語義網格在數字化學習系統中的應用

摘要：本文通過網格、語義網格等技術的分析，介紹了在數字化學習系統E-learning環境下語義網格的應用，構造了基于語義網格的體系模型，并描述了其各層的功能劃分及組成。語義網格能夠有效地實現資源的有效共享及統一管理，為在數字化學習系統中進行教育資源服務和個性化學習提供了有力保障。

關鍵詞：網格 語義網格 體系結構 數字化學習系統

0 引言

目前，網絡教學已成為世界各國教育改革和發展的重要趨勢。隨著數字資源的高速增長及Internet在高校的普及與應用，E-learning作為一種網絡條件下的數字化學習方式，將網絡的“教”與“學”的環境集成在一起，在教學領域中的應用范圍正不斷擴大。與此同時，高校圖書館也在逐步向數字化道路邁進，而其核心價值仍體現在支持教學并提高教學質量上。目前網絡教學資源共享共建存在重復建設、資源分散、資源異構、資源難以共享和重用等問題，因此，網絡教學迫切需要一種技術來實現計算資源、教學資源、軟件資源等各種信息化資源的透明共享，以及大規模并發用戶的在線協同教學互動。語義網格融合了語義Web、網格和Web服務的優點并彌補了各自的不足，是E-Learning、E-Science、E-Research等系統架構的核心技術，它的目標是要通過語義實現系統的高度易用性和無縫自動化來支持全球化的協同工作和資源共享，以便提高數據計算和集成的能力。

1 相關技術

1.1 網格技術

1.1.1 網格體系結構

網格體系結構描述了網格的基本組成與功能，展示了網格各組成部分的關系以及它們集成的方式或方法，刻畫了支持網格有效運轉的機制。網格系統中是由一系列的基本功能模塊協作向用戶提供服務的，網格系統的基本功能模塊如圖1所示。

圖1中各基本功能模塊的作用如下所示：

1.1.2 網格的標準

OGSI和OGSA。OGSI(Open Grid Service Ieterface，開放網格服務接口)規定了向網格發送處理請求時所使用的接口，相當于Web服務中的WSDL(Web服務描述語言)，在網格計算相關標準中處于核心地位。開放式網格服務體系結構(Open Grid Services Architecture，OGSA)采用纖維層、聯絡層、資源層、協作層、應用層五層結構。

1.2 語義網格

網格是Web在計算能力上的提升，而語義網格是網格在語義能力上的擴展；語義Web是在現有Web上增強了語義能力，而語義網格是語義Web對計算能力的擴展，“語義”從下到上彌漫在整個網格中，對信息和服務進行了很好的定義，其目標是實現語義的互操作性，可以更好地讓計算機和人們協同工作。語義網格小組認為：語義網格就是“對當前網格的一個擴展，其中對信息和服務進行了很好的定義，可以更好地讓計算機和人們協同工作”在設計網格時，首先需要考慮如何采用一種可以讓其他人可以利用所提供的資源的方式來進行開發；其次，描述和定義網格所存儲和使用的數據；最后，確定在網格和應用程序中如何應用不同標準（XML、RDF、OWL）的核心元素和實踐。語義網格的體系結構如圖2所示：

該體系結構中位于最底層的是提Web服務資源框架（Web Services Resource Framework，WSRF），向上依次為基礎網格服務層，提供相關的基礎服務；語義網格服務層、知識網格、高級網格應用層。通常使用的設備和靈敏元件造成了計算能力和存儲空間的局限性，它們只能夠間歇性地與網絡進行連接。盡管在某些條件下它們能夠獲得網格服務，但設備接口通常借助網格服務代理；另外，用戶可以通過無處不在的設備從入口獲取信息。

2 e-learning系統平臺

按照ASTD給出的定義，e-learning是指由網絡電子技術支撐或主導實施的教學內容或學習。它以網絡為基礎、具有極大化的交互作用，支持自治的、動態的社區創建；支持真實的實驗模擬、支持修改化、支持知識構建與進化。數字化學習系統首先要做的是分析每個學習者的資料，根據這些資料得出學習者的學習需求，然后從學習庫里面調出這些需求材料，以一定的方式監控學習者，并且最終考核學習者的學習效果。

2.1 E-Learning的特點

2.1.1 E-Learning資源共享

要實現廣域分布教育資源的跨組織按需共享、安全訪問與協作應用，需要基于網格計算環境的資源共享平臺提供支撐。

2.1.2 提供協同合作支持是E-Learning平臺的重要服務之一。

2.1.3 E-Learning平臺功能的服務化

與企業計算的融合導致網格計算普遍采用面向服務的體系結構，它有利于提高教學資源的可重用性、互操作性以及教學過程的動態性和適應性。

2.1.4 個性化與智能指導是學習環境的兩個關鍵因素，個性化學習支持是E-Learning的核心服務之一。

3 語義網格在E-learning中的應用——E-learning Grid

當前E-Learning支撐環境突出了協同協作、資源共享和個性化學習支持服務等問題，新一代E-Learning關注構建廣域教育資源共享與協同工作環境，特別是國家或區域性的E-Learning基礎設施建設。因此，基于語義網格的E-learning平臺體系結構體系，和面向服務的語義網格中間件是技術解決方案研究的核心內容。

3.1 基于E-Learning的語義網格的應用

在語義網格技術下，通過建立圖書館組織內部和外部的網絡系統，可以實現對資源的分配、交流、共享、整合，從而充分利用信息資源，并支持信息資源的無縫發送、跟蹤和信息創新，進而實現事件、內容和學習管理。假設來自不同層次的參與者都已部署了SELF所需要的組件，如果站點A的用戶想要獲得一些特殊的內容，那么通過使用SELF層次的知識查詢將聯系軟件代理，同時個人服務會跟蹤用戶所感興趣的內容。軟件代理通過和合作代理商的交流使用推理服務可以解決對需求資源的查詢。軟件代理和推斷服務將通過存取服務、信息管理和管理服務獲得網格資源的描述。

3.2 相關工具和技術

隨著網格技術的廣泛應用，在世界范圍內出現了大量開放式工具和技術。表1列出了一些在實現階段可用的工具和技術。在特定的組件開發中并不是所列的所有的工具和技術都需要用到，只是在一定程度上可用的多種實現方法。

4 結束語

隨著校園網的普及和發展，構筑在校園網上的網絡教育平臺數量劇增，網絡教育已進入服務個性化、形式多樣化、資源開放化的階段。因此，探討如何將高校數字圖書館與E-learning 環境相結合，如何在E-learning環境下開展教育資源服務，發揮高校圖書館的最大功效就具有十分重要的意義。

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