云環(huán)境中智能教育資源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭秋葉　余琦

摘要：教育資源庫(kù)建設(shè)是我國(guó)教育信息化建設(shè)的重要目標(biāo)，由于教育資源內(nèi)容豐富、形式多樣、資源異構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化等特性，構(gòu)建共享程度高的異構(gòu)資源統(tǒng)一規(guī)范存儲(chǔ)是一個(gè)亟待解決的問題。文章提出云環(huán)境智能教育資源管理系統(tǒng)模型，闡述以智能知識(shí)庫(kù)作為資源庫(kù)，以知識(shí)樹形式邏輯存儲(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)形式劃一表示，異構(gòu)資源集中存儲(chǔ)等內(nèi)容；說明系統(tǒng)采用B/S模式，用戶認(rèn)證進(jìn)入后可以對(duì)資源進(jìn)行瀏覽、檢索、評(píng)價(jià)、制作等操作，實(shí)現(xiàn)教育資源的共享互訪。

關(guān)鍵詞：教育資源庫(kù)；智能性；云存儲(chǔ)；管理信息系統(tǒng)

1.背景

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，教育信息化形勢(shì)愈演愈烈，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)教育的研究也不斷深入，課件、視頻、案例題庫(kù)、文獻(xiàn)資料、網(wǎng)站課程等教育資源大量存在于網(wǎng)絡(luò)中。如何構(gòu)建合理、高效存儲(chǔ)的教育資源庫(kù)是一個(gè)亟待解決的問題。目前，我國(guó)教育資源庫(kù)的建設(shè)現(xiàn)狀是：資源庫(kù)水平低、重復(fù)多，教育資源制作規(guī)范不統(tǒng)一，異構(gòu)資源無法跨平臺(tái)互訪，共享程度低，許多教育網(wǎng)站資源更新速度慢，與用戶的交互性差、反饋少，資源可重用率低，更新緩慢。大容量存儲(chǔ)、有效交互、高效查詢是教育資源庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵。針對(duì)我國(guó)教育資源庫(kù)現(xiàn)狀，筆者提出了云環(huán)境智能教育資源管理系統(tǒng)IERMSC（intelligent education resources management system in cloud）的設(shè)計(jì)。

在IERMSC中，資源庫(kù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、自適應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，由已注冊(cè)用戶上傳資源以及資源管理員制作存儲(chǔ)，用戶采用統(tǒng)一認(rèn)證的方式進(jìn)入系統(tǒng)，通過頁(yè)面指引進(jìn)行操作。為了在內(nèi)容豐富的系統(tǒng)中快速準(zhǔn)確地查找資源，IERMSC模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單檢索和高級(jí)快速檢索兩種方式定位資源，用戶可以根據(jù)資源名稱、類型、關(guān)鍵字等進(jìn)行檢索。為了優(yōu)化查詢速度，系統(tǒng)將設(shè)計(jì)一個(gè)智能推薦助手，利用智能化推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)資料的篩選，并向用戶推薦相關(guān)資源。為了方便用戶瀏覽資源，系統(tǒng)采用分頁(yè)方式按類別呈現(xiàn)資源。

2.研究現(xiàn)狀

目前，各種教育資源庫(kù)仍在不斷地研究建設(shè)。文獻(xiàn)采用分布式的系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合層次結(jié)構(gòu)和對(duì)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)等結(jié)構(gòu)的分布式資源庫(kù)，使資源庫(kù)建設(shè)范圍變大，提高資源存儲(chǔ)量的同時(shí)保證了數(shù)據(jù)訪問率。隨著網(wǎng)格計(jì)算研究興起，文獻(xiàn)利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格在解決跨組織資源的協(xié)調(diào)共享問題上的優(yōu)越性，研究一種基于網(wǎng)格平臺(tái)的分層模型，能夠安全有效地管理我國(guó)廣泛的教育資源，具有可擴(kuò)展性。文獻(xiàn)中研究者從學(xué)習(xí)對(duì)象出發(fā)提出用學(xué)習(xí)對(duì)象的理念設(shè)計(jì)資源庫(kù)系統(tǒng)，利用技術(shù)手段將學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)LOM轉(zhuǎn)換成教育資源庫(kù)的建設(shè)理念，提高資源的利用率，可擴(kuò)展性得到增強(qiáng)。在各種計(jì)算機(jī)語言中，XML語言標(biāo)準(zhǔn)開放，具有跨平臺(tái)兼容等特性，文獻(xiàn)利用SQL Server與XML開發(fā)教育資源系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化存儲(chǔ)和查詢處理，大大提高系統(tǒng)的性能。目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起，文獻(xiàn)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)教育資源庫(kù)的下一代物聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用模式，以物聯(lián)網(wǎng)教育資源的共享出發(fā)，提供一種隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)方式。文獻(xiàn)以學(xué)習(xí)材料為對(duì)象建立模型管理學(xué)習(xí)材料，為遠(yuǎn)程教育提供有效幫助。

無論基于何種對(duì)象，如果沒有很好的模型，建構(gòu)在平臺(tái)之上的系統(tǒng)就會(huì)缺乏系統(tǒng)性。通過文獻(xiàn)中以模型驅(qū)動(dòng)的MIS（managementinformation system）系統(tǒng)研究，了解到系統(tǒng)模型構(gòu)建的重要性。如今MIS已經(jīng)在各領(lǐng)域廣泛利用，文獻(xiàn)中提到一種MIS在醫(yī)學(xué)管理上的成功例子可以借鑒到教學(xué)領(lǐng)域的研究中。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和體系架構(gòu)

3.1設(shè)計(jì)思路

近年來，云計(jì)算技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。云計(jì)算是高度依賴互聯(lián)網(wǎng)、按需提供服務(wù)、高擴(kuò)展性、大量資源集中共享的一種新計(jì)算技術(shù)，能夠提供大量存儲(chǔ)空間，高度實(shí)現(xiàn)資源的共享，它是支持教育資源庫(kù)進(jìn)一步建設(shè)的十分重要的技術(shù)。目前，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字化教育資源類型豐富，它們不僅僅以結(jié)構(gòu)化的形式存在，還有許多半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的資源，資源表現(xiàn)形式多樣化，用戶與系統(tǒng)交互多。本系統(tǒng)運(yùn)用智能推理技術(shù)，采用B/S模式設(shè)計(jì)，知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)點(diǎn)采用樹形組織形式，復(fù)雜知識(shí)劃一形式表示，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)，完成用戶響應(yīng)并生成用戶要求的任務(wù)和問題的解釋。

3.2系統(tǒng)體系架構(gòu)

文獻(xiàn)中提到的云存儲(chǔ)具有備份機(jī)制，系統(tǒng)中的教學(xué)資源以數(shù)據(jù)塊的形式存儲(chǔ)在云的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞時(shí)，不會(huì)影響教學(xué)資源的正常使用，提高了系統(tǒng)的可靠性。

針對(duì)我國(guó)國(guó)情以及數(shù)字化教育資源內(nèi)容豐富多樣的特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)云環(huán)境智能教育資源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)主要分為4個(gè)層次：用戶訪問層、事務(wù)處理層、數(shù)據(jù)訪問層和物理層。

用戶訪問層：用戶通過瀏覽器訪問系統(tǒng)，與系統(tǒng)形成互動(dòng)。

事務(wù)處理層：封裝大部分的實(shí)際操作，為上層提供服務(wù)；同時(shí)，由下層提供支持實(shí)現(xiàn)本層的操作功能。

數(shù)據(jù)訪問層：作為系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交互的通道，用來處理系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)操作。

物理層：用來存放系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

4.IERMSC模型介紹

4.1系統(tǒng)功能描述

IERMSC是一個(gè)層次結(jié)構(gòu)模型，各層在自己的層級(jí)上實(shí)現(xiàn)一些功能，下層為上層提供服務(wù)，上層為下層的操作提供實(shí)現(xiàn)接口。在IERMSC模型中，用戶可以快速瀏覽資源、智能檢索并對(duì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。本系統(tǒng)根據(jù)用戶上傳的資料可用價(jià)值的大小，判定級(jí)別的高低，資源管理員一般為該領(lǐng)域的專家和級(jí)別高的用戶，他們可以對(duì)資源進(jìn)行制作、評(píng)價(jià)、審核、維護(hù)、推薦等。系統(tǒng)管理員可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、用戶管理、信息統(tǒng)計(jì)等。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）瀏覽資源。

基于教育資源內(nèi)容豐富性、表現(xiàn)多樣化，系統(tǒng)采用分頁(yè)方式進(jìn)行瀏覽，按類別呈現(xiàn)資源，用戶可以快速瀏覽某一類別的資源。

2）上傳/下載資源。

系統(tǒng)的主要功能之一是用戶利用系統(tǒng)上傳、下載資源，通過IERMSC模型保證資源的共享，同時(shí)提供用戶與系統(tǒng)的交互通道，這也是知識(shí)庫(kù)知識(shí)更新的方式之一。

3）資源的采集和檢索。

資源采集主要來自資源管理員制作資源并將資源保存入庫(kù)。在IERMSC系統(tǒng)中設(shè)計(jì)兩種檢索資源的方式，分別是簡(jiǎn)單檢索和高級(jí)檢索。簡(jiǎn)單檢索中用戶通過輸入資源名稱進(jìn)行搜索；高級(jí)檢索提供資源類型、關(guān)鍵字等字段檢索，這種方式便于用戶查看特定研究領(lǐng)域的所有資源。

4）資源評(píng)價(jià)。

資源評(píng)價(jià)是表征資源可用性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是用戶提升等級(jí)的渠道。IERMSC設(shè)定評(píng)價(jià)得分區(qū)間為[0，5]。評(píng)價(jià)越高的資源，在搜索時(shí)排位越靠前。

5）后臺(tái)管理。

系統(tǒng)管理員通過用戶注冊(cè)數(shù)量統(tǒng)計(jì)用戶量，管理用戶信息，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

4.2核心模塊設(shè)計(jì)

教育資源內(nèi)容多、形式多樣，因此，首先要構(gòu)建一個(gè)合理的知識(shí)庫(kù)；其次，需要設(shè)計(jì)人性化的操作，方便用戶尋找資源。為了解決以上的問題，我們進(jìn)行如下的設(shè)計(jì)。

4.2.1知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)

在IERMSC中，知識(shí)根據(jù)《教育部資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》分為媒體素材、題庫(kù)、試卷、網(wǎng)絡(luò)課件、案例、文獻(xiàn)資料、網(wǎng)絡(luò)課程、常見問題解答、資源目錄索引等九大類。為了使各類資源在IERMSC系統(tǒng)中更好地表示，我們?cè)O(shè)計(jì)資源代碼表示各類資源，具體代碼如表1所示。

針對(duì)資源結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，我們采用以知識(shí)點(diǎn)為單位的知識(shí)點(diǎn)邏輯結(jié)構(gòu)形式劃一表示，知識(shí)點(diǎn)字段分為固定屬性和拓展屬性（索引號(hào)、節(jié)點(diǎn)信息、優(yōu)先級(jí)等），以表的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)點(diǎn)信息以節(jié)點(diǎn)表的形式存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，節(jié)點(diǎn)表用于管理節(jié)點(diǎn)，可以修改、添加、刪除節(jié)點(diǎn)信息，提高系統(tǒng)檢索速度，優(yōu)化查詢。節(jié)點(diǎn)信息編號(hào)、節(jié)點(diǎn)名、父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)和類型。

4.2.2用戶信息設(shè)計(jì)

用戶信息是系統(tǒng)進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)的重要依據(jù)，用戶注冊(cè)后具有用戶屬性和對(duì)應(yīng)操作，根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)將用戶分為3類，用戶信息以表的形式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便統(tǒng)計(jì)。

利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)用戶的操作管理，將用戶類（User）設(shè)為父類，下面有3個(gè)子類，分別是注冊(cè)用戶類（RegisteredUser）、資源管理員類（ResourceManager）和系統(tǒng)管理員類（SystemManager）。父類具有用戶共有屬性和方法，各子類根據(jù)自身的功能實(shí)現(xiàn)父類抽象化方法的具體操作。

4.2.3資源推薦助手的設(shè)計(jì)

在IERMSC模型中，為了更好地向用戶呈現(xiàn)資源，同時(shí)優(yōu)化檢索速度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)資源推薦助手，以機(jī)器學(xué)習(xí)方式，將資源推薦給用戶。智能化推理規(guī)則設(shè)置如下：資源評(píng)價(jià)得分高低的判定，得分越高，優(yōu)先級(jí)越高，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)在調(diào)度的過程中優(yōu)先選擇，達(dá)到優(yōu)質(zhì)資源推薦的目的。

5.結(jié)語

云環(huán)境智能教育資源管理系統(tǒng)將大量資源存儲(chǔ)在云端，可以有效解決存儲(chǔ)容量問題；知識(shí)庫(kù)采用了復(fù)雜知識(shí)統(tǒng)一化的形式，領(lǐng)域知識(shí)采用樹形結(jié)構(gòu)構(gòu)造知識(shí)節(jié)點(diǎn)；系統(tǒng)采用分頁(yè)方式，用戶根據(jù)資源類型有序?yàn)g覽資源；采用簡(jiǎn)單檢索和高級(jí)檢索兩種方式快速檢索資源；利用智能推理機(jī)制為用戶設(shè)計(jì)資源推薦助手。另外，通過用戶對(duì)資源的評(píng)價(jià)以及資源管理員的審核，保證資源的質(zhì)量和更新。

（編輯：孫怡銘）