淺談虛擬研究環(huán)境的建設(shè)

淺談虛擬研究環(huán)境的建設(shè)

提要本文在介紹數(shù)字化科研的基礎(chǔ)上，引入虛擬研究環(huán)境的基本概念及進(jìn)行技術(shù)基礎(chǔ)闡述，針對(duì)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(shí)際需求，提出進(jìn)行虛擬研究環(huán)境建設(shè)的合理策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化研究；信息和通訊技術(shù)；虛擬研究環(huán)境

一、虛擬研究環(huán)境理論及技術(shù)基礎(chǔ)

基本理論。數(shù)字化科研由英國(guó)在2000年提出，是為了應(yīng)對(duì)當(dāng)時(shí)各學(xué)科研究領(lǐng)域所面臨問(wèn)題的空前復(fù)雜化，利用新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和廣域分布式高性能計(jì)算環(huán)境——網(wǎng)格建立的一種全新科學(xué)研究模式，即在信息化基礎(chǔ)設(shè)施支持下的科學(xué)研究活動(dòng)。此后，該理念便席卷世界各科研領(lǐng)域，大家都試圖用它來(lái)解決本學(xué)科在研究過(guò)程中遇到的種種難題。

虛擬研究環(huán)境是由e-Science主導(dǎo)的一種結(jié)合資源、服務(wù)、工具的框架結(jié)構(gòu)，其目標(biāo)是為特定群體的科研人員構(gòu)建起一個(gè)具有開放共享、安全可控、分布協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化科研平臺(tái)。它充分利用信息技術(shù)形成虛擬實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行全球范圍的分布式、大規(guī)模的合作研究，其目標(biāo)是為科研人員提供一個(gè)跨學(xué)科、地域、機(jī)構(gòu)的開放科研平臺(tái)，研究人員可以通過(guò)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(tái)即時(shí)組建起面向特定研究主題的虛擬團(tuán)隊(duì)，集中精力在指定時(shí)間內(nèi)完成研究任務(wù)。另外，VRE還提供研究成果的發(fā)布功能，這主要借助機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

VRE的技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬研究環(huán)境概念揭示了一個(gè)研究群體如何適應(yīng)，以應(yīng)付未來(lái)研究挑戰(zhàn)的趨勢(shì)，它不僅揭示了當(dāng)前研究實(shí)踐的轉(zhuǎn)變，而且也揭示了通過(guò)利用先進(jìn)信息和通信技術(shù)的轉(zhuǎn)變，如“網(wǎng)格”計(jì)算或“云”計(jì)算、工作流引擎、語(yǔ)義技術(shù)和先進(jìn)遠(yuǎn)程會(huì)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(dòng)，它結(jié)合了分布式組件的研究能力，以達(dá)到研究人員個(gè)人或民間團(tuán)體不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)；同時(shí)，需要更徹底記錄研究過(guò)程，維護(hù)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(duì)一般學(xué)術(shù)條件，處于虛擬研究環(huán)境的科學(xué)研究人員在研究實(shí)踐和學(xué)術(shù)交流時(shí)面臨問(wèn)題，可能更加復(fù)雜和涉及的范圍更廣一些。本文涉及的課題組經(jīng)過(guò)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(diǎn)：使用認(rèn)證服務(wù)驗(yàn)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(jì)算；對(duì)重復(fù)使用的數(shù)據(jù)和原始生產(chǎn)商給出評(píng)價(jià)；輸出數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的存檔；既非正式通過(guò)博客或維基，又正式通過(guò)會(huì)議或期刊論文發(fā)布成果；如何發(fā)現(xiàn)合適資源；監(jiān)測(cè)資源使用或處理的狀態(tài)；持續(xù)了解當(dāng)前人員的工作狀態(tài)；找出特定數(shù)據(jù)的來(lái)源以及它是如何處理的；找出誰(shuí)擁有對(duì)資源的訪問(wèn)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(yīng)包含的功能類型，與其他系統(tǒng)和服務(wù)的各種接口。一個(gè)社區(qū)或研究團(tuán)體的聯(lián)合身份驗(yàn)證就變得越來(lái)越重要，因?yàn)樵S多國(guó)家都在建立跨整個(gè)高等教育界的管理聯(lián)盟的訪問(wèn)接口。數(shù)字化教育與研究框架的目標(biāo)是“提供信息給投資機(jī)構(gòu)和使用信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施”。例如，Shibboleth就是主要應(yīng)用在校園內(nèi)Web資源共享，以及校園間應(yīng)用系統(tǒng)的用戶身份聯(lián)合認(rèn)證的開源項(xiàng)目。

三、虛擬研究環(huán)境建設(shè)策略

正如虛擬研究環(huán)境名稱所蘊(yùn)含的，其目的不是要建立單一的、整體系統(tǒng)，而是不同社會(huì)技術(shù)工具的配置，它們被裝配起來(lái)以滿足工作在組織、社區(qū)和更廣泛的社會(huì)背景中，沒(méi)有太多精力的研究人員的需要。因此，研究人員和技術(shù)開發(fā)人員需要探討一些虛擬研究環(huán)境進(jìn)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(jìn)行研究的整個(gè)生命周期所需資源的無(wú)縫集成。然而，目前的VRE的實(shí)施難以實(shí)現(xiàn)由個(gè)別研究者定制以滿足其特定的研究需要，很難訪問(wèn)他們所需要的特定資源，很難進(jìn)行不同電子研究工具的功能組合來(lái)取得預(yù)期的效果。

過(guò)去的VRE項(xiàng)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(jī)構(gòu)系統(tǒng)提供使用單一身份驗(yàn)證和授權(quán)框架進(jìn)行縱向集成。基于VREs的Web，使通用功能通過(guò)允許集成其他工具的服務(wù)和混搭服務(wù)合理化。它們是可擴(kuò)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(jìn)行橫向整合。

然而，在這兩種情況下，因?yàn)橛袑?duì)系統(tǒng)的技術(shù)能力和訪問(wèn)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(diǎn)不是研究人員個(gè)人的研究經(jīng)驗(yàn)，而似乎在于組織，如大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)獲得政府部門的認(rèn)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(xiàng)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(shí)合作者還面對(duì)“是你的工具或是我的”的問(wèn)題。

類似的問(wèn)題已經(jīng)在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中被發(fā)現(xiàn)，例如，討論發(fā)現(xiàn)，從某個(gè)用戶的角度來(lái)看，目前VLEs提供的擴(kuò)展點(diǎn)是不足的。擴(kuò)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(wú)法擴(kuò)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(yuǎn)程存儲(chǔ)器、本地硬盤驅(qū)動(dòng)器和服務(wù)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(diǎn)是深思熟慮的個(gè)人觀點(diǎn)。此外，研究人員工作于各種社交場(chǎng)合、簡(jiǎn)單的一對(duì)一合作、較大項(xiàng)目和更廣泛的社區(qū)。關(guān)鍵是要掌握哪些信息共享、和誰(shuí)、什么時(shí)候和在什么場(chǎng)合。同樣，一個(gè)深思熟慮的觀點(diǎn)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(cāng)庫(kù)中難以實(shí)現(xiàn)需求的重要研究對(duì)象來(lái)源成為可能。

VREs將研究人員和他們的活動(dòng)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(chǔ)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(tái)存在可能被使用而尚未全面實(shí)現(xiàn)的VREs，所以橫向和縱向集成的問(wèn)題在很大程度上仍然沒(méi)有解決。

商品化和配置。在任何VRE里都有一些可能被許多學(xué)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(jìn)靈活的集成，形成無(wú)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(jī)會(huì)，從而避免在已存在支持工具的地方做重復(fù)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(shí)通訊、wikis、博客等。同樣，計(jì)算網(wǎng)格的作業(yè)提交管理、資源存儲(chǔ)中間件管理的通用工具已經(jīng)存在并且是相當(dāng)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(méi)有實(shí)際意義。

此外，組件的重用也促進(jìn)了技術(shù)方面的技能重用和終端用戶方面的服務(wù)供應(yīng)商重用。如果每個(gè)環(huán)境都有自己的認(rèn)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(gè)大型訪問(wèn)管理聯(lián)合會(huì)支持的驗(yàn)證系統(tǒng)。實(shí)際上，組成VRE的工具和服務(wù)應(yīng)成為可見的但是被忽視的電子基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，使研究人員能夠輕松地與同行合作，而不用關(guān)注太多的技術(shù)內(nèi)容。

但是，對(duì)于專門管理和科研任務(wù)，更專業(yè)的支持是需要工具的配置和自適應(yīng)，以及新工具的開發(fā)。為了適應(yīng)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(guò)自動(dòng)化過(guò)程，如發(fā)現(xiàn)服務(wù)和工具來(lái)提供支持，這樣就讓負(fù)責(zé)管理科研環(huán)境的用戶解脫出來(lái)。不可避免地，這是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，技術(shù)支持人員需要干預(yù)，這些干預(yù)應(yīng)該由系統(tǒng)通過(guò)某種方式予以支持，使用戶能夠更多地學(xué)習(xí)，在將來(lái)的活動(dòng)中變得更加獨(dú)立。

發(fā)展和進(jìn)化策略?？茖W(xué)研究的本質(zhì)要求VREs不斷適應(yīng)變化，以配合正在進(jìn)行的特定研究項(xiàng)目，因?yàn)殡S著研究在實(shí)踐應(yīng)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(méi)有必要了。與此同時(shí)，當(dāng)經(jīng)濟(jì)壓力和研究的某些方面成為固定模式之時(shí)，意味著需要使用現(xiàn)有的功能和使其盡可能適應(yīng)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(shù)、服務(wù)供應(yīng)商建立技術(shù)配置和社會(huì)安排，使研究人員能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新方面，而不必在技術(shù)細(xì)節(jié)上花太多工夫。

一個(gè)重大的挑戰(zhàn)就是尋找能不斷適應(yīng)的，可以不承擔(dān)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(shí)的支持，這種實(shí)踐類似于共同實(shí)現(xiàn)的概念，它依賴于用戶和開發(fā)人員的主機(jī)代管、日常協(xié)作、開發(fā)和使用信息系統(tǒng)；另一種是通過(guò)開放式環(huán)境，服務(wù)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(guò)電子手段互動(dòng)。這兩種相反的做法各有其各自的優(yōu)點(diǎn)，需要設(shè)法調(diào)解。

建立一個(gè)綜合電子研究經(jīng)驗(yàn)，從根本上依賴于服務(wù)供應(yīng)商、工具制造商和研究人員結(jié)合在一起的團(tuán)體創(chuàng)造力，以及集成這些工具進(jìn)入完整研究過(guò)程的技術(shù)和組織平臺(tái)的創(chuàng)造力。以務(wù)實(shí)的方式來(lái)管理用戶-設(shè)計(jì)的關(guān)系是能成功的，但是保留了他們的經(jīng)驗(yàn)如何普及化，以及在技術(shù)供應(yīng)商、服務(wù)提供商、中介機(jī)構(gòu)以及初級(jí)和高級(jí)的最終用戶之間，如何能適應(yīng)去管理復(fù)雜的互動(dòng)，是至關(guān)重要的。

克服障礙需要跨學(xué)科的方法?？蒲械臄?shù)字化設(shè)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(shí)踐的部分或整體，但是也存在一個(gè)廣泛的爭(zhēng)論，那就是它們對(duì)有潛力和更廣泛地吸收電子研究實(shí)踐成果的有效探索產(chǎn)生了抑制。

一些科學(xué)家在他們的研究報(bào)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(guān)領(lǐng)域，它們或多或少地運(yùn)用和實(shí)踐著VREs，甚至在開發(fā)和推動(dòng)VREs的產(chǎn)生和發(fā)展，如培訓(xùn)、教育和推廣；用戶-設(shè)計(jì)者的關(guān)系和要求、協(xié)作；政策和資金；學(xué)科組織；個(gè)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(wèn)題、項(xiàng)目管理、表達(dá)和公眾參與、跨越學(xué)科界限、基礎(chǔ)理論建設(shè)；應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一、技術(shù)的說(shuō)明；資源發(fā)現(xiàn)和元數(shù)據(jù)；共享、重用和屏蔽。顯然，實(shí)現(xiàn)關(guān)于電子研究和網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)聯(lián)盟的想法，需要在許多方面進(jìn)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(xué)事業(yè)結(jié)構(gòu)和獎(jiǎng)勵(lì)制度以及教育和培訓(xùn)方面的變化，有些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，目前存在的許多問(wèn)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(xué)科、借鑒相關(guān)學(xué)科的范疇而不僅僅是圖書館和信息科學(xué)。

積極參與、合理利用。關(guān)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(duì)電子研究，VREs是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼈兪沁@些資源將被消耗和創(chuàng)建的站點(diǎn)。在學(xué)術(shù)交流方面，VREs也可能是轉(zhuǎn)化他們研究成果的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)。

如果我們要確保對(duì)提供給研究的豐富數(shù)據(jù)管理得當(dāng)，那最好的用處是使用它，并且通過(guò)可持續(xù)服務(wù)支持它。例如，必須有一個(gè)支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)承諾、為研究人員裝配必要的數(shù)據(jù)屏蔽技術(shù)提供的培訓(xùn)和咨詢，屏蔽標(biāo)準(zhǔn)和適合不同學(xué)科實(shí)踐需要的代碼也必須得到開發(fā)。很多專家指出，通過(guò)圖書館員和信息職業(yè)人員角色的擴(kuò)大，有一些挑戰(zhàn)被提出來(lái)了，那就是VREs成為數(shù)字資源的保管人和使用的推動(dòng)器。同樣，課題組認(rèn)為，因?yàn)槌霈F(xiàn)新形式學(xué)術(shù)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(dāng)然，虛擬研究環(huán)境的研究、支持服務(wù)與其技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是密切相關(guān)的。令人鼓舞的是，很多國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到虛擬研究環(huán)境的重要性，通過(guò)各種途徑和形式，資助和鼓勵(lì)開展數(shù)字化科研及虛擬研究環(huán)境研究與開發(fā)。同時(shí)，許多國(guó)家級(jí)的科研機(jī)構(gòu)如高等教育機(jī)構(gòu)提出了建立聯(lián)合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)策略，在科研人員看來(lái)，就是提供了一個(gè)優(yōu)秀的、為進(jìn)一步推動(dòng)圖書館員和信息專業(yè)人員作用的、不斷擴(kuò)大和加強(qiáng)研究人員參與的技術(shù)平臺(tái)。

四、結(jié)論

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