（通信与信息系统专业论文）教育资源共享技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术和计算机技术的迅猛发展，人类进入了信息时代。网络教育是信 息时代的必然产物，它使教育突破了时间和空间的限制，使人们可以随时随地的进 行学习，最大限度利用教育资源，提高国民的整体素质。 教育资源是网络教育的基础，是否拥有丰富的网络教育资源将直接影响到网络 教育的质量，因此加强资源建设已成为网络教育的重要环节，但是由于现阶段的资 源建设缺乏完善的标准，造成资源共享力度不够，同时由于资源的开发标准、管理 规范、结构框架都不一致，也影响了资源的共享。严重制约了网络教育资源建设的 效率与质量，成为制约网络教育发展的重要问题。 针对此问题，本文从网络教育资源的描述入手，结合国内外相关的教育技术标 准，提出了新一代的网络教育资源建设的解决方案教育资源管理系统( e r m s ) 。 研究教育资源的描述、管理、注册和检索技术，从真正意义上实现教育资源的完全 和有效共享，最大限度的使用现有资源，同时也加快高质量的新资源的建设。 本文在研究了国内外网络教育资源建设的成果和经验的基础上，提出了一种全 新的资源描述、组织、管理、注册与检索解决方案，并详细讨论了系统架构、各予 系统的设计与实现。该系统的实现将有利于网络教育资源的共享和重用，适应网络 教育发展的需求，促进网络教育资源建设。 本文的工作是国家“十五”重大科技攻关项目“网络教育关键技术及示范工程” 中“教育资源管理系统”课题的一部分，本项目的实施对于我国网络教育的资源建 设和网络教育的进一步开展具有重大意义。 关键字：教育资源管理，网络教育标准，学习对象元数据，内容包装 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t h u m a n sh a v ec o m ei n t oi n f o r m a t i o nt i m e s ，w i t ht h eg r o w i n go fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y i ti sn e c e s s a r yt h a te l e a r n i n gc o m e su pi nt h i st i m e l e a r n i n gm a k e sl e a r n i n gb r e a kt h r o u g ht h el i m i to ft i m ea n ds p a c e ，m a k ep e o p l el e a r n i n g w h e n e v e ra n dw h e r e v e lt h i sm a k e se d u e a t i o n a lr e s o u r c e sb eu t i l i z e df u r t h e s t e t e a m i n gq u a l i t yi si n f l u e n c e db yc o n s t r u c t i o no fi t sr e s o u r c e s b u tb e c a u s eo fl a c k o fp e r f e c ts t a n d a r d ，t h es a m ee d u c a t i o n a lr e s o u r c eh a db e e nb u i l tm o r et h a no n c et i m e t h i si sa l li m p o r t a n tp r o b l e mt h a tr e s t r i c t sd e v e l o p m e n to fe l e a r n i n g a i m i n ga tt h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e rb e g i n sw i t hd e s c r i p t i o no fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s ， c o m b i n i n gt h ec o r r e l a t i v e e d u c a t i o n a lt e c h n i c a ls t a n d a r do fi n t e r n a la n de x t e r n a l ， r e s e a r c h e st h en e wg e n e r a t i o ns o l u t i o no fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sc o n s t r u c t e r e d u c a t i o n r e s o u r c e m a n a g e m e n ts y s t e m ( e r m s ) t h e r e s e a r c h e m p h a s e s o nd e s c r i p t i o n ， m a n a g e m e n t ，s e a r c h i n ga n dr e g i s t l n gt e c h n o l o g y e r m sw i l l r e a l i z ec o m p l e t e l ya n d e f f e c t i v e l ys h a r i n g ，u s ee x i s t i n gr e s o u r c e sm a x i m a l l y , a tt h es a m et i m ei m p r o v eq u a l i t yo f n e wr e s o u r c e s b a s e do nt h ea c h i e v e m e n ta n de x p e r i e n c eo fr e s e a r c h i n go fe - l e a r n i n ge d u c a t i o n a l r e s o u r c ec o n s t r u c t e ro fi n t e r n a la n de x t e r n a l ，t h i sp a p e ra d d r e s s e sau c w e s ts o l u t i o no f r e s o u r c ed e s c r i p t i o n ，o r g a n i z a t i o n ，r e g i s t i n ga n ds e a r c h i n g ，a n dd i s c u s s e st h ea r c h i t e c t u r e o ft h i ss y s t e mi nd e t a i la n dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs u b - s y s t e m s i ft h i ss y s t e mb e g i n s t ou s ep r a c t i c a l l y , s u c hw i l lb ei na d v a n c eo ft h es h a r i n ga n dr e u s i n go fe d u c a t i o n a l r e s o u r c e s t h i si sf i tf o rt h ed e v e l o p m e n to fe - l e a r n i n g ，a n da c c e l e r a t e se d u c a t i o n a l r e s o u r c e sc o n s t m c t e l t h ew o r ko ft h i sp a p e ri sf u n d e db yt h en a t i o n a lt e n t hf i v e y e a r - p l a nk e yp f o j e c t k e yt e c h n o l o g ya n dd e m o n s t r a t i o np r o j e e l o f e l e a r n i n g t h i sp r o j e c th a sag r e a t s i g n i f i c a n c et od e v e l o pe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sc o n s t r u c t e ro fe - l e a r n i n g k e yw o r d s ：e d u c a t i o n a lr e s o u r c em a n a g e r , e l e a r n i n gs t a n d a r d s ，l e a r n i n go b j e c t m e t a d a t a ，c o n t e n tp a c k a g e 独创陛声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导f 进行的研究i ：作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，木论文不包含仔何其他 个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中明确方式标明。本人完全意识到声明的法律结果由本人承担。 学位论文作糟签名 同期：o 懈f 月q 学位论文版权使用授权书 l 司鸸 f 1 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的舰定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密团。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 日期：2 一年年f 月曰同 指导教师签名： 日期b 协卜年 华中科技大学硕士学位论文 1 1 前言 1 绪论 众所周知，当今社会是一个知识空前繁荣的社会，信息以爆炸形式在递增。据 联合国教科文组织的统计，人类近1 0 0 年掌握的科学知识，占有史以来积累的科学 知识总量的9 0 ，人类的知识在1 9 世纪是每5 0 年增长1 倍，2 01 i j = 纪初是每l o 年 增长1 倍，而近1 0 年则是大约每3 年增长1 倍。在该组织一篇著名的研究报告中指 出，人类已进入到一个终身学习的社会。对每个人来说，包括大学在内的学校教育 完成以后，仍不能满足现实生活，： 作的需要，仍然需要继续学习。我国最早在微 电子领域进行研究的专家王芹生说：“世界变化太快了，我一直在学习新的知识。 相信未来更是一个需要不断学习的f | t 界。”这种学习不完令局限于学校的范罔之内， 在学校之外通过家庭、社会、工作岗位以及生活的备方而的体验，都是学习，都是 获得知识的途径。学习将成为伴随人的一生的不问断的活动，成为发展的基 i ： ；。凼 此，终身学习和终身教育的概念被越来越多的人所接受，迅速增长的学j = l 需求与匮 乏的教育资源之间的矛盾日益尖锐，单靠传统的教育机构是不可能满足如此之巨的 学习需求。这就要求家庭、社会，教育部门以及非教育部门都要能提供学习机会， 并参与教育活动，也就是要构建个学习化的社会，使人们能够在任何时刻都能自 由地进行学习。但是，传统的教育受时问、空问和人力、物力的限制，难以达到学 习化社会的要求。美国人杜拉克说：“对学习者来说传统的学校学习方式也不适 合他们，他们不可能经常抛下自己的工作和家庭回学校集t f ，学习。他们需要更方便、 更灵活的学习方式。”而网络远程教育正提供了这样的好机会。 网络远程教育不受时间、空间和地域的限制，通过网络能把学校扩展到办公室、 家庭甚至全社会的每一个角落，工作与学习相融合。通过网络，每个人都可以自主 选择在何时何地学习。那些已有工作岗位无法进行脱产学习的成人，就有条件和机 会接受各种层次的教育。 网络远程教育环境下的教育对象也扩大了，网络远程教育的资源是丌放的，并 不局限于年轻的在校者，社会上不同层次、不同年龄的人都可以进行学习。 现代网络教育结合现代网络技术、多媒体技术与传统教育学的优势，改变传统 的面对面的教学模式，集中各种教学资源提供更丰富更直观的教学内容，为学习 华中科技大学硕士学位论文 者提供更多的学习机会和更好的学习环境，也方便教师根据教学日的及学生的具体 情况选择适当的教育资源。 网络教育的最大优势就是它能实现教育资源的共享，但是由于我国现阶段还没 有完善的网络教育资源建设标准，资源开发机构各自为政，使这些资源都没有统一 的、机器可读的描述，造成资源检索和重用的困难，使资源的重用率较低，重复建 设现象普遍存在，极大的浪费了国家和企业投资。另外，很多学科教师的计算机水 平较低，而具有较高技术水平的制作者又缺乏该学科知识，所以难以制作 + 高质最 的教学资源。这些都是当前我国网络教育资源建设所而临的主要问题。 针对资源建设的相关问题，本文在参考国际上已有的教育资源标准的基础上， 研究适合国内网络教育的教育资源描述技术框架、描述语言，及网络教育资源管理 及信息注册、发布和检索技术，_ 丌发教育资源管理系统和信息交换系统，促进网络 教育资源的有效组织、管理与共享。 1 2 论文背景 网络教育研究室主要从事网络教育技术和标准研究，特别是在资源建设方面已 经有了良好的积累，取得了丰寓的成果，f 承担了教育部“而向2 】仳纪教育振兴行 动计划”中“网络教育资源描述、注册与管理系统”课题和网家“十“”最大科技 攻关项目“网络教育关键技术及示范一r 程”巾“教育资源符珊系统”课题等同家雨 点项目和课题的开发与研究。 网络教育资源是丌展网络教育的柏提和基础，足网络教行各种应用的信息基础 设施。只有依托于内容丰富、方便实用的高水平的符种网络教汀资源库，各种网络 教育应用系统才能真正发挥现代教育技术的威力。同时，网络教育资源的建设又是 一项长期的高难度的综合性系统工程。而目前我国在网络教育方而开展工作的时间 还不长，部分学校和部门在丌展网络教育资源建设方而还刚刚起步，目前尚没有在 此方面开展具有技术前瞻性的全局性的技术研究。因此，丌展网络教育资源相关技 术的研究和攻关的重要性和必要性不言自明。 本文研究的目的和意义就在于通过教育资源相关技术的研究，促进全国教育资 源建设的良性发展。本文研究重点是未来教育信息资源的描述技术，探讨解决教育 资源共享问题的解决方案，这些研究有利于提高我国网络教育信息基础设施的质最， 为网络教育教学系统、教育管理系统以及教学支撑工具的实现提供了必要的信息幕 华中科技大学硕士学位论文 础和技术保障。并将中国实际国情与国际规范相结合，指导今后我国的教学资源库 的建设，避免资源库的低水平重复建设，使我国教育资源既能与国外教育资源共同 使用，又能满足国内发展远程教育对教育资源的需求。 1 3 国内外教育资源管理系统发展情况 1 3 1 国外网络教育资源建设 国外的网络教育资源，尤其是美国、加拿大、英国、澳大利亚等国，其发展已 经具备相当规模。这不是一所学校能办到的，整个国家、共至好几个困家都参与到 其中。每个网站都是由许多相关的教育部门或公司建立的，而各网站之间又有非 常广泛的联接，整个体系呈网状结构。国外的网上学校的建漫非常重视对教育资源 的利用：在资源上，不仅提供网站自身的资源，而且和专门的网上资源库建立联接， 此外，还和其它教育站点有广泛的联接，有的站点还提供对i n t e r n e t 、w w w 的搜索 功能。 具体说来，国外网络教育资源的建设有以下几个特点： 1 教育资源库初具规模 国外的网络资源库，尤其是美困的网络资源库已初具规模。这类站点般人 公司单独创作或由几所学校及各级教育部门联合创建，是学校教育和远程教育的有 利补充，提供多种学习资源、大量的教育信息、教学软件、课外娱乐、升学信息及 就业信息等，同时，因为内容的丰富和多样，一般都有很好的搜索和导航机制。 例如，由美国a b o u t c o r n 公司制作的家庭教育( h o m e s c h 0 0 l j n g ) 包括：新闻、 教育、旅行、购物、求职、文化、体育、娱乐、保健等丰寓信息，提供6 5 0 多个高 质量的子站点，同时提供很好的导航机制，每一个目录( 予站点) 下都有多重导航： 按字母导航、按内容导航、按媒体导航等。 此外，这类站点还和其它教育网站和信息网站建立，。泛的联接，提供很好的横 向搜索机制，使学习者、教师及家长能更有利的利用各种网上资源，促进学习和教 学过程。欧洲学校工程( e u r o p e a ns c h o o l sp r o j e c t ) 就与欧洲器陶及其地区网保持亲 密合作，通过此中心，用户能更好的利用网上的及各国的资源。 2 各教育层次教学资源特点不同 发达国家面向中小学的网络基础教育大多以培养学生基本素质为主，网络学校 华中科技大学硕士学位论文 的数量不多，教育资源主要是专门的学术机构或学校建屯的锌种课外活动辅导，或 者是职业的教育资源网站，提供的范围广泛，内容丰富，形式多样。例如，美困宇 航局( n a s a ) 伽利略项目组( g a l i l e o ) 就为美国的高中生设立了一个有关木星观测 知识的邮件列表。而在高等教育、成人教育、职业教育方面，固外各种类型网络学 校数目众多，既有大专院校直接开办的，又有学校和企业联合丌办的。其资源建设 主要以资源索引和教育信息为主。 3 提供方便的资源利用手段 很多国外公司和学校建立了专门的网络资源库站点，除了提供自己的学习资源 外，还和专门的资源库及其他网校建立广泛的联接，使学生能方便的找到自己所需 的各种信息和材料。此外，国外的网上资源索引站点更是数不胜数，它们是相关站 点的集合，使学习者能很快的找到自己所需的学校。目| j i ，圊外整个远稃教育系统 成网状结构，各个站点之间都建立了广泛的联接，并_ 日侮个站点都有很好的导航机 制，这使得网络资源得到的充分的利用。对于专门的网络资源库和资源索引站点， 导航和搜索更是必不可少。目前，国外站点的导航和搜索的方法有：按关键宁搜索、 按地图搜索、按内容类别搜索、列表搜索等。 4 重视网络课件的制作和丌发 国外的远程教育院校不仅熏视网络资源的建设，而开雨视网络课什的j r 发， 般都建立了专门的课程丌发组来丌发远程教育的课程计划和课件，这使得远稃教育 能充分发挥其优势，在讵确的轨道上顺利发展。另外在教育软什的制作i ：也充分 引入市场机制，学校和企业联合制作开发的现象- 1 分普遍。 5 网络课件大量使用先进的技术 国外在网络课件的制作过程中，十分注重采用先进技术提高教学质量。例如， 由美国加州l a w r c n c eb e r k e l e y 实验室开发的网上虚拟青蛙解剖课程，不但可以提供 高分辨率的三维青蛙图像，还可以按照学生的意愿在计算机屏幕j 二以人机交互的方 式改变观察青蛙的角度，还可以对青蛙进行解剖处理，如剥抻青蛙的皮肤、去掉某 个器官，也可以只显示骨骼或神经系统等。这些操作充分利用了w e b 信息系统提供 的图像信息链结等新技术，交互式教学使得教学更加生动，而且可以随时更新教学 内容。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 2 国外网络教育技术标准 网络教育，由于缺乏统一的标准和技术手段，造成教育资源建设的非统一性和 大量的重复建设，同时也妨碍了网上教育资源的大范围共享与交流。解决这些问题 的根本出路是制订网络教育技术标准，用标准化办法保障网上学习资源共享和系统 互操作。 目前，世界上有很多标准化( 学术) 组织都j 下在致力于基于网络的教育资源标 准化的研究，并起草了一些相应规范，其中影响较大的有：i m s ( i n s t r u c t i o n a l m a n a g e m e n ts y s t e m ，美国高等教育协会的非盈利机构e d u c o m 、现在的e d u c a u s e 下的一个项目组) 的l e a r n i n gr e s o u r c em e t a d a t a ( 学习资源元数据规范) ，1 e e e 的 l t s c ( l e a r n i n gt e c h n o l o g ys t a n d a r d sc o m m i t t e e ) 小组的l o m ( l e a r n i n go b j e c t m e t a d a t a ，学习对象元数据模型) 、o c l c ( o n l i n ec o m p u t e rl i b r a r yc e n t e r ) 的d u b l i n c o r e 元数据标准，等等。 关于学习资源的元数据规范网外起步1 ：1 9 9 7 f i ，) ：在研究之r h ) f ：没订达 到完善的程度。有些规范和标准都萨在制订之中，并没有形成萨式的标准发抑，其 中相对完备的是i e e e 的l o m 模型，它规定了在w e b 页而中呈献学习资源时，所 应提供的一些基本元素，但并没有规定这些元数据的实现，如它们的体系结构、编 辑语言、数据存取方法等。因此，f 1 前主流的商品化软件对它们的支持力度不够。 大多数商品化软件并不支持这些草稿规范。 1 3 3 国内教育资源库建设的发展现状 虽然目前国内的网上学校或网上教学系统数晕很多，但总体上还处于起步阶段， 教育资源建设普遍薄弱，各教育层次资源的发展也是良莠不齐。目前我困教育资源 主要集中在校园网上。各网校存放着各类电予杂志和电子报纸以及其他桐关的学习 资源，还提供了其他一些大学图书馆的图书目录以及网址等。教育资源的媒体表现 形式较为单一，主要为文字和少量的图片，视频、音频等多媒体资料较为缺乏。 1 各层次的教育资源比较缺乏 基础教育网校的各种教学资源都不是很丰寓，很少有网校建立考试系统和资源 搜索系统，只有题库系统发展的相对来说比较完善。大多数网校都建立了题库系统。 一些网校的题库采用了动画效果，比单纯的文本更能吸引人，除了包含大帚的课木 知识外，还增加了课外知识，尤其是心理咨询方面的知移 。 5 华中科技大学硕士学位论文 高等教育网站( 包括成人继续教育) 都是 i | 教育部批准的远程教育试点大学7 f 办的，如清华大学、湖南大学、北京邮电大学和浙江大学等。目前这类网校的定位 于广播电视大学的进一步延伸，目前还主要是利用卫星电视教育网、有线电视网和 计算机互联网进行教学活动，还需要学习者到专门的授课地点去集中进行学习。在 基于i n t e r n e t 的课件制作方面还刚刚起步。 教学软件的数量也不足。一份对某权威杂志刊载的1 7 7 种邮购软件的调查大致 反映了我国教学软件的现状：面向中小学的光盘占所有光盘的5 7 ，其中试题库类 占3 8 ，百科知识类占1 6 ，各年级分科教学的软件占4 3 ，但这些软件大部分仅 适用于个别化学习，或为电子练习册，或为课本搬家，信息量很少，不太符合课堂 教学要求，很难作为课堂教学使用。 2 对标准的制定和研究刚刚起步 国内的网络教育开始成为热门，网上大学、网络学院也丌始逐步起步。日前的 课件的制作和资源的收集还处于各自为政的阶段，低水平重复丌发的现象难以避免。 国家也意识到了教育资源建设的重要性，为此，“全国信息技术标准化技术委员会” 成立了“教育技术分技术委员会”。标委会在借鉴国外已有的标准体系的基础上，结 合我国的具体情况，起草了c e l t s 系列标准，现在版本为c d l 6 ，其中c e l t s - - 3 为l o m 标准，c e l t s - - 9 为内容包装规范，c e l t s - - 1 7 为平台与媒体标准。 3 各类教育资源的分布不均衡、使用不合理 国外的教育资源在基础教育方面提供了大量的知识库，在高等教育方面提供了 方便的信息索引和教学信息。而我国的教育资源除了大学电子图侣馆以外，主要以 课堂课件和题库为主。在各类教育资源中，题库占据了相当的比重，这说明我国的 应试教育比素质教育有市场，这是值得注意的现象。 我国陆续建立了一系列实用的题库系统，如高等教育基础学科系列题库、劳动 部职业技能鉴定题库、国家医学水平考试题库、基础教育系列题库等。由于题库的 使用还没有完全基于网络，这些国家投入大量资= ；= 建立的权威性题库，f 1 前还只局 限于某些权威单位使用，无法真正在教学过程中发挥其应有的作用。忽视题库的修 订和校诈、轻视题库的教育测量功能也妨碍题库的科学使用。 4 课件、题库的制作水平较低 远程教育因师生异地这一特点和传统教学有着本质上的区别，这就决定了远程 教育所使用的课程材料必然很大程度l 的区别于传统教学的课本。而我同的远程教 6 华中科技大学硕士学位论文 育站点有很多都是课本搬家类型，教学资源仅限于课本知识，并同只采用文本呈现 方式或加上少许的动画和多媒体，这使得我困的远程教育很难摆脱传统教育的束 缚。与国外的课件相比，大多数的网络课件的形式简单、交互性不强，尚不能达到 素质教育的要求。 1 4 论文的贡献及安排 1 4 1 论文的主要贡献 本论文以国内外网络教育的大发展和大竞争为背景。以促进和保护我困网络教 育资源建设的发展为 ；发点，以实现资源有效共享为目标，对以下几个方而作了研 究和探讨： 对教育资源描述、管理、注册与检索机制做了深入研究： 研究了教育资源建设的相关标准，t 要足学习对象元数据标准( l o m ) 和内弈包 装规范( c p ) 以及平台与媒体标准( p m p ) ： 设计并开发教育资源描述与制作系统、教育资源管理系统和教育资源注册与榆索 系统。 1 4 2 论文的安排 本文以教育资源建设为主题，对如何实现资源的有效共享进行了研究，对设计 开发出的教育资源管理系统进行了具体的阐述，论文共分六章： 第1 章绪论，介绍教育资源建设的相关背景，针对当前我国网络教育中存在的 问题提出了本文研究的重点。 第2 章提出了一种全新的教育资源共享架构，并就教育资源的描述、管理、注 册与检索等重点问题进行了详细阐述。 第3 章讨论了资源共享的理论基础网络教育技术标准，并基于这些标准研 究了一种标准化的资源描述方式。 第4 章介绍了教育资源管理系统中使用的关键技术的研究。 第5 章介绍了教育资源管理系统的实现以及麻用系统之闸的集成。 第6 章对全文进行了概括和总结。 华中科技大学硕士学位论文 2 教育资源管理系统e l 蝴s 系统概述 2 1 教育资源管理系统的基本功能 教育资源管理系统是远程教育平台的基础系统之一，它负责管理整个教育甲台 的各种资源，为其它模块或其它系统提供高效的资源访问接口，同时能够对已有资 源的信息进行统计分析，为决策者提供决策依据。这是一般教育资源管理系统的功 能，但是由于缺乏统一的标准对资源进行描述和包装，系统之悯无法进行资源的交 换。资源只能被本甲台所专用同样的资源器个平台都必须f f 次丌发；同时，于 缺少一个统一的门户访问各个资源库，资源库之问也缺乏相互访问的通道，这样给 其他用户访问和使用资源带来了不便。这些都是造成了资源的重复丌发的原因。 针对以上的分析，新一代的教育资源管理系统应该具有以下的基本功能： 1 教育资源的描述：应该定义一种可行的、标准化的捕述方式对资源进行统一 描述和包装，这是实现资源有效菇亭的基础。 2 教育资源的管理：这是教育资源管理系统的核心功能，如何对这些海量的教 育资源进行有效的管理仍然是我们研究的蒂要方而。 3 教育资源的注册与发现：提供一个统一的门户使用，、可以方便、准确的榆索 自己所需要的资源，才能真正实现资源的有效共享。 教育资源管理系统是一个内容管理系统，提供大数据的存储与恢复和强人的搜 索功能，实现对各种资源的有效管理。教育资源管理系统中的资源既可以是一门课 件，也可以是一段文本或者一个图片，它们都是可零用的学习对象。 教育资源管理系统中采用学习对象的概念，尽量将盗源实体和其橘述信息分离， 并采用x m l 格式来表示描述信息。这样，不同的管理系统可以适用丁各种格式的资 源对象，以及不同的j 甲台，确保了资源的共亭和系统间的互操作。 2 2 系统框架及研究重点 2 2 1 总体架构 教育资源管理系统建立在对网络教育技术标准研究的摹础f ：，设计 l _ 了一个解 8 华中科技大学硕士学位论文 决系统之间资源交换和教育资源重用、简化教育资源制作等问题的e l ，e a r n i n g 的应 用系统。其系统框图( 图2 1 ) 如下： 图2 1 教育资源管理系统总体架构图 从上图可见，教育资源管理系统主要由三个功能模块组成： 1 网络教育资源描述与制作模块 该模块主要有两个功能：对现有资源的描述和制作标准化的资源。要能使资源 有效的共享，能够被其它系统所识别，就必须进行标准化的资源建设，统一资源的 描述和包装。 当前各个网校都已经建立起了自己的教育资源库，制作了大量的教育资源，如 果为了统一资源描述丽将这些资源都丢弃或者重新制作都将造成资源的极大浪费， 是不切实际的，因而该模块需要提供一个资源的描述功能对现有资源进行重新描述， 将其包装成为标准资源。 资源的制作包含两个层次的制作，一方面能够结合一些媒体制作工具制作基本 华中科技大学硕士学位论文 的媒体素材，包括文木、图片、音频、视频、动而以及页而资源，这类资源只有元 数据信息，另一方而能够组织这些基木媒体素材，牛成案例、试题和课什等高级资 源，对于这些资源除了包含资源的元数据信息以外还应该包含资源的组织信息。 2 网络教育资源库管理模块 资源库管理模块用来存储资源的完整信息，包括资源的实体信息和描述信息。 由于资源的实体比较大，需要该模块能够处珥海景数据，同时需要合理设汁表结构 减少资源的重复存放，提高资源的访问效率。 资源库以教育科学理论为框架体系，它的知识席和教学经验将随着时问的推移， 在使用过程中动态地由教师和学生加入新的内容，因而资源库自身需要能够不断充 实丰富，自我完善，以适应各个学校的需要。同时人类的知u 足不断发展，不断埔 加的，资源库的建设必须跟上知谚 的发展。 3 网络教育资源注册与检索模块 网络教育资源库管理模块用来管理标准化网络教育资源描述信息。资源的实体 是相当庞大的，要将全国所有的实体放在一起进行锊理是不切实际的，但是坷；为所 有的资源提供一个统一的接口进行访问，也就没有真币实现资源的有效共亭，为了 解决这一矛盾系统使用了一个资源注册与检索模块，该模块只负责管理资源的描述 信息，提供给用户检索接口，使用户可以通过资源的描述信息定位资源的实体位置。 各个模块之间进行交互的是资源，包括资源的实体信息和描述信息，从某一教 育资源在系统中的流转情况出发，系统的整体工作流程如图2 2 所示： _ g e 渖f e 册 模块 注 龠一一 陌册资 幢 _ 情 源 息使 检 用 索 匝过 图2 2 教育资源管理系统的工作流程 l o 华中科技大学硕士学位论文 第1 步资源制作者使用资源描述与制作系统对资源进行描述和绑织，制作f | 标准化 的教育资源； 第2 步资源制作者将制作的标准化资源提交给资源库管理系统； 第3 步资源库管理员对资源进行审核，审核通过则将资源入库，否则回到第1 步， 由资源制作者重新制作资源； 第4 步管理系统提取资源的描述信息，在注册系统进行注册； 第5 步用户进入注册系统检索资源定能资源的实体能胃； 第6 步从资源管理系统下载资源，再次使用资源。 2 2 2 教育资源的元数据研究 近几年来，学习资源正在迅速地增长，尤其是随着网络的发展，i n t e r a c t 上的学 习资源更是数不胜数。由此带来的问题便是学习资源管理、发现和获取的难度增加。 现有的搜索引擎大多是基1 ：文本和关键宁的通用榆索，榆索到的结果也祉仆足成雨 上千条。这样的检索对于学习资源的查找来说并不是卜分有效，问题的关键在于没 有对学习资源进行充分的信息描述。元数据技术是解决这1 问题的一个有效方法。 元数据( m e t a d a t a ) 就是“说明数据的数据( d a t aa b o u td a t a ) ”，它是描述和管理 数据的数据，例如图书馆检索卡上的信息就是关于图书馆藏书的元数据，食品包装 袋上关于食品的描述就是关于食品的元数据。当然，学习资源的元数据就是关于学 习资源的描述信息。元数据是机器可以读懂的信息，是对数据统理解的关键。数 据作为客观世界事物在计算机内的表示，需要通过语义解释s t 带q a 可为人们所理解 和使用，即所谓信息。元数据就是构造语义解释机制的知识，就像数据库模式是数 据库中数据的元数据一样。 元数据体现了资源数据的属性、特性、性质等，因此，如果要有效地描述、标 识、利用多种多样的媒体素材、异地课件，体现资源之间的调用关系那么教育资 源库必须包括元数据库。这样一来，教育资源库不仅包括了“对象数据库”，即媒体 素材库、题库、课件库，还包括了元数据库。 虽然元数据的出现为解决数据的查找、管理和共享提供了有效的途径，但同时 也带来了另一个问题：元数据格式的不统一使得资源无法达到有效的共享，造成资 源的重复开发和浪费。因此系统需要定义一个通用的学习资源元数据模型，使之得 到广泛的采纳，在此基础上实现学习资源统一有效的查找、定位、评价、获取和管 理。学习资源的元数据标准就是要实现这一目的。 华中科技大学硕士学位论文 “学习对象元数据规范”定义了学习对象元数据的一个概念数据模型，用于描 述学习对象元数据实例的结构。这晕的学习对象所指的范围很广，包括一切用于教 学和培训的实体，可以是物理的，如实验器材，课本等，也可以是数字的，如教学 软件，网络课件等。学习对象的粒度可大可小，小到一张图片，大到一门课程，都 属于学习对象的范畴。可见学习对象的范围要比学习资源大得多，它包括各种多媒 体内容、各种教学内容、教学目标、教学软件和软件工具、人、组织或者在学习过 程中引用到的事件等等。 系统采用x m l 语言进行绑定的“学习对象元数据规范”对资源的元数据进行描 述，它分为描述性数据、管理性数据和结构性数据，其内容包含定位标识、记录、 再制作品的结构化信息。系统对这些描述信息进行统一的管理，这样就可以利用元 数据来精确查询和调度对象数据库巾的资源对象，使用户可以通过椭述信息精确定 位一个资源，提高资源的重用率。 2 2 3 教育资源的组织技术研究 教育资源可以分为两类：媒体素材和试题、案例、课件。媒体素材是基木素材， 包括文本、音频、视频、图片和动画，这些都是不可分的资源，也是资源管理系统 管理的最小粒度的资源。试题、案例、课什则是以知谚 点为綦硎 按照定的升l 纵结 构由这些媒体素材组成的。| 夭1 此如果要交换这些资源，就必须对其组织信息进行标 准化描述。 i m s 研制开发了内容包装规范( c o n t e n tp a c k a g i n gs p e c i f i c a t i o n ，c p ) ，该规范为 学习内容定义了一个标准的数据结构，将资源实体和相关信息包装成一个包交换文 件，使这些资源可以作为独立的币元进行传输和交换，可以在不同的甲台被执行 而且还可以在不同的制作工具中被重用。 由于系统是对媒体资源进行组织来创建试题、案例、课件资源的，并不一定要 对媒体素材进行修改，因此在构建这些资源时并不需要总是包含这些资源的实体信 息，而只需要对这些资源进行索引，只有在修改时彳需要将资源实体下载下来，这 样将大大节省制作时的空间需求，同时，在资源库进行存储的时候，同样也只要存 储资源的索引，就避免出现同样一个资源在多个课件或者试题、案例中被引用而要 存放多份拷贝的问题，一方面可以节省存储空间，另一方而这样才是真f 的实现了 资源的共享，修改某一素材资源只要修改一个文件，就可以将所有引用了该文件的 上层资源都修改了，大大节省工作量。要达到这个目的，系统要解决下面一些问题： 1 2 华中科技大学硕士学位论文 需要提供资源的高效访问机制，这样爿能保证用户在制作资源时能够随时预览。 如果网络条件不允许，用户可以选择先将资源副本下载到本地，而在上传资源的 时候仍然只存放资源的索引。 定义一种标识机制，对所有的资源进行唯一标识，这样就能够通过i d 唯一索引 到一个资源。 需要对资源的修改引入版本控制机制，防止资源原件被修改后造成的版木不统 一。同时用户应该可以设置自己引用的资源是否随资源版木的更新丽更新，以保 证内容的完整性和可读性。 2 2 4 教育资源库组成结构的研究和设计 教育资源的标准体系包括三个层次四大类：媒体素材库、题库、案例库、课件 库。底层是媒体素材库，中层是由媒体素材组成的试题库、案例库、其他( 如科技 成果、参考资料) 等，顶层是课件席。课什库艰的侮。个课什都足綦丁。定的知谚 点，可以由下两层构造而成，也可以直接山媒体素材库组成。课仲是可以汽接为网 络教育应用系统所调用，是教育资源库建设的核心。知识体系贯穿各层，其一i ，学科 体系、课程体系是组织课程的依据，知识点分布情况是构成课件、案例、试题等对 象的依据，同时知识体系还将提供备领域的主题式的索引编日。 图2 3 教育资源库逻辑体系结构示意图 华中科技大学硕士学位论文 1 媒体素材库 媒体素材库是教学的基本信息译元，它处于资源库的最底层，其主要的划分依 据是该素材的媒体格式和相应的存储方式。由于网络媒体的格式可能不断的发展， 所以该分类标准将适时更新。媒体素材库中的每个资源元素应当包含该元素的基本 内容格式信息和辅助教学信息，同时还要根据内容主题对元素进行描述。主要的媒 体类型有：文本、图形( 图像) 、音频、视频、动画、页而以及其他类型。 2 题库 题库是建立在素材库的基础之上的，在题目的叙述中可以直接调用素材库的内 容。题库的内容除了题目和参考答案信息以外，还包括试题的教学使用信息。 3 案例库 案例库也是建立在素材库的基础之上的，在案例的叙述巾可以直接调用素材库 的内容。案例库的内容包括事实描述、相关的背景资料、分析评价、年n 笑应用领域、 教学方案等等。 4 课件库 课件是对一个或几个知识点实施相对完整教学的辅助教学软件，根据运行平台 划分，可分为网络版的课件和瞥机运行的课件，网络版的课什需要能在标准浏览器 中运行，琶机运行的课什可通过网络下载运行，以_ | 二均泛称网络课什。 媒体素材库是整个资源库的基础，其他的库( 如题库、案例库、课什库) 都足 对媒体资源的索引，按照一定的逻辑结构对媒体资源进行组织，这样就可以避免多 个资源索引同一个媒体素材时需要存两份该素材的备份，真j f 的实现资源的复用。 2 2 5 教育资源库分布式管理系统 教学资源的数量是惊人的，不可能使用一个资源库就能够容纳，各个网校和资 源提供商都会有自己的教育资源库，因此整个教育资源管理系统必然是以分布式的 形式出现。但是同时各个资源库之问也要保证相对的独立性，因为各个资源库都是 属于不同的经济实体，所以各个资源库本身必须是一个可以独立运行的系统。另外， 由于各个资源提供商都有自己的技术方向，会使用不同的技术丌发自己的资源库系 统，因此资源管理系统必须能够包容不同_ 甲台、使用不同技术丌发的资源库，这样 才能最大范围的兼容各种资源库系统。 针对以上这些具体需求，比较了几种常用的分布式系统- 丌发架构：d c o m 、j 2 e e 、 1 4 华中科技大学硕士学位论文 c o r b a 和w e bs e r v i c e s ，比较结果如下： d c o m 、j 2 e e 、c o r b a 和w e bs e f v i c e s 的比较 类型 跨语言跨甲台网络通信安全服务n r 9 “展性业界支持 d c o m差筹一般一般一般一般 j 2 e e著好好妤一般一般 c o r b a好好好好一般 一般 w b bs e n ，i c e s好好好好盘好 由上表的比较可知，w e bs e r v i c e s 具有比较明显的优势，因此系统采用w e b s e r v i c e s 来将各个资源库连接起来，即资源库对外发伽一系列的w e b 服务，如查渤、 浏览、下载、更新等，注册和榆索模块、资源捕述与制作模块，以及其他资源荦系 统都将通过调用w e b 服务来访问资源库系统。 2 3e r m s 与网络教育技术标准的关系 世界各国在发展网络教育时深刻认识到，学习资源的可共亨性和系统的7 i 操作 对于教育系统的实用性和经济性具有决定性意义。解决学习资源共亨乖用和系统问 互操作的根本d ；路是制定网络教育技术标准，符合标准的学习资源能被多个系统利 用2 1 ，同时标准化的网络教育系统及组件间能够交换和使打j 彼此的信息能满足系 统间的交互性。 目前，标准化的研究是网络教育资源管理系统研制丌发的最某术要求。e i m s 是 基于现有网络教育技术标准的教育资源管理系统，它符合c e l t s 标准体系的资源相 关标准，包括：l o m ( c e i f f s - - 3 ) 、c p ( c e i 。t s - - 9 ) 、q t i ( c e i 。t s 一1 0 ) 、p m p ( c e t s 1 7 ) 等等。 华中科技大学硕士学位论文 3 1 学习对象元数据标准 3e r m s 相关标准研究 学习对象元数据( l e a r n i n go b j e c t sm e t a d a t a ) ，指的足关j ：可重用的4 浮习刘 象的数据 。它使得用户可以根据关键字、所有者等已知的属性值，来精确的定位 和获取知识。但由于在描述学习对象时的主观性，刁：同的描述可能对应的是同一学 习对象。 学习对象元数据l o m 标准是i e e el t s c 研究制定，旨在为学习者或教育者等对 学习对象的检索、评估、获取和使用提供支持，同时也支持学习对象的，申和瓦换。 3 1 1l o m 的数据模型 f 。0 m 规范的数据模犁是一个分层次的结构。最卜层是一个根节点，根节点包含9 个子元素。子元素还可以包含子元素，其巾包含予元素的元素称为巾问节点，或集 合数据元素，而不包含子元素的元素称为叶节点，或简单数据元素。这整个数据模 型被称为文档的“树状”结构1 。用c f i t s 的i 。( ) m 规