無所不在學習與雲端運算

隨著現在科技的進步，學習已經不在侷限於在教室中學生與老師面對面的進行教學，透過網路的發展，各種遠距同步與非同步的學習也在常見的事，而隨則無線網路技術與行動智慧裝置的進步，學習者已經可以透過這些行動載具進行所謂的行動學習，而無所不在學習的概念是更近一步指出學習者可以隨時隨地使用各種媒介進行學習而不需要受到時間空間的約束， 另一方面，情境感知技術讓學習者在進行無所不在學習時可以藉由情境學習方式增加學習成效。由於在科學式探究學習過程中老師需要建置一個探索的情境讓每一位學生去進行觀察與探索，並且針對每位學生在探索時的學習情況進行輔導與掌握，而學生也需要對探索與觀察的事物進行回饋技術，而情境感知無所不在學習的技術讓學生隨時隨地利用行動智慧裝置進行學習，還可以藉由情境感知技術與現實環境作結合，所以情境感知無所不在學習的技術可以幫助老師在實施科學式探究教學時了解學生的學習情況，也可以引導學生進行科學式探究學習。

雲端運算（Cloud Computing）是一種使用者可以隨時，隨地，快速的透過網路獲得所需的各種資源(運算，儲存，服務，應用程式)，而不需要複雜的配置與管理工作的架構模型。依據美國國家標準與技術研究院 (NIST) 對於雲端運算的定義，雲端運算是一種模式，其依照需求能夠方便地存取網路上所提供的電腦資源，這些電腦資源 (包括網路、伺服器、儲存空間、應用程式、以及服務等) 可以快速地被供應，同時減少管理的工作，可降低成本並提昇效能。「雲端」代表就是網際網路，「簡單的說，就是把所有的資料全部丟到網路上處理！」Google台灣總經理簡立峰說。由資料的流向來看，在早期網際網路時代，使用者主要透過網際網路單方向來獲得資料，網站上面的內容都是由網站管理者所維護的，而在Web 2.0的時代使用者開始透過網際網路將分享自己的意見與資料，網站上面的內容轉為瀏覽網站的使用者維護，而使用者可以彼此分享資料，而雲端運算則是將所有的資料都放在網際網路處理，使用者所分享的資料可以在其他網站中流通，除了提供資料以外，雲端運算還包含將各種軟體應用以網際網路的方式提供使用者，使用者只需要使用瀏覽器而不需要安裝應用程式就可以使用，從早期的web mail服務到文書檔案編輯服務( google 文件、ms office365)，影像編輯服務，地圖等，使用者可以隨時隨地的使用。除此之外雲端運算還包含運算資源的服務，像是各種搜尋資源也都是雲端運算的一種。

依照美國國家標準與技術研究院對雲端計算的定義，雲端運算與以往的主從式架構(server-client)不同之處在於雲端運算有以下幾個特性如下：

一、使用者可以依照所需動態調整所提供的資源：早期的主從式架構中，伺服器所擁有的運算能力，儲存空間大小，網路頻寬等各種資源都是固定，如果需要增加資源就必須讓機器停止運作並且擴充硬體設備，這往往都需要消耗好幾個小時甚至是一天的時間，而每一位使用者能使用資源也都是固定的，如果需要增加或減少使用資源，就必須由系統管理者手動設定。雲端計算中使用者可以依自己所需隨時增加或減少系統資源，整個過程不需要系統管理者手動設定，而整個伺服器的資源也是可以在不停止營運的情況下隨時擴充。

二、使用者可以透過網際網路由各種裝置上存取資源：早期的主從式架構中，使用者只能利用終端機連上伺服器，而在雲端運算架構中，使用者可以在不同平台上透過網際網路存取雲端運算的資源。

三、資源池的觀念：早期的主從式架構中，伺服器與其所擁有的儲存空間、處理能力，記憶體與網路的觀念都是固定的，對於資源的觀念也是每一台機器獨立去計算它所擁有的硬體資源，所以分配資源時也是實體機器的觀念去進行分配，對於不同的服務分配不同的實體機器，而每一個服務能用的資源便是所使用的實體主機所提供的資源，如果多餘或缺少資源也無法即時地分享或取得。而在雲端運算架構中，所有的資源都是以資源池的方式存在，一方面所有相同資源可以統整再一起，而不被硬體限制的分配給所需要的服務，另一方面分配出去的資源像水一樣是流動的，當資源不需要時使用可以隨時回到資源池提供給其他服務使用。

四、資源可以快速且彈性的擴充：早期的主從式架構中沒有資源池的觀念，所以對於硬體資源的擴充需要受限於硬體的限制，例如一台實體主機只能提供DDR 2G記憶體的插槽16個，而目前已經裝了8個，則這台實體主機能過提供的記憶體擴充能力只有16G，這也表示在這台實體主機上所能提供的服務它的記憶體資源擴充能力只有16G。而在雲端運算架構中服務所使用的資源是以資源池的方式存在，資源池內的資源是許多台機器組合而成，要擴充資源只需要增加新的機器到資源池中，而不會受限於一台機器的硬體擴充能力的限制，所以能在使用一般伺服器硬體設備情況下提供上萬個運算核心的資源服務。

五、資源的使用可以被測量與管理：由於雲端運算架構中使用了虛擬資源池的觀念，所以資源池中所有資源的使用便可以被測量與管理，也可以根據資源的使用量來進行計費。

雲端運算的服務模式依照提供服務的內容與服務的對象在美國國家標準和技術研究院將它分成三種：IaaS (Infrastructure as a Service，基礎架構即服務)、PaaS（Platform as a Service，平台即服務）與SaaS（Software as a Service，軟體即服務），而最近又興起第四種服務模式：DaaS（Dtata as a Service，資料即服務）。分別敘述如下：

一、基礎架構即服務：提供的服務內容是一個虛擬的硬體，像是虛擬主機，虛擬硬碟等等，由於雲端運算的特性，這些虛擬硬體的資源(運算能力，記憶體數量)都使可以隨時做動態調整以符合使用者的需求。而服務的對象為系統管理者。

二、平台即服務：提供的服務內容是一個虛擬的佈署與執行應用程式的系統環境或是作業系統，程式的開發人員藉由所提供的工具或SDK建立相關的程式並佈署到雲端運算所提供的系統環境平台中，程式藉由系統平台所提供的運算，記憶體與儲存空間等資源進行龐大複雜的運算，或是提供給一般使用者作為SaaS的服務。服務的對象為開發人員。

三、軟體即服務：提供的服務內容是各種應用程式，服務的對象為一般使用者，由於雲端運算的特性，使用者可以在任何平台上透過網際網路直接使用這些應用程式而不需要預先安裝這些應用程式，而應用程式所使用的資源的動態擴充與調整而不會影響運作。

四、資料即服務：提供的服務內容是各種資料，而資料的格式需要能夠做搜尋、整理或統計等等再利用的動作，而服務的對象是一般的使用者可以下載資料進行處理，或是開發人員去撰寫各種應用程式。資料即服務的模式通常會與其他三種服務模式一起呈現，例如在基礎架構即服務提供虛擬硬碟放置虛擬資料檔案或平台即服務中提供虛擬資料庫與資料表，抑或是在軟體即服務的搜尋與資料處理。

這四種服務模式對應一般電腦系統的關係如圖2-2-1，基礎建設即服務模式提供使用者一個虛擬的硬體，讓使用者可以安裝所需的作業系統與作業系統中的應用程式，而平台即服務模式則提供一個虛擬的作業系統環境，讓使用者可以在這個環境中設計與使用應用程式，而軟體即服務則提供了各種軟體讓使用者可以直接使用。資料即服務以資料為服務內容提供使用者在儲存，運算與應用中提供存取服務。

而就部署模式來說，依照對於實體資源的可控制性分為四大類：

一、公用雲（Public Cloud）：使用外部雲端廠商所提供的服務，而不用去管理實體資源。在這種模式下，使用雲端的使用者或公司不需要負擔相關實際硬體維運與管理的成本。

二、私有雲（Private Cloud）：所有雲端的建設與實體資源的建置，都是由內部去建立與管理。在這種模式下，使用雲端的使用者或公司需要負擔相關實際硬體維運與管理的成本，但是可以獲得資源的控制權。

三、社群雲（Community Cloud）：多個組織共享資源與實體資源的建置管理。透過共同目的的不同組織共同管理，不僅可以達到知識交流互惠的功能，還可以減少營運的成本。

四、混合雲（Hybrid Cloud）：在基於統一的標準與協定上，混合使用公用雲，私有雲與社群雲。使用者通常會將機敏性的資料或具有核心價值的技術或服務以私有雲的方式提供服務以避免相關資料或技術外洩，其他的服務則以公有雲的形式以節省營運成本。

本研究將學習活動視為是應用程式，而學生即為一般的使用者，則SaaS服務模式可以看成是學生在學習活動中進行學習，因此負責學習活動的設計與發展的老師就是開發人員，可透過建置PaaS的公有雲平台，讓老師將設計好的課程放在上面運作，再讓學生透過網際網路以SaaS服務模式進行學習學習。