基于IPv6的課程、職位、知識一體化資源支撐系統研究 *

冀付軍

(河北大學 教育學院,河北 保定 071002)

基于IPv6的課程、職位、知識一體化資源支撐系統研究*

冀付軍

(河北大學 教育學院,河北 保定 071002)

IPv6作為下一代網絡，擁有著比IPv4更優的資源系統支撐能力，而國內外現有教學資源平臺大多是基于IPv4網絡的，基于IPv6的資源系統較為缺乏；同時，現有的教學資源支撐系統在與職位體系結合方面有著先天不足，無法體現職位能力和課程知識之間的聯系，不能為學生就業提供能力知識導向。針對這兩個主要問題，該文嘗試建立基于IPv6網絡的資源支撐系統，同時，以軟件工程為例，提出課程體系、職位體系和知識體系的三位一體化設計，并進行了相應的模型設計與系統實現，最后給出該系統的實踐應用情況和總結。

IPv6；課程、職位、知識一體化；資源支撐系統

一、引言

國際互聯網地址分配與管理組織IANA中IPv4地址池已于2011年2月3日全部耗盡，各個區域注冊機構的IPv4地址池即將耗盡，成都云計算實驗室同時指出IPv6是云計算的根本[1]。全球IPv6峰會主席Latif Ladid則指出，IPv6將是云計算最優化的選擇方案，IPv6將加速云計算的發展和應用。

Internet 向IPv6 全面過渡是必然趨勢[2]。目前IPv4面臨諸如地址空間匱乏、帶寬瓶頸、網絡安全漏洞多、缺乏對移動和網絡服務質量的支持等諸多問題，使得它不能較好地滿足教育的時代需要。下一代互聯網協議IPv6融合和涵蓋了多種先進的網絡技術并具有良好的擴展性[3]，能夠提供豐富地址空間、更多帶寬和更加可靠、安全、易于管理和更有效的服務，不僅能為顯著改善資源的傳輸效率及播放效果創造條件,對于變革教學資源共享模式也具有深遠意義。

目前，我國下一代互聯網示范工程CNGI 核心網已經建成投入使用,而沒有重量級應用是IPv6當前需要面對的最主要問題[4]。尤其我國各地IPv6 城域網剛剛起步，及時開展基于IPv6 網絡的教育應用研究是具有前瞻性和實用性的工作,教育資源的共建共享是其中一個首要方面,是其他教育網絡應用的基礎，但目前卻已成為教育城域網進一步發展和應用的瓶頸,亟需改進[5]。因此，在IPv6 網絡環境下研究高等教育教學資源平臺的升級建設具有重要戰略意義。

二、 課程、職位、知識一體化資源系統研究

(一)課程、職位、知識一體化資源系統研究目的

在國家提倡能力本位、需求導向的宏觀背景下，針對IPv6資源系統較為缺乏和現有教學資源支撐系統與職位體系結合方面先天不足的問題，本文提出基于IPv6的課程體系、職位體系和知識體系的三位一體化設計，并進行了相應的系統實現。

1.緩解IPv6應用不足的現狀

調研表明，在網絡環境下，高品質的教學資源才能更有效地保證教學活動的發生[6]。我國教學資源建設快速發展，有利于學校教學和開放性學習，但由于資源建設體系結構等方面存在一定局限，從而導致資源共享性和互操作性較差，資源重復建設現象嚴重，阻礙了教學資源的應用和可持續發展[7]。教學資源平臺是網絡教學資源的載體和表現形式，建設網絡教學資源平臺已成為教育信息化深入推進、深化改革和發展的方向[8]。國內資源平臺眾多，但所能提供的服務往往缺少系統性、全面性、學科專業性、前沿性。國外資源平臺起步相對較早，構建平臺的技術較為先進，但是其特點與國內大同小異[9]。現有的教學資源平臺往往注重提供資源添加、刪除、查詢、瀏覽等功能，而在資源內容建設互動方面需要加強。教學資源平臺應該不僅能夠為用戶提供豐富、高效、權威的知識資源，還要盡可能與能力定位相結合，便于用戶根據自己的知識和能力做出職業規劃。因為面對嚴峻的就業形勢，大學畢業生最缺乏的是實踐經驗，理論知識學習占據了他們大部分的時間，導致實踐較少，高校應讓他們在畢業之前對即將走上的工作崗位做一個詳細的了解。然而，根據調研，國內對教學資源平臺與職位能力體系結合的研究非常少。

基于此，本研究嘗試建立基于IPv6網絡的資源支撐系統，將現有源自項目合作單位—高等教育出版社的百余門教育教學課程資源，部署在IPv6網絡上面，并實現課程網站間的橫縱貫通，突破傳統課程網站間的信息孤島，在保持課程知識完整性的基礎上，有效地將知識打散，并進行重組，進而實現個性化反饋；同時，以“軟件工程”為例，提出課程體系、職位體系和知識體系的三位一體化設計，使學習者能夠基于課程體系、知識體系和職位體系的多維度關聯實現相應查詢分析和呈現，并進行相應模型設計、系統實現及使用驗證。

2.充分發揮現有資源的使用效率

本項目建設目標是將已有在IPv4網絡環境下的高等教育教學資源平臺升級到IPv6網絡環境上運行(簡稱E6平臺，以下同)，并在此基礎上，以軟件工程專業為實例，建立軟件工程的知識地圖及在線互動學習平臺，在全國20所IPv6示范高校中應用。以Web服務的理念對現有資源進行改造，對現有100門課程進行細化，并升級到IPv6。同時，對軟件工程知識體系進行細化，建成面向對象的軟件工程資源庫。

E6平臺可以讓IPv6用戶找到自己感興趣的權威課程知識，尤其在軟件工程知識領域，用戶還可以直接與自己的人生職業定位關聯起來。既可以進入自己感興趣的課程網站學習，也可以通過資源的結構化查詢將所有的課程貫穿起來，打破課程界限列出所有相關的資源。另外，本平臺除了百門課程以外，專門面向軟件工程領域，將軟件工程知識體系和軟件工程職位體系通過軟件工程相關課程創造性地結合起來，軟件工程用戶既可以通過自己的職業夢想、定位相關職位并查看自己所欠缺的知識點，也可以通過自己所學的知識點根據不同的職業定位所需要的能力和知識對自己進行更好的職業定位，對于每個知識點都可以通過課程體系的搜索找到其在本課程知識結構中的具體位置，進而從知識整體角度對所學知識有一個較好的把握。

3.探索資源應用的新模式和方法

基于元資源的E6平臺的設計目標是以面向對象信息組織為原則而建立可支持IPv6網絡的高等教育教學資源服務平臺，它借鑒面向對象的信息組織方法,構建面向服務的體系結構(Services Oriented Architecture,SOA)。E6平臺以高等教育教學網站資源信息為目標資源主體，以各學科的教師和學生為用戶目標群體，通過課程體系、知識體系和職位體系的貫通和聯系，達到多維連接和查詢的目的。E6平臺以知識點為單元提供各類教學資源和素材的服務器存貯和網絡資源在線查詢的集成，為資源應用探索新的模式和方法提供了載體。

高等教育教學資源E6平臺是一個群簇性教學資源平臺，由于該平臺同時支持知識體系和職位體系，它們通過知識點相通，因此所選取的素材應滿足知識體系和職位能力知識的實際需求。元資源的選擇，主要根據元資源的用處，元資源主要用于組成復合資源，因此對于不可簡單拆分的單體資源如獨立的圖片或視音頻或動畫等可作為元資源進行登記。元資源的登記信息越準確、越精細、越詳細，在將來師生的使用中就越容易被搜索到從而更多被復用。

(二)層次架構

E6平臺系統采用了SOA架構。資源服務器提供知識的元資源和組合資源，并將這些資源發布到系統服務器上。系統服務器維護著所有資源的信息(如資源的標題、關鍵詞、資源所在的服務器位置等)，并為用戶提供查找服務。

系統主要的功能模塊有資源平臺課程體系模塊、軟件工程知識體系模塊、軟件工程職位體系模塊、資源組合查詢模塊、公告信息管理模塊、資源統計模塊、角色功能管理模塊、系統設置模塊和流量統計模塊。其中角色功能管理模塊包括用戶注冊模塊、密碼更改和找回模塊、資源管理模塊、角色業務管理模塊。E6平臺系統具體架構如下頁圖1所示。

基于IPv6的課程、職位、知識資源支撐系統組成框架分為3大部分，分別為系統服務器、資源服務器和基于角色功能分異的自組織開放平臺。系統服務器是該平臺的主服務器，保存了學習者數據以及元資源相關信息。通過該服務器，學習者可以獲取所需服務，查找感興趣的元資源知識。資源服務器是用來保存元資源知識的服務器，該服務器保存了多種學科的網絡教學元資源，系統服務器從該服務器獲取用戶想要的元資源或相關組合，展示給用戶。基于角色功能分異的自組織開放平臺則為學習者和管理者提供了相應的學習和管理功能。

圖1 E6平臺系統分層架構

在該平臺中，本研究同時提出并實現了一個既滿足學習者個性化要求、又兼顧學習者社會化交互體驗，同時擁有完備教育資源的社會化學習系統原型—Perth。Perth利用Protégé本體工具進行本體構建，并采用Jena框架對本體進行讀寫、查詢和推理。Perth是一個連接海量網絡學習資源的學習軟件，學習者可以利用它自主地開展知識學習，Perth會根據學習者的自身興趣和學習經歷等因素，有針對性地推薦學習內容，實現對學習者的個性化培養。系統的主要功能如圖2所示。通過點擊每一個知識點，系統可以動態地呈現與此知識點相關聯的學習資源，學習者可以通過點擊這些學習資源開展學習，加深對這一知識點的理解。“學習全景”功能使用了動感活潑的可視化技術，將在線學習系統本體所表示的數據形象友好地加以展現，使學習者對當前的學習狀態一目了然。

圖2 Perth系統學習全景功能

(三)平臺技術特性

1.雙棧

該系統在清華大學部署了中央節點，同時在河北大學、新疆大學、北京師范大學、江南大學、山東大學以及高等教育出版社部署了骨干節點，構成了一個以清華大學為中心、六個骨干節點支撐的可在IPv6網絡中運行的資源系統，具備100多門課程100多GB的高等教育教學資源，在全國分布的7個節點，學習共建者可以在任何一個節點上面提交資源，資源會被保存在該節點的資源儲備庫中。一旦提交成功并經過審核后，則該資源可以同時被其他所有節點查詢到，并可以被訪問和瀏覽或下載。用戶的資源查詢則以個性化的方式進行，并會返回個性化的結果。通過這種方式，資源平臺實現了資源的持續更新和分布式的共建和分享，并實現了個性化的資源支持。在網絡支持方面，系統采用雙棧策略，同時可支持IPv6和IPv4的訪問，優先使用IPv6的訪問，使用IPv6訪問會有更快的速度體驗和更優的學習體驗。

2.一體化

本研究依托以國家精品課程為主的百余門課程資源，以軟件工程為例，將課程資源打散按照知識體系進行資源重組，同時在調研軟件工程職位體系所需能力基礎上，將能力轉換相應的知識，并給出知識的相應資源支撐，從而實現課程、職位、知識一體化資源系統的核心構造。在構造系統過程中，提出并采用了以下資源系統建設原則：(1)通過角色功能自組織分異來實現資源管理系統的功能擴展和有序管理，通過統一資源上傳、審核、發布，實現資源共享。(2)考慮到共同建設問題，應讓建設者、使用者、管理者都可方便地參與創建，將建設、改進同步進行，逐步提高教學資源系統應用水平，充分發揮網絡和信息技術優勢。(3)將教學擴展到不同時空，更加靈活地展示教學材料，更好地進行交互。(4)平臺從服務質量、服務方式、服務要求等方面不斷擴展和細化,從而最大程度滿足用戶需求[10]。

課程、職位、知識一體化資源系統可以讓學習者從專業知識體系維度、崗位能力職位體系維度以及資源系統課程體系維度來查詢資源，不僅可以通過多維度的資源屬性組合在整個資源庫中進行特定資源搜尋，還可以通過某專業領域知識體系的權威標準知識點查找相應的支撐資源，也可以通過某專業領域職位體系的崗位能力查找支撐知識資源，并且提供了直接在整個課程體系中查找相應知識資源的方法。

專業知識體系維度的查詢和學習，為學習者全面把握本專業知識領域內容提供了方法。崗位能力職位體系維度的查詢和學習，為學習者建立了知識學習與就業職位能力需求之間的聯系，為就業能力知識導向提供了有效方法。課程體系維度查詢和學習，為學習者全面了解課程組成提供了方法，使得學習者可以穿越課程網站孤島從不同課程獲取相關知識。而三者的聯合查詢，則可以實現對如下問題的回答，比如，“我將來想做軟件工程師，那么應該具備哪些能力，學習哪些知識，這些知識又在哪些課程中呢”或者“我對軟件測試很感興趣，哪些課程有軟件測試相關知識呢？軟件測試能力是從事何種崗位的必備能力呢？”或者“我對程序設計這門課感興趣，這門課包括哪些知識領域呢，又有哪些知識點呢？這些知識點又可以服務于哪些崗位能力呢”等等。

課程、職位、知識一體化資源系統將原有以課程為粒度的資源，按照本體思想重新構造了以知識點為粒度的知識體系。每個知識點都將與課程和職業能力相關聯，構成本項目的課程、職位、知識一體化模型，以軟件工程為例，如圖3所示。

原來很多學科網站往往都是可以通過網頁鏈接縱向穿達的信息孤島，盡管很多不同的學科網站會被統一到一個頁面下，但是再往下的二級或更多級的鏈接就沒有任何關聯了。該資源系統可以橫向貫通各個學科網站，通過個性化的查詢，將各個學科的關聯知識點盡數呈現,有效破解了學科網站的信息孤島現象。系統將所有學科知識資源全部打散，記錄并登記所有的元資源以及次生資源，每個資源均詳細登記資源標題、關鍵詞、資源描述、學科、媒體類型、應用類型等十多項屬性,并可以重新組合所有元資源和次生資源，從而滿足不同學習者的個性化需求[11]。

圖3 以軟件工程為例的課程、職位、知識一體化模型

3.自適應資源配送

在資源配送方面，系統可以自動識別訪問來源地址類別，根據地址類別是否使用IPv6，推送不同的資源內容給用戶。例如，如果判斷用戶是使用IPv6訪問，則在資源呈現時，可以將高清視頻內容排在前列，否則將普通視頻內容排在前列。這是一種自適應資源推送，在保證用戶得到快速響應的前提下根據用戶的地址流量優勢推送不盡相同的資源。

4.資源中央集中存儲

由于在IPv6環境下，資源訪問高速度和高帶寬得以實現，資源存儲空間也得到極大提高，因此，原來受限于網絡帶寬和資源空間的情況得到極大緩解。原來采取的“目錄集中、分布存儲”的策略，可以變為“中央存儲、集中管理”的策略，從而有效提高了資源管理效率和資源管理安全性，有效避免了同一位用戶各節點注冊的情況。

5.本體

本體維度資源關聯是系統一大特色，系統現有三個體系，分別為資源平臺課程體系、軟件工程知識體系和軟件工程職位體系，將來還可開設軟件工程案例體系。這是一個具備開放性體系的資源支撐系統，系統管理員可以實現對體系的完全控制，包括體系的創建、刪除和體系下各級知識點的具體修改。體系的末級結點稱為葉子結點。每個葉子節點都有相關鏈接，視葉子節點的種類不同鏈接的頁面種類也不同，課程葉子節點可以進入課程，知識點葉子節點則可以呈現相應的支撐資源列表。對于資源支撐系統的三個體系，其相關最終葉子結點都有具體的知識點葉子結點，與知識體系中的葉子結點相同，這保證了三個體系的橫向貫通。

通過前面所述的方法能夠找到與目標坐標匹配的元資源，但實際上并不總是存在坐標和元資源完全匹配的情況。因此提出資源相關度遞減搜索算法來查找元資源。該算法的思想是，維度關鍵詞匹配的越多，則認為資源相關度越高。因此，首先查找可以匹配全部關鍵詞的資源，在沒有匹配的情況，減少一個關鍵詞，查找剩余全部關鍵詞組合的資源，以此類推，直到查找到相應資源或者直到任何一個關鍵詞都無法找到匹配資源的情況出現，這種情況則意味著沒有相關資源。該算法的步驟如下：(1)精簡維度坐標的關鍵詞。將關鍵詞中的相互包含的部分拆分成更小的關鍵詞，去除重復的關鍵詞。(2)在元資源的記錄中查找與這些關鍵詞完全匹配的數據。如果找到，返回結果。(3)如果沒有找到，若關鍵詞集合的元素個數k=1，則返回“未找到”；否則，從關鍵詞集合中取出k-1個關鍵詞，組成新的關鍵詞集合，重復步驟2，由于能找到個集合，故步驟2需執行次查詢。

以軟件工程為例，其三維體系是指資源系統課程體系、軟件工程知識體系和軟件工程職位體系。資源系統的維度以樹的形式展現在頁面上，學習者可以選擇自己感興趣的維度進行查看，同時，可以對體系樹進行搜索，以快速定位目標層次。點擊體系樹的葉子節點，服務器使用上文提到的算法對資源進行查找，返回查找的結果資源列表。打開感興趣的資源的鏈接，資源服務器將該條資源呈現給用戶。用戶也可以通過搜索欄對資源進行精確搜索，并通過樹的方式呈現各個維度，方便學習者快速找到自己所需要的相關資源，亦可對整個維度進行探索，進行系統的學習。

(四)應用

基于IPv6的課程、職位、知識一體化資源支撐系統在清華大學中央節點以及新疆大學、江南大學、河北大學等骨干節點進行了實踐應用，其功能得到了逐項驗證，在應用過程中實現了穩定連接，資源系統開始試運行以來，訪問總量已達500多萬人次。訪問國家除中國外，已有133個國家和地區，其中外國訪問總量為717143人次，訪問總量前10位的外國國家以美國為最多，其次是臺灣、新加坡和香港，如圖4所示。

圖4 基于IPv6的課程、職位、知識資源支撐系統前十位外國訪問量分布

三、小結與展望

基于IPv6的課程、職位、知識資源支撐系統借助下一代IPv6網絡科技力量做到了資源的動態積累、管理、使用和評價，實現了高質量的教學資源的共享與傳播，促進了主動式和研究式學習，并且把知識、課程和職位要求能力有機結合。其設計開發為解決課程網站之間的信息孤島、貫通課程網站資源信息提供了一個有效地解決思路。其實現和運行在一定程度上解決了IPv6網絡上高等教育教學資源匱乏的問題。通過此項研究，在IPv6資源系統建設方面和課程、職位、知識一體化方面積累了有益的經驗，希望本文可以為以后IPv6教育教學資源系統的建設提供一些借鑒。

教學資源平臺是一個可不斷擴充的開放式教學支持系統，其建設不應是一次性項目，而應是一個可持續發展的工程，基于IPv6的課程、職位、知識一體化資源支撐系統將會不斷完善，從多個方面繼續發展，例如課程網站的資源自動選擇和分析、試題資源的自動測評技術以及基于社區資源推薦和評估的共享機制。另外，可以將資源系統應用擴展到軟件工程以外的其他知識體系中，并嘗試進行基于案例的知識資源呈現研究。在功能上還要對教師作業資源的布置功能、學生提交作業、綁定學生與課程資源和教師資源、資源好友分享、相關資源推薦等方面進一步提高完善。

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冀付軍：博士后，副教授，碩士生導師，研究方向為教育軟件、IPv6資源平臺及技能測評系統(jifujun@mail.bnu.edu.cn)。

2014年10月5日

責任編輯：宋靈青

Research on IPv6-based Resource Supporting System Integration of Courses,Abilities,Knowledge

Ji Fujun
(College of Education,Hebei University,Baoding Hebei 071002)

As the next generation network,IPv6 has a better ability to support system resources than IPv4.Since existing domestic and international platforms are mostly based on the IPv4 network,there is a lack of IPv6 resource-based systems; At same time,the existing teaching resources supporting system combined with the position system has a congenital deficiency,that is,which cannot re fl ect the connection between job skills and knowledge,and cannot provide the ability for students to knowledge-oriented jobs.For these two major issues,this paper attempts to establish a network of resources to support IPv6-based systems,take software engineering as example,raised the design of Trinity on curriculum,post systems and knowledge systems,designed the corresponding model and finished the system implementation.Finally,the practical application of the system are summarized.

IPv6; Integration of Courses、Abilities、Knowledge; Resource Supporting System

G434

A

1006—9860(2014)12—0098—06

* 本文系“國家下一代互聯網業務試商用及設備產業化專項教育科研基礎設施IPv6技術升級和應用示范”項目的子項目“全國高等教育教學資源平臺IPv6升級”(項目編號：CNGI2008-115)成果。