一种基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台

赵生慧,李跃民,陈海宝

(1.滁州学院计算机科学与技术系,安徽滁州239000;2.滁州学院化学与生命科学系,安徽滁州239000)

一种基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台

赵生慧1,李跃民2,陈海宝1

(1.滁州学院计算机科学与技术系,安徽滁州239000;2.滁州学院化学与生命科学系,安徽滁州239000)

提高大学生的创新意识和创新精神,培养出具有创新能力的高素质人才是现代高等教育的主要目标之一。通常的培养方式在课堂内实施,但课外培养的平台比较缺乏。提出了基于虚拟社区培养创新能力的方法,并应用JXTA技术及Web服务建立了虚拟社区平台,为学生的创新能力培养提供了新的场所。实践测试表明,虚拟社区形式的创新能力培养方法,能够有效地弥补课堂中难以达到的培养目标,为创新能力的培养提供了一条新的途径。

虚拟社区;创新能力;Web服务;P2P网络

1 引言

创新能力是人们根据一定的目的,运用已有的知识,通过思维活动,产生新认识,创造新事物的能力。创新能力是一种追求创新的意识,是一种发现问题、积极探求的心理取向,是一种善于发挥情商和潜能的敏锐性、应变能力,体现出人格的特征。实际上,创新能力可以是重要新发明,也可以是一种新思路。培养学生创新能力和创新意识是信息化环境下高等教育的核心,而在教学中培养学生的创新能力的关键是培养对信息的处理能力。但是课堂教学中,在时间上、空间上都很难做到让学生的创新智慧得到充分地发挥。

本文将运用基于P2P的JXTA技术和Web服务技术,构建一个以培养大学生创新能力为目的的虚拟社区。该社区为学生的课外活动创设一个互动的、开放的、现实与想象结合的虚拟平台,让学生有进一步自由发挥的场所。在虚拟平台中,通过构建不同的兴趣小组和专题,学生可以上载或下载共享资源,学生可以根据自己的兴趣及特长进行探索、相互交流;通过设置展示区和问题发布区,让学生有能力展示和提出问题的空间。通过虚拟平台,学生的学习主动性得到充分的发挥,在遇到困难时能够得到富有创意的引导,通过自己的努力完成知识建构、形成解决问题的方案,从而为学生创新思维、创新能力的培养目标提供了一条途径。

2 相关工作

2.1 创新能力培养途径研究

关于高等学校人才培养目标及培养模式、方案方面的研究相当活跃,其中探索有效的途径和方法培养学生的创新能力是非常重要的研究方向。但研究主要集中在学科(专业)及课程体系改革方面。关注的重点是如何进行培养目标和课程体系的改革,制定适应创新能力培养要求的课程体系与培养方案,以及教学方法和教学手段的改革。同时进行的研究还包括实践教学及学制的改革、创新环境的建立等等。总体上说来,大多是试图通过人才培养模式的改革、学科建设、课程建设等推动创新能力的培养。

上述研究思路为创新能力的培养奠定了一定的理论基础,但是均从教学过程出发,还不足以为教育教学实践提供有力的支持,不能为实际工作提供具体的指导。文献[1]提出应用第二课堂对大学生进行创新能力培养的思路,但没有应用信息技术建立培养平台。实际上,创新能力的培养是一项系统的工程,涉及到学科建设的各个方面,仅从理论角度很难真正达到目标。还需要建立符合学生兴趣的其他形式的培养措施。

2.2 虚拟社区平台相关技术

2.2.1 P2P

P2P(peer to peer,对等网络)是一种提供资源与服务共享的网络平台,这些资源与服务包括信息交换、处理器、缓存、磁盘空间和应用系统等。P2P技术是一种对等模式,P2P网络中每个节点的地位都是相同的,均具有客户和服务器双重特性。在P2P系统中,任何一个节点可以自由地加入和离开该系统。P2P网络中节点的构成从逻辑结构上分为:集中式、分布式和混合式,而混合式更易于实际应用。

2.2.2 JXTA

JXTA是为了实现P2P网络分布式计算而设计的一组协议。使用JXTA协议,对等节点能够自己组织和配置自己的节点组而脱离现在的互联网,并且不需要集中管理的架构。JXTA由六个协议组成,提供对等组的组织形式,对等组中成员被自动的授权访问其它成员共享的数据,组可以使用认证和验证方式来控制组内的访问权限,保证了一定的安全性。JXTA也具有一定的通信机制,支持不同的通信协议,具有较强的兼容性。

2.2.3 Web服务

Web服务(Web Services)是一种基于Internet标准协议或规范的可通过网络进行发布、发现、调用的自描述的服务器端软件组件,其目的主要是程序之间的交互。Web服务建立在H TTP、XML等普及、开放的标准协议之上,具有优异的跨平台特性,因此已成为在Web上构建语言无关、松散耦合、可互操作的分布式应用程序的理想平台。

2.2.4 虚拟社区

虚拟社区[2](Virtual Community)是以固定的场所和设施为基础,以固定或流动的人群为成员。在虚拟的网络空间中,虚拟社区的基础场所就是整个网络(包括各个基本网络组成部份),设施就是该虚拟社区提供的应用服务,社区的成员从本质上来讲并没有改变,只是他们通过特定用户接口与虚拟社区中其它成员进行交互,并且交流的方式和途径也不同。

2.2.5 P2P和Web服务技术的融合

Web服务和P2P具有明显的互补性。在P2P与Web服务相结合的模型中,系统中的每一个节点既是传统意义上服务的提供者,又是服务的调用者,Web服务体系结构服务注册中心不再是唯一的,自然能有效的解决Web服务的瓶颈问题。Farnoush等[3]研究了将Web服务和P2P融合的可能性,并设计了一个融合的体系结构。文献[4-5]分别设计了一个集在P2P模式上建立Web服务可以利用P2P本身的优势高效地实现Web服务。文献[6]提出使用分层的半分布式拓扑结构,构建了一个P2P和Web服务结合的平台。文献[7]提出应用P2P的分布式发现机制,解决Web Services的瓶颈问题,并设置了等待时间以收集服务查询的响应时间,以改进通讯延迟和Web服务发现的性能。Francisco等[8]基于P2P覆盖网络,部署了Web Services,提供服务注册、发现和应用,使服务消费者在Web服务兼容的平台上可以任何时候、任何地点使用服务。

本文应用虚拟社区构建大学生创新能力培养平台。基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台设计是以建构主义学习理论为基础。在建构主义中,教学媒体不再是教师灌输知识的凭借,而成为学生主动探索、意义建构、解决实际问题的认知工具;教学信息也不再是教师灌输给学生的内容,而是学生主动建构的对象,这也是创新能力培养的一种模式。

3 基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台设计

3.1 系统拓扑结构

本系统的拓扑结构采用混合式P2P结构,该平台上包含着多个节点。在混合模式中,结合了集中式和分布式P2P形式的优点。它在分布式基础上,将节点按能力进行分类,使某些节点担任特殊的任务[9],这些节点称为超级节点,类似于服务器的功能,保存所管理区域节点的ID、发布的资源等,所管理的内部节点是完全对等的。每个对等节点通过与相邻节点之间的连接遍历整个网络查找文件和定位查询节点。

如图1所示的系统拓扑结构示意图中,A、B、C、D、E、F、G、H等结点作为超级节点,分别管理一个对等组。每个超级节点管理组内多个对等节点,负责节点注册、身份认证等,它们共同构成上层对等组;为了防止管理节点的单点登录故障,通过自动选择对等组中连续工作时间长的节点作为备份节点,当管理节点退出系统或出现故障时备份节点会立即替代它,维持上下层对等节点之间的稳定连接。每个对等节点加入网络时,能够自动发现组、加入组或者创建新组,且既是服务需求者,也是服务提供者。

图1 系统拓扑结构模型

3.2 系统功能模型

根据系统的功能需求,我们设计的基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台的系统模型如图2所示:

图2 虚拟社区系统模型

在图2所示的系统模型中,客户节点基于JXTA平台开发,客户之间的通信应用JXTA技术实现。每个客户机同时也是一个服务提供者,提供的服务包括:文件资源、课程资源以及感兴趣的话题的分享,以上这些服务均基于Web服务开发而成。

在网络课堂中,可以发布某门课程的教学课件、讲座录像、专题讨论等内容。展示大厅是一个创新成果展示平台。社区中成员的各种创新设计、创新思想、问题的创新性解决方案等都可以在这里展示。其他成员可以通过学习别人思想、解决问题的方式等进行横向联系,拓宽视野。参加展示的用户可以根据点击率、教师评价等方式获得一定的积分。在资源共享区,节点能够发布各类文件形式保存的资源,每个成员都可以在资源共享区搜索需要的资源。数据资源的提供也是用户获得积分的一种方式。上述服务的提供均以Web服务的方式发布到组内服务注册中心,因此能够提供本组内任意用户的服务查找和应答。

当用户登录系统后,使用查询服务查找有共同主题的对等组,然后向组管理节点注册。管理节点根据成员节点注册信息,进行身份核实,如果通过,则分配帐号、密码和权限信息,并反馈给该成员。此后该成员节点只要登录系统,就能获得组内的各项服务。如果离开系统,则管理节点将此消息发布,其他节点就不会再查找它。

为了系统的安全、健康、有效,在系统中会设置一些规则,当用户违反这些规则时将会被扣除积分,甚至被注销驱出社区。当用户提供了良好的资源时,会被增加积分,如此通过积分管理可以很好地保证虚拟社区的开放性、自治性和安全性。

4 原型系统

4.1 Web服务与JXTA技术的核心思想

Web服务体系结构由服务提供者(SP)、服务请求者(SR)、服务代理(SB)3个主要角色组成,且包含相应的发布、查找、绑定3种操作。SP是Web服务的拥有者,负责对Web服务进行描述并将其发布到服务代理处。SR是Web服务的使用者,可到SB处查找所需要的Web服务并获取相应的描述文档,然后据此对Web服务进行绑定与调用。SB又称为服务注册中心,是一个逻辑上集中的目录服务,可在其中进行Web服务的发布、查找等操作。当SR在SB处查找到所需要的Web服务后,以后的操作就只需在SP与SR之间进行。

JXTA的层次结构包括三层:(1)核心层:封装了最根本的内容,包括Peer对等组、Peer发现、Peer通信、Peer监控和相关的安全原语。(2)服务层:包括一些通用的功能,如查找、共享、索引、代码缓存和内容缓存的机制。(3)应用层:包括了应用JXTA服务开发出来的完整的P2P应用程序,例如myJXTA,JXTA-CAD等应用程序。

本文设计的系统原型,将P2P与Web服务相结合,系统中的每一个节点为P2P节点,既可以作为服务提供者,又是服务需求者。每个节点所提供的服务均采用Web服务的形式开发,具有了模块化特征。客户端应用程序是基于myJXTA开发的应用平台。

4.2 系统实现

基于上述设计思路,我们开发了滁州学院虚拟社区平台。底层平台采用基于P2P的JXTA技术,其他功能模块面向用户的接口开发了Web服务,所有服务均通过公用的服务接口供其他用户使用。

当用户登录到平台后,经过系列的安全配置后,根据显示的对等组,根据自身需求选择一个加入。用户加入如图3所示界面。进入系统后,能够与对等组中的其他用户讨论交流,如图4所示。任何用户都可以发布资源,在资源搜索时,会显示资源的发布者、发布者ID及在系统中的Hash值,如图5所示。用户下载资源后,可以对资源进行评价,评价结果能够为其他用户的使用提供参考。

图5 资源搜索区域

5 结束语

虚拟社区具有开放性、互动性、自治性、灵活性、资源的丰富性、学习者的多样性等特点,为学生提供了一个自由发挥和个性化的学习平台,能够帮助学生了解事物的复杂性,培养其创新思维,进一步使他们的创新能力得到开发。因此,通过虚拟社区培养学生的创新能力将是高校人才培养的又一种有效途径。结合Web服务与P2P技术,构建培养大学生创新能力的虚拟社区,既克服了一般集中式Web服务中服务器的瓶颈问题,又保留了P2P网络的稳定性、灵活性特点。本文基于Web服务、JXTA等关键技术,设计和实现了一个层次分明、松散耦合的基于虚拟社区的大学生创新能力培养平台,能够有效应对需求变化,也有利于后期维护、功能扩展。实践测试表明,该平台能够弥补课内ftb达到的教学目标。

[1] 刘 兵.完善高校第二课堂培养模式研究[J].中国高等教育.2009,18:59-60.

[2] A.Abdul-Rahman,S.Hailes.Supporting Trust in Virtual Communities[C].Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences.2000,6:4-7.

[3] Juan Li,Son Vuong.An Efficient Clustered A rchitecture for P2P Networks[C].Proceedings of the 18th International Conference on Advanced Information Networking and Application(A INA’04).IEEE Computer Society,2004:278-282.

[4] 许 峰,丁祥武.基于P2P的Web服务体系结构的研究[J].微计算机应用,2007,28(5):473-476.

[5] 张 智.Web peer一个基于P2P的Web服务平台[J].计算机应用研究,2006(5):210-212.

[6] 胡继成,孟凡荣,张 玲.基于Web Service的层次化P2P小区模型的研究[J].计算机工程与设计,2007,28(10):2352-2354.

[7] Khaled R.,Asrar U.,Haque M.Z..Wait Time Management fo r Efficient Web Service Discovery Service w ith P2P A rchitecture[C].The 10th IEEE International Conference on High Performance Computing and Communications. IEEE Computer Society,2008:923-928.

[8] Francisco M.,Pablo A.,Joao F.,et al.Dep loying Pervasive Web Services over a P2Poverlay[C].2009 18th IEEE International Wo rkshops on Enabling Technologies.IEEE Computer Society,2009:240-245.

[9] Mike P.Papazoglou1,Bend J.Kramer,Jian Yang.Leveraging Web-Services and Peer-to-Peer Netwo rks[C].The 15th International Conference on Advanced Information System s Engineering(CA ISE).Sp ringer-Verlag,2003:485 -501.

A Platform for train ing undergraduates’innovative ability

Zhao shenghui1,Li yuemin2,Chen haibao3
(1.Chuhou University,Department of Cumputer Science and Technology,Chuzhou,239000,China; 2.Chuzhou University,Department of Chemisty and Science,Chuzhou,239000,China)

It isone of high education focusaim s that imp roving undergraduates’innovative ideas and spirits and training high-quality p rofessional talentsw ith innovative ability.The common fostering means w ere imp lemented in classroom s;how ever,there ismo re lack of p latfo rm s out of classroom.A method based on virtual community cultivating innovative abilities is p resented,and a p latfo rm is founded app lying in JXTA and Web Services,those w hich p rovides a new environment for students.Practical testing show ed that the form of virtual community for bringing up innovative abilities can make up the unreached aim s in classroom s,w hich offers a new app roach for innovative abilities training.

Virtual Community;innovative abilities;Web Service;Peer-to-Peer Netwo rk

book=0,ebook=88

TP399

A

1673-1794(2010)02-0111-04

赵生慧(1970-),女,副教授,研究方向:计算机网络。

安徽省教育厅教学研究项目(2007jyxm115,2007jyxm448)

2010-02-16