基于元數(shù)據(jù)服務(wù)的教育資源訪問模式研究

陶宇煒 王軍峰 封紅旗 江一山

【摘要】由于高職教育資源規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復雜，資源的利用效率相對較低，元數(shù)據(jù)成為必不可少的資源管理工具。文章采用元數(shù)據(jù)描述和Alchemi網(wǎng)格中間件集中統(tǒng)一管理模式，用戶通過單一入口就能透明地訪問所需的教育資源。該模式保護已有投資，為教育資源的有效利用提供了解決途徑。

【關(guān)鍵詞】元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；中間件；教育資源

【中圖分類號】G40－057【文獻標識碼】A【論文編號】1009－8097(2012)03－0095－04

引言

近年來，由于高職教育發(fā)展迅速，辦學數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，教育資源有效利用與技能性人才培養(yǎng)之間的矛盾越來越突出。在國家和社會投入高職教育經(jīng)費有限的情況下，對現(xiàn)有高職教育資源通過調(diào)整、組合、優(yōu)化，以高職教育資源的有效整合提高資源的配置效率，進一步提升高職教育的整體辦學水平，成為高職教育發(fā)展的重要研究課題。

本文針對高職教育資源整合和優(yōu)化利用方面的需求，利用元數(shù)據(jù)和Alchemi網(wǎng)格中間件管理高職教育資源，讓使用者通過訪問入口透明地訪問原始系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源。本文提出的解決方案既保持了數(shù)據(jù)資源的一致性，又提供了良好的可擴展性，極大地提高了教育資源的利用效率，降低了資源的投入成本。

一、相關(guān)技術(shù)分析

1.高職教育資源

高職教育資源是一個具有特定內(nèi)涵的范疇，是高職教育機構(gòu)所擁有的使用于高職教育事業(yè)，提高受教育者人力資本或價值的各種資源的綜合。按資源的存在形式，高職教育資源既包括人力、財力、物力等顯性資源(或有形資源)，也包括教育思想、辦學理念、管理制度、校園文化等隱性資源(或無形資源)。按資源的性質(zhì)，高職教育資源包括硬件資源、軟件資源、潛在資源。硬件資源指實物形態(tài)存在的各種設(shè)備、工具、場所等。軟件資源指以信息、知識、數(shù)據(jù)為主要內(nèi)容的教育資源。潛在資源指對教育的實施具有潛在影響的因素與條件，包括人、經(jīng)費、社會環(huán)境等。隨著教育信息技術(shù)的發(fā)展，高職教育資源越來越多地表現(xiàn)為數(shù)字化，而且覆蓋眾多媒介形式，通過計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，它們可以根據(jù)不同需要，以多層次、多角度和多種技術(shù)方法相互鏈接和重組。因此，本文研究的高職教育資源主要指以信息、知識、數(shù)據(jù)為主要內(nèi)容的資源形式。

對教育資源的描述涉及資源內(nèi)容、資源使用對象、資源使用的教學方法要求、資源使用的技術(shù)與過程要求。利用元數(shù)據(jù)對教育資源進行計算機可識別的描述，屏蔽各種教育資源的復雜性，方便資源使用者通過智能代理搜尋、利用、選擇和集成教育信息資源，有效實現(xiàn)對各種分布式教育資源的整合，最終實現(xiàn)教育資源的共享，提高教育資源的利用效率。

2.元數(shù)據(jù)及教育資源元數(shù)據(jù)標準

元數(shù)據(jù)是關(guān)于“數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”或“信息的信息”。形象地說，它描述的是一種結(jié)構(gòu)化的摘要形式的信息。元數(shù)據(jù)描述教育資源(數(shù)據(jù)對象)的數(shù)據(jù)特征和屬性。元數(shù)據(jù)是將教育資源的內(nèi)容、適用對象、獲取路徑和使用目的等相關(guān)屬性特征抽取出來形成的數(shù)據(jù)，同時提供對象的數(shù)據(jù)描述框架，形成統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和模型，從而在不需要瀏覽資源的情況下，就能了解資源的內(nèi)容和用途。使用元數(shù)據(jù)的目的是為了識別資源、評價資源、追蹤資源在使用過程中的變化，實現(xiàn)教育資源的智能發(fā)現(xiàn)、有效查找、一體化組織和高效管理。元數(shù)據(jù)是有效描述教育資源，實現(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)、交流和共享的基礎(chǔ)。

描述教育資源的元數(shù)據(jù)標準有IEEE LOM(學習對象元數(shù)據(jù))、DCED(都柏林核心教育元數(shù)據(jù))、IMS(教學管理系統(tǒng)元數(shù)據(jù))和ADL/SCORM(高級分布式學習/可共享內(nèi)容對象參考模型)等。各國又以相關(guān)元數(shù)據(jù)標準為基礎(chǔ)擴充或修改，建立具有本國特色的元數(shù)據(jù)標準，如美國教育資源網(wǎng)關(guān)、加拿大核心學習資源元數(shù)據(jù)等。我國從2001年開始啟動教育信息化技術(shù)標準研究項目，并根據(jù)我國教育的實際情況進行修訂與創(chuàng)建，形成了“中國教育信息化技術(shù)標準體系(CELTS)”。 CELTS基于LOM(學習對象元數(shù)據(jù))開發(fā)，是專業(yè)的教育資源描述工具，對資源屬性的描述詳盡、細致，便于實現(xiàn)資源目錄的簡化設(shè)計和操作，容易掌握和使用。該規(guī)范具有很好的可擴展性，能滿足不同需求。便于與其他基于LOM或CELTS開發(fā)的平臺實現(xiàn)互操作，在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。

3.高職教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范

通過分析以上幾種教育資源元數(shù)據(jù)標準，結(jié)合高職教育資源的特點，以CELTS為基礎(chǔ)制定高職教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范，規(guī)范對CELTS做了進一步細化，并加入了一些與資源屬性相關(guān)的擴展元素，以操作簡便化、應(yīng)用廣泛化和最大限度滿足不同需求為目標，實現(xiàn)資源屬性結(jié)構(gòu)的一致性，確保資源開發(fā)、資源檢索的規(guī)范性與開放性，并對資源目錄信息統(tǒng)一存放、集中檢索，為分布式教育資源整合提供元數(shù)據(jù)來源。

設(shè)計具體的教育資源元數(shù)據(jù)包括Title(資源名稱)、Creator

(資源作者)、Publisher(開關(guān)資源的唯一標志)、Category(資源類別)、Format(資源格式)、Size(資源文件存儲容量大小)、Keywords(資源的關(guān)鍵字)、SourceAddress(資源服務(wù)的實際地址URL)、Status(資源狀態(tài))等必需的數(shù)據(jù)元素。另外，Education(教育信息，包含講授、作業(yè)、討論、實驗、評價、課外擴展、管理等)、Coverage(覆蓋范圍)、Language(資源的語言類型)、Right(資源的使用權(quán)限)、Cost(資源的使用費用)、Description(資源的描述)、Review(資源的評價)為非必需的數(shù)據(jù)元素。

課程多媒體資源用XML語言描述如下：

李**

李**

計算機

課堂講授

PPT

8MB

OGSA，Grid

219.230.159.230

中文

0

適用于高年級本科生和研究生

4.元數(shù)據(jù)與教育資源數(shù)據(jù)關(guān)系

對原數(shù)據(jù)進行抽樣、整理，丟棄一些不必要的數(shù)據(jù)，保留一些必要數(shù)據(jù)，使在原數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上衍生的數(shù)據(jù)在人們的處理能力范圍內(nèi)，這種衍生出的數(shù)據(jù)稱為元數(shù)據(jù)。在衍生過程中，采取元數(shù)據(jù)功能單一化的方法，使元數(shù)據(jù)在功能上分離，同一數(shù)據(jù)衍生出許多不同的功能單一的元數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)的組成和結(jié)構(gòu)服務(wù)于單一功能。由于元數(shù)據(jù)功能的單一化，元數(shù)據(jù)內(nèi)部包含的基本數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)據(jù)的表達形式變得簡

單。一條元數(shù)據(jù)記錄由一組屬性或元素組成，這些屬性或元素對于所描述的教育資源是必需的。元數(shù)據(jù)有助于查找和描述教育資源，促進和改善對教育資源的檢索、管理和利用。這樣，把對數(shù)據(jù)的操作轉(zhuǎn)化為對元數(shù)據(jù)的操作，又通過數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)的聯(lián)系，影響對數(shù)據(jù)的操作，從而提高數(shù)據(jù)操作的效率。使用元數(shù)據(jù)對教育資源數(shù)據(jù)進行抽象和概括，有利于高職教育資源的整合與傳播。

高職教育資源可以抽象為多個數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集是具有相同主題的數(shù)據(jù)(信息)的集合，它可以是一個主題鮮明的數(shù)據(jù)庫，或是某個數(shù)據(jù)庫中的幾張表，或是幾個數(shù)據(jù)庫的集合等。把數(shù)據(jù)集作為描述高職教育資源的基本單位，每個數(shù)據(jù)集可以向外部提供針對數(shù)據(jù)集的訪問和維護方式。

元數(shù)據(jù)描述了高職教育資源的一切信息?？紤]到高職教育資源的多樣性和系統(tǒng)的分布性，元數(shù)據(jù)能夠為資源整合提供一個實際的同構(gòu)的資源環(huán)境。元數(shù)據(jù)服務(wù)主要是起到數(shù)據(jù)庫的作用，在這個數(shù)據(jù)庫中，教育資源傳播和發(fā)布其元數(shù)據(jù)描述內(nèi)容。元數(shù)據(jù)能夠有效地管理和利用教育資源。元數(shù)據(jù)通過開放鏈接技術(shù)(OpenURL)，在不同教育資源之間建立元數(shù)據(jù)級的鏈接，方便了教育資源的使用者。其層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

5.Alehemi網(wǎng)格中間件

Alchemi是著名的網(wǎng)格計算和分布式系統(tǒng)實驗室研發(fā)的Gridbus項目的一部分，是一種開源免費軟件。Alchemi網(wǎng)格中.間件基于NET Framework開發(fā)，是一個WINDOWS平臺的網(wǎng)格計算框架。Alchemi網(wǎng)格中間件和Globus Toolkit的共同組件的網(wǎng)格計算分層體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理(GSB)不僅可以使用Globus控制網(wǎng)絡(luò)資源，還可以使用Alchemi的跨平臺服務(wù)接口控制網(wǎng)絡(luò)資源。使用.NET支持的語言編寫的Alchemi面向?qū)ο蟮木W(wǎng)格線程模型，客戶端程序運行在Alchemi節(jié)點上，而使用網(wǎng)格任務(wù)模型編寫的應(yīng)用程序則可以被部署在Globus節(jié)點上。

Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理的目標是建立統(tǒng)一的資源調(diào)度服務(wù)，將基于異構(gòu)網(wǎng)格中間件的各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源進行統(tǒng)一管理與調(diào)度。用戶可以利用網(wǎng)格服務(wù)代理提交、調(diào)度、監(jiān)控、運行網(wǎng)格中的各項任務(wù)。由于一部分網(wǎng)格基于Globus，而另一部分網(wǎng)格基于Alchemic等其他網(wǎng)格中間件，在沒有統(tǒng)一的網(wǎng)格服務(wù)代理調(diào)度的情況下，要對批量任務(wù)進行處理，會非常繁瑣甚至不可能完成。而Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理符合各類網(wǎng)格中間件要求，能夠協(xié)調(diào)用戶與不同資源的直接通信連接，用戶無需管理所有的通信，只需要向Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理提交自身的需求，剩余的問題由Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理處理。也就是說，用戶通過連接Gridbus網(wǎng)格服務(wù)代理就能夠獲取各類異構(gòu)資源的屬性信息，而其他繁瑣的操作對用戶完全透明。

二、元數(shù)據(jù)服務(wù)模型

根據(jù)教育資源數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)，設(shè)計具有三層結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)服務(wù)模型，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

資源層將數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是經(jīng)過嚴格的標引后的數(shù)據(jù)，一般以二維表的形式存在，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中表/元組和對象數(shù)據(jù)庫中的類型/對象；半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則或不完整，如HTML、XML、電子郵件等；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是沒有經(jīng)過人為處理的不規(guī)則的信息，例如掃描圖像、傳真、照片、字處理文檔、電子表格、演示文稿、語音和視頻片段等。這些資源在服務(wù)層利用元數(shù)據(jù)服務(wù)進行管理。

服務(wù)層的主要任務(wù)是完成對規(guī)范化、統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)和命令的接收、執(zhí)行、轉(zhuǎn)換和發(fā)送，同時還以服務(wù)的方式管理資源。用Web Service將應(yīng)用系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)集和元數(shù)據(jù)的訪問功能封裝起來，通過元數(shù)據(jù)獲取接口和實體數(shù)據(jù)獲取接口，提供外部系統(tǒng)調(diào)用，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)和實體數(shù)據(jù)的集中訪問。Web Service接口規(guī)范規(guī)定查詢條件的輸入格式、查詢結(jié)果的輸出格式、查詢結(jié)果的元數(shù)據(jù)描述、查詢結(jié)果的顯示轉(zhuǎn)換規(guī)則。服務(wù)層包括通信接口、用戶身份認證模塊、資源管理模塊、元數(shù)據(jù)管理模塊、元數(shù)據(jù)獲取接口和實體數(shù)據(jù)獲取接口。

通信接口模塊接收用戶的資源訪問請求、資源庫傳來的資源請求或資源數(shù)據(jù)、資源庫發(fā)送的命令，對這些請求、數(shù)據(jù)和命令進行分解，調(diào)用其它模塊完成相應(yīng)功能；將資源庫的請求、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)范的命令和數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。用戶認證模塊按照一定的安全策略和用戶權(quán)限管理機制，對登錄、操作和請求資源訪問的用戶進行身份認證，保證授權(quán)用戶的訪問和操作。資源管理模塊監(jiān)控資源庫的數(shù)據(jù)添加、刪除、修改等變化，調(diào)用元數(shù)據(jù)管理模塊進行資源數(shù)據(jù)編目、提取元數(shù)據(jù)，將元數(shù)據(jù)存放到元數(shù)據(jù)庫中。元數(shù)據(jù)管理模塊監(jiān)控元數(shù)據(jù)庫的添加、刪除、修改等變化，并獲取變化后的元數(shù)據(jù)，向資源庫發(fā)出請求，更新本地資源庫變化后的元數(shù)據(jù)；調(diào)用各資源系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)獲取接口獲得元數(shù)據(jù)信息，并向外部提供元數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。各資源系統(tǒng)只需將元數(shù)據(jù)的變化通過Web Service元數(shù)據(jù)獲取接口反饋給元數(shù)據(jù)管理模塊。

訪問層以代理的角色接受用戶的請求，通過中間件技術(shù)把查詢請求轉(zhuǎn)換成資源系統(tǒng)的查詢語言和檢索方法，分別對各資源系統(tǒng)發(fā)出檢索請求，然后將各資源系統(tǒng)返回的結(jié)果經(jīng)過處理后呈現(xiàn)給用戶。

三、模型應(yīng)用

首先，根據(jù)高職教育資源的數(shù)據(jù)特點，通過前面述及的對描述教育資源的元數(shù)據(jù)標準進行分析，以CELTS為基礎(chǔ)制定并設(shè)計具體的符合高職教育資源特性、具有普遍適應(yīng)性的元數(shù)據(jù)規(guī)范；各教育資源數(shù)據(jù)集用元數(shù)據(jù)描述，根據(jù)制定的元數(shù)據(jù)規(guī)范部署相應(yīng)的元數(shù)據(jù)和實體數(shù)據(jù)訪問接口：然后，通過搭建統(tǒng)一訪問入口，并調(diào)用各教育資源數(shù)據(jù)集的Web Service接口，實現(xiàn)對服務(wù)層中間件各個模塊的調(diào)用，查詢到各教育資源數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)信息和實體數(shù)據(jù)信息，從而獲得來自不同教育資源數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)教育資源數(shù)據(jù)的透明訪問。

四、結(jié)束語

有關(guān)高職教育資源共享、資源整合和資源有效利用方面的問題一直是教育信息化發(fā)展的主要研究內(nèi)容和研究方向。本文對高職教育資源各數(shù)據(jù)集采用元數(shù)據(jù)描述的方法，利用網(wǎng)格中間件各個模塊調(diào)用獲取所需要的教育資源數(shù)據(jù)，對重復利用現(xiàn)有教育資源，提高教育資源利用效率具有積極的作用，為解決區(qū)域高職教育資源共享、整合和有效利用問題提供一種有益的思路，并具有實施成本低、可擴展性好、適應(yīng)性強的特點。