高校圖書館學習對象庫構建研究

王立峰 杜玉波

摘 要 高校圖書館構建學習對象庫，對開發和實施具有標準化、體系化和可重用的學習對象具有重要意義。文章以LOR4PLE（面向PLE的學習對象庫）為例，闡述了LOR4PLE的學習對象管理、體系結構和關鍵技術。其中，LOR4PLE的學習對象管理包括整合性、標準性、一體性、重用性和開放性五個方面;體系結構包括通信層、數據層、語義層和應用層;關鍵技術包括MASHUP整合獲取、IEEE LOM元數據、基于IEEE LOM元數據的語義推理模型、REST開放接口等。LOR4PLE的構建，初步實現了高校圖書館通過學習對象為外部平臺提供底層數據收集、組織、管理和服務功能。

關鍵詞 學習對象庫 學習對象 個人學習環境 知識管理

分類號 G443;G258.6

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2020.08.009

The Construction of Learning Object Repository for University Library： Taking LOR4PLE as an Example

Wang Lifeng， Du Yubo

Abstract The Learning Object Repository（LOR） for university library promoting development of standardized， systematic and reusable Learning Object. Through the example of LOR4PLE studies， this article lists the details on the design idea，system structure and the key technologies of the learning object library.The learning object management of LOR4PLE includes five parts： integrity， standardization， systematization， reuse and openness. The architecture includes communication layer， data layer， semantic layer and application layer. The Key technologies include MASHUP， IEEE LOM metadata， semantic model and REST. The construction of LOR4PLE has initially create the functionalitiesfor university library to supportexternal service calling from related to low-level data collection， organization， management and services.

Keywords Learning object repository. Learning object. Personal learning environment. Knowledge management.

在信息技術高度發展的今天，基于各種終端及學習平臺系統的網絡學習越來越受到人們的重視。數字學習資源是支撐學習者網絡學習的重要基礎，是高校圖書館數字館藏資源建設的重要對象。雖然當前的各種學習平臺的數字化資源數量眾多，但資源缺乏組織、泛化無序等問題[1]也尤為突出。由于數字學習資源元數據缺乏統一的標引標準及各學習平臺資源系統服務相對封閉等原因，學習者難于有效整合分散在互聯網上的各種學習資源與服務。本研究認為，高校圖書館構建具有整合性、標準性、一體性、重用性和開放性的學習對象庫是解決上述問題的理想方案之一，對幫助學習者在網絡學習過程中充分利用各種數字學習資源與服務具有重要的意義。

1 學習對象庫文獻綜述

1.1 學習對象庫的含義及特征

學習對象是在面向對象的計算機科學與構件理論基礎上產生的[2]。學習對象的定義最早由IEEE學習對象元數據工作小組在2000年首次提出，他們認為：“學習對象是任何數字或非數字化的實體，這種實體可以在技術支持學習的過程中被利用、重用或作為參引。”[3]現在被學者廣泛接受的學習對象定義是：任何可以重用以支持學習的數字資源，并且可以在多個教學情境中使用[4]。

學習對象庫（Learning Object Repository， LOR）是在學習對象研究的基礎上發展起來的，是對學習對象體系化、標準化、教學化的深層次發展，其典型觀點主要有以下幾種：Lynch認為學習對象庫作為機構知識庫不僅僅是一套固定的軟件和硬件，更是一個網絡，在構建之前必須考慮六個觀點，包括政策、組織、文化、材料、技術和基礎設施[4]。學習對象庫是對數字資料的管理與組織，包括長期保存、組織、訪問或發布[5];Downes將學習對象庫描述為“學習精煉廠”[5]118，意為學習對象庫是支持不同形式學習的場所，具有凝練知識的作用;Marenco和Makevich認為學習對象庫是“教育內容有組織的內容遞送機制”[5]118，強調學習對象庫對學習對象的組織與可重用特性。學習對象庫的特征方面，Wiley的觀點得到了學者們的重視與廣泛接受。他認為學習對象庫應具有可訪問性，互操作性，適應性，可重用性，持久性和小粒度性共六項關鍵特征[2]。

雖然對學習對象內涵和特征的表述有所差異，但都認為學習對象庫是一種電子數據庫，包含可被訪問、檢索和使用的教育信息小單元的集合，并具有獨立用戶界面和架構，支持教學與學習者自主學習等活動，允許用戶實現各種級別的交互及跨平臺互操作等功能。學習對象庫是數字學習資源規范化和科學化管理基礎性工作，對促進網絡教學與學習平臺的科學建設和可持續發展具有著重要意義。

1.2 學習對象庫國內外研究熱點

近五年來，國外關于學習對象庫的研究在教育、圖書館和計算機等領域取得了長足的進步。本文通過相關文獻[6-15]將國外學習對象庫研究歸納為以下三個熱點方向：（1）學習對象庫智能檢索與推薦方面，主要包括語義本體描述與推理機制、學習對象推薦過濾算法策略、元數據擴展等內容;（2）學習對象庫支持教學與學習平臺方面，包括元數據標準研究、學習對象庫跨平臺互操作、基于學習對象庫的平臺構建研究等內容;（3）學習對象庫運維與發展方面，包括學習對象的適應性、可持續、可重用和數字版權管理等內容。

21世紀初，學習對象引入我國，初期眾多學者對學習對象做了大量的基礎性和應用性研究。基礎性研究主要包括學習對象概念、學習對象特征、學習對象分類、學習對象可重用、元數據及擴展元數據、數字版權、本體描述、學習對象庫構建框架等方面;應用性研究主要包括學習對象支持網絡課程設計、支持跨平臺檢索、支持學習平臺、基于學習對象的教學資源與學習資源設計研究等方面。

雖然我國關于學習對象的研究開展比較早，但關于其后續發展——學習對象庫的研究在我國相關領域還沒有得到足夠重視。在涉及學習對象庫的體系化管理、智能推薦、跨平臺互操作、數字版權管理和可持續性發展等方面仍有著較為廣闊的研究空間。因此，我國高校圖書館探索學習對象庫建設的相關理論與實踐，對其進一步發揮支撐教學與科研文獻服務的作用具有重要意義。

2 高校圖書館學習對象庫LOR4PLE及其管理特征

個人學習環境（Personal Learning Environments，PLE） 是在泛在計算、社會軟件、網絡學習的環境下，為促進學習者基于網絡環境的知識建構、提高學習者網絡學習效率應運而生的。PLE是能夠在不同終端使用的一個獨立的E-learning系統[16]，其底層數據需求主要為對不同平臺及類型的學習資源整合與體系化管理。

LOR4PLE的英文全稱是Learning Object Repository For Personal Learning Environments，意為面向PLE的學習對象庫。LOR4PLE是以標準化的學習對象作為基本數據存儲和管理單位，面向PLE系統提供各種數字學習資源的收集、整合、加工與發布等服務的獨立資源管理系統平臺，其主要功能包括三個方面：一是能夠收集和整合外部數字學習資源，并將其轉化為元數據標準化的學習對象;二是能夠將系統內部的學習對象進行二次知識組織，實現對學習對象的體系化與可重用管理;三是能夠為各種網絡教學與學習平臺提供開放接口，提供學習對象的瀏覽、檢索、交互等服務。LOR4PLE的構建，是我國高校圖書館對學習對象體系化管理、可重用管理、語義檢索和跨平臺數據交互的進一步探索。作為LOR4PLE基本存儲和管理單位，學習對象的管理主要表現為整合性、標準型、一體性、重用性和開放性五大特征。

2.1 整合性

數字化學習資源整合的目標是通過對資源的收集、有序化組織和管理，解決資源與學習者需求間的矛盾，為學習者提供體系完備與功能強大的資源體系，促進數字化學習過程的順利開展，提高資源利用效率[1]78。LOR4PLE中學習對象的整合性體現在外部數據收集與數據再加工兩個方面。外部數據收集方面，LOR4PLE能夠收集兩大類的外部數字學習資源：一類是商業數字化學習資源，該類資源具有存儲的集中性、版權要求高、元數據標引規范、資源組織規范等特點，如中小學課件庫、商業學術期刊庫、電子圖書數據庫等;另一類是非商業數字化學習資源，具有存儲零散、版權要求相對較低[16]、元數據標引不規范等特點，如開放教育資源庫、學習社區、虛擬學習環境、學習內容管理系統等存儲的數字化學習資源。數據再加工方面，LOR4PLE對收集到的外部數字學習資源進行重新整理和元數據加工，對學習對象進行有序化組織和管理，進而實現對數字學習資源的有效整合。

2.2 標準性

分布在網絡中的各種數字學習資源元數據在規范性與標準性方面差異巨大，這是造成學習資源整合困難的主要原因之一。對數字學習資源進行標準的元數據再加工、再封裝是高校學習對象庫的重要任務。在學習對象元數據和封裝的選擇方面，LOR4PLE采用能夠符合國際標準（SCORM標準）的元數據進行學習對象統一標引。SCORM標準能夠提供一套能被廣泛接受和貫徹執行的數字化學習標準[17]，其中包括關于用戶與學習對象之間信息交流的應用編程接口、描述這些信息的定義數據模型、實現學習內容互操作的內容包裝規范、用于描述學習內容的標準的元數據元素集合，以及用于組織學習內容的標準排序規則。

2.3 一體性

學習對象既是學習對象庫的基本存儲單位，也是學習對象庫管理的主要對象。將所有的學習對象進行一體性管理，能夠有效幫助學習對象庫實現學習對象整合檢索、體系化管理、語義推理、知識組織、標準開放接口調用等高級數據管理與交互功能。在LOR4PLE中，學習對象可以是任何能夠支持學習的數字資源，如一個課件、一張圖片、一個文檔、一段視頻等。無論上述學習對象屬于哪一類的資源類型，LOR4PLE均采用相同的數據模型、內容包裝規范和元數據集合對各類型學習對象進行統一的加工，以實現LOR4PLE中學習對象的一體性管理的目標。

2.4 重用性

鑒于高質量學習對象制作需要大量的時間成本和人力成本等因素，實現學習對象的可重用性具有著積極的現實意義。數字學習資源重用性的基本思想在于一旦開發了學習內容后，所涉及的學習資源將可以在不同的學習環境中多次使用。如果學習內容被切割成小塊的、模塊化的組塊（學習對象），開發者就可以把這些學習對象組合和重組為新的學習內容[18]。LOR4PLE的重用性主要是指將學習對象庫系統內部的學習資源進行粒度化處理（即將學習內容切割為以知識點為單位的模塊化組塊），進而實現其支持學習對象可聚合與可重組的重用性功能。

2.5 開放性

開放是學習對象庫的目的，也是體現學習對象庫的價值所在。具有開放性的高校圖書館學習對象庫可為網絡學習平臺持續發展提供所需要的體系化、標準化和支持跨平臺交互的底層數據服務。LOR4PLE具有完備的開放性，面向系統外部的各種網絡學習平臺提供統一的標準開放接口，支持外部系統與LOR4PLE中存儲的學習對象進行跨平臺的數據通信、交互與管理。

3 高校圖書館學習對象庫LOR4PLE體系結構

知識管理視角下，PLE支持學習者通過知識客體轉化進行知識建構[19]。依據網絡學習過程中知識轉化的不同狀態，學習者的知識建構分為知識獲取、知識組織、知識利用和知識共享四個子活動，它們相互依賴、相互作用，知識的轉化過程是連續的、螺旋上升的。結合知識管理視角下PLE的知識建構需求與學習對象管理整合性、標準性、一體性、重用性和開放性的要求，將LOR4PLE分為學習對象獲取、學習對象組織、學習對象重用和聚合、學習對象庫開放接口共四個核心模塊，并依此構建學習對象庫體系結構，如圖1所示。

LOR4PLE體系結構設計與網絡環境下學習者學習過程中知識轉化呈現的不同狀態相對應，充分體現LOR4PLE對學習者網絡學習知識轉化過程的有效支撐。從技術開發的維度上看，LOR4PLE體系結構分為通信層、數據層、語義層和應用層，各層之間能夠進行直接或間接通信與交互。具體表現為：（1）外部系統可通過應用層中開放接口直接調用語義層中的知識重組和知識聚合功能，對數據層中的學習對象進行各種操作;（2）外部系統對數據層學習對象的使用情況會被記錄在該學習對象的數據模型中;（3）外部系統可通過間接使用通信層中的學習資源獲取功能，將學習資源上傳到LOR4PLE，并進行必要的數據標準化工作。LOR4PLE四層體系結構設計將有助于與各種網絡學習平臺系統間無縫鏈接與互操作，保證底層數據組織、管理與服務功能的實現。

3.1 LOR4PLE通信層

LOR4PLE通信層由商業學習資源獲取模塊與非商業學習資源獲取模塊兩部分組成，主要負責各種數字化學習資源的獲取。學習資源獲取是以學習單元（目標）為導向，將不同商業學習資源平臺與互聯網上分散的非商業學習資源通過整合獲取的方式獲取的過程。該過程是LOR4PLE構建的第一步，和學習者網絡學習知識建構的知識獲取環節相對應。非商業學習資源獲取主要通過網絡抓取技術實現，其模塊具有網絡數據自動檢索、識別、下載、批導入等功能;商業學習資源獲取主要通過購買方式實現，其模塊具有識別、批導入等功能。

3.2 LOR4PLE數據層

LOR4PLE數據層由基于IEEE LOM元數據和SCORM標準的知識組織模塊組成，主要負責不同類型學習對象元數據標準化加工、粒度化及內容封裝，并建立LOR4PLE數據倉儲。在學習對象元數據標準化方面，知識組織模塊的主要功能包括學習對象知識表示、學習資源包LOM 元數據描述、學習對象交互模型擴展元數據描述、學習對象封裝等方面。在建立LOR4PLE數據倉儲方面，知識組織模塊要求LOR4PLE能夠支持符合SCORM標準的學習對象資源包的自動解析導入。對于不符合SCORM標準的學習資源，可以在學習對象庫提供的IEEE LOM編輯模板下，手動錄入相關元數據，并將學習資源導入LOR4PLE數據倉儲的過程。

3.3 LOR4PLE語義層

LOR4PLE語義層由知識重組模塊和知識聚類模塊兩部分組成，主要負責學習對象的重用與聚類。在知識重組方面，LOR4PLE通過應用IEEE LOM元數據語義標引及擴展標引技術能夠根據IEEE LOM元數據語義描述、語義關系及學習對象粒度大小進行語義邏輯推理，從而得出新的學習對象組合方式。這種新的學習對象組合方式不但能夠在一定程度上幫助學習者獲取新的學習資源，而且能夠有效幫助學習者建立不同學習對象知識之間的關聯，促進學習者對知識的深入理解。在知識聚類方面，LOR4PLE為用戶提供了多種維度學習對象聚合形式，包括知識元維度（如以知識點為匯聚中心）、學習者特征維度（如以學習資料的難易程度為匯聚中心）、學習資源類型維度（如以課件為匯聚中心）等方面。學習對象聚合的范圍由學習者控制，可以是整個LOR4PLE數據倉儲的所有學習對象資源，也可以是學習者自主定制的學習單元相關的學習對象資源。

3.4 LOR4PLE應用層

LOR4PLE應用層由網絡學習空間開放接口模塊組成，主要負責PLE系統或不同網絡學習平臺系統與LOR4PLE內部的數據層和語義層實現數據獲取及數據交互。在數據獲取方面，LOR4PLE應用層整合了網絡環境下學習者學習資源獲取、學習對象組織、學習對象重用與學習對象開放訪問等所有數據操作，為學習者的知識建構提供所需的知識獲取、知識組織、知識利用、知識共享等全部服務功能。在數據交互方面，LOR4PLE支持通用性交互和個性化交互兩種交互形式。通用性交互是學習者與學習資源產生的共同性交互，如學習資源的使用狀態、學習資源學習進度紀錄等。通用性交互是在學習者利用資源學習時，由系統自動實現與LOR4PLE中的學習對象進行交互;個性化交互是學習者根據自己的學習風格、學習習慣與具體的學習資源對象進行的主動交互，如學習者在使用學習資源對象時自行標注摘錄的學習內容、學習者編寫的學習心得等。

4 高校圖書館學習對象庫LOR4PLE實現的關鍵技術

LOR4PLE實現的關鍵技術主要涉及MASHUP整合獲取技術、IEEE LOM元數據標引技術、基于LEEE LOM元數據語義推理技術和REST開放接口技術等。

4.1 MASHUP整合獲取技術

MASHUP整合獲取技術是實現LOR4PLE通信層資源獲取的主要技術，能夠支持不同網站內容聚合，具有數據整合能力強和開發難度低的特點[20]。通過富因特網應用程序（Rich Internet Applications，RIA）技術與MASHUP技術相結合，不僅可以實現匯聚不同學習資源的功能，還能夠利用本地計算機信息處理能力，進一步整理來自不同網站的學習資源數據，從而實現LOR4PLE在通信層MASHUP整合獲取不同學習資源的需求[20]19。

LOR4PLE應用MASHUP整合獲取技術時，首先通過OPEN API接口或網頁抓取等技術，遠程連通不同學習平臺系統資源服務器;其次，對檢索結果進行初步的處理與分析后，整合獲取到LOR4PLE通信層;最后，在LOR4PLE通信層中對檢索結果匯聚的數據進一步加工、整理，過濾冗余信息，將來自不同網站的檢索結果規范為LOR4PLE可識別和管理的學習資源基礎數據。

4.2 IEEE LOM元數據標引技術

IEEE LOM元數據標引技術是實現LOR4PLE數據層知識組織的主要技術，負責將來自LOR4PLE通信層的學習資源基礎數據進行學習對象元數據標準化工作。元數據主要包括描述類元數據和語義關系類元數據兩個部分。描述類元數據工作是實現LOR4PLE資源聚合功能、與外部PLE系統數據交互功能的基礎;語義關系類元數據是實現LOR4PLE知識重組功能和語義檢索功能的基礎。

描述性元數據方面，LOR4PLE充分利用IEEE LOM元數據對學習對象的資源主題、學科分類、媒體類型、用戶類型、學習難度、語義特征等方面進行系統的描述。如General.Keyword描述學習資源主題;Technical.Format描述學習資源存儲文件格式，如JPE、CAJ;Education.Interactivity Type描述學習資源的交互類型，如主動型、解說型、混合型;Education.Learning Resource Type描述學習資源的資源類型，如教材、試題、課件、素材;Education.Intended End User Role描述學習資源的終端用戶類型，如教師、學習者、管理者;Education.Context、描述學習資源的試用范圍，如幼兒教育、初等教育;Education.Difficulty描述學習資源的學習難度，如容易、比較容易;Classification.TaxonPath.Taxon描述學習資源的分類，如醫藥學、教育技術學。

語義關系元數據方面，LOR4PLE利用Relation.Kind描述學習對象與Relation.Resource之間的關系，包括ispartof、isversionof、isformatof、referencesis、

basedon、requires在內的六種語義關系共12個鍵值。

4.3 基于LEEE LOM元數據語義推理模型

基于LEEE LOM元數據語義推理技術是實現LOR4PLE中學習對象知識重組功能的關鍵技術。在利用LEEE LOM元數據語義描述的基礎上，LOR4PLE在學習對象存儲過程中同時建立語義表與資源表，實現對學習資源的語義檢索與知識重組功能。該過程主要包括語義存儲與語義檢索兩部分。

（1） 語義存儲。語義存儲是LOR4PLE系統通過解析SCORM標準學習資源包中的imsmanifest.xml文件，將學習資源及其元數據分別自動導入到LOR4PLE相對應資源表和語義表的過程，如圖2所示。資源表負責存儲學習對象及學習對象描述類元數據，語義表負責存儲學習對象對應的語義關系。

（2） 語義檢索。LOR4PLE通過資源表與語義表協同配合的方式實現用戶的語義檢索功能。在用戶輸入檢索的關鍵詞后，LOR4PLE系統通過資源表與語義表共同作用自動判斷命中的學習對象是否具有語義關系，如圖3所示，并將與命中記錄具有語義關系的學習對象資源一同作為檢索結果顯示出來，同時標明檢索結果相互之間的語義關系。

4.4 REST開放接口技術

互聯網上的資源與服務之所以難于整合，除了多數網站采用各自獨立的數據存儲格式和資源描述形式外，還有大部分網站故意封閉自己的系統，拒絕為外部系統提供相關開放接口。因此，提供必要的開放接口，開放網站的資源與服務，是實現資源整合與共享的重要途徑，也是互聯網信息共享服務發展的一個重要理念。LOR4PLE采用輕量級PHP5開源框架Slim Framework技術實現REST風格的開放API功能。利用Slim Framework所具有的HTTP routing、Named routes、Route passing、Route redirects、Error handling等特性[21]，LOR4PLE提供具有跨平臺性的、開放的GET、POST、DELETE、PUT等接口技術。LOR4PLE開放API功能全面支持PLE系統或其他網絡教學與學習平

臺通過不同終端（PC、Android、iOS）對LOR4PLE進行實時的訪問、操作和數據交換，滿足PLE系統或其他網絡教學與學習平臺對LOR4PLE中學習對象的組織、檢索、更新、交互等操作功能需求。

5 結語

高校圖書館構建學習對象庫是學習對象研究的進一步發展，對開發和實施具有標準化、體系化和可重用的學習對象有著重要意義。LOR4PLE是依據學習者網絡環境下知識建構過程進行學習對象庫體系結構設計的開放系統，體現了學習對象管理的整合性、標準性、一體性、重用性和開放性，實現了面向PLE提供底層學習對象獲取、學習對象組織及倉儲、學習對象開放交互等服務功能。

MASHUP整合獲取技術對提高學習資源全面獲取效率與過濾效果具有一定積極意義。采用IEEE LOM元數據描述和SCORM標準的LOR4PLE不僅可以滿足用戶檢索的聚合需求，還可以在一定程度上（輕量級）實現學習對象知識重組和語義檢索的要求。LOR4PLE具有REST風格的開放API能夠滿足PLE和其他外部網絡學習平臺系統對LOR4PLE倉儲學習對象的體系化操作與交互。在實際的系統試運行中，LOR4PLE在可行性、穩定性、有效性等方面得到了初步的驗證。

LOR4PLE是高校圖書館構建學習對象庫的一次實際嘗試，同時也為其他學習平臺的底層數據設計與建設提供一定的借鑒意義。由于時間和技術能力等原因，LOR4PLE在采用語義本體技術、實現學習對象系統自動推薦功能、學習對象庫可持續發展和學習對象版權保護等方面的研究存在著不足，這也是LOR4PLE繼續發展的未來方向。

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