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教育雲端科技的現況與未來發展 臺北市政府教育局聘任督學 韓長澤 1 前言 • 根據統計，即使企業的資料中心，一般而 言也只有約15％的運算是用在有效率的生 產，大約還是有85％的運算資源浪費。 • 雲端運算由於集中化、虛擬化，可以減少 維護成本 。 • 雲端分為公共雲與私有雲兩種 • 敏感性不高的資料與運算可置放於公共雲， 敏感性高的資料可以在內部打造私有的雲 端架構。 • 打造雲端服務所費不貲，中小企業難以負 擔 2 Cloud Computing 雲端運算不是技術，它是概念。 3 雲端運算的概念 • 一種電腦運算的概念，而一種概念就會有 許多不同的方式去實踐，這個時候才會有 不同的技術衍伸出來。 • 最終目標是沒有軟體的安裝，所有的資源 都來自於雲端，使用者端只需一個連上雲 端的設備與簡單的介面（例如瀏覽器）即 可。 4 雲端運算之優點 • 公司與用戶之間，透過雲端溝通往來。 • 企業或個人可以透過網路取得其所需之 資源。 • 連上網路，資源無所不在。 • 打破傳統工作場所地域限制。 5 雲端運算定義 • 是一種透過網路提供運算, 儲存,存 取 給使用者使用 • 使用者不用知道資料中心在那裡, 只要知道如何去取用, 按使用量或 使用時間計費 • 雲=網路 • 端(終端設備,運算伺服器設備) 6 對個人影響 • • • • • • 減少購買設備費用 單純使用終端設備 可隨時隨地存取與分享資料 改變了生活模式與習慣 隱私權受影響 個人工作模式會增加 7 雲端服務 • • • • • • Web Email 線上掃毒 YouTube 線上文件 部落格 … 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 8 Super Computer 雲端運算的演化 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 9 Super Computer Cluster Computing 雲端運算的演化 叢集運算 • 通過一組鬆散集成的計算機軟體 和/或硬體連接起來，緊密地協 作完成計算工作 • PVM 、MPI • 1960~ • 相對於超級電腦有高的性價比 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 10 雲端運算的演化 Super Computer 分散式運算 Cluster Computing Distributed Computing 把需要進行大量計算的工程數 據分割成小塊，由多台計算機 分別計算，在上傳運算結果後， 將結果統一合併得出數據結論 的科學。 Remote procedure calls SETI@Home, Einstein@Home 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 11 Super Computer Cluster Computing Distributed Computing Grid Computing 雲端運算的演化 格網運算 • 大量異構計算機（通常為桌面） 的未用資源（CPU週期和磁盤存 儲），將其作為嵌入在分佈式電 信基礎設施中的一個虛擬的計算 機集群，為解決大規模的計算問 題提供了一個模型。 • Globus • 1990~ 12 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) Super Computer Cluster Computing Distributed Computing Grid Computing 雲端運算的演化 公用運算 • 主要提倡一種理想的企業資 訊架構，讓IT服務模仿公用 服務的方式進行，如供應水、 電力、瓦斯。”用多少付多 少”以及”隨需即用” • From IBM, Utility Computing 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) http://www.zdnet.com.tw/enterprise/feature/0,2000085762,20086535-2,00.htm 13 Super Computer Cluster Computing Distributed Computing Grid Computing Utility Computing Cloud Computing 雲端運算的演化 雲端運算 • 透過網路將龐大的運算處理程序自 動分拆成無數個較小的子程序，再 交由多部伺服器所組成的龐大系統 經搜尋、運算分析之後將處理結果 回傳給用戶 • 雲～＝網路 • Google：MapReduce、GFS及 BigTable 14 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 15 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 雲端運算特色 虛擬化 超大規模 高可靠度 使用者付費 高擴充性 高通用性 成本低 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) http://baike.baidu.com/view/1316082.htm 16 現有的雲端運算服務 • Windows • Google • Amazon • Yahoo • ….. 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 17 資料來源：國家高速網路與計算中心(NCHC) 比較表 服務 Amazon EC2 Google App Engine Microsoft Azure Yahoo Hadoop 架構 Iaas/Paas Paas Paas Software 服務型態 Compute/ Storage Web application Web and non-web Software 管理技術 OS on Xen hypervisor Application container OS through Fabric controller Map / Reduce Architecture 使用者介面 EC2 Commandline tools Web-based Administration console Windows Azure portal Command line and web APIs yes yes yes yes 收費 yes maybe yes no 程式語言 AMI (Amazon Python .NET framework Java, 屬性 Machine Image) 18 19 六大新興產業 o由政府當火車頭負責推動 o醫療健康照護服務 o文化創意服務 o數位化教育服務 o精緻農業服務 o觀光旅遊服務 o能源管理服務 20 數位化教育服務 • • • • • 教學教案內容服務(影音服務) 家庭連絡簿 數位教材(電腦 /電子白板 /電子書) 學習歷程成效分析系統 在家老師與學生可進行各項事宜 21 http://tech.cipper.com/index.php/archives/332 雲端智慧校園 中華電信 智慧校園 雲端應用 數位圖書館 社群服務 電子教材 教室環境 設備整合 個人虛擬桌面 個人雲端書櫃 學習輔助 評量題庫 校務行政 校園 節能 管理 校園 安全 管理 SaaS 中華電信 雲端中心 虛擬桌面 社群平台 同步/非同步 學習平台 學習內容 交換中心 影音串流 PaaS Servers Networking Storage Security 智 慧 校 園 Data Center Fabric IaaS 2015/4/13 資料來源：中華電信 22 22 雲端數位學習 NoteBook Desktop PC 雲教室 Tablet Phone 雲書包 雲教師 雲端桌面平台 （CDS) ISV: 教育 應用服務 中華電信: 雲端智慧 校園平台 2015/4/13 家 雲 題 備 長 行 功 端 庫 課 聯 事 課 書 系 管 絡 曆 表 櫃 統 理 簿 第三方 加值 服務 與 微服務 共享 創作 與 付費 內容 百 大 好 書 書 庫 教 案 創 作 課 程 講 義 教 學 素 材 數 評 位 量 教 題 科 庫 書 雲端教育軟體商店平台 雲端教材資源庫平台 SaaS Store Content Store CSV: 教育 加值內容 教學流程管理平台 認證平台 社群平台 金流平台 資料來源：中華電信 23 23 學習服務 School PC Classroom PC Home PC 中華現有系統 社群平台 認證平台 雲端桌面服務平台 Cloud Desktop Service 學 習 軟 體 教 務 軟 體 校 務 軟 體 雲端教育軟體商店平台 Apps Store 源 教蹤 即 教 補 整學 時 學 救 合規 評 活 教 劃 量 動 學 與 與 管 管 資 追 理 理 教學流程管理平台 金流平台 評 量 題 庫 電 子 教 科 書 教 學 素 材 課 程 講 義 雲端教材資源庫平台 Content Store ISV Ecosystem Teacher Community CSV Ecosystem 24 資料來源：中華電信 桌面服務平台應用情境 學生端服務-雲端書包 以學生為學習中心, 學校在學期開始, 將電 子課本匯入每個學生的雲端書包, 學生擁有 自己的課本，可以做筆記劃重點 學校：將學生的考試成績，連絡事宜等學 生的學習紀錄, 放入學生學端書包 家長：在家連上雲端了解學生上課情形與 學校聯絡事宜, 對於學生需補強科目可以線 上採購參考書與練習題，線上課程, 或相關 課外讀物 老師端-教學服務 以老師容易準備課程資料為中心, 依老師 每學期的課程安排，提供相關的素材供 老師準備教案 資料來源：中華電信 25 教學流程管理平台應用情境 備課-教學-評量-補救 老師 教學規劃製作 調整教學策略 即時追蹤學習狀態 教學單元 個別學習進度 補充講解 -------- ------------指定教學活動& 分享教案 教學活動資源庫 補充講解資源庫 學習記錄庫 教案庫 活動實施 [練習]-英文縱橫字謎 上傳補救教學資源 學習資訊回饋 補救教學實施 學習記錄 講解與練習 [測驗]-國中英語第1 [練習]-看圖填空 冊 … 資料來源：中華電信 學生 練習 (縱橫字謎、看圖填空..) 、 測驗(選擇、填空…) 學生 觀看講解與練習(影音、 文字、補充教材) 26 教材資源庫平台應用情境 可以在任意時間、地點，透過任何裝置，存取異質形式內容的 雲端隨選資源庫 教室環境 圖書館 … 針對各種不同裝置型態與格式，轉換成最適合內容呈現的格式 雲端隨選資源庫服務平台 匯集各種來源與格式的數位內容，以及閱讀活動所產生的使用紀錄，轉換成中繼檔案儲存 K12教材內容 數位內容 資料來源：中華電信 網路數位內容 27 教育雲服務架構 高中職 69 校 國中 62 校 國小 153 校 台 北 市 老師2.5萬人 老師 學校 高中職 12萬人 國中 10萬人 國小 15萬人 學生 電子白板、平 板電腦等設備 終端設備 供應商 家長 未來教室、電子書包 之雲端教學服務 教學軟體 供應商 （ISV） 教育科技系 統整合商 學校導入、 培訓與服 務 基於平台服務， 開發更多教學所 需之應用工具 教學內容 供應商 電子教科書、評量、 （CSV） 素材整合上架 教育雲聯合服務中心 教學工具(Apps) 課前 備課工具集 課後 補救工具集 課中 教學工具集 開放式教育服務(Open Service) 教學與學習服務 資策會 提供垂直整 合之教育雲 技術方案 教育雲端整合服 務 內容管理服務 教務管理服務 服務整合管理 雲端教育服務平台(Education Cloud Service Platform) 教學平台 營運商 教學平台經 營與維護 雲端基礎架構 Cloud Infrastructure (CAFE) 電信網路 通訊服務 商 網路頻寬與機 房硬體設施 電信機房 (網路與硬體設備) 28 資料來源：資策會 教育雲網路架構規劃 Bandwidth 100MB~1GB 學校A 臺北市教育局中央機房 微型雲端伺服器 (校務行政、課程、教 材、資源庫(cache)) Bandwidth 100MB 認證機制數位資源 SSO 校園雲端伺服器 班級N 班級B 班級A 防火牆 認證機制數位資源 補教業者、 ISV/CSV業者 SSO 無線AP Internet TANET 老師 商業運轉雲端機房 Bandwidth Bandwidth 100MB 100MB 學校B 學校C 學校N 老師 學生 家長 資料來源：資策會 29 教育雲端教學服務平台 整合數位內容及工具平台，將單純內容提供轉化為服務模式，快速提供老師、學生及家 長所需的教學及學習服務，強化科技化教學應用。 課前 電子書包 電子書包 資料來源：資策會 30 教學服務平台關鍵特色 快速整合教材與網路資源 允許老師滙入 PPT、Doc 自製教材。 單一介面整合 Youtube、Wikipedia、 Flash、Web Site等各式網路資源。 教學資源雲端化、素材化 可線上整合電子教科書與題庫。 教學素材重新切割，大幅提升再 利用率。 跨白板教學服務整合 可於任何廠牌之電子白 板或觸控載具上使用。 馬上出題、立即互動 教學資源交流分享 教育雲服務可串接前端不同成 本等級之教學設備。 簡化出題流程、提升即時評測 應用成效。 便捷的教學指引及教學資源 封裝、分享與交換。 允許電子書包直接存取老師 課中筆記。 資料來源：資策會 31 師生應用回饋 民生國中英文、地理、國文科等科目進行導入，資訊融入教學逐步轉化成為常態性融入 •式應用 全校七年級班級進行前測，根據前測結果， 選定 4 個班級，每個班級約 40 人 • 實施 2 個月（8週），每週 4 小時課程 年 級 在cc教室上課真的很有趣，班上除了笑聲不斷，每一節的遊 戲也讓人興奮，雖然不一定都是100分，但是小組一起合作 的感覺真的超棒的~我更喜歡地理課了，希望下次可以再有 這種機會到cc教室上課，我相信將有更多人熱烈回響!!! 706小張 at 20/06/2011 王老師（選定原本能力差不多之班級） 組別 前測 傳統教學班 51.4 平台實驗班 49.9 後測 成果 69.5 35%↑ 有效 72.0 44%↑ 提升 林老師（選定原本能力落後之班級） 組別 前測 傳統教學班 57.9 平台實驗班 50.6 教師 教學資歷 張老師 22年 陳老師 12年 蘇老師 15年 林老師 3年 後測 成長 66.4 14%↑ 幅度 66.6 32%↑ 追平 題目 學生心得 七 年 級 在CC教室上課時,地圖相片等視訊能幫助理解地理位置與氣 候條件,比較容易整理.我覺得這幾次的地理課不但有深入的 講解,也有帶動氣分的地理遊戲,滔起興趣來,如果有機會的話, 我想要去南部區域的珊瑚礁海岸. 澤井at21/06/2011 在輕鬆的氣氛、有趣的遊戲中學習，讓我們有滿滿的收穫。 競爭的遊戲好激烈，大家都想得第一、拿滿分，但因為太緊 張了，我們這組竟然有個60分┬_┬ 小遊戲就像小考，內容 一上完就有小遊戲，馬上可以看出學了多少，又可以培養組 員的默契，並學習彼此合作。在CC上課真好玩，希望下次 能再到CC教室上課 70703 許雅喬at23/06/2011 教師回饋 (1) 學生較能專注 (2) 資源共享，老師不需要每一科目、單元都花費太多時間找資料，可 您是否同意 分工合作 教學服務平 教材可以不斷的累積與修改、更加方便，降低每學期上課、多班授課之負擔 台可以讓教 學更有效率？ 教學活動多了互動性，讓老師可對學生進行回饋蒐集，且更即時快速 原因為何？ 比起傳統平台新平台操作界面較為直覺好用 32 資料來源：資策會 情境案例 老師 備課、教學、班級經營、教師社群、親師溝通的重要工具 備課與教學設計 課 前 •登入平台 •選擇電子教科書 •編輯教材內容 •設計教學活動 •安排隨堂測驗 多元教學應用與管理 課 中 •登入平台 •管控學生電子書包 •播放教材與教學 •即時佈題傳送與課堂互動 (抽問、搶答、點名、投票) •實施教學活動與評量 •檢視答題狀況與回饋 •問題檢視與討論 •指派回家作業 檢視教學成效 課 後 •登入平台 •提供補充教材 •瀏覽作業與批改 •聯絡簿親師交流 雲端 教學服務平台 學生 預習教材 親 子 聯 繫 與 教 師 意 見 交 流 的 溝 通 管 道 教學管理 題庫管理 活動管理 設備管理 •登入平台 •開啟上課教材 •瀏覽教材內容 即時測驗追蹤 學習成效分析 書庫管理 學習歷程管理 資源共享 課後輔導管理 師生互動 •登入平台 •開啟互動工具 •點名回覆 •答案回覆(點選、書寫) 小組合作學習 •登入平台 •接收題目 •開啟互動工具 •合作答題(答案共編) •傳送答案 活動練習、評量測驗 •登入平台 •開啟活動/測驗考卷 •執行活動/作答考卷 家長 複習教材、繳交作業 •登入平台 •查看聯絡簿 •撰寫習作 •撰寫作業並上傳 課後練習、課外閱讀 •登入電子書庫 •下載電子書 •瀏覽課外讀物 •評量測驗練習 親師溝通 •登入平台 •查看聯絡簿 •家長簽名 •意見回覆 33 整 體 教 創 解 育 新 雲決 方 案 課與 數 傳堂 統教位 學學 習 學習驅動力提升重點 高連貫性、高互動性、重複利用性高、門檻低 課前：辦公室/學校 教師 課中：電子書包未來教室 •教學規劃 •教案設計 •教材準備 •教案分享 個人電腦 • 評量設計 課後：家庭 •科技教學 •即時互動 •題庫測驗 教師 電子白板•遊戲活動 學生 電子書包 •答題追蹤 •補救學習 •課後自學 個人電腦 •發展計畫 •內容市集 家長 學生 • 親師生互動 電子書包 教育雲端教學服務平台 課前 教師 課中 連貫性低 重複利用率低 • 紙本考卷設計 • 紙本教案規劃 • 班級網頁 • LMS 作業 X 連貫性低 重複利用率低 課後 X 教師 資料來源：資策會 傳統黑板、 粉筆、教具、 掛圖… 學生 筆記本、考卷 、教科書、 鉛筆盒、參考書… 學生 • 紙本回家作業 • 班級網頁 • 線上測驗 • 線上自學 • 家庭聯絡簿 34 Edu Pal為台北市打造的智慧教育 完整的功能 直覺的操作 雲端服務與 內容 軟體平台 互動式教材 數位課輔教材 課外讀物 國語日報 滿足老師, 學生與家長 Shuttle 人性化的設計 資料來源：資策會 硬體載具 創新教學 師大團隊研究在平 板上的創新教學 35 Edu Pal提供的雲端服務 雲端書櫃 • • 政府資源界接 學校/班級/個人 書櫃架構規劃 電子書城與教育軟體市集 教育社群 • • • • 可信賴的版權保護機制 專屬教育的空間 個人創作的分享與商機 出版社的界接 • • • 無國界的專屬教育社群 學習不孤單 學習的分享 雲端服務架構 資料來源：浩鑫 36 Edu Pal提供的平台功能2 教師備課編輯平台 • 件 • 轉換來自於Office, PDF的文 連結雲端書櫃, 輕鬆發佈教案 教室控制平台 載具畫面與電子白板畫面之間的互動 監控學生載具的使用狀況 鎖定學生載具 • • • 載具作業系統的備份, 回復以及更新 回復出廠原始狀態 輕鬆備份作業系統與回復機制 自動更新韌體以及平台版本 • • • 讀報平台 • • 37 資料來源：浩鑫 新聞自動派送 豐富學生的閱讀能力, 增加與社會的連結, 培 養社會責任 37 Edu Pal提供的硬體載具 價格便宜 • Android + ARM為基礎 外型輕巧, 電池使用時間長 • 8吋, 550g, 約5小時的連續使用時間 平易近人的使用設計 • • • • • • 電容式多點觸控 4:3的螢幕顯示比例 貼心的外觀設計 可外接HDMI螢幕, USB隨身碟 前後雙攝影鏡頭 防潑水 優越的效能規格 • • • 雙核心1G處理器 優越的3D繪圖效能 優越的影像多媒體以及Flash播放性能 富有創意的多功能皮套設計 • • • • 防落摔保護 觸控筆的收納 橫式/立式支架 名牌, 手提帶, 肩背帶設計 38 資料來源：浩鑫 38 長期商業模式建立 傳統內容產業升級為數位內容產業 長期目標 內容版 權代理 EP同步數位授權 中心 授權代理 傳統內容產業 數位內容產業 商業營運收入分潤 商業運轉私有 公共建設教育雲 Public Cloud 教育部/局 商業營運收入分潤 雲 授權 Private Cloud 內容服務化商業模式 設備使用租賃 推 升 短期策略 硬體產業 服務加值硬體產業 個人自學使用付費 全環境硬體設備租賃商模建立 課中教育雲服務（學校免 課後教育雲自學服務（家庭付費） 費） 電子書包教育雲服務整合示範應用 39 資料來源：資策會 長期商業模式建立 傳統內容產業升級為數位內容產業 長期目標 內容版 權代理 EP同步數位授權 中心 授權代理 傳統內容產業 數位內容產業 商業營運收入分潤 公共建設教育雲 服務加值硬體產業 Public Cloud 商業營運收入分潤 商業運轉私有 雲 內容授權服務化 Private Cloud （Edu App Market） 創新商業模式循環 資料來源：浩 授權 教育部/局 內容服務化商業模式 創新商業模式循環 設備使用租賃 推 升 短期策略 硬體產業 服務加值硬體產業 個人自學使用付費 全環境硬體設備租賃商模建立 課中教育雲服務（學校免 課後教育雲自學服務（家庭付費） 費） 電子書包教育雲服務整合示範應用 資料來源：資策會 40