網(wǎng)格環(huán)境下教學(xué)資源元數(shù)據(jù)管理

許琦 馮羽靜

摘要：本文結(jié)合教學(xué)資源具有學(xué)科資源多樣性、復(fù)雜性，教學(xué)規(guī)律和認(rèn)知規(guī)律統(tǒng)一性，資源邏輯結(jié)構(gòu)一致性等特點(diǎn)，提出粗粒度元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制和松散結(jié)構(gòu)化教學(xué)資源管理體系，并試圖通過(guò)對(duì)教學(xué)資源的粗粒度整合，使其發(fā)揮最大的效用。

關(guān)鍵詞：教學(xué)資源;網(wǎng)格;元數(shù)據(jù);層次代理

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 論文編號(hào)：1674-2117（2015）07-0080-03

● 引言

“網(wǎng)格”（Grid）一詞來(lái)源于人們熟悉的電力網(wǎng)（Power Grid）。[1]網(wǎng)格是利用互聯(lián)網(wǎng)將地理上廣泛分布的各種資源連成一個(gè)邏輯整體[2]，就像一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣為用戶(hù)提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)在這個(gè)虛擬環(huán)境上進(jìn)行資源共享和協(xié)同工作，徹底消除資源孤島，讓人們使用網(wǎng)格上的資源像用電一樣簡(jiǎn)單。基于對(duì)網(wǎng)格重要性的認(rèn)識(shí)，2003年4月，教育部啟動(dòng)了中國(guó)教育網(wǎng)格計(jì)劃（ChinaGrid），中國(guó)教育科研網(wǎng)格是迄今為止由政府推出的最宏大的網(wǎng)格工程[3]，該項(xiàng)目由12所大學(xué)聯(lián)合推出。教育部希望利用網(wǎng)格技術(shù)將網(wǎng)上的教學(xué)資源有效地聚合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)資源的廣泛共享，為中國(guó)高等院校（特別是部分研究型大學(xué)）的科學(xué)研究提供先進(jìn)的計(jì)算手段。

目前，教育網(wǎng)格研究方向和任務(wù)主要集中在提供一種通信管理的網(wǎng)格平臺(tái)或架構(gòu)，重點(diǎn)在網(wǎng)格計(jì)算能力上。[4-7]而對(duì)于教學(xué)與研究人員關(guān)注使用的基于網(wǎng)格的教學(xué)資源管理及其在網(wǎng)格環(huán)境中的深層次應(yīng)用方面沒(méi)有太多的研究。為屏蔽不同課程內(nèi)容上的多樣性和差異性，將知識(shí)點(diǎn)作為原子資源，并采用元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，原子資源間的結(jié)構(gòu)和邏輯規(guī)律遵循人的認(rèn)識(shí)規(guī)律和教學(xué)規(guī)律，采用統(tǒng)一的模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)和管理。在此基礎(chǔ)上，可以開(kāi)發(fā)教學(xué)資源庫(kù)，提供資源搜索、資源共享、資源組織管理等功能。

● 教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)規(guī)劃

教學(xué)資源主要是指教學(xué)過(guò)程中教師和學(xué)生使用的課程資源，可以理解為教學(xué)過(guò)程中的軟資源。教學(xué)資源的元數(shù)據(jù)可分為兩個(gè)層次：直接對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行描述的元數(shù)據(jù)，稱(chēng)為教學(xué)資源信息ERI（Education Resources Information）;對(duì)教學(xué)資源的組織目錄進(jìn)行描述的元數(shù)據(jù)，稱(chēng)為教學(xué)資源目錄信息ERII（Education Resources Index Information）。其中ERII根據(jù)資源規(guī)模可抽象為多個(gè)層次。元數(shù)據(jù)是指描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是指與業(yè)務(wù)技術(shù)過(guò)程及企業(yè)使用數(shù)據(jù)有關(guān)的所有物理數(shù)據(jù)以及包含知識(shí)的信息，是指來(lái)自企業(yè)內(nèi)外所有（軟件或其他介質(zhì)含有的）物理數(shù)據(jù)和（員工和各種媒介中含有的）知識(shí)，包括物理數(shù)據(jù)的格式、技術(shù)和業(yè)務(wù)過(guò)程、數(shù)據(jù)的規(guī)則和約束以及企業(yè)使用數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。教學(xué)資源中的元數(shù)據(jù)是指描述教學(xué)資源的類(lèi)型、規(guī)格、屬性、聯(lián)系、約束等信息的數(shù)據(jù)。教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)規(guī)劃如下。

（1）提取教學(xué)資源知識(shí)單元，結(jié)合教學(xué)資源本身及其應(yīng)用的特點(diǎn)，確定元數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。知識(shí)單元是教學(xué)資源中可應(yīng)用于交流使用并能完整描述一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的最小單元。目前在知識(shí)單元?jiǎng)澐稚线€沒(méi)有具體的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。一般由課程專(zhuān)家和教學(xué)專(zhuān)家參照教育部課程建設(shè)規(guī)范中的要求對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行三級(jí)劃分，將劃分得到的第三級(jí)資源作為知識(shí)單元進(jìn)行管理，并向上逐層擴(kuò)展，得到相應(yīng)層次的粗粒度資源。

（2）構(gòu)建教學(xué)資源目錄樹(shù)。目錄樹(shù)

從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，包含一個(gè)對(duì)其所有數(shù)據(jù)的層次視圖，并提供基于樹(shù)形的搜索系統(tǒng)。教學(xué)資源目錄信息ERII根據(jù)資源規(guī)模可抽象為多個(gè)層次。按照目前的慣例和一般使用情況，將課程資源按內(nèi)容及其關(guān)系，劃分成大的章，章內(nèi)再劃分小節(jié)，小節(jié)中又可包含若干更細(xì)分的知識(shí)單元。這種結(jié)構(gòu)可以看作是教學(xué)資源目錄信息ERII的外在顯現(xiàn)，即教學(xué)資源目錄樹(shù)。

（3）教學(xué)資源服務(wù)。在教學(xué)資源使用過(guò)程中，系統(tǒng)存在三種角色：資源提供者、資源管理者、資源消費(fèi)者。資源消費(fèi)者是指教師或?qū)W生，他們提出資源消費(fèi)請(qǐng)求，包括對(duì)資源質(zhì)和量上的要求;資源管理者即資源中介，是系統(tǒng)管理中心，主要管理ERI或ERII，并根據(jù)資源消費(fèi)者提出的請(qǐng)求進(jìn)行必要的計(jì)算，反饋消費(fèi)者信息，滿(mǎn)足其需求;資源提供者是教學(xué)資源存儲(chǔ)中心，主要負(fù)責(zé)資源的存儲(chǔ)，并按接收到的指令為消費(fèi)者提供相關(guān)資源。按照信息流動(dòng)的不同方式，分析他們之間的工作模式，相應(yīng)地設(shè)置層次代理結(jié)構(gòu)。將資源與其元數(shù)據(jù)適當(dāng)分隔存儲(chǔ)管理，在資源服務(wù)時(shí)采取資源信息處理和資源實(shí)體傳遞兩條線的方式，減輕資源代理的負(fù)擔(dān)，平衡網(wǎng)格環(huán)境的負(fù)載，有利于提高系統(tǒng)的整體性能。

● 關(guān)鍵技術(shù)

1.元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文擬采用的元數(shù)據(jù)基本結(jié)構(gòu)如右表所示。

需要說(shuō)明的是，該元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)教育部課程教學(xué)及大綱規(guī)范要求，結(jié)合本學(xué)科方向課程及教學(xué)實(shí)踐，以及資源管理和軟件開(kāi)發(fā)的需要，并綜合其他相關(guān)因素形成。

2.教學(xué)資源目錄樹(shù)構(gòu)建

目錄樹(shù)是指存儲(chǔ)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源信息的特殊數(shù)據(jù)庫(kù)，把網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各種資源都作為目錄信息，在目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)中分層存儲(chǔ)、訪問(wèn)、管理和使用。目錄樹(shù)將分布式系統(tǒng)中的用戶(hù)和資源，以及其他對(duì)象統(tǒng)一組織起來(lái)，提供一個(gè)單一邏輯視圖，允許用戶(hù)透明地訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的資源。一個(gè)由目錄樹(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)集成、網(wǎng)絡(luò)化、統(tǒng)一的系統(tǒng)，而不是各個(gè)獨(dú)立功能部分的簡(jiǎn)單聚合。

目錄的內(nèi)容稱(chēng)為對(duì)象類(lèi)（Object Class）和項(xiàng)（Entry）。對(duì)象類(lèi)描述什么信息可存儲(chǔ)在目錄中，而項(xiàng)把相關(guān)信息組合在一起，也可以理解為對(duì)象為抽象約束，項(xiàng)為信息內(nèi)容。ERI之上的ERII逐層抽象或封裝生成，下層的ERII是上次ERII的一個(gè)項(xiàng)，這是逐層遞歸或遞推的過(guò)程，因此它們采用一致的管理操作方式，軟件算法具有可復(fù)用性。元數(shù)據(jù)信息采用數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)，方便檢索管理，而資源本身仍以文件方式存儲(chǔ)于磁盤(pán)。為了管理的方便和統(tǒng)一，資源庫(kù)的物理存儲(chǔ)與資源管理的目錄樹(shù)結(jié)構(gòu)基本保持一致。通過(guò)目錄樹(shù)方式記錄存儲(chǔ)教學(xué)資源數(shù)據(jù)信息，與資源庫(kù)本身的層次結(jié)構(gòu)（樹(shù)型結(jié)構(gòu)）相統(tǒng)一，同時(shí)也與Internet及各種管理中的層次結(jié)構(gòu)相一致，為教學(xué)資源管理提供方便，易于使用現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行管理。

3.教學(xué)資源服務(wù)

在教學(xué)資源庫(kù)中，資源建設(shè)是基礎(chǔ)，資源管理是關(guān)鍵，要對(duì)資源進(jìn)行深層次的應(yīng)用，就需要對(duì)資源進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)和管理。資源提供者對(duì)資源進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸?shù)瓤刂乒芾恚Y源的搜索、協(xié)調(diào)傳輸?shù)热蝿?wù)主要由資源管理者完成。網(wǎng)格資源管理的目的是有效調(diào)度、管理、配置可利用資源，將實(shí)際上的異構(gòu)環(huán)境轉(zhuǎn)換成一個(gè)虛擬的同構(gòu)環(huán)境。基于網(wǎng)格的教學(xué)資源管理是網(wǎng)格資源管理的進(jìn)一步延伸，需要完成資源尋址和定位，找到特定的教學(xué)資源。教學(xué)資源本身也屬于網(wǎng)格資源的一部分，教學(xué)資源節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)也是統(tǒng)一的。在基于網(wǎng)格的教學(xué)資源管理中，選擇基于代理的網(wǎng)格資源管理方法，滿(mǎn)足教學(xué)資源訪問(wèn)中的結(jié)構(gòu)關(guān)系，能夠方便地搜索到資源及資源信息所在的服務(wù)器，與Internet和網(wǎng)格層次管理結(jié)構(gòu)一致，而且層次化的代理體系也有利于系統(tǒng)的維護(hù)和管理。代理系統(tǒng)在用戶(hù)和資源之間架起了一座橋梁。基于網(wǎng)格的教學(xué)資源體系，通過(guò)代理的方式將異構(gòu)、分布的大型教學(xué)資源庫(kù)中的資源進(jìn)行提取共享。通常一個(gè)資源請(qǐng)求任務(wù)被派分給一組Agent，這些Agent根據(jù)被請(qǐng)求資源特征，在構(gòu)造層各計(jì)算節(jié)點(diǎn)間自主地移動(dòng)，尋找資源信息，獲得資源服務(wù)，完成自身的任務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)在廣域范圍內(nèi)對(duì)教學(xué)資源的個(gè)性化請(qǐng)求。代理結(jié)構(gòu)由三部分組成，如下圖所示。

上面是用戶(hù)（消費(fèi)者），提供資源服務(wù)請(qǐng)求;下面是資源提供者，提供教學(xué)資源;中間是代理服務(wù)系統(tǒng)。消費(fèi)者通過(guò)就近代理（或網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)）提出資源服務(wù)請(qǐng)求，代理通過(guò)當(dāng)前獲得的資源信息ERI以及資源目錄信息ERII，進(jìn)行分析計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果將請(qǐng)求任務(wù)分發(fā)到相關(guān)的代理，進(jìn)一步處理;最后根據(jù)獲得的教學(xué)資源分布信息，按照一定的模式交付給用戶(hù)。

● 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用元數(shù)據(jù)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行管理，在一定程度上回避了本體學(xué)習(xí)和語(yǔ)義這兩個(gè)目前還不太成熟的處理技術(shù)，為教學(xué)資源深層次地開(kāi)發(fā)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。采用層次代理結(jié)構(gòu)，延伸使用了網(wǎng)格技術(shù)的成功之處，有利于教學(xué)資源的擴(kuò)展和分層控制管理。資源中介主要對(duì)資源的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，資源消費(fèi)者通過(guò)與中介交涉獲取所需要資源的信息，然后根據(jù)獲取的元數(shù)據(jù)信息從資源提供者那里獲得所需的資源實(shí)體內(nèi)容。這樣將一個(gè)教學(xué)資源的獲取過(guò)程分為兩條線，從單一任務(wù)來(lái)看這增加了訪問(wèn)成本和訪問(wèn)時(shí)間，但對(duì)于網(wǎng)格環(huán)境的大量訪問(wèn)來(lái)說(shuō)，起到了任務(wù)分流和負(fù)載平衡的作用。

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