网格环境下教学资源元数据管理

许琦 冯羽静

摘要：本文结合教学资源具有学科资源多样性、复杂性，教学规律和认知规律统一性，资源逻辑结构一致性等特点，提出粗粒度元数据存储机制和松散结构化教学资源管理体系，并试图通过对教学资源的粗粒度整合，使其发挥最大的效用。

关键词：教学资源;网格;元数据;层次代理

中图分类号：G434         文献标识码：A       论文编号：1674-2117（2015）07-0080-03

● 引言

“网格”（Grid）一词来源于人们熟悉的电力网（Power Grid）。[1]网格是利用互联网将地理上广泛分布的各种资源连成一个逻辑整体[2]，就像一台超级计算机一样为用户提供一体化信息和应用服务，最终实现在这个虚拟环境上进行资源共享和协同工作，彻底消除资源孤岛，让人们使用网格上的资源像用电一样简单。基于对网格重要性的认识，2003年4月，教育部启动了中国教育网格计划（ChinaGrid），中国教育科研网格是迄今为止由政府推出的最宏大的网格工程[3]，该项目由12所大学联合推出。教育部希望利用网格技术将网上的教学资源有效地聚合起来，实现网上教学资源的广泛共享，为中国高等院校（特别是部分研究型大学）的科学研究提供先进的计算手段。

目前，教育网格研究方向和任务主要集中在提供一种通信管理的网格平台或架构，重点在网格计算能力上。[4-7]而对于教学与研究人员关注使用的基于网格的教学资源管理及其在网格环境中的深层次应用方面没有太多的研究。为屏蔽不同课程内容上的多样性和差异性，将知识点作为原子资源，并采用元数据进行描述，原子资源间的结构和逻辑规律遵循人的认识规律和教学规律，采用统一的模式进行结构化存储和管理。在此基础上，可以开发教学资源库，提供资源搜索、资源共享、资源组织管理等功能。

● 教学资源库建设规划

教学资源主要是指教学过程中教师和学生使用的课程资源，可以理解为教学过程中的软资源。教学资源的元数据可分为两个层次：直接对教学资源进行描述的元数据，称为教学资源信息ERI（Education Resources Information）;对教学资源的组织目录进行描述的元数据，称为教学资源目录信息ERII（Education Resources Index Information）。其中ERII根据资源规模可抽象为多个层次。元数据是指描述数据的数据，是指与业务技术过程及企业使用数据有关的所有物理数据以及包含知识的信息，是指来自企业内外所有（软件或其他介质含有的）物理数据和（员工和各种媒介中含有的）知识，包括物理数据的格式、技术和业务过程、数据的规则和约束以及企业使用数据的结构。教学资源中的元数据是指描述教学资源的类型、规格、属性、联系、约束等信息的数据。教学资源库建设规划如下。

（1）提取教学资源知识单元，结合教学资源本身及其应用的特点，确定元数据的基本数据结构。知识单元是教学资源中可应用于交流使用并能完整描述一个知识点的最小单元。目前在知识单元划分上还没有具体的规范标准。一般由课程专家和教学专家参照教育部课程建设规范中的要求对教学资源进行三级划分，将划分得到的第三级资源作为知识单元进行管理，并向上逐层扩展，得到相应层次的粗粒度资源。

（2）构建教学资源目录树。目录树

从根节点开始，包含一个对其所有数据的层次视图，并提供基于树形的搜索系统。教学资源目录信息ERII根据资源规模可抽象为多个层次。按照目前的惯例和一般使用情况，将课程资源按内容及其关系，划分成大的章，章内再划分小节，小节中又可包含若干更细分的知识单元。这种结构可以看作是教学资源目录信息ERII的外在显现，即教学资源目录树。

（3）教学资源服务。在教学资源使用过程中，系统存在三种角色：资源提供者、资源管理者、资源消费者。资源消费者是指教师或学生，他们提出资源消费请求，包括对资源质和量上的要求;资源管理者即资源中介，是系统管理中心，主要管理ERI或ERII，并根据资源消费者提出的请求进行必要的计算，反馈消费者信息，满足其需求;资源提供者是教学资源存储中心，主要负责资源的存储，并按接收到的指令为消费者提供相关资源。按照信息流动的不同方式，分析他们之间的工作模式，相应地设置层次代理结构。将资源与其元数据适当分隔存储管理，在资源服务时采取资源信息处理和资源实体传递两条线的方式，减轻资源代理的负担，平衡网格环境的负载，有利于提高系统的整体性能。

● 关键技术

1.元数据结构设计

本文拟采用的元数据基本结构如右表所示。

需要说明的是，该元数据结构根据教育部课程教学及大纲规范要求，结合本学科方向课程及教学实践，以及资源管理和软件开发的需要，并综合其他相关因素形成。

2.教学资源目录树构建

目录树是指存储有关网络资源信息的特殊数据库，把网络环境中的各种资源都作为目录信息，在目录树结构中分层存储、访问、管理和使用。目录树将分布式系统中的用户和资源，以及其他对象统一组织起来，提供一个单一逻辑视图，允许用户透明地访问网络上的资源。一个由目录树支持的网络系统是一个集成、网络化、统一的系统，而不是各个独立功能部分的简单聚合。

目录的内容称为对象类（Object Class）和项（Entry）。对象类描述什么信息可存储在目录中，而项把相关信息组合在一起，也可以理解为对象为抽象约束，项为信息内容。ERI之上的ERII逐层抽象或封装生成，下层的ERII是上次ERII的一个项，这是逐层递归或递推的过程，因此它们采用一致的管理操作方式，软件算法具有可复用性。元数据信息采用数据库方式存储，方便检索管理，而资源本身仍以文件方式存储于磁盘。为了管理的方便和统一，资源库的物理存储与资源管理的目录树结构基本保持一致。通过目录树方式记录存储教学资源数据信息，与资源库本身的层次结构（树型结构）相统一，同时也与Internet及各种管理中的层次结构相一致，为教学资源管理提供方便，易于使用现有技术手段进行管理。

3.教学资源服务

在教学资源库中，资源建设是基础，资源管理是关键，要对资源进行深层次的应用，就需要对资源进行规范化建设和管理。资源提供者对资源进行存储、传输等控制管理，资源的搜索、协调传输等任务主要由资源管理者完成。网格资源管理的目的是有效调度、管理、配置可利用资源，将实际上的异构环境转换成一个虚拟的同构环境。基于网格的教学资源管理是网格资源管理的进一步延伸，需要完成资源寻址和定位，找到特定的教学资源。教学资源本身也属于网格资源的一部分，教学资源节点与网格节点也是统一的。在基于网格的教学资源管理中，选择基于代理的网格资源管理方法，满足教学资源访问中的结构关系，能够方便地搜索到资源及资源信息所在的服务器，与Internet和网格层次管理结构一致，而且层次化的代理体系也有利于系统的维护和管理。代理系统在用户和资源之间架起了一座桥梁。基于网格的教学资源体系，通过代理的方式将异构、分布的大型教学资源库中的资源进行提取共享。通常一个资源请求任务被派分给一组Agent，这些Agent根据被请求资源特征，在构造层各计算节点间自主地移动，寻找资源信息，获得资源服务，完成自身的任务，满足用户在广域范围内对教学资源的个性化请求。代理结构由三部分组成，如下图所示。

上面是用户（消费者），提供资源服务请求;下面是资源提供者，提供教学资源;中间是代理服务系统。消费者通过就近代理（或网格结点）提出资源服务请求，代理通过当前获得的资源信息ERI以及资源目录信息ERII，进行分析计算，并根据结果将请求任务分发到相关的代理，进一步处理;最后根据获得的教学资源分布信息，按照一定的模式交付给用户。

● 结束语

综上所述，采用元数据对教学资源进行管理，在一定程度上回避了本体学习和语义这两个目前还不太成熟的处理技术，为教学资源深层次地开发应用打下了基础。采用层次代理结构，延伸使用了网格技术的成功之处，有利于教学资源的扩展和分层控制管理。资源中介主要对资源的元数据信息进行管理，资源消费者通过与中介交涉获取所需要资源的信息，然后根据获取的元数据信息从资源提供者那里获得所需的资源实体内容。这样将一个教学资源的获取过程分为两条线，从单一任务来看这增加了访问成本和访问时间，但对于网格环境的大量访问来说，起到了任务分流和负载平衡的作用。

参考文献：

[1]徐志伟，冯百明，李伟.网格计算技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]中国科学院.2005中国高技术发展报告[M].北京：科学出版社，2005.

[3]金海.中国教育科研网格[EB/OL].[2013-12-24]（2014-12-09）.http：//www.media.edu.cn/zhong_dian_ke_ti_5168/20061012/t20061012_199825.shtml.

[4]何业兰，袁志毅.基于网格的远程教学新模式探究[J].计算机技术与发展，2007，17（8）：230-232.

[5]张恺.基于网格的远程教学模型研究[J].中国教育信息化，2008（17）：83-84.

[6]黄芙菊，杨威.基于网格的教学资源系统的设计与应用[J].中国教育信息化，2007（17）：45-47.

[7]杨威，王云，苑戎.基于服务网格的教学资源系统集成的研究[J].现代图书情报技术，2006（5）：50-53.

基金项目：浙江省哲学社会科学规划课题“基于专利引证网络的知识基因提取方法探索”（13NDJC19YBM），浙江省软科学研究计划项目“技术标准下提升企业自主创新能力──基于专利池的组建与管理”（2013C35064），台州市社会科学界联合会研究课题“高职教育产学研结合与区域发展联动机理研究”（14YA04）。