基于元數據服務的教育資源訪問模式研究
2012-04-29 09:28:19陶宇煒王軍峰封紅旗江一山
現代教育技術 2012年3期
陶宇煒 王軍峰 封紅旗 江一山
【摘要】由于高職教育資源規模巨大、結構復雜，資源的利用效率相對較低，元數據成為必不可少的資源管理工具。文章采用元數據描述和Alchemi網格中間件集中統一管理模式，用戶通過單一入口就能透明地訪問所需的教育資源。該模式保護已有投資，為教育資源的有效利用提供了解決途徑。
【關鍵詞】元數據；數據；中間件；教育資源
【中圖分類號】G40－057【文獻標識碼】A【論文編號】1009－8097(2012)03－0095－04
引言
近年來，由于高職教育發展迅速，辦學數量和規模不斷擴大，教育資源有效利用與技能性人才培養之間的矛盾越來越突出。在國家和社會投入高職教育經費有限的情況下，對現有高職教育資源通過調整、組合、優化，以高職教育資源的有效整合提高資源的配置效率，進一步提升高職教育的整體辦學水平，成為高職教育發展的重要研究課題。
本文針對高職教育資源整合和優化利用方面的需求，利用元數據和Alchemi網格中間件管理高職教育資源，讓使用者通過訪問入口透明地訪問原始系統的數據資源。本文提出的解決方案既保持了數據資源的一致性，又提供了良好的可擴展性，極大地提高了教育資源的利用效率，降低了資源的投入成本。
一、相關技術分析
1.高職教育資源
高職教育資源是一個具有特定內涵的范疇，是高職教育機構所擁有的使用于高職教育事業，提高受教育者人力資本或價值的各種資源的綜合。按資源的存在形式，高職教育資源既包括人力、財力、物力等顯性資源(或有形資源)，也包括教育思想、辦學理念、管理制度、校園文化等隱性資源(或無形資源)。按資源的性質，高職教育資源包括硬件資源、軟件資源、潛在資源。硬件資源指實物形態存在的各種設備、工具、場所等。軟件資源指以信息、知識、數據為主要內容的教育資源。潛在資源指對教育的實施具有潛在影響的因素與條件，包括人、經費、社會環境等。隨著教育信息技術的發展，高職教育資源越來越多地表現為數字化，而且覆蓋眾多媒介形式，通過計算機系統和網絡應用，它們可以根據不同需要，以多層次、多角度和多種技術方法相互鏈接和重組。因此，本文研究的高職教育資源主要指以信息、知識、數據為主要內容的資源形式。
對教育資源的描述涉及資源內容、資源使用對象、資源使用的教學方法要求、資源使用的技術與過程要求。利用元數據對教育資源進行計算機可識別的描述，屏蔽各種教育資源的復雜性，方便資源使用者通過智能代理搜尋、利用、選擇和集成教育信息資源，有效實現對各種分布式教育資源的整合，最終實現教育資源的共享，提高教育資源的利用效率。
2.元數據及教育資源元數據標準
元數據是關于“數據的數據”或“信息的信息”。形象地說，它描述的是一種結構化的摘要形式的信息。元數據描述教育資源(數據對象)的數據特征和屬性。元數據是將教育資源的內容、適用對象、獲取路徑和使用目的等相關屬性特征抽取出來形成的數據，同時提供對象的數據描述框架，形成統一的體系結構和模型，從而在不需要瀏覽資源的情況下，就能了解資源的內容和用途。使用元數據的目的是為了識別資源、評價資源、追蹤資源在使用過程中的變化，實現教育資源的智能發現、有效查找、一體化組織和高效管理。元數據是有效描述教育資源，實現資源發現、交流和共享的基礎。
描述教育資源的元數據標準有IEEE LOM(學習對象元數據)、DCED(都柏林核心教育元數據)、IMS(教學管理系統元數據)和ADL/SCORM(高級分布式學習/可共享內容對象參考模型)等。各國又以相關元數據標準為基礎擴充或修改，建立具有本國特色的元數據標準，如美國教育資源網關、加拿大核心學習資源元數據等。我國從2001年開始啟動教育信息化技術標準研究項目，并根據我國教育的實際情況進行修訂與創建，形成了“中國教育信息化技術標準體系(CELTS)”。 CELTS基于LOM(學習對象元數據)開發，是專業的教育資源描述工具，對資源屬性的描述詳盡、細致，便于實現資源目錄的簡化設計和操作，容易掌握和使用。該規范具有很好的可擴展性，能滿足不同需求。便于與其他基于LOM或CELTS開發的平臺實現互操作，在國內應用廣泛。
3.高職教育資源元數據規范
通過分析以上幾種教育資源元數據標準，結合高職教育資源的特點，以CELTS為基礎制定高職教育資源元數據規范，規范對CELTS做了進一步細化，并加入了一些與資源屬性相關的擴展元素，以操作簡便化、應用廣泛化和最大限度滿足不同需求為目標，實現資源屬性結構的一致性，確保資源開發、資源檢索的規范性與開放性，并對資源目錄信息統一存放、集中檢索，為分布式教育資源整合提供元數據來源。
設計具體的教育資源元數據包括Title(資源名稱)、Creator
(資源作者)、Publisher(開關資源的唯一標志)、Category(資源類別)、Format(資源格式)、Size(資源文件存儲容量大小)、Keywords(資源的關鍵字)、SourceAddress(資源服務的實際地址URL)、Status(資源狀態)等必需的數據元素。另外，Education(教育信息，包含講授、作業、討論、實驗、評價、課外擴展、管理等)、Coverage(覆蓋范圍)、Language(資源的語言類型)、Right(資源的使用權限)、Cost(資源的使用費用)、Description(資源的描述)、Review(資源的評價)為非必需的數據元素。
課程多媒體資源用XML語言描述如下：
4.元數據與教育資源數據關系
對原數據進行抽樣、整理，丟棄一些不必要的數據，保留一些必要數據，使在原數據基礎上衍生的數據在人們的處理能力范圍內，這種衍生出的數據稱為元數據。在衍生過程中，采取元數據功能單一化的方法，使元數據在功能上分離，同一數據衍生出許多不同的功能單一的元數據，元數據的組成和結構服務于單一功能。由于元數據功能的單一化，元數據內部包含的基本數據元素、數據的結構關系和數據的表達形式變得簡
單。一條元數據記錄由一組屬性或元素組成，這些屬性或元素對于所描述的教育資源是必需的。元數據有助于查找和描述教育資源，促進和改善對教育資源的檢索、管理和利用。這樣，把對數據的操作轉化為對元數據的操作，又通過數據與元數據的聯系，影響對數據的操作，從而提高數據操作的效率。使用元數據對教育資源數據進行抽象和概括，有利于高職教育資源的整合與傳播。
高職教育資源可以抽象為多個數據集。數據集是具有相同主題的數據(信息)的集合，它可以是一個主題鮮明的數據庫，或是某個數據庫中的幾張表，或是幾個數據庫的集合等。把數據集作為描述高職教育資源的基本單位，每個數據集可以向外部提供針對數據集的訪問和維護方式。
元數據描述了高職教育資源的一切信息。考慮到高職教育資源的多樣性和系統的分布性，元數據能夠為資源整合提供一個實際的同構的資源環境。元數據服務主要是起到數據庫的作用，在這個數據庫中，教育資源傳播和發布其元數據描述內容。元數據能夠有效地管理和利用教育資源。元數據通過開放鏈接技術(OpenURL)，在不同教育資源之間建立元數據級的鏈接，方便了教育資源的使用者。其層次結構如圖1所示。
5.Alehemi網格中間件
Alchemi是著名的網格計算和分布式系統實驗室研發的Gridbus項目的一部分，是一種開源免費軟件。Alchemi網格中.間件基于NET Framework開發，是一個WINDOWS平臺的網格計算框架。Alchemi網格中間件和Globus Toolkit的共同組件的網格計算分層體系結構如圖2所示。
Gridbus網格服務代理(GSB)不僅可以使用Globus控制網絡資源，還可以使用Alchemi的跨平臺服務接口控制網絡資源。使用.NET支持的語言編寫的Alchemi面向對象的網格線程模型，客戶端程序運行在Alchemi節點上，而使用網格任務模型編寫的應用程序則可以被部署在Globus節點上。
Gridbus網格服務代理的目標是建立統一的資源調度服務，將基于異構網格中間件的各類異構網絡資源進行統一管理與調度。用戶可以利用網格服務代理提交、調度、監控、運行網格中的各項任務。由于一部分網格基于Globus，而另一部分網格基于Alchemic等其他網格中間件，在沒有統一的網格服務代理調度的情況下，要對批量任務進行處理，會非常繁瑣甚至不可能完成。而Gridbus網格服務代理符合各類網格中間件要求，能夠協調用戶與不同資源的直接通信連接，用戶無需管理所有的通信，只需要向Gridbus網格服務代理提交自身的需求，剩余的問題由Gridbus網格服務代理處理。也就是說，用戶通過連接Gridbus網格服務代理就能夠獲取各類異構資源的屬性信息，而其他繁瑣的操作對用戶完全透明。
二、元數據服務模型
根據教育資源數據和元數據的層次結構，設計具有三層結構的元數據服務模型，結構如圖3所示。
資源層將數據分為結構化數據、半結構化數據、非結構化數據。結構化數據是經過嚴格的標引后的數據，一般以二維表的形式存在，如關系數據庫中表/元組和對象數據庫中的類型/對象；半結構化數據表現為數據結構不規則或不完整，如HTML、XML、電子郵件等；非結構化數據是沒有經過人為處理的不規則的信息，例如掃描圖像、傳真、照片、字處理文檔、電子表格、演示文稿、語音和視頻片段等。這些資源在服務層利用元數據服務進行管理。
服務層的主要任務是完成對規范化、統一的元數據和命令的接收、執行、轉換和發送，同時還以服務的方式管理資源。用Web Service將應用系統所有數據集和元數據的訪問功能封裝起來，通過元數據獲取接口和實體數據獲取接口，提供外部系統調用，實現元數據和實體數據的集中訪問。Web Service接口規范規定查詢條件的輸入格式、查詢結果的輸出格式、查詢結果的元數據描述、查詢結果的顯示轉換規則。服務層包括通信接口、用戶身份認證模塊、資源管理模塊、元數據管理模塊、元數據獲取接口和實體數據獲取接口。
通信接口模塊接收用戶的資源訪問請求、資源庫傳來的資源請求或資源數據、資源庫發送的命令，對這些請求、數據和命令進行分解，調用其它模塊完成相應功能；將資源庫的請求、數據轉換成規范的命令和數據并通過網絡發送給用戶。用戶認證模塊按照一定的安全策略和用戶權限管理機制，對登錄、操作和請求資源訪問的用戶進行身份認證，保證授權用戶的訪問和操作。資源管理模塊監控資源庫的數據添加、刪除、修改等變化，調用元數據管理模塊進行資源數據編目、提取元數據，將元數據存放到元數據庫中。元數據管理模塊監控元數據庫的添加、刪除、修改等變化，并獲取變化后的元數據，向資源庫發出請求，更新本地資源庫變化后的元數據；調用各資源系統的元數據獲取接口獲得元數據信息，并向外部提供元數據的查詢服務。各資源系統只需將元數據的變化通過Web Service元數據獲取接口反饋給元數據管理模塊。
訪問層以代理的角色接受用戶的請求，通過中間件技術把查詢請求轉換成資源系統的查詢語言和檢索方法，分別對各資源系統發出檢索請求，然后將各資源系統返回的結果經過處理后呈現給用戶。
三、模型應用
首先，根據高職教育資源的數據特點，通過前面述及的對描述教育資源的元數據標準進行分析，以CELTS為基礎制定并設計具體的符合高職教育資源特性、具有普遍適應性的元數據規范；各教育資源數據集用元數據描述，根據制定的元數據規范部署相應的元數據和實體數據訪問接口：然后，通過搭建統一訪問入口，并調用各教育資源數據集的Web Service接口，實現對服務層中間件各個模塊的調用，查詢到各教育資源數據集的元數據信息和實體數據信息，從而獲得來自不同教育資源數據集的數據，實現教育資源數據的透明訪問。
四、結束語
有關高職教育資源共享、資源整合和資源有效利用方面的問題一直是教育信息化發展的主要研究內容和研究方向。本文對高職教育資源各數據集采用元數據描述的方法，利用網格中間件各個模塊調用獲取所需要的教育資源數據，對重復利用現有教育資源，提高教育資源利用效率具有積極的作用，為解決區域高職教育資源共享、整合和有效利用問題提供一種有益的思路，并具有實施成本低、可擴展性好、適應性強的特點。
