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學習對象技術及其應用伍萃秀 楊宗凱 華中科技大學電子與信息工程系摘要本文論述了學習對象、元數(shù)據(jù)、XML等技術，簡單介紹了學習對象技術的相關標準，提出了一種基于學習對象的教育資源應用系統(tǒng)。該應用系統(tǒng)得到教育部面向21世紀教育振興行動計劃“現(xiàn)代遠程教育工程網(wǎng)絡教育資源描述、注冊與管理系統(tǒng)”項目的支持。關鍵詞 學習對象 元數(shù)據(jù) XMLAbstract This paper describes Learning Object, Metadata and XML technologies, and gives a novel approach for specifications or standards of Learning Object. Then, we present the research of LO-based educational resources system which within our project of “Modern Distance Education Project-Description, Registration and Management of Distance Learning Resources” supported by ministry of education. Keywords Learning Object, Metadata, XML導言雖然我國網(wǎng)絡教育的發(fā)展目前還處于初級階段，但已經(jīng)涌現(xiàn)了各種教育資源，這些教育資源利用了多媒體的各種技術，可謂豐富多彩。但是如果僅有教育資源，而不能有效的共享及利用它們，只能導致資源的重復性開發(fā)，浪費人力、物力。如果教育資源共享的問題不能得到有效的解決，網(wǎng)絡教育也就無法體現(xiàn)其通過網(wǎng)絡傳播知識的優(yōu)勢了。將網(wǎng)絡上分布的各類教育資源組織成各個層次上可重用的學習對象（Learning Object），并提供教育資源的存儲、共享及獲取等服務，即符合人們使用網(wǎng)絡資源的習慣，又具有較好的封裝性、重用性。有效地使用學習對象，其關鍵之一就在于利用學習對象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包裝信息對教育資源進行一定的組合與封裝。當學習對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝信息標準化后，在現(xiàn)有教育資源庫的基礎上，我們就能建立基于學習對象的教育資源應用，有效的解決教育資源共享的問題。學習對象概念學習對象，指的是在任何學習行為中可以被使用、重用或是引用的任何的實體。其中，“學習行為”指的是傳統(tǒng)教學、遠程教學、基于計算機的培訓等。學習對象包括教學計劃、時間安排、學習目的、幻燈片、網(wǎng)頁、軟件等等。學習對象和教育資源之間存在著密切的聯(lián)系。教育資源是真實存在的、能提供網(wǎng)上教學的任何資源，學習對象是在教育資源的基礎上抽象出來的一個概念。學習對象不僅包括了教育資源，還包括了對教育資源必要的描述信息、組織信息等，因此學習對象這個概念具有一定的人為性質(zhì)，可根據(jù)實際需要動態(tài)改變。雖然學習對象和教育資源不是同等的概念，但是存在著一定的對應關系，即單個的教育資源可以封裝成一個學習對象，也可以分解成幾個學習對象，多個教育資源也可以對應一個學習對象，兩者的對應關系以實際應用為指導，根據(jù)實際需求選擇學習對象的粒度大小。多個學習對象之間可能出現(xiàn)包含關系。見下圖實例： 圖1只是一個簡單的示例，其中學習對象A對應于教育資源a，學習對象B對應于教育資源b，而學習對象C由A和B組成。教育資源a可能是高等數(shù)學這門課的一個課件，也可能是高等數(shù)學課件中傅立葉變換這一知識點，甚至只是一個演示傅立葉變換的動畫。學習對象所封裝的教育資源的粒度，取決于教育資源在實際應用中重用的必要性與有效性。學習對象技術相關標準在圖1中，教育資源a、b都是已有的資源實體，而教育資源a、b的描述信息、學習對象A、B關系的描述信息，則是由教育資源制作者或管理者根據(jù)資源實體的情況給出的一些描述信息。這些描述信息對于實現(xiàn)學習對象的可查找、可重用和可互換起著決定性的作用，因此它們的規(guī)范化顯得尤其重要。學習對象元數(shù)據(jù)標準學習對象元數(shù)據(jù)（Learning Objects Metadata），指的是學習對象中關于教育資源的描述信息。學習對象元數(shù)據(jù)相關標準非常多，包括國際圖書館計算機中心（Online Computer Library Center ，OCLC）的都柏林元數(shù)據(jù)核心集（Dublin Core Metadata Set，DCMS）1、IMS全球?qū)W習聯(lián)合公司（Instruction Management System ，IMS）的學習資源元數(shù)據(jù)規(guī)范（Learning Resource Metadata，LRM）2、IEEE學習技術標準委員會（Learning Technology Standards Committee，LTSC）的學習對象元數(shù)據(jù)標準（Learning Object Metadata，LOM）3等，學習對象元數(shù)據(jù)的標準經(jīng)歷了一個不斷適應遠程教育開展現(xiàn)狀、針對性越來越強的過程?，F(xiàn)在國際較為通用的為LTSC的LOM標準，其研究重點是管理、定位和評價學習對象所需的一套最小屬性集。它提供了一個定義學習對象元數(shù)據(jù)的結構，它可以根據(jù)元數(shù)據(jù)的使用和表現(xiàn)要求來對教育資源提供描述和分類，使得尋找和使用資源的過程更有效3。學習對象內(nèi)容包裝標準學習對象內(nèi)容包裝信息（Content Packaging），指的是一個學習對象內(nèi)部各教育資源之間組織關系的描述信息，其主要目的是增強學習對象的互操作性。關于內(nèi)容包裝信息的標準首推IMS的內(nèi)容包裝規(guī)范（IMS Content Packaging，CP），CP標準定義了一種能夠用來交換學習對象內(nèi)容的標準數(shù)據(jù)結構，使之能方便的輸入、輸出、合并或拆分4。XML技術可擴展性標記語言（Extensible Markup Language，XML）是一種半結構化的語言，它良好的擴展性、結構化的數(shù)據(jù)形式，使之成為各個領域數(shù)據(jù)、描述信息的載體。在遠程教育領域，XML成為學習對象元數(shù)據(jù)標準、內(nèi)容包裝標準的最好表示語言，因此學習對象的相關標準都制定了XML綁定子規(guī)范。這些有關學習對象的標準，為教育資源的開發(fā)、管理與使用提供了規(guī)范化的指南。我國教育部因此成立了遠程教育技術標準委員會，委員會于2001年4月發(fā)布了學習對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝標準的草案?；趯W習對象的教育資源應用基于學習對象的教育資源應用體系結構學習對象是一種應用教育資源的邏輯方法，應該提供給教育資源的使用者注冊、查詢、使用學習對象的功能。筆者提出了一種基于學習對象的教育資源應用，如圖2所示系統(tǒng)結構。在現(xiàn)有的各大高校網(wǎng)絡學院教育資源庫（圖中灰色部分）基礎上，開發(fā)出學習對象元數(shù)據(jù)庫、學習對象管理系統(tǒng)、統(tǒng)一教育資源庫以及教育資源組織工具，完成對教育資源的共享、組織。1) 在已有的教育資源庫的基礎上，提取出教育資源的描述信息，組織成標準的學習對象元數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲到學習對象元數(shù)據(jù)庫里。對于這些已經(jīng)被描述過的教育資源，既可以保留在原來的系統(tǒng)中（圖2中沒有畫出原有系統(tǒng)），形成分布式的教育資源，也可以被存入統(tǒng)一教育資源庫（由國家或省市建設）。這些資源庫從物理位置上講是分開的，但是由于它們的學習對象元數(shù)據(jù)均在學習對象元數(shù)據(jù)庫里，因此在用戶查詢、搜索、使用時，就像面對的是一個虛擬資源大庫。根據(jù)實際CERNET分布情況，學習對象元數(shù)據(jù)庫可以是分布式的結構，以在各個CERNET節(jié)點院校形成相對獨立的系統(tǒng)。2）由學習對象管理系統(tǒng)來管理學習對象元數(shù)據(jù)，其主要功能為：自動從教育資源獲取學習對象元數(shù)據(jù)，存入學習對象元數(shù)據(jù)庫中為教育資源制作者提供手動注冊學習對象的界面及接口管理學習對象元數(shù)據(jù)庫中的學習對象元數(shù)據(jù)為教育資源使用者提供各種搜索方式、策略的教育資源查詢管理統(tǒng)一教育資源庫，若學習對象元數(shù)據(jù)庫采用分布式結構，則還涉及到分布式系統(tǒng)間的同步與更新問題3）在資源庫、學習對象元數(shù)據(jù)庫、學習對象管理系統(tǒng)都已建成的基礎上，教育資源組織者就可以利用教育資源組織工具（符合內(nèi)容包裝標準），對搜索到的有用教育資源進一步組成大型課件，而學生用戶也可以通過Internet構建自己的個性化網(wǎng)上學習。應用系統(tǒng)中的學習對象在網(wǎng)絡教育中采用學習對象技術的優(yōu)勢在于：1）可重用性教育資源被設計成能在多個課件中使用的學習對象，同一學習內(nèi)容對象可以提供給多個領域，這比在新的課件中重新開發(fā)資源節(jié)省了人力、物力，也節(jié)省了新的設計開發(fā)的時間。如傅立葉變換這一知識點的教育資源，將其包裝成學習對象之后，不僅能用于高等數(shù)學這門課，也能用于數(shù)字信號處理等課程。2）易于更新、搜索以及管理教育資源使用者可以通過學習對象元數(shù)據(jù)來過濾、選擇特定主題的學習內(nèi)容，從而簡化快速的更新、搜索和內(nèi)容管理的過程。3）易于實現(xiàn)個性化定制學習對象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝信息提供了即時的個性化定制依據(jù)。模塊化的學習對象通過允許各不同層次資源的重用和重組來最大限度的發(fā)揮軟件個性化的潛能。4）交互性學習對象方法允許各組織在保持和其他系統(tǒng)、課件之間交互能力的前提下，來制定符合自己使用需要的學習對象的設計、開發(fā)和表達的規(guī)范。在遠程教育各個系統(tǒng)中應用學習對象技術，教育資源的共享問題得到了一定程度的解決。關于上述應用系統(tǒng)中的學習對象，有如下幾個問題：1）學習對象的獲?。–apture）學習對象的獲取，是指相關專業(yè)領域的專家，分析本領域的信息需求，根據(jù)系統(tǒng)的指南獲取教育資源，并將其組織成學習對象。獲取學習對象的途徑有兩個：注冊由教育資源的制作者或管理者向?qū)W習對象元數(shù)據(jù)庫進行注冊，在注冊時，需提交此教育資源的一系列必要屬性值。經(jīng)過注冊后，學習對象元數(shù)據(jù)庫里就保存了此教育資源的描述信息。學習對象元數(shù)據(jù)庫可根據(jù)需要由分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。主動捕獲主動捕獲是指從教育資源文件中直接提取某些數(shù)據(jù)作為它的描述信息，將兩者合成學習對象。這需要對各種多媒體形式的資源格式有充分的了解，才能有效的從原資源中提取到所需的信息。不管是注冊還是主動捕獲，都是為了取得學習對象的元數(shù)據(jù)，這里的學習對象主要包括課件庫、題庫、案例庫等基礎教育資源。2）學習對象的存儲（Storage）學習對象的存儲，是指教育系統(tǒng)采用各種數(shù)據(jù)庫或存儲設備，標識并存儲所獲取的學習對象。通常關系數(shù)據(jù)庫和對象數(shù)據(jù)庫的存儲效率都比文件系統(tǒng)高，目前教育資源的存儲大都采用關系數(shù)據(jù)庫，但將來將更多的轉向使用對象數(shù)據(jù)庫。對于學習對象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包裝信息的存儲，涉及到XML數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲技術，這里就不贅述了。3）學習對象的重獲（Retrieval）學習對象的重獲，是指系統(tǒng)根據(jù)應用的需要，評價獲取的元數(shù)據(jù)，從而獲取可利用的學習對象。當用戶需要使用一定領域的教育資源，通過查詢學習對象元數(shù)據(jù)庫，就可以快速、準確的找到所需的學習對象的元數(shù)據(jù)，然后取得其有關信息，比如存儲地址或有關調(diào)用、使用信息等，最終找到原教育資源，并利用之。通常采用搜索引擎、決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘在線分析處理系統(tǒng)，來實現(xiàn)學習對象的重獲。結論將教育資源以獨立的學習對象的方式進行基于標準的封裝與組織，以此適應不同的教學環(huán)境，這樣即易于實現(xiàn)分布式教育資源的集成，提高教育資源的利用價值，又能更好地使之滿足教學者、學習者的應用需求，成為解決教育資源共享的一種有效技術。參考文獻1. The Dublin Core Metadata Initiative，Dublin Core，/dc/，19992. IMS Learning Resource Meta-data Best Practices and Implementation Guide，IMS Global Learning Consortium, Inc.，2