（教育技术学专业论文）教育网格中资源元数据管理研究.pdf

摘要 教育网格中大量的教育资源形式多样，格式不一，无法进行统一有效的协调 和管理。对于教育网格中的资源，使用元数据描述可以实现对本地资源的整合， 屏蔽各种资源信息的复杂性，最终实现资源和信息的共享。论文主要研究分析了 国内外教育资源元数据标准的特点，依据我国的专门数字对象描述元数据规范， 设计了适合西安电子科技大学网络教育学院教育资源特点的元数据描述模型。结 合w e b 服务的框架标准，提出一种教育网格中元数据w 曲服务的模型，并对u d d i 协议的内容和规范进行系统的分析，设计了元数据服务注册中心的信息模型。建 立基于w 曲服务的元数据管理系统开发框架，设计系统的功能模块，实现了元数 据管理系统中的主要功能。本文在教育资源的规范化标准化表示与w 曲服务技术 的基础上，解决了教育资源信息的管理、发布和资源搜索的问题。 关键词：教育网格元数据w e b 服务u d d ix m l a b s n a c t l a r g e i i iq 咖t i t y 觚l dd i 丘b 陀m i n 内咖姐d f o 咖a t t h ee d u c a d o n 陀s o u r c c s i n t b e e d u c a t i o ng r i da f ch a r dt 0 埘1 i f _ o r ma n dm a n a g ee 髓“v e l y h o w 时谢l ht 1 1 em e 血o d o fm e t a d a t ad e s c r i p t i o n s u c hr e u r c 髓c a nb ei n t e f a l e d 、 讹t 1 1 e1 0 c a lr 郎o i sa n d 咖p l e ) 【i t yo fd i 丘；删tl d 埘缸o ff e u r i i l f o n 阻t i o nc 锄b es c r 咖e d ，t h u s 删i z i i l g s h a 托o f r c u d c 髂如di n 】f o m m t i o 也t h ep a p e rh 器a c c 伽1 p l i s h c df o u r “p e r i m e n t s f i r s t i th a s 鲥删e d 也ec h a 糟c 耐s t i c so fe d l l c a 土i r e u r c em e l a 血诅n o r l n si nc h i n aa n d o 血e fc o 啊t r i 髂纽db 勰c d 地s t i l d ya n d f ) r 舔0 循掰删翻d j 嚼c 脚z 7 叫 0 f5 ：p 配翻，y 6 u r ed | & 腰c ld c s i 口e dam 锄| d a l ad e s c 邱t i o nm o d e l 血f o r 山e e d u c a t i o nr ；e u r c e so fm d 研u h 旧憎妙船柳。庸e 幽c 口“d 耐口删音吵s e c o n d ， c o m b i l l i l l gw 曲s e r v i c c 缸m es t 姐d 2 l r 出，t l i ep a p e rh 觞a l s op r o p o dam o d e lf o r m e t a d a t aw 曲s e f “c ci l lt h ec d u c a l i o ng 喇t h i r d ，t l l ep a p e rh 髂c o n d u c t e ds y s t e l 枷c 黜a l y 蓟so n 血ec o n 蜘t s 缸d n so fu d d ip r o 锄la i l d 出吣d e s i 霉1 e da n 血f o r i l l a t i 叩 m o d e lf b rt l l em e t a 如s e r v i c er e g i s t r yc e n t e r f o u r t h ，t l l ep 印e rh 笛s c tu pa w e b s e r v i c e - p u r p o 辩d e v e l o p i n g 丘锄ef o rm e t a d a ：【am a n a g e n l e n ts y s t 哪锄dd e s i g n e d t h e 矗m c t i o n a lm o d “船f b rt h es y s t 锄t or e a i i z ei t sm a i l lf i l n c t i o i l s b a s e do nm e t 龇妇 e x p 陀s s i o n o fe d u c a t i o d s o u r c e sa n dw e bs e n ，i c ct e c h n o l o 百既，m ep a p e rh 船 s u c c e s s m l l y 1 w 缸t h e 邮b l e i i l si l lp u b l i s h i i i g 觚dm 蛆a g e m e n to fe d u c a t i o nr e s o u r c e i r d b 彻a l i o na sw e l la si nr e s o u r c es e a r c l i k 叩v o r d s ：e d u c a t i o n 刚d m e t a d a 纽w e bs e r v i u d d ix m l 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果i 也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： i 垄鸳每 日期2 璺! ) ：王12 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容。可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于机密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 2 笙坳 日期 3 1 1 z ：3 ：! z 导师签名：一二 嘏日期占垡妞 、jt 第一章绪论 第一章绪论 网纠”是继功t 如c t 之后又一次重大的科技进步，有人将其称为下一代互联网。 它是集成的计算与资源环境，其核心消除信息孤岛，实现资源共享( 包括计算资 源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等) 。现代教育技术以 计算机网络为代表，基于网络的远程教育在现代教育中扮演着重要的角色。而互 联网的发展趋势是网格，面对新形势、新技术、远程教育应该如何发展? 必须从 理论上进行深入研究，从技术上进行不断探索。i n t e m c t 的发展虽然极大地促进了 现代教育技术的发展，特别是以互联网为基础平台的远程教育的发展，但因为整 个互联网的异构性( 从硬件到软件系统) ，导致了教育资源不能充分共享，重复开 发现象非常严重。网格技术应用到远程教育领域，将会极大地改变现有远程教育 的现状。但是网格技术在各个领域中的应用，还都处于探索和实验阶段，因此选 择“教育网格中资源元数据管理研究”这个课题，具有较大的理论意义和应用价 值。下面主要从三个方面来阐述选题的背景： 1 教育网格研究现状； 2 教育网格中资源的元数据描述与管理内容； 3 本文主要工作与论文组成。 1 1 教育网格研究现状 美国是网格研究【2 键步最早的国家，美国多家研究机构开展了与网格相关的研 究工作，制定了很多网格研究计划，如美国国家科学基金会资助的t e f a g t i d 、美国 国防部的“全球信息网格，( g i g ) 、美国政府资助的“大型物理实验网格”( 嘶p h 邶及 美国能源部的a s c i g f i d 、国家技术网格( n t g ) 等计划。欧洲近来启动了一系列网 格开发计划，其中比较著名的欧洲数据网格计划( d a 诅g r i d ) 涉及到欧盟的二十几 个国家，其目的是开发一种能支持全球性分布科学探索的全新环境，该计划的重 点是高能物理学、地球科学和生物信息科学等科学应用领域。 我国同世界其他各国政府一样，在网格计算方面做了大量基础性和前瞻性研 究工作。己开展了“中国国家网格”、“教育科研网格”，“织女星网格”和“先进计算 基础设施北京、上海试点工程”等五大网格项目的研究【3 】。网格计算研究主要集中 在中科院计算所、清华大学等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。在 国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 的支持下，我国的多项网格研究已经取得 了突破。 中国教育科研网格即教育网格1 4 】，是教育部在2 l l 工程”公共服务体系建设中 设立的重大专项，力图解决中国教育科研网( c e 鼢正t ) 中网络计算面临的无序性、 2 教育网格中资源元数据管理研究 自治性和异构性等问题，将c e 姗上分散、异构、局部自治的巨大资源整合起 来，通过有序管理和协同计算，消除信息孤岛，发挥综合效能，满足高校科学研 究的迫切需要。 目前，我国教育网格己成功开发和部署了生物信息学、图像处理、计算流体 力学、海量信息处理和大学课程在线等五类应用网格。生物信息学网格提供了1 2 0 余种生物信息学软件工具、3 5 种相关数据库服务和全基因组序列图谱组装等6 种 典型网格应用；图像处理网格提供1 4 类3 5 种图像处理服务、约1 0 万张医学图像、 l 万份诊断资料，支持数字化虚拟人等3 种典型网格应用；计算流体力学网格集成 了3 0 多种流体力学软件，提供4 0 多种网格服务，支持飞行器优化设计等4 种典 型网格应用；海量信息处理网格整合了1 8 个大学数字博物馆的资源，提供4 大类 l o 万余条数字标本，支持西藏羊八井宇宙线a s y 实验等3 种典型网格应用；大学 课程在线网格提供近3 0 0 多门大学课程和3 5 0 0 小时的课程录像，通过1 7 个城市 的2 2 台服务器联合提供网格环境下的教育视频点播服务。将大大简化学生与研究 人员共享全国教育与计算资源的方式。发挥国内高校优秀教育科研资源的共享， 大大节省投资。 中国教育科研网格目前应用得最多的地方是科研机构和高等院校的高性能计 算课题，对共享和存储要求非常高，需要展开更多的研究。可能会遇到以下技术 难题 1 资源的副本管理和更新同步问题； 2 用户访问权限控制问题； 3 资源描述标准、异构资源整合问题； 4 资源检索的快速性和准确性问题； 5 资源访问的调度问题，如何最优化的调度资源，降低网络开销。提高系统性 能问题。 1 2 教育网格中资源的元数据描述与管理内容 网格技术推动资源共建共享，改变现有资源共享模式。教育网格已经积累了 大量的教育资源。面对如此庞大的数据资源，如何对这些数据进行规范化标准化 表示，从而能够方便地进行数据共享、交换和整合，进而有效地开发利用，是摆 在我们面前的一项亟待解决的问题。 1 2 1 教育网格中资源的元数据描述 元数据是描述数据的数据【司，网格中的所有元数据构成了元数据目录，它采用 统一的结构来描述元数据。元数据目录为用户身份认证、数据定位、访问控制、 第一章绪论 数据复制等提供支持。元数据可以分为系统元数据( s y s t e mm c t a d a l a ) 、副本元数 据( r e p l i c am 盹i d a l a ) 和应用元数据( 印p k a t i o nm 晚l d a ：t a ) 。系统元数据主要是关 于网格自身结构的信息，比如，网络互联情况、存储系统的容量和使用策略等。 副本元数据主要是关于数据副本的信息，比如，文件与具体存储系统之间的映射 信息。应用元数据主要是关于与具体应用相关的文件的逻辑结构或语义的信息， 比如，数据的内容和结构、获取数据的必要条件等。 对于教育网格数据，元数据的使用，可以使网格资源更好的定位以方便用户 查找，相应数据存取标准的完善，可以使数据存取方法更加规范化。基于元数据 实现对于本地资源的整合，屏蔽各种信息资源的复杂性，只需进行资源的定义和 配置，即可实现对于信息资源的管理、发布和统一资源搜索。 为了实现命名、定位和访问的透明性，网格需要有效的管理数量繁多的名字 和属性，以及它们之问的关系，需要一种统一的全局命名方式，需要管理数据集 的定位信息，需要有效管理数据资源存储形式等相关信息。同时，也需要管理系 统资源的安全、授权、访问控制等信息。而这些管理的实现要依赖于元数据的管 殚。 1 2 2 教育网格中资源的元数据管理内容 元数据的管理包括元数据的命名、发布和访问，并为用户提供统一的访问接 口【7 l 。网格中的所有元数据构成元数据目录。在元数据目录中，应该尽量采用统一 的结构来描述元数据，这对于应用元数据而言比较困难，主要是因为不同应用的 元数据之间的差别比较大。目前，关于应用元数据的描述主要有两条途径： 一方 面。有关应用领域的科学家对各自领域的元数据的描述进行了详细规定；另一方 面，采用m 。语言对应用元数据进行描述。 本论文主要是对教育资源中应用元数据，也就是描述元数据的管理的研究， 并结合西安电子科技大学网络教育学院的教育资源的特点，设计了资源的描述方 式，并设计实现了基于w 曲服务的元数据管理系统。 1 3 1 论文主要工作 1 3 论文主要工作与结构 基于教育网格的远程教育，以其灵活的形式为人们提供了一种新的教学方式， 成为实现终身教育和个性化教育的理想手段。针对教育资源的重用、共享和互操 作问题，本文在教育资源的元数据描述基础上，结合w 曲服务技术，研究了教育 资源的共享、发布和互操作框架，其主要工作体现在： 4 教育网格中资源元数据管理研究 i 研究了教育网格的组成及校园网格教学节点的构建，并阐述了元数据描述在 教育网格中的重要作用和元数据管理的主要内容。 2 根据描述元数据的的设计方法，分析并吸收了国内外教育资源相关标准中资 源元数据描述的优点，设计了适合西安电子科技大学网络教育学院中教育资源自 身特点的元数据描述。 3 深入研究了矾铀服务的体系框架提出了一种基于w 的服务的元数据网格服 务模型。并给出了一个符合u d d i 规范的元数据服务注册中心u d d i 开发框架， 设计了元数据服务注册中心的信息模型，并对注册中心u d d i 功能的a p i 进行了 分析和研究。 4 建立了一个基于w e b 服务的元数据管理系统开发框架，设计基于w e b 服务的 元数据管理系统的功能模块，实现了元数据管理系统中的主要功能，并详细论述 w 曲服务注册的实现方法。 1 3 2 论文结构 本文阐述了教育网格中资源元数据管理研究，具体内容按下面的顺序依次叙 述： 第二章，主要分析了我国的教育网格结构及基于网格的远程教育系统结构，并 对教育资源元数据管理在教育网格中的作用和w 曲服务技术进行了论述。 第三章，首先从元数据的概念和设计方法出发，分析了s c o i t m 标准中元数据 描述和我国教育资源建设技术规范信息模型的特点，并根据西安电子科技大学网 络教育学院教育资源的特点对资源进行了元数据描述。 第四章，首先介绍了w 曲服务的框架标准，提出了一种教育网格中元数据w 曲 服务的模型，在此基础上对标准u d d i 协议的内容和规范进行了系统的分析，设计 了元数据服务注册中心的信息模型，并对注册中心叻d i 功能的a p i 进行了分析和 研究。 第五章，主要建立了个基于w e b 服务的元数据管理系统开发框架，设计了 系统的功能模块，并详细论述w e b 服务注册的设计和实现。最后实现了元数据管 理系统中的主要功能。 第六章，对全文进行总结，指出本文研究工作的主要成果，并对今后的工作方 向进行了展望。 第二章教育网格 第二章教育网格基础研究 教育网格的核心是教育资源的共享和教育服务系统的建立。尽管传统的网络教 学系统或者基于网格的远程教学系统都强调共享，但这种共享还是处于相对较低 的水平上。从教学资源上来看，形式多样，格式不统一，无法进行统一有效的协 调和管理；从硬件和操作系统来看，各种异构系统并存，许多远程教学系统无法 在不同的平台上运行；从实现的方式上来讲，大多是静态或动态( 用a s p 或j s p 实 现) 的w 曲页面，没有体现服务的概念。而教育网格远程教学系统通过为用户提 供统一的服务接口，实现更高层次的共享，这种共享不仅仅体现在教学资源上， 而且包括各种硬件资源的共享。对于学习者来讲，不必知道学习服务有谁来提供 和怎样提供，对于教学资源的开发者来讲，可以通过统一的接口，来实现更为快 速的开发。 2 1 教育网格结构 国家教育网格是一个应用网格，在这个平台里，每一个加盟的学校都是一个 网格节点，各个学校的资源放在本地的节点上，通过网格技术，实现对全国各地 的优质资源共享。站在任何一个学校的角度上，本学校都是“中心”或“主节 点”，其他共享资源的学校是“普通节点”。在网格平台里，每个学校都是一个 主角，学校把资源存放在自己本地的服务器上，自主管理自己的资源。教育网格 以高等院校和科研院所作为其主要节削卅，当然从事网络教育的公司和团体也可以 加入到教育网格系统中来。这些节点通过如图2 1 所示的方式进行连接以进行全国 范围内的信息共享。 中国教育科研同 图2 1 教育网格框架图嗍 6 教育网格中资源元数据管理研究 由图2 1 中知，教育网格系统由下面几个部分组成： 1 网络平台 网格以计算机网络为传输平台，并且在传输中仍然使用了传统的网络传输协 议，现有的计算机网络将会成为未来网格系统的基础。本文主要讨论的是教育网 格，图2 1 中网络平台以中国教育科研网为例。 2 教育网格节点 网格节点是网格系统中最为重要的部分，网格功能的实现从根本上来讲是依 赖于网格节点的。网格节点内含了网格资源、网格服务的实现。无论网格服务的 实现有多么复杂，网格节点提供的网格服务接口掩盖了网格服务实现的复杂性， 使得人们可以透明的使用这些网格服务。教育网格服务的主要对象是学习者和网 络教学系统的开发者，因此其内部的资源也是以教育资源为主。这些服务通过网 格服务描述语言( g s d l ) 或者w 曲服务描述语言( w s d l ) 对外发布。人们通过 网格服务描述语言或者w 曲服务描述语言，得到该服务需要的参数以及服务为用 户提供的反馈。图2 1 中的教育网格节点以中国教育科研网地区网络中心为依托。 3 服务注册中心 服务注册中心的功能是为用户提供全国范围内的网格教学服务的查询。学校、 科研院所开发的网格教学服务，怎么样来共享，用户怎么知道网格系统有这样的 服务，都依赖于教育网格的服务注册中心。网格教学服务通过u i ) d i ( u 1 1 j v e 嘲l d e s 函p t i o i l d i s c o v e a n di n t e l 蜊i o n ) 协议，注册到教育网格服务注册中心。客户 端或者说学习者通过服务注册中心可以查找到所有在此注册的网格教学服务的信 息。对于教学系统的开发者，可以把在注册中心查到的网格服务，直接嵌入到教 学软件的开发当中，而对于学习者，可以通过网格门户网站，进行学习，或者通 过直接进行学习活动。 4 网格门户 网格门户网站可以看作为用户提供网格服务的w 曲页面。网格门户和传统网 页从表面上看没有太大的区别，但是其内含却是不同的。为了更方便地从教育网 格上取得用户需要的服务，在网格系统中提供这样的网格门户网站是非常必要的。 大多的用户或者学习者将通过网格门户网站，来进入网格系统，以取得所需要的 服务，从而进行学习活动。 5 客户端 在教育网格系统中，客户端代表服务的对象或者说学习者。客户端不仅可以 使用网格资源，享受网格服务，同时也可以利用网格资源和服务来构建自己的应 用。 以上就中国教育科研网为平台，说明了全国范围内网格系统的结构。因为网格 的结构具有自相似的特征，因此较大规模的网格系统和小范围内的网格系统结构 第二章教育网格 7 是相似的。比如一个省市，也可以以同样的结构建立自己的网格系统。省市网格 系统以省市所属的一些高等院校或科研院所为节点，同样可以有自己的网格服务 注册中心，自己的网格服务门户网站等等。为了能有效地发挥网格的作用，网格 节点要致力于网格服务的开发。 2 2 教育网格中教学节点的构建 目前，中国大多数的高等院校都接入了中国教育科研网，校园网在高等院校的 教学、科研、管理等方面发挥了巨大的作用。但是由于符合远程教育标准的教学 资源较少，又缺乏校际间的合作，重复开发问题突出，浪费了许多的人力和财力。 在理论上，教育网格可以完好地解决上述问题，但前提是，高等院校和从事远程 教学的机构要首先建立自己的网格教学节点。 通常情况下，高校校园网提供w w w 、f t p 、视频点播、m a j l 等网络服务， 同时也基于校园网提供教学、教务、科研等等管理服务。许多高校都提出了数字 化校园的设想，并且在网络基础设施和应用系统的建设上，也正在一步步地实施 数字化校园的方案，但目前校园网的结构和应用系统的建设构架还是显现了其不 足。网格被认为是下一代互联网，当然对于高等院校校园网的建设，其各项服务 也都应该纳入到网格服务体系当中。从应用的角度，作为网格教学节点的未来校 园网的理想结构应该如图2 2 所示： 图2 ，2 校园网的结构 图2 2 展示了以网格服务为基础的未来校园网的结构，实际上，网格服务既是 未来校园网的基础，同时也是未来校园网的核心。o g s a 网格体系结构口】就是个 以服务为中心的体系结构。第一层是由计算机、交换机、路由器等网络硬件资源 和数据库( 或数据中心) 资源等组成的校园网资源系统；第二层是在第一层基础 上的网格服务实现，该层是实现校园网服务功能的关键，但是该层对于外部来讲 是透明的，人们不需要知道该层节，甚至对于应用系统的开发者，也不需要知道 其网格服务是怎样实现的。该层实现了哪些服务，怎样对外提供服务，都是由其 教育网格中资源元数据管理研究 上一层网格服务接口来对外发布。应用系统的开发者，只要通过网格服务注册中 心查找到校园网上的服务，获得该服务的调用方式，就可以根据系统的需要，把 该项服务嵌入到其应用系统中。 网格以服务为核心，而其最终的目的是资源和信息的共享，图2 2 所示的校园 网结构，不但能通过网格服务接口，为本校提供网格服务，同时，也为校际间资 源和信息的共享提供了基础。对于最终的用户，所享受到的网格服务，实际上是 通过应用系统得到的，应用系统作为与用户沟通和交互的界面的同时，担负着给 网格服务传递信息、启动网格服务、将网格服务的结果传送给用户的任务。网格 系统将服务的实现和用户界面进行了有效的分离，这样就使得网格服务开发者可 以专注于网格服务的开发工作。在教育网格系统中，网格服务的开发，实际上就 是基于网格的远程教育系统的开发。 以网格为基础的远程教育系统【9 】，是整个网格系统的一个子系统，在了解了校 园网格教学节点构建基础上，再对校园网内以网格为基础的远程教育系统进行更 深刻的认识。网格为基础的远程教育系统从表现形式上和传统的远程教学系统并 没有太大的区别，但在服务器端的处理上，采用了网格技术，使得大范围内的资 源共享和服务共享成为可能。因此，对于学习者，通过教育网格，能够得到更多 更好的服务。 考虑到网格系统的跨平台性，一般服务器端采用：网格环境+ j a v a + s e r v l e t + h n l + x 蛐l + 网格服务+ 数据库技术，事实上，现有的最著名的g l o b i l s 网格开发工 具就是用j a v a 编写的。 用户界面 教学应用系统图书馆应用系数据库服务应同格计算应用其他应用系统 统用系统系统 ln l 服务器：网格运行环境+ j a v a + s a v i c t + h 衄i + x i i l i 网格服务+ 数据库 j f 【教育资源：课件、文件资料、数据库，计算资源 图2 3 基础网格的远程教育系统结构图【9 j 图2 3 是基础网格的远程教育系统的结构图。其中在服务器端，首先应该有网 格运行环境，教学网格服务开发后，要部署到运行环境中。作为后台运行的网格 服务，可以和提供用户界面的支持j a v a 的服务器分离，因为网格服务可以位于网 第二章教育网格 9 格系统中的任何位置。用户界面是用s e r v l e t + h 叫制作的w 曲页面，管理员通过 该页面对不同的教学应用系统用户进行创建、管理，学习者则可进行注册登记进 入网格教学应用系统进行学习活动。一旦系统收到学习请求，w 曲服务器通过 s e r v l e t 进行网格服务的调用，然后通过m 加，的形式回传给用户界面。网格服务 是一个比较复杂的过程，很有可能会涉及到数据库、知识库亦或是其它的很多的 软件资源和硬件资源，但这些都是透明的，用户不知道其实现过程也不必关心其 实现过程。 2 3 教育资源元数据管理 远程教育发展的过程导致了目前的远程教育资源具有以下几个特点： 1 教育资源信息量巨大。在资源多样性和检索机制并不完善的情况下，当信息 量超过一定的限度时，用户无法快速获取其所要的教育资源。 2 教育资源本身的复杂性。由于初期缺乏一个统一的资源建设的标准和规范， 并且这些资源仅仅局限在各自的系统范围内应用，而无法在整个互联网范围内实 现资源的共享、重用。这使得网上充斥着许多不同方向、不同领域、不同格式的 复杂的非标准的资源。 3 远程教育资源的重复建设。每一个实施远程教育的站点都在建设符合自己标 准、适用于自己系统的资源，这在一定程度上都是重复地建设着其他很多站点都 已建设过的资源。 4 资源无法精确定位。随着多媒体技术的发展，文本、图片、动画，音频、视 频等都是资源的表现形式多样化，但是目前资源的表述文件h 刑l 文件只能规定好 如何显示呈现一个资源文件，而不是使用那些数据所代表的意义，大部分的资源 都缺乏对自身的描述。特别的，随着垃圾信息的日益增多，资源的精确定位就变 得更加困难。 5 教育资源不易管理。对资源本身而言，目前网上大量存在着的是不同形式的 复杂资源，同时这些资源又是分散的、孤立的，无法用一个统一的方式来同时浏 览所有的资源。对资源的管理系统而言，目前常用的基于w c b 的管理系统所管理的 是资源的储存和表现形式，而不是从资源所描述的内容和知识点上进行管理。 由于远程教育资源建设规范的不完善以及大量早期远程教育资源的存在使得 目前这种多种类型资源并存的状况还将持续相当长的一段时间。随着应用的不断 发展，网格也在不断发展，元数据在不断增多，其结构也日趋复杂。 然而元数据技术【1 川是实现数据有效发现、管理、共享、交换和整合的主要手 段之一，其重要作用可以从数据资源和服务两个方面来看。就数据资源而言，教 l o 教育网格中资源元数据管理研究 育网格可以利用元数据标准和技术描述及对外发布其现有的教育资源，提高教育 资源的可用性和被利用率，此外，可以通过元数据记录有关教育资源的建立、结 构以及维护等方面的信息，教育资源管理者可以通过这些元数据对教育资源进行 有效的管理，教育资源使用者也可据此了解教育资源的一些背景资料；而服务是 向需求对象提供一种或多种价值的功能的活动或行为，它使得教育资源得以被访 问、管理和向用户提供增值应用。资源描述元数据和服务元数据两者分别属于不 同层面上的元数据规范，但对于教育资源而言，二者可共同为教育资源的充分利 用奠定良好的基础。本文开发的元数据管理系统就是为了屏蔽各种信息资源的复 杂性，只需进行资源的定义和配置，即可实现对于教育资源的管理、发布和统一 资源搜索。通过在不同网格教学节点使用该系统，便可以将所有资源开发者的元 数据信息都集中到元数据服务注册中心u d d i ，进而通过元数据可以对外提供各种 各样的数据服务。 2 4 国内外教育资源相关的元数据标准 由于元数据的广泛存在，导致元数据标准层出不穷，并且存在于各个领域， 下面主要介绍与教育资源有关的元数据标准。 网络教育资源标准主要包括两个主要方面：元数据描述和内容包装。学习对 象元数据( l e a r i l i n go b j e c tm e t a d a t a ) 【1 1 】是描述学习对象数据的数据，应用元数据 的目的是为了增强网络教育资源的可获取性；内容包装是关于一个学习对象内部 各网络教育资源之间组织关系的描述性信息，其主要目的是增强学习对象的互操 作性。学习对象的元数据描述是学习活动得以进行的基础。 国外关于教育资源标准的研究起步于2 0 世纪9 0 年代末，相互借鉴、互相兼 容，并逐步完善。其中影响较大的有l l z j ：o c l c ( o n l i n e c o m p u t e r l i 哳町c e i 她r ) d u b l i nc o r e 的d u b l i i lc o 他元数据规范，i m s ( i n s 仇：i 嘶o nm a i l a g e m e n ts y s t e m ) 全 球学习联合公司的k a r n i l l gr e s o u r m e t a d a t a ( 学习资源元数据规范) 和c 彻| e m p a c k a g i n gs p c c i f i c a 士i o n ( 内容包装规范) ，正e el t s c ( l e a 曲gt c c h n 0 1 0 9 y 吼m d a r d s c o m l n i t c c c ) 的l o m ( l 鲫r i l i n go b j e c tm e t a 血t a ，学习对象元数据) ，a d l ( a d v 卸c e d d i s 砸b 劬亭di 舶功i n g ) 的可共享内容对象参考模型( s l l a r a b l ec o n t c n t0 b j e c t r e 向瑚m o d e l ，s c o i t m ) 等等。 我国教育技术标准化研究起步较晚，于2 0 0 0 年1 1 月开始启动标准化项目， 参照国际标准制定符合我国国情的教育信息化标准，目前已经形成了一个比较完 整的、有中国特色的教育信息化标准体系。其中有4 个教育资源建设方面的标准： c e l t s 3 学习对象元数据规范、c 脚s 4 1 教育资源建设技术规范、 c e l t s 4 2 基础教育资源元数据应用规范和c e l t s 9 内容包装规范。 第二章教育网格 在网络教育资源建设标准化的实施过程中，众多标准容易混淆，在一定程度 上造成混乱。事实上，这些标准在制定的指导思想上都是一脉相承的，只是在具 体的应用层面或应用形式上有所区别。国内外教育资源相关标准之间的相互引用 关系如图2 4 所示。 初步割定年份 1 9 q s ，9 蛳 ，9 9 7 2 2 1s c o r m 标准 图2 4 国内外教育资源标准之问的相互引用关系【】2 】 s c o i t m ( 1 1 l es l l a r a b l ec o n t e mo b j e c t 黜触n c em o d e l ) 即可共享内容对象 参考模型，是美国国防部于1 9 9 7 年启动的一个称为“高级分布式学习，( a d l ， a d v a n c e d d i s 研b u t e d l e 1 i i l g ) l “】研究项目制订的一份规范。其目的是为了使课 程能够从一个平台迁移到另一个平台，创建可供不同课程共享的可重用构件，以 及快速又准确地寻找课程素材。s c o r m 提出了用一种标准方法来定义和存取关于 学习对象的信息，只要遵循这种标准，不同的教学系统之间好比有了一种共同的 语言，彼此就可以互相沟通了。s c o r m 采取) m 也作为定义数据及其意义的共同 语言。目前s c o i t m 已经发展到s c o r 位0 0 4 版本了， s c o 砌舵0 0 4 规范由三部分组成：s c o r m 内容聚合模型( c m ) 、s c o r m 运行时环境( r t e ) 、s c o r m 序列与导航概述( s n ) 1 s c 0 r m 内容聚合模型( c a m ) ：目的是提供一个公共的方法，把学习资 源组合成学习内容。它还定义了如何确认和描述学习内容，怎么整合成一个课程 教育网格中资源元数据管理研究 或课程的一部分，学习内容如何在学习管理系统和内容知识库这样的系统之间移 动。 2 运行时环境概述( r 仰) ：定义了发布内容对象，在l m s s 和s c o s 之阃 建立通信机制以及根据l ，m s s 和s c 0 s 之间的通信信息来管理跟踪信息。 3 s c o r m 序列与导航概述( s n ) ：描述了符合s c o i t m 的内容如何通过一 系列的学习者或系统发起的导航事件来排序、符合s c o r m 的【m s 如何通过随同 学习者或系统发起的导航事件及其在运行时间环境的影响一起的内容开发工具来 说明排序规则。 以下内容主要介绍的s c o r m 内容聚合模型( c a m ) i l l | 中有关资源分类与元 数据设计相关内容：内容模型及元数据。 s c o i t m 内容集合模型由下面几个内容组成：内容模型，定义了一次学习体验 的内容组件的命名；内容包装，定义了一次学习体验的固定动作( 内容结构) 以 及如何在不同的环境中组合学习资源的活动( 内容打包) ；元数据，一种详细描述 控制模型组件实例的信息的机制；序列和导航，组定义规则集的模型，描述了 活动的固定次序。 1 s c o 州内容模型描述了从学习资源中用于构建一次学习体验的 s c o r m 组成部分。内容模型也说明了这些低水平可共享学习资源是如何聚合成 高水平教学单元的。s c o i t m 内容模型是由微单元、可共享内容对象和内容体系 结构组成的。 ( 1 ) 微单元( 嚣s e t ) 学习资源的最基本形式是微单元。微单元是上传到网上并呈现给学习者的电 子形式的媒体，如文本、图像、声音、评价对象或任何其他一块数据。几个微单 元可以集合在一起建立新的微单元。个微单元可以用微单元元数据说明以实现 在知识库中的查询和获取，从而得到重复使用。使微单元与微单元数据相联系的 方式是内容包。 ( 2 ) 可共享内容对象( s c o ) 可共享内容对象( s h 硪i b l ec o m e mo b j c c t ，s c o ) 是一个或者多个微单元的 集合，它可以在s c o r m 运行环境中与学习管理系统( l m s ) 进行数据传递。可 重用内容对象是l m s 通过s c 0 r m 运行时间环境可以跟踪的最低粒度水平的学习 资源。s c o 可以在不同的学习过程中重用，完成不同的学习目标。另外，一个活 动可以聚合一个或多个s c o 资源( 或微单元资源) 组成一个更高聚合水平的教学 或培训单元，进而完成更高的学习目标。用s c o 元数据来描述s c 0 可以实现其在 知识库中的可查询和可获取，从而使s c o 可重用。将s c o 和s c 0 元数据联系起 来的方法就是内容包装。 ( 3 ) 内容组织结构( c o n t e n to r g a n i z 列o n ) 第二章教育网格 内容体系结构是通过结构化的教学( 活动) 单元描绘内容的预期应用的结构 图，它呈现活动之间的相互联系。内容组织结构元数据描述内容组织结构，实现 可重用。将内容组织结构与内容组织结构元数据相联系的方法是s c o r m 中描述 的内容包。 2 s c o r m 元数据组谱是一个映射，将i e e e 学习技术标准委员会( l t s c ) 的学习对象元数据( l o m ) 元素用于每个s c o r m 内容模型组成部分。概括地 讲，用元数据以一致的形式描述微单元、可共享内容对象、活动和内容体系，它 们就可以系统中或系统之间被识别、分类，查询和获得从而被共享和重用。 ( 1 ) 内容聚合元数据( c o n t e n c a g g r e g a t i o nm e t a d a l a ) 内容聚合元数据从总体上描述内容聚合体( 如内容包) 。使用内容聚合元数据 的目的是为了更够检索到内容聚合体并且提供内容聚合体整体的详细信息。 ( 2 ) 内容组织结构元数据( c o n t e n to 唱a 毗啦i o nm e 协d a t a ) 内容组织结构元数据是描述内容组织结构的信息。使用内容组织结构元数据 的目的是在诸如内容知识库中实现易获得并且提供内容组织结构定义的总体内容 结构的详细信息。 ( 3 ) 活动元数据( a c t i v 畸m e t a 曲t a ) 活动元数据用于描述一个单独的活动。应用活动元数据的目的是使活动在内 容知识库中可访问。元数据应该从整体上描述活动。为活动建立的任何元数据的 要求应该与活动元数据应用组谱中的要求一致。 ( 4 ) 可共享内容对象元数据( s c om e t a d a t a ) 元数据可以用于提供关于课件内容中s c o 独立于任何应用或潜在应用的内容 的详细信息。这种元数据用于帮助实现这种内容在诸如内容知识库中的重用性和 可发现性。 ( 5 ) 微单元元数据( a 5 s e tm e t a - d a t a ) 元数据可以用于微单元中提供课件内容中的微单元独立于任何应用或潜在应 用的详细信息。这种元数据是用于促进在内容创建中诸如内容知识库中的可重用 和可发现性。为微单元建立任何元数据的要求应该与那些微单元元数据应用组谱 中列出的要求一致。 2 2 2c e u s 4 1 教育资源建设技术规范 为解决教育资源属性标注混乱的现状，在教育信息化技术标准委员会成立之 前，教育部于1 9 9 9 年曾组织专门的研究小组制定了远程教育资源建设技术规范， 以指导我国远程教育资源的建设。教育信息化技术标准委员会成立之后不久，就 建立了我国自己的教育信息化技术标准( c e l t s ) 体烈1 钔。在c e l ，t s 体系中有 1 4 教育网格中资源元数据管理研究 三个和资源建设相关的规范分别是； 学习对象元数据( c e u s 3 ) 教育资源建设技术规范( c e l t s 4 1 ) 基础教育教学资源元数据规范( c e l t s 4 2 ) 其中教育资源建设技术规范( c e l t s - 4 1 ) 是在教育部原来的远程教育资 源建设技术规范的基础上形成。这三个标准在制定的指导思想上是一脉相承的， 三者的核心数据完全一致。 c e l t s 4 l 教育资源建设技术规范以学习对象元数据规范( l o m ) 为核心， 、并针对教育资源的特性建立了分类数据元素。教育资源的属性用于描述该资源的 相关特征。各类资源的统一特征使用学习对象元数据( l o m ) 进行描述，资源的 特色属性主要根据资源特性分类描述，将教育资源分为九种不同的类型( 媒体素 材：文本素材、图形图像素材、音频素材、视频素材、动画素材；试题；试卷； 案例；课件与网络课件：常见问题解答；资源目录索引；网络课程) 并对其元数 据进行了扩展。为教育资源的多种表现形式、多种加工处理方式提供了可能，为 实现自扩充、开放的教育资源库提供了可能。教育资源建设技术规范的基本结构 包括以下三个部分： 1 必需数据元素( l o m 核心集) ：与学习对象元数据规范中的必需数据元素一 致，它是任何类型的资源都必须具备的属性标注。开发者必须严格遵循。 2 可选数据元素( 通用可选集) ：与教育资源密切相关、并适用于各类教育资源 的属性集合。可根据用户需求和开发者自身的工作条件有选择地使用。 3 扩展数据元素( 分类扩展集) ：根据每类资源的特点，增补了一些与该类资源 的技术特征或教学特征相关的属性。教育资源建设技术规范的基本结构。 教育资源建设是教育信息化的一项基础性工程，从长远的观点看，资源建设 应有可扩充性和可持续发展。 2 5w 曲服务 w 曲服务( w e bs e r v i c e ) 是网格服务的基础，w e b 服务的主要目标是在现有 的各种异构平台的基础上构筑一个通用的与平台无关、语言无关的技术层，各种 不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此之间的连接和集成，从而实现不 同的软件应用之间的互操作。 2 5 1w 曲服务的基础) 0 皿，语言 ) m l 是w 曲服务的基础，r c b 服务家族里的其他任何技术，都以某种方式使 用m 。语言表示。例如s q 气p 、w s d l 、u 】) d i 等基于) m 也的协议。 第二章教育网格 沮。的全称是e x t e r l s i b l em a d n i pl 趾g u a g e ( 扩展标注语言) l “，1 9 9 8 年2 月，) m 几1 0 成为了w 3 c 【l6 】的推荐标准。) 口血是一种语言，是一种文档的组织方 式。它和 r n 舡一样，来自s g m l ，不同的是 r n ，更关注于文档内容如何显示， 而儿主要关注其描述内容的自身，包括内容结构及相应的语义。其目的是使 诅，文档描述的内容不仅) 0 m 。文档的作者能理解，其它读者也能理解，而且计 算机程序也能理解。从这个意义上来讲，它又是一种数据进行交换的标准。 m 。涉及的一些技术1 1 1 ： 1 “l 是一个缺乏良好类型系统的语言。在咀，的文档中找到的信息只 能被当做文本来对待，这就要求开发人员事先知道“真正的类型”，以便在他们的 代码中采取必要的强制措旄。最初，在传统s g m l 派系中。文档规则的表示曾经 是d t d 。不过，有一些d t d 无法实现的相当常见的约束；d t d