基于网格的虚拟教学环境探讨

“十一五”规划课题

《小语课堂优质生成性资源的网格化管理与再利用的研究》

过程性研究资料——————————————————————————————————

基于网格的虚拟教学环境探讨

摘要：基于网格的虚拟教学环境将提供协作探索式学习、综合能力训练的场所，提供一个更广阔的、资源不断更新的虚拟现实的教学环境。本文描述了该环境的要素、功能要求及构建基础，并就其实现机制与教学资源的集成问题进行探讨。其构建对实现新型信息化教学有着十分重要的意义。

关键词：网格服务；虚拟环境；教学资源；集成

1引言

网络教学环境促进了现代教育信息化的实现，但服务与技术支持上仍不完善，如没充分实现硬件资源的共享；网络带宽对真实的实验操作、流媒体实时播放等有技术限制；难以达到动态创设情景、动态组织教学，进行个性化学习的目标；缺乏教学资源整合、全面共享等。如何将互联网上资源全面连通，最终实现网格虚拟教学环境，是新型信息化教学制定发展战略时必须考虑的基本问题。

网格是新一代互联网技术，其出现为教育信息化的发展提供巨大的机遇和挑战。网格技术使整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算、数据、知识等资源的全面共享。网格具有分布性、共享性、资源透明性、动态性与管理的多重性等特点。利用其优势，最终可将所有分散的教学资源组成统一的信息和知识体系，构建一个无限的虚拟现实的教学大环境。

2网格虚拟教学环境

(1) 网格虚拟教学环境的要素

基于网格的虚拟教学环境主要包括：

●虚拟教学组织

虚拟教学组织具分布性、动态性、异构性。如：根据学习者的需求、水平与

进度，构建虚拟教学区(教室、实验室等)；根据教材版本、教学内容和目标等信息，搜索在线备课的教师，形成虚拟教研室。教师和学生的交互活动都可在虚拟的教学组织下进行。

●网格代理教师

基于多代理系统可建立一系列的教学代理，并进行多个教学代理之间的交互、协作。每一个教学代理具有一种或多种教学能力，它能代理教师角色，根据从学生模型中提取的学习爱好和风格特征，提供特定的学习内容。且具有支持情景创设、虚拟教学区的动态创建以及自由交互的教学方式等特点，从而达到个性化教学的目的。

●虚拟教学资源

网格服务可将服务器、数据中心和学校间的资源虚拟化。虚拟资源的类型主要有:硬件(网络、存储器、教学设备等)及教学数据资源(电子教案、图书、素材、积件等)。网格技术及其相关服务可使虚拟性和即时供应性结合，提高资源利用率。

●门户协同教学网站

强调教学资源的互通、互操作能力，以支持虚拟教学组织基础上的协同教学工作。它能使网格代理教师方便地去组合、管理多种网格教学服务，从丰富的教学资源中选择合适的内容，载入专业的门户网站，以实施系列教学服务。

总之，网格虚拟教学环境将使网格代理教师在一个动态的虚拟教学区中组织、管理教学资源，根据不同的学习对象，采用不同的教学模式和策略进行教学；学习者能按所需方式、时间等使用学习资源，支持各地的学习者在动态的虚拟教学区中进行协作学习，还可附上语音和传送视频图像，使之处于讨论与实验的虚拟现实环境中；各地师生能进行实时交互而不出现网络延迟，如同面对面地教学，真正实现教与学的协同。

(2) 网格虚拟教学环境的功能与特点

基于网格的虚拟教学环境应支持的主要功能有：动态创建教学与交流区；支持真实与仿真实验操作；支持教学积件及知识的建构；支持个性化的学习。

基于网格的虚拟教学环境具有的特点是：

●开放性

学习者可得到及时更新的、更广泛、充分共享的软、硬教学资源，学习可突破时、空限制；

●交互性

使多个群体或虚拟教学组织的教、学双方充分参与教学活动，在线学习与交流；

●集成性

利用多种形式及媒体教学，可使若干教学环节：讲、听、作业、实习和考试融为一体；

●操作性

学习者可实现异地真实或模拟实验，操作多种高档共享实验设备。

●自适应性

利用网格积件，进行在线学习效果评估，并据此来调整学习策略、内容和进度。

总之，网格虚拟教学环境的特点主要表现在主体的个性化、交往的平等化、内容的整合化、空间的网格化及时间的终生化。学习者可获得更广阔的学习空间，更丰富的教学资源，更灵活开放的学习方式。

3 网格虚拟教学环境的构建基础

(1) 网格虚拟教学环境的技术支持

网格虚拟教学环境应基于开放网格服务体系(OGSA)标准构建。OGSA标准综合了关键的网格技术和网络服务标准，能支持在异构环境下服务的动态发现和合成。网格的一切对外功能都以网格服务的形式来提供，并借助一些现有的、与平台无关的网络服务(Web Service)技术来实现网格服务的描述、查找、访问和信息传输。这样不同网格中的应用和已有的符合网络服务标准的各种应用都可方便地集成起来，而不必关心其实现平台和使用技术的异构性。

网格虚拟教学环境可构建在已有的各种网格之上。基于OGSA标准，可建立多种网格服务。如：数字图书馆网格服务可使学习者便捷地享受无限的教学资源；数字地球网格服务可使学习者进入一个虚拟现实的地球环境；计算网格服务能使师生去访问、操作一个虚拟的大型计算机，快速进行海量数据的计算。网格为网络服务提供了一个与硬件无关的虚拟计算机，而网络服务是架构在虚拟计算

机平台上的应用交互集成平台。可将目前互联网教学系统建立在网格平台上，并将系统各个模块之间的接口采用OGSA标准来封装，再由用户根据需要进行定制或集成。

计算机虚拟现实技术可创造逼真的虚拟现实环境。远程沉浸应用是一种特殊虚拟现实环境。该环境可以是对现实或历史的逼真反映，可以是对高性能计算结果或数据库的可视化，也可以是纯粹虚构的空间，它可使分布在各地的学习者能够在相同的虚拟空间协同学习与试验。

(2) 网格教学资源集成的策略与方法

在网格上实现虚拟教学资源的关键是教学资源的集成。可利用先进的网格分布式数据库管理系统来实现教学资源的存储、管理与控制、集成。通过提供所有教学资源的统一视图，而不考虑其数据类型、数据存储、物理位置。按需地、透明地提供对教学数据的访问，从而使教学资源的虚拟化在网格中得以实现。

网格教学资源集成可采用以下几种策略：

●构建虚拟资源库

虚拟资源库是一个联邦数据库，它只有一个联邦模式，用户看不到多个独立资源库的存在。

●资源定制集成

由应用程序自己完成教学资源库集成，如：查询、中间数据源的构建、显式的数据传输和变换、存储集成结果等。

●资源增量集成

使用者只须完成部分准备操作，网格数据库管理系统高级的数据存取和集成组件可自动完成后期的集成工作，使教学资源逐步递增。

网格教学资源集成可采用的方法有:

●整合

将跨平台的异种数据整合到中央数据库，包括音频、视频、网页、电子邮件等；其特性是支持大型数据库、网络数据库、虚拟专用数据库及应用集群。

●联合

将多个数据存储中的数据联合到单个虚拟数据库中。其特性是可访问任何数据源且有多种数据库访问方法。