學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)及其應(yīng)用78218

1、學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)及其應(yīng)用伍萃秀楊宗凱華中科技大學(xué)電子與信息工程系摘要本文論述了學(xué)習(xí)對(duì)象、元數(shù)據(jù)、xml等技術(shù)，簡單介紹了學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)的相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)，提出了一種棊于學(xué)習(xí)對(duì)象的教育資源應(yīng)用系統(tǒng)。該應(yīng)用系統(tǒng)得到教育部面向21世紀(jì) 教育振興行動(dòng)計(jì)劃“現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育工程一網(wǎng)絡(luò)教育資源描述、注冊(cè)為管理系統(tǒng)”項(xiàng)口的支 持。關(guān)鍵詞 學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)xmlabstract this paper describes learning object, metadata and xml technologies, and gives a novel approach for specifications or standard

2、s 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 educatiorikeywords學(xué)習(xí)對(duì)彖 元數(shù)據(jù)xml導(dǎo)言雖然我國網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展

3、冃前還處于初級(jí)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備種技術(shù)，可謂豐富多彩。但是如果僅冇教冇資源，而不能有效的共享 及利用它們，只能導(dǎo)致資源的重復(fù)性開發(fā)，浪費(fèi)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(luò)教育也就無法體現(xiàn)其通過網(wǎng)絡(luò)傳播知識(shí)的優(yōu)勢(shì)了。將網(wǎng)絡(luò)上分布的各類教冇資源纟r織成各個(gè)層次上可重用的學(xué)習(xí)對(duì)象(learning object), 并提供教育資源的存儲(chǔ)、共亨及獲取等服務(wù)，即符合人們使用網(wǎng)絡(luò)資源的習(xí)慣，乂具有較好 的封裝性、重用性。有效地使用學(xué)習(xí)對(duì)象，其關(guān)鍵z-就在丁利用學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包 裝信息対教育資源進(jìn)行一定的組合與封裝。當(dāng)學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)

4、、內(nèi)容包裝信息標(biāo)準(zhǔn)化后，在 現(xiàn)有教育資源庫的基礎(chǔ)上，我們就能建立基于學(xué)習(xí)對(duì)象的教育資源應(yīng)川，有效的解決教育資 源共享的問題。學(xué)習(xí)對(duì)象概念學(xué)習(xí)對(duì)象，指的是在任何學(xué)習(xí)行為中可以被使用、重用或是引用的任何的實(shí)體。其中， “學(xué)習(xí)行為”指的是傳統(tǒng)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、基于計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)等。學(xué)習(xí)對(duì)彖包括教學(xué)計(jì)劃、 時(shí)間安排、學(xué)習(xí)目的、幻燈片、網(wǎng)頁、軟件等等。學(xué)習(xí)對(duì)象和教育資源zi'可存在著密切的聯(lián)系。教育資源是真實(shí)存在的、能提供網(wǎng)上教學(xué) 的任何資源，學(xué)習(xí)對(duì)彖是在教育資源的基礎(chǔ)上抽象出來的-個(gè)概念。學(xué)習(xí)對(duì)彖不僅包括了教 育資源，還包括了對(duì)教育資源必要的描述信息、組織信息等，因此學(xué)習(xí)對(duì)彖這個(gè)概念具冇一 定的人

5、為性質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際需耍動(dòng)態(tài)改變。雖然學(xué)習(xí)對(duì)象和教育資源不是同等的概念，但是 存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即單個(gè)的教育資源可以封裝成一個(gè)學(xué)習(xí)對(duì)象，也可以分解成幾個(gè)學(xué) 習(xí)対象，多個(gè)教育資源也可以對(duì)應(yīng)一個(gè)學(xué)習(xí)對(duì)象，兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系以實(shí)際應(yīng)用為指導(dǎo)，根據(jù) 實(shí)際需求選擇學(xué)習(xí)對(duì)象的粒度大小。多個(gè)學(xué)習(xí)對(duì)象之間可能出現(xiàn)包含關(guān)系。見f圖實(shí)例：學(xué)習(xí)對(duì)象學(xué)習(xí)對(duì)象a、b組織關(guān)系的描述信息學(xué)習(xí)對(duì)象a教育資源a教育資源a的描述學(xué)習(xí)對(duì)象a教育資源b教育資源b的描述信息圖1學(xué)習(xí)對(duì)象與教育資源圖1只是一個(gè)簡單的示例，其中學(xué)習(xí)対象a對(duì)應(yīng)于教育資源a,學(xué)習(xí)刈象b対應(yīng)于教 育資源b,而學(xué)習(xí)對(duì)彖c由a和b組成。教育資源a對(duì)能是高等數(shù)學(xué)這門課的

6、一個(gè)課件， 也可能是高等數(shù)學(xué)課件屮傅立葉變換這一知識(shí)點(diǎn)，其至只是一個(gè)演示傅立葉變換的動(dòng)畫。學(xué) 習(xí)對(duì)象所封裝的教育資源的粒度，取決于教育資源在實(shí)際應(yīng)用小重用的必要性與有效性 學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在圖1中，教育資源a、b都是已有的資源實(shí)體，而教育資源a、b的描述信息、學(xué)習(xí)對(duì) 彖a、b關(guān)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(shí)體的悄況給出的一些 描述信息。這些描述信息對(duì)于實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)對(duì)象的可杏找、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(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)(learning objects metadata),指的是學(xué)習(xí)對(duì)象中關(guān)于教育資源的描述 信息。學(xué)習(xí)

7、對(duì)彖元數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常多，包括國際圖帖館計(jì)算機(jī)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(xí)聯(lián)合公司(instruction management system , ims)的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范 (learning resource metadata, lrm) 2 ieee 學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(learning technology standards committee, ltsc)的學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(learning object metadat

8、a, lom) 等，學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了-個(gè)不斷適應(yīng)遠(yuǎn)程教育開展現(xiàn)狀、針對(duì)性越來越強(qiáng)的過程。 現(xiàn)在國際較為通用的為ursc的lom標(biāo)準(zhǔn)，其研究重點(diǎn)是管理、定位和評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)對(duì)象所需 的一套最小屬性集。它提供了一個(gè)定義學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，它可以根據(jù)元數(shù)據(jù)的使用和 表現(xiàn)要求來對(duì)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(xué)習(xí)對(duì)象內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)對(duì)象內(nèi)容包裝信息（content packaging）,指的是一個(gè)學(xué)習(xí)對(duì)象內(nèi)部各教冇資源之 間組織關(guān)系的描述信息，其主要目的是增強(qiáng)學(xué)習(xí)對(duì)象的互操作性。關(guān)于內(nèi)容包裝信息的標(biāo)準(zhǔn) 首推ims的內(nèi)容包裝規(guī)范（ims content packagin

9、g, cp）, cp標(biāo)準(zhǔn)定義了一種能夠用來交 換學(xué)習(xí)對(duì)彖內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使z能方便的輸入、輸出、合并或拆分4。xml技術(shù)可擴(kuò)展性標(biāo)記語言（extensible mark叩language, xml）是一種半結(jié)構(gòu)化的語言，它良 好的擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形式，使z成為各個(gè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)、描述信息的載體。在遠(yuǎn)程教育領(lǐng) 域，xml成為學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)的最好表示語言，因此學(xué)習(xí)對(duì)象的相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)都制定了 xml綁定了規(guī)范。這些冇關(guān)學(xué)習(xí)對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)，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(yuǎn)程教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì),委員會(huì)2001年4月發(fā)布了學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)、 內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)

10、的草案?；趯W(xué)習(xí)對(duì)象的教育資源應(yīng)用基于學(xué)習(xí)對(duì)象的教育資源應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)対象是一種應(yīng)用教育資源的邏輯方法，應(yīng)該提供給教育資源的使用者注冊(cè)、查詢、 使用學(xué)習(xí)對(duì)彖的功能。筆者提出了一種基于學(xué)習(xí)對(duì)彖的教育資源應(yīng)用，如圖2所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有的各大肓校網(wǎng)絡(luò)學(xué)院教育資源庫（圖中灰色部分）基礎(chǔ)上，開發(fā)出學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)庫、 學(xué)習(xí)對(duì)象管理系統(tǒng)、統(tǒng)一教冇資源庫以及教冇資源纟r織工具，完成對(duì)教冇資源的共享、組織。1）在己有的教育資源庫的基礎(chǔ)上，提取出教育資源的描述信息，組織成標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)對(duì)象元 數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲(chǔ)到學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫里。對(duì)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)），

11、形成分布式的教育資源，也可以被存入統(tǒng)一教 育資源庫（市國家或省市建設(shè)）。這些資源庫從物理位置上講是分開的，但是由于它們的學(xué) 習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)均在學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫里，因此在用戶查詢、搜索、使用時(shí)，就像面對(duì)的是一 個(gè)虛擬資源大庫。根據(jù)實(shí)際cernet分布情況，學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)庫可以是分布式的結(jié)構(gòu)， 以在各個(gè)cernet節(jié)點(diǎn)院校形成相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。2）山學(xué)習(xí)對(duì)象管理系統(tǒng)來管理學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)，其主要功能為：自動(dòng)從教育資源獲取學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)，存入學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫中為教冇資源制作者提供手動(dòng)注冊(cè)學(xué)習(xí)對(duì)象的界面及接口管理學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫中的學(xué)習(xí)對(duì)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

12、冇資源庫，若學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)，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(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫、學(xué)習(xí)對(duì)象管理系統(tǒng)都已建成的基礎(chǔ)上，教冇資源組織者 就可以利用教育資源組織工具（符合內(nèi)容包裝標(biāo)準(zhǔn)），對(duì)搜索到的有用教育資源進(jìn)一步組成 大型課件，而學(xué)生用戶也可以通過internet 口己的個(gè)性化網(wǎng)上學(xué)習(xí)。應(yīng)用系統(tǒng)屮的學(xué)習(xí)對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)教育小采用學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：1）可重用性教育資源彼設(shè)計(jì)成能在多個(gè)課件中使用的學(xué)習(xí)對(duì)象，同一學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象可以提供給多個(gè)領(lǐng) 域，這比在新的課件屮重新開發(fā)資源節(jié)省了人力、物力，也節(jié)省了新的設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間。如 傅立葉變換這一知識(shí)點(diǎn)的教育資源，將其包裝成學(xué)習(xí)對(duì)

13、象之后，不僅能用于高等數(shù)學(xué)這門課, 也能用于數(shù)字信號(hào)處理等課程。2）易于更新、搜索以及管理教育資源使川者可以通過學(xué)習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)來過濾、選擇特定主題的學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)、內(nèi)容包裝信息提供了即時(shí)的個(gè)性化定制依據(jù)。模塊化的學(xué)習(xí)對(duì)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(gè)性化的潛能。4）交互性學(xué)習(xí)對(duì)彖方法允許各組織在保持和其他系統(tǒng)、課件z間交互能力的前提下，來制定符合自己 使用需要的學(xué)習(xí)對(duì)象的設(shè)計(jì)、開發(fā)和表達(dá)的規(guī)范。在遠(yuǎn)程教育各個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用學(xué)習(xí)對(duì)象技術(shù)，教育資源的共享問題得到了一定程度的解決。 關(guān)于上述應(yīng)用系統(tǒng)中

14、的學(xué)習(xí)對(duì)象，冇如下兒個(gè)問題：1）學(xué)習(xí)對(duì)象的獲取（capture）學(xué)習(xí)対象的獲取，是指和關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家，分析本領(lǐng)域的信息需求，根據(jù)系統(tǒng)的指南-獲取 教育資源，并將其紐織成學(xué)習(xí)對(duì)象。獲取學(xué)習(xí)對(duì)象的途徑有兩個(gè)：注冊(cè)由教育資源的制作者或管理者向?qū)W習(xí)對(duì)彖元數(shù)據(jù)庫進(jìn)行注冊(cè)，在注冊(cè)時(shí)，盂提交此 教冇資源的一系列必要屬性值。經(jīng)過注冊(cè)麻，學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫里就保存了此教冇資源的描 述信息。學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫可根據(jù)需要由分布式數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)捕獲主動(dòng)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(xué)習(xí)對(duì)象。這需要對(duì)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

15、管是注冊(cè)還是主動(dòng)捕獲，都是為了取得學(xué)習(xí)對(duì)象的元數(shù)據(jù)，這里的學(xué)習(xí)對(duì)象主要包括課件 庫、題庫、案例庫等基礎(chǔ)教育資源。2）學(xué)習(xí)對(duì)象的存儲(chǔ)（storage）學(xué)習(xí)對(duì)象的存儲(chǔ),是指教育系統(tǒng)采用各種數(shù)據(jù)庫或存儲(chǔ)設(shè)備，標(biāo)識(shí)并存儲(chǔ)所獲取的學(xué)習(xí)對(duì)彖。 通常關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對(duì)象數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)效率都比文件系統(tǒng)高，冃前教育資源的存儲(chǔ)大都采川關(guān) 系數(shù)據(jù)庫，但將來將更多的轉(zhuǎn)向使用對(duì)象數(shù)據(jù)庫。對(duì)于學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)和內(nèi)容包裝信息的存儲(chǔ)，涉及到xml數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)技術(shù)，這里就 不贅述了。3) 學(xué)習(xí)對(duì)象的重獲(retrieval)學(xué)習(xí)対象的重獲，是指系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用的需要，評(píng)價(jià)獲収的元數(shù)據(jù)，從而獲収可利用的學(xué)習(xí)對(duì) 象。當(dāng)川戶需要使川一定領(lǐng)域

16、的教育資源，通過查詢7習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)庫，就可以快速、準(zhǔn)確 的找到所需的學(xué)習(xí)對(duì)象的元數(shù)據(jù)，然示取得其有關(guān)信息，比如存儲(chǔ)地址或有關(guān)調(diào)用、使用信 息等，最終找到原教育資源，并利用z。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(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)對(duì)象的重獲。結(jié)論將教育資源以獨(dú)立的學(xué)習(xí)對(duì)彖的方式進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)的封裝與組織，以此適應(yīng)不同的教學(xué)環(huán) 境，這樣即易于實(shí)現(xiàn)分布式教冇資源的集成，提高教冇資源的利用價(jià)值，又能更好地使之滿 足教學(xué)者、學(xué)習(xí)者的應(yīng)用需求，成為解決教育資源共亨的一種有效技術(shù)。參考文獻(xiàn)1j. the dublin core metadata initiative, dublin core, /dc/, 19992 . ims learning resource meta-data best practices and implementation guide, ims global learning consortium, i