基于元数据服务的教育资源访问模式研究

【摘要】由于高职教育资源规模巨大、结构复杂，资源的利用效率相对较低，元数据成为必不可少的资源管理工具。文章采用元数据描述和Alchemi网格中间件集中统一管理模式，用户通过单一入口就能透明地访问所需的教育资源。该模式保护已有投资，为教育资源的有效利用提供了解决途径。

【关键词】元数据；数据；中间件；教育资源

【中图分类号】G40－057　【文献标识码】A　【论文编号】1009－8097(2012)03－0095－04

引言

近年来，由于高职教育发展迅速，办学数量和规模不断扩大，教育资源有效利用与技能性人才培养之间的矛盾越来越突出。在国家和社会投入高职教育经费有限的情况下，对现有高职教育资源通过调整、组合、优化，以高职教育资源的有效整合提高资源的配置效率，进一步提升高职教育的整体办学水平，成为高职教育发展的重要研究课题。

本文针对高职教育资源整合和优化利用方面的需求，利用元数据和Alchemi网格中间件管理高职教育资源，让使用者通过访问入口透明地访问原始系统的数据资源。本文提出的解决方案既保持了数据资源的一致性，又提供了良好的可扩展性，极大地提高了教育资源的利用效率，降低了资源的投入成本。

一、相关技术分析

1.高职教育资源

高职教育资源是一个具有特定内涵的范畴，是高职教育机构所拥有的使用于高职教育事业，提高受教育者人力资本或价值的各种资源的综合。按资源的存在形式，高职教育资源既包括人力、财力、物力等显性资源(或有形资源)，也包括教育思想、办学理念、管理制度、校园文化等隐性资源(或无形资源)。按资源的性质，高职教育资源包括硬件资源、软件资源、潜在资源。硬件资源指实物形态存在的各种设备、工具、场所等。软件资源指以信息、知识、数据为主要内容的教育资源。潜在资源指对教育的实施具有潜在影响的因素与条件，包括人、经费、社会环境等。随着教育信息技术的发展，高职教育资源越来越多地表现为数字化，而且覆盖众多媒介形式，通过计算机系统和网络应用，它们可以根据不同需要，以多层次、多角度和多种技术方法相互链接和重组。因此，本文研究的高职教育资源主要指以信息、知识、数据为主要内容的资源形式。

对教育资源的描述涉及资源内容、资源使用对象、资源使用的教学方法要求、资源使用的技术与过程要求。利用元数据对教育资源进行计算机可识别的描述，屏蔽各种教育资源的复杂性，方便资源使用者通过智能搜寻、利用、选择和集成教育信息资源，有效实现对各种分布式教育资源的整合，最终实现教育资源的共享，提高教育资源的利用效率。

2.元数据及教育资源元数据标准

元数据是关于“数据的数据”或“信息的信息”。形象地说，它描述的是一种结构化的摘要形式的信息。元数据描述教育资源(数据对象)的数据特征和属性。元数据是将教育资源的内容、适用对象、获取路径和使用目的等相关属性特征抽取出来形成的数据，同时提供对象的数据描述框架，形成统一的体系结构和模型，从而在不需要浏览资源的情况下，就能了解资源的内容和用途。使用元数据的目的是为了识别资源、评价资源、追踪资源在使用过程中的变化，实现教育资源的智能发现、有效查找、一体化组织和高效管理。元数据是有效描述教育资源，实现资源发现、交流和共享的基础。

描述教育资源的元数据标准有IEEE LOM(学习对象元数据)、DCED(都柏林核心教育元数据)、IMS(教学管理系统元数据)和ADL/SCORM(高级分布式学习/可共享内容对象参考模型)等。各国又以相关元数据标准为基础扩充或修改，建立具有本国特色的元数据标准，如美国教育资源网关、加拿大核心学习资源元数据等。我国从2001年开始启动教育信息化技术标准研究项目，并根据我国教育的实际情况进行修订与创建，形成了“中国教育信息化技术标准体系(CELTS)”。 CELTS基于LOM(学习对象元数据)开发，是专业的教育资源描述工具，对资源属性的描述详尽、细致，便于实现资源目录的简化设计和操作，容易掌握和使用。该规范具有很好的可扩展性，能满足不同需求。便于与其他基于LOM或CELTS开发的平台实现互操作，在国内应用广泛。

3.高职教育资源元数据规范

通过分析以上几种教育资源元数据标准，结合高职教育资源的特点，以CELTS为基础制定高职教育资源元数据规范，规范对CELTS做了进一步细化，并加入了一些与资源属性相关的扩展元素，以操作简便化、应用广泛化和最大限度满足不同需求为目标，实现资源属性结构的一致性，确保资源开发、资源检索的规范性与开放性，并对资源目录信息统一存放、集中检索，为分布式教育资源整合提供元数据来源。

设计具体的教育资源元数据包括Title(资源名称)、Creator

(资源作者)、Publisher(开关资源的唯一标志)、Category(资源类别)、Format(资源格式)、Size(资源文件存储容量大小)、Keywords(资源的关键字)、SourceAddress(资源服务的实际地址URL)、Status(资源状态)等必需的数据元素。另外，Education(教育信息，包含讲授、作业、讨论、实验、评价、课外扩展、管理等)、Coverage(覆盖范围)、Language(资源的语言类型)、Right(资源的使用权限)、Cost(资源的使用费用)、Description(资源的描述)、Review(资源的评价)为非必需的数据元素。

课程多媒体资源用XML语言描述如下：

网格计算

李**

李**

计算机

课堂讲授

PPT

8MB

OGSA，Grid

219.230.159.230

中文

适用于高年级本科生和研究生

4.元数据与教育资源数据关系

对原数据进行抽样、整理，丢弃一些不必要的数据，保留一些必要数据，使在原数据基础上衍生的数据在人们的处理能力范围内，这种衍生出的数据称为元数据。在衍生过程中，采取元数据功能单一化的方法，使元数据在功能上分离，同一数据衍生出许多不同的功能单一的元数据，元数据的组成和结构服务于单一功能。由于元数据功能的单一化，元数据内部包含的基本数据元素、数据的结构关系和数据的表达形式变得简

单。一条元数据记录由一组属性或元素组成，这些属性或元素对于所描述的教育资源是必需的。元数据有助于查找和描述教育资源，促进和改善对教育资源的检索、管理和利用。这样，把对数据的操作转化为对元数据的操作，又通过数据与元数据的联系，影响对数据的操作，从而提高数据操作的效率。使用元数据对教育资源数据进行抽象和概括，有利于高职教育资源的整合与传播。

高职教育资源可以抽象为多个数据集。数据集是具有相同主题的数据(信息)的集合，它可以是一个主题鲜明的数据库，或是某个数据库中的几张表，或是几个数据库的集合等。把数据集作为描述高职教育资源的基本单位，每个数据集可以向外部提供针对数据集的访问和维护方式。

元数据描述了高职教育资源的一切信息。考虑到高职教育资源的多样性和系统的分布性，元数据能够为资源整合提供一个实际的同构的资源环境。元数据服务主要是起到数据库的作用，在这个数据库中，教育资源传播和其元数据描述内容。元数据能够有效地管理和利用教育资源。元数据通过开放链接技术(OpenURL)，在不同教育资源之间建立元数据级的链接，方便了教育资源的使用者。其层次结构如图1所示。

5.Alehemi网格中间件

Alchemi是著名的网格计算和分布式系统实验室研发的Gridbus项目的一部分，是一种开源免费软件。Alchemi网格中.间件基于NET Framework开发，是一个WINDOWS平台的网格计算框架。Alchemi网格中间件和Globus Toolkit的共同组件的网格计算分层体系结构如图2所示。

Gridbus网格服务(GSB)不仅可以使用Globus控制网络资源，还可以使用Alchemi的跨平台服务接口控制网络资源。使用.NET支持的语言编写的Alchemi面向对象的网格线程模型，客户端程序运行在Alchemi节点上，而使用网格任务模型编写的应用程序则可以被部署在Globus节点上。

Gridbus网格服务的目标是建立统一的资源调度服务，将基于异构网格中间件的各类异构网络资源进行统一管理与调度。用户可以利用网格服务提交、调度、监控、运行网格中的各项任务。由于一部分网格基于Globus，而另一部分网格基于Alchemic等其他网格中间件，在没有统一的网格服务调度的情况下，要对批量任务进行处理，会非常繁琐甚至不可能完成。而Gridbus网格服务符合各类网格中间件要求，能够协调用户与不同资源的直接通信连接，用户无需管理所有的通信，只需要向Gridbus网格服务提交自身的需求，剩余的问题由Gridbus网格服务处理。也就是说，用户通过连接Gridbus网格服务就能够获取各类异构资源的属性信息，而其他繁琐的操作对用户完全透明。

二、元数据服务模型

根据教育资源数据和元数据的层次结构，设计具有三层结构的元数据服务模型，结构如图3所示。

资源层将数据分为结构化数据、半结构化数据、非结构化数据。结构化数据是经过严格的标引后的数据，一般以二维表的形式存在，如关系数据库中表/元组和对象数据库中的类型/对象；半结构化数据表现为数据结构不规则或不完整，如HTML、XML、电子邮件等；非结构化数据是没有经过人为处理的不规则的信息，例如扫描图像、传真、照片、字处理文档、电子表格、演示文稿、语音和视频片段等。这些资源在服务层利用元数据服务进行管理。

服务层的主要任务是完成对规范化、统一的元数据和命令的接收、执行、转换和发送，同时还以服务的方式管理资源。用Web Service将应用系统所有数据集和元数据的访问功能封装起来，通过元数据获取接口和实体数据获取接口，提供外部系统调用，实现元数据和实体数据的集中访问。Web Service接口规范规定查询条件的输入格式、查询结果的输出格式、查询结果的元数据描述、查询结果的显示转换规则。服务层包括通信接口、用户身份认证模块、资源管理模块、元数据管理模块、元数据获取接口和实体数据获取接口。

通信接口模块接收用户的资源访问请求、资源库传来的资源请求或资源数据、资源库发送的命令，对这些请求、数据和命令进行分解，调用其它模块完成相应功能；将资源库的请求、数据转换成规范的命令和数据并通过网络发送给用户。用户认证模块按照一定的安全策略和用户权限管理机制，对登录、操作和请求资源访问的用户进行身份认证，保证授权用户的访问和操作。资源管理模块监控资源库的数据添加、删除、修改等变化，调用元数据管理模块进行资源数据编目、提取元数据，将元数据存放到元数据库中。元数据管理模块监控元数据库的添加、删除、修改等变化，并获取变化后的元数据，向资源库发出请求，更新本地资源库变化后的元数据；调用各资源系统的元数据获取接口获得元数据信息，并向外部提供元数据的查询服务。各资源系统只需将元数据的变化通过Web Service元数据获取接口反馈给元数据管理模块。

访问层以的角色接受用户的请求，通过中间件技术把查询请求转换成资源系统的查询语言和检索方法，分别对各资源系统发出检索请求，然后将各资源系统返回的结果经过处理后呈现给用户。

三、模型应用

首先，根据高职教育资源的数据特点，通过前面述及的对描述教育资源的元数据标准进行分析，以CELTS为基础制定并设计具体的符合高职教育资源特性、具有普遍适应性的元数据规范；各教育资源数据集用元数据描述，根据制定的元数据规范部署相应的元数据和实体数据访问接口：然后，通过搭建统一访问入口，并调用各教育资源数据集的Web Service接口，实现对服务层中间件各个模块的调用，查询到各教育资源数据集的元数据信息和实体数据信息，从而获得来自不同教育资源数据集的数据，实现教育资源数据的透明访问。

四、结束语

有关高职教育资源共享、资源整合和资源有效利用方面的问题一直是教育信息化发展的主要研究内容和研究方向。本文对高职教育资源各数据集采用元数据描述的方法，利用网格中间件各个模块调用获取所需要的教育资源数据，对重复利用现有教育资源，提高教育资源利用效率具有积极的作用，为解决区域高职教育资源共享、整合和有效利用问题提供一种有益的思路，并具有实施成本低、可扩展性好、适应性强的特点。