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工作流技术在网络教学系统中的应用研究与实现 东南大学工程硕士学位论文 摘要 以网络技术为纽带快速、高效、方便地传递知识的网络教育使得教育能够跨越时空的限 制，使任何人，在任何时间、任何地点，从任何章节开始、学习任何课程，充分体现了主动 学习的特点，能够满足终身教育的基本要求但是，目前的网络教育。计算机和网络仅仅作 为传输和表达内容的通道，虽然信息量很大，却缺乏有效的组织和管理，无法保证学习的质 量，同样的教学模式会产生巨大的结果反差，促使人们对两络学习机制进行反思和研究。 工作流技术主要应用于生产组织和办公自动化领域的业务过程管理和监控，通过将工作 分解成定义良好的任务、角色，按照预先定义的过程规则来执行这些任务并对它们进行监控， 目的是提高组织水平和工作效率，实现业务过程的自动化控制。学习过程实质上是一种领域 的业务过程，一系列的学习活动组成了学习的流程，我们将工作流在学习领域的应用称为学 习流。 本文的研究目的是在网络教学系统中应用工作流技术对学习过程进行管理和监控。从而 提高网络学习的效率和效果。文章在完整描述工作流参考模型的基础上，针对学习领域特点， 依据教学设计( l d ) 规范对工作流元模型进行扩充。提出一个学习流元模型。依据现实的教 学和学习过程，详细分析了网络教学系统中教师工作流和学生工作流的流程特性。在需求分 析的基础上，从设计思想、体系架构、功能模块等多个方面对基于工作流的网络教学系统进 行了论述。并对得到的模型进行适当简化，抽取其中的关键功能进行原型系统的设计与开发。 原型系统基于m v c 设计模式和j 2 e e 多层结构，选择j b p m 作为工作流引擎，使用m y e e l i p s e 作为开发平台，应用h i b e r n a t e 作为数据持久层，采用m y s q l 作为数据库，实现了一个简单 的学习流程控制。由于采用工作流技术，系统为每位学生都分配一个单独的学习流程实例， 每个流程实例记录了学生的学习进度、学习状态和学习评价等信息。工作流引擎根据预定义 的学习流程定义及学生学习活动、教师监控等要素控制学生的学习进度，使其适应课程要求， 达到教学目标，有助于提高网络教学的质鼍。 设计和实现网络教学系统是一项庞大的系统工程，除了技术因素外，还需要考虑学习方 面的理论，需要备方面的专家和技术人员通力合作才能完成。本文的研究离实际应用尚有很 大距离，需要进一步的研究和完善。 关键词：工作流，工作流管理系统，j b p m ，学习流。网络教育，网络教学系统，基于工作流 的网络教学系统 工作流技术在网络教学系统中的应用研究与实现 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t e - l c a m i n g , b a s e do ri n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , e n a b l e sa n y o n et or e i v e e d u c a t i o nf a s t , e f f i c i e n t l ya n dc o n v e n i e n t l ya t y 6 m ea n y w h e r e l e a t n 啪c s t a r ta n yc o t l l = e $ f r o m a n y c h a p t 口b y u s i n g 血e e - 1 e a m i n g c o n t e n t s e - l e a r n i n gr e f l e c t s t h e c h a r a c t e r i s t i c o f i n i t i a t i v e 髓u 咄a n ds a t i s f i e st h e 抽l s i cd e m a n do fl i f e - l o n ge d u c a t i o n h o w e v e r , t h ee x i s t i n ge - l e s m i n g s 筘t e mc a n n o tm e c fc u r r e n te d u c a t i o n a lo b j e c t i v e s n e t w o r ka n dc o m p u t e r sa u t i l i z e dm e r e l y 雏 i n f o r m a t i o ne x c h a n g e r sa n dc o m m u n i c a t i o nt o o l s w i t h o u te f f i c i e n to r g a n i z a t i o na n di n t e g r a t i o n , t h e “i s d n ge - l e a r n i n gm o d u l ec mo n l yl e a dt ou n s a t i s f i e dr e s u l t s hi sh i g ht i m et or e t h i n ka n d r e s e a r c ha b o u te - i _ z a r n i n gs y s t e m w o r k f l o wi st h ea u t o m a t i o no f ab u s i n e s sp r o c e s s , i nw h o l eo rp a r t , d u r i n gw h i c hd o c u m e n t s ， i n f o m 埔锄o rt a s k sa 糟p a s s e df r o mo np a r t i c i p a n t ，h u m a no rm a c h i n e , t oa n o t h e rf o ra c t i o n ， a c c o r d i n g t ous e t o f p r o e s d u r a lr u l e s t h e o b j e c t i v e o f w o r k f l o w i s t o i m p r o v e o r g a n i z a t i o n a l l e v e l a n de f f i c i e n c y , a n dt oa c h i e v ea u t o m a t i o nc o n t r o lo f i m s i n e s sp r o c e s s t e a c h i n ga n dl c a m i n gp r o c e s s c a nb ec o m p a r e dt ob u s i n e s sp r o c e s s 1 1 壕u t i l i z a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yi nt h ee d u c a t i o ni s c a l l e dl e a r n i n g t l o w i nt h i sp a p e r , ih a v er e p o r t e dt h eu t i l i z a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yi ne , - l c a m i n gs y s t e m , w h i c hi st om a n a g ea n dc o n t r o lt h el e a r n i n gp r o c e s si no r d e rt oi m p r o v ee - l e a r n i n ge f f i c i e n c y b a s e d f u l lp r e s e n t a t i o no fw o r k f l o wm o d u l e , t h i sp a p e rp r e s e n t sal 伽i i l g f l o wm o d u l e n e l e s r n i n g f o wm o d u l ei st h ee x t e n s i o no fw o r k f l o wm o d u l eo nt h eb a s i so fl d 恤p a p e ra n a l y s e s d l a r a c t e r i s t i c so ft e a c h e r s w o r k f l o wa n ds t u d e n t s w o r k f i o wi ne - i a g a r n i n gp r o c e s s o nt h eb a s i so f d e m a n da n a l y s i s ，t h i sp a p e r & s s s e sa b o u tt h ew o r k f l o w - b a s e de - l e a r n i n gs y s t e mf r o mm a n y p e c t 8 ，s u c h d e s i g nc o n c e p t ，s y s t e mf r a m e w o r ka n df u n c t i o nm o d u l e s ，i na d d i t i o n , ih a v em a d e s o m es i m p l i f c a t i o no f t h e l e a r n i n 【g f l o wm o d u l ea n dd o n ep r o t o t y p es y s t e md i g na n dd e v e l o p m e n t o rc e r t a i nk e yf u n c t i o n s t h ep r o t o t y p es y s t e mi sb a s e do nm v cd e s i g nm o d u l ea n dj 2 e e m u l t i l a y c rs t r u c t u r e u s i n g j b p ma st h ew o r k f l o we n g i n e ，m y e c l i p s ea sd e v e l o pp l a f f o r m , h i b e r n a t e a sd a t ap c r s i s t a n c o , m y s q la sd a t a b a s es y s t e m ，t h ep r o t o t y p es y s t e mh a sr e a l i z e das i m p l ep r o c e s s c o n u o lo ft h el e a r n i n gp r o c e s s u s i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g y , t h es y s t o r nw i l la s s i g ne v e r ys t u d e n t w i t has e p a r a t el e a r n i n gp r o c e s se x a m p l e , a n de v o r yp r o c e s se x a m p l ew i hr e c o r dt h es t o d e n t s l e a r n i n gp r o g r e s s ，l e a r n i n gs t a t e , l e a r n i n ge v a l u a t i o na n ds oo n w o r k f l o we n g i n ec o n t r o l ss t u d e n t s l e s m i n gp r o g r e s sa c c o r d i n gt ot h ep r e s e tl e a r n i n gp 1 1 3 0 sd e f i n i t i o n , s t u d e n t s l e a r n i n gp r o g r a m sa n d t e a c h e r s m o n i t o r ，o 咄n o we n g i n eh e l p st e a c h e rt om e e tt h ec u r r i c u l u md e m a n 正a c h i e v et h e t e s c h m go b j e c t i v e sa n di m p m v ee - l e a r n i n gq u a l i t y t od e s i g na n di m p l e m e n te - l o r r n i n gs y s t e mi sah u g ep r o j e c t t oc o m p l e t et h ep r o j e c t a p a r t f r o mt e c h n i c a lf a c t o r s ，t h e o r i e so fl e a r n i n gn e e d st ob ec o n s i d e r e d , t e a m w o f l 【o fe x l x t f t $ a n d t e c h n i c a ls t a f fi sn e c e s s a r y t h ed i s t a n c eb c t w 嘲t h er e s c a r c ha n di t sp r a c t i c a la p p l i c a t i o ni ss t i l l g r e a t , a n df u r t h e rr e s e a r c ha n di m p r o v e m e n ti sn e e d e d k e y w o r d s ：w o r k f l o w , w f m s ，j b p m , l e s m i n g f l o w , e - l l e a r n i n g , e - l e a r n i n gs y s t e m , w o r k f l o w - b u s e d e - l e a r n i n gs y s t e m 工作流技术在同络教学系统中的应用研究与实现东南大学工程硕士学位论文 图目录 图2 1 工作流管理系统的主要功能 图2 - 2 工作流管理系统的体系结构图 图2 - 3w f m c 过程定义元模型 图2 4 工作流参考模型 图2 - 5 学习设计的概念模型 图2 - 6 学习流过程模型 图2 - 7 知识树 6 6 。7 图2 - 8 知识关系图 图3 1 基于工作流的网络教学系统功能框图一 图3 - 2 系统用例图。 图3 3 基于工作流的网络学习系统体系架构 图3 4 教师工作流 图3 - 5 学生工作流 图3 - 6 系统实体类图 图4 - 1 j p d l 组件概览 1 3 1 3 1 5 1 7 图4 - 2j b p m 的过程模型 图4 3 ( a ) 项目的目录结构 图4 3 ( b ) 项目的包资源结构 图4 4 添加w e b 结构后的项目结构 图4 5 流程数据表 1 9 2 0 2 l 2 5 2 7 图4 _ 6j b p m 的学习流程描述3 l 图4 7 网站拓扑图( 部分) 一3 3 图4 - 8 审核选课资格界面 图4 - 9 单元测试界面 图4 1 0 系统主页 图4 1 1 选课界面 图4 1 2 进入课程学习 图4 - 1 3 学习成绩报告 表3 - 1 表3 - 2 表3 - 3 表3 - 4 表3 - 5 表目录 用户信息表u s e r 。 用户状态表u s e r _ s t a t e 课程信息表c o u r s e 3 9 课程详细参数表( 分章节) c o u r s e p a r a m e t e r 2 3 成绩表s c o r e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 未整日期：迎& ：，乒 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆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) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 奉蕉 导师签名： 第l 章前言 第1 章前言 作为一种新兴的教育形式，网络教育正日益受到重视，它突破了时空的限髓，具有极强 的开放性，是现代教育技术的主流发展方向。但是。瞬络教育以学生自主学习为主，如果缺 乏有效的组织和管理，将难以保证学习的质量。工作流技术主要应用于业务过程管理和监控， 目的是提高组织水平和工作效率，实现业务过程的自动化控制。学习过程是学习领域的业务 过程，利用工作流技术对网络学习过程进行管理，可以改善高网络教育的效栗 1 1 研究背景 随着计算机技术、网络技术的迅速发展，网络在教育领域中的应用越来越广泛。网络教 育改变了教育信息的传播方式，从而促使教育理念、教育模式、教学方法等都发生了极大的 改变i l 】。相比传统教育方式，网络教育具有许多优势b3 】：具有开放性，能够突破时空限制， 在很大程度上扩展了教育的空间，可以为社会培养更多的人才，也给人们提供了继续教育和 终身教育的机会；能够提供丰富学习资源、交互式学习环境和便利的学习工具，使教学更加 灵活、方便和多样化，实现教育资源的共享；学生可以自由选择课程、教师、学习时间和学 习进度。从以“教”为主转向学生主导型的学习方式，有助于培养学生的自主学习能力，发 挥个性潜能，激发创造性灵感；表示形式更加形象生动，能够提高学生的学习兴趣；能够充 分利用各种通讯方式进行师生之间的相互交流；能够记录教学过程中的全部数据，成为宝贵 的资源。因此，网络教育是当今国际国内教育发展新的增长点。也是现代教育技术的主流发 展方向 4 j ，成为网络研究和应用的热点课题之一。 目前，世界各国特别是发达国家都十分重视网络教育，仅美国就有4 0 0 多所大学建立了 网上虚拟学校，开设了2 0 0 多个专业。1 9 9 9 年全球网络教育市场为t 7 亿美元，2 0 0 4 年达到 2 3 1 亿美元，平均增长率为6 6 ，i r e s e a r s h 预测2 0 0 7 年将达5 0 9 亿美元埘。我国真正意义上 的网络教育从1 9 9 8 年教育部颁发面向2 i 世纪教育振兴行动计划开始，清华大学等4 所 高校率先开展网络教育，2 0 0 5 年已经发展至6 8 所，面向社会的各类职业认证网络教育机构更 是不计其数。根据i r e s e a r c h 发布的报告显示，2 0 0 4 年我国网络教育市场规模总量为1 4 4 亿元 人民币，预测2 0 0 7 将达到2 9 6 亿元闭。由此可见，网络教育在全球发展十分迅速。潜力巨大。 但是。目前的网络教育，计算机和网络仅仅作为传输和表达内容的通道，虽然信息量很 大，但缺乏有效的组织和管理，同样的学习模式下学生的学习效果差别很大，因此人们对网 络教育产生了很多疑问。如今，两络教育已经步入转型期，从初期的数量增长和规模扩张进 入调整和改革，开始注重质量的提高和规范的建立，促使人们对网络学习机制进行反思和深 入探讨，推动了包括教育理论、教学策略和技术基础等各个方面的网络教育研究的开展。 ( 1 ) 现有网络教学系统存在的问题 网络教学系统是实施网络教育的技术基础。现有的大多数网络教学系统虽然自身信息量 巨大、功能丰富，但也存在着些问题亟待解决，具体表现在以下几个方面 】6 j ： 学习资源缺乏有效组织 网络为学习者提供了丰富的资源，但由于网络教育是一种淡化“教”而突出“学”的教 学模式，学习的主动权由学生掌握。因此在学习过程中如果缺乏有效的组织和引导，面对海 量的信息，学生容易出现网络迷航，降低学习的效率。 学习缺乏个性化 系统缺乏智能性，对不同认知水平的学生和不同的教学内容采用相同的策略，学习流程 固定、教育方法和教学模式单一，难以实现因人而异、因材施教。 东南大学工程硕士学位论文 任务导向的课程管理 现有的网络教学系统虽然提供了支持课程管理的强大工具，但仍然是任务导向的，而非 面向过程，因此不能精确定义课程结构和学习路径。 缺乏共享和协作机制 网络教学系统中学习系统、作业系统、考试系统、课件制作系统等模块往往是自成体系 的，缺乏共享与协作。 学习支持工具集成、扩展困难 目前国际上各大标准化组织提出的有关网络学习的标准和规范多数针对学习材料的复用 性，而忽视了应用程序的复用性。每个学习资源包仅提供了一组有限的学习支持工具，如果 有新的学习支持工具需要整合时，将会比较困难。 缺乏有效的学习监控和跟踪服务，无法保证学习质量 网络学习是高度自主的学习，依赖于学生的学习动机、自主意识和自控力。网络教育的 实施如果过分强调自由、开放，而忽略对学习过程的把握和监控，将无法保证学习质量。 上述这些闯题的存在严重影响着网络教育的发展和应用，而技术的发展则为解决这些问 题提供了条件。 ( 2 ) 在网络教学系统中应用工作流技术的作用 工作流( w o r k f l o w ) 的概念起源于生产组织和办公自动化领域，主要特点是过程的自动化 处理，通过将工作分解成定义良好的任务，角色，按照预先定义的过程规则来执行这些任务 并对它们进行监控，从而提高系统的组织水平和工作效率。工作流的优点在于对系统的集成 管理，把人、信息和应用工具有效地组织起来，从而最大限度地发挥系统的性能。 学习过程实质上是一种学习领域的业务过程i 刀，一系列的学习活动组成了学习的流程，学 习流( 蛐g f i o w ) 就是关于学习的工作流。 在网络教学系统中，利用工作流技术对学习过程进行管理，能够有效解决以上提到的诸 多问题1 6 1 ： 可以控制学习资源的传送顺序和传送时间，实现“在最恰当的时间把最恰当的知识传 递给最恰当的人”的要求，避免出现网络迷航。 将以学习内容为中心的模式转变为以学习活动为中心的模式，利用工作流的流程特性 定义结构化的、精确的学习路径；学习者根据不同的情况可以灵活选择学习路径，实 现个性化教育。 学习活动中不同角色的协同作用使得学习者能够找到最佳学习伙伴，开展相互的交流 和讨论，便于开展合作学习、小组学习。 运用工作流的链合机制整合各种学习活动支持工具，为网络学习提供全面的支持 可以有效地监控学习活动，及时反馈学习效果。 工作流技术实例和流程模型的分离使得模型具有良好的复用性，支持课程和活动的复 用，提高使用效率。 1 2 研究现状 ( 1 ) 网络教育的研究现状 随着网络教育的发展，学习内容的共享已经初步实现，国际上各大标准化组织都提出了 各自的学习资源元数据标准，如l o m 模型、$ c o r m 模型等，各种各样的学习对象库不断涌 现。这些规范和标准注重学习对象的可重用和互操作等理念，缺乏对于教学方法、策略、目 标和教学活动的统一描述。 这种以内容为导向的方式缺少学习者间的互动及情境式学习，网络教育的发展方向是从 学习对象走向学习活动，为l 比研究者在新一代的网络教学系统中逐步引进教学设计的概念。 2 第1 章前言 荷兰开放大学开发了教育模式语言( e d u c a t i o n a lm o d e l i n gl a n g u a g e ，e m l ) ，但是e m l 过于 复杂庞大，而且将设计及教材结合在一起。i m s 全球学习联盟0 m sg l o b a ll e a m i n gc o n s o r t i u m ) 对e m l 进行了改良与扩展，由此提出学习设计( l e a n i n g d e s i g n ，l d 咖范，其目的在于提供 一个在e - i _ e a r n i n g 环境下，支持多样化教学设计的框架，它能够描述许多教学模式或学习方法， 如：个性化学习、团体式学习、合作学习等嘲。 教学设计主要是描述在何种环境辅助下、什么人扮演什么角色、进行哪些活动。其中活 动表示在学习过程中学生或教师要进行的行为，在活动中可包含描述，透过描述可以让使用 者了解学习活动设计者的目标。学习流程类似于工作流，用来串接许多角色及活动。 ( 2 ) 工作流技术的研究现状 工作流技术是一个年轻又具有良好发展前景的研究方向，从上世纪7 0 年代中期开始出现。 由于当时个人计算机尚未普及，网络技术条件较初级，工作流技术的发展受到限制。工作流 技术的商业应用开始于8 0 年代，一方面推动了图像和文档管理技术的应用，另一方面，采用 了预定流程图方式，扩充了传统的点对点的路由方式，从而增强了邮件系统的功能。这些第 一代的工作流系统，到现在己经很少存在了。进入9 0 年代以后，随着计算机和网络的普及， 现代企业的信息资源越来越表现出异步、分布和松散藕合的特点，集中式信息处理的时代已 经过去，大规模的异构分布式执行环境促进了分布式工作流技术的研究和发展，工作流系统 的开发与研究进入了一个新的热潮。 1 9 9 3 年，工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 成立，标志着工作 流技术开始进入相对成熟的阶段。w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编 程接口( w a p i ) 等方面制定了一系列标准，目的是为了实现工作流技术的标准化和开放性， 从而支持异构工作流管理系统与产品之间的互操作，并且实现与其他应用的快速有效集成。 目前，在全球范围内，工作流技术的研究日益受到重视，相关的产品开发更为繁荣，更 多更新的技术被集成进来。文件管理系统、数据库、电子邮件，移动式计算、i n t e m e t 服务等 都已被容纳到工作流管理系统中口j 。 我国的工作流研究起步较晚，与发达国家相比有不小的差距，但在8 6 3 计划的支持下， 清华大学、华中理工大学、中国科学院计算技术研究所等在该领域的研究中也取得了一定的 成绩，而且也开发出了有自主知识产权的产品。 工作流技术的主要研究课题可以归纳为三个方面：一是工作流的理论基础，包括工作流 管理系统的体系、模型与定义语言等的研究；二是工作流的实现技术，包括工作流的事务特 性、各种先进软件技术的应用、工作流仿真等，研究目标是提高工作流管理系统的性能；三 是工作流技术的应用，包括工作流技术在不同领域的应用方法、应用软件集成等，研究的目 标是发挥工作流管理系统的优势，为解决具体应用领域内的问题提供有效实现手段。 目前工作流技术已被应用于电讯业、软件工程、制造业、金融业、银行业、科学试验、 卫生保健、航运业和办公自动化领域【l ，但其实际应用状况远未达到人们所期待的水平。 ( 3 ) t 作流技术在网络教育中的应用研究现状 工作流技术在网络教育中的应用研究开始于2 0 0 2 年，最早应用于企业的员工培训。q u i n t i c 是最早开展该领域研究的公司之一，旗舰产品o a q 2 的主要特点是用绘制的工作流程圈和学习 内容图来指导职工学习。悉尼大学的j r i t 项目是一个基于工作流的实时培训系统，该项目利 用工作流技术管理培训文档的传送，实现“在恰当的时候传送恰当的文档”。以解决刚进入组 织的新手面对大量的培训内容时存在的信息过载问题【1 “。企业可以将员工的培训流程整合到 工作流程中，利用工作流管理系统来实现对流程的管理，学习的支持由学习管理系统( l m s ) 来完成。s a ms a d k i n s 认为“基于工作流的e - l e a r n i n g 是下一代的企业学习技术”i l “。 工作流技术在学习资源开发领域的应用比较广泛和成熟。已经是学习内容管理系统 ( l c m s ) 中的一个常见功能。学习资源的开发过程是典型的群体协作过程，运用工作流的协 3 东南大学工程硕士学位论文 作机制支持学习资源的协同开发，有利于制作出高质量的学习对象。 工作流技术应用于网络学习支撵环境的研究还很初步i l ”。值得关注的项目有i l j l ：澳大利 噩昆士兰大学的f l e x - e l ( f l e x i b l e e - l e a r n i n g ) 项目，系统提供了一个学习过程模型用来划分 和定义活动及相关的角色。利用工作流管理功能来协调课程学习和评价活动的进度。每个课 程都和一个或多个用来定义课程活动流程的工作流过程模板相联系。当每个学生开始课程学 习时即被分配其中的一个过程模板。学生通过选择过程模板实现按自己的学习路径学习”l 1 4 j ； 法国里尔大学的c o w ( c o o p e r a t i v eo p e nw o r k f l o w ) 项目，主要研究如何将学习流模型转换 成工作流模型；巴西p u c - r i o 和l n c c 联合开发的t e a m ( t e a m w o r k a p p l i c a t i o f 8m a n a g e ) 项目，是一个将工作流技术与学习对象相结合的学习管理系统。我国这方面的研究不多见， 比较有名的是北京师范大学的项目：在虚拟学习社区中应用工作流技术。 从总体来看，在网络教育领域工作流技术的应用研究尚处于起步阶段，大部分是集中在 一门课程中的应用，主要是对工作流技术与e - l e a r n i n g 整合方法的探索i i ”。 t 3 研究目标 工作流技术在学习领域的应用称为学习流。和企业的业务流程相比，学习流程具有自身 的一些特点，如学习目标、教育策略、学习对象等，在工作流参考模型中并未涉及也不可能 涉及。因此在网络教育中应用工作流技术，必须认真研究和分析这些特点。本文的研究目标 在于：了解和掌握工作流及工作流管理系统的概念和相关技术，分析网络教学系统中应用工 作流技术对学习过程进行组织和管理的意义。研究学习领域应用工作流技术的特点，参考i m s 学习设计( l d ) 规范对工作流参考模型进行扩充，建立一个实用的学习流模型。依据现实的教 学和学习过程，分析网络教学系统中教师工作流和学生工作流的特性，在此基础上进行基于 工作流的网络教学原型系统的分析与设计，并实现其中的关键功能。原型系统是针对改进现 有网络教学系统存在的不足而设计开发的，提出利用工作流技术对网络学习过程进行组织和 管理的解决方案，并验证其可行性。 1 4 论文的内容和结构 本篇论文的内容和结构如下： 第l 章：前言。本章阐述论文的研究背景，分析在网络教学系统中应用工作流技术的意 义，介绍当前的研究现状，叙述论文的研究目标和意义，并给出论文的结构。 第2 章：工作流技术在学习领域的应用研究。本章介绍工作流和工作流管理系统的相关 概念，描述工作流参考模型的架构及工作流技术的优势；研究工作流技术在学习领域中应用 的特点，依据学习设计( l d ) 规范对工作流元模型进行扩充，建立一个学习流模型，从组织、 资源、业务漉程和知识四个方面来考察，重点分析学习过程模型和知识模型。 第3 章：基于工作流的网络教学系统的分析与设计。本章首先给出问题定义，进行需求 分析，得到网络教学系统的功能模块，在此基础上抽取其中的关键功能进行原型系统的设计； 然后描述系统设计思想和体系架构，设计教师工作流和学生工作流，并进行类及数据库设计。 第4 章：基于工作流的网络教学系统的实现。本章介绍系统运行环境的建立，包括系统 基本配置和学习流程建模等，详细描述了原型系统中几个关键业务逻辑的实现方案，并对原 型系统进行测试。 第5 章：总结与展望。本章对全文所做的研究工作进行全面回顾，阐述系统的特点和不 足之处，并对未来工作进行展望。 4 第2 章工作流技术在学习领域的应用研究 第2 章工作流技术在学习领域的应用研究 工作流应用于学习领域称为学习流。学习流是学习过程的抽象，是由一系列学习活动组 成的学习流程，从业务流程的角度看，学习流就是关于学习盼工作流。工作流的相关知识对 于实现学习流程的管理和控制有着重要的作用。但是，学习流是特殊领域的工作流，有自身 的特点，有特殊的要求，需要进行深入的研究和探讨本章研究工作流技术在学习领域中的 具体应用。 2 1 工作流及工作流管理系统 ( 1 ) 工作流 工作流的概念是在现代信息系统的发展过程中逐步形成的，它有一个从局部到整体、从 初级到高级、从简单到复杂的发展历程。由于工作流技术仍在不断地发展，处于不断的完善 阶段，因此尚没有统一的定义不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度对工作流概 念进行了描述。 w f m c 对工作流的定义是：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务过程，它根 据一系列过程规则，文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行【1 5 】。 可以从如下的四个方面来理解该定义：首先，工作流是用来为业务过程的自动化服务的， 使用工作流技术可以极大地提高工作的效率。其次，业务过程分成一系列相关的任务( 即活 动) ，工作流中定义了活动的触发顺序和触发条件，业务需要遵循预定的处理规则，才能被有 效地执行。第三，一个业务过程的执行，必然会从一个参与者传递到另一个参与者，此处参 与者的涵义更广泛，既可以是人，也可以是应用程序。最后工作流是业务过程的一种表示 模型，而且是计算机能够理解的模型。 实际情况中可以更广泛地把凡是由工作流管理系统控制其执行的过程都称为工作流1 9 。 ( 2 ) 工作流管理系统 工作流管理系统( w o r t d l o wm a n a g a m a a ts y s t e m ，w f m $ ) 是支持企业经营过程高效执行 并监控其执行过程的计算机软件系统【9 】，它完成工作流的定义，并按照预先定义的工作流逻辑 执行和管理工作流，协调工作流执行过程中任务以及参与者之间的信息交互，监控过程执行 情况。 工作流管理系统为企业的业务系统运行提供了一个支撑环境，非常类似于操作系统。有 人将工作流管理系统称为业务操作系统。在w f l v i s 的支撑下，通过集成具体的业务应用软件 和操作入员的界面操作，能够良好地完成对企业经营过程运行的支持。 ( 3 ) m 作流管理系统的功能 尽管不同的工作流管理系统可以有不同的实现方法，所应用的信息技术、通信技术和支 撑系统结构会有很大的差别，应用的范围也不相同，但从用户的应用层上来看，所有的工作 流管理系统都能够提供三个方面的功能支持，它们之间的关系如图2 1 所示1 9 ”】： 一是建立阶段的可视化业务过程定义。主要是工作流过程和相关活动的定义和建模功能， 通过使用一个或多个分析、建模和系统定义工具，将企业的业务过程转变为形式化的、计算 机可以处理的定义。通常把定义的结果称为过程( 或流程) 定义( p r o c e s sc l e f t u i t i o n ) 、过程模 型或过程元数据等。 二是运行阶段的控制功能。在运行时期，工作流执行服务负责解释过程定义、创建过程 实例、调度和监控过程中每个活动的执行，并根据需要调用适当的人员和r r 应用程序资源等。 5 东南大学工程硕士学位论文 工作流执行服务的核心组件是工作流管理控制软件( 称为工作流引擎) 。 三是运行阶段的人机交互功能。实现各种活动执行过程中用户与r r 应用工具之间的交互 在工作漉管理系统的运作过程中。人和应用程序是完成整个业务过程的主体。而工作流引擎 通过过程定义和活动之闻顺序控制实现这些功能的集成，从而使整个企业经营活动成为一个 协调运行的整体。 图2 1t 作流管理系统的主要功能 2 2 工作流管理系统的组成及架构 ( 1 ) 工作流管理系统的组成 w f l v l c 提出的工作流管理系统的体系结构”】如图2 2 所示，它描述了系统的功能组成部件 和接口，能够满足工作流管理系统和产品所应该具有的主要功能特征，可为实现工作流产品 之间的互操作提供公共的基础。 图2 - 2 工作流管理系统的体系结构图 6 第2 章工作流技术在学习领域的应用研究 工作流管理系统主要由三类构件组成【1 6 l ，一是软件构件完成工作流管理系统不同组成 部分功能的实现。包括过程建模工具、工作流引擎、工作流执行服务器，任务表管理器。二 是系统控制数据，工作流管理系统中一个或多个软件构件使用的数据。包括过程定义、组织， 角色模型数据、任务表、工作流控制数据和工作流相关数据。三是应用程序和应用数据，是 被工作流管理系统调用来完成整个和部分工作流管理的功能的外部系统和数据。 工作流引擎和工作流执行服务 工作流引擎( w o r k f l o w e n g i n e ) 是为工作流实例提供运行时期的执行环境的软件服务器， 负责管理各种过程的一个单独实例。 工作流执行服务( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e ) 是由一个或多个工作流引擎构成的软件服 务器，是工作流管理系统的核心，负责解释和激活过程定义，为过程实例和活动提供运行环 境，与过程所需的外部资源进行交互。 简单的工作流执行服务一般是由一个工作流引擎提供的。而在大型的w f m s 中，工作流 执行服务可能需要多个工作流引擎来共同完成，甚至还需要其它异构的工作流执行服务协同 工作。在这种情况下，到达工作流引擎的任务按照一定的分配算法被分配到不同的引擎上来 执行，工作流执行服务之间需要遵从公共的交互操作标准，构成协同工作的框架。 过程定义工具和过程定义 过程建模工具又称过程定义工具( p r o c e s sd e f i n i t i o n t o o l s ) ，它的功能是给用户提供一种 对实际业务过程进行分析和建模的手段，主要用于图形化的流程抽象表示，并生成计算机能 够处理的业务过程的形式化描述( 即过程定义) 。建模工具可以作为工作流管理系统的一部分、 也可以作为单独的产品、还可以作为企业经营过程分析系统的一部分提供给用户州。 过程定义( p r o c e s s d e f i n i t i o n ) 描述了过程要实现的目标和实现目标的方法，包含了描述 工作流执行软件运行过程所需要的全部信息，包括过程的开始和结束条件、构成过程的活动 以及活动间导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用程序、以及所有工作流 相关数据的定义等，是模型中其他实体的容器。过程定义可能会引用组织，角色模型中关于组 织结构和组织中的角色等信息，从而将活动或信息对象与组织实体或角色功能联系起来。 w f m c 提出的工作流元模型( m e t a - m o d e l ) 描述了工作流模型内部包含的各个元素、元素 之间的关系及各元素的属性。这个元模型为不同产品间的过程定义相互转换奠定了基础，并 形成了一套转换格式。工作流模型通常涉及三个相互关联的子模型：组织角色模型、过程定 义模型和资源模型，其核心是过程定义模型，如图2 - 3 所示例。 图2 - 3w f m c 过程定义元模型 工作流定义即过程定义，它由活动组成。话动( a c t i o n ) 相当于任务，分原子级活动、子 7 东南大学工程硕士学位论文 流程等，由参与者或应用程序执行。转移条件( t r a n s i t i o n ) 负责为过程实例的推进提供导航 依据，主要包括过程实例的推进条件、执行条件和通知条件，定义了流程内部的控制流动， 对应于企业经营过程中的业务规9 埘和操作的顺序。工作流相关数据( r e l e v 目m t d a t a ) 是由流程 和活动产生的数据，是工作流执行服务推进的依据。角色( r o l e ) 主要描述参与操作的人员和 组织单位。需要激活的应用程序( i n v o k e d a p p l i c a t i o n ) 主要描述用于完成过程所采用的工具 或手段。其中，活动是元模型的核心，一个工作流定义由多个活动与多个工作流相关数据组 成，一个活动可以引用多个角色、多个工作流相关数据，而一个角色或一个工作流相关数据 可以被多个活动使用。 任务表处理器 任务表( w o r k l i s i ) 处理器的作用是对外提供接口，用户和外部应用程序通过任务表处理 器来获取和管理工作项( w o r k i t e m ) 工作流控制数据、工作流相关数据和工作流应用数据 工作流控制数据( w o r k n o wc o n t r o ld a t a ) ：是由工作流管理系统和( 或) 工作流机管理的 内部控制数据，例如每个过程或活动实例的状态。用户、应用程序不能对其直接进行操作， 可以通过向工作流执行服务，工作流引擎发消息请求来获得信息内容。 工作流相关数据( w o r k f l o wr e | c v a n td a t a ) ：是指与业务过程相关的数据，例如实例状态转 换的条件、活动间传输的数据等，这些数据可以被工作流引擎使用，也可以被应用程序调用。 工作流管理系统通过工作流相关数据来确定过程实例状态转换的条件，并选择下一个将执行 的活动。因此。工作流管理软件需要在活动实例之间传递工作流相关数据。 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l