淺談虛擬研究環(huán)境的建設

淺談虛擬研究環(huán)境的建設

提要本文在介紹數(shù)字化科研的基礎上，引入虛擬研究環(huán)境的基本概念及進行技術基礎闡述，針對目前處在虛擬研究環(huán)境的科研人員，分析和探討他們的實際需求，提出進行虛擬研究環(huán)境建設的合理策略。

關鍵詞：數(shù)字化研究；信息和通訊技術；虛擬研究環(huán)境

一、虛擬研究環(huán)境理論及技術基礎

基本理論。數(shù)字化科研由英國在2000年提出，是為了應對當時各學科研究領域所面臨問題的空前復雜化，利用新一代網(wǎng)絡技術和廣域分布式高性能計算環(huán)境——網(wǎng)格建立的一種全新科學研究模式，即在信息化基礎設施支持下的科學研究活動。此后，該理念便席卷世界各科研領域，大家都試圖用它來解決本學科在研究過程中遇到的種種難題。

虛擬研究環(huán)境是由e-Science主導的一種結(jié)合資源、服務、工具的框架結(jié)構(gòu)，其目標是為特定群體的科研人員構(gòu)建起一個具有開放共享、安全可控、分布協(xié)同的網(wǎng)絡化數(shù)字化科研平臺。它充分利用信息技術形成虛擬實驗室來進行全球范圍的分布式、大規(guī)模的合作研究，其目標是為科研人員提供一個跨學科、地域、機構(gòu)的開放科研平臺，研究人員可以通過VRE尋找合作伙伴、尋求基金支持、共享研究工具和各種資源。VRE使研究工作更加便利，使研究者能夠更加專注于研究工作本身。借助VRE平臺即時組建起面向特定研究主題的虛擬團隊，集中精力在指定時間內(nèi)完成研究任務。另外，VRE還提供研究成果的發(fā)布功能，這主要借助機構(gòu)存儲庫來實現(xiàn)。

VRE的技術基礎。虛擬研究環(huán)境概念揭示了一個研究群體如何適應，以應付未來研究挑戰(zhàn)的趨勢，它不僅揭示了當前研究實踐的轉(zhuǎn)變，而且也揭示了通過利用先進信息和通信技術的轉(zhuǎn)變，如“網(wǎng)格”計算或“云”計算、工作流引擎、語義技術和先進遠程會議系統(tǒng)。

二、虛擬研究環(huán)境需求分析

虛擬研究環(huán)境，顧名思義，是一種協(xié)作活動，它結(jié)合了分布式組件的研究能力，以達到研究人員個人或民間團體不可能實現(xiàn)的目標；同時，需要更徹底記錄研究過程，維護和更新資源消耗和增值，以便于能被他人重新發(fā)現(xiàn)和再利用。

相對一般學術條件，處于虛擬研究環(huán)境的科學研究人員在研究實踐和學術交流時面臨問題，可能更加復雜和涉及的范圍更廣一些。本文涉及的課題組經(jīng)過調(diào)查分析，得出在虛擬研究環(huán)境中研究人員需要得到的保障，有如下幾點：使用認證服務驗證身份；與協(xié)作伙伴溝通和協(xié)作；傳輸數(shù)據(jù)；配置資源；調(diào)用計算；對重復使用的數(shù)據(jù)和原始生產(chǎn)商給出評價；輸出數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)的存檔；既非正式通過博客或維基，又正式通過會議或期刊論文發(fā)布成果；如何發(fā)現(xiàn)合適資源；監(jiān)測資源使用或處理的狀態(tài)；持續(xù)了解當前人員的工作狀態(tài)；找出特定數(shù)據(jù)的來源以及它是如何處理的；找出誰擁有對資源的訪問權(quán)限，以及他們可以用它做的工作。

也許課題組的調(diào)查分析不一定很全面，但它給出了明確的指示，眾多VREs應包含的功能類型，與其他系統(tǒng)和服務的各種接口。一個社區(qū)或研究團體的聯(lián)合身份驗證就變得越來越重要，因為許多國家都在建立跨整個高等教育界的管理聯(lián)盟的訪問接口。數(shù)字化教育與研究框架的目標是“提供信息給投資機構(gòu)和使用信息技術基礎設施”。例如，Shibboleth就是主要應用在校園內(nèi)Web資源共享，以及校園間應用系統(tǒng)的用戶身份聯(lián)合認證的開源項目。

三、虛擬研究環(huán)境建設策略

正如虛擬研究環(huán)境名稱所蘊含的，其目的不是要建立單一的、整體系統(tǒng)，而是不同社會技術工具的配置，它們被裝配起來以滿足工作在組織、社區(qū)和更廣泛的社會背景中，沒有太多精力的研究人員的需要。因此，研究人員和技術開發(fā)人員需要探討一些虛擬研究環(huán)境進一步發(fā)展的思路和想法。

縱向和橫向一體化。VREs的概念揭示了研究人員進行研究的整個生命周期所需資源的無縫集成。然而，目前的VRE的實施難以實現(xiàn)由個別研究者定制以滿足其特定的研究需要，很難訪問他們所需要的特定資源，很難進行不同電子研究工具的功能組合來取得預期的效果。

過去的VRE項目側(cè)重于整合不同方面的挑戰(zhàn)，且只提供部分解決方案。一方面與一致性用戶界面一樣，門戶網(wǎng)站為機構(gòu)系統(tǒng)提供使用單一身份驗證和授權(quán)框架進行縱向集成?；赩REs的Web，使通用功能通過允許集成其他工具的服務和混搭服務合理化。它們是可擴展的，并允許新功能使用APIs組合在一起，從而在不同組織環(huán)境的系統(tǒng)之間進行橫向整合。

然而，在這兩種情況下，因為有對系統(tǒng)的技術能力和訪問權(quán)限的要求，集成僅限于系統(tǒng)管理員或軟件開發(fā)人員。在這兩種情況下，重點不是研究人員個人的研究經(jīng)驗，而似乎在于組織，如大學、研究機構(gòu)獲得政府部門的認同。研究人員經(jīng)常在不同的組織環(huán)境中工作，如在合作項目中。因此，他們往往面臨著需要自己去熟悉不同組織系統(tǒng)的不同接口，同時合作者還面對“是你的工具或是我的”的問題。

類似的問題已經(jīng)在虛擬學習環(huán)境中被發(fā)現(xiàn)，例如，討論發(fā)現(xiàn)，從某個用戶的角度來看，目前VLEs提供的擴展點是不足的。擴展性開發(fā)和安裝僅限于VLEs系統(tǒng)開發(fā)人員和管理人員，最終用戶自己無法擴展這些VLEs系統(tǒng)。

VREs允許跨組織邊界的資源整合，這意味著，研究人員可以在遠程存儲器、本地硬盤驅(qū)動器和服務器上以同樣的方式瀏覽文件。數(shù)據(jù)的管理和使用方式可能不同，但出發(fā)點是深思熟慮的個人觀點。此外，研究人員工作于各種社交場合、簡單的一對一合作、較大項目和更廣泛的社區(qū)。關鍵是要掌握哪些信息共享、和誰、什么時候和在什么場合。同樣，一個深思熟慮的觀點需要與他人共享的數(shù)據(jù)，并且從中有所收獲。這使得全面跟蹤在目前分布式信息倉庫中難以實現(xiàn)需求的重要研究對象來源成為可能。

VREs將研究人員和他們的活動放置在中心，從而允許研究人員能夠追蹤他們上傳文件到什么存儲器上、論文在那里發(fā)表了、在模擬中使用了什么數(shù)據(jù)源，等等。然而在這種方式下，一些待選平臺存在可能被使用而尚未全面實現(xiàn)的VREs，所以橫向和縱向集成的問題在很大程度上仍然沒有解決。

商品化和配置。在任何VRE里都有一些可能被許多學科研究人員使用的潛在的通用組件。大量的商品化組件和系統(tǒng)是適用的，正在不懈地努力開發(fā)互操作性框架，以促進靈活的集成，形成無縫的協(xié)同工作環(huán)境。商品化組件提供了大規(guī)模的重用機會，從而避免在已存在支持工具的地方做重復工作。例如，同步和異步協(xié)作支持就可以由集成工具提供，如即時通訊、wikis、博客等。同樣，計算網(wǎng)格的作業(yè)提交管理、資源存儲中間件管理的通用工具已經(jīng)存在并且是相當成熟和穩(wěn)定了，他們的普遍適用性引起廣泛支持及發(fā)展，因此，重新開發(fā)它們沒有實際意義。

此外，組件的重用也促進了技術方面的技能重用和終端用戶方面的服務供應商重用。如果每個環(huán)境都有自己的認證系統(tǒng)，這將大大妨礙系統(tǒng)的融合，因此重新使用一般性解決辦法是很重要的，如由一個大型訪問管理聯(lián)合會支持的驗證系統(tǒng)。實際上，組成VRE的工具和服務應成為可見的但是被忽視的電子基礎設施的一部分，使研究人員能夠輕松地與同行合作，而不用關注太多的技術內(nèi)容。

但是，對于專門管理和科研任務，更專業(yè)的支持是需要工具的配置和自適應，以及新工具的開發(fā)。為了適應多樣化要求和最大限度地重用，模塊化的方法是必要的，通過自動化過程，如發(fā)現(xiàn)服務和工具來提供支持，這樣就讓負責管理科研環(huán)境的用戶解脫出來。不可避免地，這是一個關鍵點，技術支持人員需要干預，這些干預應該由系統(tǒng)通過某種方式予以支持，使用戶能夠更多地學習，在將來的活動中變得更加獨立。

發(fā)展和進化策略?？茖W研究的本質(zhì)要求VREs不斷適應變化，以配合正在進行的特定研究項目，因為隨著研究在實踐應用中的不斷修正，很可能將需要新的功能，從而使得研究變得沒有必要了。與此同時，當經(jīng)濟壓力和研究的某些方面成為固定模式之時，意味著需要使用現(xiàn)有的功能和使其盡可能適應變化。一方面我們需要研究人員密切合作；另一方面我們需要技術、服務供應商建立技術配置和社會安排，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新方面，而不必在技術細節(jié)上花太多工夫。

一個重大的挑戰(zhàn)就是尋找能不斷適應的，可以不承擔高昂成本的方式。一般存在兩種情況：一種是研究小組中有自己的開發(fā)人員和提供及時的支持，這種實踐類似于共同實現(xiàn)的概念，它依賴于用戶和開發(fā)人員的主機代管、日常協(xié)作、開發(fā)和使用信息系統(tǒng)；另一種是通過開放式環(huán)境，服務于研究人員的開放式社區(qū)軟件包得以開發(fā)，這些研究人員分布在世界各地和通過電子手段互動。這兩種相反的做法各有其各自的優(yōu)點，需要設法調(diào)解。

建立一個綜合電子研究經(jīng)驗，從根本上依賴于服務供應商、工具制造商和研究人員結(jié)合在一起的團體創(chuàng)造力，以及集成這些工具進入完整研究過程的技術和組織平臺的創(chuàng)造力。以務實的方式來管理用戶-設計的關系是能成功的，但是保留了他們的經(jīng)驗如何普及化，以及在技術供應商、服務提供商、中介機構(gòu)以及初級和高級的最終用戶之間，如何能適應去管理復雜的互動，是至關重要的。

克服障礙需要跨學科的方法?？蒲械臄?shù)字化設施和VREs將扮演很重要的角色，雖然數(shù)字資源的使用已經(jīng)組成研究人員工作實踐的部分或整體，但是也存在一個廣泛的爭論，那就是它們對有潛力和更廣泛地吸收電子研究實踐成果的有效探索產(chǎn)生了抑制。

一些科學家在他們的研究報告中論述了他們所采取的數(shù)據(jù)收集和分析的方法，這些研究成果揭示了一些相關領域，它們或多或少地運用和實踐著VREs，甚至在開發(fā)和推動VREs的產(chǎn)生和發(fā)展，如培訓、教育和推廣；用戶-設計者的關系和要求、協(xié)作；政策和資金；學科組織；個人技能和工作方法；安排組織之間的資源共享；倫理和法律問題、項目管理、表達和公眾參與、跨越學科界限、基礎理論建設；應用、標準化和統(tǒng)一、技術的說明；資源發(fā)現(xiàn)和元數(shù)據(jù)；共享、重用和屏蔽。顯然，實現(xiàn)關于電子研究和網(wǎng)絡學術聯(lián)盟的想法，需要在許多方面進一步開展工作。

由于決策者需要克服在研究政策、組織安排、科學事業(yè)結(jié)構(gòu)和獎勵制度以及教育和培訓方面的變化，有些問題需要進一步研究。同時，目前存在的許多問題是緊密相連的，重要的是，克服這些障礙的努力方向是真正的跨學科、借鑒相關學科的范疇而不僅僅是圖書館和信息科學。

積極參與、合理利用。關于電子研究的想法很有力地論證了生成、保存和再利用研究資源不斷膨脹的范圍和數(shù)量的需要。對電子研究，VREs是至關重要的，因為它們是這些資源將被消耗和創(chuàng)建的站點。在學術交流方面，VREs也可能是轉(zhuǎn)化他們研究成果的實驗地點。在這兩種情況下，圖書館和信息專業(yè)人員的積極參與，可以提供很多幫助，以確保他們的潛能得以實現(xiàn)。

如果我們要確保對提供給研究的豐富數(shù)據(jù)管理得當，那最好的用處是使用它，并且通過可持續(xù)服務支持它。例如，必須有一個支持數(shù)據(jù)存儲服務承諾、為研究人員裝配必要的數(shù)據(jù)屏蔽技術提供的培訓和咨詢，屏蔽標準和適合不同學科實踐需要的代碼也必須得到開發(fā)。很多專家指出，通過圖書館員和信息職業(yè)人員角色的擴大，有一些挑戰(zhàn)被提出來了，那就是VREs成為數(shù)字資源的保管人和使用的推動器。同樣，課題組認為，因為出現(xiàn)新形式學術交流而產(chǎn)生的挑戰(zhàn)，將有利于從研究人員與圖書館和信息專業(yè)人員密切接觸中獲益。

當然，虛擬研究環(huán)境的研究、支持服務與其技術基礎設施是密切相關的。令人鼓舞的是，很多國家已經(jīng)意識到虛擬研究環(huán)境的重要性，通過各種途徑和形式，資助和鼓勵開展數(shù)字化科研及虛擬研究環(huán)境研究與開發(fā)。同時，許多國家級的科研機構(gòu)如高等教育機構(gòu)提出了建立聯(lián)合數(shù)據(jù)倉庫策略，在科研人員看來，就是提供了一個優(yōu)秀的、為進一步推動圖書館員和信息專業(yè)人員作用的、不斷擴大和加強研究人員參與的技術平臺。

四、結(jié)論

虛擬研究環(huán)境已經(jīng)確定了在未來幾年決策者需要加以解決的、推動電子科研實踐的、更廣泛地吸