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学习资源的标准化描述与组织技术 一月 10, 2008

Filed under: 技术 — Iautumn @ 3:28 下午

【摘要】学习资源的标准化描述与组织技术是实现网上学习资源共享、交换和重用的基础技术,也是减少资源重复开发,提高资源利用率的重要手段。借助于元数据与内容包装等学习资源相关标准,结合对资源重用粒度的适当权衡,可以实现对学习资源的有效描述和组织,达到资源重用的目的。本文对学习资源的标准化描述和组织技术,以及资源的粒度权衡策略等内容进行了分析和讨论,并在此基础上进行了软件系统的实现和应用。

【关键词】 网络教育;学习资源;资源描述;资源组织;资源标准

背景

  学习资源的服务质量高低是网络教育实施能否成功的重要决定因素之一。在网络教育领域,学习资源一般是以Web形式呈现的数字化资源,这种网页呈现形式为学习资源的创作、管理、发布和共享提供了非常便捷的条件。然而,Web数据固有的非结构化特征,使其很难被共享和重用。学习资源的标准化描述组织是提高学习资源服务与管理质量的前提和基础,只有实现学习资源的标准化内容描述,才能有效避免在资源开发、交换、共享中存在的不兼容现象,避免“资源孤岛 ”的问题。资源的标准化应该贯穿整个资源开发、使用、管理、交换和维护流程。

  资源开发阶段是一个学习资源使用的初始阶段,也是资源内容描述的核心阶段,这个阶段的标准化处理做得是否到位,很大程度上决定了以后的资源使用和服务效果。资源传输和交换阶段是资源使用过程中的关键阶段,也是能否顺利实现资源共享的重要环节。资源传输阶段的包解析、拆分、重组等处理过程,是实现高效资源交换必须解决的主要问题。

  标准化是实现资源共享与重用的前提条件,在资源建设中占有重要的地位。世界发达国家在发展网络教育时都十分重视资源的标准化建设,很多著名的国际标准化组织都颁布了教育资源方面的技术标准,比较具有代表性的是国际电气和电子工程师协会学习技术委员会(IEEE LTSC, http://ieeeltsc.org)提出的学习对象元数据(Learning Object Metadata, LOM)[1]标准,教学管理系统全球学习联合公司(IMS,http://www.imsglobal.org)提出的内容包装规范(Content Packaging,CP)[2]和问题测试互操作规范(Question and Test Interoperability,QTI)[3]等。我国从2000年开始着手网络教育资源技术标准的研究制定工作,目前也已经形成了基本兼容国外标准,同时也具有自身特色的标准体系——CELTS(China E-Learning Technology Standards,http://www.celtsc.edu.cn)。

资源的标准化描述与包装

  在学习资源的标准化领域,当前最重要的、应用于学习资源内容描述处理过程中的是LOM和CP等资源相关标准,它们直接规定了资源的格式、组织方式、交换模式等。因此,基于这些标准,结合实际应用特点,并考虑学习资源Web表示的实际需要,可以实现一个比较有效的学习资源标准化处理流程。但是,仅有这些标准是不够的,为了高效地实施资源管理和服务,还必须在资源描述中融入资源的权利描述和环境描述因素,使其更完备地形成资源的整体描述组织和约束框架。

  从零开始建设标准化的课程当然最理想,然而很多情况下标准化必须从两个层面来考虑:(1)对已经开发完成的大量课程,由于其开发过程中并没有遵循相关标准,必须首先对这些资源进行标准化处理,使之满足标准,然后才能对其实现有效的管理,使之得到有效的共享利用;(2)对新开发的课程资源,必须严格遵循有关标准进行开发,在开发过程中即贯彻标准化的思想,这样资源开发完成的同时,标准化也就完成了,这是最有效的方式。根据国内网络教育资源开发的现有状况,结合有关技术标准的技术特点,可以定义一定的资源标准化处理流程,实现对教育资源的标准化处理流程,包括描述、组织、包装等步骤,整体处理流程如图1[4]所示。

  可以看到,该流程主要包括两个步骤:

  ● 标准化描述,对原本并不规则的小粒度学习资源(资源素材),经过标准化描述,使之具备统一的外在特征数据格式(元数据结构),而不影响其内在内容的多样性,从而把原本具有外在不规则特征的学习资源转换成一系列在外在元数据表现特征上呈现出一致性的学习资源内容对象。

  ● 标准化包装,在标准化描述的基础上,将已经具备一致性特征数据格式的小粒度学习资源(资源素材内容对象)根据其教学设计结构需要,进行组织和封装,成为一个标准化资源包(网络课程文件包),从而在并不影响资源内在特征的前提下,完成对一个较大课程的整体标准化内容描述和结构组织。

  1. 资源的元数据描述

  学习对象(Learning Object, LO)指的是在任何学习行为中可以被使用、重用或是引用的数字或非数字的任何实体[5]。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。

  学习对象元数据(LOM)是关于学习对象的信息,该对象可以是物理对象,也可以是数字对象。LOM使得用户可以根据关键字、作者、日期等已知的属性值,来精确地定位和获取知识。在当前“信息爆炸”的时代,由于学习对象的数量呈指数增长,而我们对学习对象的需求也急剧增加,导致了元数据信息的缺乏,大量的学习对象没有匹配与之相应的元数据,使我们对学习对象的发掘、管理和使用受到了极大的限制[6]。LOM存在的意义,就是对学习对象的查找、评估、获取和使用提供支持,同时也支持学习对象的共享和互换。LOM的元素是采用树状数据结构进行组织的,分为“根节点”(Root)、“枝节点 ”(Branches)和“叶节点”(Leaves)三个部分,只有“叶节点”才有值,如图2[7]所示。

  LOM的基本元素共分为9大类,分别是[8]:

  (1)通用(general):主要描述了学习对象的一些通用信息,如标题、关键字、标识符等等。这些信息具有很好的通用性,对所有的学习对象几乎都是适用的。

  (2)生存期(lifecycle):主要描述学习对象的版本状态以及为学习对象做出贡献的人或组织。生存期和通用这两个类别所描述的信息是“传统”意义上的属性信息,覆盖了Dublin Core 大多数的数据元素。

  (3)元-元数据(meta-metadata):主要描述了元数据实例本身的信息,如元数据实例的创建者、元数据实例所使用的语言等等,它不是关于学习对象的信息。

  (4)技术(technical):主要描述了学习对象的技术特征,如数据格式、大小、软硬件要求等,这些特征和学习对象的运行、获取和存储有直接的关系。

  (5)教育(educational):主要描述了学习对象在教学方面的特征,如终端用户类型、使用对象、语义密度等,这对于学习资源来说十分重要,是其区分于其它资源的一个重要特征。该类信息的存在有利于教学目标的实现和教学质量的提高。

  (6)权利(rights):主要描述了学习对象在使用方面的付费和版权信息。该类信息和电子商务有较紧密的联系。

  (7)关系(relation):主要描述了学习对象之间的相互关系。在此基础上可以建立学习资源网络,为学习者提供全面系统的资源服务,也有利于扩展学习者对其它领域的兴趣。

  (8)评注(annotation):主要描述了使用者对学习对象各方面的评价信息。这些评价信息有利于教师之间交流经验,也同时为学习者提供有用的参考和指导。

  (9)分类(classification):主要描述了学习对象和某个或某些分类系统的关系。学习对象恰当的分类对学习对象的管理、查找都有很大的帮助,但现在缺少统一的分类方法。

  2. 资源的标准化包装

  资源的标准化包装是将资源按照CP标准进行组织和打包,封装成一个可交换、可共享、可拆分、可重组的标准化资源包的过程。前已述及,CP是以包(Package)作为交换单位进行资源传输、共享和交换的。当学习资源在网上传输的时候,实际上是以包交换文件(Package Interchange File, PIF)的方式进行传递和交换的,如图3所示。采用这种方式主要有三点好处:

  (1)有利于数据集中。一个单元的学习资源往往由很多多媒体文件资源,如文本、图片、视频、音频等组合而成,文件数量巨大,采用一个压缩包的形式进行网上传输,有利于数据进行整体传输,降低了少部分数据丢失的危险。

  (2)有利于数据保密。对于一个独立的压缩文件包,加密起来比较容易,部署版权保护系统也相对简单,可以通过增加权利描述证书等方式定义资源包整体的用户使用权利,有利于保护作者的知识产权,减小被非法使用的危险。

  (3)有利于数据交换。网上学习资源的传输往往在资源开发系统和学习管理系统(Learning Management System, LMS)之间进行,或者在两个不同的LMS之间进行。不同的LMS虽然内部实现不同,但都可以通过识别标准化资源包的方式,有效导入、导出资源。

  基于CP的学习资源包在网上的传输和数据交换过程如图3所示,主要分为两类,即从资源开发系统(Resource Authoring System,RAS)到LMS的传输,和从一个LMS向另一个LMS的传输。

  从RAS到LMS的传输分为四个步骤:

  (1)标准化描述:零散的学习资源呈现出外在形式的多样性,采用LOM等进行统一的标准化描述后,可以生成结构一致的描述信息。

  (2)标准化包装:采用CP对学习资源包进行统一的压缩包装,实现内在组织结构的一致性,压缩打包过程中还可以采用一定的加密手段,保护作者的知识产权。

  (3)网络传输:可以采用FTP、SMTP等网络传输形式,传输过程中,可以采用对称加密和非对称加密机制,保护资源包传输过程中的数据安全。

  (4)资源包解析:目标LMS收到之后,采用解密密钥对资源包进行解密,然后根据CP的标准包结构,对资源包进行分解,提取其中的有效资源信息,导入LMS的资源库。

  3. 资源粒度的权衡

  资源标准化处理过程中不可回避的一个问题就是资源的粒度问题。对于LOM或者CP这样的资源相关标准来说,对资源粒度是无所谓的,大到一个课程、一个题库,小到一段文本、一个图片,任何粒度的资源都可以采用LOM进行描述,采用CP进行包装。

  但是,作为资源开发和管理系统,就必须考虑资源的粒度权衡问题,因为元数据的采集过程比较繁琐,会增加开发人员的负担。如果粒度选取非常小,则可以实现非常小粒度的资源互操作和调度,利于实现资源的灵活共享,但是这样就会使资源开发人员面对大量的小粒度资源,每个小粒度资源都要进行元数据采集,工作量很大。如果粒度选取很大,则可以减小工作量,减轻资源开发人员的工作负担,但是代价就是资源只能实现大粒度的共享,大粒度资源内部对于用户来说是黑匣子,无法实现资源结构拆分与重组。资源粒度的权衡及其相互影响如图4所示。

  可以看到,资源粒度越大,资源传输和交换、重用的交互单位就越大,开发人员的元数据采集工作量就越小,而资源的对外透明度越低。定义大粒度的资源是课程或以上规模粒度的资源,中粒度的资源是以课程章、节、页面或试题等可以独立的教学单位为粒度的资源,小粒度的资源是以图片、文本段、动画等最基本的学习资源素材文件为单位的资源。

  因此,大粒度和小粒度的优点和缺点都很明显,为了达到较好的平衡,选取中等粒度资源进行处理是比较有利的。中等粒度的资源一般也往往是重用要求最高的资源,具有最大的相对灵活性和相对完整性,既可以视为一个独立的学习资源单元,也可以作为一个组成部分和其他资源单元进行组合,形成一个较大粒度的学习资源,还可以方便地进行资源共享、交换和传输。

  4. 应用系统的实现

  根据LOM和CP的有关约定,结合一定的特定(专业)扩展和任意扩展,可以对任意粒度的学习资源进行标准化的描述和包装,这样不论资源是文本、视频,还是图片、音频格式,都可以形成统一一致的XML绑定的描述文档,从而达成描述方式上的一致性和包装结构上的兼容性,而不影响资源内容内在的多样性。根据前面介绍的标准化描述和组织策略,我们开发了一套“学习资源标准化工具”,如图5所示。该工具采用Java技术开发,用JDOM技术实现了XML 格式的元数据信息解析。开发过程中重点针对LOM元素的最低峰值特点进行了交互控制,并支持了大量的元数据自动采集功能,减轻了用户的操作负担。该系统在一个网络教育企业的实际资源开发中得到了较好的应用。

总结

  学习资源的标准化描述与组织技术对于实现资源的标准化开发、管理、传输、共享和交换都具有重要意义,在网络教育资源建设过程中应得到充分的重视。同时,有效的资源描述与组织技术,还可以提高资源的利用率,减少“资源孤岛”和重复开发的问题,形成资源内容开发和元数据采集并重的资源开发机制。因此,学习资源的标准化描述与组织技术对于提高网络教育中的学习资源服务质量具有重要意义。

[参考文献]
[1] Learning Technology Standards Committee of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1484.12.1, Draft Standard for Learning Object Metadata, July 15, 2002;
[2] MS Global Learning Consortium, Inc., IMS Content Packaging Information Model Version 1.1.2 Final Specification, August 8, 2001;
[3] IMS Global Learning Consortium, Inc., IMS Question and Test Interoperability Information Model Version 2.0 Final Specification, January 24, 2005;
[4] 吴砥,杨宗凯,程文青,罗锐. 基于Web Services的分布式标准化学习资源服务系统的研究与实现[J]. 计算机工程与科学,已录用
[5] 教育信息化技术标准委员会. 教育信息化技术标准CELTS-41.1教育资源建设技术规范信息模型,2002年12月25日。
[6] Learning Technology Standards Committee of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1484.12.1 IEEE Standard for Learning Object Metadata, IEEE Computer Society, 2002: piii;
[7] IMS Global Learning Consortium, Inc. IMS Learning Resource Meta-Data Best Practice and Implementation Guide, September 28, 2001;
[8] 杨宗凯,吴砥,刘清堂. 网络教育标准与技术[M]. 北京:清华大学出版社,2003.

作者简介:
  吴砥,博士,讲师,华中科技大学电子与信息工程系智能互联网技术湖北省重点实验室(430074)。

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