Ứng dụng điện toán đám mây trong giáo dục – xu thế tất yếu

(GD&TĐ) – Điện toán đám mây (CLOUD COMPUTING) chưa hẳn là một công nghệ mới, nhưng nó là một cuộc cách mạng đang làm thay đổi  bản chất của công nghệ thông tin và tác động mạnh đến mọi lĩnh vực trong đó có giáo dục. Bài viết sẽ khái quát điện toán đám mây và phác thảo xu thế tất yếu của điện toán đám mây trong giáo dục.  

1. Tổng quan điện toán đám mây 

1.1 Bối cảnh ra đời

Trong gần hết kỷ nguyên máy tính cá nhân (PC), những nội dung mà con người cần để làm việc được lưu giữ trong ổ cứng (hard disk) của PC hay trong các ổ cứng gắn ngoài và USB. Trước khi có internet,  các thông tin, dữ liệu trong mỗi chiếc máy tính PC sử dụng độc lập, không liên kết nhau. Mạng internet ra đời đã gắn kết các hệ thống máy tính với nhau, các thông tin được dùng chung một cách có hiệu quả hơn, tuy nhiên chi phí hoạt động còn rất cao. Nhờ sự phát triển của các mạng di động, mạng viễn thông, đặc biệt là mạng thông tin băng rộng và sự xuất hiện của “các phần mềm mô phỏng” đã  tập trung được năng lực tính toán và năng lực lưu trữ  của các máy tính lại với nhau thành một thể thống nhất và đưa vào “mạng”. Khi cần khai thác sử dụng thì lại thông qua “mạng” mà lấy ra, từ đó đã thúc đẩy sự ra đời của điện toán đám mây. Công nghệ điện toán đám mây là một thành tựu khoa học tương đương thành tựu của các công nghệ tính toán nhưng nó khác ở chỗ : công nghệ đám mây còn là mô hình dịch vụ mới. Điện toán đám mây cung cấp phương tiện để chia sẻ phần cứng, phần mềm cơ sở hạ tầng lưu trữ, theo một gói phần mềm tiện dụng và phổ biến. Chúng ta có thể truy cập và sử dụng đến các dịch vụ CNTT tồn tại trong “đám mây”. Cấu trúc bên trong các “đám mây” là những cơ sở hạ tầng như phần cứng, phần mềm, mạng, phương thức lưu trữ, bảo trì, backup, v..v.. ,  được duy trì để cung cấp các dịch vụ  đảm bảo khả năng sẵn sàng cao. Đó là các “trang trại server” (server farm) lớn do Amazon, Google và các công ty khác quản lý, nơi một lượng dữ liệu cực lớn được tồn trữ để người dùng có thể lấy về tại bất cứ nơi nào trên thế giới. 

1.2. Những ưu việt chính của điện toán đám mây: giá thành các “Server đám mây” và thiết bị đầu cuối của người sử dụng giảm.  

Điện toán đám mây đã tạo cơ sở hình thành phần mềm như là dịch vụ SaaS (Software-as-a-Service) và các server theo định chế “đám mây”. Nhờ các server đám mây, những trung tâm dữ liệu truyền thống có thể được thu nhỏ trong một valy, nên giá thành trung tâm dữ liệu giờ đây giảm xuống đáng kể.

Nhờ điện toán đám mây, các doanh nghiệp (công ty) lớn giờ đây không cần phải mua máy chủ riêng, không cần duy trì hàng trăm máy tính  để chứa các dữ liệu của công ty, không cần đội ngũ cán bộ quản trị mạng, không cần mua bản quyền các phần mềm, v..v …  Thay vào đó, công ty chỉ cần sử dụng dịch vụ cài đặt tại một trung tâm điện toán nào đó, đánh giá dịch vụ đó có đáp ứng nhu cầu của công ty mình hay không, và trả tiền dịch vụ đó. Lúc đó công ty sẽ “toàn tâm” tập trung sản xuất còn các nhà cung cấp dịch vụ sẽ lo cơ sở hạ tầng và công nghệ thay  thế để duy trì hoạt động mạng của công ty . 

Đối với cá nhân người sử dụng không cần biết bằng công nghệ, bằng hình thức nào, và bằng phương thức quản lý như thế nào  để tạo ra và duy trì các dịch vụ đó, mà chỉ quan tâm làm sao có thể truy cập sử dụng dịch vụ với mức độ an toàn, tin cậy của dịch vụ được cung cấp có đáp ứng được như cầu của mình hay không.

Tóm lại, điện toán đám mây được nói gọn thành “4 không” : không cần máy chủ, không cần bảo trì, không sợ rủi ro, không có  bản quyền, người sử dụng chỉ cần máy tính nối mạng là có thể sở hữu nguồn tài nguyên vô tận trên internet. 

1.3.  Giới thiệu một số công ty làm dịch vụ (cung cấp) điện toán đám mây 

Các công ty tiên phong như Amazon đã xây dựng “hệ sinh thái dựa vào đám mây” (cloud-based ecosystem) để làm cho các nội dung như sách điện tử có sẵn với mọi người. Các công ty khác cũng phát triển “hệ sinh thái” riêng của mình. Mới đây Google đã mua Motorola Mobility (công ty chuyên sản xuất máy tính bảng, smartphone và các công cụ khác) với giá 12,5 tỉ USD mà mục tiêu là cho ra một loạt các công cụ di động mới tốt nhất sử dụng các dịch vụ đám mây. Apple cũng có dịch vụ “iCloud”, trong đó cho phép người dùng tồn trữ dến 5GB nội dung không tính phí và nhiều hơn nếu đồng ý trả phí. iPhone 4S vừa trình làng có một số cải tiến trên dịch vụ tồn trữ và đồng bộ (storage-and-sync) iCloud của Apple. iCloud cải tiến (sẽ được đưa vào các sản phẩm Apple mới chạy trên hệ điều hành iOS 5) được xem là đối thủ của Amazon. 

Các công ty phần mềm nhỏ cũng tận dụng lợi ích của điện toán đám mây như  Dropbox cho phép người dùng upload hình ảnh, văn kiện và các nội dung khác lên trang web có giao diện đơn giản của nó rồi load lại chúng từ các công cụ khác thông qua tài khoản đăng ký. Đa số công ty đều cung cấp miễn phí phần cơ bản của dịch vụ và chỉ tính phí ở phần nâng cao. Dropbox miễn phí 2GB nội dung upload. Các công cụ di động có khả năng đặc biệt và điện toán đám mây là hai trong ba cột trụ cơ bản tạo ra cuộc cách mạng điện toán cá nhân. Nhưng cột trụ thứ ba – sự phổ biến của internet dải rộng – đã tăng tốc độ cho nó.

2. Ứng dụng điện toán đám mây trong giáo dục

2.1 Lợi thế của điện toán đám mây trong giáo dục

Trong ngành giáo dục thường xuyên phải sử dụng nhiều đến các cơ sở dữ liệu cùng với các phép tính toán với chi phí không nhỏ. Điện toán đám mây có thể cung cấp cho các cơ sở giáo dục một phương pháp  nhằm giúp người học một công cụ tính toán đầy tiềm năng. Thông qua điện toán đám mây, các cơ sở giáo dục  giải quyết được bài toán về xây dựng cơ sở hạ tầng, phần mềm, và lưu trữ dữ liệu. Nhờ điện toán đám mây có thể xây dựng dịch vụ sử dụng một lần và sau đó sử dụng nhiều lần bởi đông đảo người dùng theo nhu cầu của họ. Điện toán đám mây  là một lựa chọn tốt cho các cơ sở  giáo dục sử dụng hiệu quả. Nó sẽ không chỉ làm lợi cho người học còn giúp các trường xây dựng cơ sở hạ tầng đa năng tính toán thường xuyên. Dịch vụ điện toán đám mây thực hiện theo các mô hình dịch vụ khác nhau như nền tảng như một dịch vụ (PaaS), lưu trữ như một dịch vụ hoặc phần mềm như một dịch vụ (SaaS), cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (IaaS). SaaS được sử dụng trong các đám mây riêng để cung cấp  các phần mềm hỗ trợ cho người học khai thác các phần mềm đắt giá khó tìm trên mạng. Điều này không chỉ cung cấp cho họ những phần mềm chất lượng mà còn giải phóng người học khỏi gánh nặng chi phí các phần mềm bản quyền. IaaS và PaaS được sử dụng để đáp ứng các nhu cầu cơ sở hạ tầng của sinh viên, giảng viên, học giả nghiên cứu với một số cấu hình phần cứng cụ thể cho các nhiệm vụ cụ thể.

Trong các lĩnh vực công nghệ cao như trí tuệ nhân tạo, khai phá dữ liệu .. . . rất cần lưu  trữ khối lượng tài nguyên lớn và yêu cầu  tốc độ tính toán nhanh. Để thực hiện cả 2 chức năng lưu trữ và tốc độ tính toán cần phải xây dựng và triển khai các dự án lớn. Nhưng khi hoàn thành, các kết quả và sản phẩm của dự án này không được sử dụng tiếp cho các dự án tương tự, đây là sự lãng phí lớn. Triển khai điện toán đám mây riêng, các cơ sở giáo dục không phải xây dựng cơ sở hạ tầng khác nhau cho các dự án khác nhau bởi vì mọi kết quả nghiên cứu phát triển  của các dự án đều được quản lý để tái sử dụng cho dự án sau. 

Sử dụng hệ thống đăng nhập đơn giản, sinh viên, các học giả nghiên cứu, giáo viên dễ dàng đưa ra yêu cầu và có thể sử dụng cơ sở hạ tầng hầu như không giới hạn. Vì thế mạnh nhất của điện toán đám mây là  mô hình dịch vụ lưu trữ quy mô lớn thông tin. Dữ liệu có liên quan với công việc nghiên cứu khác nhau, dự án hoặc thông tin có thể tái sử dụng,  có thể được giao cho các đám mây lưu trữ quản lý và có thể được truy cập theo yêu cầu. Các cơ sở giáo dục hợp tác  với nhau để xây dựng một kho lưu trữ thông tin theo mô hình lưu trữ tập trung ảo. Đây là cơ chế hoạt động có hiệu quả nhằm giảm chi phí lưu trữ để duy trì kho dữ liệu giáo dục theo điện toám đám mây.

2.2. Điện toán đám mây làm thay đổi bản chất quá trình biến thông tin thành tri thức 

Hiện nay, khối lượng thông tin trong “biển” internet là vô cùng tận, tuy nhiên các thông tin này phân bố hỗn độn do nhiều nhà cung cấp. Do vậy để biến thông tin đó thành tri thức là bài toán  hoàn toàn không đơn giản. Quá trình biến thông tin thành tri thức là một quá trình xử lý thông tin phức tạp có điều khiển. Cốt lõi của điện toán đám mây  là làm cho toàn bộ môi trường tính toán và tri thức ngày càng rẻ hơn. Tri thức có thể được tập trung xử lý và trong quá trình tập trung xử lý đem các dữ liệu biến đổi thành thông tin. Quá trình này đã làm cho việc phổ cập tri thức và năng suất lao động được nâng cao rõ rệt. 

2.3. Tình hình ứng dụng dịch vụ  điện toán đám mây trong giáo dục 

Một số nước  trên toàn thế giới đã có sáng kiến sử dụng  điện toán đám mây để phục vụ cho giảng viên, sinh viên và các nhà nghiên cứu. Tiêu biểu là  sáng kiến của  Malaysia trong việc đẩy mạnh hợp tác giữa các ngành công nghiệp, các cơ sở giáo dục,  các tổ chức chính phủ, tổ chức tài chính . . .  để nghiên cứu  :  điện toán đám mây quy mô Internet cho giáo dục. Malaysia đã phát triển một nền tảng điện toán đám mây quốc gia để triển khai dịch vụ trên toàn quốc  nhằm kích hoạt và thử nghiệm dịch vụ thông qua các phần mềm,  điện thoại di động tương tác, các công cụ và phương pháp điện toán đám mây mới. North Carolina State University (NCSU) đã  sử dụng điện toán đám mây trước khi thuật ngữ này được đưa vào sử dụng phổ biến từ năm 2003 và bắt đầu cung cấp dịch vụ đám mây trong năm 2004. NCSU  đã thực hiện một giao diện web mà học sinh có thể sử dụng để truy cập bằng hình ảnh. Những hình ảnh này là các gói phần mềm phục vụ phương pháp truy cập. Họ đã xây dựng một phòng thí nghiệm ảo để các sinh viên, giảng viên từ bên ngoài khuôn viên trường có thể truy cập được. Phòng thí nghiệm ảo này đã bắt đầu cung cấp dịch vụ theo yêu cầu tính toán như : cơ sở hạ tầng như một dịch vụ, nền tảng như một dịch vụ, phần mềm  như một dịch vụ và dịch vụ điện toán hiệu năng cao cho các cơ sở giáo dục. Từ năm 2009, phòng thí nghiệm ảo này đã được phục vụ hơn 30.000 giảng viên, sinh viên và đội ngũ nhân viên truy cập thông qua một giao diện web. 

Ở Việt Nam, trường đại học kinh tế Công Nghiệp Long An đã ứng dụng điện toán đám mây Google for education vào việc quản lý hệ thống CNTT nhằm đẩy mạnh chất lượng dạy học, nhanh chóng thoát khỏi tình trạng lạc hậu và đã thu được kết quả đáng khích lệ

3. Mô hình kiến trúc điện toán đám mây trong giáo dục

Thiết lập kiến trúc đám mây riêng cho một cơ sở giáo dục nào tuỳ thuộc vào  mục đích sử dụng và các nguồn tài nguyên hiện có của cơ sở giáo dục đó. Nguồn tài nguyên hiện có trong cơ sở giáo dục có thể được ảo hóa để cung cấp một cách linh hoạt các dịch vụ trừu tượng như IaaS, PaaS. Hình 1 cho thấy kiến trúc của đám mây giáo dục. Cơ sở giáo dục có thể xây dựng các đám mây riêng trên hạ tầng tài nguyên hiện có. Sau đó các trường học hợp tác để xây dựng một đám mây lai nhằm kết hợp tài nguyên với nhau (hình 2). Vì thế các nguồn tài nguyên được kết hợp ngày càng gia tăng,  phong phú, dễ dàng linh hoạt xây dựng và hỗ trợ điện toán đám mây cho các ứng dụng trong giáo dục. Trong trường hợp thứ nhất (hình 1) sử dụng mạng cục bộ (LAN) để truy cập vào dịch vụ đám mây,  trường hợp hai (hình 2) thường sử dụng mạng công cộng (internet) để truy cập vào dịch vụ đám mây. Trong đám mây giáo dục, các nguồn tài nguyên  cần thiết cho hỗ trợ điện toán đám mây cũng có thể được phân phối thông qua các trường  hoặc các tổ chức khác nhau. 

Mỗi đám mây riêng được xây dựng sẽ giúp cơ sở giáo dục xác định các dịch vụ do mình được cung cấp – “thỏa thuận mức dịch vụ” . Vì vậy, “thỏa thuận mức dịch vụ” là một trong những sở cứ  đảm bảo người sử dụng điện toán đám mây giáo dục gắn kết  với các dịch vụ được cung cấp từ các đám mây và chuẩn hóa các dịch vụ này ngay ở giai đoạn ban đầu. “Thỏa thuận mức dịch vụ” giúp xác định nhu cầu của người sử dụng, đơn giản hoá vấn đề phức tạp, mở đường giải quyết các tranh chấp  của người sử dụng dịch vụ đám mây.

Các nguồn tài nguyên, dữ liệu của các cơ sở giáo dục có thể ảo hóa  để  giải quyết bài toán sử dụng tài nguyên sẵn có sao cho hiệu quả hơn. Nhờ ảo hóa,  một máy chủ   có thể   tạo ra nhiều máy ảo được sử dụng như máy chuẩn. Thực hiện nguồn mở không chỉ cung cấp  cho người dùng sự linh hoạt để thử nghiệm với các công nghệ cao cấp hiện có, mà còn cung cấp cơ hội để điều chỉnh các nhu cầu cụ thể của người sử dụng

4. Kết luận và kiến nghị

Điện toán đám mây có khả năng cách mạng hóa dễ dàng các cơ sở tính toán  nhằm giúp sinh viên của họ học  hiệu quả nhưng chi phí thấp so với không dùng đám mây.  Ngày nay hầu hết các cơ sở giáo dục đều được kết nối mạng internet tốc độ cao với nhau. Vì vậy, nếu tập trung các cơ sở hạ tầng điện toán đám mây sẽ có thể đáp ứng tất cả các cơ sở hạ tầng liên quan đến nhu cầu của những viện nghiên cứu. Nó sẽ tạo ra một nền tảng chung được chia sẻ giữa các khoa, các sinh viên thuộc các tổ chức khác nhau để tái sử dụng. Điện toán đám mây sẽ giúp sinh viên trên toàn cầu thu được các kỹ năng thế kỷ 21 mà họ cần để cạnh tranh và thành công trong xã hội thông tin toàn cầu. 

Trên đây là vài nét chấm phá về điện toán đám mây cho giáo dục. Qua bài viết này, chúng tôi kiến nghị với Bộ Giáo dục & Đào tạo Việt Nam cần nhanh chóng vào cuộc nghiên cứu, đứng ra chịu trách nhiệm trước Chính phủ để đầu tư nhằm xây dựng cơ sở hạ tầng trung tâm điện toán đám mây cho cả nước để mọi cơ sở giáo dục trong nước có thể cùng  truy cập. Nhờ đó sẽ  xây dựng được  tính thống nhất giữa các tổ chức trong phạm vi nhà nước về ứng dụng điện toán đám mây trong giáo dục.Giải pháp xây dựng các đám mây quản lý giáo dục là một giải pháp mang lại nhiều lợi ích to lớn, phù hợp với xu hướng quản lý giáo dục  và là cầu nối,  là cơ hội cho nền Giáo dục Việt Nam vươn lên trong thời kỳ hội nhập với thế giới. Đây cũng là hình thức tốt nhất nhằm giảm thiểu chi phí trong quá trình phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin cho ngành giáo dục Việt Nam.

Tài liệu tham khảo

[1] http://infreemation.net/cloud-computing-linear-utility-or-complex-ecosystem/

[2] http://labs.yahoo.com/Cloud_Computing

[3] Lê Đình Tuấn. “Áp dụng điện toán đám mây trong việc quản lý hệ thống CNTT tại trường đại học kinh tế Công Nghiệp Long An”