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学习对象技术及其应用伍萃秀 杨宗凯 华中科技大学电子与信息工程系摘要本文论述了学习对象、元数据、XML等技术，简单介绍了学习对象技术的相关标准，提出了一种基于学习对象的教育资源应用系统。该应用系统得到教育部面向21世纪教育振兴行动计划“现代远程教育工程网络教育资源描述、注册与管理系统”项目的支持。关键词 学习对象 元数据 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导言虽然我国网络教育的发展目前还处于初级阶段，但已经涌现了各种教育资源，这些教育资源利用了多媒体的各种技术，可谓丰富多彩。但是如果仅有教育资源，而不能有效的共享及利用它们，只能导致资源的重复性开发，浪费人力、物力。如果教育资源共享的问题不能得到有效的解决，网络教育也就无法体现其通过网络传播知识的优势了。将网络上分布的各类教育资源组织成各个层次上可重用的学习对象（Learning Object），并提供教育资源的存储、共享及获取等服务，即符合人们使用网络资源的习惯，又具有较好的封装性、重用性。有效地使用学习对象，其关键之一就在于利用学习对象元数据和内容包装信息对教育资源进行一定的组合与封装。当学习对象元数据、内容包装信息标准化后，在现有教育资源库的基础上，我们就能建立基于学习对象的教育资源应用，有效的解决教育资源共享的问题。学习对象概念学习对象，指的是在任何学习行为中可以被使用、重用或是引用的任何的实体。其中，“学习行为”指的是传统教学、远程教学、基于计算机的培训等。学习对象包括教学计划、时间安排、学习目的、幻灯片、网页、软件等等。学习对象和教育资源之间存在着密切的联系。教育资源是真实存在的、能提供网上教学的任何资源，学习对象是在教育资源的基础上抽象出来的一个概念。学习对象不仅包括了教育资源，还包括了对教育资源必要的描述信息、组织信息等，因此学习对象这个概念具有一定的人为性质，可根据实际需要动态改变。虽然学习对象和教育资源不是同等的概念，但是存在着一定的对应关系，即单个的教育资源可以封装成一个学习对象，也可以分解成几个学习对象，多个教育资源也可以对应一个学习对象，两者的对应关系以实际应用为指导，根据实际需求选择学习对象的粒度大小。多个学习对象之间可能出现包含关系。见下图实例： 图1只是一个简单的示例，其中学习对象A对应于教育资源a，学习对象B对应于教育资源b，而学习对象C由A和B组成。教育资源a可能是高等数学这门课的一个课件，也可能是高等数学课件中傅立叶变换这一知识点，甚至只是一个演示傅立叶变换的动画。学习对象所封装的教育资源的粒度，取决于教育资源在实际应用中重用的必要性与有效性。学习对象技术相关标准在图1中，教育资源a、b都是已有的资源实体，而教育资源a、b的描述信息、学习对象A、B关系的描述信息，则是由教育资源制作者或管理者根据资源实体的情况给出的一些描述信息。这些描述信息对于实现学习对象的可查找、可重用和可互换起着决定性的作用，因此它们的规范化显得尤其重要。学习对象元数据标准学习对象元数据（Learning Objects Metadata），指的是学习对象中关于教育资源的描述信息。学习对象元数据相关标准非常多，包括国际图书馆计算机中心（Online Computer Library Center ，OCLC）的都柏林元数据核心集（Dublin Core Metadata Set，DCMS）1、IMS全球学习联合公司（Instruction Management System ，IMS）的学习资源元数据规范（Learning Resource Metadata，LRM）2、IEEE学习技术标准委员会（Learning Technology Standards Committee，LTSC）的学习对象元数据标准（Learning Object Metadata，LOM）3等，学习对象元数据的标准经历了一个不断适应远程教育开展现状、针对性越来越强的过程。现在国际较为通用的为LTSC的LOM标准，其研究重点是管理、定位和评价学习对象所需的一套最小属性集。它提供了一个定义学习对象元数据的结构，它可以根据元数据的使用和表现要求来对教育资源提供描述和分类，使得寻找和使用资源的过程更有效3。学习对象内容包装标准学习对象内容包装信息（Content Packaging），指的是一个学习对象内部各教育资源之间组织关系的描述信息，其主要目的是增强学习对象的互操作性。关于内容包装信息的标准首推IMS的内容包装规范（IMS Content Packaging，CP），CP标准定义了一种能够用来交换学习对象内容的标准数据结构，使之能方便的输入、输出、合并或拆分4。XML技术可扩展性标记语言（Extensible Markup Language，XML）是一种半结构化的语言，它良好的扩展性、结构化的数据形式，使之成为各个领域数据、描述信息的载体。在远程教育领域，XML成为学习对象元数据标准、内容包装标准的最好表示语言，因此学习对象的相关标准都制定了XML绑定子规范。这些有关学习对象的标准，为教育资源的开发、管理与使用提供了规范化的指南。我国教育部因此成立了远程教育技术标准委员会，委员会于2001年4月发布了学习对象元数据、内容包装标准的草案。基于学习对象的教育资源应用基于学习对象的教育资源应用体系结构学习对象是一种应用教育资源的逻辑方法，应该提供给教育资源的使用者注册、查询、使用学习对象的功能。笔者提出了一种基于学习对象的教育资源应用，如图2所示系统结构。在现有的各大高校网络学院教育资源库（图中灰色部分）基础上，开发出学习对象元数据库、学习对象管理系统、统一教育资源库以及教育资源组织工具，完成对教育资源的共享、组织。1) 在已有的教育资源库的基础上，提取出教育资源的描述信息，组织成标准的学习对象元数据，统一存储到学习对象元数据库里。对于这些已经被描述过的教育资源，既可以保留在原来的系统中（图2中没有画出原有系统），形成分布式的教育资源，也可以被存入统一教育资源库（由国家或省市建设）。这些资源库从物理位置上讲是分开的，但是由于它们的学习对象元数据均在学习对象元数据库里，因此在用户查询、搜索、使用时，就像面对的是一个虚拟资源大库。根据实际CERNET分布情况，学习对象元数据库可以是分布式的结构，以在各个CERNET节点院校形成相对独立的系统。2）由学习对象管理系统来管理学习对象元数据，其主要功能为：自动从教育资源获取学习对象元数据，存入学习对象元数据库中为教育资源制作者提供手动注册学习对象的界面及接口管理学习对象元数据库中的学习对象元数据为教育资源使用者提供各种搜索方式、策略的教育资源查询管理统一教育资源库，若学习对象元数据库采用分布式结构，则还涉及到分布式系统间的同步与更新问题3）在资源库、学习对象元数据库、学习对象管理系统都已建成的基础上，教育资源组织者就可以利用教育资源组织工具（符合内容包装标准），对搜索到的有用教育资源进一步组成大型课件，而学生用户也可以通过Internet构建自己的个性化网上学习。应用系统中的学习对象在网络教育中采用学习对象技术的优势在于：1）可重用性教育资源被设计成能在多个课件中使用的学习对象，同一学习内容对象可以提供给多个领域，这比在新的课件中重新开发资源节省了人力、物力，也节省了新的设计开发的时间。如傅立叶变换这一知识点的教育资源，将其包装成学习对象之后，不仅能用于高等数学这门课，也能用于数字信号处理等课程。2）易于更新、搜索以及管理教育资源使用者可以通过学习对象元数据来过滤、选择特定主题的学习内容，从而简化快速的更新、搜索和内容管理的过程。3）易于实现个性化定制学习对象元数据、内容包装信息提供了即时的个性化定制依据。模块化的学习对象通过允许各不同层次资源的重用和重组来最大限度的发挥软件个性化的潜能。4）交互性学习对象方法允许各组织在保持和其他系统、课件之间交互能力的前提下，来制定符合自己使用需要的学习对象的设计、开发和表达的规范。在远程教育各个系统中应用学习对象技术，教育资源的共享问题得到了一定程度的解决。关于上述应用系统中的学习对象，有如下几个问题：1）学习对象的获取（Capture）学习对象的获取，是指相关专业领域的专家，分析本领域的信息需求，根据系统的指南获取教育资源，并将其组织成学习对象。获取学习对象的途径有两个：注册由教育资源的制作者或管理者向学习对象元数据库进行注册，在注册时，需提交此教育资源的一系列必要属性值。经过注册后，学习对象元数据库里就保存了此教育资源的描述信息。学习对象元数据库可根据需要由分布式数据库实现。主动捕获主动捕获是指从教育资源文件中直接提取某些数据作为它的描述信息，将两者合成学习对象。这需要对各种多媒体形式的资源格式有充分的了解，才能有效的从原资源中提取到所需的信息。不管是注册还是主动捕获，都是为了取得学习对象的元数据，这里的学习对象主要包括课件库、题库、案例库等基础教育资源。2）学习对象的存储（Storage）学习对象的存储，是指教育系统采用各种数据库或存储设备，标识并存储所获取的学习对象。通常关系数据库和对象数据库的存储效率都比文件系统高，目前教育资源的存储大都采用关系数据库，但将来将更多的转向使用对象数据库。对于学习对象元数据和内容包装信息的存储，涉及到XML数据的数据库存储技术，这里就不赘述了。3）学习对象的重获（Retrieval）学习对象的重获，是指系统根据应用的需要，评价获取的元数据，从而获取可利用的学习对象。当用户需要使用一定领域的教育资源，通过查询学习对象元数据库，就可以快速、准确的找到所需的学习对象的元数据，然后取得其有关信息，比如存储地址或有关调用、使用信息等，最终找到原教育资源，并利用之。通常采用搜索引擎、决策支持系统、数据挖掘在线分析处理系统，来实现学习对象的重获。结论将教育资源以独立的学习对象的方式进行基于标准的封装与组织，以此适应不同的教学环境，这样即易于实现分布式教育资源的集成，提高教育资源的利用价值，又能更好地使之满足教学者、学习者的应用需求，成为解决教育资源共享的一种有效技术。参考文献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