基于網格的ｅ－ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ題庫資源共享平臺研究

摘要：將面向資源融合的樹型網格用于解決e assessment中的題庫資源共享問題，提出了一個面向主題的、可擴展的、分布的、高效可靠的題庫資源平臺，實現資源的知識化管理、統一透明的共享訪問、協同的安全控制，為教學現代化的實現開創新技術、新環境、新平臺。

關鍵詞：電子化測評； 題庫； 樹型網格

中圖分類號：TP3．05文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)01－0223－03

E－assessment是e－learning的重要組成部分[1]，是實現個性化教學的一個重要基礎。計算機自適應測驗(computerized adaptive testing，CAT)是近年來發展起來的一種新的e－assessment測驗形式。它以項目反應理論（item response theory，IRT）[2，3]為基礎，以計算機技術為手段，在題庫建設、選題策略等方面形成了一套理論和方法。題庫技術是一門多學科的交叉技術，需要測量專家、有關領域的教育專家以及計算機專家的通力合作才能設計出高質量題庫。建立一個IRT題庫需要多年的經驗積累，同時耗費很多人力和物力。隨著Web技術的成熟與應用，如何將大量已有的題庫資源共享成為e－assessment是有待解決的問題之一。

本文是在研究e－assessment與現代教育測試理論模型的基礎上，提出一種解決e－assessment的題庫資源共享問題的方法，即利用樹型網格的方法提供一種可擴展的、分布式的、高效的和面向主題的資源融合的資源共享平臺，實現分布的、異構的和動態的資源高效共享與協同工作，適應新一代e－learning發展的需求。

1E-assessment題庫系統

測量學家們多年來一直希望能有一個題目庫（item bank或item pool），庫中題目的各種特性都是已知的。在編制測驗時就能按照自己的需要從庫中選擇合適的項目以構成所需的測驗。題庫并不是測驗項目的簡單匯集，它需要把庫中所有項目的各種特征以統一的量表聯系起來。對題庫的操作也不僅僅是分類、檢索，而是需要根據一定的理論來進行這種分析、編碼與結構分類等處理，從而使選出的項目對用戶的目的來說是最合適的。題庫的建立是所有基于IRT自適應測驗研究的基礎。

現代遠程教育是以計算機網絡、多媒體技術為基礎，體現開放性、協同學習、共享資料、無時空限制的教育。基于Web的IRT題庫系統的研究是對e-assessment系統中IRT題庫資源共享的初步探討。基于Web的IRT題庫系統的分布式體系結構的總體架構與各層間數據流向[4]如圖1所示。

從圖1中可以看到，系統具有輕量級的客戶端，沒有多余負擔。Web層采用MVC架構，通過設置controller可以方便地改變業務流程；通過interceptor可以很容易地對action（model中的業務操作）添加安全驗證等預處理和/或后處理，簡化action代碼并提高action的可重用性。同時，業務方法完全封裝在業務層，通過facade bean，統一地對Web層暴露業務方法接口函數，業務方法的改動不會對Web層造成大面積的修改。由于業務層和Web層相互獨立，業務層提供了統一的業務接口，可以很容易地創建新的客戶端類型，如移動設備客戶端等，而不僅僅局限于Web客戶端。另外，通過DAO層和ORM層對數據庫作抽象，提供一個面向對象的通用的數據持久層，業務層調用DAO層接口函數采用面向對象的方法操作一個通用數據庫，底層數據庫的改變不會影響到業務層。系統是可分布的，Web層和業務層可以位于同一服務器，也可以存在于分布式的環境中，具有分布性、可擴展性等特點。

2基于網格的e-assessment題庫資源共享平臺

隨著網絡技術的快速發展，網格被看做全球范圍內為各種大規模計算和數據密集型應用提供分布計算環境的基礎設施。網格的最終目標就是將整個因特網整合成一臺巨大的虛擬超級計算機[5]，實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享和協同。利用網格基礎設施解決e-assessment領域面臨的資源共享、跨組織大范圍協作等問題是目前的研究熱點。

目前，網格的體系結構主要有兩大類：五層沙漏結構和開放網格服務體系結構(OGSA)[5~8]。基于協議的五層沙漏體系結構將在異構、動態、跨管理域的分布式環境下共享各種資源的功能進行分解，將其分別放在構造層、連接層、資源層、匯聚層、應用層中。這種體系結構的缺點是：a)針對每一種平臺都需要實現沙漏瓶頸部分的連接層和資源層，要處理大量與平臺相關的事務；b)五層沙漏結構的支撐系統Globus Toolkit 2[8]也只是提供了類UNIX平臺實現，且其整體結構不強，其使用的協議也未標準化或離標準化還有一個漫長的過程。OGSA是基于服務的體系結構。在OGSA中，將各種計算資源、存儲資源、網絡、程序、數據庫等所有資源都包裝成網格服務。從資源到服務，這種抽象，將資源、信息、數據等統一起來，隱藏了各種資源的異構性。網格應用要通過調用具體服務實現，而這些具體的服務都必須由用戶在已有的服務基礎上根據不同需求編寫。目前，OGSA結構的支撐系統主要有Globus Toolkit 3和Globus Toolkit 4[8]。雖然它們在標準和使用上已經有很大進步，但要實現具體的應用還需復雜的編程工作。

為了解決e-assessment的題庫資源共享問題，將網格技術應用于e-assessment領域，建立一個新型的基于網格的e-assessment題庫資源共享平臺。

如圖2所示，給出基于網格的e-assessment題庫資源共享平臺的分層體系結構，自底向上分為題庫資源層、網格中間件層、應用架構層和用戶界面層。系統安全和系統管理與維護貫穿了整個系統平臺的各個層次，在系統的不同層次采用不同的安全措施去保障整個系統的安全與可靠。

圖2基于網格的e-assessment題庫資源共享平臺體系結構圖

題庫資源層提供CPU、存儲器、數據庫、文件、音頻、視頻等各種題庫資源。這些題庫資源既可以是硬件資源，也可以是軟件資源，它們由組成題庫資源共享平臺的網格節點提供。

網格中間件層是整個平臺的核心部分，實現底層各種題庫資源的抽象和管理，為應用架構層提供可用資源和資源統一訪問接口。其具體功能有資源信息服務、資源分配與調度、資源監控、任務監控、任務調度、安全機制、服務質量、數據管理等。

應用架構層是針對e-assessment的特定領域應用提供統一應用架構。主要提供數據資源集成框架、按需資源訪問框架和支持科學計算的計算資源融合框架。

用戶接口層為用戶提供基于Web的門戶和特定領域應用。其中基于Web的門戶提供統一的透明用戶入口，用戶以統一的Web界面訪問系統資源，可以透明地訪問來自不同地域的各種異構資源。即用戶以Web方式向系統提出資源訪問請求，但不必關心資源位置和具體訪問細節，然后取得資源訪問結果。特定領域應用為用戶的特定應用需求提供特定應用程序，如基于網格的題庫資源整合應用系統。

3基于網格的e-assessment題庫資源共享平臺實現

3．1基于樹型資源融合的資源共享模型

資源共享模型是實現基于網格的assessment題庫資源共享平臺的核心問題。在該平臺將使用基于樹型資源融合的資源共享模型。

樹型資源融合模型（FuseGrid）[9]是一種基于資源聚合/融合的模型。其中心思想是各種資源的樹型自底而上地融合（包括包裝、擴展、聚合、融合），即將各種網格資源逐層按相應的需求進行處理、加工，并封裝成新的資源體，形成新一層次上的單一界面的新資源。例如，多個JVM(Java virtual machine)逐層聚集形成一個透明的分布式Java環境資源——FuseJVM；再如，多個數據庫系統與若干JVM可以通過逐層聚合/融合，構成一個新的資源——數據中心。樹型資源融合模型如圖3所示。

表面上看，網格的主要目標不單純是資源共享。但事實上，分布環境下廣泛的面向主題的資源聚合/融合是實現網格功能的一種根本途徑。這里面向主題的資源聚合/融合，是指按需求/目的集成、處理、加工資源。這里的按需求/目的是指對資源的訪問不必知道資源的結構，只需提出要什么；廣泛的資源是指資源是多種多樣的，有計算資源、數據資源、知識資源、通信資源、存儲資源、軟件資源與服務，以及其他各種可以提供服務功能的儀器設備等。所以在網格中，資源的概念是空前廣泛深入的，凡是可通過計算機訪問的東西都是資源。因此，用資源聚合/融合的觀點構造網格是十分自然的。

3．2信息服務

信息服務是任何網格基礎設施的重要組成部分。它需要向網格提供對資源的發現、描述和監控機制，需要有效地對網格資源和服務進行組織和管理。建立網格信息服務使用的模型主要有層次模型和關系模型。目前國際上比較流行的信息服務系統主要有Globus的MDS使用層次模型、R GMA使用關系模型等。E-assessment題庫資源共享平臺涉及大量題庫資源。資源信息管理一個最好的辦法是限制頻繁更新和查詢數據的大小。筆者采用分離網格資源信息的獲取方式，即將經常變化的網格資源動態信息利用移動agent收集，實時獲得資源的動態信息；而在網格信息中心只存放資源的靜態信息和指向資源的描述，讓用戶或其他模塊自主地連接資源獲取動態信息，有效地改善了資源動態性和系統可擴展性等問題。

3．3系統安全問題

安全問題是資源共享平臺中一個極具挑戰性的問題。為了解決e-assessment題庫資源共享平臺中的安全問題，本文利用現有網絡技術，建立分層安全體系，體現了題庫資源共享平臺中資源的分布、動態、異構和用戶的跨組織等特性，解決了用戶認證與授權、跨組織的信任機制、統一入口、單一登錄、訪問控制、數據安全等問題。

3．4服務質量

服務質量是決定用戶對系統是否滿意的關鍵因素。為了確保整個系統服務質量，在所有層次上支持QoS，本文采用基于服務級別協定(service level agreement)來實現，不僅將現有QoS功能集成到局部資源管理系統，而且使用更強的資源預留機制來確保QoS。特別是實現用戶可接受的各種QoS，在用戶和資源管理器有靈活的協商機制。

4結束語

本文首先分析了現代教學題庫系統中存在的問題與不足，提出了一種解決e-assessment中的題庫資源共享問題的方法。在樹型網格模型中，以對資源的層次化抽象來集成各種資源，并通過構造虛擬資源樹來實現資源專業分類和高效利用，提供面向主題的資源共享平臺以滿足不同用戶的需要，為現代化教學作出一種新的嘗試。

參考文獻：

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［2］漆書青，戴海崎，丁樹良.現代教育與心理測量學［M］.南昌：江西教育出版社，1998:45－60.

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［9］QI De yu，LIN Wei wei. Research and implementation issues of FuseGrid［C］//Proc of Symposium on Web Intelligence Computing (ICMLC2006).2006:241－249.

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