینکار بدون اینکه کاربر متوجه شود صورت می پذیرد. بدلیل مبتنی بر وب بودن برنامه ها ارتقا و بروزرسانی ها بصورت اتومات در ابر انجام شده و کاربر بدون پرداخت هزینه اضافی قادر به بهره برداری از آخرین نسخه نرم افزارها خواهد بود.

آموزش مجازی با استفاده از رایانش ابری

به صورت ساده آموزش مجازی به فرایند یادگیری از طریق اینترنت اشاره داد. ، گرچه آموزش مجازی جایگزین روش سنتی نخواهد شد، اما تا حد زیادی می تواند به بهبود بهره وری در امر آموزش کمک کند. آموزش مجازی دارای مزایای زیادی من جمله انعطاف پذیری، تنوع، دسترسی آسان و غیره می باشد که به عنوان یک متد اصلی برای یادگیری در دهه های اخیر تبدیل شده است. شکل زیر یک معماری از سیستم ساده آموزش مجازی را نشان می دهد (شکل 1)

در روشهای سنتی مبتنی بر وب بدینگونه عمل می گردد که سیستم های مربوط به ایجاد و نگهداری آموزشهای مجازی در داخل موسسات آموزشی و یا شرکت پیاده سازی ، که این امر منجر به بروز بسیاری از مشکلات، از جمله نیاز به سرمایه گذاری زیاد اما بدون سود، مشکلات مربوط به پشتیبانی فنی و غیره می گردد. نتیجه این امر منجر به عدم توسعه آسان این سیستمها می شود. در مقابل، آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر مدلی را معرفی مینماید که مقیاسی برای بهره وری دارد. برای مثال ساخت سیستم آموزش مجازی به تامین کنندگان رایانش ابری سپرده میشود،که می تواند ارائه دهندگان و کاربران را برای رسیدن به وضعیت برد- برد یاری نماید. محیط مبتنی بر ابر از نسل جدیدی از سیستم های آموزش مجازی که قادر به اجرا در گستره طیف وسیعی از دستگاه های سخت افزاری که در حال ذخیره سازی داده در داخل ابر هستند، پشتیبانی می نماید.
آموزش الکترونیکی هیچگاه نمی تواند به طور کامل جایگزین معلمان گردد و تنها در حوزه به روزرسانی تکنولوژی ، مفاهیم و ابزارهای جدید، ارائه محتوا، مفاهیم و روش ها برای آموزش مورد استفاده قرار می گیرد. در روش آموزش الکترونیکی میتنی بر ابر معلمان نقش رهبری و مشارکت در پیشرفت تحصیلی را خواهند داشت.
از سوی دیگر، ابر آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر حرکت به سمت استفاده از تکنولوژی رایانش ابری در زمینه آموزش الکترونیکی می باشد و در آینده ای نزدیک زیرساختهای آموزش الکترونیکی شامل سخت افزار و منابع محاسباتی نرم افزاری درگیر در آموزش الکترونیک مبتنی بر این تکنولوژی خواهند بود. معماری آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر در (شکل2)نشان داده شده است:

معماری آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر پیشنهادی را می توان به لایه های زیر تقسیم تقسیم کرد:

• لایه زیرساخت: این لایه از زیرساخت های سخت افزاری مانند حافظه فیزیکی، CPU و سرور های فیزیکی تشکیل شده اند. همچنین اطلاعات زیرساخت ها شامل اینترنت / اینترانت، نرم افزار سیستم، سیستم مدیریت اطلاعات و برخی از نرم افزارهای مشترک و سخت افزارمی باشد. بسترهای ارتباطی این لایه در پایین ترین سطح سرویس میان ابر قرار گرفته است. استفاده از تکنولوژی مجازی سازی سرور فیزیکی، منابع ذخیره سازی و شبکه های مجازی به عنوان بسترمورد استفاده در لایه های بالاتر نرم افزاری قرار می گیرند.
  
• لایه منابع نرم افزار: به طور عمده از سیستم عامل و میان افزار تشکیل شده است. میان افزار منابع نرم افزاری متنوع را بصورت یکپارچه از طریق یک رابط واحد در اختیار توسعه دهندگان نرم افزار قرار می دهد. طوری که آنها می توانند به راحتی برنامه های کاربردی را توسعه داده و در ابر جهت استفاده قرار دهند.
  
• لایه مدیریت منابع: این لایه اتصال راحتتر به منابع نرم افزاری و سخت افزاری را فراهم می نماید. با استفاده از استراتژی برنامه ریزی ,یکپارچه سازی, مجازی سازی و محاسبات ابری ، توزیع نرم افزار بر منابع مختلف سخت افزاری را می توان به دست آورد.
  
• لایه سرویس: دارای سه سطح از سرویس یعنی،SaaS (نرم افزار به عنوان یک سرویس)، PaaS (بستر های نرم افزاری به عنوان یک سرویس)،IaaS (زیرساخت به عنوان یک سرویس) میباشد. در SaaS، محاسبات ابری سرویس به مشتریان ارائه می دهد. برخلاف نرم افزارهای سنتی کاربران از طریق اینترنت از نرم افزار استفاده می کنند. خرید نرم افزار و سخت افزار یک بار انجام می شود و با پرداخت هزینه ماهانه ناچیز دیگر نیاز به حفظ و ارتقاءآن نمی باشد.
  
• لایه کاربردی: این لایه از برنامه های کاربردی خاص شامل تجمیع منابع آموزشی در مدل رایانش ابری ، دوره های تعاملی و به اشتراک گذاری منابع آموزشی تشکیل شده است . برنامه های تعاملی عمدتا برای معلمان، با توجه به یادگیرندگان و نیازهای آموزشی، با استفاده کامل از منابع اطلاعات پایه ساخته می شود و امکان تنظیم محتوای دوره و همچنین پیشرفت در هر زمان با توجه به بازخورد وجود دارد و می تواند دارای اثربخشی بیشتر نسبت به آموزش سنتی باشد. به اشتراک گذاری منابع آموزشی شامل منابع اطلاعاتی (مانند کتابخانه های دیجیتال) و منابع آموزشی انسانی از وظایف این لایه است. این لایه عمدتا شامل ماژولهای تولید محتوا، اهداف آموزشی، تحویل محتوا، ارزیابی و ماژول مدیریت می باشد.
  

در مدل کلاسیک آموزش الکترونیکی، معلمان وظایف آموزشی مانند تدریس حضوری به طور منظم، و یا بررسی مهارت و تکالیف دانش آموزان را انجام می دهند. اما در معماری پیشنهادی معلمان به سوالات دانش آموزان پاسخ می دهند و آموزش های ضروری برای رفع مشکلات دانش آموزان ارائه می گردد. علاوه بر این، معلمان نیز می توانند به منظور ارتقاء آموزش از محتواهای آموزشی چند رسانه ای استفاده کنند. همچنین دانش آموزان میتوانند خارج از الگوهای یادگیریشان که بصور ت خودکار تعیین می گردد درس بخوانند. انجام آزمونهای برخط اینترنتی و ارائه تحلیلهای آماری خودکار به معلمان از هر بخشی که مورد مطالعه قرار گرفته است، از مزایای این روش می باشد. معلمان نیز دانش آموزان را تشویق به همکاری با یکدیگر در یادگیری مطالب ساده و یا انجام پروژه های پیچیده مبتنی برکار گروهی می نمایند. از طریق یادگیری گروهی، دانش آموزان به تنهایی نمی توانند دانش کسب نمایند، بلکه روح هماهنگی در تیم است که در امر آموزش و پرورش کمک می نماید . نتیجه این روش برای دانش آموزان بهبود مهارت در برخورد با مردم و افزایش ابراز توانایی خودشان می باشد. شکل 3 مقایسه آموزش الکترونیکی سنتی و رایانش ابری را ارائه می دهد.

نمونه آموزش مجازی زبان برنامه نویسی مبتنی بر ابر

طبق تعریف زیمرمن یادگیری خود تنظیمی (SRL Self-Regulated Learning) شامل تعیین لیست استراتژی هایی دستیابی به اهدافی مانند برنامه ریزی، سازماندهی و ارسال، جستجوی اطلاعات ، نگهداری سوابق، تمرین و حفظ، بررسی، نظارت بر خود، خود ارزیابی، ساختار محیطی و جستجو برای کمک های اجتماعی است که می تواند به طور جداگانه و یا در ترکیب برای توسعه یادگیری خود تنظیم به کار گرفته شود.
مطابق تعریف فوق در کشور هند یک سیستم مدیریت آموزشی LMS شامل بخش های مدیریت، مستندات، بررسی و ارزیابی، گزارشات و محتواهای آموزشی و آموزش برخط با استفاده از رایانش ابری جهت آموزش زبان برنامه نویسی C پیاده سازی گردیده است. این دوره در شش سطح به خاطر سپاری، درک مطلب، اجرا، تجزیه و تحلیل، ارزیابی و ایجاد برنامه طراحی گردیده است. در ادامه در خصوص هر یک از این سطوح توضیحات لازم ارایه می گردد:
1-به خاطر سپاری: در این سطح به دانش آموزان محتواهایی مانند الگوی دستورات و ساختار برنامه که باید در حافظه بلند مدت قرار گیرد ارائه می گردد.تمرینات این سطح برای آزمایش شناخت و قابلیت به خاطر سپاری دانش آموزان طراحی گردیده است.
2-درک مطلب: برای درک مطلب توسط دانش آموزان ، محتواهای ارائه شده در این سطح به گونه ای طراحی شده اند که به دانش آموزان در درک مفاهیم زبان C کمک می کنند. تمرینات این سطح جهت ارزیابی توانایی تفسیر، طبقه بندی، مقایسه و مهارت بیان دانش آموزان طراحی گردیده است.
3-اجرا : محتواهای ارائه شده به دانش آموزان جهت اجرای مباحث یاد گرفته شده زبان C کمک خواهندکرد.هدف اصلی در این سطح توانایی دانش آموزان جهت تمرکز در بکارگیری مفاهیم می باشد.تمرینات این سطح برای آزمایش توانایی اجرا و پیاده سازی توسط دانش آموزان طراحی گردیده است. یک سری ابزار مانند یک ویرایشگر C به همراه کامپایلر آن برای اجرای تمرینها در اختیار دانش آموزان قرار داده می شود.
4-تجزیه و تحلیل: در این سطح از این دوره، دانش آموزان از محتواهایی که به تجزیه و تحلیل موضوعات یاد گرفته شده کمک می کنند، بهرمند می گردند. تمرینات در این سطح جهت تعیین سطح تفاوتهای مهارت های دانش آموزان طراحی گردیده است.
5- ارزیابی: تمرکز عمده در این سطح بر ارزیابی مهارت های دانش آموزان با استفاده از تمرینهایی که توانایی نقد و داوری آنها را سنجش می نماید، می باشد.
6-ایجاد : در سطح نهایی این دوره ، دانش آموزان دانش به دست آورده و خلاقیتهای خود را اجرا می نمایند.

در این راستا برای اجرا و پیاده سازی مطالب فوق ، سیستمی بصورت کاملا وب سرویسی طراحی گردیده است. از ویژگیهای خاص این سیستم استفاده از پروتکل SOAP می باشدکه در آن قالب XML به عنوان ستون فقرات ارسال و دریافت پیام های وب سرویس استفاده شده است. در ضمن برای گرفتن بازخورد از پیشرفت تحصیلی دانش اموزان یک زیر سیستم به صورت وب سرویس نیز طراحی گردیده است که به معلم جهت تعیین سطح و وضعیت پیشرفت دانش آموز کمک می کند.

مراجع

[1] Garcia, E.; Garcia, A.; Garcia-Cabot, A.; de-Marcos, L.; Hilera, J.
Development of an Application for Mobile Devices to Record Learner Interactions with Web-Based Learning Objects
12th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT), 2012
[2] Thamarai Selvi, S.; Panneerselvam, K.
A Self-regulated Learning approach for programming language using cloud-based Learning Management System
International Conference on Recent Trends In Information Technology (ICRTIT), 2012
[3] Md. Anwar Hossain Masud, Xiaodi Huang
An E-learning System Architecture based on Cloud Computing
5th IEEE International Conference on Cloud Computing (CLOUD), 2012
[4] Damm, S.; Ritz, T.; Strauch, J.
Adaption of Archetype Patterns for mobile cloud-based business apps
IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PERCOM Workshops),2011