（教育技术学专业论文）基于网格portal的远程学习系统设计.pdf

摘要 网格是继传统因特网、w e b 之后互联网发展的新方向，是一种新的科学计算模式，被誉为下一 代互联网技术。这种计算模式将地理上分布的、异构的多种计算资源通过高速网络连接起来，共同 完成复杂计算问题。网格将整个因特网整合成一台“虚拟的超级计算机”，提供对计算资源、存储资 源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源等的全面共享。 随着网络和分布式计算技术的发展，网格应用领域也逐步从传统科学计算扩展到商业、制造、 军工、教育等领域，开放网格服务体系结构使得网格服务与w e b 服务日趋融合，促使网格技术走向 了标准化。目前，网格应用面对的问题是如何便捷地使用开发的应用网格服务，这就需要屏蔽网格 的复杂性，为应用网格服务使用者提供一种简便的使用方式。网格p o r t a l 作为网格系统的重要组成 部分，是连接网格用户和网格应用系统的桥梁。网格p o r t a l 技术为用户提供基于浏览器的、统一的、 访问网格资源和进行各种操作的界面隐藏了网格底层的复杂结构，降低复杂网格系统的使用难度， 推动了各种网格应用的快速发展。 现代远程教育，是较早应用互联网技术的领域之一。随着计算机网络的发展，网络学习资源的 日益丰富，人们越来越多地依赖网络进行各种方式的学习，还开发出许多完整、实用的远程学习教 学系统。这些学习系统在管理上是分治的，在地理上是分布的，在运行平台上是异构的，因此彼此 间不能有效地共享学习资源。应用网格技术来开发远程学习系统就越来越得到了学习系统开发者的 重视。基于网格p o r t a l 的远程学习系统研究和设计将促使远程学习系统的实用化，满足基于网络开 展自主学习、合作学习和团队学习对学习资源共享的需求，也将推动网络远程教育快速长足发展。 远程学习系统是为远程学习者服务的学习支持系统，是学习者进行各种学习活动的系统平台， 对远程学习系统的研究与设计应遵循相关教育或学习理论的指导。本文从学习理论、远程教育理论、 知识管理理论、其它相关理论四个方面，详尽分析和研究了影响远程学习系统设计的教育理论基础。 从网格关键技术和p o r t a l 关键技术两个层面，对远程学习系统的网格p o r t a l 关键技术、网格服务的 开发与部署等分别做了深入系统的分析和研究。进一步对网格资源管理模型、基于g l o b u st o o l k i t 的资源管理、网格内学习资源的管理和共享及其技术等做了系统全面的研究。在对远程学习系统在 学习管理和资源共享、学习系统的个性化等的需求分析和研究的基础上，分析了远程学习系统所应 实现的网格服务，对基于网格p o r t a l 的远程学习系统做了系统设计，并给出了系统模型。完成远程 学习系统p o r t a l 的开发与实现，完成了部分w e b 或网格服务的开发和部署。 本文的主要创新点有：1 基于网格p o r t a l 的远程学习系统设计是在遵循丰富的学习理论、远程教 育理论、知识管理理论、教学设计理论等现代相关教育理论的指导下，对现代远程学习系统进行了 全面系统的研究与设计；2 、运用了先进的网格及网格相关技术来设计远程学习系统，主要用来有效 地解决“信息孤岛”问题，实现分布异构学习资源的全面共享；3 、不同学习团体或社区可以开发、 部署、注册各自的网格学习服务，远程学习者能动态发现和使用这些服务，从而实现了学习资源在 同一学习系统内的有效整合。4 、结合p o r t a l 技术，一方面实现了统一的用户认证，使学习者可以便 捷地使用网格内所有的学习网格服务，另一方面还实现了学习者对学习系统个性化的需求，如学习 者可以定制学习内容、可以选择适合学习者学习风格的学习界面、可以定制各种学习服务等； 关键词：网格，网格门户，g l o b u st o o l k i t ，远程教育，学习系统 i i a b s t r a c t p r a i s e da st h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r a c tt e c h n o l o g y , t h eg r i di san e wb e n do fi n t e r a c ta f t e rc o n v e n t i o n a l i n t e r n e ta n dw e b ，an e ws c i e n t i f i c c o m p u t i n gp a ：t t e mw h i c hc o n n e c t sa l l k i n d so fd i s t r i b u t e da n d h e t e r o g e n e o u sc o m p u t a t i o n a l r e s o u r c e sw i t ht h e h i g h - s p e e dn e t w o r k t o a c c o m p l i s hc o m p l i c a t e d c o m p u t a t i o n a lp r o b l e m s t h eg r i di n t e g r a t e st h ew h o l ei n t e r a c ti n t oav i r t u a ls u p e r c o m p u t e r , p r o v i d i n g a c c e s so fc o m p u t a t i o n a lr e s o u r c e s ，s t o r a g e r e s o u r c e s ，d a t ar e s o u r c e s ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e s ，k n o w l e d g e r e s o u r c e s ，s p e c i a l i s tr e s o u r c e sa n dt h el i k ef o ra 1 1 w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n o l o g y , 鲥da p p l i c a t i o ne x p a n d sf r o m t r a d i t i o n a ls c i e n t i f i cc o m p u t i n gt oo t h e rf i e l d ss u c ha sc o m m e r c e ，m a n u f a c t u r e ，w a ri n d u s t r ya n de d u c a t i o n o g s ae n a b l e st h ei n c r e a s i n gi n t e g r a t i o no f 鲥ds e r v i c ea n dw e bs e r v i c e ，a n dt h e 酊dt e c h n o l o g yi st e n d i n g t os t a n d a r d i z a t i o n t o d a y , ap r o b l e mo f g r i da p p l i c a t i o ni sh o wt ou s et h ed e v e l o p e da p p l i c a t i o ng r i ds e r v i c e s e a s i l y , w h i c hn e e d st os h i e l dt h e 鲥d sc o m p l e x i t ya n dp r o v i d e sac o n v e n i e n tw a yf o rt h eu s e r so fg r i d s e r v i c e s a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to f 酊ds y s t e m ，g r i dp o r t a li sab r i d g ec o n n e c t i n gt h eg r i du s e ra n dt h e g r i da p p l i c a t i o n i tp r o v i d e sau n i f o r mi n t e r f a c eb a s e do nw e bb r o w s e rt oa c c e s sa n do p e r a t e 鲥dr e s o u r c e s a n ds e r v i c e sf o rt h eu s e r , s h i e l d st h ec o m p l e x i t yo f t h el o w - l e v e lg r i d ，r e d u c e st h ed i f f i c u l t yo f u s i n gg r i da n d a c c e l e r a t e st h ed e v e l o p m e n to fv a r i o u sg r i da p p l i c a t i o n s m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o ni so n eo ff i e l d st h a ta p p l yi n t e m e tt e c h n o l o g ye a r l i e r w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fc o m p u t e rn e t w o r ka n dt h ei n c r e a s i n gr i c h n e s so fl e a r n i n gr e s o u r c e s ，p e o p l en o to n l yl e a r ni nv a r i o u s w a y sr e l y i n gs t r o n g e ro nn e t w o r kd a yb yd a y , b u ta l s od e v e l o pan u m b e ro fi n t e g r a la n dp r a c t i c a ld i s t a n c e l e a m i n g t c a c h i n gs y s t e m h o w e v e r , t h e s el e a r n i n gs y s t e m sc a n ts h a r el e a r n i n gr e s o 惝w i t he a c ho t h e r e f f i c i e n t l y , b e c a u s et h e ya r ed i v i d e di nm a n a g e m e n t ，d i s t r i b u t e dg e o g r a p h i c a l l ya n dh e t e r o g e n e o u si n r u n n i n gp l a t f o r m s s od e v e l o p e r so fl e a r n i n gs y s t e mp a ym o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt od e v e l o pd i s t a n c e l e a r n i n gs y s t e mu s i n gg r i dt e c h n o l o g y r e s e a r c ha n dd e s i g no ft h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mb a s e do n 鲥d p o r t a lw i l lp r o m o t et h eu t i l i t yo fd i s t a n c el e a r n i n gs y s t e m ，m e e tt h er e q u i r e m e n to fs h a r i n gl e a r n i n g r e s o l l r c e sf o rw e b b a s e da u t o n o m i cl e a r n i n g , c o o p e r a t i v el e a r n i n ga n dt e a ml e a m i n g ，a n dp r o m o t et h e d e v e l o p m e n to fn e t w o r kd i s t a n c ee d u c a t i o nr a p i d l ya n dr e m a r k a b l y t h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mi sal e a r n i n gs u p p o r ts y s t e mw h i c hs e r v i c e st h ed i s t a n c el e a r n e r , a n di t s i i i a l s oas y s t e mp l a t f o r mc a r r y i n go u tav a r i e t yo fl e a r n i n ga c t i v i t i e s t h er e s e a r c ha n dd e s i g nt od i s t a n c e l e a r n i n gs y s t e ms h o u l dc o m p l yw i t hr e l a t e dg u i d a n c eo f e d u c a t i o na n dl e a r n i n gt h e o r y f r o ml e a r n i n gt h e o r y , t h e o r yo fd i s t a n c ee d u c a t i o n ，t h e o r yo fk n o w l e d g em a n a g e m e n ta n do t h e rr e l a t e dt h e o r i e s ，t h i st h e s i s a n a l y z e sa n dr e s e a r c h e st h eb a s i ce d u c a t i o nt h e o r i e sa f f e c t i n gd e s i g no f t h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e ma tl a r g e i ta l s oa n a l y z e sa n dr e s e a r c h e ss y s t e m a t i c a l l yt h ek e y 鲥dp o r t a lt e c h n o l o g y , d e v e l o p m e n ta n dd e p l o y m e n t o fg r i ds e r v i c e sf o rt h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mf r o mk e y 鲥dt e c h n o l o g ya n dk e yp o r t a lt e c h n o l o g yi n d e p t h t h e n , f u r t h e rc o m p r e h e n s i v er e s e a r c ho ng r i dr e s o u r c em a n a g e m e n tm o d e l ，r e s o u r c em a n a g e m e n t b a s e do ng l o b u st o o l k i ta n dt h em a n a g e m e n ta n ds h a r i n go fl e a r n i n gr e s o u r c e si ng r i dh a v eb e e nd o n e b a s e do nd e m a n da n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fd i s t a n c el e a r n i n gs y s t e ms u c ha sl e a r n i n gm a n a g e m e n t ，r e s o u r c e s h a r i n ga n dt h ep e r s o n a l i z a t i o no fl e a r n i n gs y s t e m ，i ta n a l y s e st h eg r i ds e r v i c e sw h i c hs h o u l db ea c h i e v e d , d e s i g n st h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mo nt h eb a s i so fg r i dp o r t a la n dp r o p o s e si t ss y s t e mm o d e l f i n a l l y , t h i s p a p e r c o m p l e t e s t h ed e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no ft h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mp o r t a l ，a n d a c c o m p l i s h e st h ed e v e l o p m e n ta n dd e p l o y m e n to f ap a r to fw e bo rg r i ds e r v i c e s t h em a i ni n n o v a t i o n si nt h i sa r t i c l ea r e 1 f o l l o w i n gt h eg u i d a n c eo fr e l a t e dm o d e me d u c a t i o n a l t h e o r i e ss u c ha st h er i c hl e a r n i n gt h e o r y , d i s t a n c ee d u c a t i o nt h e o r y , k n o w l e d g em a n a g e m e n tt h e o r y , i n s t r u c t i o n a ld e s i g nt h e o r y , t h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mb a s e do ng r i dp o r t a lr e s e a r c h e sa n dd e s i g n st h e m o d e md i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mc o m p r e h e n s i v e l ya n ds y s t e m a t i c a l l y ；2 a d v a n c e d 酊da n dg r i d - r e l a t e d t e c h n o l o g ya r ea d o p t e dt od e s i g nt h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e m ，w h i c hi sm a i n l yu s e dt os o l v et h ep r o b l e m o f ”i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d ”e f f e c t i v e l ya n da c h i e v eac o m p r e h e n s i v es h a r i n go fd i s t r i b u t e da n d h e t e r o g e n e o u sl e a r n i n gr e s o u r c e s ；3 d i f f e r e n tl e a r n i n gg r o u p so rc o m m u n i t i e sc a nd e v e l o p ，d e p l o ya n d r e g i s t e rr e s p e c t i v e 鲥dl e a r n i n gs e r v i c e s ，a n dd i s t a n c el e a r n e r sc a l ld y n a m i c a l l yd i s c o v e ra n du s et h e s e s e r v i c e s ，s oi tc a nb r i n ga b o u ta ne f f e c t i v ei n t e g r a t i o no fl e a r n i n gr e s o u r c e si nt h es a m el e a r n i n gs y s t e m ；4 c o m b i n e dw i t hp o r t a lt e c h n o l o g y , o nt h eo n eh a n d ，t h er e a l i z a t i o no fau n i f i e du s e ra u t h e n t i c a t i o np r o m p t s l e a r n e r st ou s ea l lt h el e a r n i n g 班ds e r v i c e si ng r i de a s i l y o nt h eo t h e rh a n d , i tm e e t st h ei n d i v i d u a ln e e do f l e a r n e r st ol e a r n i n gs y s t e m ，s u c ha sc u s t o m i z i n gl e a r n i n gc o n t e n t ，s e l e c t i n ga p p r o p r i a t el e a r n i n gi n t e r f a c e ， a n dc u s t o m i z i n gav a r i e t yo fl e a r n i n gs e r v i c e s k e yw o r d s ：g r i d ，g r i dp o r t a l ，g l o b u st o o l k i t ，d i s t a n te d u c a t i o n ，l e a m i n gs y s t e m i v 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位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的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。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作了明确 的说明并表示了谢意。 签名： 王塞珏这日期：兰1 2 ：兰：z 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀了匕 互联网的普及应用极大地改变了人们的工作方式、生活方式和学习方式，加速了社 会经济的发展，也促使教育进入了改革与发展的春天。与此同时，知识经济的发展又增 加了我们的学习负担和压力，新知识、新工具、新技术日新月异，层出不穷。反过来， 互联网的迅猛发展和日益普及、新技术的飞速发展又为我们的学习提供了便利和保障， 也带来了学习技术的革命。面对新技术、新形势、新方法，我们的教育应如何应对和发 展，我们的学习形式和方式应该怎样改变才能缓解社会经济发展带给我们的学习压力， 我们又该如何利用新技术、新方法和新工具来对我们的学习进行支持和管理，这都要求 我们不但要从理论上对学习进行深入研究，又要从技术上进行不断探索为学习提供有利 支持。基于网络p o r t a l 技术的远程学习系统成为了数字化学习研究的热点，也成为了网 络时代实施远程教育的关键。 然而，一个基于网络的学习系统是否能够实现学习资源的充分共享，是否能够为学 习者提供人性化、个性化的学习支持和便利的入口，又是开展数字化网络学习的瓶颈。 利用网格p o r t a l 技术设计和开发学习系统可以为学习者提供各种教育、学习资源的有效 集合和充分共享，为访问网络学习资源提供统一的入口，还可为学习者提供个性化的学 习支持服务，对学习内容、学习资源和学习过程进行高效的管理。 因此，“基于网格p o r t a l 的远程学习系统 研究与设计，不仅对远程教育具有的理 论指导意义，也会有广阔的应用价值和前景。 1 1 选题背景 网格技术是一种新兴的网络技术，是继i n t e r n e t 之后的又一重大科技进步，它是集 成和并行的计算环境与资源环境，其核心是在异构的和分布式的网络环境中，实现包括 计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等重要资源的有效聚 合和全面共享，消除信息孤岛。【l 】但是，网格计算环境和资源共享环境相当复杂，用户 要有效利用分布在广域网上的大量的异构资源也非常困难，同时，网格资源的接口多样 且多变，节点的策略和位置也处于经常的变动之中，还有复杂的网络安全管理也会给用 户带来种种的限制等等，这些因素都使得目前的网格技术难以学习和在实际的网络中真 正使用。p o r t a l 技术的出现正好弥补了网格资源使用上的这种不足，得到业界的青睐。 基于网格p o r t a l 的远程学习系统设计 网格p o r t a l 已成为网格系统的重要组成部分，是连接网格用户和网格系统的桥梁，通过 网格p o r t a l ，网格用户可以访问各种网格资源，实现对网格的各种操作。网格p o r t a l 为 用户提供了基于浏览器的统一访问界面，降低了复杂网格系统的使用难度，推动了各种 网格应用的快速发展。基于网格p o r t a l 技术开发的远程学习系统能够为远程学习者进行 自主学习、协作合作学习和团队学习提供有效的支持，对我国的远程教育将会起到巨大 的推动作用。 1 1 1 基于网络的终身学习是时代的必然趋势 二十一世纪是一个知识的世纪，也是一个学习的世纪。知识，是新经济的核心要素， 是每一个个人或组织赖以生存与发展的重要战略资源；学习，是个人或组织为提升绩效， 实现高成长而获得新知识( 包括新方法、新经验、新技能) 的重要过程，是个人或组织 获得持续竞争优势的重要源泉。一个人要成为真正的知识型创新人才，一个组织要成为 社会的领头军，不仅需要尊重知识、热爱知识，更需要愿意学习、善于学习和终身学习。 同时，二十一世纪又是一个网络世纪，网络无处不在，网络把整个社会、整个人类 联系在了一起，缩短了人们的距离，便利了人们的工作、生活、交流与学习。基于网络 通信技术的数字化学 - j m ( 以下统称为数字化学习) 是在网络时代的呼唤下产生的一种 以互联网为平台的新型学习模式，主要包括在线学习、网络培训、虚拟大学和虚拟教室、 数字化合作和技术支持的远程学习。它充分利用了现代通信技术、多媒体技术和计算机 网络技术的特性，可以使学习者进行随时随地的交流与学习，可以为远程学习者提供大 量的丰富的在线学习资源，使远程的教与学成为了可能。 数字化学习已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。它使教育社会化，学习生活 化。人们可以在较短的时间里，通过学习和培训，获取有用知识和最高效益。可以预见： 在未来的若干年内，教育将从学校走向家庭，走向社区，走向乡村，走向任何信息技术 普及的地方，基于现代通信技术与计算机网络技术的终身学习已是时代的必然趋势。 1 1 2 远程学习系统的发展 进行数字化的网络学习离不开远程学习系统平台的支持。近些年来，数字化、网络 化的学习系统发展相当迅速，从初期的c m s ( 内容管理系统) 到l m s ( 学习管理系统) ， 再到l c m s ( 学习内容管理系统) ，最近发展到了面向学习风格的学习系统。 第一阶段：c m s 阶段( c o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。学习管理系统最早还谈不上 对课程或用户的系统化管理，学习的对象、资源主要以网站内容的形式出现。因此，可 2 第一章绪论 对数字化内容进行管理的网站、论坛等可视为早期的学习系统。 第二阶段：l m s 阶段( l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。随着人们对在线学习的认识 以及网络多媒体技术的发展，出现了专门针对在线学习系统学习管理系统l m s ，l m s 既有对内容的管理( 课程) 又有对学习者的管理，且特别注重对学习者的管理，可实现 诸如分类、授权、测试、学习记录的跟踪等。当前，国内市场上主要都是这样的学习系 统产品。 第三阶段：l c m s 阶段( 学习内容管理系统) 。从国外e l e a r n i n g 产业的发展情况 来看，e l e a m i n g 在企业领域开始结合知识管理系统系统由l m s 向l c m s ( 学习内容管 理系统) 方向发展。l c m s 比l m s 在内容管理上更为强大，可管理的内容单位最d , n 素材，而l m s 一般可管理到一门课程。 第四阶段：l s m s ( 学习风格管理系统) 。l s m s 是一种适应性更强的学习系统，其 最大的特点是可以定义学习风格( 模式) ，无论是自主式学习、引领式学习或者企业应 用、学校应用，l s m s 都可以适用。例如，i t 类课程与管理类课程，在学习风格或模式 上是有很大不同的，传统的l m s 千篇一律，不能设计这些模式。不同的特点只能通过 课件的设计来实现，无法让管理者在平台的操作上来实现。l s m s 可以使这种情况大有 改观，使用l s m s 的第一步就是设计学习风格，可以根据课程和用户的特点设计不同类 型的学习风格模板，管理者或教师就可以根据不同的模板再来设计在线课程。l s m s 是 目前我们可以观测到的学习系统的发展方向。 1 1 3 目前学习系统存在的不足 尽管数字化的网络学习系统历经了c m s 、l m s 、l c m s 、l s m s 四个阶段的发展， 从目前在实际的教育应用来看，大多都处在一种低层次低水平的应用，许多学校或教育 机构花大量资金购进的系统，只有少数教师在使用，大多数的学生经过初次的注册和为 数极少的登录访问之外就不再使用了。对于这样的问题，原因是多方面的，但作者认为， 主要原因还是在学习系统本身存在许多缺陷不能适应学习者的需要，比如，学习资源缺 乏，有限的资源又不能充分有效共享；对学习者学习设计、学习过程、学习策略的管理 与控制薄弱：缺少教育资源和学习信息的有效聚合和个性化服务等。 1 、大量异构系统的学习资源限制了资源的共享 计算机网络是典型的异构系统，随着网络技术的不断改进和演化，不同时期的网络 技术会在网络中共存。不同的机型、不同的操作系统、不同的计算机编程语言、运行在 基于网格p o r t a l 的远程学习系统设计 各式各样机型、操作系统上的应用软件等等，使得开发分布式系统软件十分困难。当一 个远程学习系统移植到另外一个网络平台的时候，可能会发现，系统与软硬件平台不兼 容，教育资源也不能在不同的系统环境中共享，导致学习系统的重新开发和教育资源的 重复建设。 2 、缺乏广泛的共享资源支持 数字化网络学习的核心和精髓是教育或学习资源的共享，这种资源包括计算资源、 学习装备、师资、学习内容、学习策略和学习方法等。目前多数网络学习系统只能把自 己所拥有的资源向学员或部分地向社会开放，虽然做到了部分资源共享，但这种共享的 范围和广度还远远不够，充其量只达到单向的资源共享，造成了学习系统利用率不高， 许多高校花巨资购买的网络学习系统或网络课程创作系统闲置。虽然大多数的网络学习 系统都提供了网络技术的支持和部分软硬件资源的共享，为学习者提供了在线交流、协 作、合作学习、自主学习、研究性学习等提供了基本的技术条件，但这种共享只是处在 较低水平，也缺乏在课程知识和教学管理水平层次上的交流与合作，妨碍了网络学习资 源的大范围共享与交流。 3 、共享的网格资源使用困难 由于网格系统本身的特点决定了终端用户使用共享的网格资源非常困难，首先，构 成网格的环境非常复杂，涉及到安全体系、任务调度、服务质量、网络协议等诸多因素； 其次，网格作业执行环境非常复杂且容易发生变化，比如在一项网格作业的执行过程中， 用户可能需要访问多种分布式的资源( 计算机、数据库、应用程序等) 或多种操作系统 及网格中间件；最后，还有一个非常重要的原因是，网格系统的最终用户往往不是网格 技术的专家，并不了解网格是如何设计和实现的，所以需要一种可以有效地使用网格系 统的途径。网格p o r t a l 是一种基于w e b 的应用程序，可将不同来源的各种网格资源进行 整合并集中展现给终端用户。由于基于网格p o r t a l 的学习系统通常具有单点登录( s i n g l e s i g no n ) 、内容聚合( c o n t e n ta g g r e g a t i o n ) 和个性化( p e r s o n a l i z a t i o n ) 三个重要的特点， 远程的学习者能够透明地使用网格系统中的各种共享学习资源，从而使学习变得简单轻 松。 4 、网络资源及学习系统的标准仍不完善 由于数字化的网络学习具有地域的广泛性、技术的复杂性、文化的多样性等特点， 随着网络教育资源的日益丰富，在使用的过程中己暴露出了教育资源建设、组织和管理 4 第一章绪论 的不足。由于我国以前没有制定和强制实施关于教育信息化相关的技术标准，很多的院 校及教育部门的教育资源建设，由于其依据的资源分类标准、技术手段及其资源存储方 式等方面的不统一，各教育资源库在系统平台、数据库、呈现方式、资源分类等方面存 在很大的差异，各教育资源系统自成体系，虽然在小范围内能实现资源的共享，但在平 台与平台、系统与系统之间无法做到资源的充分共享。解决这些问题的根本出路是制订 网络教育技术标准体系，用标准化办法保障网上学习资源共享和系统互操作。 5 、现有学习系统对学习风格和策略选择支持不够 目前的学习系统主要有c m s 、l m s 和c m s 三类，c m s 侧重学习对象和学习内容 的管理；l m s 侧重于对教务教学、行政事务的管理，l c m s 则是l m s 学习管理功能与 c m s 内容管理功能的集合。这三类学习系统都过于强调“内容”或“教务 ，而忽视了 对学习过程和具体教学环节的跟踪和支持，在应用中存在着明显的缺陷或不足。首先， 过于强调“学习内容”，而忽视了对将学习内容“组装成一个教学单元的设计过程的 支持。其次，合理地分割信息与组织信息是帮助学习者降低认知负担的重要步骤( 高利 明，2 0 0 2 ) ，但目前的这些系统都不能够有效地做到这一点，容易造成如网络迷失、浏 览消耗时间过多等负面效应：再次，在数字化的网络学习中，针对学习者个性提供不同 的教学策略，进行适应性的个性化学习是必要的，但要开展适应性学习需要两个必备条 件，一是学习诊断，二是根据诊断结果，动态组织内容和选择教学策略( 余胜泉，1 9 9 9 ) ， 目前的大多数学习系统一方面未能在测试和内容两者之间建立直接联系，另一方面不能 提供可选择的学习路径，因此，不能够很好地支持适应性学习，不能针对不同学习的个 性特征来提供不同的学习策略和学习模式，不能适应学习策略日趋多元化和混和学习 ( b l e n d e dl e a r n i n g ) 日渐流行的趋势。最后，目前的学习系统仍然是基于内容对象的“共 享 和“重用”，而教学设计，教学策略等这些更高层面的“智慧知识”，不能在平台内 共享。针对这些问题，我们有必要探索一种可以共享设计智慧的解决方案，研究和开发 能贴近教与学并在教师、学习者、资源与学习环境之间形成互动的学习系统。 6 、教育资源和学习信息不能有效聚合，个性化的学习支持不够 实际中，用于支持远程学习者的学习系统很多，有学习资源的管理系统，有课程开 发和管理系统，有学习内容的管理系统，有学生信息的管理系统，有教务管理系统等等 很多，大多都侧重于某一方面的独立应用，系统之间不能有效聚合，很难共享信息资源。 另外，即使有一些综合管理的学习系统也都绑定了相对固定的课程资源和特定的学习策 基于网格p o r t a l 的远程学习系统设计 略，学习者很难根据自己的喜爱和特点定制学习服务开展个性化的学习。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 网格p o r t a l 研究现状 ( 一) 国外研究现状 目前，国外的网格研究主要在美国和欧洲。 1 、美国方面。从计算机问世以来，美国在信息技术领域就一直处于世界领先地位。 为了保持这种领先地位，从2 0 世纪9 0 年代中期开始，美国自然科学基金会、n a s a 等 组织、部门以及美国军方都相继投入大量资金用于各自领域内的网格研究项目。典型的 网格研究项目有： n p a c ig r i d ：n p a c i ( n a t i o n a lp a r t n e r s h i p sf o ra d v a n c e d c o m p u t a t i o n a l i n f r a s t r u c t u r e ) g r i d 是由美国自然科学基金会( n s f ) 资助的网格研究项目。其目的是 建立一个能够满足n p a c i 科学计算需求的先进计算机体系。其运作方式是：研究人员 首先从试验或是数字图书馆收集数据，然后通过运行计算网格上的模型来对数据进行分 析，并通过w e b 实现这些数据的共享，最后将分析结果通过数字图书馆发布。n p a c ig r i d 由二系列分布于各个资源站点的硬件资源、软件资源、网络资源及数据资源构成。 ( 至) t e r a g r i d ：t e r a g r i d 项目于2 0 0 1 年8 月由美国n s f 支持启动，旨在构建全球范围 最广、功能最全面、支持开放式科学研究的网格计算体系，将能够使全美国成千上万的 科学家通过全球最快的研究网络共享计算资源。 i p g ：i p g ( i n f o r m a t i o np o w e rg r i d ) 是由美国宇航管理局n a s a 支持的网格研究 项目，是一个高性能的计算网格，网格用户可以通过i p g 中间件从任何地点访问广泛分 布的异构的各种资源。i p g 的总设计师w e j o h n s t o n 认为：“计算与数据网格将成为2 l 世纪科学研究的基础设施，因为它将能够向用户提供广泛分布的计算资源、数据资源以 及人力资源。 g i g ：全球信息网格( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ，g i g ) 是目前美国军方正规划实 施的一个宏大网格计划，是美军2 0 1 0 网络中心战( n e tc e n t r i cw a r f a r e ，n c w ) 计划的 基础性研究项目，旨在建立一个以成熟的商业技术为基础的真正分布式的运行与传送系 统，预计在2 0 2 0 年完成。 o g l o b u s ：g l o b u s 是目前全球最有影响的网格研究计划之一，主要项目成员有美国 阿贡国家实验室、芝加哥大学、南加州大学，i b m 公司现在也参与其中。其主要研究任 6 第一章绪论 务分4 个方面：网格基础理论和关键技术研究；软件及工具的开发；试验平台的建立； 网格应用的开发。根据g l o b u s 的观点，在网格计算环境下，所有可用于共享的主体都 是资源，如计算机、高性能网络设备、昂贵的仪器、大容量的存储设备、各种科学数据、 各种软件等是资源，分布式文件系统、数据库缓冲池等也可以理解为资源。实际上，只 要在网格计算环境中对用户存在利用价值的东西都可理解为资源。g l o b u s 实际上关心的 不是资源的实体本身，而是如何把资源安全、有效、方便地提供给用户使用。所以从共 享的角度考虑，g l o b u s 将主要研究重点放在了资源的访问接口或访问界面上。目前， g l o b u s 把在商业计算领域中的w e bs e r v i c e 技术融合进来，希望能够对各种商业应用提 供广泛的、基础性的网格环境支持，实现更方便的信息共享和互操作。 2 、欧洲方面。d a t a g r i d 是在欧盟资助下由欧洲原子能研究机构c e r n 实施的一个 项目，旨在通过连接广泛分布的科学资源建立支持数据密集型计算( d a t ai n t e n s i v e c o m p u t i n g ) 应用的下一代计算平台。根据c e r n 的设计思路，d a t a g r i d 的目标是处理 2 0 0 5 年建成的大型强子对撞机源源不断产生的p b s 量级实验数据。这些原始数据经过 在线系统过滤后，并经具有2 0 t e m f l o p 处理能力的离线处理场的处理，最终以大约 1 0 0 m b s 的速率写入磁带，这个1 0 0 m b s 就是d a t a g r i d 真正需要处理的数据速率。c e r n 计算机中