章國英　章　翔

摘 要:網(wǎng)格是近年來興起的一種前沿信息技術,本文介紹了網(wǎng)格技術的有關內(nèi)容和特點,探討了基于網(wǎng)格技術的數(shù)字化學習港的構建及其應用優(yōu)勢,論述了以數(shù)字化學習港為主導的知識傳播共享與增值利用的互聯(lián)網(wǎng)學習過程優(yōu)化模式。

關鍵詞:網(wǎng)格技術 數(shù)字化學習港 學習過程優(yōu)化

中圖分類號:G434 文獻標識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)13-0050-04

一、網(wǎng)格技術的特點及其意義

網(wǎng)格(Grid)是近年來興起的一種前沿信息技術,是互聯(lián)網(wǎng)信息技術發(fā)展的新趨勢。它的思想來源于電力網(wǎng)格,目的是將計算能力和信息資源像電力網(wǎng)一樣通過網(wǎng)絡方便地傳送給用戶。網(wǎng)格是高性能計算機、數(shù)據(jù)資源、互聯(lián)網(wǎng)三種技術的有機組合和發(fā)展,它把分布在各地的各種計算機連接起來,進行資源共享。

網(wǎng)格是互聯(lián)網(wǎng)應用的新發(fā)展。有人把網(wǎng)格看成是未來的互聯(lián)網(wǎng)技術,是繼傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、Web之后的第三代互聯(lián)網(wǎng)。[1] 傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了計算機硬件的連通,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,包括硬軟件資源、計算資源、存儲資源、通信資源、信息資源、知識資源等的全面連通。

網(wǎng)格的特點是共享和協(xié)同,它把整個互聯(lián)網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機,實現(xiàn)各種資源的全面共享,從而消除信息孤島和資源孤島。[2] 通過網(wǎng)格系統(tǒng)的利用,不僅使網(wǎng)絡信息資源能充分共享,而且能實現(xiàn)有效的協(xié)同作業(yè),從而發(fā)揮網(wǎng)絡信息資源和交流的價值。我國地域廣,人口眾多,教育資源相對稀缺,發(fā)展基于網(wǎng)格技術的數(shù)字化學習港具有重大的現(xiàn)實意義。

我國目前主要在做的網(wǎng)格有“中國國家網(wǎng)格(China National Grid)”和“中國教育科研網(wǎng)格(China Grid)”。其中,中國教育科研網(wǎng)格是“十五”國家“211工程”公共服務體系,China Grid充分利用中國教育和科研計算機網(wǎng)(CERNET)和高校大量的計算資源和信息資源,開發(fā)相應的網(wǎng)格軟件,將CERNET上自治的分布異構的海量信息資源集成起來,實現(xiàn)CERNET環(huán)境下資源的有效共享,消除信息孤島,提供有效的服務器,形成高水平、低成本的計算服務平臺。[1]

中國知識資源總庫及CNKI(China National Knowledge Infrastructure,中國知識基礎設施)知識傳播共享平臺,就是一種教育網(wǎng)格資源共享平臺,在具有知識網(wǎng)絡功能的資源管理操作系統(tǒng)之上建立了一系列增值服務系統(tǒng),其中應用最為普遍的就是數(shù)字化學習平臺。

二、網(wǎng)格技術與數(shù)字化學習港

數(shù)字化學習港是現(xiàn)代信息技術支撐的公共教育服務體系,它將分散于不同載體、不同地域的數(shù)字化學習資源以網(wǎng)絡化方式互相聯(lián)結起來,實現(xiàn)資源共享,面向社會大眾提供數(shù)字化的終身學習環(huán)境。[3][4] 數(shù)字化學習港通過數(shù)字技術進行學習資源的組織和管理,能夠儲存海量信息,用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡高效方便地進行查詢、檢索服務。數(shù)字化學習港具有學習資源數(shù)字化、信息組織非線性化、結構復雜化、信息傳遞網(wǎng)絡化、服務方式多樣化等特點。[5] 而網(wǎng)格是高性能計算機、數(shù)據(jù)源、互聯(lián)網(wǎng)三種技術的有機組合,它具有一體化、知識生產(chǎn)、資源共享、異地協(xié)同工作、支持開放標準、功能動態(tài)變化等優(yōu)點,為數(shù)字化學習港建設提供了有利的條件。如圖1所示為基于網(wǎng)格技術的數(shù)字化學習港的基本框架。

1.基于網(wǎng)格技術的數(shù)字化學習港構建(見圖1)

(1)資源網(wǎng)格的統(tǒng)一平臺檢索

在數(shù)據(jù)庫的操作層次上,將分布存儲、不同軟硬件平臺、結構不同、語言文字不同的任何數(shù)據(jù)庫的組配視為一個資源網(wǎng)格(或者是說一個總數(shù)據(jù)庫),在一個統(tǒng)一平臺上檢索。對學習者來說,各種數(shù)據(jù)庫是一致有序的。比如統(tǒng)一導航,在一個導航欄目下,學習者可以瀏覽所選所有數(shù)據(jù)庫的同類內(nèi)容;統(tǒng)一檢索,用同一檢索表達式可以檢索所有數(shù)據(jù)庫,并能隨心所欲地分類瀏覽檢索結果。[6] 不僅如此,人們可以針對不同檢索目標,利用不同的知識信息特征(檢索元數(shù)據(jù))去構造、試驗不同的檢索表達式,以逐步逼近檢索目標,逼近查全、查準。這樣的操作方式其意義不僅在步驟的簡化,更重要的是可以使學習者保證檢索思路的一致性和信息特征辨別的方便性,排除了在逐一檢索的過程中可能出現(xiàn)的漏查、漏結果和重復,大大減少了嚴重影響查全查準的隱患,極大地提高了人們對信息檢索邏輯的自覺控制水平。

(2)知識門類的導航體系

一個能夠反映知識關聯(lián)和知識發(fā)展的知識門類導航體系。它既可滿足人們越來越細化的專業(yè)知識需求,又能夠科學地反映知識之間在學科專業(yè)層次上的關聯(lián)和互動,從而滿足了有效獲取、綜合利用知識信息的需要。

(3)知識網(wǎng)絡

用知識元、引文、關鍵詞(或主題詞)、基金項目等各種鏈接方法自動建構了知識信息之間的微觀聯(lián)系,稱之為知識網(wǎng)絡。該知識網(wǎng)絡所反映的知識信息之間的關聯(lián)超出了語義關聯(lián)的范疇,直接反映了文獻之間在內(nèi)容意義上的關系,因而它是一種最直接有效的文獻查詢途徑,也是理解內(nèi)容、發(fā)現(xiàn)內(nèi)容的重要手段。根據(jù)數(shù)字化學習港的平臺設計,知識網(wǎng)絡具有操作系統(tǒng)性質(zhì)的功能。一種數(shù)據(jù)庫只要納入數(shù)字化學習港平臺,就可以通過知識網(wǎng)絡與平臺上所有其他數(shù)據(jù)庫建立內(nèi)容關聯(lián),進入學習者的檢索途徑。這就意味著,數(shù)字化學習港并非各種數(shù)據(jù)庫的“物理”相加,每一種數(shù)據(jù)庫將在規(guī)范的管理平臺下成為數(shù)字化學習港的一個有機組成部分,其價值得到了整體提升。

(4)資源超市及互聯(lián)網(wǎng)出版

數(shù)字化學習港建設的目標不僅在于全面、系統(tǒng)地整合傳播已有的知識資源,更重要的是為了及時引入最新的知識資源。數(shù)字化學習港對所有資源的有序化整合,特別是以其最大限度滿足人們獲取知識信息需要的優(yōu)勢,將為知識資源的提供者或稱為互聯(lián)網(wǎng)出版者,創(chuàng)造一個潛力無窮的知識資源超市,從而成為互聯(lián)網(wǎng)出版的主渠道,保證了數(shù)字化學習港資源的新穎性和完備性。只有這樣,符合市場經(jīng)濟規(guī)律的產(chǎn)業(yè)機制,才有可能真正實現(xiàn)知識資源的有效運用。

2.網(wǎng)格技術在數(shù)字化學習港建設中的應用優(yōu)勢

(1)網(wǎng)格為數(shù)字化學習港構造統(tǒng)一的平臺

網(wǎng)格技術的巨大優(yōu)勢是較明顯地降低建立網(wǎng)站和提供網(wǎng)絡服務的成本。在信息網(wǎng)格中,資源被統(tǒng)一管理和使用,用戶可以通過網(wǎng)格操作系統(tǒng)透明地使用整個網(wǎng)絡資源。網(wǎng)格利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施為用戶提供一體化的智能信息平臺,創(chuàng)建一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新一代信息平臺和軟件基礎設施。在這個平臺上,信息處理是分布式、協(xié)作和智能化的,用戶可以通過單一入口訪問所有信息。

(2)網(wǎng)格有利于數(shù)字化學習港的信息集成

數(shù)字化學習港建設是一個龐大的信息工程,涉及許多方面,只有協(xié)同工作,才能保證正常地運轉。網(wǎng)格將分布在不同地理位置的資源通過高速的互聯(lián)網(wǎng)進行資源集成,從而提供一種高性能計算、管理及服務的資源能力。[7] 在分布式的異構環(huán)境中,網(wǎng)格技術能夠精確定位所需的數(shù)據(jù)集,并為后續(xù)處理提供支持。人們利用這些資源就像用電源一樣,不必計較這些資源的來源和負載情況。

(3)網(wǎng)格有利于實現(xiàn)數(shù)字化學習港的資源共享

網(wǎng)格提供單一的系統(tǒng)映像,具有透明性、可靠性、負載平衡等功能。網(wǎng)格支持對異構數(shù)據(jù)資源的訪問,為用戶提供統(tǒng)一的訪問接口,選擇適當?shù)脑L問協(xié)議實現(xiàn)用戶提出的數(shù)據(jù)訪問請求。網(wǎng)格與目前的計算機網(wǎng)絡不同,網(wǎng)格能實現(xiàn)應用層面的連通,它主要關注的是如何消除信息孤島,實現(xiàn)信息資源的智能共享。[8]網(wǎng)格技術的進一步充分應用,能夠極大地提高數(shù)字化學習港資源的利用效率。

(4)網(wǎng)格有利于數(shù)字化學習港的海量數(shù)據(jù)處理

數(shù)字化學習港所要處理的數(shù)據(jù)通常比較大,網(wǎng)格則能夠很好地解決海量數(shù)據(jù)的計算處理和分析問題。它能將分布在不同地方的計算機連接在一起,用戶只需通過客戶端發(fā)出要求計算的指令,網(wǎng)格就把這些任務調(diào)配給各個計算機執(zhí)行,然后將各個計算機計算出來的結果匯總反饋給用戶,連接的計算機規(guī)模越大,計算能力就越高。[2] 此外,通過網(wǎng)格用戶還可以在較短時間內(nèi)把需要的數(shù)據(jù)從不同的數(shù)據(jù)庫中找出來綜合在一起,省去了多次訪問不同數(shù)據(jù)庫的麻煩,并能直接調(diào)用網(wǎng)格中的算法和程序等資源,避免許多重復性的工作。網(wǎng)格計算可以智能地分配計算資源,能夠優(yōu)化現(xiàn)有的計算資源,更快地解決數(shù)字化學習港的設計和利用問題;能夠將應用程序的每個部分調(diào)整到最適合它的系統(tǒng)中去,從而以更短的時間、更低的成本解決相關應用問題。

(5)網(wǎng)格有利于數(shù)字化學習港進行知識管理

網(wǎng)格的知識生產(chǎn)特性是網(wǎng)格與互聯(lián)網(wǎng)兩者之間質(zhì)的區(qū)別,互聯(lián)網(wǎng)本身不生產(chǎn)知識,人們都是先把信息知識用其他方式生產(chǎn)出來以后再放到網(wǎng)上,供用戶查找利用。而網(wǎng)格則能根據(jù)用戶的要求自動地生產(chǎn)知識。在知識生產(chǎn)的過程中,高性能計算機將起到關鍵的作用,它把從數(shù)據(jù)源得到的各種原始數(shù)據(jù),運行特定的程序加工成信息和知識。網(wǎng)格可以自動地找有關的數(shù)據(jù)源進行綜合分析和知識的發(fā)現(xiàn),形成新的認識。隨著網(wǎng)格技術的不斷發(fā)展,數(shù)字化學習港的功能和作用都會得到全面提高,在學習者提出請求或查詢時,網(wǎng)絡將會自動處理分析,并把有關的結果傳送到學習者登錄的節(jié)點上。

三、數(shù)字化學習過程的優(yōu)化

廣義的學習應當包括獲取知識、發(fā)現(xiàn)知識乃至知識創(chuàng)新的所有方面,本文這里指的是在教育范疇里的學習。廣義的數(shù)字化學習包括個人學習和有組織的學習,廣義的數(shù)字化學習平臺應當包括網(wǎng)校管理、課程管理等管理系統(tǒng),在此討論的僅限于學習本身,而不涉及相關的各種管理過程。如圖2所示為數(shù)字化學習過程的優(yōu)化。

1.重視學習目標和課程的設計

在教育意義上的學習,首先是做好學習目標和課程的設計。用一句流行的話來講,它是一個學習戰(zhàn)略問題,對學習本身的價值和學習的成敗具有決定性的意義?，F(xiàn)在,在知識資源高度共享的信息化條件下,學校、教師、學習者都可以參照國家制定的課程標準,來組織適合本地、本校和本人教學條件和發(fā)展方向的學習資源,靈活地制定個性化的學習戰(zhàn)略。

對同樣的知識內(nèi)容,不同的學習理念、不同的學習資源、不同的學習方式和過程,會導致不同的學習效果;反之,不同的學習目標可以通過相應的學習理念、資源、手段和過程來實現(xiàn)。通常人們把這樣的設計過程稱為信息技術與課程整合。[9]

要設計好數(shù)字化學習的目標與課程,需要教師和學習者對數(shù)字化學習的資源進行全面系統(tǒng)地了解和分析,才有可能制定具體可行的學習計劃。也就是說,教師和學習者應當把數(shù)字化的知識資源看成是一種至少是與教材同等重要的課程資源來對待,僅僅是對知識資源的隨機性信息檢索是不能真正實現(xiàn)數(shù)字化學習的應有效果。

2.學習過程的優(yōu)化模式

傳統(tǒng)的學習過程大多是學習者預習、教師講授、學習者復習、教師組織考核四步曲。數(shù)字化學習過程的構成有時是四個要素:學習者、教師、資源、內(nèi)容,有時則為三個要素:學習者、資源、內(nèi)容。數(shù)字化學習實行了學習者學習戰(zhàn)略的自主管理,包括數(shù)字化學習準備、實施、呈現(xiàn)、評估、改進五個階段,形成了“情景-探究”模式,“小組合作-遠程協(xié)商”模式,“專題探索-網(wǎng)站開發(fā)”模式,“資源利用-主題探究”模式等。以“資源利用-主題探究”為核心的學習模式,其主要難點是站在現(xiàn)代科學技術和社會文化的背景之下,反思學科發(fā)展的過程和導致這些發(fā)展的關鍵問題。[10] 就是說,讓學習者學會如何用發(fā)展的眼光來發(fā)現(xiàn)和提出問題,從而使學習者能夠以科學的態(tài)度來對待知識和學習,以培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

(1)優(yōu)化學習過程中的文獻閱讀

解決的辦法就是充分地利用知識資源及其相互聯(lián)系,在多種可選擇的前提下根據(jù)學習者的目標要求得到最為適合的結果。[11] 比如,在CNKI數(shù)字化學習平臺中,提供了兩種主要的知識網(wǎng)絡技術,可以用來支持教師和學習者對新知識的了解。一是知識元鏈接,它鏈接在文獻的各種概念和名詞之下,采用簡單明了的語言講解知識的本質(zhì),并可以由它鏈接到有關的論文和書籍,使學習者可以在短時間內(nèi)迅速了解新知識及其意義。二是引文鏈接,通過參考文獻,將同類教材案例或研究成果的文章關聯(lián)起來,使學習者能夠具體地了解知識的發(fā)展過程,并幫助學習者實現(xiàn)在線理解。

(2)優(yōu)化學習交流

學習內(nèi)容的開放性必然要求學習交流的廣泛性和及時性?，F(xiàn)有的Email這些非實時的交流方式不能滿足問題交流的需要。[12] 因此,數(shù)字化學習平臺應提供兩種有效的手段,一是基于網(wǎng)絡視頻會議的協(xié)作學習系統(tǒng),讓教師和學習者可以同時閱讀或使用同一資源或同一軟件,支持與教案作者、教師的實時在線交互,像面對面一樣研究共同關心的問題;二是提供智能答疑系統(tǒng),當學習者需要有問題解答時,可以咨詢相關的知識點,并獲得系統(tǒng)的自動答疑、定題服務及在線作業(yè)等。此外,數(shù)字化學習平臺還要提供BBS、文章評論等討論方式。

(3)優(yōu)化學習過程的信息處理

學習總結離不開對學習過程的反思和評估。在數(shù)字化學習平臺中嵌入一個個人數(shù)字化學習管理系統(tǒng),在這里既可以管理學習者的學習過程資源,也可為學習者提供支持閱讀分析的讀書工具,還可借助它交流學習經(jīng)驗,改進學習方法,提高學習效率,培養(yǎng)優(yōu)化學習過程的能力。

數(shù)字化學習過程的優(yōu)化模式是建立在資源網(wǎng)格操作系統(tǒng)之上,采用專門的學習技術和系統(tǒng)功能,支持各種類型、層次和方式的網(wǎng)上學習模式。當然,在數(shù)字化學習過程中也會產(chǎn)生許多新問題,比如,教學方案與過程設計、評估方法設計、學習積極性激勵等一系列問題。數(shù)字化學習平臺在解決好學習模式的基本環(huán)節(jié)之后,應當進一步開發(fā)更完善的數(shù)字化學習的功能模塊和學習策略。

總之,數(shù)字化學習港是一個為全社會服務的知識基礎設施。其作用不僅在于實現(xiàn)知識信息的傳播共享,而且在于利用這種傳播共享實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化學習。教育機構把知識信息的提供作為一種基礎設施來投資建設,就如同交通、通訊、能源三大社會基礎設施一樣,從這個意義上說,不論知識門戶網(wǎng)站將來有多么發(fā)達,未來數(shù)字化學習港的知識服務地位將是不可取代的。因此,及時、科學地調(diào)整數(shù)字化學習港的發(fā)展戰(zhàn)略,將傳統(tǒng)數(shù)字化學習港的概念和職能轉變到學習中心、研究中心、知識管理中心和知識超市的定位上來,是有關部門應認真研究的重大方針政策和戰(zhàn)略方向。

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