（计算机软件与理论专业论文）linux环境下网络教学系统的应用研究.pdf

捅要一 随着计算机网络技术的快速发展，网络教学正日益改变着传统的教学模式，世界范 围内的开源运动，更为网络教学的发展提供了难得的机遇。各国的教育结构都极力倡导 开源教育软件的开发和应用，这使得各种开源的网络教学系统应运而生，其中，以m o o d l e 最为著名。本文在l i n u x 环境下对m o o d l e 进行了研究，在此基础上尝试了对m o o d l e 模 块的二次开发扩展应用。本文主要工作体现在以下几个方面： ( 1 ) 分析了开源软件的意义以及在学校教育中的优势，结合网络教学系统自身的特 点和功能，阐明了使用开源网络教学系统的重要性和必要性。通过对现有开源网络教学 系统m o o d l e 、a t u t o r 和s a k a i 的分析与比较，得出了m o o d l e 是目前功能最强、使用范 围最广的开源教学软件的结论。并对m o o d l e 的功能、特点和教学评价进行了详细的讨 论，为在实际应用中使用m o o d l e 提供了重要的理论依据。 ( 2 ) 对m o o d l e 的二次开发技术进行了研究。通过对m o o d l e 的架构、主要目录和文 件的分析研究后，结合对m o o d l e 进行二次开发的总体规约，提出了对m o o d l e 进行二次 开发的三种形式，即：语言包的二次开发、主题风格的二次开发和模块( 插件) 的二次 开发。并从技术实现的角度，提出了这三种形式的具体实现方法。为m o o d l e 进行二次 开发做好了充足的准备。 ( 3 ) 根据m o o d l e 本身的功能以及实际应用的需要，提出了在m o o d l e 上扩展一个网 上答疑活动模块的设想。并且严格依照m o o d l e 二次开发的方法，经过功能分析和设计 后，实现了网上答疑功能，对在m o o d l e 上进行二次开发做了一次成功的实践。 文章最后对本文所做工作进行了总结，指明了下一步的工作方向。 关键词：开源软件，网络教学系统，m o o d l e ，二次开发，网上答疑模块 t h er e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no fn e t w o r k t e a c h i n gs y s t e m u n d e rl i n u xe n v i r o n m e n t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h et r a d i t i o n a lt e a c h i n g m o d e lh a sb e e nc o n s t a n t l yc h a n g e db yt h en e t w o r kt e a c h i n g t h eo p e ns o u r c em o v e m e n t o f f e ra l lo p t i m u mo p p o r t u n i t yf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r kt e a c h i n g t h ed e s i g na n d a p p l i c a t i o no ft h eo p e ns o u r c ee d u c a t i o ns o f t w a r ei ss p a r k p l u g e db ye d u c a t i o nd e p a r t m e n t sa l l o v e rt h ew o r l d ，a n dm a n yk i n d so fo p e ns o u r c en e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m sa r ec o m i n gf o r t h m o o d l ei so n eo ft h em o s tf a m o u sn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，m o o d l eo n l i n u xi sa n a l y z e d ，a n df u r t h e r - d e v e l o p m e n tb a s e do nm o o d l ei ss t u d i e d t h em a i no b j e c t i v e i nt h i sd i s s e r t a t i o nc a nb es h o w na sf o l l o w s ( 1 ) t h em e a n i n go ft h eo p e ns o u r c es o f t w a r ea n di t sa d v a n t a g e si ne d u c a t i o na r ea n a l y z e d c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c sa n df u n c t i o n so ft h en e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ，t h e s i g n i f i c a n c eo ft h eo p e ns o u r c en e t w o r kt e a c h i n gs o f t w a r ea r ec l a r i f i e d t h r o u g hc o m p a r i n g t h ee x i s t e n c eo p e ns o u r c en e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ，s u c ha sm o o d l e ，a t u t o ra n ds a k a i ，t h e r e s u l ts h o w st h a tm o o d l ei st h eb e s to p e ns o u r c et e a c h i n gs o f t w a r ew h i c hh a sp o w e r f u l f u n c t i o n sa n dh a sb e e nw i d e l yu s e d t h ef u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h em o o d l ea r e d i s c u s s e di nd e t a i l ，a n di ti st h et h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ep r a c t i c ea p p l i c a t i o no ft h em o o d l e ( 2 ) t h ef u r t h e r - d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo ft h em o o d l ei sr e s e a r c h e d t h r o u g ha n a l y z i n g t h es t r u c t u r e ，m a i nc a t a l o ga n df i l eo fm o o d l e ，a n da c c o r d i n gt ot h ec o l l e c t i v i t ys t i p u l a t i o no f m o o d l e ，t h r e ef o r m so ff u r t h e r d e v e l o p m e n tf o rm o o d l ea r ep r o p o s e d t h e ya r dt h e f u r t h e r - d e v e l o p m e n t o f l a n g u a g ep a c k a g e ，t o p i cs t y l e a n dt h em o d u l e s a n dt h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d s a r e a l s o p r o p o s e d ，w h i c h m a k e s p r e p a r a t i o n f o rt h e f u r t h e r - d e v e l o p m e n to fm o o d l e 。 ( 3 ) t h ec o n c e p t i o n o fe x p a n d i n gan e t w o r ka n s w e ra c t i v i t ym o d u l eo nm o o d l ei s p r o p o s e da c c o r d i n gt ot h en e e do ft h ep r a c t i c ea p p l i c a t i o n so fm o o d l e a f t e rf u n c t i o n a l a n a l y s i sa n dd e s i g n ，t h en e t w o r ka n s w e rm o d u l ei sa c c o m p l i s h e db yu s i n gt h et e c h n i q u eo f t h ef u r t h e r d e v e l o p m e n ts t r i c t l y i ti sas u c c e s s f u lp r a c t i c eo ft h ef u r t h e r - d e v e l o p m e n to n m o o d l e i nt h ee n d ，t h er e s e a r c hw o r ka b o u tt h i sd i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e da n dt h en e x tg o a li s a l s op u tf o r w a r d 1 i k e yw o r d s ：o p e ns o u r c es o f t w a r e ，n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ，m o o d l e ，f u r t h e r - d e v e l o p m e n t ， n e t w o r ka n s w e rm o d u l e 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。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。本人允许 论文被查阅和借阅。本人授权西北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。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：么虱玺指导教师签名： 二细7 年多月z 2 日砂7 年多月z l 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本 论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大 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谢意。 学位论文作者签名：a - 幺 z 口口7 年月2 乙日 西北大学硕十学位论文 ， 第一章绪论 ， 帚一早硒了匕 1 1 研究背景及意义 当今世界，科学技术突飞猛进，知识经济已见端倪，国力竞争同趋激烈。国力竞争 实际是科技水平的竞争，教育水平的竞争。为适应信息化社会的需求，迎接知识经济的 挑战，培养适应信息化社会的人才，采用信息化教育已成为发展的必然。近几年来，发 达国家高度重视信息技术对教育的影响和作用，不断调整教育目标、制定教育改革方案， 加快教育信息化建设。我国政府也非常重视教育信息化，明确指出普及高校信息技术教 育，利用信息技术对学科教学改革的支持，促进教学手段的创新，全面推进教育改革【1 1 。 网络信息技术的迅速发展及其广泛运用日益改变着人们的学习、工作和生活，网络 教育已经成为教育领域的一个热点【2 1 。随着互联网的普及以及高校校园网建设的进一步 完善，网络在高校教学中的运用越来越普遍。高校信息化建设的核心之一就是运用计算 机、通讯、多媒体等技术的最新成果改革传统教学模式，提高教学质量。通过对教与学 过程和教与学资源的设计、开发、利用、评价和管理，以优化教学理论和教学实践。在 高校教学中，现代信息技术手段能够以其直观性、自主性和趣味性激发学生的兴趣，从 而赢得学生的青睐。网络教学是应用现代信息技术于高校教育中的重要手段，网络教学 系统，即教学平台是网络教学手段的基础或载体。教师利用网络教学系统辅助讲授和分 派批阅作业，而学生则利用网络辅助学习，加深对课程的理解，以求达到更好的学习效 果【3 】。甚至有人认为网络可能取代传统的讲授教学，使学习过程完全在网络上进行。 开源作为软件领域中的一种新模式，近年来越来越受到关注【4 5 】。开源软件保障用户 对软件的使用、复制和修改的自由，并致力于为人们提供免费的、高质量的软件产品。 开源软件产品的不断丰富、质量的不断提高，以使全球的各种组织包括政府部门、企业 和公共服务机构等从中受益。 目前，开源软件己经在世界上很多国家的政府部门和企业中得到了重视和采用。在 政府和公共机构方面，发达国家如英国、德国以及发展中国家如印度、中国等，都在采 取各种措施和计划，推动开源软件在政府部门中的应用。在企业方面，i b m 计划将其1 1 解决方案全部转换到l i n u x 平台上，而o o o g l e 部署在全球的上万台服务器己经全部使 用l i n u x ，a p a c h e 则占领了全球w e b 服务器市场份额的5 0 以上，这样的例子不 胜枚举。开源软件对教育意味着什么? 【6 】国外很多教育研究者已经在尝试解答这个问题， 他们通过在各自的工作领域内尝试和应用开源软件，对其在教育领域中的价值进行着积 极地研究。多个相关的研究文献都指出，开源软件是教育机构建立软件基础平台的一个 第一章绪论 极佳选择。免费、优良的质量、方便的本地化定制、开放和共享的内在精神，都成为教 育机构选择开源软件的理由。 随着虚拟学校在世界各国的兴起，多媒体技术的进步，网络教学环境将更加完善。 网络学习将不受时间与地域的限制，并具有双向互动的特性，网络学习将会成为一种人 们终身学习的方式。当然网络教学离不开网络教学系统的支持，网络教学系统需要以功 能完备及方便使用为最大目标，并且大致符合建构主义学习环境的模式，如果再能提供 相关安全及有效的学习辅助工具，就更有利于学习成效的提升。 国内外很多教育研究者已经开始研究和尝试开源软件。在学习管理平台市场上，也 有不少开源的学习管理平台涌现川，例如：澳大利亚的m o o d l e 、美国的s a k a i 、英国的 b o d i n g t o n 和加拿大的a t u t o r 等等，吸引了一大批开源爱好者和教育研究者对其进行研 究、开发、维护和使用。这为本课题的研究提供了很好的理论背景和实践经验。 1 2 国内外研究现状 近年来，随着开源软件技术力量的不断增强，在校园信息化建设中充分利用开源软 件，是目前国外许多高校降低使用成本的一种常见做法。世界上很多国家和些国际机 构都在开展各种计划和行动，开发和推广适合教育领域使用的开源软件产品。很多学校 也从自己的实际情况出发，积极应用开源软件提高学校的信息化水平。 1 2 1 相关的国际机构和研究组织 联合国教科文组织( u n e s c o ) 作为联合国负责全球教育、科技和文化发展的国际 性组织，很早就开始关注开源软件在教育和科研领域的发展1 8 】o 。从2 0 0 1 年开始，教科文 组织开始对开源自由软件运动加以支持，于2 0 0 1 年1 1 月建立了自由软件门户网站( f r e e s o f t w a r ep o r t a l ) ，提供开源软件的各种信息和软件下载。目前，教科文组织开发的开源 软件包括i d a m s ( 一个国际联合开发的数据分析和管理软件) 、g r e e n s t o n e ( 一个数字 图书馆软件包) 、v i r t u a ll a b o r a t o r yt o o l k i t ( 虚拟实验室工具包) 等。另外，教科文组织 还组织了一系列与开源软件相关的国际会议。 s i g o s s e e 是欧洲开源软件教育应用特别兴趣小组( t h es p e c i a li n t e r e s tg r o u pi n o p e ns o u r c es o f t w a r ef o re d u c a t i o ni ne u r o p e ) 的首字母缩写，它是欧共体领导下的一个 项目，目的是为教育群体、政策制定者、教育软件开发者在教育领域使用开源软件提供 信息、建议、指导和研究。 s c h o o l f o r g e 是一个帮助学校和慈善团体使用丌源软件的组织。这个组织将一些独立 2 西北大学硕上学位论文 的研究群体联合起来，并且提倡、使用和发展在中小学中应用开放资源。目前该组织已 经有1 8 0 多个成员，分布在世界各地，s c h o o l f o r g e 为它们提供了一个交流、共享和共同 研究的平台。 t h ek d ee d u t a i n m e n tp r o j e c t 教育软件计划是k d e 组织下的一个教育软件制作项 目，目的是开发可以在k d e 桌面环境下使用的高质量教育软件。这个项目主要针对3 至1 8 岁的学校儿童，强调年轻用户对界面的关注。另外，它也包括一些教师辅助工具 软件，比如课程计划辅助工具等。目前该计划已经生产出了许多高质量的教育软件，如 几何建模工具k i g 、天文学软件k s t a r s 、l o g o 语言编程工具k t u r t l e 等。 o f s e t ( o r g a n i z a t i o nf o rf r e es o f t w a r ei ne d u c a t i o na n dt e a c h i n g ) 是法国一个非盈 利性的国际组织，目的是为了促进开源教育软件在世界范围内各种形式的开发和本地 化。它的宗旨非常接近自由软件基金会( f s f ) ，即促进软件共享和修改的自由。该组织 目前有两个重要的项目：一个是几何教学工具d r g e o ；另一个是整合了大量开源教育软 件的l i n u x 发行版f r e e d u c ，该发行版是一个自启动光盘，可直接从光驱启动进入开源教 育环境，非常方便。 k - 1 2l i n u xv r o j e c t 是美国一个开源软件项目组织，目的是为了在k - 1 2 学校中推广 l i n u x 和开源软件。该项目由三个子网站组成：( 1 ) k 1 2 l t s p o r g ：提供l i n u x 终端服务 器项目的软件下载和支持信息；( 2 ) k 1 2 l i n u x o r g ：提供在学校中使用l i n u x 的指南和 教程、l i n u x 网络管理教程、针对l i n u x 新用户的一些支持信息等：( 3 ) k 1 2 o r g ：提供 用于求助的讨论区、关于l i n u x 在学校中应用的一些新闻和信息等。 1 2 2 国外的研究现状 在美国，高等教育技术联合会的副主席r i c h a r dn k a t z 指出，“高校正在探索开发和 协议使用软件的新型商业模式。其中，开放源代码的项目是首选”。美国高等教育竞争 联盟( a - h h c ) 2 0 0 6 年2 月发布的一项研究报告数据显示，目前美国的高校中，5 7 的高校已经在校园信息化建设中使用基础类开源软件。其中，使用最多的基础开源系统 包括a p a c h e ( 5 3 ) 、l i n u x ( 5 1 ) 、m y s q l ( 3 8 ) 、f i r e f o x ( 3 5 ) 和t o m c a t ( 3 3 ) 。 同时，在应用类开源软件中，使用最多的包括：u p o r t a l ( 2 9 ) 、s c tl u m i n i s p l a t f o r m ( 2 9 ) 、o p e n o f f i c e ( 2 1 ) 、m o o d l e ( 1 9 ) 、s a k a i ( 1 3 ) 、u n i c o n a c a d e m u s ( 9 ) 和o s p i ( 7 ) 。这些数据清楚地显示，开源软件在美国高校信息化中所扮演的重要角色 【9 l o 在芬兰，大约6 0 的学校正在使用开源软件进行学校管理和教学活动，7 5 的芬兰 3 第一章绪论 大学和工学院、7 5 的高中、2 5 的综合中学都使用学习平台或者学习管理系统来传递 教学和辅助学习，而最常用的开源学习平台是m o o d l e 。另外，o p e n o f f i c e ( 7 4 ) 、m o z i l l a 浏览器和邮件系统( 8 0 7 ) 、g i m p ( 3 6 4 ) 在芬兰的学校中也广泛被使用。 在法国，国家教育文档中心( c n d p ) 成立了一个工作组，对2 0 多种开源教育软件 进行评价，评价重点是这些软件在多个操作系统平台上的使用情况，并为课堂教学中使 用这些软件提供指导。学校可以通过地区办公网络以最小的花费获得这些软件。另外， o f s t e 组织也在推广开源软件的教育应用方面做了大量的工作【1 0 】。 在韩国，教育部门的计算机系统不久就会转换到l i n u x 操作系统，这更进一步证明 了开放源代码软件已经在韩国政府等整个地区同益普及且深受欢迎。该项目在韩国将被 列为最大的l i n u x 操作系统装备中心之一，目的是通过创建被认为是“全国教育信息系 统 的公用系统与所有的中、小学以及相关的政府部门进行连接。在计划建设的“全国 教育信息系统”，2 7 0 0 台服务器中的2 0 0 0 台服务器上运行l i n u x 操作系统，每台l i n u x 服务器对应一所高中，剩余的7 0 0 台服务器将运行u n i x 操作系统，每台u n i x 服务器将 由1 5 所小学和初中学校共享【1 1 j 。 在印度，高尔地区( g o a ) 成为印度在学校中实施l i n u x 的早期试验地。该地区的 2 1 所学校通过g s c p ( g o as c h o o l sc o m p u t e r sp r o j e e t ) 的帮助，利用一些捐赠的旧计算 机和少量赞助资金，采用l t s p 建立了计算机实验室并连接到互联网。印度其它一些贫 困的乡村地区也从这个项目中借鉴到了很多经验。 在非洲的纳米比亚，他们正在实施非洲最大的一项l i n u x 计划：该国的一个志愿组 织s c h o o l n e t 正在努力使本国所有的在校学生能用上计算机和连接到互联网，而系统只 运行于l i n u x 上。 在南美洲，巴西的南大河州( s t a t eo fr i og r a n d ed os u l ) 进行了一项计划t h er e d e e s c o l a rl i v r er s p r o j e c t l l 2 1 ，该计划包含了一套用于远程教育、网页发布、计算机学习系 统和网络管理的l i n u x 发行版，这使教师和学生对自由软件工具的接受和学习更加容易。 通过这项计划，州政府己经节省了超过2 0 0 0 万美元。 1 2 3 国内的研究现状 近年来，我国的教育信息化发展迅速，但也暴露出一些问题，如知识产权意识薄弱， 盗版软件泛滥，对国外商业软件依赖过大等。使得我国教育无法拥有一个独立自主、稳 定可靠、方便易用、可扩展性强的软件基础平台，这无疑给我国教育信息化的进一步发 展带来较大的障碍1 1 3 l 。 4 西北大学硕上学位论文 国内的许多高等院校中，开源软件常被用来架设服务器，提供上网、文件共享、b b s 等校园网络服务。在教学方面，高等院校中的计算机系和软件学院都开设有l i n u x 的一 些相关课程，也有少数中小学教师对开源软件的应用进行了探索。但从总体上来说，开 源软件还没有被我国教育界广泛认识和接受，相关的研究和实践应用都较少，且多局限 在开源软件的校园网络应用上，目前还没有较为系统的研究成果1 1 4 l 。 自2 0 0 4 年起，北京大学与有关部门密切合作，开始有计划、有目的地整理和梳理 全球著名的教育类开源项目。在整整两年的时间内，在浩如烟海的数万项开源软件中， 研究者多方考察了数百项技术较成熟、应用范围和发展潜力较强的开源教育系统，对其 中每一个项目都严格按照技术和潜力预测、源代码下载安装、测试和评价四个步骤，对 其进行多方位的综合评估。考察内容包括：系统架构的独特性、技术结构的先进性、功 能的多样性和稳定性、操作的简便性以及高校的适用性等。与此同时，研究者也充分考 虑了我国高等信息化的硬件基础设施条件、整体发展水平以及近期的发展需求等具体情 况。以上述研究为基础，研究者从中选择了最为著名和成熟的2 0 余项教育类开放源代 码项目，分批分步骤开展系统的本地化和扩展性开发等工作【1 5 l 。主要工作内容有：系统 源代码的下载与整理；系统的安装、配置与优化；系统操作晃面的汉化；系统的操作手 册汉化；系统的延伸性开发；系统稳定性测试；系统的管理、培训文档的开发。 在上述开源软件的本地化和测试工作完成的基础之上，教育类开源软件的推广、技 术支持和后续服务同样也是至关重要。在某种程度上来说，甚至是决定学校是否愿意采 用开源软件的一个重要因素。许多高校的信息化管理者和决策者之所以在开源软件方面 尚未下定决心来使用，主要就是因为“缺乏安装和使用开源软件的技术力量和经验”和 “担心开源软件缺乏长期的支持服务 。 因此，为促进开源软件在我国学校教育领域的推广，北京大学的研究者参照目前美 国最常见的开源软件s c a 1 6 】商业推广模式，将那些已经完成本地化和延伸性开发的开 源软件的技术支持和后续服务等工作委托给专业的l t 技术服务公司来负责。目前，北 京唯思瑞教育科技公司已经面向国内高校提供s c a 服务。而且，今后随着开源软件在 国内教育领域应用的扩展，愿意提供类似服务的商业机构将会越来越多。这样，高校只 需花费很少的费用就可以获得与商业软件同样专业的技术支持和后续服务，为高校采用 开源软件解除了后顾之忧。 目前，利用s c a 商业推广模式，唯思瑞教育科技公司可以向国内高校提供的开源 软件服务主要包括：开源系统应用的总使用成本( t c o ) 估算；系统的安装、配置与优 5 第一章绪论 化；系统管理员的培训；系统使用者的培训；系统应用的升级服务；系统的长期技术咨 询服务。 开源运动是大势所趋，国内所缺乏的是认识上多年来的盲目与惰性，以及对国有软 件产业应有的危机感和忧患意识。很多人满足于私有软件模式下的盗版，却不去思考从 来不会产生盗版纠纷的开源策略1 1 7 】。开源不仅在软件开发领域，而且在教育等相关领域 一样是大有市场的，从在知识面前人人平等的观点看，知识可复制、可传播并因此而增 值，从建立良性的竞争环境、鼓励创新考虑，扩大开源社区范围，为开源发展开拓空间。 对每个个人，每个团体，大到民族的振兴，都是有百利而无一害的事情。抓住这个机会， 就有可能发展起来自己的领域基础，今后受益无穷。 ，开源软件在高校中的推广和应用，必将使我国高校信息化建设进入一个新的发展阶 段。一， 1 3 论文组织结构 全文共分为六章： 第一章，绪论。论述了本文的研究背景及意义，阐明了目前开源软件在国内外教学 领域的研究现状。 第二章，开源网络教学系统研究。阐述了开源软件、g p l 、网络教学系统等概念。 并对现有的开源网络教学系统进行了对比介绍，对它们各自的性能、特点和功能进行了 比较。 第三章，对m o o d l e 进行了详细介绍，包括它的发展历程、理论基础、主要的功能、 特点以及教学评价。 第四章，对m o o d l e 的二次开发技术进行了研究。分析了m o o d l e 的架构、主要目录 和文件以及二次开发的总体规约，提出了对m o o d l e 进行二次开发的形式和具体方法。 第五章，针对教学过程中遇到的实际问题，提出了对m o o d l e 模块进行二次开发。 设计了用于教师与学生之间进行答疑的网上答疑模块，实现了自动答疑、异步答疑和同， 步答疑功能。 文章最后，对本文研究工作进行了总结，并对下一步研究工作做出了展望。 6 两北大学硕十学位论文 第二章，开源网络教学系统研究 2 1 开源软件概述 2 1 1 开源软件的定义 开源软件，即开放源代码软件【1 剐，英文表示为o p e ns o u r c es o f t w a r e ，简写是o s s ， 直接的字面意思是“公开源代码的软件 。它通过许可证给用户运行、研究、修改、复 制和重新发布的权利。 开放源代码软件首先是用户要能看到源代码，然而这是不够的。开放还要体现出软 件用户的某些自由性，基本有如以下几点【1 9 】 ( 1 ) 通过学习源代码知道软件的工作流程并且能够自由地应用到自己的软件开发 中； ( 2 ) 能够自由地重新分发软件拷贝，能够自由地修改程序提升质量，并将自己所 作的优化公开，使大家受益； ( 3 ) 能够以各种用途去运行软件。 开源软件是与封闭源代码的私有软件相对立的一个概念【刎。源代码是用来编制计算 机应用程序的底层代码。在开源应用程序中，这些代码是对所有人都开放的，任何人都 可以来检查变更和重新发布这些代码。但是在封闭源代码的应用程序中，这些代码是被 当作商业秘密被严格保护的，只有公司内部相关人员才能获得这些代码。也就是说，软 件用户是不能观看或修改一个软件的源代码的，如果想使用这个软件，需要获得一个使 用许可证，并被要求不能复制或重新发布这个软件【2 1 1 。非法复制或重新发布私有软件均 被视为“偷窃 ，属于违法犯罪行为，也就是通常所说的“盗版”。 2 1 2 开源软件发展史 开源软件有着非常悠久的历史【2 2 】。可以这样说，在软件发展的初始阶段，只有开源 软件。后来，私有软件才开始产生，并且迅速成为了软件业的主流，以至于很多人认为 只有私有软件才是唯一可行的模式。个人计算机和因特网的普及给了开源软件一个极好 的发展机遇，使它从程序员的狭小圈子走向了普通大众。 在上世纪6 0 年代，计算机厂商生产的计算机上都随机带有一些免费的软件，这些 软件可以在用户之间自由共享，并且附有源代码，可以进行改进和修改。但是到了7 0 年代中期，私有软件已经随处可见，这种软件不允许重新发布，软件的源代码也不再可 以获得，用户也不再能够对程序进行修改了。在这之后，私有软件逐渐成为了软件产业 的主流。 7 第一二章开源网络教学系统研究 到了7 0 年代末和8 0 年代初，两个不同的团队开始建立，成为了当今开源软件运动 的根源【2 2 1 。在美国的东海岸理查德斯托曼创办了自由软件基金会并已经启动了g n u 计 划，目的是建立一个自由的操作系统。在美国的西海岸，加州大学伯克利分校的计算机 科学研究小组正在重新编写和改进u n i x 操作系统。这个u n i x 被称为b s du n i x ，除了 少数核心程序为a t & t 公司私有，它基本上是开放源代码的。 在8 0 年代和9 0 年代早期，开源软件继续发展，出现了一些相对独立的团体。到了 这个阶段，在u n i x 操作系统上已经有了一些较为优秀的开源软件，如t e x 和x 窗口系 统【2 3 1 。 到了9 0 年代，随着互联网的迅猛发展，更多的程序员可以借助互联网络交流和合 作，这极大地刺激了开源软件的发展。l i n u x 和3 8 6b s d l 2 4 】等开源操作系统相继产生， a p a c h e t 2 5 1 、g n o m e 2 6 1 、k d e l 2 7 】和m o z i l l a 冽等优秀的开源软件产生并被越来越多的公 众所接受和使用。 1 9 9 8 年，n e t s c a p e 公司发表了一项革命性的声明，宣布开放n e t s c a p e 的源代码， 这成为了许多大公司尝试开源模式的起点。a p p l e 、i b m 以及o r a c l e 等国际大型公司， 开始尝试一条不同的道路，使用、促进和开发开源软件。各种规模的公司都在探索新的 经济模式，以便赢得软件产业激烈的市场竞争。媒体也对开源运动给予了更多的关注， 这使得开源软件运动不仅形成了一些个人团体和非盈利性的组织，而且也开始形成了一 些小型和中型的公司。 2 1 3 开源软件许可证g p l 在开源领域，有着众多的许可证，包括g p l 、l g p l 、m p l 和b s d 等，但是使用 最广泛，最纯正的就是g p l 许可证。 g p l 许可证是g e n e r a lp u b l i cl i c e n s e 的缩写。g p l 许可证是自由软件联盟g n u 的 开源软件许可证的一种，也是开源软件领域最富盛名的一种许可证。g n u 自由软件之 父r i c h a r ds t a l l m a n 在倡导自由软件联盟计划时，从软件的版权许可协议入手，创设了 一种与其开源软件发展相适应的“通用公共许可协议 ，所有想加入g n u 的软件著作人 都要接受这份许可协议，其宗旨就是保证用户有无限复制和修改的权利。并且在g p l 的导言部分中，对自由软件和知识产权的相关问题进行了论述。 g p l 的主要用途：( 1 ) 规定了在被许可人接受本许可证获得源代码之后，有将源代 码再发布的义务，以促进开放源代码运动。( 2 ) 有一个“不担保”条款。由于源代码程 序准予免费使用，在一般情况下，对程序没有担保。软件修改过程中全部的风险，如程 8 两北大学硕：匕学位论文 序的质量和性能问题都由被许可人来承担。如果程序出现缺陷，被许可人承担所有必要 的服务，修正和改正的费用。( 3 ) 规定了一些关于修改、复制和再发布的条款，目的也 是在保证初始人权利的前提下，尽最大可能向社会贡献源代码。 2 1 4 开源的意义和优势 1 、总体拥有成本降低 与私有软件相比，采用开源软件需要的总体成本 2 9 1 ( t o t a lc o s to f o w n e r s h i p ，t c o ) 将有很大程度地降低。在这方面国外已经有相当多的研究数据。c y b e r s o u r c e 的一项研 究显示，与微软解决方案相比较，使用开源软件能降低2 4 到3 4 的t c o 。意大利同 年的研究也显示，使用l i n u x 比使用w i n d o w s 平台能减少3 4 8 4 的t c o 。特别是对于 学校来说经费有限，因此可降低的使用成本是吸引高校使用开源软件的一个重要原因。 2 、更高的性能、可靠性和安全性 低成本并不是开源软件作为服务器被广泛使用的唯一原因。开源软件常常被认为具 有更高的性能、可靠性和安全性【3 0 3 1 1 。开源软件的开发方法更容易保证软件的质量，在 大量开发者的共同审视下，软件的缺陷能够很快地被检测出来，并进行修补工作。这使 得软件的可靠性得到了显著地提高。这一点在比较成熟的开源服务器软件上体现得特别 明显，在由某个机构进行的数据库软件量化分析比较中，发现开源软件m y s q l 的缺陷 仅仅是其它私有数据库软件的1 6 。 从安全性角度，对开源软件和私有软件进行比较是非常困难的，但仍然存在一些这 方面的研究。研究结果表明开源软件在安全性上常常要超过私有软件。原因是由于源代 码的存在，使得安全性方面的缺陷能够很快地被发现和解决，从而提高了软件的安全性。 3 、减少对商业软件公司的依赖性 使用开源软件的另一个重要原因，就是希望逐步摆脱商业软件公司在技术上的束 缚，特别是对于高等教育机构【3 羽。 在教育机构中，保持独立性尤其显得重要。如果在受教育阶段学生使用并熟悉了一 种软件产品，那么他会倾向于在以后还使用这种产品，成为未来的软件购买者。因为这 个原因，软件公司常给学生用户以特殊的激励措施，如比较大的价格折扣，来占领教育 市场。对于教育机构和学生来说，依赖于某一个软件公司并不是一个明智的选择，因为 这会削弱他们在软件选择上的自由。正如有关学者指出的：“许多高校管理者所担忧的 是，商业软件提供商由于所提供的软件系统，对高校中心工作的控制力越来越大，学校 在很多方面的发言权越来越弱小” 3 3 】。而开源软件一般遵守的是开放标准，使用的是开 9 第二章开源姗络教学系统研究 放的文件格式，这有助于用户减少对少数商业软件公司的依赖。 4 、本地化和定制的可能 绝大多数的开源软件的语言是英语，非英语国家的用户在软件的使用上会碰到障 碍。针对这一情况，很多开源软件都提供了本地化功能【3 4 】，一些使用者或者开源爱好者 会对特定的语言包进行翻译，从而可以方便地将界面语言转换为当地语言。而对于私有 软件来说，本地化则受制于商业利益，当市场规模较小时，私有软件就不会被本地化， 供当地用户使用了。， 源代码开放也使得对软件定制成为可能，这点对教育机构来说是相当重要的【3 研。由 于制度、文化和生活方式等方面的差异，世界各地对具体教育的需求往往千差万别。适 合一个国家的教育软件不一定能够适合另一个国家的具体教育的实际情况。对于商业软 件来说，这种针对目标市场的定制就有可能受制于市场的规模和可能的收益，而开源软 件则不存在这种问题。如果当地教育机构对某个软件感兴趣，完全可以通过对源代码的 修改和二次开发，达到适合本地使用的目的。 2 1 5 开源软件在高等教育中的应用优势 由于开源软件的种种优势，开源软件在高等教育机构中也越来越多地被应用及认 可。有学者认为，出现这种情况有着多方面的原因。不但有经济和技术的原因，而且有 更加深刻的教育和哲学理由，表1 列出了高等教育机构使用开源软件的原因。 表1 开源软件在高等教育机构中逐步推广的主要原因m 1 涉及的领域 使用开源软件的原因 降低学校在软件使用许可费方面的支出 经济与商业软件相比，获得和运用开源软件的成本要低 保持经济的独立性 希望使用更可靠和更安全的技术、应用开放性的架构 技术 能够根据需要进行技术改造 保持开放的同时保护知识产权 1 0 西北大学硕士学位论文 表1 开源软件在高等教育机构中逐步推广的主要原因( 续) 涉及的领域使用开源软件的原冈 增加使用不同的教学工具的可能性 利用网上教学 教育 实现教学系统的模块化和多语言化 工具的多样性 相互协作的精神 反垄断的精神 哲学 知识的自由传播 宣扬文化交流和国际合作 2 2 网络教学系统 2 2 1 网络教育与网络课程 网络教育1 3 7 】就是通过网络进行教学活动，它突破了传统教室教学的时间和空间限 制，其交互性强与灵活快捷等特点受到了广大学习者和教育者的重视。网络应用于教育 领域，给学习者提供了良好的教学环境和丰富的教学资源，使学习活动更加自主化和个 性化。网络教育是远程教育的现代化表现，远程教育【3 8 】是一种同时异地或异时异地进行 教育的形式。远程教育经历了三代历程：传统的远程教育、广播电视远程教育和网络教 育。传统的远程教育首指函授和刊授教育。最早的函授教育起源于1 8 4 0 年的英国，当 时英国速记法发明人伊萨克皮特曼通过邮寄方式教速记，教育界一般就认为这便是世界 函授教育的开端。广播电视远程教育起步于本世纪6 0 年代，在近二十多年来得到了巨 大的发展。由多媒体计算机技术与网络通讯技术在教育中充分利用而演绎出来的现代远 程教育，一般被称为第三代远程教育，即网络教育。自2 0 0 4 年以来，中国网络教育用 户规模始终保持稳定增长的趋势，年增长率保持在2 0 左右，中国网络教育市场已经形 成一个庞大而稳定的基数。根据艾瑞咨询( i r e s e a r c h ) 最新发布的2 0 0 7 2 0 0 8 年中国网络 教育发展报告的统计数据显示，2 0 0 7 年中国网络教育市场规模已达到1 7 5 亿元人民币， 同比增长2 0 7 ；与此同时，2 0 0 7 年中国网络教育用户规模也达到了1 2 2 0 万，同比增 长2 5 1 1 3 引。艾瑞咨询分析认为，市场规模的持续增长为中国网络教育市场进入服务时 代打下了坚实的基础。 我国教育部高等教育司颁布的现代远程教育技术标准体系和1 1 项试用标准中 指出，网络课程是“通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和，它 1 1 第二章开源嘲络教学系统研究 包括两个组成部分：按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑 环境”1 4 0 】。这是我国教育工作者根据我国的实际情况，对多年工作实践的高度总结，正 在指导着我国网络教学系统开发的实践。网络课程首先的属性是“课程”，它应该包含 “课程 的一切特征，如：教育目标、教学内容、教学活动和教学评价等。其次，它一 定要充分体现“网络的属性。网络课程是以互联网作为传播的媒介，通过计算机呈现。 因此，计算机多媒体技术应该是网络课程的重要特征，常用的网络链接、导航、搜索以 及与网上注册和缴费等功能也应充分地体现出来。互联网海量的资源应该得以充分的利 用，这样才可体现出网络课程的优势。再次，网络课程应该体现网络教学的特征，即非 面授教育，教与学的双方在时空上是分离的。因此，相应的教学理念、课程的教学设计 也