（计算机应用技术专业论文）基于xml的网络学习内容管理技术的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 网络学习已经成为重要的研究和应用领域，吸引了大量研究者和实践者的 关注。目前，不同的机构按照各自的方式组织、包装和发布学习内容，网络学 习内容形式各异，分散、大量的重复建设，严重妨碍了网络教育的普及和发展。 为了支持网络学习内容的重用、共享和交换，需要新的途径来组织和管理网络 学习内容。 论文的研究以学习对象的思想为基础，通过对学习对象属性的描述、以及 对学习对象包装和组织方法的定义，来支持网络学习内容的交换、重用。x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 技术对信息的描述和交换提供了足够的支持。在 本文的研究中，x m l 技术作为一个有效机制，支持对网络学习内容的描述。 本论文在研究与分析国内外相关研究成果的基础上，主要完成了以下工作： 首先对学习对象和l c m s ( l e a r n i n gc o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的一般架构进 行了深入研究，深入分析了i m s ( i m sg l o b a ll e a r n i n gc o n s o r t i u m ) 标准和相关 的学习内容组织、存储、重用等关键技术。然后，本论文以学习对象的形式定 义和描述学习内容，定义了它们之间的层次结构，并利用x m l 的特性将学习对 象的描述信息和内容分离，分别设计了描述学习对象属性信息的学习对象元数 据模型和描述学习对象结构的学习对象模型。论文讨论了网络学习内容的存储 方案，在此基础上讨论了一个l c m s 原型系统的设计和实现。 本论文在i m s 学习资源元数据规范和i m s 内容包装概念模型的基础上，提 出的学习对象元数据模型和学习对象模型，为l c m s 中学习内容的重用、查询 和交换提供了更好的支持。 关键词：网络学习内容，学习对象元数据模型，学习对象模型 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t e - l e a r n i n gh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o na r e a , w h i c h a t t r a c t sn u l l l e r o u $ r e s e a r c h e r sa n dp r a c t i t i o n e r s sa t t e n t i o n a tp r e s e n t ，d i f f e r e n t i n s t i t u t i o n so r g a n i z e ，p a c k a g ea n dr e l e a s el e a r n i n gc o n t e n ti nd i f f e r e n tw a y s ，t h e f o r m so fe - l e a r n i n gc o n t e n ta r ed i f f e r e n t ，a l s ot h ed u p l i c a t i o no f e - l e a r n i n gc o n t e n t ， s e r i o u s l yh i n d e rt h ep o p u l a r i t ya n dd e v e l o p m e n to fe - l e a r n i n g i no r d e rt os u p p o r t e - l e a r n i n gc o n t e n tr e u s i n g , s h a r i n ga n de x c h a n g e ，n e ww a y sa r en e e d e dt oo r g a n i z e a n dm a n a g ee l e a r n i n gc o n t e n t t h i sr e s e a r c hi sb a s e do nt h ei d e ao fl e a r n i n g o b j e c t s ，b yt h em e a n so f d e s c r i p t i o no fl e a r n i n go b j e c t s p r o p e r t i e s ，a sw e l la st h ed e f i n i t i o no fl e a r n i n go b j e c t s p a c k a g ea n do r g a n i z a t i o n , s u p p o r t st h ee x c h a n g ea n dr e u s i n go fe l e a r n i n gc o n t e n t x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) p r o v i d e ss u f f i c i e n ts u p p o r tt oi n f o r m a t i o n d e s c r i p t i o na n de x c h a n g e i nt h i ss t u d y , x m li sa ne f f e c t i v em e c h a n i s mt os u p p o r t t h ed e s c r i p t i o no ft h ee l e a r n i n gc o n t e n t b a s e do nt h es t u d ya n da n a l y s i so ft h er e l a t e dr e s e a r c hr e s u l t sa th o m ea n d a b r o a d ，t h em a i nr e s e a r c hw o r ki nt h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ：a tf i r s t , t h el e a r n i n g o b j e c ta n dl c m s ( l e a r n i n g c o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) a r c h i t e c t u r ei se l a b o r a t e d , i m s ( i m sg l o b a ll e a r n i n gc o n s o r t i u m ) s t a n d a r d sa n dr e l a t e dk e yt e c h n o l o g i e ss u c h a st h eo r g a n i z a t i o n , s t o r a g ea n dr e u s eo fl e a r n i n gc o n t e n ta l ei n - d e p t ha n a l y s i s t h e n , u s et h ef o r mo fl e a r n i n go b j e c tt od e f i n ea n dd e s c r i b el e a r n i n gc o n t e n t ，d e f i n et h e h i e r a r c h yb e t w e e nt h e m , s e p a r a t et h el e a r n i n go b j e c td e s c r i p t i o na n dc o n t e n t 、以t l l x m l d e s i g nl e a r n i n go b j e c tm e t a - d a t am o d e l st od e s c r i b et h el e a r n i n go b j e c t s a t t r i b u t e sa n dl e a r n i n go b j e c tm o d e l st od e s c r i b et h el e a r n i n go b j e c t s s t r u c t u r e f i n a l l y , t h i sp a p e rd i s c u s s e st h es t o r a g es t r a t e g yo ft h ee l e a r n i n gc o n t e n t , o nt h e b a s i so f w h i c ht h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f ap r o t o t y p es y s t e ml c m si sd i s c u s s e d i nt h i st h e s i s ，l e a r n i n go b j e c tm e t a - d a t am o d e l sa n dl e a r n i n go b j e c tm o d e l sa r e p r o p o s e do nt h eb a s i so fi m sl e a r n i n gr e s o u r c em e t a d a t am o d e la n di m sc o n t e n t p a c k a g i n gc o n c e p t u a lm o d e l ，w h i c hp r o v i d ea b e t t e rs u p p o r tf o rr e u s i n g ，s e a r c h i n g a n de x c h a n g eo f t h el e a r n i n gc o n t e n ti nl c m s k e y w o r d s ：e l e a r n i n gc o n t e n t ，l e a r n i n go b j e c tm e t a d a t am o d e l ，l e a r n i n g o b j e c tm o d e l i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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。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茂果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 购锄绔炙搠鞠才为寿日期椰“ 武汉理工大学硕士学位论文 1 1研究背景 1 1 1 网络教学的发展 第1 章绪论 互联网的兴起与发展，逐渐地改变了人类世界的运作方式，包括工作、生 活和学习方式，其中对教育的冲击首当其冲。知识以海量增长和传播，已大大 突破了时间和空间的限制，因此在世界各国，都大力发展和推广网络教学 ( e l e a r n i n g 1 】) ，以满足人们为了适应激烈的社会竞争和提高自身的素质必须 不断进行的学习和“充电 。简单讲，网络教学就是在线学习或网络化学习， 即利用互联网平台，学习者使用个人电脑上网，通过计算机网络进行学习。 与传统的课堂式教育相比，其主要优势： 1 ) 使广大的受教育者可以实破传统教育在教育资源( 师资、教材、实验等) 和教育方法( 统一进度、集中式和单向传授等) 方面的限制，不受时间和空间 的约束，可以根据自己的业务水平和时间安排学习计划，实现个性化的4 a ( a n y o n e ，a n y t i m e ，a n y w h e r e , a n y t h i n g ) 教育。 2 ) e l e a m i n g 通过交互式学习环境为学习者提供网络课程、多媒体素材、课 件、题库等数字化内容，从而有效地促进学习者知识和能力的发展。 3 ) e l e a r n i n g 强调以学习者为中心，根据学习者的个性特点，为学习者提供 自适应学习。 技术和媒体的发展一日千里、日新月异，最初的网站平台都是基于文件的， 是用j a v a s c r i p t 2 】和h t m l 3 】( h y p e r t e x tm a r k - u pl a n g u a g e ) 实现的，后来随 着互联网信息的剧增，基于文件的网站不能跟上知识增长的速度，基于数据库 的网站应运而生，随着1 1 1 t e m e t 【4 】的进一步普及，信息共享和数据交换日显重要， 人们开始关注网站内容的可重用性的实现，因此人们开始构建基于资源库的网 站。e l e a r n i n g 也不例外，当前e l e a r n i n g 成功的关键在于建立有效的、适合 个性化学习的学习资源库，在资源库的基础上实现各种应用。 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 2e l e a r n i n g 平台的发展 纵观过去几年e l e 锄i 1 1 9 平刨5 】的发展，主要集中在两个方面：对学习的管 理和对学习内容的管理。以两者为主线e l e a m i n g 习z 台主要经历了四个发展阶 段：第一阶段，内容管理系统( c m s ，c o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m 6 j ) ；第二阶 段，学习管理系统( l m s ，l e a m i n gm a n a g e m e n ts y s t e m t 7 】【8 j ) ；第三阶段，外供 e l e a r n i n g 平台( o u t s o u r c e de l e a r n i n gp l a t f o r m s ) ；第四阶段，学习内容管理 系统( l c m s ，l e a r n i n gc o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m t 9 j ) 。 国际数据公司( i d c ) 将l c m s 定义为能够创建、存储、发布和管理以学习 对象形式存在的个性化学习内容的系统。在l c m s 中引入了学习对象的概念，将 学习内容和描述信息分离，用x m l 1 0 】( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 作为交换 数据的格式。l c m s 中带有学习对象库，用于存储可重用的学习对象。l c m s 改 变了由特定公司发布e l e a r n i n g 学习内容的状况，同时，l c m s 能提供给学习者 个性化学习和评价。培训部门和教育单位能利用l c m s 追踪学习者的学习进度， 并能自动调整步调以适合学习者的学习需要。l c m s 的问世使学习内容的共享和 教学系统的交互成为可能，被认为是e l e a r n i n g 发展的第二次革命。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 学习对象的研究现状 目前国际上许多学术机构或组织如i e e el t s c 1 q ( i e e el e a r n i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r d sc o m m i t t e e ) 、i m s t l 2 j ( i m sg l o b a ll e a r n i n gc o n s o r t i u m ) 以及a d l t d j ( a d v a n c e dd i s t r i b u t e dl e a m i n gi n i t i a t i v e ) 等，致力于制定学习对象的相关标准 及研究其实现技术，目的是用标准的方法来定义和存取关于学习对象的信息， 并为学习对象提供与l m s l c m s 交互的通用应用编程接e l ( a p i ，a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ，使不同的网络系统之间有一种共同的交互语言可以彼此 无障碍沟通，降低开发平台交互功能的难度。学习对象相关标准方面的主要研 究成果有i e e e1 4 8 4 1 2 1 2 0 0 2 学习对象元数据规范( l o m t l 4 】，l e a r n i n go b j e c t m e t a d a t a ) 和i e e e1 4 8 4 1 2 3 学习对象元数据x m l 绑定规范，i m s 学习资源元 数据规范【1 5 】和i m s 学习资源元数据x m l 绑定规范f 1 5 】，i m s 内容包装规范【1 6 】和 i m s 内容包装x m l 绑定规范【l6 1 ，以及a d l 的可共享内容对象参考模型 2 武汉理工大学硕士学位论文 s c o r m 0 3 7 】( s h a m b l ec o u r s eo b j e c tr e f e r e n c em o d e l ) 等。 i m s 作为非政府组织，长期以来一直从事学习技术相关标准的开发与研究。 它们的研究范围从学习者相关标准、学习环境相关标准，到企业的应用接口规 范，共推出了几十个标准草案。它们提出的元数据模型成为l t s c 用于研制l o m 的原型，在l o m 不断完善发展的过程中，i m s 也在与l t s c 协调的基础上更新 自身的元数据模型，使其与l o m 在描述能力与语义表示上基本兼容。 i m s 相关标准【1 5 】【1 6 】的目的是规范对学习资源的描述，以实现资源在远程教 育领域内的广泛共享，在异构环境中为学习者或教育者对学习对象的查找、评 估、获取和使用提供支持，同时也为不同资源库之间实现数据的共享和互操作 提供支持。制定元数据标准的意义就在于确定元数据之间的“无歧义交换 ( u n a m b i g u o u s l yi n t e r c h a n g e ) 。通过标准的建立，确定一个通用的数据模型，以 保证元数据的不同绑定有较好的互操作性。 我国也于2 0 0 0 年开始投入人力开展这方面研究工作。国内的网络教育技术 标准体系主要参考了i e e e1 4 8 4 的框架，并根据我国教育实际情况修订与创建各 项标准，最终形成有本国特色的现代网络标准体系。在中国网络教育技术标准 委员会( c e l t s c 引，c h i n e s ee l e a r n i n gt e c h n o l o g ys t a n d a r d i z a t i o nc o m m i t t e e ) 的领导下，有关专家分成四个工作组开展各项标准的制订工作，目前已产生了 一批研究成果，首批发布了元数据相关规范和教学资源相关规范作为试用标准。 1 2 2 学习内容管理系统的研究现状 学习内容管理系统继学习管理系统之后成为e l e a m i n g 的研究趋势和热点。 学习内容管理系统【5 】f 9 】一般由学习对象库、自动著作软件、动态发布接口和管理 软件四部分组成。 1 ) 学习对象库：学习对象库是能存储和管理学习内容的中央数据库。 2 ) 自动著作软件：自动著作软件被用来创建可重用的学习对象( r e u s a b l e l e a r n i n go b j e c t ) ，这些可重用学习对象具用通用的组织结构和标准的描述格式， 是整个学习内容的实体表述。 3 ) 动态发布接口：动态发布接口可以根据学习者档案以及学习者的具体需 求，动态地发布学习内容，给学习者提供自适应的、个性化的学习。 4 ) 管理软件：管理软件主要用于学习内容管理系统的维护，给系统的管理 者提供相应的工具以对系统各个方面进行设定，如用户控制、学习对象的出入 1 武汉理工大学硕士学位论文 库操作等。 教育开源项目e d u f o r g e , 贝1 专门的建立了学习内容管理主题，探讨教育资源内 容管理的思想、技术和实现【1 9 1 。学习内容管理系统也是目前e l e a m i n g 市场上主 要的发展趋势和产品，其中以d o c e n t 、b l a c k b o a r d 、a u t l l o r 、w b t s y s t e r n 、l o g i c b a y 及o u t s t a r t 的系统最为成熟。 还有很多开源的学习内容管理系统，其中最有代表性的就是m o o d l e l 2 0 1 ( m o d u l a ro b j e c t - o r i e n t e dd y n a m i cl e a r n i n ge n v i r o n m e n t ) 。m o o d l e 功能强大， 支持多种语言，并且能很好的支持s c o r m 标准，但是m o o d l e 并不是专业面向 学习对象的学习平台，因此对学习对象的支持有限。 在我国网络教学系统的研发和建设过程中，要研究参考国内外现有的产品， 在设计过程中借鉴这些系统中的精华。现在部分高校陆续开通了高校网络教学， 但其应用的深度和广度都不及国外先进国家。究其主要原因，是我国网络建设 时间短，网上教育资源缺乏，网络的教育应用还处于起步阶段。学习内容管理 系统的设计、开发与应用在国外都比较成熟，相关理论的研究上也处于领先的 位置，但是应用过程还需要进一步研究和提升。 1 3 主要问题 目前，在e l e a r n i n g 研究中存在着各种问题，主要有以下几个方面： 1 ) 其中最为突出的是互操作性问题。网络教学作为一种教育的形式必然是 以教育资源为基础的。各个学校和教育机构虽然积累了大量的教育资源，但大 部分自成系统。对各个e l e a r n i n g 系统而言，无论是数据结构、组织方式、传 输协议、元数据的语义，还是学习者模型、学习过程的组织形式，它们都不通 用，不利于优势教育资源的整合共享。同时，同类资源的重复建设，浪费了国 家本来就不多的人力、物力，不利于网络教学的发展。 2 ) 目前网络上存在的教育资源的呈现形式多以静态网页为主，简单实现了 教材的电子化，大部分是以链接的形式组织，也缺少必要的交互，不能充分调 动学生的学习主动性。 3 ) 网络教学系统缺少适应性和针对性，教学材料和教学过程方案千篇一律， 不能根据不同的学生选取不同的教学内容，实施有针对性的教学。 4 ) 许多e l e a r n i n g 系统过分强调技术，忽视教学理论、学习理论的应用， 4 武汉理工大学硕士学位论文 更少吸收教育学领域新的研究成果，以至于脱离了e l e a r n i n g 的真正目的，使 e l e a r n i n g 很难收到应有的教学和学习效果。 调研发现，国内外现有的网络课程绝大多数都是以课程为单位整体设计的， 各个部分( 章、节) 之间有很多公用元素( 如修饰性图片、样式表等) 或者元 素穿插引用，导致整个网络课程不可拆分。这种高度耦合的设计方式导致网络 课程使用率较低，大多数网络课程都是根据需求从头设计、开发、编写已有的 教学内容，这样就远远跟不上e l e a r n i n g 发展的实际需要。 可重用的学习资源的建设是e l e a r n i n g 系统建设的重中之重。如何解决 e l e a r n i n g 系统建设过程中的资源共享、资源访问、系统互操作、资源显示、效 率等问题是本文研究的重点。 1 4 本文主要工作 本文拟以大学校园网为背景，提出一个基于x m l 的学习内容管理的解决方 案，搭建一个网络教学平台，支持学习者对该平台上的各类学习内容的有效访 问。本文中学习内容以学习对象的形式组织和包装，并且为了支持资源共享和 对学习对象的有效访问，定义和构造学习对象元数据来描述学习对象的信息； 学习对象元数据可以用于学习资源的标识、集成、交换、查询等工作，可以更 加精确地描述学习资源的语义，从而使学习资源从机器可读转化为机器可以理 解，进一步地支持学习内容的重用、交换和管理。 本文研究工作主要从以下几个方面展开： 1 ) 学习对象的分类。以学习对象的形式定义和描述学习内容，研究学习对 象及其相关的网络教育技术标准( 如i m s 标准等国内外标准) ，论述系统涉及到 的关键技术( 如：学习内容的描述、组织、封装、存储和重用技术等) 。 2 ) 建立学习对象元数据模型。学习对象元数据描述了学习对象的信息，在 学习内容管理中发挥着重要的作用，它对网络信息资源的发现和搜索提供了很 好的支持，通过搜索元数据可以让用户快速的查找和使用正确的学习对象。本 文在现有的学习对象元数据标准的基础上进行扩展和缩减，依此来定义元数据， 提出学习对象元数据模型的概念，并给出元数据模型的设计方法。 3 ) 建立学习对象模型。给出了学习对象组织包装的模式来描述学习对象的 结构，以一种统一的规范保证了教学资源在不同的e l e a r n i n g 系统l 、日j 以学习对 5 武汉理t 大学硕士学位论文 象的形式共享复用。学习对象模型包括学习对象的x m l 模式文档【2 l 】和学习对 象的x m l 实例文档【2 2 1 。 4 ) 网络学习内容资源库的建立。网络学习内容资源库是一切应用的基础， 将素材存储在素材库相应类别的文件夹中，学习对象存储在学习对象库( 物理 文件夹) 中，学习对象元数据存储在o r a c l e1 0 8 2 3 1 的ld b 2 4 1 【2 5 】中，形成了网 络学习内容资源库。 5 ) 在建立学习对象元数据模型和学习对象模型的基础上，设计一个基于 x m l 的l c m s 原型系统。 本文没有实现一个完整的网络学习内容管理系统，但是提供从内容收集、 创建到最终发布所需要的基本功能。 1 5 论文的组织 本文的组织结构如下： 第l 章中，介绍和分析本文的研究背景，界定了本文的主要工作和范围。 第2 章中，对网络学习内容组织方法进行了研究。首先介绍了学习内容和 学习对象，包括学习对象的概念和特点、学习对象的层次关系、学习对象元数 据和学习对象包装，并对学习内容组织方法进行了阐述；然后介绍了学习内容 管理系统，论述了学习内容管理系统的一般架构和l c m s 的研究重点。 第3 、4 章中，对学习对象进行了研究，建立了学习对象元数据模型和学习 对象模型。讨论了学习对象所承载知识的类别，设计并实现了学习对象元数据 模型和学习对象模型。 第5 章中，建立网络学习内容资源库。将素材和建立好的学习对象元数据、 学习对象存储起来，为各种应用提供基础数据。 第6 章中，网络学习内容管理系统的设计和实现。在分析需求后，介绍了 系统的总体设计和数据库设计，描述了一些像网络学习内容的制作和发布这样 重点问题的解决方案。 第7 章中，对全文进行总结和展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章学习内容组织方法研究 本章主要对学习对象展开研究，探讨以学习对象来构造学习内容，提出了 一种基于学习对象的网络学习内容组织方法，并对网络学习内容管理系统进行 粗略研究。 2 1 学习内容和学习对象 在e l e a r n i n g 系统中，学习内容( 也称为学习资源) 是知识的载体，它们通 常体现为各种各样的数据文件，如文本、图片、视频、音频等各种形式的素材 文件，它们往往按一定的学习目标、学习策略组织起来，以课件的形式呈现， 为学习者提供需学习资源。 传统方法中制作好的内容不能从一个学习平台转移到另外的学习平台，除 非根据平台的要求重新制作内容；不能跨平台来重用学习内容块；不能根据学 习目标的改变，实现内容块的拆分或者内容块之间的重新组合以形成新的学习 内容；不能产生可查询的学习资源库，来实现跨平台跨系统的查询等。而引入 面向对象的思想来构造学习内容，将学习对象看成能够帮助学习者完成一定的 学习目标并且独立完整的粒度较小的网络学习内容资源，它们可以构成更大的 学习对象，可以有效解决上述问题。 2 1 1 学习对象的概念和特点 所谓“学习对剩1 9 】【2 6 1 是指任何数字或非数字化的实体，这种实体可以在 学习的过程中被利用、重用或作为参考。在本文中，学习对象特指任何可重用、 计算机能够识别、处理和表现的数字教学资源。 学习对象和普通的数据文件不同，它具有以下特性： 1 ) 可重用性( r e u s a b i l i t y ) 可重用性是学习对象最根本、最重要的特性，也是统领其他特性的关键点。 可重用性是指“学习内容被使用于多种应用和多种情景的灵活性”，包括不同 7 武汉理工大学硕士学位论文 人出于不同目的对学习内容的重用，也包括在不同时间、不同空间上的重用， 还有在同一情境内或不同情境间等多种情形下的重用效率和共享效果的问题。 2 ) 教学性( i n s t r u c t i o n a l ) 学习对象是用来支持学习的，因此具有教学功能，在设计时学习对象要有 一个明确的学习目标。 3 ) 自足内聚( s e l f - c o n t a i n e d , c o h e s i o n ) 及可聚合性( c a nb ea g g r e g a t e d ) 学习对象的自足内聚性是指每个学习对象都是一个独立而又具有应用价值 的教学资源构件，可以不借助其它学习对象独立存在，相当于是一个功能部件。 4 ) 以元数据标识( a r et a g g e dw i t hm e t a d a t a ) 学习对象的基本组成包括两部分：学习对象本身以及学习对象元数据。学 习对象可以看作知识的载体，代表了大量教学资源的实体形式，而元数据【l5 】是 关于数据的数据，相当于这些资源的目录和简介。通过元数据，我们可以很方 便地搜索资源，可以说，识别了元数据，也就是识别了资源。 2 1 2 学习对象的层次 学习对象是知识的直接载体，而现实中的知识具有专业性、继承性等一系 列特性，知识的这些特性决定了知识具有一定的层次【2 7 1 ，见图2 1 。 知识单元一一 知识主题一一 知识簇 一一一一一 知识点 一一一一一 图2 1 知识的层次 1 ) 知识点，是教学活动过程中传递教学信息的基本单元，包括理论、原理、 概念、定义等，在结构上是不可再分的，例如：t c p i p 协议中的“三次握手一 概念，我们可以用文字、图片、动画等形式来说明这个概念，它就是一个独立 的知识点。 2 ) 知识簇，一组相关的知识点组织在一起，就是知识簇。例如：把“三次 握手 概念、“t c p ”协议概念、“i p 协议概念组合到一块，可以形成完整的 “t c p i p ”协议内容。 8 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) 知识主题，知识主题是一组知识簇根据一定的主题组织在一起得到。例 如：把“t c p m 参考模型各层的功能、“t c p i p 协议、口地址组合到块， 可以形成计算机网络体系结构的内容。 4 ) 知识单元，它标识一个单独的主题模块。比如“计算机网络技术 课程 可以看作一个知识单元。 学习对象也具有一定的层次结构。根据可以拆分和不可以拆分，本文将学 习对象分成两类：一类是原子学习对象，即不可再分的学习对象，是学习内容 的最小单位，在它的基础上可以组合成更大粒度的学习对象；另一类是复合学 习对象，由原子学习对象或复合学习对象组合而成，包含的学习内容相对完整， 是学习内容的主要表现形式。 学习对象的层次见图2 2 ： 复合学习对象一 复合学习对象一 原子学习对象一 素材 一一一一一 图2 - 2 学习对象的层次 1 ) 素材。主要是组成学习对象的原始素材，比如文本、图片、音频、视频 等等，是整个层次的最底层。对于学习者，它们不能单独出现，必须组合成原 子学习对象才能展现给学习者，否则对于学习者它们是毫无意义的。这就意味 着对于学习者能实现学习内容共享的最低层次是原子学习对象，素材不能实现 共享。但对于同一组织的学习对象制作者来说，素材是可以共享的，但范围仅 限于同一组织。对属于不同组织的学习内容制作者来说，原则上不允许进行素 材的共享，因为没有对素材进行任何描述和标记，但可以添加素材的元数据， 实现某种程度上的共享。 2 ) 原子学习对象。它是在素材的基础上根据一定的教学目标把各种素材内 容集成到一起而形成的学习对象，它是不可再分的。这就要求每个学习对象有 明确的学习目标，类似于“知识点的概念。原子学习对象是学习对象的最低 层次，也是展现给学习者的最小单元，同样也是学习者共享学习内容的最低层 次。 9 武汉理工大学硕士学位论文 3 ) 复合学习对象。由图2 2 可以看出，复合学习对象可以由若干个原子学习 对象或复合学习对象组成。如果以一门课程为例的话，原子学习对象对应的是 不可再分的知识点，而复合学习对象可以对应节、一章或整个课程。主要依据 还是学习目标，学习者需要学习较高层次的内容，而不只限于单个的知识点。 学习对象不是孤立存在的，它们之间存在聚合( a 是b 的一部分) 、组合、 关联、前驱和后继( 前后顺序) 、平行等几种关系。 1 ) 聚合。两个学习对象a 、b ，若a 包含了b ，就称b 继承于a ，a 是b 的上 一层，b 是a 的上一层。这体现了学习内容的细化。 2 ) 关联。三个学习对象a 、b 、c ，若anb - - c ，则称a 和b 是相关联的， 这体现了学习对象间的联系。 3 ) 前驱和后继。两个学习对象a 、b ，若a 一 b 而没有b 一 a ，则称a 是b 的前驱，b 是a 的后继。这体现了学习内容的序列性。 4 ) 平行。两个学习对象a 、b ，若a 一 b 而且b 一 a ，则a 和b 是平行的。 这体现了对这两个学习对象的学习不具有序列性，掌握不分先后。 2 1 3 学习对象元数据 学习对象元数据描述了学习对象的特征和属性。把学习对象元数据存储起 来，并且用来标识学习对象库中的学习对象时，可以有效的使用学习对象。使 用学习对象元数据有很多优点。 1 ) 用户可以在不操作学习对象的情况下，通过元数据信息来了解学习对象 的一些有用的属性，从而可以获取和更好地利用学习对象； 2 ) 通过元数据所提供的信息，可以对学习对象进行有效的分类管理和查找； 3 ) 用户可以从元数据信息中获取学习对象的评价信息，也可以把自己的评 价加入到元数据中，以便和他人共享； 4 ) 学习对象元数据为学习对象的互换和共享提供支持。 本文的主要参考i m s 学习资源元数据模型的基本结构参照了l o m 1 4 】的基本 框架，通过定义一个统一的结构对学习对象进行描述，以增强学习对象描述的 互操作性，由通用、生存期、元元数据、技术、教育、权利、关系、评注和分 类等九个类别组成。 学习对象元数据概念模型如图2 3 所示。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 血i f l | 数握j i 悟数l i o 据自8 悟的l | | 信息i | 9 j| 【l ：；：；到 挞 学习对 敛直 学习对 象在教 育和教 她 i 悼习对 盖丕 学习对 象和别 的学习 对象之 问的关 系 诬注 学习对 象在教 学使用 方面收 到的评 价 趑 学习对 象在某 一分类 系统中 所处的 位置 图2 3 学习对象元数据概念模型 i m s 在元数据概念模型的基础上，针对当今x m l 在w e b 上的广泛应用以 及x m l 用于描述元数据模型的高效率，提出了元数据的x m l 绑定规范，该规 范对于元数据概念模型中的每个元素，都规定了其在x m l 绑定实例中的表示方 法、出现的次数和嵌套结构，同时也规定了每个元素在x m l 绑定实例中可以包 含的属性和元素。通过定义一组x m l 模式文档来定义学习对象元数据的语法和 语义，用于描述学习对象元数据实例的结构。生成的一组符合该模式文档的x m l 实例文档就是学习对象的元数据描述。这就为用流行的x m l 文件来表示学习对 象元数据提供了直接可以参照的规范，大大推动了元数据模型在教育软件开发 领域中的应用。 此外，针对元数据模型庞大、复杂、难于理解的特点，i m s 专i - j n 定了学 习资源元数据的最佳实践指南。该指南对复杂的元数据进行了图式化的深入浅 出的介绍，并对元数据模型使用过程中的一个重要问题词汇表的选择使用进行 了着重的论述。针对d u b l i nc o 甜2 8 】的广泛使用，该指南提供了粗略的由l o m 向 d u b l i nc o r e 中的元素的映射关系，从而为采用d u b l i nc o r e 的用户转向使用l o m 提供了便利，也使得新的用户能够最大程度的保证对d u b l i nc o r e 的兼容性。 学习对象都有自己的属性和内容，如学习对象的名称、格式、教学目的等 等，这些信息将作为学习对象的元数据。如果现在把“学习对象元数据规范 看作是一个学习对象，那么表2 1 【l8 j 就是它的一些典型的属性，即元数据。 凰习象统用息 一 通学对的统信 一 武汉理工大学硕士学位论文 表2 1 元数据举例 标题学习对象元数据规范( l o m ) 描述规范定义了一个概念上的数据模型，用于定义学习对象元数 据实例的结构。对于本规范，学习对象包括一切实体，无论是数 字的或非数字的，只要用于学习、教育或培训即可。 关键字 学习对象，元数据 大小 3 1 8 9 7 6b y t e 学习资源类型描述性文本 贝角色作者 献 实体单位：清华大学媒体所 者 地址：北京清华人学计算机系 日期2 0 0 1 年1 2 月1 5 日 2 1 4 学习对象的包装 学习对象内容包装模型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，为学习资源的制作提供标准数据绑定的基础，从而使学习资源可以在 不同的创作工具、学习管理系统和运行环境之间互操作。 i m s 的内容包装模型1 1 6 】描述的包由两个主要元素组成：一个特定的内容清 单文件和若干物理文件。内容清单描述了包中的学习资源以及这些资源是如何 组织的。物理文件是一些实际的文本、图像或其他素材，存放在内容清单中描 述的各子目录下。一旦一个包为了便于传输而被合成一个单独文件 ( 如z i p ，j a r ) 时，将会被称作包交换文件。如图2 _ 4 所示。 一个包代表了一组可单独使用和可复用的学习内容。一个包可能是一个知 识点、一节、一章、一门课程或者课程的集合，它是可以独立使用的有意义单 元，还可以被组合或分解成其它的包。包必须能够独立存在，即它包含了被单 独运行时或复用时需要的所有信息。包并不一定要求组合成一个包交换文件。 一个包不需压缩成一个单独文件就可以通过c d 或其它可移动媒体发布。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 图2 4 内容包装概念模型 内容包装模型的重点是内容清单文件。图2 5 阐述了一个内容清单的结构。 在一个内容清单文件中，内容清单元素是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。每一个内容清单实例包含以下 几部分： 元数据部分一x m l 元素，对内容清单作整体描述； 组织结构部分x m l 元素，描述了在内容清单中内容的一个或多个组织结 构； 资源部分x m l 元素，包含了对所有实际资源和内容清单中所需媒体元素 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： 子内容清单零个或多个嵌套的内容清单。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 可重用单元 包的元数据表示 包的组织结构 一个详细的分层组织目录树 组织目录树中的节点 他没有放本规范定义的组织结构 资源引用集合 一个特定的资源 资源的元数据表示 资源的本地引用文件 对其他子内容清单的引用。 一对一一对多一对多 c 恕c 憋憋c 怒 图2 5 内容清单的结构 内容清单的作用范围是可伸缩的。一个内容清单描述可以独立使用的学习 内容：一个原子学习对象( 知识点) 、一节、- i q 课程或者课程的集合，通过使 用子内容清单可以组合和拆分一个包。如果组成课程的所有内容连接紧密以致 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 于不能进行拆分，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，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，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。 2 1 5 基于学习对象的学习内容组织方法 任何一个从事创建学习资源的人都希望他们所构建的学习内容是可重用 的、可共享的，也是可互操作的，这是制作网络学习资源的基本目标。资源重 用可以节省费用；资源共享可以使不同的学习内容制作者优势互补，取长补短； 互操作性可以使制作好的学习内容非常容易地从一个学习平台迁移到另外的学 习平台，不需改变或最小程度的改变。同时，希望制作好的学习内容可以在网 上被别人检索，也能检索到别人的学习内容。这就要求我们在设计和开发学习 内容资源时，必须采用全新的学习内容组织方法。 第一，基于学习对象的思想，对学习内容进行组织和包装。以一种可以用 来交换学习内容的标准数据结构来组织和包装学习对象，为学习对象提供标准 数据绑定的基础。 第二，学习内容与l m s 的相分离，使学习内容的制作独立出来。学习内容 与l m s 之间必须留有公用的接口，利于l m s 调用学习对象从而把它展现给学 习者。 第三，学习对象的层次结构。学习对象可以有不同的层次结构或粒度大小， 从而满足不同层次的共享。比如，对于不同的内容制作者，需要实现素材( 文 本、图片等) 的共享，从而支持学习对象的开发；对于学习者，可能需要在学 习一个主题时和其他学习者交换不同主题的学习对象：对于不同的学习站点， 可能需