網格環境下教學資源元數據管理

許琦 馮羽靜

摘要：本文結合教學資源具有學科資源多樣性、復雜性，教學規律和認知規律統一性，資源邏輯結構一致性等特點，提出粗粒度元數據存儲機制和松散結構化教學資源管理體系，并試圖通過對教學資源的粗粒度整合，使其發揮最大的效用。

關鍵詞：教學資源;網格;元數據;層次代理

中圖分類號：G434 ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 論文編號：1674-2117（2015）07-0080-03

● 引言

“網格”（Grid）一詞來源于人們熟悉的電力網（Power Grid）。[1]網格是利用互聯網將地理上廣泛分布的各種資源連成一個邏輯整體[2]，就像一臺超級計算機一樣為用戶提供一體化信息和應用服務，最終實現在這個虛擬環境上進行資源共享和協同工作，徹底消除資源孤島，讓人們使用網格上的資源像用電一樣簡單。基于對網格重要性的認識，2003年4月，教育部啟動了中國教育網格計劃（ChinaGrid），中國教育科研網格是迄今為止由政府推出的最宏大的網格工程[3]，該項目由12所大學聯合推出。教育部希望利用網格技術將網上的教學資源有效地聚合起來，實現網上教學資源的廣泛共享，為中國高等院校（特別是部分研究型大學）的科學研究提供先進的計算手段。

目前，教育網格研究方向和任務主要集中在提供一種通信管理的網格平臺或架構，重點在網格計算能力上。[4-7]而對于教學與研究人員關注使用的基于網格的教學資源管理及其在網格環境中的深層次應用方面沒有太多的研究。為屏蔽不同課程內容上的多樣性和差異性，將知識點作為原子資源，并采用元數據進行描述，原子資源間的結構和邏輯規律遵循人的認識規律和教學規律，采用統一的模式進行結構化存儲和管理。在此基礎上，可以開發教學資源庫，提供資源搜索、資源共享、資源組織管理等功能。

● 教學資源庫建設規劃

教學資源主要是指教學過程中教師和學生使用的課程資源，可以理解為教學過程中的軟資源。教學資源的元數據可分為兩個層次：直接對教學資源進行描述的元數據，稱為教學資源信息ERI（Education Resources Information）;對教學資源的組織目錄進行描述的元數據，稱為教學資源目錄信息ERII（Education Resources Index Information）。其中ERII根據資源規?？沙橄鬄槎鄠€層次。元數據是指描述數據的數據，是指與業務技術過程及企業使用數據有關的所有物理數據以及包含知識的信息，是指來自企業內外所有（軟件或其他介質含有的）物理數據和（員工和各種媒介中含有的）知識，包括物理數據的格式、技術和業務過程、數據的規則和約束以及企業使用數據的結構。教學資源中的元數據是指描述教學資源的類型、規格、屬性、聯系、約束等信息的數據。教學資源庫建設規劃如下。

（1）提取教學資源知識單元，結合教學資源本身及其應用的特點，確定元數據的基本數據結構。知識單元是教學資源中可應用于交流使用并能完整描述一個知識點的最小單元。目前在知識單元劃分上還沒有具體的規范標準。一般由課程專家和教學專家參照教育部課程建設規范中的要求對教學資源進行三級劃分，將劃分得到的第三級資源作為知識單元進行管理，并向上逐層擴展，得到相應層次的粗粒度資源。

（2）構建教學資源目錄樹。目錄樹

從根節點開始，包含一個對其所有數據的層次視圖，并提供基于樹形的搜索系統。教學資源目錄信息ERII根據資源規?？沙橄鬄槎鄠€層次。按照目前的慣例和一般使用情況，將課程資源按內容及其關系，劃分成大的章，章內再劃分小節，小節中又可包含若干更細分的知識單元。這種結構可以看作是教學資源目錄信息ERII的外在顯現，即教學資源目錄樹。

（3）教學資源服務。在教學資源使用過程中，系統存在三種角色：資源提供者、資源管理者、資源消費者。資源消費者是指教師或學生，他們提出資源消費請求，包括對資源質和量上的要求;資源管理者即資源中介，是系統管理中心，主要管理ERI或ERII，并根據資源消費者提出的請求進行必要的計算，反饋消費者信息，滿足其需求;資源提供者是教學資源存儲中心，主要負責資源的存儲，并按接收到的指令為消費者提供相關資源。按照信息流動的不同方式，分析他們之間的工作模式，相應地設置層次代理結構。將資源與其元數據適當分隔存儲管理，在資源服務時采取資源信息處理和資源實體傳遞兩條線的方式，減輕資源代理的負擔，平衡網格環境的負載，有利于提高系統的整體性能。

● 關鍵技術

1.元數據結構設計

本文擬采用的元數據基本結構如右表所示。

需要說明的是，該元數據結構根據教育部課程教學及大綱規范要求，結合本學科方向課程及教學實踐，以及資源管理和軟件開發的需要，并綜合其他相關因素形成。

2.教學資源目錄樹構建

目錄樹是指存儲有關網絡資源信息的特殊數據庫，把網絡環境中的各種資源都作為目錄信息，在目錄樹結構中分層存儲、訪問、管理和使用。目錄樹將分布式系統中的用戶和資源，以及其他對象統一組織起來，提供一個單一邏輯視圖，允許用戶透明地訪問網絡上的資源。一個由目錄樹支持的網絡系統是一個集成、網絡化、統一的系統，而不是各個獨立功能部分的簡單聚合。

目錄的內容稱為對象類（Object Class）和項（Entry）。對象類描述什么信息可存儲在目錄中，而項把相關信息組合在一起，也可以理解為對象為抽象約束，項為信息內容。ERI之上的ERII逐層抽象或封裝生成，下層的ERII是上次ERII的一個項，這是逐層遞歸或遞推的過程，因此它們采用一致的管理操作方式，軟件算法具有可復用性。元數據信息采用數據庫方式存儲，方便檢索管理，而資源本身仍以文件方式存儲于磁盤。為了管理的方便和統一，資源庫的物理存儲與資源管理的目錄樹結構基本保持一致。通過目錄樹方式記錄存儲教學資源數據信息，與資源庫本身的層次結構（樹型結構）相統一，同時也與Internet及各種管理中的層次結構相一致，為教學資源管理提供方便，易于使用現有技術手段進行管理。

3.教學資源服務

在教學資源庫中，資源建設是基礎，資源管理是關鍵，要對資源進行深層次的應用，就需要對資源進行規范化建設和管理。資源提供者對資源進行存儲、傳輸等控制管理，資源的搜索、協調傳輸等任務主要由資源管理者完成。網格資源管理的目的是有效調度、管理、配置可利用資源，將實際上的異構環境轉換成一個虛擬的同構環境?；诰W格的教學資源管理是網格資源管理的進一步延伸，需要完成資源尋址和定位，找到特定的教學資源。教學資源本身也屬于網格資源的一部分，教學資源節點與網格節點也是統一的。在基于網格的教學資源管理中，選擇基于代理的網格資源管理方法，滿足教學資源訪問中的結構關系，能夠方便地搜索到資源及資源信息所在的服務器，與Internet和網格層次管理結構一致，而且層次化的代理體系也有利于系統的維護和管理。代理系統在用戶和資源之間架起了一座橋梁。基于網格的教學資源體系，通過代理的方式將異構、分布的大型教學資源庫中的資源進行提取共享。通常一個資源請求任務被派分給一組Agent，這些Agent根據被請求資源特征，在構造層各計算節點間自主地移動，尋找資源信息，獲得資源服務，完成自身的任務，滿足用戶在廣域范圍內對教學資源的個性化請求。代理結構由三部分組成，如下圖所示。

上面是用戶（消費者），提供資源服務請求;下面是資源提供者，提供教學資源;中間是代理服務系統。消費者通過就近代理（或網格結點）提出資源服務請求，代理通過當前獲得的資源信息ERI以及資源目錄信息ERII，進行分析計算，并根據結果將請求任務分發到相關的代理，進一步處理;最后根據獲得的教學資源分布信息，按照一定的模式交付給用戶。

● 結束語

綜上所述，采用元數據對教學資源進行管理，在一定程度上回避了本體學習和語義這兩個目前還不太成熟的處理技術，為教學資源深層次地開發應用打下了基礎。采用層次代理結構，延伸使用了網格技術的成功之處，有利于教學資源的擴展和分層控制管理。資源中介主要對資源的元數據信息進行管理，資源消費者通過與中介交涉獲取所需要資源的信息，然后根據獲取的元數據信息從資源提供者那里獲得所需的資源實體內容。這樣將一個教學資源的獲取過程分為兩條線，從單一任務來看這增加了訪問成本和訪問時間，但對于網格環境的大量訪問來說，起到了任務分流和負載平衡的作用。

參考文獻：

[1]徐志偉，馮百明，李偉.網格計算技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]中國科學院.2005中國高技術發展報告[M].北京：科學出版社，2005.

[3]金海.中國教育科研網格[EB/OL].[2013-12-24]（2014-12-09）.http：//www.media.edu.cn/zhong_dian_ke_ti_5168/20061012/t20061012_199825.shtml.

[4]何業蘭，袁志毅.基于網格的遠程教學新模式探究[J].計算機技術與發展，2007，17（8）：230-232.

[5]張愷.基于網格的遠程教學模型研究[J].中國教育信息化，2008（17）：83-84.

[6]黃芙菊，楊威.基于網格的教學資源系統的設計與應用[J].中國教育信息化，2007（17）：45-47.

[7]楊威，王云，苑戎.基于服務網格的教學資源系統集成的研究[J].現代圖書情報技術，2006（5）：50-53.

基金項目：浙江省哲學社會科學規劃課題“基于專利引證網絡的知識基因提取方法探索”（13NDJC19YBM），浙江省軟科學研究計劃項目“技術標準下提升企業自主創新能力──基于專利池的組建與管理”（2013C35064），臺州市社會科學界聯合會研究課題“高職教育產學研結合與區域發展聯動機理研究”（14YA04）。