學(xué)習(xí)對象技術(shù)及其應(yīng)用.doc

學(xué)習(xí)對象技術(shù)及其應(yīng)用伍萃秀 楊宗凱 華中科技大學(xué)電子與信息工程系摘要本文論述了學(xué)習(xí)對象、元數(shù)據(jù)、XML等技術(shù)，簡單介紹了學(xué)習(xí)對象技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種基于學(xué)習(xí)對象的教育資源應(yīng)用系統(tǒng)。該應(yīng)用系統(tǒng)得到教育部面向21世紀(jì)教育振興行動計劃“現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程網(wǎng)絡(luò)教育資源描述、注冊與管理系統(tǒng)”項目的支持。關(guān)鍵詞 學(xué)習(xí)對象 元數(shù)據(jù) XMLAbstract This paper describes Learning Object, Metadata and XML technologies, and gives a novel approach for specifications or standards of Learning Object. Then, we present the research of LO-based educational resources system which within our project of “Modern Distance Education Project-Description, Registration and Management of Distance Learning Resources” supported by ministry of education. Keywords Learning Object, Metadata, XML導(dǎo)言雖然我國網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展目前還處于初級階段，但已經(jīng)涌現(xiàn)了各種教育資源，這些教育資源利用了多媒體的各種技術(shù)，可謂豐富多彩。但是如果僅有教育資源，而不能有效的共享及利用它們，只能導(dǎo)致資源的重復(fù)性開發(fā)，浪費人力、物力。如果教育資源共享的問題不能得到有效的解決，網(wǎng)絡(luò)教育也就無法體現(xiàn)其通過網(wǎng)絡(luò)傳播知識的優(yōu)勢了。將網(wǎng)絡(luò)上分布的各類教育資源組織成各個層次上可重用的學(xué)習(xí)對象（Learning Object），并提供教育資源的存儲、共享及獲取等服務(wù)，即符合人們使用網(wǎng)絡(luò)資源的習(xí)慣，又具有較好的封裝性、重用性。有效地使用學(xué)習(xí)對象，其關(guān)鍵之一就在于利用學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包裝信息對教育資源進(jìn)行一定的組合與封裝。當(dāng)學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝信息標(biāo)準(zhǔn)化后，在現(xiàn)有教育資源庫的基礎(chǔ)上，我們就能建立基于學(xué)習(xí)對象的教育資源應(yīng)用，有效的解決教育資源共享的問題。學(xué)習(xí)對象概念學(xué)習(xí)對象，指的是在任何學(xué)習(xí)行為中可以被使用、重用或是引用的任何的實體。其中，“學(xué)習(xí)行為”指的是傳統(tǒng)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、基于計算機(jī)的培訓(xùn)等。學(xué)習(xí)對象包括教學(xué)計劃、時間安排、學(xué)習(xí)目的、幻燈片、網(wǎng)頁、軟件等等。學(xué)習(xí)對象和教育資源之間存在著密切的聯(lián)系。教育資源是真實存在的、能提供網(wǎng)上教學(xué)的任何資源，學(xué)習(xí)對象是在教育資源的基礎(chǔ)上抽象出來的一個概念。學(xué)習(xí)對象不僅包括了教育資源，還包括了對教育資源必要的描述信息、組織信息等，因此學(xué)習(xí)對象這個概念具有一定的人為性質(zhì)，可根據(jù)實際需要動態(tài)改變。雖然學(xué)習(xí)對象和教育資源不是同等的概念，但是存在著一定的對應(yīng)關(guān)系，即單個的教育資源可以封裝成一個學(xué)習(xí)對象，也可以分解成幾個學(xué)習(xí)對象，多個教育資源也可以對應(yīng)一個學(xué)習(xí)對象，兩者的對應(yīng)關(guān)系以實際應(yīng)用為指導(dǎo)，根據(jù)實際需求選擇學(xué)習(xí)對象的粒度大小。多個學(xué)習(xí)對象之間可能出現(xiàn)包含關(guān)系。見下圖實例： 圖1只是一個簡單的示例，其中學(xué)習(xí)對象A對應(yīng)于教育資源a，學(xué)習(xí)對象B對應(yīng)于教育資源b，而學(xué)習(xí)對象C由A和B組成。教育資源a可能是高等數(shù)學(xué)這門課的一個課件，也可能是高等數(shù)學(xué)課件中傅立葉變換這一知識點，甚至只是一個演示傅立葉變換的動畫。學(xué)習(xí)對象所封裝的教育資源的粒度，取決于教育資源在實際應(yīng)用中重用的必要性與有效性。學(xué)習(xí)對象技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在圖1中，教育資源a、b都是已有的資源實體，而教育資源a、b的描述信息、學(xué)習(xí)對象A、B關(guān)系的描述信息，則是由教育資源制作者或管理者根據(jù)資源實體的情況給出的一些描述信息。這些描述信息對于實現(xiàn)學(xué)習(xí)對象的可查找、可重用和可互換起著決定性的作用，因此它們的規(guī)范化顯得尤其重要。學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)（Learning Objects Metadata），指的是學(xué)習(xí)對象中關(guān)于教育資源的描述信息。學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常多，包括國際圖書館計算機(jī)中心（Online Computer Library Center ，OCLC）的都柏林元數(shù)據(jù)核心集（Dublin Core Metadata Set，DCMS）1、IMS全球?qū)W習(xí)聯(lián)合公司（Instruction Management System ，IMS）的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范（Learning Resource Metadata，LRM）2、IEEE學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會（Learning Technology Standards Committee，LTSC）的學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（Learning Object Metadata，LOM）3等，學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了一個不斷適應(yīng)遠(yuǎn)程教育開展現(xiàn)狀、針對性越來越強(qiáng)的過程?，F(xiàn)在國際較為通用的為LTSC的LOM標(biāo)準(zhǔn)，其研究重點是管理、定位和評價學(xué)習(xí)對象所需的一套最小屬性集。它提供了一個定義學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，它可以根據(jù)元數(shù)據(jù)的使用和表現(xiàn)要求來對教育資源提供描述和分類，使得尋找和使用資源的過程更有效3。學(xué)習(xí)對象內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)對象內(nèi)容包裝信息（Content Packaging），指的是一個學(xué)習(xí)對象內(nèi)部各教育資源之間組織關(guān)系的描述信息，其主要目的是增強(qiáng)學(xué)習(xí)對象的互操作性。關(guān)于內(nèi)容包裝信息的標(biāo)準(zhǔn)首推IMS的內(nèi)容包裝規(guī)范（IMS Content Packaging，CP），CP標(biāo)準(zhǔn)定義了一種能夠用來交換學(xué)習(xí)對象內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使之能方便的輸入、輸出、合并或拆分4。XML技術(shù)可擴(kuò)展性標(biāo)記語言（Extensible Markup Language，XML）是一種半結(jié)構(gòu)化的語言，它良好的擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形式，使之成為各個領(lǐng)域數(shù)據(jù)、描述信息的載體。在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域，XML成為學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)的最好表示語言，因此學(xué)習(xí)對象的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都制定了XML綁定子規(guī)范。這些有關(guān)學(xué)習(xí)對象的標(biāo)準(zhǔn)，為教育資源的開發(fā)、管理與使用提供了規(guī)范化的指南。我國教育部因此成立了遠(yuǎn)程教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會，委員會于2001年4月發(fā)布了學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)的草案。基于學(xué)習(xí)對象的教育資源應(yīng)用基于學(xué)習(xí)對象的教育資源應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)對象是一種應(yīng)用教育資源的邏輯方法，應(yīng)該提供給教育資源的使用者注冊、查詢、使用學(xué)習(xí)對象的功能。筆者提出了一種基于學(xué)習(xí)對象的教育資源應(yīng)用，如圖2所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有的各大高校網(wǎng)絡(luò)學(xué)院教育資源庫（圖中灰色部分）基礎(chǔ)上，開發(fā)出學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)對象管理系統(tǒng)、統(tǒng)一教育資源庫以及教育資源組織工具，完成對教育資源的共享、組織。1) 在已有的教育資源庫的基礎(chǔ)上，提取出教育資源的描述信息，組織成標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲到學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫里。對于這些已經(jīng)被描述過的教育資源，既可以保留在原來的系統(tǒng)中（圖2中沒有畫出原有系統(tǒng)），形成分布式的教育資源，也可以被存入統(tǒng)一教育資源庫（由國家或省市建設(shè)）。這些資源庫從物理位置上講是分開的，但是由于它們的學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)均在學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫里，因此在用戶查詢、搜索、使用時，就像面對的是一個虛擬資源大庫。根據(jù)實際CERNET分布情況，學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫可以是分布式的結(jié)構(gòu)，以在各個CERNET節(jié)點院校形成相對獨立的系統(tǒng)。2）由學(xué)習(xí)對象管理系統(tǒng)來管理學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)，其主要功能為：自動從教育資源獲取學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)，存入學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫中為教育資源制作者提供手動注冊學(xué)習(xí)對象的界面及接口管理學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫中的學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)為教育資源使用者提供各種搜索方式、策略的教育資源查詢管理統(tǒng)一教育資源庫，若學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)，則還涉及到分布式系統(tǒng)間的同步與更新問題3）在資源庫、學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)對象管理系統(tǒng)都已建成的基礎(chǔ)上，教育資源組織者就可以利用教育資源組織工具（符合內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)），對搜索到的有用教育資源進(jìn)一步組成大型課件，而學(xué)生用戶也可以通過Internet構(gòu)建自己的個性化網(wǎng)上學(xué)習(xí)。應(yīng)用系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)對象在網(wǎng)絡(luò)教育中采用學(xué)習(xí)對象技術(shù)的優(yōu)勢在于：1）可重用性教育資源被設(shè)計成能在多個課件中使用的學(xué)習(xí)對象，同一學(xué)習(xí)內(nèi)容對象可以提供給多個領(lǐng)域，這比在新的課件中重新開發(fā)資源節(jié)省了人力、物力，也節(jié)省了新的設(shè)計開發(fā)的時間。如傅立葉變換這一知識點的教育資源，將其包裝成學(xué)習(xí)對象之后，不僅能用于高等數(shù)學(xué)這門課，也能用于數(shù)字信號處理等課程。2）易于更新、搜索以及管理教育資源使用者可以通過學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)來過濾、選擇特定主題的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而簡化快速的更新、搜索和內(nèi)容管理的過程。3）易于實現(xiàn)個性化定制學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝信息提供了即時的個性化定制依據(jù)。模塊化的學(xué)習(xí)對象通過允許各不同層次資源的重用和重組來最大限度的發(fā)揮軟件個性化的潛能。4）交互性學(xué)習(xí)對象方法允許各組織在保持和其他系統(tǒng)、課件之間交互能力的前提下，來制定符合自己使用需要的學(xué)習(xí)對象的設(shè)計、開發(fā)和表達(dá)的規(guī)范。在遠(yuǎn)程教育各個系統(tǒng)中應(yīng)用學(xué)習(xí)對象技術(shù)，教育資源的共享問題得到了一定程度的解決。關(guān)于上述應(yīng)用系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)對象，有如下幾個問題：1）學(xué)習(xí)對象的獲?。–apture）學(xué)習(xí)對象的獲取，是指相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家，分析本領(lǐng)域的信息需求，根據(jù)系統(tǒng)的指南獲取教育資源，并將其組織成學(xué)習(xí)對象。獲取學(xué)習(xí)對象的途徑有兩個：注冊由教育資源的制作者或管理者向?qū)W習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫進(jìn)行注冊，在注冊時，需提交此教育資源的一系列必要屬性值。經(jīng)過注冊后，學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫里就保存了此教育資源的描述信息。學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫可根據(jù)需要由分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。主動捕獲主動捕獲是指從教育資源文件中直接提取某些數(shù)據(jù)作為它的描述信息，將兩者合成學(xué)習(xí)對象。這需要對各種多媒體形式的資源格式有充分的了解，才能有效的從原資源中提取到所需的信息。不管是注冊還是主動捕獲，都是為了取得學(xué)習(xí)對象的元數(shù)據(jù)，這里的學(xué)習(xí)對象主要包括課件庫、題庫、案例庫等基礎(chǔ)教育資源。2）學(xué)習(xí)對象的存儲（Storage）學(xué)習(xí)對象的存儲，是指教育系統(tǒng)采用各種數(shù)據(jù)庫或存儲設(shè)備，標(biāo)識并存儲所獲取的學(xué)習(xí)對象。通常關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象數(shù)據(jù)庫的存儲效率都比文件系統(tǒng)高，目前教育資源的存儲大都采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，但將來將更多的轉(zhuǎn)向使用對象數(shù)據(jù)庫。對于學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包裝信息的存儲，涉及到XML數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，這里就不贅述了。3）學(xué)習(xí)對象的重獲（Retrieval）學(xué)習(xí)對象的重獲，是指系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用的需要，評價獲取的元數(shù)據(jù)，從而獲取可利用的學(xué)習(xí)對象。當(dāng)用戶需要使用一定領(lǐng)域的教育資源，通過查詢學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)庫，就可以快速、準(zhǔn)確的找到所需的學(xué)習(xí)對象的元數(shù)據(jù)，然后取得其有關(guān)信息，比如存儲地址或有關(guān)調(diào)用、使用信息等，最終找到原教育資源，并利用之。通常采用搜索引擎、決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘在線分析處理系統(tǒng)，來實現(xiàn)學(xué)習(xí)對象的重獲。結(jié)論將教育資源以獨立的學(xué)習(xí)對象的方式進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)的封裝與組織，以此適應(yīng)不同的教學(xué)環(huán)境，這樣即易于實現(xiàn)分布式教育資源的集成，提高教育資源的利用價值，又能更好地使之滿足教學(xué)者、學(xué)習(xí)者的應(yīng)用需求，成為解決教育資源共享的一種有效技術(shù)。參考文獻(xiàn)1. The Dublin Core Metadata Initiative，Dublin Core，/dc/，19992. IMS Learning Resource Meta-data Best Practices and Implementation Guide，IMS Global Learning Consortium, Inc.，2