基于面向服务体系结构的知识管理学习系统研究.doc

基于面向服务体系结构的知识管理学习系统研究 湖南省高校图工委科研课题(No.2007L15 )资助。詹玮 李苹（湖南科技大学图书馆，湖南湘潭 411201）摘要：针对教育新的发展趋势和数字化学习的重要性，借助知识构造，协作学习，概念映射，以问题为中心的学习，学习工作流程和知识管理的相关理论，提出一种基于面向服务体系结构和工作流程的知识管理学习系统框架。该系统不但可以为成年学习者提供一个完整的学习环境、多样性的领域知识和基于面向服务体系架构的学习内容，而且通过提供用户语音和网络界面增强了学习功能。因此，该系统可以为人们实现终身学习提供帮助。关键词：知识管理学习系统；数字化学习；协作学习；终身学习中图分类号：G.434Research of Knowledge Management Learning System based on Service-Oriented ArchitectureZHAN Wei LI Ping(Hunan University of Science and Technology Library, Hunan Xiangtan 411201,China)Abstract: Aimed at a new trend in education and the increasing important to E-Learning, a framework of knowledge management learning system based on a service-oriented architecture and a workflow is proposed by using the correlative theories of cooperative learning, concept mapping, problem-based learning, learning workflow and knowledge management. The system is a learning management system that not only provides a complete-learning environment, diversity of domain knowledge and learning contents based on service-oriented architecture for adult learners but also enhances the learning functionality by presentation of voice user interface and web interface. Therefore, the system can help people to realize lifelong learning.Keywords: Knowledge management learning system; E-Learning; Collaborative learning; Lifelong learning1. 引言近年来，数字化学习（E-Learning）已经改变了传统的教学和学习方式。数字化学习的主要特征是学习者可以通过互联网随时随地学习。与此同时，教育新的发展趋势已经从“以教师为中心的学习”向“以学习者为中心的学习”转变。因而，学生需要学习如何探索、发现和构建知识。知识不仅包括数据，信息，知识和智慧，而且区分隐性和显性知识。个人知识构建的过程可以分为五个级别：知道什么，懂得如何做，知道为什么，关心为什么，并理解如何以及为什么。通过对话，知识转化过程为知识外部化、内在化、仲裁和认知的过程。通过这样处理，知识可以实现转换。因此，知识管理的过程就是创新，获取，共享和应用。构造论强调通过学习者的积极探索和发现来进行知识构建。学习者有动机寻找相关信息，以解决他们的问题，构建知识，并实现有效地学习。构造论的学习观点强调经验学习，学习者的核心作用，冲突局势的创造，相互尊重和互动式学习。构造论还强调协作学习。协作学习过程的重点是团队精神以及在社会环境中协助学习的互动，评估和合作。合作过程分五个阶段进行，包括共同存在，提高认识，交流，合作与协调。现有通用学习系统概念缺乏教育学理论。因而，数字化学习的潜力没有得到充分利用。换句话说，学习者的学习行为和态度是无效的和不情愿的，因此，学习者的学习动机和意图就不能唤起。到目前为止，国内外在研究数字化学习和知识管理（Knowledge Management）方面的文献较多1-7。而在研究知识管理学习系统（KMLS）方面的文献较少8-11。本文主要利用构造论的学习观点，基于成年人学习的概念，提出一种知识管理学习系统构建框架，以期为每个人在任何时间和任何地方提供信息，为成年人实现终身学习提供帮助。2. 知识管理学习系统KMLS是一个学习管理系统（如图1所示），它为学习者提供了完整的学习环境，例如，该系统可以为学习者提供一个基于工作流程的学习环境。此外，该系统不仅能提供多样性的领域知识和基于面向服务体系架构（SOA）的学习内容，而且通过提供用户语音界面（VUI）和网络界面（GUI）增强了学习功能。因此，学习范围不再局限于通用学习管理系统的缺省知识。KMLS使用语音XML标记语言，以支持系统和学习者之间的对话。知识管理学习系统的第一个功能是通过视觉（例如，Web浏览器）和语音（例如，语音设备，电话，手机）所呈现的学习内容为技术文化较弱或视力残疾学习者提供参加学习的机会。其次，KMLS不仅提供显性知识，例如，数据收集，分类等，而且也支持协作学习（即学习社区），以便通过咨询，评估，讨论和交流经验，将隐性知识转换为显性知识。第三，生活教育的主题是每个人都需要面对学习和发展自身能力，并且不受年龄，性别和兴趣的限制。最后，将协作学习的理论（例如学习动机，认知）和实践（即学习活动，评估工具）结合起来，以促进成年人的学习和生活教育。图1 知识管理学习系统的框架面向服务体系构架是一个分布式系统的形式。在文中，KMLS使用SOA功能的一部分，即服务注册表。每个学习对象提供者（学习对象服务的所有者）直接向注册表发布或更新其服务描述。KMLS中的服务请求者提供发现标准，并根据其相关的功能描述和能力来登记和选择合适的服务内容（如学习对象服务）。因此，这将整合KMLS和学习对象服务之间的互动服务。KMLS共有五个子系统，每个子系统的功能如下所示（见图2）：（1）会话学习网关子系统会话学习网关子系统处理内容到语音的转化，并且为学习者将语音XML文件转换成语音。学习者可以通过会话学习网关子系统的用户语音接口（电话或其他语音设备）进行交谈。利用该子系统引入的方法，可以实现学习者和KMLS之间的对话。（2）学习活动子系统学习活动子系统可以为学习者提供单独的和协作的学习环境。学习的活动包括参加培训课程，搜索信息和日程安排等。当学习者的学习活动正在取得进展时，该子系统将继续提供相关的学习活动和保持学习状态记录，以获得学习资源档案，并可以将其加入系统数据库中。（3）学习辅助子系统学习辅助子系统可以指导学习者有效地学习。服务开始前，教师必须为原来的学习计划修订额外的对象和属性（来自学习者的观点）。因此，该子系统可以积极地监控学习者的学习过程，并进一步为学习者提供相关建议。例如，如果学习者在学习过程中遇到一些困难，该系统将为学习者提供帮助，如降低课程难度，并学习其它基本课程。（4）教学设计子系统教学设计子系统可以为作者提供编辑学习计划和搜索信息等操作。根据收集到的信息，作者可以通过定义学习对象的属性和关系来建立学习计划。因此，学习计划可以被转移到KMLS数据库中，并可以交付给学习者进行自我或协作学习使用。（5）学习工作流程管理子系统学习工作流程管理子系统负责创建，管理和执行学习工作流程。首先，当一个学习者在系统中登录成功并开始学习时，工作流程管理系统查询学习者已选的或作者指定的来自课程库的课程定义，然后根据这种定义建立一个学习实例。在工作流程模型中，定义一个学习清单界面来实现用户和工作流程管理系统之间的互动。一个学习活动通常会产生一个或多个学习项目，这些项目可以通过学习清单来形成。此外，KMLS系统架构还包括学习接口，创作接口，课程设计工具，学习对象服务和数据库等功能模块。现对其中部分功能模块说明如下：课程设计工具是用来分析，模拟，描述和记录课程的定义。利用课程设计工具，作者可以搜索所需要的信息，包括来自数据库中的学习者的学习档案，来自服务注册表中的学习对象和来自课程库的已产生的课程定义。此外，作者可以根据概念映射来修改课程定义，这为课程设计提供了一个准则。作者可以通过定义学习对象的属性和关系来建立课程定义。最后，课程定义可以直接被转移到学习课程库和学习代理中去。数据库，即信息存储库，它主要包括学习总结（显性知识），导师指导记录（隐性知识）和学习者的互动记录（隐性知识）。上述信息可以为作者和导师提供一个重要参考。根据该参考，他们可以建立一个适合学习者的课程定义和指导。在KMLS中，学习代理跟踪学习者的学习进度，并将信息存储到相关资料库。这为作家和导师提供反馈，以促进他们对学习问题的思考和创新。图2 知识管理学习系统的架构3. 协作学习成年人教育不同于儿童教育，文献12在区分传统教育学和成人教育学时作了如下四种假设： （1）改变自我概念，因为成年人需要更多地自我指导；（2）经验，因为成年人有丰富的促进学习的经验； （3）愿意学习，因为成年人对有关解决问题的主题感兴趣；（4）问题导向学习，因为成年人在他们遇到问题的地方会激发学习动机。学习是鉴于学习者的先前知识而创建经验的过程，所以，学习是一种新的经验的解释12。根据成年人学习的特点，一个E-Learning系统必须立足于以学生为中心的学习，并应该允许学习技术在支持和加强学习经验方面具有更大的灵活性。协作学习是基于构造论，概念映射，并以问题为中心来设计学习的。而概念映射和以问题为中心的学习是以构造论为基础的。由这两个概念，协作学习形成了一系列学习活动、指导和评估，以帮助成年人有效地学习。构造论来源于认知心理学领域13。构造论的主要假设是：知识在学习者内部主动构建，并通过与原有知识的综合来学习新知识。有几个教育原则源于构造论，如概念的发展，深刻理解，活动学习，反身性思维，协作学习，在先前的和新的信息之间建立明确的联系等。概念映射是一种在视觉上表示信息结构的技术。例如，使用一个学习计划的概念映射，就可以识别主要概念，子概念，广义概念，非广义概念，并显示它们之间的关系。这有助于学习者更清楚地理解学习素材的含义，层次结构和关联等。概念映射是以问题和学生为中心的。利用概念映射可以帮助教师知道学生自己想要学习什么，并促进学生发展解决问题的能力。它可以成为超媒体概念的发展，导航结构，超媒体应用，超媒体对象索引和检索的有用工具。以问题为中心的学习是在复杂现实的世界问题背景下引入的。它强调批判性思维技能，理解，懂得如何去学习，并与其他人进行合作。设计以问题为中心的学习一共分为六个步骤：发展问题，理解问题，收集和整理数据，分析问题，解决问题的策略，结论报告9。协作学习是小团体的教学运用，以便所有团体成员共同努力，以最大限度地提高自己和彼此之间的学习。目前，有三个理论观点指导研究协作学习：社会相互依存的观点，认知发展的观点和行为学习理论的观点。协作的基本组成部分是：积极的相互依存，个人和团体的责任性，促进性互动，人际关系和小团体技能，团体处理。总之，协作学习活动是通过工作流程技术来支持的。4. 协作学习的KMLS结构由上面的分析可知，协作学习活动是通过工作流程技术来支持的。所以，对基于KMLS的具体应用，需要为其定义学习工作流程。学习工作流程关注的是学习自动化的过程，在该过程中，根据一套既定的规则，文件、信息或任务在参与者之间传递，以实现一个总体业务目标。通常一个自动化的学习过程可以在一个过程内定义，并且其中包含了过程的所有必要信息，以使它能够被工作流程管理系统执行。因此，自动化的学习过程的定义必须明确系统要求。图3是一个简单的学习工作流程示意图。图3 一个简单的学习工作流程示意图举例来说，在KMLS中，本文为学习者确定三个主要学习阶段：指导（S1），学习活动（S2）和评估（S3）。如果一个新的学习者登录系统成功，他/她就进入了系统的第一阶段S1。该系统将提供学习指南，问题，解答等。在学习者理解如何去学习后，他/她就可以进入下一阶段S2，该阶段包括学习社区入口，收集和整理数据，分析问题等。最后，学习者可以在第三个阶段S3接受评估。如果评估达到要求，学习者就可以退出系统，否则，学习者就再次转到第一阶段，直到其评估达到要求。本文综合Web服务和工作流程技术构建基于工作流程的协作学习环境。基于工作流程的协作学习KMLS结构如图4所示。知识管理学习系统中存放着学习资源，例如图书，教材，媒体，学习清单，以及问题报告等。学习总结包括登录次数，讨论经验和学习经验（如年级，摘要，问题，反映和意见等）。作者和教师根据从KMLS、本体论和学习总结中收集的相关资料为学习者设计合适的课程。作者需要通过收集有关主题以及来自合作者团体反馈的全部资料来明确界定学习动机（如图4）。动机一般可以分为外在动机和内在动机两种。在行为性（或外在的）阶段，作者明确定义一个主题的学习目标，评估工具提供测试成绩，教师的指令和奖励；在社会性（或内在的）阶段，教师为协作学习者们提供指导、帮助和咨询服务。认知过程不仅是学习者之间的连续讨论和协商的过程，而且是冲突，解决和修正的过程。例如，作者设计一个冲突局面，如辩论的焦点问题，针对学习社区的问题导向主题等。通过讨论（随时随地），如分享经验，表达冲突的观点和协商，合作者可以实现认知和行为的转变。在这些步骤中，协作者可以自由地表达自己的观点和判断，教师在学习指导中将发挥重要作用。最后，本文使用的评估工具，如自我评估，同侪互评和总结评估（教师控制），以评估学习转变过程中的具体问题。根据学习总结的记录，教师的指导，解决的问题和评估报告，就可以知道学习型社区是否可以促进具体应用的思考和创新。图4 协作学习的KMLS结构5. 结束语本文以知识构建为基础提出一种知识管理学习系统框架，以促进协作学习更有效。在这个学习框架中，知识构造理论和以问题为中心的学习在提高知识管理的价值上将发挥至关重要的作用。此外，该系统框架对视力残疾人士来说是有益的。由于视力存在缺陷，他们不能从互联网的图形用户界面上获取信息，但可以通过KMLS在线学习，可以通过该系统的语音接口或设备随时随地学习。因此，这种知识管理学习系统可以为人们实现终身学习提供帮助。参考文献1 张天俊等.论知识管理与数字图书馆信息资源建设的优化J.中国图书馆学报,2002,(3):36-39.2 陈小玲.论数字图书馆的知识管理J.图书情报工作,2001,(5):25-27.3 A.Kohlhase, M.Kohlhase. Semantic Knowledge Management for EducationJ. Proceedings of the IEEE,2008,96(6):970-989.4 S.Mclaughlin. Knowledge management-Achieving success with KM J.Engineering Management Journal,2007,17(5):42-45.5 M.Melia, C.Pahl. Constraint-Based Validation of Adaptive e-Learning CoursewareJ. Learning Technologies,IEEE Transactions on,2009,2(1):37-49.6 V.Devedzic, J.Jovanovic, D.Gasevic. The Pragmatics of Current E-Learning Standards J.Internet Computing,IEEE,2007,11(3):19-27.7 L.M.Regueras, E.Verdu, M.FMunoz. Effects of Competitive E-Learning Tools on Higher Education Students: A Case StudyJ.Education, IEEE Transactions on, 2009, 52(2):279-285.8 Chen Hong-Ren, Huang Hui-Ling. Development of Knowledge Management Learning System for Supporting Computer Courses in Junior High SchoolC. Education Technology and Computer Science, ETCS 09. First International Workshop on, 7-8 March, 2009,3:458-462. 9 Wan-Jen Chang, Hsuan-Hung Chen, Yuan-Sun Chu. Application of Knowledge Management Learni