覃遠霞

摘要：由于互聯(lián)網(wǎng)的異質性（包括軟件和硬件），各類教育組織各自開發(fā)教育資源而不能充分共享，形成資源“孤島”，資源利用率較低。將網(wǎng)格技術應用到教育領域，可以為用戶提供一體化信息和應用服務，在保護知識產(chǎn)權的前提下共用教育資源，避免盲目重復開發(fā)。網(wǎng)格結構有三個層次：基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)的硬件和資源數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)格服務器系統(tǒng)和用戶門戶，建設內(nèi)容包括元數(shù)據(jù)、資源發(fā)現(xiàn)機制和資源收集及發(fā)布機制。

關鍵詞：教育資源網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)資源收集及發(fā)布

中圖分類號：G40-057文獻標識碼：A

1.引言

教育信息化的快速發(fā)展使互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)字化教育資源以指數(shù)方式增長。龐大的教育資源為師生的教與學提供了便利條件，同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。教育資源管理面臨以下問題：

（1）缺乏有效的教育資源。雖然市場上的教學資源庫產(chǎn)品豐富多樣，但是在實際教學過程中，教師們又感覺無序、無效的資源太多，難以找到真正需要的有效資源。

（2）無法有效保護知識產(chǎn)權。每一個優(yōu)秀的教學資源都是教師的勞動成果，具有原創(chuàng)性，應當受到知識產(chǎn)權的保護?，F(xiàn)有存在的抄襲或盜用他人作品的情況嚴重打擊了原創(chuàng)資源建設者的積極性，造成當前教育資源總體質量不高。

（3）信息孤島。各類教育組織紛紛耗費了大量的人力和財力開發(fā)教育資源，絕大部分的教育資源都自行管理，有自己選擇的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫、自行開發(fā)的應用軟件和用戶界面，完全是獨立的體系。軟、硬件的異質性和多樣性使大量信息被鎖在各個小島的數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)有的網(wǎng)絡服務器猶如信息孤島，資源不能充分共享，利用率低。

（4）搜索困難。由于互聯(lián)網(wǎng)的異質性（包括軟件和硬件），很多搜索引擎沒有覆蓋所有教育資源，資源搜索的智能化程度不高，使得在網(wǎng)上搜索到有用資源變得比較困難。用戶必須知道所需教育資源所在的位置，才能通過各種接口進行訪問。

整合分散、無序的教育資源，為用戶提供一體化信息和應用服務，在保護知識產(chǎn)權的前提下實現(xiàn)資源共享，避免盲目重復開發(fā)，是教育信息化發(fā)展的新要求。

2.網(wǎng)格及其優(yōu)勢

網(wǎng)格的實質是構筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術，實現(xiàn)對大規(guī)模分布資源（包括帶寬資源、軟件資源、計算資源、存儲資源、信息資源、數(shù)據(jù)資源、知識資源等）進行管理，它是集成的計算與資源環(huán)境，為用戶提供一體化信息和應用服務（存儲、計算、訪問等）；作為一種重要的支持虛擬組織的系統(tǒng)，網(wǎng)格組織中的不同成員具有不同的權限，最終實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進行資源共享和協(xié)同工作，徹底消除信息孤島，最大程度地實現(xiàn)資源共享。

網(wǎng)格的優(yōu)勢有：

（1）實現(xiàn)資源全面共享：網(wǎng)格能夠實現(xiàn)應用程序的互連互通，消除信息孤島，實現(xiàn)資源全面共享。如果說計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的是一種硬件的連通，那么網(wǎng)格則能實現(xiàn)應用層面的互聯(lián)互通。

（2）網(wǎng)絡虛擬環(huán)境下的協(xié)同工作：能夠為跨地域、跨學科的大型研究活動提供協(xié)同工作支撐環(huán)境，多個網(wǎng)格結點可以共同處理一個項目。

（3）檢驗標準：Ian Foster提出的網(wǎng)格檢驗標準是使用通用的、開放的和標準的接口和協(xié)議，在地理分布的非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源，并提供非平凡的服務質量。

（4）具有高度可擴展性的動態(tài)服務：網(wǎng)格可以實現(xiàn)具有高度可擴展性的、能夠適應變化的動態(tài)服務。

網(wǎng)格計算的關鍵技術有：

（1）網(wǎng)格結點。網(wǎng)格結點就是網(wǎng)格計算資源的提供者，包括在地理位置上是分布的、具有異構特性的集群系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、高端服務器、MPP系統(tǒng)大型存儲設備資源等。

（2）寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)。寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)對網(wǎng)格計算提供性能影響很大，在網(wǎng)格計算環(huán)境中，要想獲得計算能力“即連即用”、通信服務延遲小且高可靠，都需要有高質量、高速度寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)支持。

（3）資源管理。主要解決資源的描述、組織和管理等關鍵問題。

（4）任務調(diào)度。根據(jù)當前系統(tǒng)的負載情況，對系統(tǒng)內(nèi)的任務進行動態(tài)調(diào)度，提高系統(tǒng)的運行效率。

（5）監(jiān)測工具。網(wǎng)格環(huán)境下，資源和服務的添加、更新及退出等信息變化非常頻繁，需要有一個發(fā)現(xiàn)機制來匯總以便在任務調(diào)度進程中能找出最優(yōu)組合，監(jiān)測工具承擔了此項功能。監(jiān)測工具是資源發(fā)現(xiàn)和任務分配的基礎，為其它的網(wǎng)格中間件提供了必要的與資源有關的性能數(shù)據(jù)。

（6）可視化應用層工具。網(wǎng)格計算的主要領域是科學計算，但想要從海量數(shù)據(jù)中通過人工分析的方式得出正確的判斷并非易事。如果把計算結果轉換成直觀的圖形信息，就能幫助研究人員擺脫理解數(shù)據(jù)的困難，能在網(wǎng)格計算中傳輸和讀取的可視化工具變得尤為重要。

3.基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)結構

基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)的網(wǎng)格結構有三個層次：硬件和資源數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)格服務器系統(tǒng)和用戶門戶，如圖1所示。

圖1：基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)結構圖

第一層，分屬于不同組織、大學或其他資源所有者的硬件和資源數(shù)據(jù)庫。包括計算機、路由器、交換機、數(shù)據(jù)庫和其它軟件，數(shù)據(jù)庫分布在不同的地理位置，通過校園網(wǎng)進行連接。

第二層，對用戶是透明的網(wǎng)格服務系統(tǒng)。它包括網(wǎng)格軟件和電網(wǎng)接口，用戶通過網(wǎng)格門戶接口搜索資源，應用軟件使用網(wǎng)格服務器通過將參數(shù)轉換為軟件。

第三層，用戶門戶系統(tǒng)和應用軟件之間的接口。它指示網(wǎng)格服務器啟動，并根據(jù)服務情況暫停服務器。

4.基于網(wǎng)格的教育資源共享系統(tǒng)的建立

基于網(wǎng)格的教育資源共享系統(tǒng)建設內(nèi)容包括元數(shù)據(jù)、資源發(fā)現(xiàn)機制和資源收集及發(fā)布機制。

A教育資源中的學習對象元數(shù)據(jù)

學習對象是指一切可為教學和培訓目的服務的對象，包括實訓設備、教材等物理對象，也包括網(wǎng)絡課件、教學軟件等數(shù)字對象。學習對象不論大小，可以小到一張圖片，大到一門課程。典型的學習對象包括人、組織機構、課程標準、教學目標、多媒體教學資源、工具軟件、教學內(nèi)容和動畫課件等。學習對象可以在交互式網(wǎng)絡教學平臺、遠程教育系統(tǒng)、計算機輔助系統(tǒng)等不同的教學系統(tǒng)中使用、重用或引用。

根據(jù)CELTS-3教育資源建設技術規(guī)范，教育資源中的學習對象元數(shù)據(jù)有9種元素，如圖2所示。

通用信息（General）：包括所有的學習對象元數(shù)據(jù)的通用信息。

生存期信息（Lifecycle）：包括學習對象元數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)，也包括影響學習對象元數(shù)據(jù)的人或組織。

元數(shù)據(jù)描述信息（Meta MetaData）：定義學習對象元數(shù)據(jù)的標識符、創(chuàng)建信息、語言等。

技術信息（Technical）：包括技術要求和特點。

教育信息（Educational）：包括學習對象元數(shù)據(jù)的教育特性。

權利信息（Rights）：包括學習對象元數(shù)據(jù)知識產(chǎn)權信息。

關系信息（Relation）：包括學習對象元數(shù)據(jù)之間的關系。

評注信息（Annotation）：包括學習對象元數(shù)據(jù)評價和自我評價信息。

分類信息（Classification）：包括學習對象元數(shù)據(jù)和分類體系之間的關系。

元素連接到子卷，子卷再連接到元數(shù)據(jù)。如圖3所示。

B資源發(fā)現(xiàn)機制

資源發(fā)現(xiàn)是根據(jù)資源請求者的資源請求描述，從網(wǎng)格上為請求者找到滿足請求描述要求的合適資源的過程。

每個節(jié)點資源所有者的工作是獨立的，當一個節(jié)點資源所有者接收到檢索本地數(shù)據(jù)庫資源的請求時，若局部網(wǎng)絡中存在所需資源，則資源路由器返回該資源的節(jié)點地址；當所需資源不存在該局部網(wǎng)絡時，則將請求傳遞給他的鄰居節(jié)點。所以每一個資源節(jié)點所有者都有一個鄰居名單，并定期檢查，刪除不作為鄰居和添加新的鄰居。

關鍵點是計算信號的傳遞，包括：記錄鄰居的行動、判斷好鄰居、判斷資源請求的規(guī)律并存儲在本地數(shù)據(jù)庫或得到它的映像。

C.資源收集及發(fā)布機制

根據(jù)資源發(fā)現(xiàn)機制的資源請求規(guī)律，將資源存儲在本地數(shù)據(jù)庫或得到它的映像，是一種非常有效的資源收集機制。另一種收集資源的方式是檢查收錄進網(wǎng)格節(jié)點中或從網(wǎng)格節(jié)點中剔除的資源，通過目錄監(jiān)控程序檢查在網(wǎng)格中每個節(jié)點的變化，保持每個節(jié)點的鄰居列表更新。

5.基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)應用效果

下面的圖表顯示了基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)應用之后每個月教育資源的利用情況，表1中的利用率指的是數(shù)據(jù)庫資源的訪問率。第一個月的利用率很低，僅0.095；但20個月之后教育資源利用率達0.865。

圖4基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)利用率

從圖4可以看出，反映基于網(wǎng)格的教育資源系統(tǒng)利用率的曲線圖比較陡峭，隨著時間的不斷推移，利用率越來越接近0.9，體現(xiàn)這個機制確實有效。

6.結論

網(wǎng)格技術可以幫助解決教育資源共享問題。通過網(wǎng)格技術可以實現(xiàn)廣泛共享異構學習資源和地理上分布的系統(tǒng)的目標，不同的用戶可以相互合作，資源可以重復使用，用戶可以得到透明的網(wǎng)格服務而不需要知道如何實現(xiàn)服務及由誰提供服務。

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