FOSS 教育/基础设施

 FOSS 教育 

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前言 — 致谢 — 简介 — 基础设施 — 管理 — 使用 FOSS 教授 IT — 开放内容 — 使用 FOSS 进行研究 — FOSS 培训 — 政策问题 — 词汇表 — 进一步阅读 — 关于作者 — 关于 APDIP — 关于 IOSN

教育机构的需求

不同的教育机构有不同的信息技术基础设施需求，这取决于教育水平、课程性质以及可用资金。然而，不可避免的是，教育机构需要计算机实验室来进行基础计算机课程、让学生完成作业、进行专门的信息技术课程、提供图书馆系统访问、提供学习管理系统以及促进电子邮件通信。所需的计算机数量取决于学生人数以及机构认为理想的学生与计算机比例。

网络

实验室中的计算机通常通过局域网 (LAN) 连接。在教育环境中，大多数学生用户是“游牧的”，没有指定计算机。因此，设置必须允许他们在网络上的任何计算机上工作。

互联网连接

能够连接到互联网是教育机构应该努力提供的基本要求，因为它允许学生和学术人员访问网络上提供的众多数字资源。它还支持电子邮件的使用，电子邮件已成为重要的沟通方式。对于教育机构来说，互联网是一项促进机构有效管理的服务，它为教育者和学生之间提供了一个沟通渠道，可以带来更有效的学习。它也是实施电子学习和远程教育的必要条件。

安全

随着互联网连接，机构的网络可以从互联网访问。因此，必须使用防火墙来防止未经授权的用户入侵，尤其是在存在高速 24 小时互联网访问的情况下。需要用户身份验证以确保只有授权用户才能访问网络。

网络发布

在学术环境中，通常需要发布信息并通过 Web 提供材料访问。这些包括教师和讲师在线提供课程材料、学生建立网页、管理人员在内部网发布信息以及机构维护公共网站。所有这些都需要合适的 Web 服务器硬件和软件。

服务器软件

组织信息技术基础设施的主要组成部分是提供各种服务的服务器，例如电子邮件、文件和打印服务。需要适当的软件来提供这些服务。自由和开源软件 (FOSS) 被发现适合此目的。在功能方面，它们与专有等效产品相比具有优势，并且在某些情况下，它们拥有更高的市场份额。

电子邮件

提供电子邮件服务需要设置一个邮件服务器，该服务器控制邮件的发送和传递。设置此类服务器后，预计它会持续运行而不会出现任何问题。中断将影响沟通和组织中许多人的工作。因此，可靠性是邮件服务器软件的主要问题。其他问题是安全性和性能。一些健壮的 FOSS 邮件服务器，例如Sendmail ( http://www.sendmail.org ) 和Postfix ( http://www.postfix.org ) 可用，并且已成功部署在许多组织中，包括教育机构。它们与专有邮件服务器（例如Microsoft Exchange）相比具有优势，部署更简单，需要的计算资源更少。

文件和打印服务

教育机构信息技术使用的一个特点是“游牧”用户，即从不同计算机使用网络服务的学生。这需要一个文件服务器，允许他们将工作和配置保存在中央服务器中，而不是在本地工作站中。从任何工作站打印的可能需要需要允许此操作的服务器软件。Samba ( http://www.samba.org ) 是一款 FOSS 文件兼打印服务器，它运行在GNU/Linux 上，并与运行Windows 的工作站无缝协作。

网络服务

需要域名系统 (DNS) 来将域名转换为互联网协议 (IP) 地址。最广泛使用的 DNS 服务器是BIND (Berkeley Internet Name Domain)，它是自由软件。

连接到网络的每台计算机都需要分配一个IP 地址。这可以通过手动完成，但最常见的是通过DHCP (动态主机配置协议) 服务器动态分配 IP 地址。大多数GNU/Linux 发行版 包括 DHCP 服务器。

GNU/Linux 有一个名为 Iptables 的实用程序，可用于实施防火墙以防止安全入侵。还有一些现成的 FOSS 防火墙可用，例如 Shorewall（http://www.shorewall.net）。入侵检测工具用于检测任何安全漏洞，其中一个 FOSS 是 Snort（http://www.snort.org）。

Web 服务器

最受欢迎的 Web 服务器 是 Apache（http://www.apache.org），它是 免费/开源软件。据估计，它占全球 Web 服务器 市场份额的 67%（2004 年 4 月）。 它可用于为教育机构托管公共网站，以及托管机构内的内部网。它经常与 GNU/Linux 作为操作系统一起使用，MySQL 作为数据库服务器，PHP 作为脚本语言。所有这些都是 FOSS。它们的组合通常被称为 LAMP - Linux、Apache、MySQL 和 PHP（或者 Perl 或 Python）。

其他服务器软件

还有许多其他免费/开源服务器软件可用于教育环境，例如 数据库 管理系统、内容管理系统和邮件列表服务器。

最著名的 FOSS 数据库管理系统是 MySQL（https://www.mysqlserver.cn）和 PostgreSQL（https://postgresql.ac.cn）。如前所述，MySQL 通常用于构建动态网站。它适用于许多其他应用程序的数据库管理系统，并用于关键业务的企业应用程序和打包软件。各种教育应用程序（例如 学习管理系统 和 图书馆管理系统）也使用 MySQL。

一个 内容管理系统 (CMS) 通过提供一个平台来促进 Web 内容的创建、发布和管理，这个平台可供个人使用，而无需他们具备底层技术的技能。FOSS 内容管理系统的示例包括 PostNuke（http://www.postnuke.com）和 Plone（http://www.plone.org）。PostNuke 基于 PHP 和 MySQL，而 Plone 基于 Zope 应用程序服务器，该服务器使用 Python 编程语言 编写。在教育机构中，此类 FOSS CMS 的可用性使教职工和学生能够相对轻松地开发用于各种目的的互联网和内部网网站。

邮件列表是一个较早的应用程序，它允许在线讨论和协作。当一封电子邮件被发送到邮件列表时，它会通过电子邮件广播给订阅该列表的个人。尽管新闻组和基于 Web 的讨论论坛具有类似的功能，但邮件列表在教育环境中可能仍然有用，特别是在互联网连接仍然很原始的地方。更受欢迎的 FOSS 邮件列表服务器是 Majordomo（http://www.greatcircle.com/）和 Mailman（http://www.list.org）。

这些 FOSS 服务器应用程序使得以最低成本在教育机构中开发协作环境成为可能。它们使学术人员、学生、家长和管理人员能够以过去不可能的方式进行互动。

Linux 终端服务器项目 (LTSP)

桌面应用程序（例如浏览器、电子邮件客户端和生产力套件）是教育环境中的基本要求。即使是一个小型计算机实验室也需要在所有计算机上安装这些应用程序。与其在每个工作站上安装这些应用程序，不如使用“瘦客户机”更容易、更便宜。这些是带网络卡、显卡、显示器、键盘和鼠标的计算机，但没有硬盘、CD-ROM 驱动器和操作系统。服务器处理所有计算任务，包括运行应用程序、提供存储空间和管理文件。这意味着可以使用更便宜的硬件（或旧的和捐赠的硬件）作为客户端。只有服务器需要安装必要的外设和软件，这意味着维护将更容易。

Linux 终端服务器项目 (LTSP - http://www.ltsp.org )，始于 1999 年，提供设置此类无盘工作站网络所需的软件。它支持各种 GNU/Linux 发行版，超过 100,000 个站点正在使用 LTSP。在启动期间，无盘工作站从服务器获取必要的网络信息，并且 操作系统 从服务器下载。服务器支持的任何程序都可以从工作站运行。应该注意的是，使用 LTSP 设置的网络将是一个 GNU/Linux 仅网络，并且主要适合于新安装。

喀拉拉邦，印度

在 2002 年，当地国会议员和地区行政人员启动了一个在 康诺尔、喀拉拉邦 的学校中引入计算机设施的项目。为了降低成本，决定使用 Linux 终端服务器项目 (LTSP) 解决方案来设置这些设施。

硬件由国有企业提供，LTSP 解决方案由一家私人公司实施。由于该项目涉及安装新硬件，因此可以使用相同的计算组件（计算机、显卡、网络卡、集线器和其他附件），从而简化了整个设置。LTSP 服务器是配备 CDROM 驱动器和硬盘的奔腾 IV 计算机。无盘工作站是没有任何硬盘或 CDROM 驱动器的赛扬计算机。所有计算机都在运往学校之前在异地配置和测试。每所学校最初收到一台服务器和 3-5 个工作站。

服务器运行定制的 Red Hat 发行版和 LTSP。从服务器运行的其他安装的 FOSS 软件包括 OpenOffice 套件、多媒体和互联网应用程序、编程工具以及其他教育软件。

使用 LTSP 设置计算机设施节省了大量资金，因为可以在更多学校中设置更多计算机设施。现在，43 所政府学校可以使用自己的运行 GNU/Linux 的计算机设施，并配有大量 FOSS。教师接受了有关 GNU/Linux 系统的基本培训，并且计算机设施受到了教师和学生的欢迎。

（有关此项目的更多信息，请访问 http://2s2net.netfirms.com/project.html）。

工作站软件

尽管桌面端自由及开源软件（FOSS）的采用率不断上升，但其渗透率仍然相对较低。 微软 Windows 仍然主导着桌面环境，估计市场份额为 90%。然而，人们认为基于 GNU/Linux 的桌面适合许多用户。^[2] GNU/Linux 桌面应用程序的可用性不断提高，其功能与专有软件相当，这只会鼓励更广泛的采用。在 http://linuxshop.ru/linuxbegin/win-lin-soft-en/table.shtml 上，您可以找到许多与 Windows 上运行的专有应用程序等效的 FOSS 桌面应用程序。

但是，需要注意的是，要在桌面上使用 FOSS，并非一定要丢弃专有桌面操作系统。例如， LibreOffice、Mozilla 和 GIMP 等程序都可以在 Windows 平台上使用。因此，可以轻松地下载、安装和试用 FOSS 程序，而无需更换现有的专有操作系统。

事实上，在考虑在桌面上引入 FOSS 时，有多种选择，即

1. 保留使用 Windows 并为该平台运行 FOSS 应用程序；
2. 用 GNU/Linux 替换 Windows；
3. 设置双启动系统，允许用户在启动时选择 Windows 或 GNU/Linux；或
4. 使用适当的软件在 GNU/Linux 中运行 Windows，或者在 Windows 中运行 GNU/Linux。

生产力套件

LibreOffice 中的文字处理器

在教育机构中，无论是教职工（行政和学术）还是学生，都需要一套办公生产力软件，包括文字处理器、电子表格和演示文稿软件。 微软 Office 目前是最广泛使用的生产力套件。然而，FOSS 生产力套件 LibreOffice（https://www.libreoffice.org）越来越受欢迎，因为它功能与专有 Office 套件相当。如前所述，LibreOffice 可以运行在各种平台上，在使用之前，没有必要完全迁移到 Linux。事实上，它可以在 Windows 上与 微软 Office 并行运行。

尽管与现有专有生产力套件的互操作性并不完美，但 LibreOffice 对于教育机构来说是一个有吸引力的选择。其外观和感觉类似于 微软 Office。在大多数情况下，学生和教职工只使用生产力套件的基本功能，而这些功能在 LibreOffice 套件中都有。

另一个 FOSS 生产力套件 - ONLYOFFICE - 能够停用不必要的模块，专注于最需要的应用程序：文档管理、项目管理、网络和邮件。功能齐全的编辑器包括文字处理器、电子表格、演示文稿，并允许用户以实时模式创建、编辑和协同编辑文档。

还有其他 FOSS 生产力套件可用，但它们不如 LibreOffice 完整。 KOffice 是在 KDE 桌面上运行的生产力套件，而 GNOME Office 是在竞争桌面 GNOME 上运行的套件。 GNOME Office 中的文字处理器（AbiWord）和电子表格（Gnumeric）组件被认为是高质量的。

AbiWord（http://www.abiword.com）适用于大多数主要操作系统，包括 Windows，并且它支持多种语言。它可以读取和写入大多数 Word 格式的文档，并且具有与 Word 相同的外观和感觉。 AbiWord 的本机文档格式使用 可扩展标记语言 (XML)，这是一个开放标准。这意味着任何使用适当 XML 解析器的其他软件都可以读取 AbiWord 文档。

Gnumeric（http://www.gnome.org/projects/gnumeric）是一款快速且功能完整的 电子表格 程序，正在积极开发中。它可以支持各种电子表格文件格式，并且对 Excel 文件有很好的支持。 Excel 中可用的许多工作表函数在 Gnumeric 中都得到了支持。但是，它目前无法在 Windows 上运行。正在进行工作以使其成为可能。

网页浏览器

Firefox，一款 FOSS 网页浏览器

有许多开源浏览器可用，例如 Firefox、Galeon 和 Konqueror。 Firefox（http://www.mozilla.org）是一款基于 源代码 的流行浏览器，该源代码由 Netscape 发布。除了浏览器之外，它还包含一个扩展系统，可以扩展许多附加工具和实用程序，例如 Web 制作工具。它是 跨平台 的，并且可以下载和安装 Windows 版本，而不会影响现有的 Internet Explorer 安装。 Galeon（http://galeon.sourceforge.net）是另一个 FOSS 网页浏览器。它在 GNOME 桌面上运行。 Konqueror（http://konqueror.kde.org）在 KDE 桌面上运行。

多媒体

有各种各样的多媒体 FOSS 可用，包括图形编辑器和视频播放器，它们可以作为工具来增强教育内容及其传递。

GIMP（GNU 图像处理程序 - http://www.gimp.org）是使用最广泛的用于图像编辑和图形设计的 FOSS。它是一个桌面应用程序，教职工和学生都可以将其用于各种目的。它适用于 GNU/Linux、Unix 变体和 Windows。由于它支持各种图像文件格式，因此与其他程序的互操作性应该不会成为问题。 GIMP 被认为是专有 Photoshop 软件的 FOSS 等效物。

PowerPoint 中的 w:SmartArt 流程图

在教育机构中，允许绘制图表程序会很有用。有一些优秀的专有软件可以满足此目的，例如Visio和Smartdraw。一个名为Dia（http://gnome.org/projects/dia）的FOSS等效程序旨在提供类似的功能。它可以用来绘制各种不同的图表，并包含特殊对象来方便绘制流程图、网络图和简单电路。该程序除了FOSS操作系统之外，还可以用于Windows平台。

Audacity（http://audacity.sourceforge.net）是一个FOSS音频编辑器，您可以通过它录制声音，播放编辑器，您可以通过它录制声音，并以各种格式导入和导出文件。它可以用来编辑音频、将音轨混合在一起，或者对录制的声音应用效果。当需要将音频数字化或进行录制以纳入多媒体教育内容时，此软件将非常有用。它可以在大多数Unix系统（包括GNU/Linux）和Windows上运行。

工作站上的媒体播放器对于播放视频和其他多媒体内容是必要的。这在专有平台上很常见。在FOSS平台上，Mplayer（http://www.mplayerhq.hu）是一个提供类似功能的程序。它适用于Linux和许多其他Unix变体，并且它支持许多视频和音频格式。

有关其他可用的多媒体FOSS列表，请参阅http://llinuxshop.ru/linuxbegin/win-lin-soft-en/table.shtm。

其他教育软件

除了供一般用途使用的FOSS桌面应用程序外，还有大量免费/开源教育软件可用于在学校、学院和大学教授特定科目或课程。这些软件范围从针对年轻学生的绘图程序（例如，Tux Paint - http://www.newbreedsoftware.com/tuxpaint）到用于学习几何（例如，Kig - http://edu.kde.org/kig）、化学（例如，Ghemical - http://bioinformatics.org/ghemical）和物理（例如，开源物理教育项目 - http://www.opensourcephysics.org）的程序。对于高等教育，有QCAD（http://www.ribbonsoft.com/qcad.html），一个用于计算机辅助设计的程序，可以用于技术制图课程。 Scilab（http://scilabsoft.inria.fr）是一个功能齐全的科学软件包，可用于大学水平的数值分析或工程课程。

这些软件名称仅代表了可用于教育的FOSS中的一小部分样本。有各种有用的在线资源可用于查找其他教育软件，其中一些列在下面。

SchoolForge（http://www.schoolforge.net）是一个网站，用于使用免费和开源解决方案在教育中进行项目。它被设想为一个网站，在那里提供资源来帮助学校开发经济实惠且可靠的软件，以及教育内容。

SEUL/edu（http://richtech.ca/seul）是简单易用Linux的教育门户，推广使用Linux，以及其他开源资源在教育中的应用。它涵盖了教师、家长和学生对Linux在教育中的应用的各个方面。它有一个与学校相关的FOSS目录。

自由软件教育与教学组织（OFSET）开发了Freeduc（http://www.ofset.org/freeduc），它提供了一个教育软件目录。它还创建了一个用于学校使用的FOSS实时光盘。实时Freeduc系统光盘背后的理念是，不需要安装，因此学生和教师可以像在本地计算机上安装一样轻松地使用这些应用程序。

The KDE娱乐项目（http://edu.kde.org）旨在为KDE桌面开发教育软件。它的主要重点是年轻的学童，但也有一些程序针对大学学生和教师。

高校 OSS 使用情况调查

为了衡量开源软件 (OSS) 在高等院校中的使用程度，西澳大利亚大学计算机科学与软件工程学院的工作人员进行了一项调查，并在2004年2月报告了结果。澳大利亚、新西兰和英国的34所高等院校为调查提供了反馈。受访者负责的系统数量从 10 个到 18,000 个不等。

78% 的受访者报告称拥有精通 OSS 的员工。所有受调查的机构都在服务器上部署了 OSS；50% 的机构在管理中部署了 OSS；53% 的机构在教学中使用 OSS；56% 在实验室中使用 OSS；50% 在研究项目中使用 OSS。

87% 的受访者表示，OSS 的支持水平相当于或优于专有软件。68% 的受访者表示，OSS 的支持要求并不高于专有软件，而且 OSS 有时更容易支持。

采用 OSS 的主要优势（84%）是总拥有成本 (TCO) 较低，虽然这可能得不到各个机构对 TCO 的彻底评估的支持。78% 的人表示，使用 OSS 的优势在于减少对特定供应商的依赖。

这项调查表明，OSS 已经在澳大利亚、新西兰和英国的高等院校中取得了重大进展，94% 的受访者表示他们已经使用 OSS。

成本节省

如前所述，后端服务器中的 FOSS 已经成熟，其性能相当于或优于专有软件。桌面应用程序越来越普及，其中一些适合生产使用。鉴于这种情况，教育机构的管理员，尤其是那些接受公共资助的机构，必须认真考虑在他们的机构中使用 FOSS。即使专有软件通常会向学术机构提供大幅折扣，也应该考虑 FOSS。从长远来看，选择使用 FOSS 而不是专有软件可以节省更大的成本。

专为教育市场设计的专有软件通常非常昂贵，因为供应商必须从非常小的市场中收回他们的开发成本。这些可能是行政软件，例如图书馆管理系统或学习管理系统。但是，即使对于此类专业应用程序，高质量的 FOSS 等效产品现在也开始变得可用。在其他领域，例如学生信息系统、人力资源管理和财务管理系统，FOSS 替代方案尚未成熟到足以用于生产。但将来很可能会有针对这些以及其他特定于教育的应用程序的 FOSS 可用。

如前所述，FOSS 的初始成本可以忽略不计。FOSS 升级的成本也很小。但是，有人认为应该使用总拥有成本 (TCO) 来比较 FOSS 和专有软件。TCO 还包括维护、支持和培训成本，而这些成本对于 FOSS 来说可能更高。但是，在各种比较中，FOSS 的 TCO 仍然低于专有软件的 TCO。

在劳动力成本较低的国家，维护、支持和培训的成本将占 TCO 的较小比例，在这种情况下，FOSS 的 TCO 将低得多。源代码 的可用性也使更多公司能够提供维护和支持，从而降低这些成本。在学术环境中，通常可以免费从 FOSS 社区获得帮助。

在某些情况下，资金的可用性或缺乏会导致不是选择专有软件和自由开源软件，而是选择自由开源软件还是什么都没有。通过使用廉价或捐赠的硬件以及自由开源软件，一些机构可能能够为他们的学生提供原本不可能的计算设施。

即使有资金购买专有软件，使用自由开源软件替代方案所产生的节省也可以用于更重要的目的，例如购买更多计算机，为行政和学术人员提供培训，或为机构开发与信息技术无关的基础设施。

示例：果阿，印度

在学校中建立计算机设施中使用自由开源软件技术的另一个例子是果阿学校计算机项目 (GSCP)。从2000 年开始，GSCP 帮助在果阿的 125 所学校部署了 425 台从美国运来的二手电脑。Linux 终端服务器项目 (LTSP) 解决方案被用来将学校实验室中的计算机联网。进行了成本分析以估计使用回收计算机和自由开源软件所产生的节省。研究发现，与使用新设备和专有软件相比，成本节省了 77%。分析中考虑了维护成本。即使使用新设备，也仍然节省了 64%，因为与使用自由开源软件时相比，新设备的规格较低。

出现的一个问题是需要培训计算机教师，以促进向Linux 环境的迁移。但一旦克服了这一障碍，使用自由开源软件桌面应用程序就不再困难，因为它们与专有软件的对应应用程序非常相似。另一个问题是当地公司提供的技术支持不足，这表明需要内部支持人员。Martyris 提供了此案例研究的更多详细信息。