（计算机应用技术专业论文）基于scorm规范的网络教学平台的设计与实现.pdf

摘篮 摘要 随着汁算机技术的发展和旺联网的普及，基于w e b 方j = e 的网络学刊 逐渐成为开展远程教育的主要方式。但是当前的网络学习还存在教学资 源缺乏可重用和可共享性、学习迷途等问题。遵循美国a d l 计划制定的 s c o r m 规范来构建一个标准化的网络教学平台能够有效地解决上述问 题。 本文首先简要介绍了s c o r m l 2 规范的内容，接着分析了遵循 s c o r m 规范构建的网络教学平台的系统框架，描述了如何按照j 2 e e 分 布式体系结构来设计这个教学平台，然后详细介绍了若干主要模块的实 现方案，并给出了其实现方法和过程。 本文藉由s c o r m 规范和j 2 e e 多层体系结构，构建了一个标准化的 网络教学平台的体系框架，为尽早进入大同化的网络教学世界作了有益 的探索。 关键词：网络教学平台，s c o r m ，j 2 e e ，多层体系结构 作者：李浩 指导老师：吕强 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fas c o r m c o m p l i a n tw e b b a s e dl e a r n i n gp l a t f o r m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n dt h ep o p u l a r i t yo ft h e i n t e r n e t ，t h e w e b b a s e d l e a r n i n g h a sb e c o m et h em a i ns t r e a mo fd i s t a n c e l e a r n i n g h o w e v e r ，t h e r ea r es t i l l s o m ep r o b l e m si nw e b b a s e dl e a r n i n g f o r e x a m p l e ，t h el e a r n i n gr e s o u r c e sc a n t b er e u s e da n ds h a r e de f f e c t i v e l y ，a n d u s e r s a r eo f t e nd i s o r i e n t a t e d i n l e a r n i n gs p a c e t o s o l v et h e p r o b l e m s m e n t i o n e da b o v e ，t h i sp a p e rb u i l d sas t a n d a r dw e b b a s e dl e a r n i n gp l a t f o r m ， w h i c h a d o p t s t h e e l e a r n i n g s t a n d a r d i z a t i o n ，s h a r a b l e c o n t e n t o b j e c t r e f e r e n c em o d e l ，d e v e l o p e db yu s a d li n i t i a t i v e t h i sd a p e rf i r s tb r i e f l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p t i o no fs c o r m v1 2 t h e n t h e d a p e ra n a l y z e s t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e o ft h e s c o r m - c o m p l i a n t w e b b a s e d l e a r n i n gp l a t f o r m ，a n d d e s c r i b e sh o wt ob u i l d t h i s p l a t f o r m a c c o r d i n g t oj 2 e en - t i e rd i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r e a f t e rt h a tt h ep a p e rp r e s e n t s t h es o l u t i o nf o rs e v e r a lm a i nm o d u l e s ，c o m p a n i e dw i t hr e l e v a n tm e t h o d sa n d p r o c e s s o ft h ei m p l e m e n t a t i o n o nb a s i so fs c o r m a n dj 2 e en t i e rd i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r e ，t h i sp a p e r c o n s t r u c t sas t a n d a r d i z e dw e b b a s e dl e a r n i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ，w h i c h c a n b er e g a r d e da sa ne x p l o r a t i o n i n t oau n i f i e dd i s t a n c el e a r n i n gw o r l d k e y w o r d s ：w e b b a s e dl e a r n i n gp l a t f o r m ，s c o r m ，j 2 e e ，n t i e r a r c h i t e c t u r e i i w r i t t e n b y l ih a o s u p e r v i s e db yl vq i a n g 苏州大学学位论文独创。i i 生声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或 撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承 担本声明的法律责任。 研究生签名：二姜翌兰日期：兰! ! 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国 社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论 文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 彳1 雩 研究生签名：! ! ： 导师签名 e t 期：竺兰! ：2 日期：竺：尘2 摧十s c o r mm 范的1 叫络教学、r 什的砹计l - 实m 第一章绪论 1 1 远程教育的现状及发展 目前，我们正面临着一个崭新的教育时代，计算机技术以及互联网 的高速发展和普及为现代教育的提速提供了一个新的契机。配合卫星、 电视和计算机多媒体技术的网络化教育代表着现代化教育的方向。现代 远程教育不仅可以优化教育资源配置，共享名师名校教学资源，缩小城 乡以及不同地域间的教育差距，还可以扩大教育的h 寸空，突破学校教育 和正规教育的框框，建立起终身教育的观念和多样化的办学模式。 传统的远程教育毛要是通过电视、信函、音像制品等方式异步地来 传递教学信息。随着互联网的普及和计算机技术的发展，基于w e b 方式 的网络学习正以其灵活性、方便性、可靠性和兼容性等特点，逐步成为 开展远程教育的主要方式。通过将互联网作为教学媒体，传送教学内容， 在网上实施教学、管理教学，并进行网上测试和网上交流。它与传统的远 程教育方式相比，具有如下优点( 2 l ： 1 便于协作：极大地增强了教师和学生、学生和学生之间的交互性，打 破了教与学之间的相对孤立状态。 2 时空自由：学生可以在任何时间、任何地点通过网络获取学习资源， 增强了学习的异步性。 3 资源共享：网络技术与多媒体技术、虚拟现实技术相结合，可以为学 生提供多层次、全方位的学习资源。 4 系统开放：网络教育面向全体社会成员，亦即学习对象是开放的，任 何人都可以通过网络教育平台自由学习。 1 2 问题的提出 网络学习概念一般包含三个主要部分：( 1 ) 以多种媒体格式表现的 内容；( 2 ) 学习过程的管理环境；( 3 ) 由学习者、内容开发者和专家组 成的网络化社区。网络学习提供了快速的学习模式，降低了学习成本， 塑二垦堑堡幕于s c o r m 规范的嘲络敦学、卜台的设计，j 实现 提商了学习的广泛陀，也更加清晰地表现了参与者学习过程的计量特性 1 3 1 。 爆管越来越多的人们意识到网络学习的优势，并主动接受了这样的 学习观念( 据统计，在美国通过网络进行学习的人数正以每年3 0 0 以上 的速度增长1 3 】。) 。但是现在的网络学习仍然潜藏着许多缺点i5 1 ： 1 目前大部分的嘲络学习系统只能被视为学习信息的提供站，它缺乏适 当的导引机制，容易让学习者在超媒体空间中产生认知超载和迷失方 向等问题，降低学习效果。 2 部分系统无法观察、记录、分析使用者的特性，这样系统便无法对个 别的使用者提供个性化的服务。 3 由于无法得知使用者的相关特性和学习历程，因此系统和教师也就没 有办法对不适当的教学和导引进行修正。 4 ，教材缺乏可重用性。现在的网络学习系统，对于教材的处理、储存， 主要存在以下两点问题： ( 1 ) 缺乏标准的知识表示法：教材信息的储存，大部分还是使用关系型 数据库来存放系统中的相关信息一尤其是描述教材部分。因为数据 库的异质性会导致系统间的信息交换变得不容易执行，从而降低信 息的再使用性。 ( 2 ) 缺乏一致的知识本体( o n t o l o g y ) ：知识本体是用来描述教材信息的， 但由于系统间的词汇定义( 纲要) 不尽相同，使得数据在交换时没有一 致的词汇可以进行沟通，从而使得信息的再使用性降低。 篇决上述问题的根本出路是制定远程教育的技术标准，用标准化方 法保障网上学习资源共享和系统互操作性。目前，国际上已有不少国家 和组织开始致力于这方面的研究，并且提出了一系列的标准和规范。这 些规范让从事商业化网络学习的供应商( 包括软件商、内容提供商和服 务提供商) 都能够在相同的核心架构上进行延伸，为千千万万客户提供 内容可以交换的电子化教育服务。规范的订立为商业化的网络学习扫清 了“各立山头”的障碍，保护了最终用户的投资口1 。这些规范不但定义了可 蛙十s c o r m 州他的州络教学1 卜打的计1 j 实现 以灵活交换的信息格式，还充分考虑了教育内容媒体格式的多样性，满 足了未来在线教育的扩展需要。由于这些规范并不限制可变换学习内容 的实际运行环境，所以使更多的技术厂。商可以在此基础f ：不断添加新的 功能和运行特性，为各种类型的用户提供了充分的选择和最佳的学习环 境。 1 3 课题的内容和实践背景 某大学应用技术学院网络教学系统是我们为适应现代化职业教育发 展而自主开发的一套远程教育平台， 管理、在线交流、评价中心等功能， 提供了诸如在线做作业、资源教材 满足了基本的教学需求。但这套系 统同样未能解决1 2 节中所提出的关于网络学习的问题，特别对于教案和 课件，提供的仅仅是简单的上传和下载功能，而不是一个完整的教学环 境，学生无法做到真正的在线学习，教师也不能实时地了解学生的学习 进度和学习历程。为了给学生提供一个真正的在线学习空间，并且增强 网络教材的可重用和可共享性，减少教师开发教材的时间和成本，我们 采用了s c o r m 这一国际标准来对本系统进行功能性扩展。 s c o r m 规范是由美国白宫科技办公室与国防部共同推动的 a d v a n c e dd i s t r i b u t e dl e a r n i n g ( a d l ) 计划制定的，希望通过教材重用与共 享机制的建立，缩短教材开发时间、减少开发成本、促使教材在各学习 平台间自由流动【6 】。采用这一规范构建的网络学习平台具有以下特点： 1 它能够通过学生浏览教材的行为来追踪学生的学习过程：能够解释教 材的内容安排，从而为学生在学习时提供适当的导引机制，这样1 2 节中提出的( 1 3 ) 的问题便可解决。 2 如果系统中的教材皆依照s c o r m 规范来制定，即学习系统按规范中 的词汇来描述教材，知识本体缺乏一致性的问题就获得了解决；此外， s c o r m 标准所采用的知识表示法是使用w 3 c 开发的x m l 语言来描 述的，这样对于缺乏标准的知识表示法这一缺点也就一并解决了。通 过s c o r m 规范来强化知识本体的概念，可以创造出可重用( r e u s a b l e ) 、 銎：! 笪堡 接于s c o r m 规范1 1 勺嘲编教学、r 台的设计tj 炎舰 可共享( s h a r a b l e ) 和可找到的( d i s c o v e r a b l e ) 教材，从而节省重复开发教 材的成本。 采用远程教育技术标准带来的另外一个问题是：教学标准的不断更 新导致网络教学平台需要相应的不断做修改、增加新功能，如我们在开 发本系统时参照的是s c o r m l 2 规范，而2 0 0 4 年二月a d l 计划推出了 s c o r m l 3 规范，对1 2 版本作了较大的修改。为了提高系统的灵活性和 可扩展性，减少开发代价，使教学平台能够尽快地相容于新的e l e a r n i n g 标准，我们采用了面向对象、面向组件的软件开发方法，并且应用j 2 e e 多层分布式体系结构来开发整个系统。在以分布对象一组件为核心的多 层应用结构中，复杂的业务逻辑被抽象为不同层次的服务，服务在物理 上和逻辑上被封装成若干组件，并且组件以标准接口的形式向外提供服 务。利用这种层次框架可以使得各层之间松散耦合，可扩展性极强。而 轻型( l i g h t w e i g h t ) 组件固有的部署灵活性和重用性，也使得整个应用 框架具有比两层c s 和b s 结构更好的性能。 综上，本课题意图通过采用网络教学标准s c o r m 规范，解决当前 网络学习中存在的网络教材可重用和可共享性差、学习迷途、学习痕迹 保留等问题，实现一个标准化的网络教学平台。并且利用面向组件的软 件技术和j 2 e e 多层分布式体系结构来开发该系统，使系统达到r a i d 目 标，即可重用性( r e u s a b l e ) 、可即性( a c c e s s i b l e ) 、可互通性( i n t e r o p e r a b l e ) 和持久性( d u r a b l e ) 。 需要说明的一点是，s c o r m 教材的可重用性和可共享性主要表现在 s c o r m 规范的内容聚集和包装策略上，而本系统的构建目标是按照规范 所定义的s c o r m 教材的运行环境，为s c o r m 教材提供一个可运行的 平台。通过s c o r m 教材与系统之间的相互协作以及系统提供的辅助功 能能够很好地体现s c o r m 教材的可重用性和可共享性。 1 4 论文结构 本文将在第二章中简要介绍s c o r m 教学规范，主要介绍它的内容 聚集模型( c a m ) 和运行时环境 第二章介绍相关的技术背景 要的论述。 ( r u n t i m ee n v i r o n m e n t ) 。 并同结合课题对这些技术的应用做简 第p q 章将详细介绍系统的设计，首先进行需求分析，接着解释数据 库的i 5 乏计，列若二卜功能模块的详细设计进行了说明，然后按照j 2 e e 多层 体系框架设计了该网络教学平台的系统架构。 第五章详细介绍了若于模块的实现，描述了一些重点难点问题的解 决方案。 第六章是对整个毕业设计工作的一个总结，并对未来的发展做了展 胡。 兰! 兰垡! 璺! 些些9 蝌罐 s c o r m 姚范的州洛教，；、h n 址| 1 ，1 耍j 魁 第二章s c o r m 规范介绍 2 1s c o r m 规范概述 目前t 廿= 界上有很多标准化组织都致力于e l e a r n i n g 相关标准的研 究，针对学习资源的可共享性和可互通性以及系统的互操作性提出了一 系列的标准和规范，并f | + 已经在实作中被逐渐采纳和应用。 目前已经被提出的e l e a r n i n g 标准，主要有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 ) 、i e e el o m ( i e e el e a r n i n go b j e c tm e t a d a t a ) 、l m m l ( l e a r n i n gm a t e r i a lm a r k u pl a n g u a g e ) 、s c o r m ( s h a r a b l ec o n t e n to b j e c t r e f e r e n c em o d e l ) 、u l f ( u n i v e r s a ll e a r n i n gf o r m a t ) ，及我国目前正在制 定的c e l t s ( c h i n e s ee l e a r n i n gt e c h n i c a ls y s t e m ) 等。这些规范应用于 e l e a r n i n g 的各个方面，如学习对象元数据的描述、内容包装、数据交互 等。 在这些标准中，s c o r m 规范正以其完备性、开放性广为国内外 e l e a r n i n g 产业所推崇。它是由美国白宫科技办公室与国防部共同推动 的a d v a n c e dd i s t r i b u t e dl e a m i n g ( a d l ) 计划制定，希望通过教材重用与共 享机制的建立，缩短教材开发时间，减少开发成本，促使教材在各学习 平台间自由流动。a d l 估计课程内容若能达到上述功能，约可减少 5 0 一8 0 的课程开发费用 6 。因此a d l 召集教材开发商、使用者、i m s 、 a i c c 、i e e e 等标准推动单位，制定出套技术规范，称为s h a r a b l ec o n t e n t o b j e c tr e f e r e n c em o d e l ( 简称s c o r m ) 。在制定这套规范时，美国政府 强调的是“不再重新做轮子”，重点在整合现有的e l e a r n i n g 规范。它整 合了a i c c 的c m i 规范与内容结构，i e e e 的m e t a d a t ad i c t i o n a r y ，i m s 的c o n t e n t p a c k a g i n g 与m e t a d a t a x m l b i n d i n ga n d b e s tp r a c t i c e 规范，择 取了各个标准的优点并予以强化，形成了一套完整的e l e a r n i n g 规范。 这套规范一经推出便受到业界的广泛关注，一些著名的公司纷纷开始在 其产品中支持s c o r m 规范，如w b ts y s t e m 、i b m 、c l i c k 2 l e a r n 。在我 国，也有易方、安博等几家实力雄厚的公司在s c o r m 规范的应用方面 j js l l o r m 呲范的刚绢毂。学 f 的址；i 。j 史现 第啦s c o r m 】j _ i ! 托介绍 投入j 7 很火的研发精力。因此，将s c o r m 规范具体应用于我们的远程 教学箭理系统，有一定的前瞻性和研究价值，并h 有很强的现实意义。 另外需说明的一点是，c e l t s 规范作为我圜提出的针对中文教材的 e l e a r n i n g 规范，具有很强的现实意义，但它目前还在研究与制定之中， 尚未达到完善的程度，因此我们没有依据它来构建本教学平台。但其确 实有许多详细的考虑，将来c e l t s 标准将值得做为我们参考的依据。 2 2s c o r m 规范的内容 已经颁布的s c o r m 文档主要集中讨论以下几个方面：内容聚集模 型c a m ( c o n t e n ta g g r e g a t i o nm o d e l ) 和运行时环境( r u n t i m e e n v i r o n m e n t ) 。其中内容聚集模型的目的在于定义如何识别、描述各类学 习内容，且如何将它们汇集成为课程，如何在不同系统中使用它们。运 行时环境主要引用a i c c 对于互通性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 的规范，说明如 何利用r t e 所定义的a p i 与数据模型建构学习者与l m s 之间的执行环 境。 2 2 1 内容聚集模型 s c o r m 内容聚集模型描述了用来创建可重用的学习资源的s c o r m 组件，定义了如何将学习内容组成可共享和互操作的课件。在s c o r m 规范中，内容聚集模型南以下三部分组成，即学习内容组件、元数据和 内容包装【6 j 。 1 学习内容组件 s c o r m 内容聚集模型定义了不同层次上的学习内容组件，分别是： ( 1 ) 素材( a s s e t ) 学习内容从其最基本的形式上说可由以下电子介质表达形式组成， 即文本、图片、声音文件、w e b 页、测试对象或者是任何可被传送到w e b 客户瑞的数据。a s s e t 可以用a s s e t 元数据来描述，使其便于在资源库中 铺十s c o r mj ：! i ! 范的m 络教学、卜台n 勺设h 。j 实脱 被搜索和查找，从而提高重用性。 ( 2 ) i j _ 共字内窬对象s c o ( s h a r a b l ec o n t e n to t _ i e c t ) 一个s c o 代表了一个或多个a s s e t 的集合，其中必须包含一个可启 动的a s s e t ，它可利用s c o r m 所定义的运行时环境来与l m s 进行通信。 s c o 是l m s 通过运行时环境所能跟踪的学习资源的最小单位。 为了实现重用性，s c o 本身应该是与上下文无关的。例如，一个s c o 可以在不同的学习过程中被重用，从而达到不同的教学目的。而且，一 个或多个s c o 可以组合成一个更高级的教学单元，从而完成更高级的教 学目标。s c o 依靠s c o 元数据进行描述。 s c o 亦被要求遵守s c o r m 运行时环境的有关约定，这意味着s c o 必须能够定位l m s 的a p i 适配器，并且包含最基本的a p i 调用 l m s i n i t i a l i z e ( ) 和l m s f i n i s h 0 。同时，启动s c o 的工作必须交由l m s 来 完成，s c o 本身不能去启动其他的s c o 。运行时环境对s c o 的这些要求 确保了： 1 ) 任何遵循s c o r m 运行时环境的l m s ，可以启动s c o 并跟踪它 们。 2 ) 任何遵循s c o r m 运行时环境的l m s ，可以跟踪s c o 并获悉它 何时开始运行和何时结束运行。 3 ) 任何遵循s c o r m 运行时环境的l m s ，可以以同一种方式启动 s c 0 。 ( 3 ) 内容聚集 内容聚集是指将学习资源( 如a s s e t 、s c o ) 聚集成相关学习单元( 如 课程、章节、块等) 的映射图( 即内容结构) ，该内容结构提供了一个如 何将学习资源呈现给学习者的定义机制。内容聚集模型可由内容聚集元 数据来表示，从而实现其重用性。 在内容结构中，每一学习资源或内容聚集都要定义其前需 ( p r e r e q u i s i t e ) ，从而确定学习资源之间的先后顺序及导航逻辑。l m s 负 责解释内容结构中这些信息，并在实际运行中控制学习资源的先后顺序。 硅十s c o r m 瑚范的h 皇齐教学f 7 f 的畿汁7 ，实现 2 元数拂； 所谓y 数抛就是“关于数据的数据”，是对数据资源的描述。在 s c o r m 规范巾定义的学习对象元数据( l o m ) 是对学习资源属性的一 种通用的描述，包括属性的表示和资源的分类，通过元数据的定义，能 够极大地提高学习资源管理和检索的效率，同时也为资源的芡享和交换 提供基础。 l o m 规范定义了学习对象元数据的语法和语义，构成了一个学习列 象属性的概念上的数据模型，用于描述学习对象元数据实例的结构。l o m 规范希望能够给不同的实现提供一个统一的元数据数据模型，并规定用 x m l 这种计算机可识别的方式来表示元数据，元数据经过x m l 绑定后 便可用于元数据的互换。 s c o r m 胤范中定义了九类元数据，主要依据a i c ci m s 的学习资源 元数据信息模型，即g e n e r a l ，l i f e c y c l e ，m e t a m e t a d a t a ，t e c h n i c a l ， e d u c a t i o n a l ，r i g h t s ，r e l a t i o n ，a n n o t a t i o n ，c l a s s i f i c a t i o n 。这九个类别相 互独立，各自有明确的语义，便于元数据的共享和模块化。 3 内容包装 内容包装规范的目的是定义一种能够用来交换学习内容的标准数据 结构，为学校和学习资源开发商制作学习内容提供标准数据绑定的基础， 从而使学习内容可以在不同的创作工具、学习管理系统和运行环境之间 相互交换和使用。 一个按照规范所制作的包主要包括两部分：一个描述包中内容组织 形式和资源的特定的文件以及一些实际的物理资源文件。该特定的文件 被称为内容清荦文件( i m s m a l l i f e s t x m l ) 。内容包装的这几部分具体描述 如下： ( 1 ) 包交换文件( p a c k a g ei n t e r c h a n g ef i l e ) ：单独的一个文件( 以z i p 、c a b 等格式呈现) ，包含一个顶级内容清单文件，以及该内容清单文件中 引用的所有物理文件。包交换文件是一种通过网络传输结构化信启、的 简便形式。 蚺常s c o r m 地托介绍 ( 2 ) 包( p a c k a g e ) ：一个逻辑目录，包含了个顶级内容清单文件，以及 存该9 , j 窬清单文什中弓l 用到的再个子目录下的实际物理资源文件。一 个包代表一组可独立使用的学习内容。包必须能够独i l ：存在，h p 它包 含了被独立运行或复用时需要的所有信息。 ( 3 ) 内容清单( m a n i f e s t ) ：内容清单是对有意义的学习资源的描述。一个 内容清单包含了一种或多种静态的学习资源的组织和呈现方式。每一 个内容清单实例包含以下几部分： 1 ) 元数据部分对内容清单作整体描述。 2 ) 组织结构部分一描述了内容清单文件中学习内容的一种或多 种组织方式。 3 ) 资源引用部分一包含了对内容清单中所有实际资源和所需媒 体素材的引用，还包括描述资源的元数据和对外部文件的引用。 4 )( 子) 内容清单一零个或多个嵌套的内容清单。 幽2 - 1内容清单文t 1 结构幽1 6 l , tjs c o r m 托的h 络教学r 台的设 j 实吼 鹕章s c o r mw 范介绍 2 2 2 运行时环境 s c o r m 规范的目标之，就是希望能够实现学习资源在多个学习管 理系统之间的重用性和互操作性。有了教材，还必须要仃个相应的教 材运行平台。为了实现这个目标，必须建立：一个启动学习资源的通用 方法；一套通用的学习资源与l m s 之间的通信机制；以及学习资源与 l m s 之间所交换的标准数据集合。运行时环境的这三个方面分别刘应启 动( l a u n c h ) ，应用编程接口( a p i ) 和数据模型( d a t a m o d e l ) ，其置者 之问的关系如图2 - 2 所示： d a t am o d e l ：d a t ai sr e q u e s t e dt ob e r e t r i e v e df r o ma n ds t o r e di nt h el m s f r o mt h e s c 0 幽2 - 2s c o r m 运行时环境示意图” 1 启动 一个通用的启动方法，应该无需事先定义底层l m s 的具体定义，而 能够保证在多个l m s 之间启动学习资源的一致性。l m s 根据相应事件决 惫一 爱一 呲州呲m 微嚣呲l ；j l 茹蛐 | i i = 十s c o r m 规范的川络教学i - 白的啦计j 实删 定肩动哪个学习资源，l m s 可以根据内容结构按顺序启动学习资源，或 凿是根据用户所选择的s c o 或学员的学习经力启动相应的学习资源，存 确定要脚动的学习资源后，l m s 利用内容包装中有关学习资源启动地点 的u r l 定义，或者是直接启动，或者是用该处的学习资源来替代当前显 示的学习资源。 针对s c o r m 规范定义的三种学习组件：a s s e t 、s c o 和内容聚集， 相应的启动要求也不一样。其中，a s s e t 和s c o 是可以由l m s 启动的， 而内容聚集则不可以。对于a s s e t ，s c o r m 模型仅仅要求l m s 必须以 h t t p 协议启动它，由于a s s e t 无需使用a p i 和数据模型与l m s 进行通 信，因而a s s e t 亦无需去寻找a p i 适配器。而对于s c o 形式的学习资源， s c o r m 启动模型要求l m s 一次只能启动个s c o ，并且每时刻只能 有一个s c o 处于活动状态。 2 应用编程接口a p i 通过使用a p i ，提供了- - e os c o 与l m s 进行通信的标准方式，同时 它对s c o 隐藏了通信的实现细节，从而促进了s c o 的重用性和互操作 性。a p i 适配器是用来实现a p i 功能的软件包，a p i 适配器的内部实现对 于学习内容开发者来说是无关紧要的，因为他们都使用同样的调用接口。 s c o r m 规范为a p i 适配器对象定义了三类功能，即 ( 1 ) 执行状态：定义了两个函数，l m s i n i t i a l i z e ( “”) 和l m s f i n i s h ( “”) ，用 作l m s 与s c o 通信的开始和结束过程。 ( 2 ) 状态管理：定义了三个函数，分别是l m s g e t l a s t e r r o r ( ) ， l m s g e t e r r o r s t r i n g ( e r r o m u m b e r ) 署l ：ll m s g e t d i a g n o s t i c ( p a r a m e t e r ) ，用 来处理出错情况。 ( 3 ) 数据传输：定义了三个函数，l m s g e t v a l u e ( d a t am o d e le l e m e n t ) ， l m s s e t v a l u e ( d a t am o d e le l e m e n t ，v a l u e ) 和l m s c o m m i t ( “”) ，用于向 l m s 请求和发送数据，这些数据都是外部数据模型事先定义好的。 对这几个函数定义的具体说明可以参见参考文献【6 】。任何支持 s c o r m 规范的教学平台都必须实现这几个a p i 接口，从而保证s c o 能 l i l = 十s c o r m 脱池的叫绢教学、卜台的啦| 十j 实现 饥市s c o r m 州范介州 够往这些平台被重用。 3 数据模型( d a t am o d e l ) 构建一个通j = j 的数据模型，有两个目的：一是建立学习资源和l m s 之问所交换的标准数据集合；二是定义s c o 对象之相关属性、行为、关 联、组合、继承等，使得s c o 能在不同l m s 平台下被跟踪。 s c o r m 运行时环境数据模型，参考了a i c cc m i 互操作性规范定义 的数据模型，之所以选择a i c cc m i 的数据模型，是因为其定义良好并 在实践中得到了广泛应用。 数据模型中的数据元素可以分为两大类，即必选的和可选的。a i c c c m i 互操作性规范对此进行了详尽的定义，如哪些数据元素是要求l m s 必须实现的，哪些又是可选的。而对于s c o 来说，所有的数据元素均是 可选的。在s c o r m 规范中，只要求s c o 必须支持a p i 调用 l m s i n i t i a l i z e ( ) 和l m s f i n i s h ( “”) ，而并不要求一定要使用l m s s e t v a l u e ( ) 和l m s g e t v a l u e o 。s c o 可能被设计成无需跟踪，而如果需要跟踪，则 它们必须遵循一定的数据模型，从而可以在多个【m s 之间实现重用。 详细的数据元素明细请参阅参考文献 6 】。支持s c o r m 规范的教学 平台需要实现这些数据模型，使得教材内容组件和l m s 都能理解双方通 信的数据类型和数据含义。 运行时环境约定是符合s c o r m 规范的网络教学平台所必须遵循的 设计原则，只有实现了这些约定，s c o r m 教材才能很好地在这平台上展 王贝。 2 3s c o r m 规范在本系统中的应用 在对s c o r m 规范进行简要的介绍后，我们来看一下在本系统中是 如何应用s c o r m 规范来有效地解决课题提出的几个拟解决问题的，即 教材的可共享性与可重用性差、学习迷途、学习痕迹保留等问题。 首先，s c o r m 规范作为现代e l e a r n i n g 标准的集大成者，正在被业 暴干s c o r m 规范的刚络教学、卜台的璇+ j 爻观 界广泛采纳和应用，越来越多的教材提供商和教材制作上具开始支持 s c o r m 规范。s c o r m 的内容聚集模犁使用x m l 语言来描述教材的町 重用的基本组织素材以及内容包装策略，不包含任何与平台相关的特殊 的格式要求与逻辑，可以很方便进行教材素材的重用和整合。任何参考 该模型包装的教材都可以运行存支持s c o r m 规范的教学平台上，这样 就有效地延伸了教材的应用范围，增强了教材的可重用性与叮共享性。 其次，s c o r m 内容包装定义了一种或多种静态的学习资源的组织和 呈现方式，这些组织方式表示教材教学章节的安排，体现了教材编辑者 的教学意图和教学顺序，并且通过在s c o r m 教材内容清单文件中定义 项( 表示教材包含的学习资源和内容聚集) 的前需，确定学习资源的先 后顺序和导航逻辑。符合s c o r m 规范的教学平台通过获取内容清单文 件中定义的教材逻辑结构，并且提供相应的教材导航方式，对学生的学 习过程进行控制和微调，在这样一个异步的学习空间中再现教学者的教 学计划，在本系统中我们提供了顺序导航与菜单导航两种导航方式。 第三，s c o r m 的运行时环境定义了教材与l m s 之间进行数据交互 的接口和数据模型元素，因此我们的教学平台需要支持并实现这些a p i 和数据模型元素，提供一个教材与平台的交互通道，并且通过记录与学 习历程相关的一些数据模型元素，达到学习痕迹保留的目的。 因此，本系统主要是针对以上提出的三个问题，遵照s c o r m 运行 时环境约定，构建一个符合s c o r m 规范的网络教学系统，为s c o r m 教材提供一个开放的教材导入接口和运行平台，同时提供教材管理、教 材导航、学习历程查询等辅助功能，实现一个完整的基于s c o r m 规范 的在线学习平台。另外需说明的一点是，对于s c o r m 教材，我们并不 关心它是通过何种方式创建的，只要是按照s c o r m 规范制作的教材， 均可以运行在本系统中。 托十s c o r mm 范的络教学卜台的世汁1 i 实现 第三章技术背景 3 1 基于组件的软件工程 基于组件的开发( c o m p o n e n t b a s e dd e v e l o p m e n t ，简称c b d ) 或基 于组件的软件工程( c o m p o n e n t b a s e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，简称c b s e ) 是一种软件开发新范型，它是在一定组件模型的支持卜，复用组件库中 的一个或多个软件组件，通过组合手段高效率、高质量地构造应用软件 系统的过程 ”。由于以分布式对象为基础的组件实现技术日趋成熟，c b d 已经成为现今软件复用实践的研究热点，被认为是最具潜力的软件工程 发展方向之一。 s z y p e r s k i 将软件组件定义为一个仅带特定契约接口和显式语境依赖 的结构单元，它可以独立部署，易于第三方整合瞄j 。 根据这个观点，可以认为组件由一方定义其规格说明，被另方实 现，然后供给第三方使用。接v i 是用户与组件发生交互的连接渠道，第 三方只能通过组件接口的规格说明理解和复用组件，接口规格说踢也是 一种“契约”，它能够精确地描述组件实现的功能，同时又不把组件限 定于唯一的实现方法，这种不确定带来了多解决方案的灵活性。另一方 面，虽然组件可以独立部署，但是一个组件可能会用到其它组件或平台 提供的服务，或者说基于组件的软件系统中通常是多个组件协作完成一 定功能，所以组件依赖于组装环境。 组件基础设施是异构组件互操作的标准和通信平台，组件框架是组 件实例“即插即用”的支撑结构。通过一定的环境条件和交互规则，组件框 架允许一组组件形成一个“孤岛”，独立地与外部组件或其他框架交互和协 作，因此组件框架及其内含的组件也可以视为一个组件，于是组件通过 不断的迭代和合成，构成一个结构复杂的应用系统。目前，有多个组织 和公司制定了组件基础设施的标准或开发了相关产品，也为组件、组件 框架和接口建立了模型和技术规范，其中o m g c o r b a 、m i c r o s o f tc o m 皋十$ c o r m 规范的嗍络教学、卜臼的设。- 实j ：】l d c o m ( 或n e t ) 以及s u nj a v a b e a n e j b 占据了丰导地位。 组件技术与曲向对象技术紧密相关。组件和对象都是对现实：界的 抽象描述，通过接口封装了r ，复用的代码实现。不同的是，首先在概念 层面上，对象描述客观世界实体，组件提供客观世界服务；其次在复用 策略上，对象是通过继承实现复用，而组件是通过合成实现复用；最后 在技术手段上，组件通过对象技术实现，对象按规定经过适当的接口包 装之后成为组件，一个组件通常是多个对象的集合体。 基于组件的软件工程的工程学目标有： l ，降低费用：这是所有软件开发方法学的共同目标，c b s e c b d 把成本 效率提高到软件复用方法的最高境界。 2 方便装配：c b s e c b d 的最大特征是一系列组件的装配过程。 3 提高复用性：全面考虑组件在多个应用系统中的复用潜力。 4 提高可定制性和适应性：开发者可以按需配置组件。 5 提高可维护性：在系统中可以方便地添加、删除和修改组件。 面向构架的软件工程的技术目标有： 1 降低耦合：耦合指组件之间的相关性。 2 提高内聚：内聚指组件内元素之间的相关性。 3 ，控制粒度：粒度系统中组件对应问题域的规模，包括组件数量和大小 两个方面。 本系统的设计严格遵循c b s e c b d 的工程学目标和技术目标，力图 构建一个稳定强健的具有高灵活性、可扩展性和可维护性的体系框架。 3 2 多层体系结构 传统的c l i e n t s e r v e r 体系结构中，处理负载都位于客户p c ，而服务 器仅充当应用程序和数据之间的传输控制器。这样导致的问题是： 1 c l i e n t 与s e r v e r 直接连接，安全性低。 2 ，c l i e n t 程序肥大，并且随着业务规则的变化，需要随时更新c l i e n t 端 程序，大大增加维护量，造成维护工作困难 捧十s c o r ml ! l ! 池n 勺州络教学、卜行的设计。实吼 3 每个c l i e n t 都要直接连到数据库服务器，使服务器为每个c l i e n t 建立 连接| 消耗大遗本就紧张的服务器资源 4 大氅的数据直接c l i e n t s e r v e r 传送，在业务高峰期容易造成网络流量 暴增，网络阻塞。 为了解决这些问题，软件界提出了三层或多层体系结构的概念。在 多层结构中，应用逻辑的划分是根据功能而不是根据物理方法来进行的。 多层结构的划分方式如f 1 9 l ： 1 用户接口层，负责处理用户与应用程序之间的交互过程；它n j - 以是一 个通过防火墙运行的w e b 浏览器，也可以是一般的桌面应用程序，甚 至还可以是无线设备。 2 表示逻辑层，定义用户桌面要显示的内容和如何处理用户的请求。 3 业务逻辑层，通过与应用数据打交道，对应用的业务规则实施建模。 4 基础框架服务层，提供了应用系统需要的其他功能，如传输消息、事 物支持等。 5 数据层，存放企业的应用数据。 基于这种结构的应用程序