基于Ｐｅｔｒｉ的電子政務網絡學習模型研究

【摘要】本文分析了現有電子政務培訓機制存在的問題，根據電子政務培訓的特點，提出了一種符合電子政務教學活動特性和要求的、針對網絡學習的學習流程控制模型，并詳細論述了學習活動中各環節的相互協作關系，通過采用Petri網對其進行了動態建模。

【關鍵詞】網絡學習，Petri網，網絡學習，流程控制

【中圖分類號】G420【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2006）02—0051—03

一、引言

隨著政府職能進一步轉變，改進管理方式，提高行政效率，降低行政成本，使之形成行為規范、運轉協調、公正透明、廉潔高效的行政管理體制，其最有效的方法就是加快推進政府部門的電子政務。尤其是中組部、人事部、國務院信息化工作辦公室發布了《關于開展信息化與電子政務培訓的通知》文件后，我國的電子政務發展十分迅猛。如何從理論和實踐兩個方面，進一步研究和探索電子政務建設的規律與特點；明確深化行政管理體制改革與推行電子政務的基本內容和發展趨勢，提高推進政府管理創新和電子政務工作的水平和實際應用能力，已成為當前各級政府機構及相關培訓單位重點關注的問題。積極組織開展信息化和電子政務培訓工作，將是解決此問題的關鍵。

我國電子政務的培訓機構主要是各級行政學院與各級黨校，但現有培訓與教育普遍存在幾個方面的問題：

1、電子政務理論教學和計算機技術教學有所脫節。

2、電子政務課程缺乏整體規劃，授課內容不很確定，變動較多，教材也不統一。

3、學員計算機應用水平的不平衡與分層教學實施的難度問題。受訓對象需求多樣化，對教學內容、課時設置、授課方法要求不一，“眾口難調”。

4、課程設置僅限于計算機基礎知識和技能操作，未能從實現電子政務所要求的信息技術高度把握總體思路，偏重于技能操作教授，針對性不強。

5、培訓缺少標準化、規范化。

通過構建一個統一的電子政務網絡培訓培訓平臺，能夠從根本上解決上述問題。網絡培訓（學習）作為一種以學員為中心的全新的遠程教育模式，它打破了傳統教學模式的時空限制，可以滿足各類復雜培訓與學習的需求，使得學習更加自由輕松和個性化。目前國內外在E-Learning應用研究方面取得了一些成果，如美國ADL（Advanced Distributed Learning Initiative）[1]；Graz University of Technology 的D. Helic等提出的運用基于語義分析模型的虛擬討論室工具[2]；黃曉櫓博士提出運用有色Petri網系統對網上教學活動進行形式化動態建模[3]，在網絡學習模型方面形成了一些比較成熟的技術。但是，目前在針對學員學習流程控制方面缺乏一種高效、簡潔的控制方法。本文針對電子政務網絡培訓的特點，提出一種運用Petri網來構建電子政務網絡學習系統的控制模型。該模型實現了任何人在任何時間與地點都能獲得其所需的學習內容，很好地解決電子政務學習與培訓中的工學矛盾。

二、基于消息中間件的培訓學習流程模型

傳統的學習模式采用的是教學相適應的原則。其模式是指教師的“教授過程”與學習者的“學習過程”的相互適應。學習流程是由教師傳授知識的過程與學生的學習過程兩個相適應的系統過程組成的。第一個系統過程是：備課――講課――答疑輔導――批改作業――學習效果評估5個基本階段；第二個系統過程為預習――聽課――復習鞏固――運用知識4個基本階段。在此過程中體現了學習者認識規律從感知到理解到鞏固再到運用的4個基本階段。

教學活動是一種具有并發、異步、分布、并行、不確定性和隨機性的信息處理過程。而計算機系統對在其上的處理要求具有嚴格的形式化和流程化，因此必須將其活動行為進行形式化建模。而作為一種圖形描述與分析工具的Petri網，能夠很好地對其進行動態建模。

（一）基于Petri網系統的E-Learning學習流程控制動

態建模

定義1：ψ＝（P，T，F，M0）是一個Petri網系統，它是對網上教育的動態建模。

其中，ψ中各組成元素定義如下：

（1）庫所（Place）元素集P和變遷（Transition）元素集T分別如下：

P={p1，p2，p3，p4，p5，p6，p7，p8，p9，p10，p11，p12，p13，p14}

T = {t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12}

圖1中各符號的說明：p1：指導者初始狀態；p2：學習者學習初始狀態；p3：學習計劃初始狀態；p4：已確定教學或輔導任務的狀態；p5：學習者就緒狀態；p6：學習者的學習計劃；p7：包括兩部分：選定本次學習的學習課程狀態和課程的學習資源；p8：包括兩部分：課程的學習目標和學習資源；p9：學習者的課程學習進度狀態集；p10：學習者學習就緒狀態；p11：學習者等待提問結果狀態；p12：包括兩部分：學習者學習完所選知識和獲取本階段的作業；p13：學習者測試不通過狀態和完成本階段學習目標；p14：學習者完成本階段的學習任務；t1：指導者登錄本學習平臺；t2：提取本次學習的內容；t3：制訂個人的學習計劃。主要是完成學習者設定學習計劃的操作生成新的學習計劃；t4：設置課程的學習資源；t5：學習者從學習計劃或學習推薦列表中選擇本次學習的課程；t6：學習者根據系統學習推薦和學習者的學習計劃選擇本次學習的內容；t7：評估學習效果和挖掘個性化學習環境；t8：解答提問：學習指導者或其它學習者解答學習者提出的問題；t9：學習者在線聽課：學習指導者（教師）和學習者通過網絡實時課堂工具進行網上學習或交流，也可以書寫學習筆記或實時向教師提問；t10：學習者自學，學習者通過各種學習資源進行自學；t11：學習者提問；t12：對學習者的學習效果進行評測和批改作業；

（2）（P，T，F）為有向網，稱為ψ的基網。

（3）M0為ψ的初始標識。

狀態就相當于學習者在流程中所處的一個狀態，而變遷是導致狀態發生改變的事件，也就是說學習者是由于操作了對象而觸發了事件，而這些被觸發的事件又促使學習者狀態的改變。而事件的觸發又具有異步性、同步性、分布性、并行性、不確定性的特性，針對其觸發的特性，引入消息中間件的消息機制來構造網絡學習流程控制模型。

（二）基于消息機制的E-Learning學習流程的控制模型

基于消息機制的網絡學習流程模型是指運用消息中間件收發消息來驅動學習流程中的各環節，以此達到對網絡學習流程的控制。該模型是通過收發不同主題、不同類型消息的方式來驅動。模型將消息分為三層：課程學習域、主題和消息。下面對其進行定義：

1、主題（Topic）：是消息中間件的一種一對多的映射關系，它能實現將消息可靠轉發給各訂閱者。例如：在學習流程中設定答疑和學習交流為一個消息主題，那么有關本主題的消息就只能在訂閱主題的消費者間進行傳遞。

2、消息（Message）：是交流信息的載體，在本模型中具有兩類消息。

（1）文本消息（Text Message）：用于傳遞各類文本信息；

（2）流程驅動消息（Flow Driver Message）：用于承載控制和驅動學習流程的消息;

（3）課程學習域（Course Learning Domain）

是指將消息空間按課程劃分成不同的區域，消息的生產者與消費者是參與本課程教學活動的角色。課程學習域包含若干不同功能的主題和共公消息。課程學習域由5部分組成：

a）LOT（Learning Objective Topic）：學習目標主題，用于收發有關課程學習目標調整的驅動消息和文本消息；

b）ACT（Answer Communion Topic）：答疑與交流消息主題，主要是用于學習者之間或學習者與教師之間交流信息；

c）LET（Learning Evaluation Topic）：學習效果評估消息主題，主要是用于驅動網絡學習的學習效果評估功能，以及發布評估后的一些信息；

d）LPT（Learning Progress Topic）：學習進度消息主題， 用于驅動學習進度的調整功能；

e） P2P消息（Shall Message Queue）： 用于提供域內進行P2P交流的消息隊列。

（4）網絡學習平臺開設的課程（course）是一個有序集，它是由教務管理人員根據學習需求來設置，是一個4元組C：（d，L，T，R）其中：

a）d 是課程的學習消息域；

b）L 是學習課程的一些約束，如學習本課程所需的必要預備知識點等；

c）T 是課程各階段的學習目標；

d）R 是課程的各種教學資源。

（5）學習者（Student）是一個有序集，當用戶以學員的角色注冊到本平臺時產生，是一個3元組S（I，ai）其中：

a）I 是學員個性化的描述；

b）ai 是學員學習能力描述;學員的學習能力劃分為4個

等級： ai∈｛a1，a2，a3，a4｝;

基于消息驅動的Petri網的網絡學習流程模型的學習流程包括：制訂學習計劃、選擇學習課程、提取學習內容、學習、修改學習進度、修改課程的學習目標、學習效果評估、答疑或學習交流、修正個性化學習空間10個處理。它們都是均是通過訂閱相應主題消息來觸發。

三、培訓學習流程控制的實現

基于上述分析，基于消息中間件的網絡學習系統主要是由：個性化遠程學習系統用戶接口、學習流程驅動引擎、課件學習模塊、答疑模塊、學習評估模塊、學習進度控制模塊、個性化分析器、學習交流模塊以及各類資源庫組成。各模塊的協作和信息的交互均是通過消息中間的消息來觸發和傳遞的，該系統的體系結構圖如圖2所示。

鑒于上述對系統體系結構的描述，表明系統主是由消息中間件的消息隊列（Message Queue）、流程控制消息主題（Message topic）、流程控制消息驅動Bean（Message Driver Bean）和實現具體功能的工具或模塊組成?，F以在線考試交卷為例介紹基于消息機制的處理流程的實現（如圖3所示）：

1、學習者通過Internet瀏覽器進行在線考試;

2、答題完畢提交試卷由OnlineExamServlet程序接收學習者的答卷，OnlineExamServlet調用OnlineExamSessionBean中的交卷方法;

3、OnlineExamSessionBean中的交卷方法向CourseDomainContrlQueue中發一條提交答卷的消息;該會話

Bean調用結束后返回客戶端;至此，客戶端的在線考試交卷操

作完成。

4、在后臺服務器上，課程控制消息Bean（CourseDomainControlMDB）在收到提交試卷的驅動消息后就會調用評卷工具（Evaluate paper EntityBean）對學員的答案進行評分，評分完成后，向Evaluate Topic主題發送評分結果的消息。

5、這條評分結果消息分別觸發訂閱該主題的三個消息驅動Bean。LearningMiningMDB調用學習個性數據挖掘工具對現有學習個性化描述進行相應調整，同時該分析器還會發送調整學習目標的驅動消息以達到動態修正本課程學習目標的目的;LearningProgressMDB調用學習進度修正模塊（LearningProgressEntityBean）對該學員的本課程的學習進度進行相應的調整；SendGradeMDB調用發送郵件工具發送學員的考試成績單。

至此，該處理流程結束。由上可知，基于該模型的ELS網絡學習平臺具有控制簡單、靈活、高效、安全、可靠和可擴展等優點。

四、結束語

上文中提出的模型反映了教學活動的基本規律、基本過程、基本特性。該模型運用P3etri網結合消息中間的消息機制，對教學活動中涉及的元素與活動進行嚴格流程化的描述，構造了基于事件驅動Petri網的網絡學習流程控制的動態模型。實現了學員在網上注冊后，可選學不同課程，與相關教師、學員間進行多向交流、討論；并通過虛擬方式進行實時授課。

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參考文獻

[1] 黃曉櫓.網上教育形式化動態建模方法研究[J].計算機工程與應用，2003，31:77-81.

[2] D. Helic， H. Maurer， N. Scerbakov. Discussion Forums As Learning Resources In Web-Based Education[J]. Advanced Technology for Learning， 2004，1(1):8-15.

[3] 查有梁.教育建模[M].廣西教育出版社，2001.

[4] 袁崇義.Petri網原理[M].電子工業出版社，1998.

A Research on E-GOV of E-Learning Process Model based on Petri Net

Qin Tao1Jiang Wen2Chen Hanli3

1、Software School of Hunan University， Changsha，Hunan， 410006

2、Commerce School ChangSha， Changsha，Hunan， 4100063、University of South Chinese， Changsha，Hunan，410004

Abstract: E-Learning process automatically executes the practical learning process entirely or partly. In this paper， the collaboration relation of each part in learning activities is discussed in detail， We can adopt dynamic modeling method for E-Learning process control model by the way of Petri net.

Keywords: E-Learning， Petri Net， E-Learning Process Control

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文