شرح الموضوع
تُعرّف تطبيقات حاسوبية في مجال التعلّم الإلكتروني، والتعلم عن بُعد، والصحة، والتسوق الإلكتروني، وغير ذلك من مختلف مجالات الحياة، وبيان أهميتها في الحياة اليومية.
نتاجات التعلُّم :
- أستخدم التطبيقات السحابية التابعة لجوجل في سياقات عملية.
- أعدّد الأنشطة المختلفة للحوسبة السحابية (مثل GrebTheWeb, Zookeeper, MapReduce).
- أستخدم تطبيقات الحوسبة السحابية في مجالات مختلفة (التعليمية، والاجتماعية، ومجالات الحياة الأخرى).
ثلاث سحابات كبرى: ماذا تقدّم؟
يستخدم كثير من الأشخاص تطبيقات حاسوبية متنوعة؛ كل بحسب حاجاته واهتماماته.
- وفي ظل تطور العالم تعلمنا مسبقاً أن سحابة أمازون (Amazon Web Services - AWS) وسحابة مايكروسوفت أزور (Microsoft Azure)، وسحابة جوجل (Google Cloud) من أكبر الشركات المقدمة لخدمة الحوسبة السحابية؛
- لما تتميز به هذه الشركات من قدرتها على النمو والابتكار، وتقديم كل ما هو جديد لتلبية الاحتياجات المتطورة للشركات.
- سحابة (IBM) (International Business Machine – IBM)
- يوجد العديد من مزودي خدمة الحوسبة السحابية. سنستعرض في هذا الدرس أهم الشركات التي تقدم الخدمات، وبعض خدماتها.
فما هي خدمات هذه السحابات؟ وما خصائصها؟ وكيف يمكن استخدام تطبيقاتها العملية؟
أفكِّرُ في الخدمات السحابية التي تعاملت معها مسبقًا سواء في البيت أو المدرسة، ثم أدوِّنُ طبيعة الخدمة، والجهة المقدِّمة لها، والفائدة التي حصلت عليها من استخدامها.
الفكرة الرئيسة والمفاهيم والمصطلحات
خدمات الحوسبة السحابية وخصائصها من شركة مايكروسوفت أزور
خدمات مايكروسوفت أزور: ماذا تقدّم لك؟
توفّر مايكروسوفت أزور (Microsoft Azure) مجموعة متنوعة من التطبيقات والخدمات التي تساعد المؤسسات والأفراد على الاستفادة من الحوسبة السحابية.
- خدمات الأجهزة الافتراضية لنظامي التشغيل (Windows) و (Linux): والتي يمكن استخدامها مع خيارات تكوين (Configuration options) مرنة ومتعددة.
- هذه الخدمة قابلة للتوسع، أو تقليل الموارد حسب الحاجة.
- وتتميز أيضاً بقدرتها على استعادة البيانات بسهولة، والوصول إليها في أي وقت.
- التكامل عبر المنصات: توفر Azure إمكانية إدارة واجهات برمجة التطبيقات (APIs) عبر المنصات؛ باستخدام منصة هجينة تتيح التكامل السلس.
- أدوات تطوير متنوعة: تقدم Azure أدوات تطوير مناسبة لجميع الأجهزة والمنصات؛ مما يسمح بتخزين التكوينات الخاصة. وإدارتها في جميع التطبيقات بشكل سلس.
- تخزين البيانات: تتيح الخدمة تخزين البيانات وإدارتها التي نادراً ما يتوصّل إليها باستخدام التخزين المحلي (LRS) أو التخزين الجغرافي المتكرر (GRS) حسب الحاجة.
- تجارب مخصصة لكل مستخدم: توفّر Azure أدوات لتقديم تجارب مستخدم غنية ومخصصة؛ مما يعزز من تفاعل المستخدم مع التطبيقات.
- أدوات تنظيم الوظائف: تتيح تنظيم مواعيد تطبيقات الحوسبة عالية الأداء، وتوسيع نطاق التطبيقات السحابية بسهولة.
- تخزين الكائنات: تتيح Azure تخزين الكائنات بكفاءة عالية مع قابلية كبيرة للتوسع.
- تحليل الصور: توفّر Azure أدوات استخراج معلومات غنية من الصور، مثل تصنيف البيانات المرئية ومعالجتها، واستخدام الذكاء الاصطناعي لاكتشاف الوجوه في الصور وتحليلها.
- تحليل البيانات الضخمة: تقدم Azure أدوات إنشاء خدمات تحليل البيانات وإدارتها على نطاق واسع باستخدام تقنيات متقدمة.
- خدمات الذكاء الاصطناعي للرعاية الصحية: تقدم Azure حلولاً للذكاء الاصطناعي في مجال الرعاية الصحية، بما في ذلك إنشاء تجارب مدعومة بالذكاء الاصطناعي ونشرها، وإدارة البيانات الصحية وتوحيدها بطريقة آمنة.
إثراء
إضاءة
نشاط عملي: منصة
أستكشفُ مِنصة Azure عن الطريق الرابط (https://portal.azure.com)، أو مسح الرمز سريع الاستجابة المجاور. أُنشِئُ حسابًا مجانيًا، ثم أستعرض الخدمات المتاحة، وأستكشف خيارات التكلفة المتوافرة للتوسع في الاستفادة من الخدمات.
خدمات الحوسبة السحابية وخصائصها من شركة جوجل كلاود
سحابة جوجل: بنية مفتوحة وخدمات متنوعة
تعد (Google Cloud) من أكبر مزودي الحوسبة السحابية عالمياً، وتقدم العديد من الخدمات المتنوعة في مجالات الحوسبة، والتخزين، والشبكات، والبيانات الضخمة، وتعلم الآلة، بالإضافة إلى الأمان.
- بنية تحتية مفتوحة المصدر: تعتمد (Google Cloud) على بنية تحتية مفتوحة المصدر، تسمح بالتكامل مع العديد من الأدوات والمنصات الأخرى.
- دمج السحابات العامة والخاصة: تقدم (Google Cloud) نظاماً يمزج بين السحابة العامة والسحابة الخاصة؛ مما يوفّر بنية تحتية لتكنولوجيا المعلومات يمكن استخدامها من قبل المؤسسات لإنشاء التطبيقات المختلفة ونشرها، مثل (الويب، والهاتف الذكي، والألعاب).
- إدارة التطبيقات: توفر (Google Cloud) أدوات وخدمات لإدارة التطبيقات، ومراقبتها، وتحسين أدائها؛ ما يساعد المطورين في إدارة مشروعاتهم بكفاءة.
- Compute Engine: وهي واحدة من أهم خدمات الحوسبة التي تقدمها (Google Cloud) لما توفّره من دعم لمعظم أنظمة التشغيل، وخيارات مرنة للأجهزة المخصصة والمحددة مسبقاً.
- تنسيق الحاويات باستخدام (Kubernetes)، تقدم (Google Cloud) خدمة تنسيق الحاويات عبر (Kubernetes)؛ مما يساعد في إدارة التطبيقات المعتمدة على الحاويات بشكل فعّال.
- Google Workspace: توفّر (Google Cloud) مجموعة منتجات (مثل Google Drive، Google Docs، Google Calendar، Gmail، Meet، Google Sheets)؛ مما يعزز التعاون والإنتاجية في المؤسسات.
- قدرات معالجة البيانات الضخمة: يمكن لـ (Google Cloud Spanner) معالجة ملياري استعلام في الثانية تقريباً، بينما تصل قدرة (Google Bigtable) إلى أكثر من خمسة مليارات طلب في الثانية.
إثراء
أبحث
أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة عن خصائص وخدمات أخرى مرتبطة بالسحابة (Google Cloud)، ثم أكتب تقريراً وأشاركه على اللوح التفاعلي الرقمي للصف.
ألخص وأفراد مجموعتي أسماء المنتجات الخاصة بكل شركة من الشركات السابقة (Azure, Google Cloud) وكيفية استخدام تلك المنتجات
أتخيل نفسي مندوباً لإحدى الشركات السحابية (Google Cloud) أو (Microsoft Azure)، وأقوم بمحاولة إقناع عميل بالانتساب إلى الشركة التي أتبناها.
قبل السحابة: تحديات تواجه مطوّري البرامج
- نلاحظ في بعض الأحيان عند تنزيلنا تطبيقاً معيناً على جهاز الحاسوب أو الهاتف المحمول، أن له احتياجات معينة من مساحة فارغة على القرص الصلب/ سعة معينة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، أو وحدة المعالجة المركزية (CPU).
- بعض هذه التطبيقات صُممت للعمل على نظام تشغيل معين، وقد يُظهر ضعفاً أو بطئاً عند تشغيله على نظام تشغيل آخر
- من الصعب تحديد الوقت الذي يستغرقه لتنفيذ مهمة معينة، وهذا يعدّ تحدياً بالنسبة لمقدمي الخدمة
- عدم إمكانية إدارة موارد النظام بشكل فعال، وعدم توافر ضمانات جودة الخدمة، ودعم الأمان أيضاً.
- لم تعد هذه التحديات موجودة مع وجود الحوسبة السحابية إلى حد ما؛ حيث استطاعت تغيير آراء المستخدمين ومقدمي الخدمات وتصوراتهم، بحيث وفّرت كفاءة أكبر بتكلفة أقل.
أناقش
كيف استطاعت الحوسبة السحابية تقليص التحديات التي تواجه مطوّري البرامج؟
خدمة التنسيق: خوادم تنسّق بعضها بعضاً
ميزات الخدمة:
- البساطة: يعتمد على بنية توزيع هرمي، تشبه نظام الملفات؛ مما يسهل إدارة البيانات والتطبيقات.
- التكرار: ينسخُ العمليات الموزعة التي يقوم بتنسيقها على مجموعة من الخوادم؛ لضمان استمرارية الخدمة، وتوافر البيانات بشكل دائم.
- إمكانية التخصيص: يمكن البناء عليه ليلبي الاحتياجات الخاصة للتطبيقات المختلفة.
- سهولة البرمجة: يتميز بتصميم بسيط وسهل البرمجة؛ حيث يتم تشغيله باستخدام لغة Java وله ارتباطات مع لغة C.
- التنظيم: يُعطي Zookeeper ترتيباً واضحاً لكل عملية؛ مما يساعد في إدارة العمليات بشكل منظّم.
- السرعة: يتميز Zookeeper بسرعة عالية، خاصة في عمليات القراءة؛ مما يزيد من الكفاءة في الأنظمة الموزعة.

- كما يظهر في الشكل السابق، يعتمد (Zookeeper) على خوادم عدة لتوفير التكرار وضمان التوافر العالي.
- هذه الخوادم تُعرّف عن بعضها بعضاً، وتنسّق في ما بينها؛ مما يضمن عدم فقدان البيانات أو تعطل الخدمة إذا تعطل خادم معين.
- كل خادم يحتفظ بصورة الحالة الحالية للنظام وسجلات المعاملات في ذاكرته، وهذا يتيح له الاستجابة بسرعة لطلبات العملاء، ويقلل من زمن الوصول.
- يتصلُ العميل بأحد الخوادم باستخدام بروتوكول TCP، يتيح هذا الاتصال للعميل إرسال طلبات ومتابعة التحديثات التي تحدث في النظام، بالإضافة إلى استقبال الاستجابات.
- وإذا انقطع الاتصال بين العميل والخادم، سيقوم العميل تلقائياً بإعادة الاتصال بخادم آخر في المجموعة من دون الحاجة إلى تدخل يدوي.
- ينظم (Zookeeper) العمليات ويعطي ترتيباً واضحاً لكل عملية يتم تنفيذها، ويضمن أيضاً الاتساق في النظام بأكمله حتى مع وجود خوادم متعددة.
المخطط والمخفض: قسّم البيانات ثم اجمع النتائج
نشاط عملي: موقع
أستكشفُ الموقع الرسمي لخدمة Zookeeper من الرابط (https://zookeeper.apache.org) أو بمسح الرمز سريع الاستجابة المجاور، ثم أستخدم أحد تطبيقات الترجمة للاستعانة بها على فهم خدمات الموقع.
ميزات الخدمة:
- القدرة على معالجة كميات ضخمة من البيانات: يمكنه التعامل مع البيانات الكبيرة والمعقدة بكفاءة عالية.
- التوازي (Parallelism): يعتمد على توزيع البيانات ومعالجتها عبر خوادم عدة؛ مما يقلل من وقت التنفيذ ويزيد الكفاءة.
- التوسع (Scalability): يمكن توسيع نطاقه بسهولة عن طريق إضافة المزيد من الخوادم.
- الموثوقية (Fault Tolerance): يوفر تكراراً للبيانات والمعالجة؛ لضمان استمرارية العمليات حتى في حالة فشل الخوادم.
مبدأ عمل (MapReduce):
يعتمد (MapReduce) على خطوتين رئيستين لمعالجة البيانات:
1. المخطط (Map)
2. المخفض (Reduce)
طريقة عمل MapReduce:
- تبدأ العملية بتقسيم البيانات إلى أجزاء صغيرة؛ حيث تُعالج هذه البيانات في الخوادم الموزعة.
- ثم تُجمّع النتائج الجزئية وتحليلها في مرحلة (Reduce)؛ حيث يتم تقليل البيانات إلى نتائج مفيدة.
- كل خطوة تعتمد على مخرجات الخطوة التي تسبقها؛ مما يوفر طريقة فعالة لتحليل كميات ضخمة من البيانات.
نظام مفتوح المصدر للبيانات الكبيرة
ميزات الخدمة:
- قابلية التوسع: يمكن توسيع نطاقه بإضافة المزيد من الخوادم من دون إعادة تصميم النظام.
- التوافر العالي والموثوقية: يكرر البيانات عبر خوادم متعددة لضمان استمرارية الخدمة حتى في حالة فشل خادم.
- المعالجة الموزعة: يعتمد على نموذج (MapReduce) لمعالجة البيانات بشكل متوازي عبر عدة خوادم، ما يعزز الكفاءة.
- التخزين الموزع: يستخدم نظام (Hadoop Distributed File System - HDFS) لتخزين البيانات عبر خوادم متعددة بموثوقية وسرعة، مع قدرة تخزين كبيرة جداً.
البحث السريع في سجلات ضخمة
ميزات الخدمة:
- البحث السريع: يتميز بالقدرة على البحث السريع في مجموعات كبيرة من البيانات أو السجلات.
- قابلية التوسع: يمكنه معالجة كميات هائلة من البيانات الموزعة عبر الإنترنت؛ مما يجعله مثالياً لعمليات البحث الكبيرة.
- المرونة: يمكن استخدامه للبحث عن مجموعة متنوعة من التعبيرات النصية عبر السجلات المختلفة.
- التطبيق العملي: مفيد بشكل خاص في تحليل السجلات، والنصوص، والبيانات الضخمة في تطبيقات الويب.
مبدأ عمل (GrepTheWeb):
سأعدّ برنامجاً لمعرفة عدد تكرارات اسمي "سارة" و "محمد" بين طلبة الصف الحادي عشر في المدرسة، وسأعمل على تعريف دالتين Map و Reduce لإجراء هذه العملية.
- يبحث عن التعبير المطلوب في السجلات الكبيرة عبر الإنترنت، ويشبه في عمله الأداة (Grep) في (UNIX)
- ولكنه مخصص للتعامل مع كميات أكبر من البيانات المنتشرة عبر مواقع الإنترنت أو قواعد البيانات الكبيرة؛ لإيجاد السجلات التي تحتوي على التعبير أو النص المطلوب.
- يُستخدم في مجالات مثل تحليل البيانات، والبحث في النصوص الكبيرة، وفحص السجلات على نطاق واسع.
استخدام الحوسبة السحابية في مجال التعليم
السحابة في التعليم: وصول وتعاون وتوفير
شهد قطاع التعليم تطوراً كبيراً بفضل الحوسبة السحابية التي أسهمت في تمكين الطلبة والمعلمين من الوصول إلى الموارد التعليمية في أي وقت ومن أي مكان.
أهمية الحوسبة السحابية في التعليم:
- تسهيل الوصول إلى المواد التعليمية: تُتيح الحوسبة السحابية للطلبة والمعلمين الوصول إلى الموارد التعليمية بسهولة من دون الحاجة إلى الكتب الورقية؛ حيث يمكنهم الاطلاع على الدروس وموارد التعلم عن طريق أي جهاز متصل بالإنترنت.
- تحسين التعاون: توفّر الحوسبة السحابية أدوات للتعاون؛ مما يمكن الطلبة من العمل معاً على المشروعات والاختبارات عن بُعد، ويسمح للمعلمين بمشاركة خطط الدروس وتقديم التغذية الراجعة الفورية.
- توفير الوقت: يمكن للطلبة والمعلمين استخدام الحوسبة السحابية لإتمام المهام بسرعة، مثل العمل على المشروعات أو إجراء الاختبارات في أي وقت من دون الاقتصار على وقت الدوام المدرسي.
- تقليل التكاليف: تقلل الحوسبة السحابية من حاجة المدارس لشراء أجهزة ذات مواصفات عالية وباهظة الثمن أو استخدام الورق؛ مما يوفر التكاليف المتعلقة بالأجهزة والطباعة.
أناقش
أناقش مع زملائي في المجموعة فوائد أخرى لاستخدام الحوسبة السحابية في التعليم، مع ذكر أمثلة.
أناقش مع مجموعتي كيف يمكن لهذه الأدوات أن تعزز مستوى التعليم والتعلم، مع التركيز على التواصل والتعاون بين الطلبة والمعلمين.
أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة عن أدوات سحابية يمكن أن تسهم في تحسين التعليم.
أفتح تطبيق Google Calendar على جهازي (هاتف ذكي أو حاسوب). أقوم بإنشاء حدث جديد لإضافة مواعيد الاختبارات والمناسبات الخاصة بعائلتي. أضبط التنبيهات للتذكير بهذه الأحداث قبل حدوثها بوقت مناسب. أفتح تطبيق Google Tasks من Google Calendar كتطبيق منفصل. أقوم بإضافة المهام اليومية التي أحتاج لإتمامها (مثال: التخطيط ليومي؛ إذ يتضمن: الدراسة مدة ساعة، والذهاب إلى التمارين الرياضية الساعة 5 مساءً). أتابع تنفيذ المهام يوميًا، وأقوم بتعديل المهام أو تحديثها حسب الحاجة.
أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة على شبكة الإنترنت عن التحديات المرتبطة باستخدام الحوسبة السحابية في التعليم
إثراء
استخدام الحوسبة السحابية في مجال التواصل الاجتماعي
السحابة وراء منصات التواصل
أحدثت الحوسبة السحابية نقلة نوعية في طريقة عمل منصات التواصل الاجتماعي؛ حيث توفر بنية تحتية قوية ومرنة، تساعد هذه المنصات على تقديم خدماتها لملايين المستخدمين حول العالم بشكل سلس وسريع.
- تخزين البيانات الهائل: تحتوي منصات التواصل الاجتماعي، مثل (Facebook وInstagram وTwitter وغيرها)، على كميات هائلة من البيانات التي يتم توليدها كل ثانية، مثل الصور، والفيديوهات، والمنشورات، والرسائل.
- وقد جاءت الحوسبة السحابية لتتيح حلول تخزين سحابية توفر سعات تخزين هائلة، مع قدرة على التعامل مع كميات ضخمة من البيانات في الوقت الفعلي.
- المعالجة السريعة للبيانات: إن البيانات التي تُنشر عبر منصات التواصل الاجتماعي، تحتاج إلى معالجة بسرعة؛ لنشرها في الوقت المناسب، وضمان استجابة سريعة من النظام.
- وجاءت الحوسبة السحابية لتقدم سحابة منصات معالجة سريعة التي تسمح بمعالجة البيانات بشكل فوري من دون الحاجة إلى موارد مادية كبيرة.
- المرونة والتوسع: تواجه منصات التواصل الاجتماعي تحديات التوسع بشكل دائم؛ حيث يزداد عدد المستخدمين يوميًا؛ مما يتطلب توسيع البنية التحتية.
- وإتاحة خدمات السحابة (مثل Microsoft Azure وGoogle Cloud) وإمكانية التوسع بسهولة حسب الحاجة من دون الحاجة إلى استثمار في بنية تحتية جديدة؛ مما يضمن استمرارية الخدمة من دون انقطاع.
أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة عن أمثلة أخرى على كيفية استخدام الحوسبة السحابية في مجال التواصل الاجتماعي
إثراء
استخدام الحوسبة السحابية في مجال الصحة
السحابة في الصحة: سجلات وتحليل وأمان
أحدثت الحوسبة السحابية تحوّلًا كبيرًا في مجال الرعاية الصحية؛ مما أسهم في تحسين الكفاءة، وتقديم الرعاية الصحية بشكل أفضل، وتوفير إمكانية الوصول إلى البيانات الطبية في الوقت الفعلي.
- تخزين السجلات الطبية الإلكترونية (Electronic Medical Record (EMR): توفر السحابة مساحة تخزين غير محدودة تقريبًا؛ مما يتيح للمستشفيات والمؤسسات الصحية الاحتفاظ بالسجلات الطبية الإلكترونية بشكل آمن، وإمكانية الوصول إليها من أي مكان وفي أي وقت.
- التعاون بين الفرق الطبية: تسمح السحابة بمشاركة البيانات الطبية بشكل فوري بين الأطباء والمختصين في مواقع جغرافية مختلفة؛ مما يسهم في تقديم رعاية متكاملة للمرضى، خاصة في الحالات الطارئة.
- التحليل الطبي المتقدم باستخدام الذكاء الاصطناعي: توفر السحابة بنية تحتية قادرة على تشغيل أدوات التحليل الطبي والذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات الضخمة؛ مما يساعد في اكتشاف الأمراض مبكرًا وتحسين خطط العلاج.
- أمان البيانات الطبية وحمايتها: تتيح السحابة حلول أمان متقدّمة تشمل التشفير وإدارة الهوية، والتصديق المتعدد العوامل؛ مما يحافظ على خصوصية بيانات المرضى، والامتثال للمعايير الصحية العالمية.
- يوجد العديد من التطبيقات في مجال الحوسبة الصحية، من بينها:
- Google Health
- IBM Watson Health
المواطنة الرقمية
المواطنة الرقمية: أستخدم السحابة بمسؤولية
- خصوصية البيانات: أمتنع عن مشاركة معلومات حساسة على المنصات السحابية من دون أخذ إذن مسبق. وأحرص على قراءة شروط الخصوصية وسياساتها لأي منصة سحابية قبل استخدامها، وفهم كيفية استخدام المنصة للبيانات الشخصية.
- الملكية الفكرية واحترام حقوق الآخرين: أحترم حقوق الملكية الفكرية عند استخدام أو مشاركة الموارد. وأتأكد من الحصول على إذن من المؤلف، أو التأكد من أن المحتوى مفتوح المصدر أو مرخص بشكل مناسب للاستخدام التعليمي، قبل استخدام أي محتوى تعليمي أو مواد رقمية أو مشاركتها.
- الاستخدام الأخلاقي للأدوات السحابية: أستخدم الأدوات السحابية بشكل مسؤول وأخلاقي، وأتجنّب الأنشطة غير القانونية.
مشروع
أقيّم تعلّمي
أختبر نفسي في الدرس
أبين طريقة عمل كل من: Zookeeper
أبين طريقة عمل كل من: MapReduce
أذكر اسم التطبيق الذي يقوم بالوظائف الآتية: معالجة كميات كبيرة من البيانات وتنفيذها بفاعلية وسرعة.
تنفيذ بروتوكولات إدارة المجموعة.
البحث في مجموعة كبيرة من السجلات لإيجاد سجل يحوي التعبير المطلوب.
نظام برمجي خاص بالتخزين والمعالجة الموزعة.
أستخدم أدوات البحث الرقمي لاستكشاف كيف تُسهم الحوسبة السحابية في تحسين هذه المجالات، وأحدد التطبيقات التي تعتمد على السحابة في تحسين الأداء والكفاءة. الصحة، السياحة، حجز تذاكر الطيران، حجز الفنادق، فحص السيارات.
أناقش كيف يمكن للحوسبة السحابية أن تسهم في تحسين حياة الناس عن طريق توفير حلول فعّالة واقتصادية.
القيّم والاتجاهات
أنظم مع زملائي ورشة تعليمية حول أخلاقيات التعامل مع الحوسبة السحابية، ثم أنفذها باستخدام تطبيقات مثل Google Meet أو Microsoft Teams بالتنسيق والتعاون مع المعلم وطلبة المدرسة.