基于IPv6的课程、职位、知识一体化资源支撑系统研究 *

冀付军

(河北大学 教育学院,河北 保定 071002)

基于IPv6的课程、职位、知识一体化资源支撑系统研究*

冀付军

(河北大学 教育学院,河北 保定 071002)

IPv6作为下一代网络，拥有着比IPv4更优的资源系统支撑能力，而国内外现有教学资源平台大多是基于IPv4网络的，基于IPv6的资源系统较为缺乏；同时，现有的教学资源支撑系统在与职位体系结合方面有着先天不足，无法体现职位能力和课程知识之间的联系，不能为学生就业提供能力知识导向。针对这两个主要问题，该文尝试建立基于IPv6网络的资源支撑系统，同时，以软件工程为例，提出课程体系、职位体系和知识体系的三位一体化设计，并进行了相应的模型设计与系统实现，最后给出该系统的实践应用情况和总结。

IPv6；课程、职位、知识一体化；资源支撑系统

一、引言

国际互联网地址分配与管理组织IANA中IPv4地址池已于2011年2月3日全部耗尽，各个区域注册机构的IPv4地址池即将耗尽，成都云计算实验室同时指出IPv6是云计算的根本[1]。全球IPv6峰会主席Latif Ladid则指出，IPv6将是云计算最优化的选择方案，IPv6将加速云计算的发展和应用。

Internet 向IPv6 全面过渡是必然趋势[2]。目前IPv4面临诸如地址空间匮乏、带宽瓶颈、网络安全漏洞多、缺乏对移动和网络服务质量的支持等诸多问题，使得它不能较好地满足教育的时代需要。下一代互联网协议IPv6融合和涵盖了多种先进的网络技术并具有良好的扩展性[3]，能够提供丰富地址空间、更多带宽和更加可靠、安全、易于管理和更有效的服务，不仅能为显著改善资源的传输效率及播放效果创造条件,对于变革教学资源共享模式也具有深远意义。

目前，我国下一代互联网示范工程CNGI 核心网已经建成投入使用,而没有重量级应用是IPv6当前需要面对的最主要问题[4]。尤其我国各地IPv6 城域网刚刚起步，及时开展基于IPv6 网络的教育应用研究是具有前瞻性和实用性的工作,教育资源的共建共享是其中一个首要方面,是其他教育网络应用的基础，但目前却已成为教育城域网进一步发展和应用的瓶颈,亟需改进[5]。因此，在IPv6 网络环境下研究高等教育教学资源平台的升级建设具有重要战略意义。

二、 课程、职位、知识一体化资源系统研究

(一)课程、职位、知识一体化资源系统研究目的

在国家提倡能力本位、需求导向的宏观背景下，针对IPv6资源系统较为缺乏和现有教学资源支撑系统与职位体系结合方面先天不足的问题，本文提出基于IPv6的课程体系、职位体系和知识体系的三位一体化设计，并进行了相应的系统实现。

1.缓解IPv6应用不足的现状

调研表明，在网络环境下，高品质的教学资源才能更有效地保证教学活动的发生[6]。我国教学资源建设快速发展，有利于学校教学和开放性学习，但由于资源建设体系结构等方面存在一定局限，从而导致资源共享性和互操作性较差，资源重复建设现象严重，阻碍了教学资源的应用和可持续发展[7]。教学资源平台是网络教学资源的载体和表现形式，建设网络教学资源平台已成为教育信息化深入推进、深化改革和发展的方向[8]。国内资源平台众多，但所能提供的服务往往缺少系统性、全面性、学科专业性、前沿性。国外资源平台起步相对较早，构建平台的技术较为先进，但是其特点与国内大同小异[9]。现有的教学资源平台往往注重提供资源添加、删除、查询、浏览等功能，而在资源内容建设互动方面需要加强。教学资源平台应该不仅能够为用户提供丰富、高效、权威的知识资源，还要尽可能与能力定位相结合，便于用户根据自己的知识和能力做出职业规划。因为面对严峻的就业形势，大学毕业生最缺乏的是实践经验，理论知识学习占据了他们大部分的时间，导致实践较少，高校应让他们在毕业之前对即将走上的工作岗位做一个详细的了解。然而，根据调研，国内对教学资源平台与职位能力体系结合的研究非常少。

基于此，本研究尝试建立基于IPv6网络的资源支撑系统，将现有源自项目合作单位—高等教育出版社的百余门教育教学课程资源，部署在IPv6网络上面，并实现课程网站间的横纵贯通，突破传统课程网站间的信息孤岛，在保持课程知识完整性的基础上，有效地将知识打散，并进行重组，进而实现个性化反馈；同时，以“软件工程”为例，提出课程体系、职位体系和知识体系的三位一体化设计，使学习者能够基于课程体系、知识体系和职位体系的多维度关联实现相应查询分析和呈现，并进行相应模型设计、系统实现及使用验证。

2.充分发挥现有资源的使用效率

本项目建设目标是将已有在IPv4网络环境下的高等教育教学资源平台升级到IPv6网络环境上运行(简称E6平台，以下同)，并在此基础上，以软件工程专业为实例，建立软件工程的知识地图及在线互动学习平台，在全国20所IPv6示范高校中应用。以Web服务的理念对现有资源进行改造，对现有100门课程进行细化，并升级到IPv6。同时，对软件工程知识体系进行细化，建成面向对象的软件工程资源库。

E6平台可以让IPv6用户找到自己感兴趣的权威课程知识，尤其在软件工程知识领域，用户还可以直接与自己的人生职业定位关联起来。既可以进入自己感兴趣的课程网站学习，也可以通过资源的结构化查询将所有的课程贯穿起来，打破课程界限列出所有相关的资源。另外，本平台除了百门课程以外，专门面向软件工程领域，将软件工程知识体系和软件工程职位体系通过软件工程相关课程创造性地结合起来，软件工程用户既可以通过自己的职业梦想、定位相关职位并查看自己所欠缺的知识点，也可以通过自己所学的知识点根据不同的职业定位所需要的能力和知识对自己进行更好的职业定位，对于每个知识点都可以通过课程体系的搜索找到其在本课程知识结构中的具体位置，进而从知识整体角度对所学知识有一个较好的把握。

3.探索资源应用的新模式和方法

基于元资源的E6平台的设计目标是以面向对象信息组织为原则而建立可支持IPv6网络的高等教育教学资源服务平台，它借鉴面向对象的信息组织方法,构建面向服务的体系结构(Services Oriented Architecture,SOA)。E6平台以高等教育教学网站资源信息为目标资源主体，以各学科的教师和学生为用户目标群体，通过课程体系、知识体系和职位体系的贯通和联系，达到多维连接和查询的目的。E6平台以知识点为单元提供各类教学资源和素材的服务器存贮和网络资源在线查询的集成，为资源应用探索新的模式和方法提供了载体。

高等教育教学资源E6平台是一个群簇性教学资源平台，由于该平台同时支持知识体系和职位体系，它们通过知识点相通，因此所选取的素材应满足知识体系和职位能力知识的实际需求。元资源的选择，主要根据元资源的用处，元资源主要用于组成复合资源，因此对于不可简单拆分的单体资源如独立的图片或视音频或动画等可作为元资源进行登记。元资源的登记信息越准确、越精细、越详细，在将来师生的使用中就越容易被搜索到从而更多被复用。

(二)层次架构

E6平台系统采用了SOA架构。资源服务器提供知识的元资源和组合资源，并将这些资源发布到系统服务器上。系统服务器维护着所有资源的信息(如资源的标题、关键词、资源所在的服务器位置等)，并为用户提供查找服务。

系统主要的功能模块有资源平台课程体系模块、软件工程知识体系模块、软件工程职位体系模块、资源组合查询模块、公告信息管理模块、资源统计模块、角色功能管理模块、系统设置模块和流量统计模块。其中角色功能管理模块包括用户注册模块、密码更改和找回模块、资源管理模块、角色业务管理模块。E6平台系统具体架构如下页图1所示。

基于IPv6的课程、职位、知识资源支撑系统组成框架分为3大部分，分别为系统服务器、资源服务器和基于角色功能分异的自组织开放平台。系统服务器是该平台的主服务器，保存了学习者数据以及元资源相关信息。通过该服务器，学习者可以获取所需服务，查找感兴趣的元资源知识。资源服务器是用来保存元资源知识的服务器，该服务器保存了多种学科的网络教学元资源，系统服务器从该服务器获取用户想要的元资源或相关组合，展示给用户。基于角色功能分异的自组织开放平台则为学习者和管理者提供了相应的学习和管理功能。

图1 E6平台系统分层架构

在该平台中，本研究同时提出并实现了一个既满足学习者个性化要求、又兼顾学习者社会化交互体验，同时拥有完备教育资源的社会化学习系统原型—Perth。Perth利用Protégé本体工具进行本体构建，并采用Jena框架对本体进行读写、查询和推理。Perth是一个连接海量网络学习资源的学习软件，学习者可以利用它自主地开展知识学习，Perth会根据学习者的自身兴趣和学习经历等因素，有针对性地推荐学习内容，实现对学习者的个性化培养。系统的主要功能如图2所示。通过点击每一个知识点，系统可以动态地呈现与此知识点相关联的学习资源，学习者可以通过点击这些学习资源开展学习，加深对这一知识点的理解。“学习全景”功能使用了动感活泼的可视化技术，将在线学习系统本体所表示的数据形象友好地加以展现，使学习者对当前的学习状态一目了然。

图2 Perth系统学习全景功能

(三)平台技术特性

1.双栈

该系统在清华大学部署了中央节点，同时在河北大学、新疆大学、北京师范大学、江南大学、山东大学以及高等教育出版社部署了骨干节点，构成了一个以清华大学为中心、六个骨干节点支撑的可在IPv6网络中运行的资源系统，具备100多门课程100多GB的高等教育教学资源，在全国分布的7个节点，学习共建者可以在任何一个节点上面提交资源，资源会被保存在该节点的资源储备库中。一旦提交成功并经过审核后，则该资源可以同时被其他所有节点查询到，并可以被访问和浏览或下载。用户的资源查询则以个性化的方式进行，并会返回个性化的结果。通过这种方式，资源平台实现了资源的持续更新和分布式的共建和分享，并实现了个性化的资源支持。在网络支持方面，系统采用双栈策略，同时可支持IPv6和IPv4的访问，优先使用IPv6的访问，使用IPv6访问会有更快的速度体验和更优的学习体验。

2.一体化

本研究依托以国家精品课程为主的百余门课程资源，以软件工程为例，将课程资源打散按照知识体系进行资源重组，同时在调研软件工程职位体系所需能力基础上，将能力转换相应的知识，并给出知识的相应资源支撑，从而实现课程、职位、知识一体化资源系统的核心构造。在构造系统过程中，提出并采用了以下资源系统建设原则：(1)通过角色功能自组织分异来实现资源管理系统的功能扩展和有序管理，通过统一资源上传、审核、发布，实现资源共享。(2)考虑到共同建设问题，应让建设者、使用者、管理者都可方便地参与创建，将建设、改进同步进行，逐步提高教学资源系统应用水平，充分发挥网络和信息技术优势。(3)将教学扩展到不同时空，更加灵活地展示教学材料，更好地进行交互。(4)平台从服务质量、服务方式、服务要求等方面不断扩展和细化,从而最大程度满足用户需求[10]。

课程、职位、知识一体化资源系统可以让学习者从专业知识体系维度、岗位能力职位体系维度以及资源系统课程体系维度来查询资源，不仅可以通过多维度的资源属性组合在整个资源库中进行特定资源搜寻，还可以通过某专业领域知识体系的权威标准知识点查找相应的支撑资源，也可以通过某专业领域职位体系的岗位能力查找支撑知识资源，并且提供了直接在整个课程体系中查找相应知识资源的方法。

专业知识体系维度的查询和学习，为学习者全面把握本专业知识领域内容提供了方法。岗位能力职位体系维度的查询和学习，为学习者建立了知识学习与就业职位能力需求之间的联系，为就业能力知识导向提供了有效方法。课程体系维度查询和学习，为学习者全面了解课程组成提供了方法，使得学习者可以穿越课程网站孤岛从不同课程获取相关知识。而三者的联合查询，则可以实现对如下问题的回答，比如，“我将来想做软件工程师，那么应该具备哪些能力，学习哪些知识，这些知识又在哪些课程中呢”或者“我对软件测试很感兴趣，哪些课程有软件测试相关知识呢？软件测试能力是从事何种岗位的必备能力呢？”或者“我对程序设计这门课感兴趣，这门课包括哪些知识领域呢，又有哪些知识点呢？这些知识点又可以服务于哪些岗位能力呢”等等。

课程、职位、知识一体化资源系统将原有以课程为粒度的资源，按照本体思想重新构造了以知识点为粒度的知识体系。每个知识点都将与课程和职业能力相关联，构成本项目的课程、职位、知识一体化模型，以软件工程为例，如图3所示。

原来很多学科网站往往都是可以通过网页链接纵向穿达的信息孤岛，尽管很多不同的学科网站会被统一到一个页面下，但是再往下的二级或更多级的链接就没有任何关联了。该资源系统可以横向贯通各个学科网站，通过个性化的查询，将各个学科的关联知识点尽数呈现,有效破解了学科网站的信息孤岛现象。系统将所有学科知识资源全部打散，记录并登记所有的元资源以及次生资源，每个资源均详细登记资源标题、关键词、资源描述、学科、媒体类型、应用类型等十多项属性,并可以重新组合所有元资源和次生资源，从而满足不同学习者的个性化需求[11]。

图3 以软件工程为例的课程、职位、知识一体化模型

3.自适应资源配送

在资源配送方面，系统可以自动识别访问来源地址类别，根据地址类别是否使用IPv6，推送不同的资源内容给用户。例如，如果判断用户是使用IPv6访问，则在资源呈现时，可以将高清视频内容排在前列，否则将普通视频内容排在前列。这是一种自适应资源推送，在保证用户得到快速响应的前提下根据用户的地址流量优势推送不尽相同的资源。

4.资源中央集中存储

由于在IPv6环境下，资源访问高速度和高带宽得以实现，资源存储空间也得到极大提高，因此，原来受限于网络带宽和资源空间的情况得到极大缓解。原来采取的“目录集中、分布存储”的策略，可以变为“中央存储、集中管理”的策略，从而有效提高了资源管理效率和资源管理安全性，有效避免了同一位用户各节点注册的情况。

5.本体

本体维度资源关联是系统一大特色，系统现有三个体系，分别为资源平台课程体系、软件工程知识体系和软件工程职位体系，将来还可开设软件工程案例体系。这是一个具备开放性体系的资源支撑系统，系统管理员可以实现对体系的完全控制，包括体系的创建、删除和体系下各级知识点的具体修改。体系的末级结点称为叶子结点。每个叶子节点都有相关链接，视叶子节点的种类不同链接的页面种类也不同，课程叶子节点可以进入课程，知识点叶子节点则可以呈现相应的支撑资源列表。对于资源支撑系统的三个体系，其相关最终叶子结点都有具体的知识点叶子结点，与知识体系中的叶子结点相同，这保证了三个体系的横向贯通。

通过前面所述的方法能够找到与目标坐标匹配的元资源，但实际上并不总是存在坐标和元资源完全匹配的情况。因此提出资源相关度递减搜索算法来查找元资源。该算法的思想是，维度关键词匹配的越多，则认为资源相关度越高。因此，首先查找可以匹配全部关键词的资源，在没有匹配的情况，减少一个关键词，查找剩余全部关键词组合的资源，以此类推，直到查找到相应资源或者直到任何一个关键词都无法找到匹配资源的情况出现，这种情况则意味着没有相关资源。该算法的步骤如下：(1)精简维度坐标的关键词。将关键词中的相互包含的部分拆分成更小的关键词，去除重复的关键词。(2)在元资源的记录中查找与这些关键词完全匹配的数据。如果找到，返回结果。(3)如果没有找到，若关键词集合的元素个数k=1，则返回“未找到”；否则，从关键词集合中取出k-1个关键词，组成新的关键词集合，重复步骤2，由于能找到个集合，故步骤2需执行次查询。

以软件工程为例，其三维体系是指资源系统课程体系、软件工程知识体系和软件工程职位体系。资源系统的维度以树的形式展现在页面上，学习者可以选择自己感兴趣的维度进行查看，同时，可以对体系树进行搜索，以快速定位目标层次。点击体系树的叶子节点，服务器使用上文提到的算法对资源进行查找，返回查找的结果资源列表。打开感兴趣的资源的链接，资源服务器将该条资源呈现给用户。用户也可以通过搜索栏对资源进行精确搜索，并通过树的方式呈现各个维度，方便学习者快速找到自己所需要的相关资源，亦可对整个维度进行探索，进行系统的学习。

(四)应用

基于IPv6的课程、职位、知识一体化资源支撑系统在清华大学中央节点以及新疆大学、江南大学、河北大学等骨干节点进行了实践应用，其功能得到了逐项验证，在应用过程中实现了稳定连接，资源系统开始试运行以来，访问总量已达500多万人次。访问国家除中国外，已有133个国家和地区，其中外国访问总量为717143人次，访问总量前10位的外国国家以美国为最多，其次是台湾、新加坡和香港，如图4所示。

图4 基于IPv6的课程、职位、知识资源支撑系统前十位外国访问量分布

三、小结与展望

基于IPv6的课程、职位、知识资源支撑系统借助下一代IPv6网络科技力量做到了资源的动态积累、管理、使用和评价，实现了高质量的教学资源的共享与传播，促进了主动式和研究式学习，并且把知识、课程和职位要求能力有机结合。其设计开发为解决课程网站之间的信息孤岛、贯通课程网站资源信息提供了一个有效地解决思路。其实现和运行在一定程度上解决了IPv6网络上高等教育教学资源匮乏的问题。通过此项研究，在IPv6资源系统建设方面和课程、职位、知识一体化方面积累了有益的经验，希望本文可以为以后IPv6教育教学资源系统的建设提供一些借鉴。

教学资源平台是一个可不断扩充的开放式教学支持系统，其建设不应是一次性项目，而应是一个可持续发展的工程，基于IPv6的课程、职位、知识一体化资源支撑系统将会不断完善，从多个方面继续发展，例如课程网站的资源自动选择和分析、试题资源的自动测评技术以及基于社区资源推荐和评估的共享机制。另外，可以将资源系统应用扩展到软件工程以外的其他知识体系中，并尝试进行基于案例的知识资源呈现研究。在功能上还要对教师作业资源的布置功能、学生提交作业、绑定学生与课程资源和教师资源、资源好友分享、相关资源推荐等方面进一步提高完善。

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冀付军：博士后，副教授，硕士生导师，研究方向为教育软件、IPv6资源平台及技能测评系统(jifujun@mail.bnu.edu.cn)。

2014年10月5日

责任编辑：宋灵青

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“国家下一代互联网业务试商用及设备产业化专项教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范”项目的子项目“全国高等教育教学资源平台IPv6升级”(项目编号：CNGI2008-115)成果。