基于ＸＭＬ數(shù)據(jù)庫的標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：首先簡要介紹了XML及XML數(shù)據(jù)庫的背景、發(fā)展趨勢和相關(guān)產(chǎn)品，并對XML數(shù)據(jù)庫的原理進行了簡要分析；然后提出了基于XML數(shù)據(jù)庫（Tamino）的技術(shù)框架和J2EE平臺的標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，給出了XML數(shù)據(jù)庫中XML文檔對象的組織和實現(xiàn)，提出可行的設(shè)計方案并實現(xiàn)了該系統(tǒng)的功能模塊。通過將教育資源包的元數(shù)據(jù)和內(nèi)容進行分離，實現(xiàn)了對教育資源的有效管理，并最終實現(xiàn)了教育資源的分布式存儲和集中式管理。

關(guān)鍵詞：XML數(shù)據(jù)庫； 資源注冊； 分布式存儲； 集中式管理； 元數(shù)據(jù)

中圖法分類號：TP311．13文獻標識碼：A

文章編號：1001－3695(2006)09－0192－03

1引言

1．1XML簡介

XML即可擴展標記語言（eXtensibleMarkupLanguage），正快速成為電子商務(wù)數(shù)據(jù)交換的國際語言，它的優(yōu)勢[1]主要表現(xiàn)在：異構(gòu)系統(tǒng)間的信息交流、不同來源數(shù)據(jù)的集成、更精確的搜索、多種應(yīng)用得到的數(shù)據(jù)、本地計算和處理、數(shù)據(jù)的多樣顯示、粒狀的更新、升級性和保值性。XML把內(nèi)容從演示格式中解放出來，使內(nèi)容可以重復(fù)使用，如同樣的內(nèi)容可以分別用于新聞發(fā)布、白皮書、宣傳冊、演示和Web頁面等。對那些需要把不兼容的系統(tǒng)融合在一起的企業(yè)，XML可以充當公共傳輸工具，以中性格式進行數(shù)據(jù)傳輸。此外，XML還可以處理各種數(shù)據(jù)，包括文本、圖像和聲音，并且可以由用戶進行擴展以處理任何特殊類型的數(shù)據(jù)。采用XML描述教育資源是技術(shù)發(fā)展的趨勢，也是教育資源元數(shù)據(jù)的推薦表達方式。

1．2XML數(shù)據(jù)庫簡介

基于XML的數(shù)據(jù)庫亦日益成為眾人矚目的焦點。一些主要的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商，如IBM，Oracle，Microsoft已分別在它們的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中提供了對XML的支持。數(shù)據(jù)庫內(nèi)部以XML格式存儲的數(shù)據(jù)庫被稱為NativeXML數(shù)據(jù)庫（也稱為純XML數(shù)據(jù)庫），在原有關(guān)系數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)之上加入對XML格式數(shù)據(jù)支持而發(fā)展出來的能存儲和處理XML格式數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫被稱為XMLenabled數(shù)據(jù)庫。

XML最具吸引力的特性之一是其分層結(jié)構(gòu)，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫卻將XML映射成關(guān)系表，從而將XML結(jié)構(gòu)變成了平面的行和列。主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商均已提供對XML的支持，它們的數(shù)據(jù)庫內(nèi)部仍然采用原有的表單格式存儲，當用戶進行XML查詢或其他處理時，數(shù)據(jù)庫需要重新組合這些數(shù)據(jù)，這自然會降低數(shù)據(jù)的處理速度。純XML數(shù)據(jù)庫則不存在這樣的問題，它在存儲一個XML文件時，會創(chuàng)建一個基于XML的模型，其中包括多層嵌套，完整地保存XML的分層結(jié)構(gòu)，在進行數(shù)據(jù)處理時無須進行格式轉(zhuǎn)換，從而可以擁有更高的數(shù)據(jù)處理效率。

目前比較著名的商用NativeXML數(shù)據(jù)庫之一是位于美國加州的SoftwareAG公司開發(fā)的Tamino（TransactionArchitecturefortheManagementofInternetObject）[3]。它除了可以存儲和訪問XML外，Tamino還具備多項功能，包括OpenDatabaseConnectivity、符合Unicode要求、HTTP通信及處理非XML數(shù)據(jù)的能力。其他NativeXML數(shù)據(jù)庫包括dbXML，eXcelon和XHive/DB，分別由美國的dbXMLGroupLLC公司、eXcelon公司和荷蘭的ConnectionFactory公司研制。

標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)中的教育資源元數(shù)據(jù)內(nèi)容信息具有非結(jié)構(gòu)化的特點，以傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲十分困難，故采用了純XML數(shù)據(jù)庫Tamino進行管理和存儲資源元數(shù)據(jù)信息。

2基于XML數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)設(shè)計

2．1系統(tǒng)總體設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展改變了傳統(tǒng)的面對面的教學(xué)模式，新的教學(xué)模式集中了各種教學(xué)資源，為學(xué)習(xí)者提供了更豐富、更直觀的教學(xué)內(nèi)容。為解決國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教育資源使用效率低下、重復(fù)開發(fā)嚴重的現(xiàn)狀，教育部啟動了“面向21世紀教育振興行動計劃”中的標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)[1]，該項目的研究成果對于實現(xiàn)中國網(wǎng)絡(luò)教育的標準化，規(guī)范化具有重要意義。該項目包括三個子項目，它們分別是：標準化網(wǎng)絡(luò)教育資源開發(fā)子系統(tǒng)、教育資源管理子系統(tǒng)和教育資源注冊及檢索子系統(tǒng)，分別對應(yīng)于資源的創(chuàng)作、管理和注冊階段。標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)的總體設(shè)計框架和系統(tǒng)功能流程分別如圖1和圖2所示。

系統(tǒng)功能流程說明：

（1)資源提供過程。各種低層次、無序的教育資源被組織成高層次的、有序的教育資源，并進行標準化描述。

（2)重定向過程。該系統(tǒng)為用戶提供一站式的基礎(chǔ)教育資源服務(wù)，用戶可先到注冊平臺查詢所需要的信息，然后由中心平臺重定向到對應(yīng)的資源提供商，再進行使用。

(3)經(jīng)有效組織和標準化描述后的教育資源提交到教育資源庫管理子系統(tǒng)，進行一定的資源審核。如審核通過則將資源存入資源庫，并向教育資源注冊子系統(tǒng)提出資源注冊請求。資源注冊成功后，資源用戶即可通過注冊信息檢索功能找到，進而使用該教育資源。

教育資源注冊及檢索子系統(tǒng)是實現(xiàn)資源共享和重用的基礎(chǔ)設(shè)施。標準化網(wǎng)絡(luò)教育資源開發(fā)子系統(tǒng)以中國網(wǎng)絡(luò)教育標準CELTS為依據(jù)，能夠?qū)o序的、無組織結(jié)構(gòu)的教育資源包裝成可供重復(fù)使用和數(shù)據(jù)交換的實體，制作出遵循相關(guān)網(wǎng)絡(luò)教育標準的課件資源。教育資源管理子系統(tǒng)通過一定資源注冊接口將這些有效組織和標準化的資源注冊到服務(wù)器，然后教育資源注冊及檢索系統(tǒng)將資源注冊信息存入資源信息注冊庫中；同時用戶可以通過資源檢索接口檢索資源注冊信息庫中的資源注冊信息。若用戶檢索到所需要的資源即可預(yù)覽和下載到本機，實現(xiàn)教育資源的共享和重用。教育資源注冊及檢索子系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖3所示。

該系統(tǒng)是基于角色的訪問控制，其用戶分為兩類，即系統(tǒng)管理員和普通用戶。系統(tǒng)管理員經(jīng)身份驗證成功后進入該系統(tǒng)，可以對資源進行任何操作，如添加、刪除資源，還可以添加、刪除用戶，設(shè)置用戶權(quán)限，查看系統(tǒng)日志，打印資源報表等。普通用戶經(jīng)身份驗證后進入系統(tǒng)只能對資源進行查詢、預(yù)覽和下載等。標準化網(wǎng)絡(luò)教育資源開發(fā)子系統(tǒng)在制作出符合CLETS系列標準的課程的同時，生成XML文檔對象，即資源描述文檔，課程信息記錄在XML文檔對象中，這些XML文檔對象經(jīng)DTD轉(zhuǎn)換后被加載到Tamino數(shù)據(jù)庫中。

2．2XML數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

由于資源注冊信息是半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)信息，以XML形式存在，注冊和檢索操作都將涉及大量XML數(shù)據(jù)信息的處理，因此必須采用XML數(shù)據(jù)庫存儲和管理技術(shù)來保證系統(tǒng)運行的高效性和可靠性。教育資源注冊及檢索子系統(tǒng)采用的是性能優(yōu)越的Tamino數(shù)據(jù)庫。Tamino數(shù)據(jù)庫是基于XML的管理信息服務(wù)器，實現(xiàn)了XML數(shù)據(jù)的存儲和檢索。TaminoServer使得跨平臺、跨系統(tǒng)間異構(gòu)數(shù)據(jù)的交換與存取成為可能。作為XML引擎的XMLMachine使得Tamino可以快速高效地處理大量的數(shù)據(jù)。XML數(shù)據(jù)直接以原始的對象型格式存儲，無須轉(zhuǎn)換成其他格式，減少了中間環(huán)節(jié)，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目標主要包括：

（1）基于XML的資源（如網(wǎng)絡(luò)課件包），以資源信息DTD（resinfo.dtd）、日志DTD（log.dtd）、用戶DTD（user.dtd）、資源庫DTD（lib.dtd）等為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(xiàn)用戶、資源庫、課件包在XML數(shù)據(jù)庫的存儲和管理。其中資源庫DTD文檔如下：

＜？ｘｍｌｖｅｒｓｉｏｎ＝＂１．０＂ｅｎｃｏｄｉｎｇ＝＂ｇｂ２３１２＂？＞

＜！－－ｌｉｂ．ｘｍｌ－－＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｌｉｂ（ｌｉｂｉｄ，ｌｉｂｌｏｃａｔｉｏｎ，ｌｉｂｍａｎａｇｅｒ，ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｔｉｍｅ，ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ？，ｓｅｒｖｅｒ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｌｉｂｉｄ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｌｉｂｌｏｃａｔｉｏｎ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｌｉｂｍａｎａｇｅｒ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｔｉｍｅ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

＜！ＥＬＥＭＥＮＴｓｅｒｖｅｒ（＃ＰＣＤＡＴＡ）＞

（2）實現(xiàn)對資源的檢索，其中包括按照關(guān)鍵字、日期、元數(shù)據(jù)、標題、版本信息、作者等各項信息進行精確查詢和模糊查詢。

（3）能夠預(yù)覽、下載所有的資源，讓學(xué)習(xí)者做到“LearningAnywhere，Anytime”，能夠?qū)M入該系統(tǒng)的用戶行為進行跟蹤并記錄。

（4）能夠?qū)逃Y源注冊信息進行統(tǒng)計管理，諸如將點擊率比較高的網(wǎng)絡(luò)課件設(shè)置成熱門課件。

資源注冊就是資源制作者（如教師）將完成的課件資源包提交到資源庫，資源管理系統(tǒng)將從標準課件中提取出課件相關(guān)信息作為資源的注冊信息，然后提交給注冊服務(wù)器進行資源的注冊，并將注冊信息存入數(shù)據(jù)庫。從標準課件中提取的注冊信息主要包括三部分，即課件元數(shù)據(jù)信息、課件結(jié)構(gòu)信息和課件中包含的所有資源的元數(shù)據(jù)信息。我們將這三部分信息存在同一個XML文檔（資源描述文檔manifest.xml）中，將這個文件存入Tamino數(shù)據(jù)庫，就可以實現(xiàn)注冊。資源描述文檔的文檔結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4資源描述文檔manifest.xml中的XML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

資源搜索就是通過對資源的注冊信息進行搜索，從而獲得資源實體的實際位置，用戶就可以進行瀏覽或者下載。資源的注冊信息都是以XML文檔的形式存放在Tamino數(shù)據(jù)庫中的，搜索時利用XPath技術(shù)可提高搜索的精度和準確度。

3基于XML數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)實現(xiàn)

3．1XML的組織和實現(xiàn)

采用標準化網(wǎng)絡(luò)教育資源開發(fā)子系統(tǒng)制作出來的課件資源均符合教育資源的系列標準，同時生成相應(yīng)的資源描述文檔。資源描述文檔中以XML文件作為資源包的描述性元數(shù)據(jù)，包括課件元數(shù)據(jù)信息、課件組織結(jié)構(gòu)信息、包含所有資源的元數(shù)據(jù)信息，分別位于Metadata，Organizations，Resources三個標簽下面。文件中存儲的是資源的LOM信息和各種素材資源信息，包括各種形式的物理文件信息，如音頻、視頻、大文本文件等。課件資源包生成后，將其上傳至資源管理子系統(tǒng)。教育資源管理子系統(tǒng)就可以對該資源進行注冊，在此過程中，將解包后的XML文件進行解析，然后對XML正確性、CELTS規(guī)范化進行校驗，將校驗通過的XML文件存入Tamino數(shù)據(jù)庫中。在Tamino中采用JavaAPI對XML進行解析。使用XPath查詢注冊信息，采用了XSL來顯示XML的技術(shù)，但由于描述文檔太大，如果直接發(fā)送給用戶將增大網(wǎng)絡(luò)負擔，因此，我們用Xalan技術(shù)在服務(wù)器端將兩個文檔進行結(jié)合成HTML的形式，然后將結(jié)果發(fā)送給用戶。

3．2系統(tǒng)的實現(xiàn)

整個系統(tǒng)在基于J2EE平臺的基礎(chǔ)上，采用WebLogic7．0作為服務(wù)器，結(jié)合EJB和JSP技術(shù)，使用XML，Java，SOAP，WebService等技術(shù)，采用Tamino數(shù)據(jù)庫，具有極佳的跨平臺特性和可移植性。

該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的各個功能模塊，即資源庫管理、用戶管理、資源注冊信息管理、日志管理以及課件資源的查詢和檢索等。系統(tǒng)的功能界面如圖5所示。

圖5系統(tǒng)的功能界面

4總結(jié)

通過對該系統(tǒng)的功能細致分析，運用企業(yè)級應(yīng)用的分層構(gòu)建思想，采用J2EE，XML，XSL，JSP，SOAP等多種技術(shù)，遵循面向?qū)ο蠓椒ǖ脑瓌t，應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒▽φ麄€系統(tǒng)進行分析、設(shè)計、建模，構(gòu)建了一個基于J2EE平臺和純XML數(shù)據(jù)庫的標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對教育資源的標準化管理。該系統(tǒng)可以為用戶提供“一站式”的基礎(chǔ)教育資源服務(wù)，通過對資源進行重定向，就能在統(tǒng)一平臺上檢索到分布存儲在不同地域的教育資源，真正做到對分布式的內(nèi)容進行集中式的檢索。此外，標準化教育資源內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)易

于使用，具有良好的可維護性和較好的穩(wěn)定性，它為資源管理者提供穩(wěn)定、可靠的內(nèi)容管理平臺，實現(xiàn)標準化內(nèi)容組織、存儲與調(diào)度、管理，支持學(xué)習(xí)對象級的內(nèi)容管理，具有分布式跨平臺部署能力，能與內(nèi)容開發(fā)系統(tǒng)有效整合，支持多種內(nèi)容格式，基于元數(shù)據(jù)的內(nèi)容檢索，功能完備、操作簡便、界面友好。

該系統(tǒng)在寧夏永寧縣回民中學(xué)得到了試用，教師可方便地根據(jù)教學(xué)目的及學(xué)生的具體情況選擇適當?shù)慕逃Y源，解決了教學(xué)資源的無序管理問題，為師生提供了一種全新的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)了教育資源的共享，取得了良好的效果。

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作者簡介：

楊小花（1982），女，湖北鐘祥人，碩士研究生，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)教育；

楊宗凱（1963）男，國家教育部“教育信息化技術(shù)標準委員會（CELTSC）”委員，教授，博導(dǎo)，博士，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)教育；吳砥（1978），男，博士研究生。