网格技术及其教育应用

聂 倩

摘要:网格是继传统因特网、Web之后的第三次技术浪潮,它将为各个领域带来无限发展空间。网格技术在教育领域的应用必将加快教育信息化的步伐,实现优质教育资源的全面共享。本文首先简要介绍了网格技术的概念,其次通过国外与国内的一些教育网格项目概括了网格技术在教育领域发展与应用的现状,最后对教育网格的发展前景做出了展望。

关键词:网格技术 教育应用 研究现状

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)21-0079-03

在互联网广泛应用于人们的工作、生活和学习中并不断飞速发展的今天,正涌现出另一个具有划时代意义的新生事物——网格(Grid)。它的出现,将掀起继传统互联网、万维网之后的第三次浪潮,并将为各个领域带来无限发展空间。

网格技术有着诱人的前景,它的不断发展必将对各个领域产生深远的影响,教育领域也不例外。本文将就网格技术已经开展的以及正在开展的研究,以及它在教育领域的应用进行综合论述,以反映当前网格技术的发展情况和应用前景。

一、网格技术简介

传统的因特网实现了计算机硬件的连通,Web实现了网页的连通,而网格则试图实现互联网上所有资源的全面连通。什么是网格呢?有人将网格称为“下一代的互联网”、“国际互联网2”、“下一代的万维网”。

网格之父——Ian Foster在《网格:一种未来计算基础设施蓝图》一书中把网格描述为:“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术,它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体,为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和服务。”[1] 网格建立在已有的IP地址、网络传输协议、客户/服务器应用模型等概念和技术之上,是互联网技术的进一步发展。它作为一种并行的分布计算的基础设施,把分布在互联网上的资源集成为一台虚拟的、能力巨大的超级计算机,提供计算资源、存储资源、信息资源、专家资源、设备资源等的全面共享。网格的根本特征是资源共享而不在于它的规模,消除资源孤岛是网格的奋斗目标。

二、网格技术在教育领域的研究现状

网格技术的研究最初是从美国的科研机构开始,目前已经推广到了世界各国,各个国家和政府都投入了大量资金进行网格技术研究和网格基础设施建设,网格已经从实验室走向了教育领域。

1.国外的研究现状

大学是国外在该领域研究最活跃的场所之一。哈佛大学在IBM公司的帮助下,于2004年4月开始开发了一个名为“深红网格”的网格系统,供全校师生和研究人员共享数据以及在生命科学设计和应用科学方面展开协作,并最终向该地区其他大学开放。

(1)欧洲学习网格

LeGE-WG(Learning Grid of Excellence Working Group)研究计划是建立欧洲学习网格基础设施,支持信息的系统化交换,并为不同参与者创造亲密的合作机会。[2] 该项目集合了技术学科、教育学领域以及对E-learning有兴趣的专家学者和学生,促进了这些团体或个人之间的交互。LeGE-WG主要是以服务为导向,在学习网格环境下开发应用,发展新一代的E-learning平台。如eCalculus为运算资源需求性质的教学应用,老师用模拟的工具与学生进行教学互动,操作模拟工具以提升学生对课程的兴趣与理解。

(2)韩国Linux网格计算教育中心

早在2003年,韩国全南大学启用了基于GT3的Linux网格计算教育中心,这是首家在大学校园内设立的网格计算教育中心,为全南大学的研究生和本科生提供Linux和网格计算教育。学生可以在教育中心参加一些课程实践,通过其Linux网格计算教育中心来推出网格计算课程,是一项符合电子商务发展趋势的重要教育开发计划。

(3)NICE(叙事式沉浸的建设者及协同环境)

备受关注的叙事式沉浸的建设者及协同环境(Narrative Immersive Constructionist/Collaborative Environments,NICE)是伊利诺州大学芝加哥分校电子可视化实验室EVL(Electronic Visualization Laboratory)和交互计算环境实验室CEL(Interactive Computing Environments Laboratory)合作推出的。NICE是一个探索性质的协同学习环境,专为6～10岁的孩子设计,学习者戴着特制的眼镜,进入虚拟实验环境,可以在虚拟环境中与其他学习者互相交流、学习,获得真实的学习体会。

2.国内的研究现状

我国对网格技术的研究始于上世纪90年代中后期, 起步并不晚, 在关键技术研究方面与国外差距不大。

(1)中国教育科研网格(ChinaGrid)

中国教育科研网格(ChinaGrid)是“十五”211工程公共服务体系建设的重大专项,是中国国家网格的一个重要组成部分。中国教育科研网格ChinaGrid承担着将中国教育科研网(CERNET)上分散、异构、局部自治的海量资源整合起来,通过有序管理和协同计算,消除信息孤岛,发挥综合效能,实现资源的广泛共享、有效聚合、充分释放,提供高效的计算服务、数据服务和信息服务等重任。该项目自2003年1月进入实施阶段,研发工作长达三年,于2006年8月通过验收。在网格中间件——网格公共支撑平台(CGSP)的支持下,ChinaGrid已建成了覆盖全国13个省市、20多所高校的网格环境,聚合计算能力超过15万亿次,存储容量达150TB,并成功开发和部署了生物信息学、图像处理、流体力学、海量信息处理、大学课程在线等典型的网格应用。

其中大学课程在线(现已更名为大学堂)的使命是通过网格技术的应用,不仅提供内容最丰富的中国大学课程视频点播服务,而且提供能同时支持上万路视频流的服务能力。该网格建立了一个包含近3500小时优秀课程视频的点播平台,在全国17个城市部署了22个节点,从2003年5月开始试用至今,访问该系统的独立IP数为25,807;课程视频实际点播人次为1,736,501;日平均点播次数大约为5,018次;访问量最多的一天达到11,917次,受到网络用户的关注与欢迎,实现了网格环境下的教育视频点播服务,已经成为我国规模最大、提供7×24服务的非盈得课程视频服务。[3]

目前,大学课程在线网格应用由分布在10多个城市的22台服务器联合提供服务,近300门大学课程由20多所重点大学提供课程资源,涵盖文、理、工、农、医等多个领域,美国MIT计算机教学及传统的与教育相关的视频也无偿地加入到大学课程在线里,而且完全免费点播。大学课程在线真正做到了有老师在讲的视频,系统提供服务的能力随加入学校数量的增加而增强。

目前大学课程在线已把资源扩展到中小学、培训、考研辅导等领域,以充分满足学习型社会的需求。在ChinaGrid二期中,大学课程在线的目标是达到三个“一”:中国的教育资源达到一万小时;增加到一百台服务器;每天有一百万人在线访问。

(2)远程教育学习评价——LAGrid[4]

由清华大学等单位共同完成的LAGrid(远程教育学习评价)于2004年12月通过了教育部的科技成果鉴定,以中央广播电视大学系统作为应用背景,将网格技术应用于远程学习评价,它不仅提供了用户管理和群组管理功能,还提供对学习内容(题目、试卷、测评任务)和相关学习资源的管理。同时LAGrid支持个性化的学习,为学习者推送最合适的学习资源,及时反馈学习结果,改善学习,通过技术手段降低成本,实现“一对一”教学方式,从而构建出个性化的E-learning环境。

(3)中国知识基础设施(National Knowledge Infrastru-cture,CNKI)

中国知识基础设施即中国知网(CNKI),始建于1999年6月,由清华大学和清华同方发起,CNKI工程是以实现全社会知识资源传播共享与增值利用为目标的信息化建设项目,CNKI工程的具体目标,一是大规模集成整合知识信息资源,整体提高资源的综合和增值利用价值;二是建设知识资源互联网传播扩散与增值服务平台,为全社会提供资源共享、数字化学习、知识创新信息化条件;三是建设知识资源的深度开发利用平台,为社会各方面提供知识管理与知识服务的信息化手段;四是为知识资源生产出版部门创造互联网出版发行的市场环境与商业机制,大力促进文化出版事业、产业的现代化建设与跨越式发展。

CNKI是基于网格技术的第三代数字图书馆,是一个网格资源共享平台,将国内外分布异构数据资源聚合在同一门户界面中,为用户提供单一、友好的数据访问环境,对数据资源进行链接整合形成知识网络体系,实现数据资源的增值,具有强大的知识挖掘和知识学习功能,用户通过图书馆门户透明地访问所有资源和服务,并可以无缝地进行知识漫游,用户可以通过该平台提供的统一的检索界面、统一的检索语言查找到自己需要的资源,最终数据以统一的方式呈现。它通过产业化的运作,为全社会知识资源高效共享提供最丰富的知识信息资源和最有效的知识传播与数字化学习平台。

(4)国家基础教育网格

关于教育网格的研究已经不仅仅局限在高校,在基础教育领域的应用已经展开。2006年12月26日由国家基础教育资源共建共享联盟及国家基础教育网格课题组共同举办了国家基础教育网格(http://www.g12e.org/toG12eIndex.do)的开通仪式,它是一个基于IPv6的应用网格,在基础教育领域建成国家基础教育网格平台,其宗旨是在基础教育领域应用先进的IPv6及网格技术,建设一个全国性的教育资源共建共享平台,为教育领域“下一代互联网”的到来创造条件。该项目以人大附中为骨干节点,面向国内200所中小学开展,每一所学校都是一个网格节点,各学校的资源放在本地的节点上,自主管理自己的资源,通过网格计算技术,实现对全国各地的优质基础教育资源的集成和共享,提供开放的远程协同教学的支撑环境。该项目已于2008年6月30日通过了专家组的验收。截至2009年7月6日,已有981所全国知名中小学加盟,已经汇聚了13682条优质资源,而且资源的数量每天都在增加。

三、启示与展望

教育技术领域的研究对象为学习资源和学习过程,如何更好地对其设计、开发、利用、管理和评价一直是教育技术领域所关注的主要问题。网格的出现及其应用,对教育以及教育技术领域都提出了新的挑战,它可以实现教育资源的全面共享,那么,网格的应用到底会对教育产生怎样的影响?尽管国内外的网格实践已经为我们提供了成功的范例,网格领域的专家也为我们描述了一个美好的前景,但是,网格技术除了能解决教育资源共享的问题之外,所提供给教育的也许远远不仅如此,只有深入参与到教育网格项目中才能够领悟到该技术对教育带来的变革,真诚地期待更多的教育技术领域的人们加入到这项技术的应用研究中,更好地为教育服务。

参考文献:

[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.中国教育科研网格ChinaGrid[EB/OL].http://www.edu.cn/zhong_dian_ke_ti_5168/20061012/t20061012_199825.s-html.

[4]许骏,史美林等.网格计算与e-Learning Grid——体系结构·关键技术·示范应用[M].北京:科学出版社,2005.

[5]金海.中国教育科研网格 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

(编辑:金冉)