（通信与信息系统专业论文）基于web服务的教育资源传输与服务模型研究.pdf

i 摘要摘要 网络教育是当今国际国内教育发展的热点，也是现代教育技术的主流发展方向 之一。为了更有效地建设好各级各类教育资源库，促进资源库之间的数据共享，提 高教育资源检索的效率与准确度，保证资源建设的质量，教育资源传输与服务系统 的研究与建设就成为网络教育继续发展的关键。 教育资源服务的核心是资源，它是在以学习对象元数据标准与内容包装规范为 手段进行的教育资源标准化的基础上进行的教育资源的采集、创建、存储、管理、 发布、检索和重用等一系列综合活动。这些活动的实现离不开教育资源信息的有效 传输和交换。教育资源的标准化描述、包装和教育资源信息的传输方式及其实现是 本文研究的重点。 本文首先针对实际存在的问题提出来一种基于 web 服务的教育资源传输与服 务模型。然后从对每个教育资源的标准化描述和结构化包装入手，根据标准化教育 资源的特点及教育资源服务的特点，提出并实现了基于 web 服务进行教育资源信 息传输新方法，最后结合分布式计算、web 服务、xml 及其存储等技术设计并实 现了模型对应的原型系统，从而达到教育资源充分共享的目的。该原型系统的实现 经包装可以投入到实际的网络教育应用中，能够解决网络教育资源利用中的资源传 输和难以共享的问题，推动我国网络教育的进一步发展。 关键字：关键字：网络教育; web 服务; 学习对象元数据; 内容包装; 简单对象访问协议 ii abstract e-learning is the hotspot of the international and domestic education development. also it is the main direction of distance education development. in order to effectively build all types of educational resources bases at all levels, promoting the sharing of data between the educational resources bases, the research and development of transfer strategy and services system has become the key to the continued development of the e- learning. such a system is essential to improve the searching efficiency of educational resources and retrieval accuracy. also it can ensure the quality of construction educational resources. the service of educational resources is based on learning object metadata standards and content packaging specification. it is a series of integrated activities such as educational resources storage, management, publishing, searching, retrieval and repeated using. the implementation of these activities relies on effective educational resources transmission and exchange of information. educational resources are the core of the services. the method of resources standardized description, packaging and transmission mechanism is the focus of the search. aiming at actual problems the thesis proposes a model of transfer strategy and services of the education resources based on web services. using learning object metadata standards and content packaging specification realized the standardization of the educational resources. after that, the thesis proposes a transfer strategy based on web services to exchange educational resources information between sub systems. combining distributed computing, web services, xml and its storage technology, the paper implemented prototype system model, thus achieved the purpose of sharing educational resources fully. the paper hopes the prototype system by packaging can be used into practical e-learning environment and can be helpful to the promotion the further development of our e-learning. key words: e-learning; web services; learning object metadata; content packaging; soap 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本 论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 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 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1 绪论绪论 1.1 国内外网络教育资源现状国内外网络教育资源现状 网络教育资源是开展网络教育的前提和基础，是网络教育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网络教育资源库，我们的各种网 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。目前我国在网络教育方面开展工作的时间 还不长，部分学校和部门在开展网络教育资源建设方面还刚刚起步，虽然在建设教 育资源方面取得了一定的成果和宝贵经验，也制定了一些关于教育资源的标准，但 目前课件的制作和资源的收集还处于各自为政的阶段，低水平重复开发的现象难以 避免，在借鉴国际教育资源描述标准时也没有有效的结合中国网络教育的特色与国 情，因而在实际运作中存在不少问题，难以推广i。由于教育资源库的建设需要结 合分布式计算、多媒体通信、面向对象数据库等技术，因而目前还没有出现教学资 源库的产品实例。因此，网络教育资源传输与服务的研究是推广网络教育的基础和 关键。 目前，世界上有很多标准化（学术）组织都正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：ims 的 lrm（learning resource metadata， 学习资源元数据规范） ， ieee 的 ltsc 小组 （learning technology standards committee，学习技术标准化委员会）的 lom（learning object metadata， 学习对象元数据） 、oclc（online computer library center，在线计算机图书馆中 心）的 dublin core 元数据标准等等。由上可见，关于学习资源的元数据规范，国 外起步较早，但也处于研究之中，并没有达到完善的程度。其中相对完备的是 ieee 的 lom 模型，它规定了在 web 页面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具体实现，如它们的体系结构、编辑语言、数据存取方 法等，而且目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 支持这些规范。 随着资源标准化建设和网络技术的迅猛发展，为教育模式的革新带来了一次新 的机遇，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目的及学生的 具体情况选择适当的教育资源。因此网络教育的最大优势就是它能实现教育资源的 共享。广义的教育资源包括学习对象、学习者、教师、学习记录、学籍教务等与网 2 络教育相关的信息，网络教育开展的成效很大程度上决定于教育资源共享的程度。 网络教育（e-learning）作为一种新的教育模式，网络教育可以为学习者提供 不受时空限制的学习环境和便于重用的教育资源，同时网络教育是当今国际国内教 育发展的热点，也是现代教育技术的主流发展方向之一ii。在网络教育开展的过程 中，网络教育的实施效果往往是人们最关心的问题之一。而网络教育实施的好坏， 在很大程度上取决于所构建的网络教育环境及网络教育的服务水平。 1.2 教育资源服务的现状及地位教育资源服务的现状及地位 网络教育资源服务是指围绕网络教育资源中各式各样不同形式的信息内容展开 的内容采集、创建、存储、管理、发布、检索和重用等系列综合活动。 我国网络教育资源服务系统的建设和分布存在着多方面的问题，这些问题成为 严重困扰我国网络教育继续发展的瓶颈iii。 首先，网络教育标准化还未实际采用。服务系统中收集的教育资源大都是教师 以不同的方式开发出来的，从粒度上看有素材，有课件，但是并不符合现在已经颁 发的国家和国际标准，在使用时各不兼容、相互排斥，以至于在符合标准的教育平 台上无法使用，因此，网络教育资源的标准化成为了目前亟待解决的问题。 其次，我国网络教育资源技术发展不平衡，网络资源的建设水平参差不齐，有 用的网络教育资源分布在网络的四面八方，这给网络教育资源的获取带来了困难。 更重要的是，internet 上的大量的网络教育资源都缺乏对自身的描述，所以很难在 这样的网络建设的基础上，直接开发更为智能的应用，即使是现有的强大的搜索引 擎也不能够准确定位所需的网络教育资源。 经过国家教育信息化建设的前期投入和实施，目前，已经建成了覆盖全国各高 校和大部分中小学的中国科研和教育计算机网（cernet） ，从 1998 年教育部批准 4 所高校开展远程学历教育开始，我国高校远程教育一直在高速迅猛发展。至今经 教育部批准进行远程教育的试点高校已有 68 所，其中 63 所被允许进行 2004 年招 生，全国各地已建成学习中心 2000 多个，在册学生高达 200 多万人。教育范围涵 盖普通专科、专科起点本科和研究生课程、二学位、非学历培训等各个层次、上百 个专业。以网络技术为基础的现代远程教育大大扩展了人们接受高等教育的机会和 选择，正在成为我国继续教育的一支重要力量。虽然在各地区都建有不同的资源管 理系统，但大多是“各自为政” ，缺乏统一的管理，从而很难利用网络的优势，实 现资源的共享和提高资源的利用率，因此，一种标准化的教育资源服务系统，成为 了大家目前重要研究的目标。 网络教育中，网络建设是基础，资源建设是核心iv。网络教育资源是实施网络 3 教育的关键问题之一，是实施网络教学、考试、学习内容管理和其它相关管理的基 础。为了更有效地建设好各级各类教育资源库，促进资源库系统之间的数据共享， 提高教育资源检索的效率与准确度，保证资源建设的质量，搭建网络教育资源服务 系统就十分必要和关键。 1.3 教育资源传输与服务系统的实现技术教育资源传输与服务系统的实现技术 搭建标准化网络教育服务系统，统一管理资源库，需要结合分布式计算、web 服务、xml 及其存储等技术。下面对本文研究用到的一些关键技术进行概要介绍， 结合这些技术，可以实现基于 web 服务的教育资源传输与服务系统。 1.3.1 多层分布结构与多层分布结构与 j2ee 分布式计算的多层应用结构的特点是在传统的两层 c/s 应用结构中的客户端 与服务器之间插入一层或几层中间件（mid-ware）或称为应用服务器（application server） ，由中间件处理应用系统的业务逻辑v。客户端程序只处理界面的显示，它 不需要了解数据是如何被存储及维护的，由中间件与数据库通信。客户端因为不需 要与数据库通信，所以不需要安装数据库的客户端程序和数据库驱动程序，可以使 客户端程序变得更小、更快。中间件可以有多个并且可以安装在不同的计算机上， 将处理工作分散开来，改善性能，形成多层分布式计算把业务逻辑封装在组件 （component）中，并且部署在应用服务器上以供多个客户端调用，这种组件式开 发大大提高了应用系统的可重用性和可扩展性vi。任何业务逻辑的变动只需修改应 用服务器上的组件，而无需重新升级客户端的程序，并且具有某些通用处理功能的 组件可以复用到其他的应用系统中，提高了开发效率；分布式数据处理，将一个应 用系统的工作分布到几台机器上可以改善系统的性能，因为可以提供负载平衡以及 用备用的机器去替代发生故障的机器； “瘦”的客户端，客户端应用程序可以写得 很小，而把关键业务处理交给中间层，这样更加易于发布，因为它们不需要再考虑 安装和配置数据库连接软件的问题；增强安全性。可以通过使用不同的访问约束， 来分层隔离敏感的算法和数据，大多数应用服务器都提供了强大的安全性支持vii。 j2ee 是实现多层分布式计算的典型系统框架viiiix。j2ee 是 sun 公司开发的 一种利用 java 2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的 体系结构。j2ee 有许多优点，如“编写一次、随处运行”的特性、方便存取异构 数据库的 jdbc 技术以及能够在 internet 应用中保护数据的安全模式等x。j2ee 优 势主要有以下几个方面: 1. 支持异构环境。j2ee 能够开发部署在异构环境中的可移植程序。j2ee 的 4 应用程序不依赖任何特定操作系统、中间件、硬件，j2ee 的程序可部署到各种 异构平台xi，这在设计分布式系统时是十分重要的xii。 2. 保留现存的资源。由于 j2ee 平台的产品几乎能够在任何操作系统和硬件 配置上运行，现存资源能被保留使用。 3. 高效的开发 j2ee 允许把一些通用的服务端任务交给中间件供应商去完成， 开发人员可以集中精力在如何创建应用逻辑上。 4. 良好的稳定性、可靠性。 1.3.2 信息传输与信息传输与 web 服务服务 web services是封装成单个实体并发布到网络上供其他程序使用的功能集合xiii, 是用于创建开放分布式系统的构件，可以使公司和个人迅速且廉价地向全世界提供 其数据服务。 web services 是下一代分布式系统的核心xiv，它具有如下特点： 1. 互操作性：任何的 web services 都可以与其他 web services 进行交互。由 于有了简单对象访问协议（simple object access protocol，soap）这个所有主 要供应商都支持的新标准协议，因而避免了在 corba、dcom 和其他协议之 间转换的麻烦。还因为可以使用任何语言来编写 web services，因此开发者无 需更改其开发环境，就可生产和使用 web services。 2. 普遍性：web services 使用 http 和 xml 进行通信。因此，任何支持这些 技术的设备都可以拥有和访问 web services。 3. 易于使用：web services 背后的概念易于理解，并且有来自 ibm 和微软这 样的供应商的免费工具箱能够让开发者快速创建和部署 web services。此外， 其中的某些工具箱还可以让已有的 com 组件和 java beans 方便地成为 web services。 4. 行业支持：所有主要的供应商都支持 soap 和周边 web service 技术。例 如，微软的.net 平台就基于 web service，因此用 visual basic 编写的组件很容 易作为 web service 部署，并可以被 ibm visual age 编写的 web service 使用。 基于 j2ee 平台，应用 web service 技术来将系统的各项功能及应用接口封装 成各种 web 服务xv，实现了系统分布式访问、计算和应用的需求，极大地提高了 系统的可靠性和可扩展性。 1.3.3 xml 储存与检索技术储存与检索技术 xml 是现今网络技术中应用十分广泛的技术之一。 可扩展标识语言 （extensible 5 markup language, xml） ，它是由万维网协会（world wide web consortium , w3c） 颁布的一种可扩展的标记语言。xml 将 sgml 的灵活性与广为流传的 html 完 美结合，更为简洁且具有良好的兼容性，从而使得现有的 internet 协议和软件更为 协调，方便了相应的数据处理和传输xvi。 xml 一向致力于简便而快速地，根据企业、科学规范或者其他方面的需要来 构造定制的标记集xvii。同时，每一个企业甚至每一个人，都可以选择定义自己的 xml 标记集。xml 的一个好处就在于能够共享这类“词汇表” ，它们都使用同样 的基本语法、分析程序以及其他工具。可共享的 xml 词汇表不仅提供了更易于查 询的文档和数据库，而且为在不同的组织和计算机应用程序之间交换信息提供了一 条途径xviii。 xml 在网络教育领域也起着支柱性的作用。一些关键性的网络教育标准比如 学习对象元数据，内容包装规范等都是用 xml 来描述或包装教育资源。在文中， 其涉及到的教育资源元数据内容信息具有非结构化的特点，以传统的关系型数据库 来存储十分困难。而采用 xml 描述教育资源是技术发展的趋势，也是教育资源元 数据的推荐表达方式。因此，教育资源描述和注册信息以及同步信息的表示将以 xml 为主，并需要应用 xml 存储技术对其进行存储、管理和检索。 1.4 论文选题及研究意义论文选题及研究意义 在前面我们对国内外网络教育资源现状和教育资源服务现状和相关技术作了简 单回顾。针对网络教学的特点及共享教育资源的需求，本文将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和网络教 育资源的信息注册、发布和检索技术及教育资源平台间的信息交换技术；针对网络 教育资源的传输特点，结合 soap 通信的特点，如消息传输基于 xml 格式、传输 简单方便、并能够穿越防火墙等优点我们提出一种信息传输机制和模式。在此基础 上提出一种网络教育资源传输与服务模型。希望该模型的提出能对促进网络教育资 源的有效组织、管理与共享起到一定的积极作用。 1.4.1 论文研究的关键技术及主要内容论文研究的关键技术及主要内容 1.4.2 论文的支持课题论文的支持课题 本论文的研究是基于国家“十五”科技攻关重大专项“现代远程教育关键技术 及其示范工程”教育部“现代远程教育工程” “标准化教育资源内容服务系统”课 题（教技司2004104 号）的。从国内外教育资源的相关标准入手，在国家教育信 6 息化技术标准体系（celts）的基础上，围绕教育资源的传输与服务展开的内容采 集、创建、存储、管理、发布、检索和重用等系列活动，以期促进网络教育资源的 规范化开发、管理和共享、服务。 1.4.3 论文研究的关键技术论文研究的关键技术 其中主要研究的关键技术如下： 教育资源的 xml 描述与绑定技术。对数据单元进行详细、全面的著录描述， 数据元素囊括内容、载体、位置与获取方式、制作与利用方法等。支持资源的存储 和使用管理，数据元素除比较全面的著录描述信息外，还往往包括权利管理 （rights/privacy management） 、电子签名（digital signature） 、资源评鉴（seal of approval/rating） 、使用管理（access management） 、支付审计（payment and accounting）等方面的信息。支持对资源进行长期保存，数据元素除对资源进行描 述和确认外，往往包括详细的格式信息、制作信息、保护条件、转换方式（migration methods） 、保存责任等内容。 基于 soap 的信息传输技术。 教育资源利用 xml 绑定技术实现了资源的 xml 描述，带有 xml 描述信息的资源经一系列操作最终要提交给用户使用，这其中资 源或资源的标准化描述信息以 soap 消息的形式进行怎样实现传输在基于 web 服 务的教育资源传输与服务是非常重要的。 基于 web 服务的信息交换机制。基于 web 服务的教育资源传输与服务系统中 子系统间的信息交换是非常关键的。信息交互操作怎样包装成 web 服务，何时触 发 web 服务是本文研究的重要目标。 基于 j2ee 平台的中间件技术。基于 web 服务的教育资源传输与服务系统采用 j2ee 平台来构建整个系统，j2ee 与 xml 技术、j2ee 与 web 服务的结合也是我 们研究的重要内容。 1.4.4 论文的主要内容及组织论文的主要内容及组织 本论文是针对目前国内教育资源服务中资源的标准化程度低、资源共享率不 高、难以精确检索的问题，提出一种基于 web 服务的教育资源传输与服务模型。 通过研究网络教育资源标准化的描述模型和 xml 绑定技术，将网络教育资源进行 标准化，使其符合中国网络教育技术标准（chinese e-learning technology standardization, celts） ，同时，研究元数据信息传输模式和传输机制，并在此基 础上采用相关技术设计并实现该模型。从而实现教育资源的充分共享。 本文共分 5 章，余下各章的主要内容及结构安排如下： 7 第二章，资源建设是网络教育系统构建的核心，系统模型的提出首先要解决教 育资源统一描述问题，也即教育资源的标准化问题。深入研究了国外学习对象元数 据相关标准的基础上，提出了网络教育资源标准化描述模型及其 xml 绑定。根据 国内网络教育的资源现状，为提高教育资源内容综合服务的水平，提出了一种分布 式教育资源传输与服务模型分层框架，并概要介绍了该模型的技术实现框架，最后 介绍了该模型的研究内容。 第三章，要实现第二章提出的分布式教育资源传输与服务模型，还要解决分布 式系统间标准化资源信息的交换问题。也即元数据信息的交换问题。针对元数据信 息的特点，分析研究 web 服务中 soap 通信以及传输机制，并提出了元数据信息 传输的 web 服务实现。 第四章，通过前三章的研究与论证，本章将各个关键技术融合在一起，设计和 实现了分布式教育资源传输与服务模型，包括教育资源创造及标准化系统、标准化 教育资源内容管理中心、标准化资源检索中心及各个子系统间的接口，并且对各个 子系统的功能结构进行了详细的分析与说明，尤其对各个系统间 web 服务传输接 口的实现作了细致地说明。 第五章，总结了本论文主要成果，并指出了需要进一步解决的问题，和对下一 步可开展的工作进行展望。 8 2 基于基于 web 服务的教育资源传输与服务模型服务的教育资源传输与服务模型 2.1 模型构建的基础模型构建的基础 资源建设是网络教育系统构建的核心，为实现教育资源的共享，提高教育资源 综合服务水平，在本章中笔者提出来一种基于 web 服务的教育资源传输与服务模 型。这个模型是对已实现的教育资源注册、发布、检索系统的改进。它继承了原系 统固有的特色，完善了原系统的功能框架，采用了新技术实现了新特性，在实用性 和效率上又向前迈出了一大步，该模型的提出有助于提高资源的共享。 教育资源的标准化是网络教育系统构建的基础，通过它从技术上、内容上、组 织管理上把各方面有机联系起来，形成统一的整体，保证远程教育有条不紊、稳定 地运行。同时，它也是衡量远程教育质量的重要依据，标准从它诞生开始就带有科 学性、先进性、规范性。只要整个网络教育按照标准执行，就有了获得高质量与高 效率的保证xix。通过标准化可以提高远程教育的经济效益，网络教育信息标准化 可以使远程教育的发展避免盲目性、重复性，避免不必要的、无代价的经济损失和 劳动损失，从而提高远程教育的经济效益。标准化的实施可以促进远程教育的进一 步发展，网络教育的学习教材开发标准化可以提高设计质量，缩短设计同期；网络 教育管理标准化，可以避免重复劳动，促进管理的科学化、统一化、协调化，提高 管理效率xx。标准化的应用促进与国际远程教育的交流，现代标准化的特点之一就 是它的国际性，只有与国际标准兼容才能更好保证基于 internet 的远程教育在世界 范围内的交流xxi。 可扩展标识语言是目前网络上流行的 html 语言的延伸。与 html 不同的是， xml 语言能把数据与数据表示（例如界面）分开。这种特性能够让 xml 适合在 网络上不同计算环境（无论是不同的操作系统环境，还是不同的设备显示方式）中 采用一致的信息表示方式。xml 技术被称作是下一代网络计算的核心技术，是因 为它能够按照一定的语法和词汇表定义各种专业知识，而且还能够以文本的方式在 网络上传递，让各种联网的计算机能够解释这些知识，并协同工作完成不同的计算 任务。这种特性使 xml 成为了网络上分布式计算的最佳载体。 internet 上的信息资源的描述及其交换问题是信息领域研究的重要课题之一， 也是国内外的研究热点。面对容量巨大、无法用人工进行管理的信息资源，一般采 用元数据（metadata）来描述。针对元数据的处理，以 w3c 等为代表的技术组织 提出了 xml、rdf、semantic webxxii等具有高度灵活性、可扩展性的技术框架， 以实现对通用信息资源的描述xxiii；以 ltsc、ims 等为代表的教育技术组织则研 9 究制定了具体的教育资源元数据规范、内容包装规范。 2.1.1 celts 中的学习对象元数据规范中的学习对象元数据规范 lom 标准是 ieee ltsc 研究制定xxiv，旨在为学习者或教育者等对学习对象 的查找、评估、获取和使用提供支持，同时也支持学习对象的共享和互换。lom 标注所定义的数据模型是一个分层次的结构xxv。最上层是一个根节点，根节点包 含 9 个子元素，即通用、生命周期、元-元数据、技术、教育、权利、关系、评注 和分类。子元素还可以包含子元素，其中包含子元素的元素称为中间节点，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。 lom 标准的根节点、 分枝和叶节点的关系可用下图 2.1 来表示： lom 基本属性 生命周期 标题 目录条目 语言字符串类型 语言： “美式英语” 字符串： “元数据” 目录： “isbn” 条目： “8-7569-4062” （版本、状态等信息） “根节点” “分枝”“叶子” 图 2.1 lom 数据模型的层次结构 lom 标准对教育资源的属性进行了定义，而且用户根据需要可以自由扩展， 其具有如下特点： 模型对学习对象的属性进行了尽可能充分的描述，但同时又要保证属性的通用 性， 所以模型没有针对任何一种特定的资源定义学习对象的属性， 从这个角度来说， 模型规定的是一个最小的属性集合； 语义模型和绑定的分离，也就是说，数据模型是一个语义层的概念模型，没有 涉及任何与编码表示、api 等实现相关的问题。通用语义模型的确立，保证了学习 对象元数据的不同绑定之间有较好的语义互操作性。模型没有对绑定问题做出规 定，也就是在实现阶段给了用户更多的自由； 10 模型把学习对象的属性分成通用、生存期、技术、教育等 9 个类别。每个类别 有独立的语义，这有利于元数据的模块化和元数据信息的复用； 对于模型中的某些数据元素，规范直接给出了推荐的取值集合，称为词汇表。 词汇表使得元数据有了更好的互操作性，但用户可以不采纳推荐的词汇表而自行定 义； 模型支持多种语言，这种多语言的支持体现在三个方面：学习对象可以使用多 种语言；学习对象元数据可以用多种语言来描述；学习对象的使用者可以有多种语 言。这种对多语言的支持是标准国际化的关键； 模型本身提供了一定的扩展机制。元数据的第 9 个类别可以把学习对象在某一 分类系统中进行定位。因为分类系统可以由用户自己定义，因此用户可以使用该机 制扩展数据元素。 学习对象元数据 lom 信息模型描述了学习对象元数据的数据结构，它将学习 对象的基本特征分成 9 个不同的类别，分别为： 通用(general)，主要描述学习对象的一些通用信息，如标题、关键字、标识符 等。这些信息具有很好的通用性，几乎对所有的学习对象都是适用的。 生存期(lifecycle)，主要描述学习对象的版本状态以及为学习对象做出贡献的 人或组织。生存期和通用这两个类别所描述的信息是“传统”意义上的属性信息， 覆盖了 dublin core 大多数的数据元素。 元-元数据(meta-metadata)，主要描述元数据实例自身的信息，如元数据实例的 创建者、元数据实例所使用的语言等，注意它不是关于学习对象的信息。 技术(technical)，主要描述学习对象的技术特征，如数据格式、大小、软硬件 要求等，这些特征和学习对象的运行、获取和存储有直接关系。 教育(educational)，主要描述学习对象在教学方面的特征，如终端用户类型、 使用对象、语义密度等，这对于学习资源来说十分重要，是其区分其它资源的一个 重要特征。该类信息的存在有利于教学目标的实现和教学质量的提高。 权利(rights)，主要描述学习对象在使用方面的付费和版权信息。该类信息和电 子商务有较密切的关系。 关系(relation)，主要描述学习对象之间的相互关系。在此基础上可以建立学习 资源网络，为学习者提供全面系统的资源服务，也有利于引导学习者对其他领域产 生兴趣。 评注(annotation)，主要描述使用者对学习对象各方面的评价信息。这些评价信 息有利于教师之间交流经验，也同时为学习者提供有用的参考和指导。 分类(classification)，主要描述学习对象和某个/某些分类系统的关系。学习对 11 象恰当的分类对学习对象的管理、查找都有很大的帮助，但现在缺少统一的分类方 法。 在学习对象元数据（lom）规范中，元数据模型的每个数据元素都被赋予了 一个属性必须或可选。必须是指该数据元素对于元数据实例的合法性是必须的； 可选是指该数据元素存在与否同元数据实例的合法性没有直接关系。lom 模型中 所有的必须数据元素组成了 lom 模型的核心集。如图 2.2所示： lom核心集 通用 生存期 教育 元元数据 技术 关键字 描述 标识符 语种 标题 值 类型 分类 图 2.2celts-3：lom 标准核心集的层状表示 2.1.2 celts 中的内容包装规范中的内容包装规范 内容包装规范（content packaging specification，cp）是由 ims 研制开发的 xxvixxvii。ims 内容包装规范旨在为学习内容定义一个标准的数据结构，并且绑定 足够的描述信息，以便于学习资源的快速检索、有效的共享和交换。只要符合内容 包装规范，使用不同的课件制作工具制作的课件只要发布在网上，就可以很快的被 检索到，可以作为独立单元进行传输和交换，可以在不同的平台被执行，而且还可 以在不同的制作工具中被重用。内容包装规范使学习内容成为可以在多个应用与学 习环境之间进行交换和重用的学习单元，有利于不同网络教育机之间进行充分的教 育资源共享，减少学习内容制作的时间和开销xxviii。内容包装信息模型阐述了内容 包装信息模型各组件之间的关系，是 ims 内容架构的一部分，同时也是现已发布 的规范和未来相关规范的基础。 12 物理文件 (媒体文件、文本文件、测 评文件和其他以文件形式存 在的数据) 组织结构包 元数据 内容清单 组织结构 资源 子内容清单 包交换文件 内容清单文件 .外部包 图 2.1内容包装规范信息模型 package（包） ：是一个逻辑目录，包含了一个顶级内容清单文件以及各级 子目录中包含的实际物理文件。一旦一个包为了便于传输而被合成一个单独文件 (如.zip，.jar，.cab)时，将会被称作包交换文件。包交换文件是一种简练的网络发 送形式，一种传输结构化信息的方法。一个包代表了一组可单独使用和可重用的学 习内容，是各种粒度学习内容的集合，是可独立运行的有意义的学习单元，还可被 重组和拆分成其他包。 manifest（内容清单） ：对有意义的教学资源的描述，描述了包自身，它也可 以包括可选的子内容清单。内容清单的作用范围是可伸缩的。内容清单描述的是可 以独立使用的学习内容（课程的一部分、一门完整的课程或一系列课程的集合） 。 通过使用子内容清单可以组合和拆分一个包，而这完全由内容制作者决定。如果组 成课程的所有内容连接紧密以至于不能进行拆分，内容制作者就可以使用一个内容 清单来描述整个课程的资源和组织。否则，内容制作者可以为每个教学对象制作各 自的内容清单，把这些内容清单相互组合，可以形成更高级别的不同课程的内容清 单。最后，一个内容制作者也可以把多个课程放到一个包（课程集合）中，这样一 个顶级内容清单将包含各个课程级内容清单和课程中所包含的各教学对象内容清 单。每一个内容清单实例包含以下几部分： metadata（元数据）部分 对内容清单作整体描述。 organizations（组织结构）部分 描述了在内容清单中内容的一个或多个组 织结构。 resources（资源）部分 包含了对所有实际资源和内容清单中所需媒体元 13 素的引用，还包括描述资源的元数据和对任何外部文件的引用。 (sub)manifest（子内容清单）部分 零个或多个嵌套的内容清单。 physical files（物理文件） ：指媒体文件、文本文件、测评文件（assessment objects）和其他以文件形式存在的数据。不像包，它不能独立发布。每个物理资源 或者在内容清单的资源元素中描述或者在资源依赖的文件列表中列出。在内容清单 中描述的物理文件和内容清单文件一样是包不可缺少的组成部分。 2.1.3 教育资源标准化在模型中的实现教育资源标准化在模型中的实现 xml 的特点和优势给网络教育信息标准化带来了极大的方便。网络教育信息 标准化主要包括： 教育信息分类编码与文件格式标准化、 教育信息处理过程标准化、 教育信息交换标准化等方面。网络教育信息标准化的这几个方面，xml 都可以做 出比较大的贡献，以实现这几个方面的标准化。在本文中我们： 1. 用 xml 定义数据表示的基本结构，实现网络教育信息文件格式、数据结 构的标准化。由于 xml 可用来描述信息及对之进行组织，所以我们可以将它 当作一种数据描述语言，用它来描述数据成分、记录和其它描述结构甚至复杂 的数据结构。我们可以用 xml 方便地创建出共享的自定义数据结构，生成有 关服务、产品、商业交易以及网络教育的结构化信息，这些信息是可以在网上 进行交换的。简单点说就是，用 xml 能描述一个过程，原封不动地移动数据， 重新对信息进行打包，让这些信息更适合特定的信息接收者。如此一来，我们 只要按照一定的规范用 xml 描述各种网络教育信息包括学习资源、学习对象 等信息，就可以实现网络教育信息数据结构的标准化。 2. 应用 xml 编码绑定技术，所谓绑定，就是用一种具体的形式来表示概念 上的数据模型，如 xml 绑定等等。只有这样，才能在实现时具体地表示对象 的元数据实例，才能对元数据的实例进行各种操作。 3. 采用 xml 作为数据交换格式，实现网络教育信息交换标准化。由于 xml 是一个开放的基于文本的格式，在网上传输起来非常便捷；而且由于基于 xml 的数据是自我描述的，数据不需要有内部描述就能被交换，适合当网络客户必 须在不同的数据库之间传递信息时的应用，这个优势使网上不同平台不同系统 不同设备之间的数据交换得以方便实现。利用 xml 的这个特性，再利用定义 好的通用的编码绑定，就能够采用 xml 作为数据交换格式，实现网络教育信 息交换的标准化。 在本文中如图 2.1所示，教育资源描述技术是基于 lom 标准和内容包装规范， 结合 xml 描述技术，将教育资源转换成标准化的、可共享和重用的学习对象。 14 新内容 原有内容 学习对象元数据描述 标准化的、可共享和重 学习对象元数据描述 标准化的、可共享和重 用的学习对象用的学习对象 教育资源教育资源 xml 通用信息资源描述技术通用信息资源描述技术 lom 学习对象元数据标准学习对象元数据标准 cp 内容包装规范内容包装规范 图 2.1教育资源描述技术 为实现教育资源的统一描述和管理，通过对学习对象元数据（celts-3）标准 与内容包装规范（celts-9）及其信息模型和核心集分别进行了分析与研究，提出 了网络教育资源的标准化模型及其 xml 绑定，从而实现了教育资源的标准化，为 教育资源传输和服务的研究奠定了基础。 2.2 模型框架模型框架 资源统一检索平台 资源检索层 元数据存储层 资源存储层 资源创作层 资源注册中心 资源注册中心 资源管理中心资源管理中心资源管理中心 资源创作 系统 资源创作 系统 资源创作 系统 资源创作 系统 元数据发 布与检索 元数据 推送 资源推送 元数据提取 图 2.1分布式教育资源传输与服务模型分层框架 根据国内网络教育的资源现状，为提高教育资源内容综合服务的水平，本文提 15 出了一种分层的资源传输与服务模型xxixxxx。包含资源内容创作层、资源实体存层、 元数据存储层、资源联合检索层。其整体结构图 2.1如所示。 资源内容创作层，包含标准化资源内容开发系统、非标准化资源的标准化包装 工具、 资源实体推送接口。 教育资源的开发者创建资源或对资源进行标准化包装后， 通过资源实体推送接口把标准化的资源推送至资源管理中心。 资源实体存储层，包含资源管理中心和标准化信息推送接口。资源管理中心接 收来自下层的资源实体，进行审核并存储资源实体，提取资源元数据信息，并将其 推送至资源注册中心。在该层中，资源管理中心可根据实际的需求无限制延展，在 各地区已建的资源管理系统中增加资源实体接收服务、标准化信息提取与审核服 务、资源实体存储服务及标准化信息推送服务便形成了该层中资源管理中心。在保 持了各地区已建的资源管理系统特色的同时，以最小的投入完成了资源的元数据信 息搜集，并把该资源管理中心纳入了统一的体系结构中。 元数据存储层，包含资源信息的注册、资源信息的发布。由资源管理中心推送 的元数据经过审核、存储，然后以 web 页的形式向用户发布。该层的资源注册中 心同样也可以根据实际的需求来扩展。资源注册中心间在该层是彼此独立的，每个 资源注册中心只对其所属的下层的若干个资源管理中心服务提供相应的服务。 资源管理中心资源管理中心 资源注册中心资源注册中心 资源 存储库 注册 信息库 资源管理中心资源管理中心 资源 存储库 资源管理中心资源管理中心 资源 存储库 资源标准化资源标准化 处理系统处理系统 资源开发人员 资源注册中心资源注册中心 注册 信息库 internet 元数据推送 资源传送 soap 消息 请求 响应 使用 图 2.2分布式教育资源传输与服务模型技术框架 16 根据上述分布式教育资源传输与服务模型分层框架，我们采用 j2ee 技术来实 现基于 web 服务的网络教育资源传输与服务系统，系统充分采用了 xml 技术和 教育资源相关标准xxxixxxiixxxiiixxxivxxxv。系统整体结构如图 2.2所示。 该技术框架由教育资源的创作及标准化系统、标准化教育资源内容管理中心、 标准化教育资源检索中心及它们间的教育资源的上载接口、标准化信息推送接口、 标准化资源联合检索接口构成。 资源联合检索层，为用户提供跨资源注册中心的检索服务，当某个用户登录进 入其中一个资源注册中心查询某一资源时，若在当前的注册中心未找到，该层会依 据一定的规则遍历元数据存储层的其它资源注册中心。并把最终结果返回给当前用 户，而这种操作是该层自动进行的，对用户而言是透明的。 2.3 模型研究内容模型研究内容 2.3.1 教育资源的创作及标准化教育资源的创作及标准化 研究国内外教育资源相关标准，在中国网络教育技术标准（celts）的基础上， 为广大教师和资源开发人员提供便捷高效的教育资源内容开发工具，该资源创作系 统必须具备以下特色： 支持“所见即所得”的可视化编辑。用户可以通过对资源内容节点进行添加、 删除、修改与查询的操作，来编辑制定所需要内容结构，从而对教育资源进行有效 的组织。 支持多媒体信息处理。用户可以对所需要的资源素材进行添加、删除、修改与 查询的操作，支持多种媒体素材，如：文本、图片、音视频、网页、动画等等，从 而便于为用户进行教育资源相关内容的可视化编辑。 支持内容加密保护。实现对已编辑好的资源内容进行加密保护，从而增加了教 育资源内容的安全性和可靠性。 支持标准化内容打包输出与资源推送