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基于网格的远程教学研究

高宏卿  
【摘要】:网格是继Internet之后又一次重大的科技进步,有人将其称为下一代互联网。它是集成和并行的计算与资源环境,其核心是在异构和分布式的网络环境中,实现资源共享(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),消除信息孤岛。虽然网格技术现在还没有普遍地应用,但是因为网格技术本身具有的优势,其应用前景是非常广阔的。 现代教育技术以计算机网络为代表,基于网络的远程教育在现代教育中扮演着重要的角色,给无数的学习者提供了快速、便捷的学习方式。正是基于网络的远程教学,使得学习超越了时间和地点的限制。远程教育在全球范围内,都有着急速发展的趋势,但现有的远程教学系统,普遍存在着一些问题,主要表现在:缺乏广泛的资源合作,远程教育标准不完善,网络的异构给远程教学系统的开发带来了很大的难度,这些是造成教育资源不能大范围内共享、教学资源重复开发的主要原因。网格技术的出现,为我们解决这些问题带来了契机,因为网格技术的核心就是信息、资源共享。网格技术在其它许多领域都已经有了初步的应用,但是在远程教育中应用得还很少,研究如何将网格技术应用到远程教育中,是非常有必要和意义的。本论文的核心是研究如何建立网格环境、如何开发网格应用程序并将网格技术应用到远程教学系统中去。本论文共分七章: 第一章是选题背景和研究概述。主要阐述了远程教育的现状,存在的问题和解决的途径,以及本论文的研究内容和技术路线。目前的远程教学系统,教学资源大多以HTML格式为主,辅助以静态或动态的多媒体信息,内容和格式混合,不符合远程教育标准,不利于信息的提取,交换和处理。开发工具和运行平台各异,不具有通用性,加上网络本身的异构,造成了教学资源和教学系统无法大范围共享。网格技术在远程教育中的应用,可以根本改变这一现状。网格技术以资源共享为核心,以网格服务为实现方式,为用户提供透明的服务,用户不必知道网格服务是怎样实现的和由谁实现的,用户通过网格服务接口调用其服务而实现各种资源的共享。 第二章是网格体系结构及其远程教育应用研究。该章主要分析研究了现有的两个网格体系结构以及网格在远程教育中的应用前景。五层沙漏结构和开放网格服务体系结构是目前网格技术中最重要的两个体系结构,而开放网格服务体系结构更为流行,并且已经从理论走向了应用。著名的Globus项目就是由开放网格服务体系构建的。五层沙漏结构是以协议为中心,而开放网格服务体系结构以服务为核心,结合Web Services和其它网格相关技术,定义了开放的、可扩展的、相互协作的、异构环境下的应用程序框架。网格的应用是由网格服务(Grid Services)来体现的,Grid Services是在Web Services的基础上,增加诸如生命周期管理、数据管理、服务实例等功能扩展而成。一个网格服务就是一个系统中察觉不到的服务模块,客户端只要按照其要求,发送服务请求,就可以得到相应的服务。在本文的研究中,采用了开放网格服务体系结构,并且用Globus作为开发工具。 第三章主要研究XML技术及其在远程教育中的应用。HTML技术伴随着整个Internet的发展,但由于HTML本身的缺陷,已经不能满足Internet发展的需要。主要原因有以下几点:HTML的标记是固定的,用户无法创建满足自己需要的标记;HTML将所要表达的信息和显示的样式混合在一起,在一定程度上更强调内容显示的格式,没有对信息进行结构化的描述,这样的HTML文档对于信息的抽取、查询、处理都是非常困难的甚至有时是不可能的;HTML严重依赖浏览器,且标准不统一,导致了有些文档必须在特定的浏览器下来解释。HTML的 基勺卜网格的远程教学笼开究 命 缺陷导致了XML的出现,XML是专为工nternet设计的标记语言,它的重点是信息本身而不 是显示格式,数据的显示由其它技术来解决。这种明确的分工使得更高效的Web程序设计、 对信息的管理、处理、快速的搜索成为可能,更为关键的是,统一的数据表示使xML成为 工nternet上的公共语言,无论是在信息的表示上还是在网络通信上,都显示了其独特的能 力。在远程教育中,XML已经成信息表示和信息传输的标准,在网格技术中,XML作为服务 消息的传送,也是别的语言无法替代的。 网格远程教学系统的核心是教学资源的共享和教学服务系统的建立。尽管传统的网络 教学系统或者基于网络的远程教学系统都强调共享,但这种共享还是处于相对较低的水平 上。从教学资源上来看,形式多样,格式不统一,无法进行统一有效的协调和管理;从硬件 和操作系统来看,各种异构系统并存,许多远程教学系统无法在不同的平台上运行;从实现 的方式上来讲,大多是静态或动态(用asp或jsP实现)的WEB页面,没有体现服务的概念。 而网格远程教学系统通过为用户提供统一的服务接口,实现更高层次的共享,这种共享不仅 仅体现在教学资源上,而且包括各种硬件资源的共享。对于学习者来讲,不必知道学习服务 由谁来提供和怎样提供,对于教学资源的开发者来讲,可以通过统一的接口,来实现更为快 速的开发。第四章给出了基于教育科研网的网格体系的框架,特别是对于基于校园网


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