FOSS 教育/基礎設施

 FOSS 教育 

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前言 — 致謝 — 簡介 — 基礎設施 — 管理 — 使用 FOSS 教授 IT — 開放內容 — 使用 FOSS 進行研究 — FOSS 培訓 — 政策問題 — 詞彙表 — 進一步閱讀 — 關於作者 — 關於 APDIP — 關於 IOSN

教育機構的需求

不同的教育機構有不同的資訊科技基礎設施需求，這取決於教育水平、課程性質以及可用資金。然而，不可避免的是，教育機構需要計算機實驗室來進行基礎計算機課程、讓學生完成作業、進行專門的資訊科技課程、提供圖書館系統訪問、提供學習管理系統以及促進電子郵件通訊。所需的計算機數量取決於學生人數以及機構認為理想的學生與計算機比例。

網路

實驗室中的計算機通常透過區域網 (LAN) 連線。在教育環境中，大多數學生使用者是“遊牧的”，沒有指定計算機。因此，設定必須允許他們在網路上的任何計算機上工作。

網際網路連線

能夠連線到網際網路是教育機構應該努力提供的基本要求，因為它允許學生和學術人員訪問網路上提供的眾多數字資源。它還支援電子郵件的使用，電子郵件已成為重要的溝通方式。對於教育機構來說，網際網路是一項促進機構有效管理的服務，它為教育者和學生之間提供了一個溝通渠道，可以帶來更有效的學習。它也是實施電子學習和遠端教育的必要條件。

安全

隨著網際網路連線，機構的網路可以從網際網路訪問。因此，必須使用防火牆來防止未經授權的使用者入侵，尤其是在存在高速 24 小時網際網路訪問的情況下。需要使用者身份驗證以確保只有授權使用者才能訪問網路。

網路釋出

在學術環境中，通常需要釋出資訊並透過 Web 提供材料訪問。這些包括教師和講師線上提供課程材料、學生建立網頁、管理人員在內部網釋出資訊以及機構維護公共網站。所有這些都需要合適的 Web 伺服器硬體和軟體。

伺服器軟體

組織資訊科技基礎設施的主要組成部分是提供各種服務的伺服器，例如電子郵件、檔案和列印服務。需要適當的軟體來提供這些服務。自由和開源軟體 (FOSS) 被發現適合此目的。在功能方面，它們與專有等效產品相比具有優勢，並且在某些情況下，它們擁有更高的市場份額。

電子郵件

提供電子郵件服務需要設定一個郵件伺服器，該伺服器控制郵件的傳送和傳遞。設定此類伺服器後，預計它會持續執行而不會出現任何問題。中斷將影響溝通和組織中許多人的工作。因此，可靠性是郵件伺服器軟體的主要問題。其他問題是安全性和效能。一些健壯的 FOSS 郵件伺服器，例如Sendmail ( http://www.sendmail.org ) 和Postfix ( http://www.postfix.org ) 可用，並且已成功部署在許多組織中，包括教育機構。它們與專有郵件伺服器（例如Microsoft Exchange）相比具有優勢，部署更簡單，需要的計算資源更少。

檔案和列印服務

教育機構資訊科技使用的一個特點是“遊牧”使用者，即從不同計算機使用網路服務的學生。這需要一個檔案伺服器，允許他們將工作和配置儲存在中央伺服器中，而不是在本地工作站中。從任何工作站列印的可能需要需要允許此操作的伺服器軟體。Samba ( http://www.samba.org ) 是一款 FOSS 檔案兼列印伺服器，它執行在GNU/Linux 上，並與執行Windows 的工作站無縫協作。

網路服務

需要域名系統 (DNS) 來將域名轉換為網際網路協議 (IP) 地址。最廣泛使用的 DNS 伺服器是BIND (Berkeley Internet Name Domain)，它是自由軟體。

連線到網路的每臺計算機都需要分配一個IP 地址。這可以透過手動完成，但最常見的是透過DHCP (動態主機配置協議) 伺服器動態分配 IP 地址。大多數GNU/Linux 發行版 包括 DHCP 伺服器。

GNU/Linux 有一個名為 Iptables 的實用程式，可用於實施防火牆以防止安全入侵。還有一些現成的 FOSS 防火牆可用，例如 Shorewall（http://www.shorewall.net）。入侵檢測工具用於檢測任何安全漏洞，其中一個 FOSS 是 Snort（http://www.snort.org）。

Web 伺服器

最受歡迎的 Web 伺服器 是 Apache（http://www.apache.org），它是 免費/開源軟體。據估計，它佔全球 Web 伺服器 市場份額的 67%（2004 年 4 月）。 它可用於為教育機構託管公共網站，以及託管機構內的內部網。它經常與 GNU/Linux 作為作業系統一起使用，MySQL 作為資料庫伺服器，PHP 作為指令碼語言。所有這些都是 FOSS。它們的組合通常被稱為 LAMP - Linux、Apache、MySQL 和 PHP（或者 Perl 或 Python）。

其他伺服器軟體

還有許多其他免費/開源伺服器軟體可用於教育環境，例如 資料庫 管理系統、內容管理系統和郵件列表伺服器。

最著名的 FOSS 資料庫管理系統是 MySQL（https://mysql.com.tw）和 PostgreSQL（https://postgres.tw）。如前所述，MySQL 通常用於構建動態網站。它適用於許多其他應用程式的資料庫管理系統，並用於關鍵業務的企業應用程式和打包軟體。各種教育應用程式（例如 學習管理系統 和 圖書館管理系統）也使用 MySQL。

一個 內容管理系統 (CMS) 透過提供一個平臺來促進 Web 內容的建立、釋出和管理，這個平臺可供個人使用，而無需他們具備底層技術的技能。FOSS 內容管理系統的示例包括 PostNuke（http://www.postnuke.com）和 Plone（http://www.plone.org）。PostNuke 基於 PHP 和 MySQL，而 Plone 基於 Zope 應用程式伺服器，該伺服器使用 Python 程式語言 編寫。在教育機構中，此類 FOSS CMS 的可用性使教職工和學生能夠相對輕鬆地開發用於各種目的的網際網路和內部網網站。

郵件列表是一個較早的應用程式，它允許線上討論和協作。當一封電子郵件被髮送到郵件列表時，它會透過電子郵件廣播給訂閱該列表的個人。儘管新聞組和基於 Web 的討論論壇具有類似的功能，但郵件列表在教育環境中可能仍然有用，特別是在網際網路連線仍然很原始的地方。更受歡迎的 FOSS 郵件列表伺服器是 Majordomo（http://www.greatcircle.com/）和 Mailman（http://www.list.org）。

這些 FOSS 伺服器應用程式使得以最低成本在教育機構中開發協作環境成為可能。它們使學術人員、學生、家長和管理人員能夠以過去不可能的方式進行互動。

Linux 終端伺服器專案 (LTSP)

桌面應用程式（例如瀏覽器、電子郵件客戶端和生產力套件）是教育環境中的基本要求。即使是一個小型計算機實驗室也需要在所有計算機上安裝這些應用程式。與其在每個工作站上安裝這些應用程式，不如使用“瘦客戶機”更容易、更便宜。這些是帶網路卡、顯示卡、顯示器、鍵盤和滑鼠的計算機，但沒有硬碟、CD-ROM 驅動器和作業系統。伺服器處理所有計算任務，包括執行應用程式、提供儲存空間和管理檔案。這意味著可以使用更便宜的硬體（或舊的和捐贈的硬體）作為客戶端。只有伺服器需要安裝必要的外設和軟體，這意味著維護將更容易。

Linux 終端伺服器專案 (LTSP - http://www.ltsp.org )，始於 1999 年，提供設定此類無盤工作站網路所需的軟體。它支援各種 GNU/Linux 發行版，超過 100,000 個站點正在使用 LTSP。在啟動期間，無盤工作站從伺服器獲取必要的網路資訊，並且 作業系統 從伺服器下載。伺服器支援的任何程式都可以從工作站執行。應該注意的是，使用 LTSP 設定的網路將是一個 GNU/Linux 僅網路，並且主要適合於新安裝。

喀拉拉邦，印度

在 2002 年，當地國會議員和地區行政人員啟動了一個在 康諾爾、喀拉拉邦 的學校中引入計算機設施的專案。為了降低成本，決定使用 Linux 終端伺服器專案 (LTSP) 解決方案來設定這些設施。

硬體由國有企業提供，LTSP 解決方案由一傢俬人公司實施。由於該專案涉及安裝新硬體，因此可以使用相同的計算元件（計算機、顯示卡、網路卡、集線器和其他附件），從而簡化了整個設定。LTSP 伺服器是配備 CDROM 驅動器和硬碟的奔騰 IV 計算機。無盤工作站是沒有任何硬碟或 CDROM 驅動器的賽揚計算機。所有計算機都在運往學校之前在異地配置和測試。每所學校最初收到一臺伺服器和 3-5 個工作站。

伺服器執行定製的 Red Hat 發行版和 LTSP。從伺服器執行的其他安裝的 FOSS 軟體包括 OpenOffice 套件、多媒體和網際網路應用程式、程式設計工具以及其他教育軟體。

使用 LTSP 設定計算機設施節省了大量資金，因為可以在更多學校中設定更多計算機設施。現在，43 所政府學校可以使用自己的執行 GNU/Linux 的計算機設施，並配有大量 FOSS。教師接受了有關 GNU/Linux 系統的基本培訓，並且計算機設施受到了教師和學生的歡迎。

（有關此專案的更多資訊，請訪問 http://2s2net.netfirms.com/project.html）。

工作站軟體

儘管桌面端自由及開源軟體（FOSS）的採用率不斷上升，但其滲透率仍然相對較低。 微軟 Windows 仍然主導著桌面環境，估計市場份額為 90%。然而，人們認為基於 GNU/Linux 的桌面適合許多使用者。^[2] GNU/Linux 桌面應用程式的可用性不斷提高，其功能與專有軟體相當，這隻會鼓勵更廣泛的採用。在 http://linuxshop.ru/linuxbegin/win-lin-soft-en/table.shtml 上，您可以找到許多與 Windows 上執行的專有應用程式等效的 FOSS 桌面應用程式。

但是，需要注意的是，要在桌面上使用 FOSS，並非一定要丟棄專有桌面作業系統。例如， LibreOffice、Mozilla 和 GIMP 等程式都可以在 Windows 平臺上使用。因此，可以輕鬆地下載、安裝和試用 FOSS 程式，而無需更換現有的專有作業系統。

事實上，在考慮在桌面上引入 FOSS 時，有多種選擇，即

1. 保留使用 Windows 併為該平臺執行 FOSS 應用程式；
2. 用 GNU/Linux 替換 Windows；
3. 設定雙啟動系統，允許使用者在啟動時選擇 Windows 或 GNU/Linux；或
4. 使用適當的軟體在 GNU/Linux 中執行 Windows，或者在 Windows 中執行 GNU/Linux。

生產力套件

LibreOffice 中的文字處理器

在教育機構中，無論是教職工（行政和學術）還是學生，都需要一套辦公生產力軟體，包括文字處理器、電子表格和簡報軟體。 微軟 Office 目前是最廣泛使用的生產力套件。然而，FOSS 生產力套件 LibreOffice（https://www.libreoffice.org）越來越受歡迎，因為它功能與專有 Office 套件相當。如前所述，LibreOffice 可以執行在各種平臺上，在使用之前，沒有必要完全遷移到 Linux。事實上，它可以在 Windows 上與 微軟 Office 並行執行。

儘管與現有專有生產力套件的互操作性並不完美，但 LibreOffice 對於教育機構來說是一個有吸引力的選擇。其外觀和感覺類似於 微軟 Office。在大多數情況下，學生和教職工只使用生產力套件的基本功能，而這些功能在 LibreOffice 套件中都有。

另一個 FOSS 生產力套件 - ONLYOFFICE - 能夠停用不必要的模組，專注於最需要的應用程式：文件管理、專案管理、網路和郵件。功能齊全的編輯器包括文字處理器、電子表格、簡報，並允許使用者以即時模式建立、編輯和協同編輯文件。

還有其他 FOSS 生產力套件可用，但它們不如 LibreOffice 完整。 KOffice 是在 KDE 桌面上執行的生產力套件，而 GNOME Office 是在競爭桌面 GNOME 上執行的套件。 GNOME Office 中的文字處理器（AbiWord）和電子表格（Gnumeric）元件被認為是高質量的。

AbiWord（http://www.abiword.com）適用於大多數主要作業系統，包括 Windows，並且它支援多種語言。它可以讀取和寫入大多數 Word 格式的文件，並且具有與 Word 相同的外觀和感覺。 AbiWord 的本機文件格式使用 可擴充套件標記語言 (XML)，這是一個開放標準。這意味著任何使用適當 XML 解析器的其他軟體都可以讀取 AbiWord 文件。

Gnumeric（http://www.gnome.org/projects/gnumeric）是一款快速且功能完整的 電子表格 程式，正在積極開發中。它可以支援各種電子表格檔案格式，並且對 Excel 檔案有很好的支援。 Excel 中可用的許多工作表函式在 Gnumeric 中都得到了支援。但是，它目前無法在 Windows 上執行。正在進行工作以使其成為可能。

網頁瀏覽器

Firefox，一款 FOSS 網頁瀏覽器

有許多開源瀏覽器可用，例如 Firefox、Galeon 和 Konqueror。 Firefox（http://www.mozilla.org）是一款基於 原始碼 的流行瀏覽器，該原始碼由 Netscape 釋出。除了瀏覽器之外，它還包含一個擴充套件系統，可以擴充套件許多附加工具和實用程式，例如 Web 製作工具。它是 跨平臺 的，並且可以下載和安裝 Windows 版本，而不會影響現有的 Internet Explorer 安裝。 Galeon（http://galeon.sourceforge.net）是另一個 FOSS 網頁瀏覽器。它在 GNOME 桌面上執行。 Konqueror（http://konqueror.kde.org）在 KDE 桌面上執行。

多媒體

有各種各樣的多媒體 FOSS 可用，包括圖形編輯器和影片播放器，它們可以作為工具來增強教育內容及其傳遞。

GIMP（GNU 影像處理程式 - http://www.gimp.org）是使用最廣泛的用於影像編輯和圖形設計的 FOSS。它是一個桌面應用程式，教職工和學生都可以將其用於各種目的。它適用於 GNU/Linux、Unix 變體和 Windows。由於它支援各種影像檔案格式，因此與其他程式的互操作性應該不會成為問題。 GIMP 被認為是專有 Photoshop 軟體的 FOSS 等效物。

PowerPoint 中的 w:SmartArt 流程圖

在教育機構中，允許繪製圖表程式會很有用。有一些優秀的專有軟體可以滿足此目的，例如Visio和Smartdraw。一個名為Dia（http://gnome.org/projects/dia）的FOSS等效程式旨在提供類似的功能。它可以用來繪製各種不同的圖表，幷包含特殊物件來方便繪製流程圖、網路圖和簡單電路。該程式除了FOSS作業系統之外，還可以用於Windows平臺。

Audacity（http://audacity.sourceforge.net）是一個FOSS音訊編輯器，您可以透過它錄製聲音，播放編輯器，您可以透過它錄製聲音，並以各種格式匯入和匯出檔案。它可以用來編輯音訊、將音軌混合在一起，或者對錄製的聲音應用效果。當需要將音訊數字化或進行錄製以納入多媒體教育內容時，此軟體將非常有用。它可以在大多數Unix系統（包括GNU/Linux）和Windows上執行。

工作站上的媒體播放器對於播放影片和其他多媒體內容是必要的。這在專有平臺上很常見。在FOSS平臺上，Mplayer（http://www.mplayerhq.hu）是一個提供類似功能的程式。它適用於Linux和許多其他Unix變體，並且它支援許多影片和音訊格式。

有關其他可用的多媒體FOSS列表，請參閱http://llinuxshop.ru/linuxbegin/win-lin-soft-en/table.shtm。

其他教育軟體

除了供一般用途使用的FOSS桌面應用程式外，還有大量免費/開源教育軟體可用於在學校、學院和大學教授特定科目或課程。這些軟體範圍從針對年輕學生的繪圖程式（例如，Tux Paint - http://www.newbreedsoftware.com/tuxpaint）到用於學習幾何（例如，Kig - http://edu.kde.org/kig）、化學（例如，Ghemical - http://bioinformatics.org/ghemical）和物理（例如，開源物理教育專案 - http://www.opensourcephysics.org）的程式。對於高等教育，有QCAD（http://www.ribbonsoft.com/qcad.html），一個用於計算機輔助設計的程式，可以用於技術製圖課程。 Scilab（http://scilabsoft.inria.fr）是一個功能齊全的科學軟體包，可用於大學水平的數值分析或工程課程。

這些軟體名稱僅代表了可用於教育的FOSS中的一小部分樣本。有各種有用的線上資源可用於查詢其他教育軟體，其中一些列在下面。

SchoolForge（http://www.schoolforge.net）是一個網站，用於使用免費和開源解決方案在教育中進行專案。它被設想為一個網站，在那裡提供資源來幫助學校開發經濟實惠且可靠的軟體，以及教育內容。

SEUL/edu（http://richtech.ca/seul）是簡單易用Linux的教育門戶，推廣使用Linux，以及其他開源資源在教育中的應用。它涵蓋了教師、家長和學生對Linux在教育中的應用的各個方面。它有一個與學校相關的FOSS目錄。

自由軟體教育與教學組織（OFSET）開發了Freeduc（http://www.ofset.org/freeduc），它提供了一個教育軟體目錄。它還建立了一個用於學校使用的FOSS即時光碟。即時Freeduc系統光碟背後的理念是，不需要安裝，因此學生和教師可以像在本地計算機上安裝一樣輕鬆地使用這些應用程式。

The KDE娛樂專案（http://edu.kde.org）旨在為KDE桌面開發教育軟體。它的主要重點是年輕的學童，但也有一些程式針對大學學生和教師。

高校 OSS 使用情況調查

為了衡量開源軟體 (OSS) 在高等院校中的使用程度，西澳大利亞大學計算機科學與軟體工程學院的工作人員進行了一項調查，並在2004年2月報告了結果。澳大利亞、紐西蘭和英國的34所高等院校為調查提供了反饋。受訪者負責的系統數量從 10 個到 18,000 個不等。

78% 的受訪者報告稱擁有精通 OSS 的員工。所有受調查的機構都在伺服器上部署了 OSS；50% 的機構在管理中部署了 OSS；53% 的機構在教學中使用 OSS；56% 在實驗室中使用 OSS；50% 在研究專案中使用 OSS。

87% 的受訪者表示，OSS 的支援水平相當於或優於專有軟體。68% 的受訪者表示，OSS 的支援要求並不高於專有軟體，而且 OSS 有時更容易支援。

採用 OSS 的主要優勢（84%）是總擁有成本 (TCO) 較低，雖然這可能得不到各個機構對 TCO 的徹底評估的支援。78% 的人表示，使用 OSS 的優勢在於減少對特定供應商的依賴。

這項調查表明，OSS 已經在澳大利亞、紐西蘭和英國的高等院校中取得了重大進展，94% 的受訪者表示他們已經使用 OSS。

成本節省

如前所述，後端伺服器中的 FOSS 已經成熟，其效能相當於或優於專有軟體。桌面應用程式越來越普及，其中一些適合生產使用。鑑於這種情況，教育機構的管理員，尤其是那些接受公共資助的機構，必須認真考慮在他們的機構中使用 FOSS。即使專有軟體通常會向學術機構提供大幅折扣，也應該考慮 FOSS。從長遠來看，選擇使用 FOSS 而不是專有軟體可以節省更大的成本。

專為教育市場設計的專有軟體通常非常昂貴，因為供應商必須從非常小的市場中收回他們的開發成本。這些可能是行政軟體，例如圖書館管理系統或學習管理系統。但是，即使對於此類專業應用程式，高質量的 FOSS 等效產品現在也開始變得可用。在其他領域，例如學生資訊系統、人力資源管理和財務管理系統，FOSS 替代方案尚未成熟到足以用於生產。但將來很可能會有針對這些以及其他特定於教育的應用程式的 FOSS 可用。

如前所述，FOSS 的初始成本可以忽略不計。FOSS 升級的成本也很小。但是，有人認為應該使用總擁有成本 (TCO) 來比較 FOSS 和專有軟體。TCO 還包括維護、支援和培訓成本，而這些成本對於 FOSS 來說可能更高。但是，在各種比較中，FOSS 的 TCO 仍然低於專有軟體的 TCO。

在勞動力成本較低的國家，維護、支援和培訓的成本將佔 TCO 的較小比例，在這種情況下，FOSS 的 TCO 將低得多。原始碼 的可用性也使更多公司能夠提供維護和支援，從而降低這些成本。在學術環境中，通常可以免費從 FOSS 社群獲得幫助。

在某些情況下，資金的可用性或缺乏會導致不是選擇專有軟體和自由開源軟體，而是選擇自由開源軟體還是什麼都沒有。透過使用廉價或捐贈的硬體以及自由開源軟體，一些機構可能能夠為他們的學生提供原本不可能的計算設施。

即使有資金購買專有軟體，使用自由開源軟體替代方案所產生的節省也可以用於更重要的目的，例如購買更多計算機，為行政和學術人員提供培訓，或為機構開發與資訊科技無關的基礎設施。

示例：果阿，印度

在學校中建立計算機設施中使用自由開源軟體技術的另一個例子是果阿學校計算機專案 (GSCP)。從2000 年開始，GSCP 幫助在果阿的 125 所學校部署了 425 臺從美國運來的二手電腦。Linux 終端伺服器專案 (LTSP) 解決方案被用來將學校實驗室中的計算機聯網。進行了成本分析以估計使用回收計算機和自由開源軟體所產生的節省。研究發現，與使用新裝置和專有軟體相比，成本節省了 77%。分析中考慮了維護成本。即使使用新裝置，也仍然節省了 64%，因為與使用自由開源軟體時相比，新裝置的規格較低。

出現的一個問題是需要培訓計算機教師，以促進向Linux 環境的遷移。但一旦克服了這一障礙，使用自由開源軟體桌面應用程式就不再困難，因為它們與專有軟體的對應應用程式非常相似。另一個問題是當地公司提供的技術支援不足，這表明需要內部支援人員。Martyris 提供了此案例研究的更多詳細資訊。