Ｅ－ｌｅａｒｎｉｎｇ系統(tǒng)中教育資源元數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方法初探

摘要：從網(wǎng)絡(luò)教育資源組織的角度出發(fā)，對(duì)教育資源元數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論，提出了一種教育資源元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)教育；元數(shù)據(jù)；XML；模式；邏輯模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)11-20388-03

1 引言

網(wǎng)絡(luò)教育[1](E-learning)是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育方式，它以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊和廣播電視為主要傳輸手段，綜合采用數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)和多媒體技術(shù)等，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是使教與學(xué)的雙方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以便捷地進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的交流，更好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀教育資源的共享，使廣大的受教育者可以實(shí)破傳統(tǒng)教育在教育資源（師資、教材、實(shí)驗(yàn)等）和教育方法（統(tǒng)一進(jìn)度、集中式和單向傳授等）方面的限制，不受時(shí)間和空間的約束，可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)水平和時(shí)間安排學(xué)習(xí)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的4A(Anyone，Anytime ，Anywhere，Anything)教育。

在E-learning系統(tǒng)中，由于教育資源的分散性、復(fù)雜性和多樣性，使人們對(duì)它的理解各不相同，出現(xiàn)了大量不同類(lèi)型的教育資源，如果在對(duì)教育資源進(jìn)行描述時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，就會(huì)導(dǎo)致其在E-learning間共享復(fù)用困難。為解決此問(wèn)題，本文參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出了一種教育資源元數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方案，用于規(guī)范化教育資源的描述，以支持這種異構(gòu)環(huán)境、異構(gòu)系統(tǒng)間異構(gòu)資源的共享，以及個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的整合與發(fā)布。

2 相關(guān)定義及說(shuō)明

2.1 學(xué)習(xí)對(duì)象及教育資源

在E-learning系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)對(duì)象指的是在學(xué)習(xí)過(guò)程中動(dòng)態(tài)交互的各個(gè)對(duì)象，包括教育資源、學(xué)習(xí)者、教授者、學(xué)習(xí)策略等。

教育資源是指用于教學(xué)和培訓(xùn)的任何學(xué)習(xí)材料，它屬于學(xué)習(xí)對(duì)象的一個(gè)子集。在本文中教育資源特指的是電子化了的學(xué)習(xí)材料，包括文本、聲音、圖像、課件等可以被計(jì)算機(jī)處理的信息。

2.2 教育資源元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)[1]是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，教育資源元數(shù)據(jù)[1]指用于描述教育資源的數(shù)據(jù)。使用元數(shù)據(jù)，可以在不操作資源的情況下就了解資源的相關(guān)屬性，從而選擇適合的資源；可以通過(guò)元數(shù)據(jù)所提供的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源有效的分類(lèi)管理和檢索；可以從元數(shù)據(jù)信息中獲取對(duì)資源的評(píng)價(jià)信息，也可以把自己的評(píng)價(jià)加入到元數(shù)據(jù)中，以便和他人共享。

2.3 教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范[1]

目前，世界上有很多標(biāo)準(zhǔn)化（學(xué)術(shù)）組織都正在致力于基于網(wǎng)絡(luò)的教育資源標(biāo)準(zhǔn)化的研究，并起草了一些相應(yīng)規(guī)范，其中影響較大的有：IMS的Learning Resource Metadata（學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范），IEEE LTSC（Learning Technology Standards Committee，學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）的LOM（Learning Object Metadata：學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)模型）、OCLE（Online Computer Library Center）Dublin Core的Dublin Core元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等。

我國(guó)教育部科技司在2001年組織正式成立了中國(guó)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。該委員會(huì)負(fù)責(zé)開(kāi)展有關(guān)教育信息化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)工作，在廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外有關(guān)科研成果基礎(chǔ)上，起草了《國(guó)家現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育資源庫(kù)中央電大源建設(shè)規(guī)范》。

《國(guó)家現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育資源庫(kù)中央電大源建設(shè)規(guī)范元數(shù)據(jù)規(guī)范分冊(cè)》[1]（以下簡(jiǎn)稱教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范）主要包括資源的屬性描述與著錄規(guī)范、資源的分類(lèi)方法、編碼原則等內(nèi)容，它綜合了“中國(guó)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)規(guī)范、基于規(guī)則的XML綁定技術(shù)和內(nèi)容封裝等方面的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)遠(yuǎn)程教育教學(xué)和管理的需求作必要的擴(kuò)展和補(bǔ)充，并提出了貫徹相關(guān)規(guī)范的具體操作方法。

教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范定義了教育資源元數(shù)據(jù)的語(yǔ)法和語(yǔ)義，用于描述教育資源元數(shù)據(jù)實(shí)例的結(jié)構(gòu)。定義元數(shù)據(jù)規(guī)范的目的主要是為了給教育資源的開(kāi)發(fā)者和建設(shè)者提供一致的設(shè)計(jì)規(guī)范，以利于教育資源的使用者方便查找，節(jié)省人力物力。

2.4 教育資源的粒度[3]

設(shè)計(jì)教育資源的目的是為了教授知識(shí)，知識(shí)是有層次劃分的，我們把教育資源所屬的層次定義為教育資源的粒度。

舉個(gè)例子來(lái)講，知識(shí)一般可以劃分為不同的領(lǐng)域知識(shí)，領(lǐng)域知識(shí)又可再分為學(xué)科知識(shí)，學(xué)科又可以分專業(yè)，專業(yè)又可分課程，課程又可分章節(jié)，章節(jié)又可分節(jié)，節(jié)又可分小節(jié)，小節(jié)再分知識(shí)點(diǎn)。我們可以將一門(mén)課程的一個(gè)章節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立的教育資源，也可以將其中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)做為一個(gè)獨(dú)立的部分。教育資源可以相互組合使用，粒度越小，在我們使用這些對(duì)象時(shí)必然更靈活，但同時(shí)管理的復(fù)雜性在增加，反之，粒度的增大，內(nèi)容全面的同時(shí)也帶來(lái)了靈活性的喪失。

2.5 知識(shí)元

我們將教育資源的最小粒度劃分稱之為知識(shí)元。它有以下性質(zhì)：

(1)原子性：知識(shí)元作為最小的單元，不可分割；

(2)功能完整性：知識(shí)元被具體用來(lái)說(shuō)明某一類(lèi)或某一點(diǎn)的知識(shí)，它在功能上是完整的；

(3)可重用性：知識(shí)元是為了說(shuō)明某一類(lèi)或某一點(diǎn)的知識(shí)，不局限于某一次的使用。

在E-learning系統(tǒng)中，一般以知識(shí)元作為一個(gè)基本的學(xué)習(xí)單元，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中樹(shù)的遍歷可以看作一個(gè)知識(shí)元。因此可以將知識(shí)元與日常教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，將知識(shí)點(diǎn)定義為知識(shí)元。

2.6 知識(shí)簇

知識(shí)元的組合我們稱之為知識(shí)簇，知識(shí)簇可以自包含，即知識(shí)簇可以是由知識(shí)元構(gòu)成，也可以由更小的子知識(shí)簇構(gòu)成，還可以是由知識(shí)元和子知識(shí)簇混和構(gòu)成。

3 教育資源元數(shù)據(jù)概念模型

我們來(lái)定義教育資源的概念模型，主要目的在于明確定義資源屬性及資源之間的聯(lián)系。

教育資源元數(shù)據(jù)模型分為兩個(gè)部分，一是將資源作為一個(gè)整體進(jìn)行描述的基本屬性集，二是資源間的相互聯(lián)系的定義。

3.1 教育資源的基本屬性集

良好的分類(lèi)機(jī)制能高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)教育資源的組織管理與使用，對(duì)教育資源進(jìn)行分類(lèi)的目的有助于確定教育資源的基本屬性集。在本文中，分類(lèi)體系的設(shè)計(jì)以國(guó)家教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范作為基礎(chǔ)。

根據(jù)規(guī)范，教育資源分類(lèi)體系[1]分為二級(jí)，既包括對(duì)每類(lèi)資源都適用并與資源組織建設(shè)過(guò)程密切相關(guān)的通用分類(lèi)，即一級(jí)分類(lèi)；又根據(jù)不同資源的特殊屬性，提供了更細(xì)一級(jí)的分類(lèi)，即二級(jí)分類(lèi)。每個(gè)分類(lèi)元素都作為資源的一個(gè)屬性，記錄在屬性描述表中（如圖1）。

一級(jí)分類(lèi)包含學(xué)科、適用對(duì)象、資源類(lèi)型、技術(shù)格式、語(yǔ)種五個(gè)分類(lèi)元素。這五個(gè)分類(lèi)元素是對(duì)資源進(jìn)行組織的基本依據(jù)。

在圖1中，我們首先以學(xué)科為總的分類(lèi)依據(jù)，再根據(jù)適用對(duì)象和資源類(lèi)型對(duì)教育資源進(jìn)行詳細(xì)劃分。對(duì)于其它的分類(lèi)元素，如技術(shù)格式、語(yǔ)種等可作為資源的一般屬性，記錄在屬性描述表中。

第二級(jí)分類(lèi)就是針對(duì)第一級(jí)分類(lèi)的屬性值作為分類(lèi)元素對(duì)教育資源進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分。例如，第一級(jí)分類(lèi)中的資源類(lèi)型，可以是文本、圖像、聲音等。在第二級(jí)分類(lèi)中就要以文本、圖像、聲音作為分類(lèi)元素進(jìn)行擴(kuò)充，例如聲音可以有采樣率、格式、要求等屬性，然后再分別對(duì)采樣率、格式、要求等再設(shè)置擴(kuò)展分類(lèi)，以此類(lèi)推……

目前，為了使標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)寬泛，增強(qiáng)通用性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了第一級(jí)分類(lèi)，現(xiàn)有國(guó)際國(guó)內(nèi)教育資源分類(lèi)體系對(duì)二級(jí)分類(lèi)的說(shuō)明和要求都較寬泛，可視需要自行擴(kuò)充。我們所做的主要工作，一是對(duì)一級(jí)分類(lèi)中的學(xué)科屬性進(jìn)行層次劃分，擴(kuò)展到知識(shí)點(diǎn)這一層，支持對(duì)教育資源的準(zhǔn)確定位，完善規(guī)范的基本屬性集，二是對(duì)教育資源之間的聯(lián)系進(jìn)行定義。

3.2 知識(shí)的層次結(jié)構(gòu)

各種類(lèi)型的知識(shí)以教育資源的形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，因此教育資源的結(jié)構(gòu)可以與知識(shí)的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。下面我們主要討論知識(shí)的層次關(guān)系。

現(xiàn)實(shí)中的知識(shí)具有領(lǐng)域性、專業(yè)性、繼承性等一系列特性，知識(shí)的這些特性決定了知識(shí)具有一定的層次結(jié)構(gòu)。

參照國(guó)內(nèi)外的相關(guān)規(guī)定，我們將知識(shí)劃分為六個(gè)層次[2]。第一層是所有的知識(shí)，第二層是領(lǐng)域知識(shí)，第三層是專業(yè)知識(shí)，第四層為課程知識(shí)，第五層為知識(shí)簇，第六層為知識(shí)點(diǎn)。

圖2表示了知識(shí)的這種層次劃分，結(jié)點(diǎn)表示某個(gè)具體的知識(shí)單元（可以是知識(shí)元，也可以是知識(shí)簇或更高一級(jí)的形式），有向弧表示結(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。學(xué)習(xí)的過(guò)程，可以描述為從起始結(jié)點(diǎn)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的遍歷路徑。

3.3 知識(shí)之間的相互聯(lián)系

一般來(lái)說(shuō)，知識(shí)之間存在繼承、平行、關(guān)聯(lián)等幾種關(guān)系。

繼承：兩個(gè)知識(shí)A、B，若A包含了B，就稱B繼承于A。這體現(xiàn)了知識(shí)的細(xì)化。

前驅(qū)和后繼：兩個(gè)知識(shí)A、B，若A→B而沒(méi)有B→A， 則稱A是B的前驅(qū)，B是A的后繼。這體現(xiàn)了知識(shí)學(xué)習(xí)的序列性。

平行：兩個(gè)知識(shí)A、B，若A→B 而且B→A，則A和B是平行的。這體現(xiàn)了兩個(gè)知識(shí)學(xué)習(xí)不具有序列性，掌握不分先后。

關(guān)聯(lián)：三個(gè)知識(shí)A、B、C，若A∩B＝C，則稱A和B是有關(guān)聯(lián)的，B關(guān)聯(lián)A，這體現(xiàn)了知識(shí)間的聯(lián)系。

圖2中層與層之間的知識(shí)只有繼承關(guān)系，在同一層次內(nèi)的知識(shí)可以有前驅(qū)和后繼的關(guān)系[4]，也可以是平行、關(guān)聯(lián)、繼承等關(guān)系。圖3我們以知識(shí)簇這一層來(lái)示意同層元素之間的聯(lián)系。圖3中結(jié)點(diǎn)表示某個(gè)具體的子知識(shí)簇，有向弧表示這些子知識(shí)簇之間的聯(lián)系。

參照以上概念模型，我們以某門(mén)課的教學(xué)大綱為依據(jù)，就可將知識(shí)層次轉(zhuǎn)化為我們所熟悉的學(xué)科－專業(yè)－課程－章節(jié)（知識(shí)簇）－知識(shí)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)，以對(duì)教育資源進(jìn)行清晰地描述。

4 教育資源元數(shù)據(jù)的邏輯模型

參照第三章的概念模型，我們使用XML模式來(lái)對(duì)上述模型進(jìn)行表述，就生成了教育資源元數(shù)據(jù)的邏輯模型，參照現(xiàn)有的分類(lèi)詞匯表，依照此模式生成的實(shí)例化XML文檔就是這個(gè)教育資源元數(shù)據(jù)的實(shí)例。

5 結(jié)束語(yǔ)

教育資源元數(shù)據(jù)的定義是E-learning系統(tǒng)實(shí)施的基礎(chǔ)性工作，我們以教育資源元數(shù)據(jù)規(guī)范為基礎(chǔ)，參考相關(guān)研究成果，對(duì)規(guī)范提出了一些擴(kuò)充。在實(shí)際操作中，E-learning系統(tǒng)的建設(shè)者需要根據(jù)自身的情況進(jìn)行修改，使其更加完善，作為對(duì)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)教育標(biāo)準(zhǔn)化工作的有益補(bǔ)充。

參考文獻(xiàn)：

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