本站原创[关键词] 未来教育空间站； 教育云； 网真课堂； 物联网共同体； 教育均衡
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教育是社会进步的基石，强国必先强教，优先发展教育、实现教育现代化是促进人的全面发展、提升国民素质的根本途径。在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中认为信息技术对教育发展具有革命性影响，是实施纲要的四大保障措施之一。
本文提出了未来教育空间站FESS（Future Education Space Station）的概念、构想、设计、实现与运行管理模式，建立了教育云数据存储与管理中心、网真课堂、物联网互动反馈学习共同体以及教学智能诊断系统，旨在探讨高等师范院校与中小学校教育信息化环境同步建设思路，探索远程教学平台运行同步管理方法，实现高等教育与基础教育优质资源共享与应用，促进教育均衡发展和社会公平。
一、FESS概念与目标
（一）概念空间站是人类进行太空科学研究和开发太空资源的平台，它促进了人类从地面走向太空。本论文提出的未来教育空间站是一个以现代教育理念为指导、以现代网络信息技术为支撑、以实现高校教师教育与中小学教育无缝连接为目标的开放灵活的教育资源公共教学服务平台，可以促进教育从传统的“自然时空”向信息技术所支撑的“数字时空”延伸和跨越，促使高等师范教育和基础教育在未来教育空间站中完美融合。
(二)“1-2-3-4”结构化发展目标
FESS以高校为中心站，以所服务的地方基础教育相关中小学校为地面站，覆盖与高校相关的各教育实习基地和继续教育基地，辐射全体Internet网络用户，实现远程交互式实时课堂呈现和共同学习。其建设目标可概括为：“1-2-3-4结构化发展目标”，即一个中心平台、两项外延职能、服务对象、四面四维融合。1． 一个中心平台
建成培养优秀师范生和培训中小学在职教师的全新发展平台。服务于高等师范院校教学、科研及特色发展需求，进行基础教育教师职前培养方式变革，如满足常规性教学环节需求、师范生教育见习等，促进教师教育培养模式、课程教学内容和教学方法改革，为提高学校师范生教学技能、增强师范生就业竞争力和打造学校教师教育品牌作贡献。
2． 两项外延职能
一是具备教师职后教育培训职能，二是建立非正式学习平台，具备数字化教育公共服务职能。这两项外延职能以现代信息技术为支撑，扩展未来教育空间站的应用，使之能够服务于地方教育与社会，促进终身教育体系的完善。
3． 服务对象
一级服务对象是高校的教师与师范专业学生，可获得中心站内全部资源使用权；二级服务对象是相连接的地面站学校的中小学教师与学生，可获得地面站内全部资源使用权；服务对象面向全体Internet网络用户，按注册用户和一般用户分为两种不同权限，分别提供相应服务。
4． 四面四维融合
通过FESS网真（Telepresence）课堂、物联网互动反馈学习共同体等新型教学平台环境实现传统课堂与网络课堂、高校课堂与中小学课堂、城市课堂与农村课堂、普通教育课堂与继续教育课堂等四个方面在时间、空间、内容及方式等四个维度的融合，实现教育资源共享，促进教育均衡发展。
二、FESS设计方案
(一)总体设计
1． 总体布局FESS以高校为中心站，以若干中小学为地面站，总体布局为星型结构（如图1所示）。
中心站负责管理与协调整个未来教育空间站，其主要标志是建立教育云数据存储与管理中心。一所中小学为一个地面站，地面站之间通过中心站实现互联。
2． 中心站结构
FESS中心站采用五层十项系统结构设计。纵向五层为基础设施层、基础服务层、应用支撑层、应用系统层和门户层。横向十项除建立教育云数据存储与管理中心、网真课堂、物联网互动反馈学习共同体等三项源于：毕业设计论文格式www.808so.com
代表性系统外，还包括智能录播系统、远程教育与学习系统、3D轻松学习及体验空间、教学智能诊断评价系统、多媒体教育软件开发系统、校园网络数字电视系统和中心站门户等七项系统（如表1所示）。
基础设施层除了硬件设施外，还包括必要的装修装饰，秉承从“自然空间”向“数字空间”发展的理念，以“梦幻太空站”为装修主体，彰显未来教育空间站的科技性与前瞻性，并注意突出教育创新和教师技能发展的功能属性，引入VI视觉识别，将科技和艺术有机地结合。
基础服务层包括网络覆盖、编码、存储、计算、安全等，教育云数据存储与管理中心进行集中控制与操纵。应用支撑层将多个应用系统共性特征抽象出来以便于复用，保障整体项目能够支持各应用系统之间的数据共享，实现应用系统的数据集成、应用集成、业务集成，其中智能录播系统和多媒体教育软件开发系统是本层两项主要系统。最外层是中心门户层，面向教师、学生、管理者以及所有其他用户提供方便、灵活、友好、个性化的用户操作界面。
在应用系统层中，远程教育与学习系统使得中小学课堂在大学得以高清展示。3D轻松学习及体验空间，实现3D设计、制作与体验，探索3D技术在教学中的应用，并同步建设用户体验中心，对FESS进行展示、推广和用户培训，采用大屏幕电视墙及裸眼3D演示FESS的各项内容。教学智能诊断评价系统是根据学科教育规律对课堂教学进行评价，开展多种形式的教学诊断。校园网络数字电视系统是三网融合的焦点应用，实体部分可以建立一间虚拟演播室。该层中的网真课堂、物联网互动反馈学习共同体以及基础服务层的教育云数据存储与管理中心等三个关键子系统的设计下一节将重点讨论。3． 地面站结构
FESS地面站采用三室三统结构设计。三室是多媒体教室、录播教室、网真教室；三统强调统一监控维护保障、统一视觉识别VI设计、统一校本资源管理平台门户（如表2所示）。
能够接入Internet是地面站必须具备的先决条件。多媒体教室是FESS地面站的最低要求，其基本装备为电子白板、投影仪、摄像头、教师电脑、扩音系统，通过网络可访问未来教育空间站的共享教学资源。录播教室是地面站一般应该具备的配置，是建立校本资源特别是课堂资源的必要条件。网真教室与FESS中心站网真课堂系统相对应，是实现未来教育空间站四面四维融合的主要形式。对地面站统一集中监控、维护和保障，应用远程控制技术、硬件即插即用自动识别技术、域管理技术、屏幕监控技术实现在监控中心对分散在多点的计算机全面远程管理。各地面站实行统一标牌、Logo及主体环境装修，并提供统一的校本资源管理平台门户系统。
地面站是为了与其中心站协同互动而设计的，覆盖中心站所在高校对应的实习基地、继续教育基地及相关中小学。地面站的建设需要适应中小学自身接入条件、装备能力，支持、兼容多种接入方式和装备水平，采用层次化、模块化设计，整体规划，分步实施，灵活配置。
(二)关键子系统设计
1． 教育云数据存储与管理中心教育云（Education Cloud）是云计算在教育领域中的迁移，是未来教育信息化的基础架构，它把教育信息化所必需的一切硬件计算资源虚拟化之后，向用户提供云服务。[3]从传统教学平台向教育云的演化如图2所示。
FESS中心站教育云数据存储与管理中心实现包括地面站在内的整个未来教育空间站的控制与管理，将服务器、存储系统、网络等硬件资源形成资源池，提供统一共享的计算和存储资源平台。虚拟化是实现私有云架构的核心，[4]虚拟化技术具有整合优势，可提升服务器利用率、可靠性、可用性、可网络化，整合磁盘设备，并让多个服务器共享磁盘设备，将应用计算从用户设备中分离出来，并在数据中心对应用及相关数据进行整合。
在教育云数据管理方面，部署一套桌面应用快速交付系统，[5]承担FESS相关信息系统的运行维护工作。集成网络引导、虚拟硬盘、设备驱动等技术实现网络数据集中管理存储、操作系统统一分发、统一升级、软件统一安装并实现远程控制，不仅可以支持同一网段内的客户机，还具备跨网段能力，支持远程客户机，实现各个地面站的统一管理。
新一代教育云数据存储与管理中心是未来教育站的基础框架支撑，标志性地将FESS所依存的IT架构定义为新一代私有云架构，可实现计算、网络、存储等核心要素的“按需配置”，达到高度的灵活性和可用性。
2． 网真课堂
网真的理念是通过网络再现真实场景、体验真实现场感受，网真不同于简单的远程交互，[6]它不但有很宽的视野、逼真的色彩、真人大小的高清图像，更重要的还有神态交互、眼神交流、唇音同步等，并可实现物体远程操控。[7]
网真课堂是以实体为主的课堂，构建在宽带基础上，打破时间空间的限制，支持多个异地课堂的远程音视频实时互动传输，把物理上分割的多个课堂转换成逻辑上、感受上像是真的单一课堂。FESS网真课堂实现中小学课堂在高等师范院校的实时展示，师范生在网真课堂内进行教育见习。图3为有五排课桌椅的网真课堂示意图。用每一方块表示一套课桌椅，在中心站的网真课堂共安装两排八套，在地面站共安装三排十二套，两地的课桌椅外观设计与分布完全一样，从图中讲台往左的方面看，地面站的第三排是网真课堂的第三排，而中心站的第一排可以看作网真课堂的第四排。在中心站前方墙壁上安放大屏幕显示设备，显示从地面站传送来的课堂情景，中心站座位上参加教育见习的大学生可从前大屏幕上看到前三排中小学生和讲台上的教师，而地面站的后大屏幕显示中心站的情景，这样就如同两个课堂完全融合为一个课堂。
3． 物联网互动反馈学习共同体
物联网（Internet of Things）即物物相连的互联网，是建立在互联网上的泛在网络，借助物联网可建立灵活多样的学习共同体。FESS物联网互动反馈学习共同体集成了多种最新的信息技术，学习者利用现场设备或智能手机、PAD、电子书、笔记本、无线终端等设备通过物联网路由器建立学习共同体，实现互联互通，直接参与课堂互动（如图4所示）。
该系统不仅支持PPT、Flash课件、Word文档等电子教案的实时互动，还支持纸质试卷、黑板板书、口头讲解等多种教学形式下“一对多”实时反馈；不仅支持客观题互动反馈，还支持主观题的互动反馈。该系统让学习者平等地参与教学过程，[8]延长学习者集中注意力的时间，增强学习积极性，为师生创造了一种平等、快乐、高效的学习共同体环境。
三、未来教育空间站运行模式
未来教育空间站由一个中心站和多个地面站组成，其运行模式有：中心站与地面站一对一连接运行、中心站与地面站一对多连接运行、地面站之间连接运行、中心站单独运行和地面站单独运行等。以下从FESS服务对象视角重点对第一种运行模式进行分析，以探讨FESS的强大功能。(一)中心站高校师生视角
FESS是一个教学科研平台，为中心站高校的师生开展教学科研提供环境支持。从中心站教师视角看，FESS是一个研究信息技术如何支持教育教学的良好平台；从教学方面看，它是一个教学观摩平台、网络教学平台、调查研究平台、资源建设和服务平台。FESS能够支持大量实时、非实时教学活动的音视频直播、点播，并建立了观摩教师参与指导、讨论、评价的机制。通过FESS教师可打破时间、空间的障碍，指导学生，特别是指导学生实习、见习，具有强大的个性化组织教学能力。调查研究平台具有良好的在线调查功能，具备搜集第一手教学资料的能力，建立来自于教学一线、最有生命力的教育资源，形成活的教育资源库。
从FESS中心站学生视角看，学生可以进入FESS开展教育实践类课程学习，体验“自主、合作、探究”的教学方式，并通过师生面对面试讲的方式培养教育教学源于：论文例文www.808so.com
技能。其中最直接最深刻的变化在于通过网真课堂实现中小学实时课堂的远程直播，学生具有身临其境、面对面式的体验，使得实习、见习、观摩方式发生了根本变化。
(二)地面站中小学师生视角
地面站中小学师生在未来教育空间站中可以获得各种优质教育资源共享及服务。FESS是地面站中小学教师开展校本研究和职后继续教育的平台，也是他们参与、观摩、学习中心站高校课堂教学的窗口，同时也是兄弟学校之间课堂教学交流的窗口，可以实现互动教师培养。利用FESS的数字化教学服务功能系统，中小学教师也可以开展网络教学。中小学学生可定期到中心站体验，也可在地面站分享未来教育空间站中的教学资源，参与FESS课堂教学活动、教学创新活动，参与互动教学、评价、调查等环节，利用FESS开展“自主、合作、探究”的数字化学习。未来教育空间站地面站建设可以极大地促进接入学校的“班班通”建设。“班班通”建设是国家教育信息化工程的重要组成部分，国家明确要求“逐步实现中小学每个班级均能开展多媒体教学”，而电教馆强调“班班通”建设的关键不仅仅是通硬件、通网络，更重要的是通源于：论文格式模板www.808so.com
资源、通应用。FESS地面站的建设，不仅在硬件装备上能够实现“班班通”综合解决方案的要求，更接通了优质教育资源、丰富了班班通的应用。
(三)其他用户视角
FESS提供强大的门户系统，拓展应用到所有感兴趣的用户。首先从学生家长视角看，其价值主要体现在加强家校联系，及时掌握孩子的学习状态，为辅助孩子的学习提供资源及平台的支持等。从一般用户角度，FESS提供了解高校教学水平、师范生在校表现等。同时，FESS也提供一定资源供全体用户共享。四、结束语
高校建设的以现代教育理念为指导的未来教育空间站必然会贯穿着学校独具特色的办学思路。随着FESS投入运行与使用，必将对我国教师教育观念和教学方式产生深刻影响。同时，FESS不仅是教育技术学科的重要研究平台，还将成为计算机科学与教育学两个一级学科融合的重要研究基地。另外，未来教育空间站把不同地域的多个课堂完美地融合成一体，不仅能有效地节省大量人力物力，取得良好的质量与经济效益，最重要的是可促进教育均衡发展和社会公平。
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