基于e-Science的民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)研究

徐天偉 甘健侯 李金緒等

[摘要]結(jié)合民族教育信息資源建設(shè)的科學(xué)研究、受教育者對(duì)民族教育信息資源獲取和應(yīng)用的具體需求，文章介紹了基于e-Science的民族信息資源服務(wù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)，并對(duì)民族教育信息資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)、科研協(xié)同平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行了研究。

[關(guān)鍵詞]科研信息化；民族教育信息資源；服務(wù)平臺(tái)

[中圖分類號(hào)]G40-057[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[論文編號(hào)]1009-8097(2012)01-9107-03

引言

國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)明確提出：全面提高少數(shù)民族和民族地區(qū)教育發(fā)展水平；公共教育資源要向民族地區(qū)傾斜；加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)；建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。

云南是民族文化資源大省，聚集了全國(guó)近一半的少數(shù)民族，是我國(guó)少數(shù)民族的主要聚居地之一，如何有效地保護(hù)、傳承其優(yōu)質(zhì)的民族文化遺產(chǎn)、開發(fā)民族教育信息資源是當(dāng)前面臨的重要研究課題?？紤]利用當(dāng)前國(guó)際前沿的信息處理技術(shù)，融合民族學(xué)、教育學(xué)等方面的知識(shí)，針對(duì)不同的民族特色和民族文化資源特點(diǎn)，以本體理論為基礎(chǔ)，結(jié)合受教育者、大眾對(duì)民族教育信息資源獲取和應(yīng)用的具體需求，研究如何綜合集成信息技術(shù)和手段，研發(fā)支持跨學(xué)科的科研合作，跨越時(shí)間、空間、物理障礙的資源共享與協(xié)同工作的軟件平臺(tái)和工具。構(gòu)建民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)的目標(biāo)是滿足受教育者和大眾對(duì)民族教育信息資源檢索和知識(shí)服務(wù)需求，它是構(gòu)建“科研人員+大眾+基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)+應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)+協(xié)作共享平臺(tái)”的綜合平臺(tái)，它能全方位、網(wǎng)絡(luò)化、綜合性的服務(wù)大眾和科研人員，以此滿足用戶的多元化需求。

一、e-Science概述

e-Science由英國(guó)在2000年提出，是為了應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)各學(xué)科研究領(lǐng)域所面臨問題的空前復(fù)雜化，利用新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Internet)和廣域分布式高性能計(jì)算環(huán)境(Grid)建立的一種全新科學(xué)研究模式，即在信息化基礎(chǔ)設(shè)施支持下的科學(xué)研究活動(dòng)。此后，該理念便席卷世界各科研領(lǐng)域，大家都試圖用它來解決本學(xué)科在研究過程中遇到的種種難題。

e-Science的意義：(1)使得全球性的、跨學(xué)科的、大規(guī)模的科研合作，跨越時(shí)間、空間、物理障礙的資源共享與協(xié)同工作成為可能；(2)這將改變科學(xué)家們從事科研活動(dòng)的方法和模式，極大地促進(jìn)交流合作，推動(dòng)科學(xué)研究的發(fā)展；(3)科研信息化是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息基礎(chǔ)設(shè)施在科研領(lǐng)域的率先應(yīng)用。

e-Science的特點(diǎn)：(1)開放式的科學(xué)研究；(2)資源共享，包括高性能計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、科學(xué)儀器等資源共享；(3)協(xié)同式的科學(xué)研究。協(xié)同式科研可以無空間障礙進(jìn)行合作研究，并且可以是跨越多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜的協(xié)同工作。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，科研人員之間的合作和交流更加密切，需要根據(jù)科研活動(dòng)和研究任務(wù)的需求，方便、靈活地創(chuàng)建虛擬組織，進(jìn)行資源分配和共享，有效地組織開展相關(guān)活動(dòng)。民族教育信息化科研協(xié)同包括虛擬工作臺(tái)、數(shù)據(jù)集成與共享工具、學(xué)科文獻(xiàn)檢索與交流工具、協(xié)作工具集等模塊。通過構(gòu)建民族教育信息化的科研協(xié)同環(huán)境，可以開展系統(tǒng)性、集成性、綜合性的科學(xué)研究，拓展科研能力。通過信息化的手段改善和優(yōu)化科研人員開展科學(xué)研究的方法，使用信息技術(shù)促進(jìn)科研人員進(jìn)行跨學(xué)科、跨地域、跨組織的交流和協(xié)作，提高科研效率和拓展科研能力。

二、民族教育信息資源服務(wù)研究現(xiàn)狀和研究意義

隨著人們對(duì)資源建設(shè)重要性認(rèn)識(shí)的深入，愈來愈多的學(xué)校、企業(yè)、機(jī)構(gòu)涉足于這一領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)教育信息資源服務(wù)平臺(tái)的開發(fā)模式主要有以下幾種類型：(1)由學(xué)?；騻€(gè)人創(chuàng)辦的學(xué)科資源或?qū)ｎ}學(xué)習(xí)網(wǎng)站；(2)基于校園網(wǎng)的教學(xué)信息資源庫；(3)由企業(yè)研發(fā)的大型數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)；(4)分層開發(fā)的區(qū)域性教育資源庫。

民族教育信息資源庫建設(shè)雖然取得很多成果，但考慮基于e-Science的民族教育信息資源語義化融合管理與創(chuàng)新服務(wù)的研究還不多見。云南省民族教育信息資源服務(wù)相對(duì)落后。要緊跟信息時(shí)代的步伐，必須轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新服務(wù)模式。網(wǎng)絡(luò)化和語義化融合管理可以解決邊疆地區(qū)民族教育信息資源服務(wù)的共享和網(wǎng)絡(luò)虛擬化，可以幫助改善和優(yōu)化傳統(tǒng)的民族教育信息資源服務(wù)研究方式。這項(xiàng)研究對(duì)民族教育信息資源服務(wù)和提高教育服務(wù)水平具有重要意義。

三、基于e-Scionce的民族信息資源服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

基于e-Science的民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)是構(gòu)建“科研人員+受教育者+大眾+基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)+應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)+協(xié)作共享平臺(tái)”的綜合平臺(tái)，它能全方位、網(wǎng)絡(luò)化、綜合性服務(wù)大眾和科研人員，以此滿足用戶的多元化需求。該平臺(tái)能夠使研究?jī)?nèi)容迅速有效的協(xié)作與交流，使研究成果在社會(huì)公眾中得到快速傳播。

民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)主要基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、本體技術(shù)、知識(shí)工程等先進(jìn)技術(shù)與方法，對(duì)民族教育信息資源進(jìn)行組織、管理與服務(wù)應(yīng)用。民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)包括五層：基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、服務(wù)平臺(tái)層、用戶應(yīng)用層和協(xié)作共享層。基于e-Science的民族信息資源服務(wù)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)如圖1所示：

基礎(chǔ)設(shè)施層包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、服務(wù)器、存儲(chǔ)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)和Internet，它為民族信息服務(wù)綜合集成平臺(tái)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算、存儲(chǔ)和管理提供基本的硬件支持。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層包括民族信息資源數(shù)據(jù)庫、領(lǐng)域本體知識(shí)庫、民族信息資源文檔庫和其它資源數(shù)據(jù)庫。涵蓋了民族信息資源的所有數(shù)據(jù)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)的獲取主要通過民族信息文檔及文獻(xiàn)資源等。

服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)支撐包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘、文檔挖掘、本體獲取與映射、日志挖掘和決策支持。

用戶應(yīng)用層包括用戶信息檢索、民族信息資源網(wǎng)站和個(gè)性化推薦；技術(shù)支撐包括個(gè)性化推薦技術(shù)、可視化技術(shù)、智能搜索技術(shù)、知識(shí)推理與服務(wù)、網(wǎng)站自動(dòng)生成。

協(xié)作共享層包括電子郵件系統(tǒng)、視頻桌面系統(tǒng)、VOIP系統(tǒng)、在線通訊系統(tǒng)和協(xié)同工作平臺(tái)。擴(kuò)展服務(wù)層在民族信息資源服務(wù)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有的、成熟的應(yīng)用系統(tǒng)無縫集成到平臺(tái)中，方便用戶使用。

四、民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)

民族教育信息資源獲取來源于Internet和Web頁面、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中現(xiàn)有的與民族教育信息相關(guān)的資源和應(yīng)用采集設(shè)備獲取的數(shù)字化民族教育信息資源，采取的內(nèi)容包括文字資源、圖書資源、圖片資源、音視頻資源；民族教育信息資源獲取、采集和組織管理機(jī)制是核心工作。

基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)獲取是該課題的基礎(chǔ)性工作，采集途徑多種。重點(diǎn)在信息模型的建立上。獲取的渠道主要有：(1)直接從云南省、州市、縣現(xiàn)有的民族教育信息資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并與之保持信息的一致性；(2)利用各種人工方式和途徑采集和更新民族教育信息資源；(3)利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)面向民族教育信息資源搜索和挖掘技術(shù)，獲取民族相關(guān)信息資源；(4)利用文獻(xiàn)搜索和挖掘技術(shù)獲取民族教育信息資源。

基于本體工程方法論Methontology，根據(jù)前期工作積累的大量民族教育信息資源，提取民族領(lǐng)域基本術(shù)語，分析民族教育信息資源中概念和概念之間的關(guān)系，研究了民族教育信息資源中概念和關(guān)系的表示形式，定義與概念相關(guān)的詞匯和實(shí)體，并構(gòu)建一組該領(lǐng)域內(nèi)的公理、定理和規(guī)則，構(gòu)成形式化的民族教育信息資源本體知識(shí)。

五、民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用

1.民族教育信息資源檢索技術(shù)

(1)基于本體的民族教育信息檢索技術(shù)

基于查詢擴(kuò)展和關(guān)系代數(shù)擴(kuò)展的語義檢索：從用戶查詢到語義查詢的轉(zhuǎn)換規(guī)則，使用轉(zhuǎn)換之后的查詢檢索數(shù)據(jù)庫；利用本體知識(shí)庫中的公理和規(guī)則來替換查詢中的概念或關(guān)系，以擴(kuò)大檢索范圍；將語義關(guān)系代數(shù)操作，如并、交、投影、連接等，應(yīng)用到不確定知識(shí)的檢索，實(shí)現(xiàn)對(duì)民族教育信息的復(fù)雜檢索。

將民族教育信息資源知識(shí)本體作為知識(shí)描述和檢索的語義基礎(chǔ)，利用本體推理，研究查詢請(qǐng)求的規(guī)范化處理、查詢請(qǐng)求的沖突檢測(cè)、語義查詢擴(kuò)展等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)查詢請(qǐng)求及其隱含語義的檢索。

(2)民族教育檢索自動(dòng)生成網(wǎng)頁技術(shù)

建立基于本體的科學(xué)家信息資源網(wǎng)站自動(dòng)生成模型，主要包括：個(gè)性化主題圖導(dǎo)航學(xué)習(xí)，智能化知識(shí)獲取與學(xué)習(xí)。智能化知識(shí)獲取與學(xué)習(xí)可以在海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行智能知識(shí)獲取，系統(tǒng)能自動(dòng)地把檢索的內(nèi)容，組裝成為一個(gè)界面，相當(dāng)于一個(gè)門戶網(wǎng)站。這個(gè)界面不是線性的羅列，它可以大大地提高用戶的效率。

2.基于語義的民族教育信息資源知識(shí)服務(wù)

(1)本體知識(shí)庫與數(shù)據(jù)庫的集成技術(shù)

民族教育信息資源建立的本體知識(shí)庫和現(xiàn)有的民族數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)，兩者的集成能夠?yàn)橹R(shí)服務(wù)對(duì)象提供更多的資源信息，采用一定的機(jī)制基于數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫的存儲(chǔ)和推理。

將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為語義Web格式的文檔數(shù)據(jù)(如RDF、OWL等)，從而可以利用語義Web查詢機(jī)構(gòu)進(jìn)行查詢或推理；將數(shù)據(jù)庫模式用更具有明確語義的本體來表示，在數(shù)據(jù)庫模式與本體之間構(gòu)建映射關(guān)系，可以將對(duì)本體的查詢轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)據(jù)庫的查詢；使數(shù)據(jù)源在更高的抽象層進(jìn)行語義交互，有助于不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和融合。

(2)民族教育信息資源知識(shí)服務(wù)技術(shù)

民族教育信息資源知識(shí)服務(wù)技術(shù)主要包括：基于知識(shí)獲取與學(xué)習(xí)的民族信息資源網(wǎng)站個(gè)性化推薦技術(shù)、可視化技術(shù)等。

個(gè)性化推薦技術(shù)：通過收集用戶信息進(jìn)行用戶喜好的判斷，用戶信息收集方法包括顯式收集和隱式收集。顯式收集主要是依靠用戶自己的個(gè)人信息輸入，收集數(shù)據(jù)可能有用戶的出生年月、婚姻狀況、工作狀況以及個(gè)人興趣等。隱式收集則獲取用戶訪問記錄、日志等信息?？紤]構(gòu)建個(gè)性化推薦系統(tǒng)，把民族信息資源按需求推薦給用戶。

可視化技術(shù)：在知識(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)中使用可視化技術(shù)，可以用圖像、表格來顯示信息，讓用戶對(duì)信息含義的理解更加深刻。通過不同的展示機(jī)制將檢索結(jié)果用可視化技術(shù)很直觀的呈現(xiàn)給用戶。

六、結(jié)語

結(jié)合民族教育信息資源建設(shè)的科學(xué)研究、大眾對(duì)民族教育信息資源獲取和應(yīng)用的具體需求，研究如何綜合集成信息技術(shù)，研發(fā)支持跨學(xué)科、跨時(shí)空的資源共享、信息檢索的軟件平臺(tái)和工具；并且滿足科學(xué)研究、受教育者、大眾對(duì)民族教育信息資源檢索和知識(shí)服務(wù)需求，這就是構(gòu)建基于e-Science的民族教育信息資源服務(wù)平臺(tái)的目標(biāo)。

基金項(xiàng)目：本文受民族教育信息化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目；云南省人才計(jì)劃項(xiàng)目(2009C1062)；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃面上項(xiàng)目(2011)資助。

作者簡(jiǎn)介：徐天偉，云南師范大學(xué)信息學(xué)院教授，在讀博士。研究方向：教育管理、智能信息處理。

收稿日期：2011年9月6日

編輯：小西