聶 倩

摘要:網(wǎng)格是繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、Web之后的第三次技術(shù)浪潮,它將為各個領(lǐng)域帶來無限發(fā)展空間。網(wǎng)格技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用必將加快教育信息化的步伐,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的全面共享。本文首先簡要介紹了網(wǎng)格技術(shù)的概念,其次通過國外與國內(nèi)的一些教育網(wǎng)格項目概括了網(wǎng)格技術(shù)在教育領(lǐng)域發(fā)展與應(yīng)用的現(xiàn)狀,最后對教育網(wǎng)格的發(fā)展前景做出了展望。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)格技術(shù) 教育應(yīng)用 研究現(xiàn)狀

中圖分類號:G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)21-0079-03

在互聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于人們的工作、生活和學(xué)習(xí)中并不斷飛速發(fā)展的今天,正涌現(xiàn)出另一個具有劃時代意義的新生事物——網(wǎng)格(Grid)。它的出現(xiàn),將掀起繼傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)之后的第三次浪潮,并將為各個領(lǐng)域帶來無限發(fā)展空間。

網(wǎng)格技術(shù)有著誘人的前景,它的不斷發(fā)展必將對各個領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,教育領(lǐng)域也不例外。本文將就網(wǎng)格技術(shù)已經(jīng)開展的以及正在開展的研究,以及它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜合論述,以反映當(dāng)前網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展情況和應(yīng)用前景。

一、網(wǎng)格技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的因特網(wǎng)實現(xiàn)了計算機(jī)硬件的連通,Web實現(xiàn)了網(wǎng)頁的連通,而網(wǎng)格則試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通。什么是網(wǎng)格呢?有人將網(wǎng)格稱為“下一代的互聯(lián)網(wǎng)”、“國際互聯(lián)網(wǎng)2”、“下一代的萬維網(wǎng)”。

網(wǎng)格之父——Ian Foster在《網(wǎng)格:一種未來計算基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)圖》一書中把網(wǎng)格描述為:“網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù),它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體,為科技人員和普通老百姓提供更多的資源、功能和服務(wù)?！盵1] 網(wǎng)格建立在已有的IP地址、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、客戶/服務(wù)器應(yīng)用模型等概念和技術(shù)之上,是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。它作為一種并行的分布計算的基礎(chǔ)設(shè)施,把分布在互聯(lián)網(wǎng)上的資源集成為一臺虛擬的、能力巨大的超級計算機(jī),提供計算資源、存儲資源、信息資源、專家資源、設(shè)備資源等的全面共享。網(wǎng)格的根本特征是資源共享而不在于它的規(guī)模,消除資源孤島是網(wǎng)格的奮斗目標(biāo)。

二、網(wǎng)格技術(shù)在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

網(wǎng)格技術(shù)的研究最初是從美國的科研機(jī)構(gòu)開始,目前已經(jīng)推廣到了世界各國,各個國家和政府都投入了大量資金進(jìn)行網(wǎng)格技術(shù)研究和網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),網(wǎng)格已經(jīng)從實驗室走向了教育領(lǐng)域。

1.國外的研究現(xiàn)狀

大學(xué)是國外在該領(lǐng)域研究最活躍的場所之一。哈佛大學(xué)在IBM公司的幫助下,于2004年4月開始開發(fā)了一個名為“深紅網(wǎng)格”的網(wǎng)格系統(tǒng),供全校師生和研究人員共享數(shù)據(jù)以及在生命科學(xué)設(shè)計和應(yīng)用科學(xué)方面展開協(xié)作,并最終向該地區(qū)其他大學(xué)開放。

(1)歐洲學(xué)習(xí)網(wǎng)格

LeGE-WG(Learning Grid of Excellence Working Group)研究計劃是建立歐洲學(xué)習(xí)網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施,支持信息的系統(tǒng)化交換,并為不同參與者創(chuàng)造親密的合作機(jī)會。[2] 該項目集合了技術(shù)學(xué)科、教育學(xué)領(lǐng)域以及對E-learning有興趣的專家學(xué)者和學(xué)生,促進(jìn)了這些團(tuán)體或個人之間的交互。LeGE-WG主要是以服務(wù)為導(dǎo)向,在學(xué)習(xí)網(wǎng)格環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用,發(fā)展新一代的E-learning平臺。如eCalculus為運算資源需求性質(zhì)的教學(xué)應(yīng)用,老師用模擬的工具與學(xué)生進(jìn)行教學(xué)互動,操作模擬工具以提升學(xué)生對課程的興趣與理解。

(2)韓國Linux網(wǎng)格計算教育中心

早在2003年,韓國全南大學(xué)啟用了基于GT3的Linux網(wǎng)格計算教育中心,這是首家在大學(xué)校園內(nèi)設(shè)立的網(wǎng)格計算教育中心,為全南大學(xué)的研究生和本科生提供Linux和網(wǎng)格計算教育。學(xué)生可以在教育中心參加一些課程實踐,通過其Linux網(wǎng)格計算教育中心來推出網(wǎng)格計算課程,是一項符合電子商務(wù)發(fā)展趨勢的重要教育開發(fā)計劃。

(3)NICE(敘事式沉浸的建設(shè)者及協(xié)同環(huán)境)

備受關(guān)注的敘事式沉浸的建設(shè)者及協(xié)同環(huán)境(Narrative Immersive Constructionist/Collaborative Environments,NICE)是伊利諾州大學(xué)芝加哥分校電子可視化實驗室EVL(Electronic Visualization Laboratory)和交互計算環(huán)境實驗室CEL(Interactive Computing Environments Laboratory)合作推出的。NICE是一個探索性質(zhì)的協(xié)同學(xué)習(xí)環(huán)境,專為6～10歲的孩子設(shè)計,學(xué)習(xí)者戴著特制的眼鏡,進(jìn)入虛擬實驗環(huán)境,可以在虛擬環(huán)境中與其他學(xué)習(xí)者互相交流、學(xué)習(xí),獲得真實的學(xué)習(xí)體會。

2.國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

我國對網(wǎng)格技術(shù)的研究始于上世紀(jì)90年代中后期, 起步并不晚, 在關(guān)鍵技術(shù)研究方面與國外差距不大。

(1)中國教育科研網(wǎng)格(ChinaGrid)

中國教育科研網(wǎng)格(ChinaGrid)是“十五”211工程公共服務(wù)體系建設(shè)的重大專項,是中國國家網(wǎng)格的一個重要組成部分。中國教育科研網(wǎng)格ChinaGrid承擔(dān)著將中國教育科研網(wǎng)(CERNET)上分散、異構(gòu)、局部自治的海量資源整合起來,通過有序管理和協(xié)同計算,消除信息孤島,發(fā)揮綜合效能,實現(xiàn)資源的廣泛共享、有效聚合、充分釋放,提供高效的計算服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和信息服務(wù)等重任。該項目自2003年1月進(jìn)入實施階段,研發(fā)工作長達(dá)三年,于2006年8月通過驗收。在網(wǎng)格中間件——網(wǎng)格公共支撐平臺(CGSP)的支持下,ChinaGrid已建成了覆蓋全國13個省市、20多所高校的網(wǎng)格環(huán)境,聚合計算能力超過15萬億次,存儲容量達(dá)150TB,并成功開發(fā)和部署了生物信息學(xué)、圖像處理、流體力學(xué)、海量信息處理、大學(xué)課程在線等典型的網(wǎng)格應(yīng)用。

其中大學(xué)課程在線(現(xiàn)已更名為大學(xué)堂)的使命是通過網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用,不僅提供內(nèi)容最豐富的中國大學(xué)課程視頻點播服務(wù),而且提供能同時支持上萬路視頻流的服務(wù)能力。該網(wǎng)格建立了一個包含近3500小時優(yōu)秀課程視頻的點播平臺,在全國17個城市部署了22個節(jié)點,從2003年5月開始試用至今,訪問該系統(tǒng)的獨立IP數(shù)為25,807;課程視頻實際點播人次為1,736,501;日平均點播次數(shù)大約為5,018次;訪問量最多的一天達(dá)到11,917次,受到網(wǎng)絡(luò)用戶的關(guān)注與歡迎,實現(xiàn)了網(wǎng)格環(huán)境下的教育視頻點播服務(wù),已經(jīng)成為我國規(guī)模最大、提供7×24服務(wù)的非盈得課程視頻服務(wù)。[3]

目前,大學(xué)課程在線網(wǎng)格應(yīng)用由分布在10多個城市的22臺服務(wù)器聯(lián)合提供服務(wù),近300門大學(xué)課程由20多所重點大學(xué)提供課程資源,涵蓋文、理、工、農(nóng)、醫(yī)等多個領(lǐng)域,美國MIT計算機(jī)教學(xué)及傳統(tǒng)的與教育相關(guān)的視頻也無償?shù)丶尤氲酱髮W(xué)課程在線里,而且完全免費點播。大學(xué)課程在線真正做到了有老師在講的視頻,系統(tǒng)提供服務(wù)的能力隨加入學(xué)校數(shù)量的增加而增強(qiáng)。

目前大學(xué)課程在線已把資源擴(kuò)展到中小學(xué)、培訓(xùn)、考研輔導(dǎo)等領(lǐng)域,以充分滿足學(xué)習(xí)型社會的需求。在ChinaGrid二期中,大學(xué)課程在線的目標(biāo)是達(dá)到三個“一”:中國的教育資源達(dá)到一萬小時;增加到一百臺服務(wù)器;每天有一百萬人在線訪問。

(2)遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)評價——LAGrid[4]

由清華大學(xué)等單位共同完成的LAGrid(遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)評價)于2004年12月通過了教育部的科技成果鑒定,以中央廣播電視大學(xué)系統(tǒng)作為應(yīng)用背景,將網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)評價,它不僅提供了用戶管理和群組管理功能,還提供對學(xué)習(xí)內(nèi)容(題目、試卷、測評任務(wù))和相關(guān)學(xué)習(xí)資源的管理。同時LAGrid支持個性化的學(xué)習(xí),為學(xué)習(xí)者推送最合適的學(xué)習(xí)資源,及時反饋學(xué)習(xí)結(jié)果,改善學(xué)習(xí),通過技術(shù)手段降低成本,實現(xiàn)“一對一”教學(xué)方式,從而構(gòu)建出個性化的E-learning環(huán)境。

(3)中國知識基礎(chǔ)設(shè)施(National Knowledge Infrastru-cture,CNKI)

中國知識基礎(chǔ)設(shè)施即中國知網(wǎng)(CNKI),始建于1999年6月,由清華大學(xué)和清華同方發(fā)起,CNKI工程是以實現(xiàn)全社會知識資源傳播共享與增值利用為目標(biāo)的信息化建設(shè)項目,CNKI工程的具體目標(biāo),一是大規(guī)模集成整合知識信息資源,整體提高資源的綜合和增值利用價值;二是建設(shè)知識資源互聯(lián)網(wǎng)傳播擴(kuò)散與增值服務(wù)平臺,為全社會提供資源共享、數(shù)字化學(xué)習(xí)、知識創(chuàng)新信息化條件;三是建設(shè)知識資源的深度開發(fā)利用平臺,為社會各方面提供知識管理與知識服務(wù)的信息化手段;四是為知識資源生產(chǎn)出版部門創(chuàng)造互聯(lián)網(wǎng)出版發(fā)行的市場環(huán)境與商業(yè)機(jī)制,大力促進(jìn)文化出版事業(yè)、產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)與跨越式發(fā)展。

CNKI是基于網(wǎng)格技術(shù)的第三代數(shù)字圖書館,是一個網(wǎng)格資源共享平臺,將國內(nèi)外分布異構(gòu)數(shù)據(jù)資源聚合在同一門戶界面中,為用戶提供單一、友好的數(shù)據(jù)訪問環(huán)境,對數(shù)據(jù)資源進(jìn)行鏈接整合形成知識網(wǎng)絡(luò)體系,實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的增值,具有強(qiáng)大的知識挖掘和知識學(xué)習(xí)功能,用戶通過圖書館門戶透明地訪問所有資源和服務(wù),并可以無縫地進(jìn)行知識漫游,用戶可以通過該平臺提供的統(tǒng)一的檢索界面、統(tǒng)一的檢索語言查找到自己需要的資源,最終數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的方式呈現(xiàn)。它通過產(chǎn)業(yè)化的運作,為全社會知識資源高效共享提供最豐富的知識信息資源和最有效的知識傳播與數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺。

(4)國家基礎(chǔ)教育網(wǎng)格

關(guān)于教育網(wǎng)格的研究已經(jīng)不僅僅局限在高校,在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)展開。2006年12月26日由國家基礎(chǔ)教育資源共建共享聯(lián)盟及國家基礎(chǔ)教育網(wǎng)格課題組共同舉辦了國家基礎(chǔ)教育網(wǎng)格(http://www.g12e.org/toG12eIndex.do)的開通儀式,它是一個基于IPv6的應(yīng)用網(wǎng)格,在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域建成國家基礎(chǔ)教育網(wǎng)格平臺,其宗旨是在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域應(yīng)用先進(jìn)的IPv6及網(wǎng)格技術(shù),建設(shè)一個全國性的教育資源共建共享平臺,為教育領(lǐng)域“下一代互聯(lián)網(wǎng)”的到來創(chuàng)造條件。該項目以人大附中為骨干節(jié)點,面向國內(nèi)200所中小學(xué)開展,每一所學(xué)校都是一個網(wǎng)格節(jié)點,各學(xué)校的資源放在本地的節(jié)點上,自主管理自己的資源,通過網(wǎng)格計算技術(shù),實現(xiàn)對全國各地的優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)教育資源的集成和共享,提供開放的遠(yuǎn)程協(xié)同教學(xué)的支撐環(huán)境。該項目已于2008年6月30日通過了專家組的驗收。截至2009年7月6日,已有981所全國知名中小學(xué)加盟,已經(jīng)匯聚了13682條優(yōu)質(zhì)資源,而且資源的數(shù)量每天都在增加。

三、啟示與展望

教育技術(shù)領(lǐng)域的研究對象為學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)過程,如何更好地對其設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價一直是教育技術(shù)領(lǐng)域所關(guān)注的主要問題。網(wǎng)格的出現(xiàn)及其應(yīng)用,對教育以及教育技術(shù)領(lǐng)域都提出了新的挑戰(zhàn),它可以實現(xiàn)教育資源的全面共享,那么,網(wǎng)格的應(yīng)用到底會對教育產(chǎn)生怎樣的影響?盡管國內(nèi)外的網(wǎng)格實踐已經(jīng)為我們提供了成功的范例,網(wǎng)格領(lǐng)域的專家也為我們描述了一個美好的前景,但是,網(wǎng)格技術(shù)除了能解決教育資源共享的問題之外,所提供給教育的也許遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅如此,只有深入?yún)⑴c到教育網(wǎng)格項目中才能夠領(lǐng)悟到該技術(shù)對教育帶來的變革,真誠地期待更多的教育技術(shù)領(lǐng)域的人們加入到這項技術(shù)的應(yīng)用研究中,更好地為教育服務(wù)。

參考文獻(xiàn):

[1]I. Foster and C.Kesselman.The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure. Morgan Kaufmann Publishers,2004.

[2]http://www.lege-wg.org/Home.aspx.

[3]金海.中國教育科研網(wǎng)格ChinaGrid[EB/OL].http://www.edu.cn/zhong_dian_ke_ti_5168/20061012/t20061012_199825.s-html.

[4]許駿,史美林等.網(wǎng)格計算與e-Learning Grid——體系結(jié)構(gòu)·關(guān)鍵技術(shù)·示范應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[5]金海.中國教育科研網(wǎng)格 ChinaGrid[DB/OL] http://www.edu.cn/zhong_dian_ke_ti_5168/20061012/t20061012_ 199825.shtml.

[6]http://www.chinagrid.com/.

[7]http://www.cnki.net/index.htm

[8]http://www.rdfz.cn/xyxw/xyxwx/t20081205_18432.htm

(編輯:金冉)