數字化學習資源共享的技術標準分析

【摘要】數字化學習資源的自包含性和可尋址性是共享的基礎。數字化學習資源共享包括元數據收集和認證傳遞兩個層次。數字化學習資源共享的實現需要元數據、元數據收割和認證Web服務等方面的技術標準的支持。

【關鍵詞】學習資源共享;元數據標準;元數據收割協議;認證Web服務

【中圖分類號】G40-057【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2010)06—0066—05

一 數字化學習資源共享的概念和基礎

1 數字化學習資源的概念

從廣義上講，學習資源指支持學習的任何事物，包括物質形式的和非物質形式的。非物質形式的學習資源包括教育制度、人際關系、學習氛圍等等。物質形式的學習資源又可以分為人力資源和非人力資源。人力資源包括老師、同學、朋友、專家等等。非人力資源從大到小包括教學設施(例如圖書館和教室)、教學設備(例如投影儀和各種實驗儀器)、學習工具(例如計算器和各種文具)和學習材料(例如教材和各種多媒體音像資料)。狹義的學習資源僅僅指學習材料，也是通常意義上的學習資源。

學習材料是學習者要學習的知識、技能和能力等學習內容的載體。隨著媒體技術的發展，這些學習內容載體的形式出現了數字的和非數字兩種。非數字的學習材料包括傳統的印刷教材、各種掛圖、模型和標本等等。根據中國教育信息化技術標準CELTS-41的定義，數字形式的學習材料分為媒體素材(包括文本、圖形圖像、音頻、視頻和動畫)、案例、文獻資料、資源目錄索引、常見問題解答、試題、試卷、課件、網絡課程九類，這些都可以稱為數字化的學習資源。

在國外的數字化學習研究中，也將數字化學習資源稱為學習對象，是指“提供給教育者、學生和自學者使用和重用，以支持學習或學習支持活動的任何可再生和可尋址的數字資源”。通常學習對象是結構化的學習資源，即使用IMS內容包裝規范打包好的學習資源。

由于我們國家早期建設的很多資源庫的資源形式多種多樣，為了不造成財力、物力和人力的浪費，在考慮資源共享的問題時，必須能夠重用這些資源。因此本文中的數字化學習資源采用CELTS-41中的定義，但也不排除經過了教學設計，并進行了結構化表示和包裝的學習對象。

2 數字化學習資源共享的基礎

無論是原始的素材資源，還是經過了教學設計的課件和網絡課程，以及打包好的學習對象，學習資源共享必須滿足兩個條件:1)資源是自包含的;2)資源是可尋址的。

資源的自包含性是指資源是獨立的，即資源不依賴其他資源可以單獨存在。同時自包含性還意味著資源可以作為單一文件進行傳遞，而不是包含多個文件需要傳遞多次。

資源的可尋址性是指學習資源能夠通過網絡地址進行唯一標識，即一個資源必須有一個網絡地址，并能夠通過這個地址訪問到該資源。當然一個資源可以有多個網絡地址，反之則不然，即一個網絡地址不能標識多個資源，而只能標識一個資源，否則會造成資源的無法識別，進而造成無法訪問和傳遞。

二 數字化學習資源共享的層次和機制

數字化學習資源共享問題的產生來自于兩個方面:一是數字化學習資源的分散存儲;二是各個數字化學習資源庫系統之間由于認證、技術體系和技術路線不同造成的互操作障礙。數字化學習資源的共享就是要解決這兩方面的問題，包括以下層次[1]。

1 數字化學習資源的集成與發現

解決資源分散式存儲的方法是為資源建立統一的目錄索引，稱為資源的“集成(Gather)與發現(Discovery)”。資源的集成與發現的基礎是區分數字化學習資源庫中的兩類信息實體:資源(Assets)和元數據(Metadata)。資源指的是數字化學習資源本身，元數據指的是數字化學習資源的描述信息。資源的集成與發現都與元數據有關。資源集成與發現的前提條件是各個資源庫必須為資源提供元數據。

為資源建立統一目錄索引的第一步是資源的集成(Gather)，就是將各個分散的資源庫中的元數據進行收集，并集中存儲在同一個地點，稱為“信息中心”。信息中心收集元數據的方式有兩種:推(push)和拉(pull)。推是由各個資源庫主動向信息中心提供元數據，拉是由信息中心主動向各個資源庫索取元數據。

由于元數據提供了資源的詳細描述信息，所以信息中心可以向最終的資源用戶提供資源的檢索服務，稱為資源的發現(Discovery)。用戶檢索的條件信息與元數據進行匹配，同時檢索的結果信息也是元數據信息。信息中心可以利用元數據信息提供靈活多樣的資源檢索服務。資源集成與發現的原理見圖1。

2 數字化學習資源的傳遞與交換

資源的集成與發現是在元數據層次上進行的，可以實現學習資源的統一查詢和檢索，但沒有涉及到學習資源的統一傳遞和交換。即學習者或學習支持者在公共資源目錄上可以查詢到某個資源，只是返回了元數據，而不是資源本身。實現資源傳遞與交換的條件是資源庫之間必須具有統一的認證以及數據傳遞協議。

通常用戶在信息中心檢索資源，在信息中心返回的匹配資源的元數據中包含資源的網絡地址。用戶選擇某個資源要求進行傳遞時，信息中心根據元數據中的資源地址向相應的資源庫發送傳遞資源的請求。資源庫首先會要求認證，用戶提供認證信息，資源庫認證后再將資源傳遞給用戶。這一過程稱為資源的傳遞(delivery)。如果資源的傳遞發生在資源庫之間則稱為資源的交換(exchange)。此外如果一個資源庫主動向另外一個資源庫傳遞資源也屬于資源的交換。前者稱為請求(request)，后者稱為提交(submit)。資源傳遞和交換的過程見圖2。圖中虛線屬于資源的集成與發現。

三 數字化學習資源共享的技術標準分析

根據數字化學習資源共享的層次與機制，數字化學習資源共享需要元數據、元數據收割和認證服務三方面技術標準的支持。

1 學習資源的元數據標準

資源集成的基礎是資源庫必須為資源提供元數據，目前國際上的元數據方案有很多，在教育領域應用的主要是Dublin Core和IEEE LOM。Dublin Core起源于圖書館領域，用于數字資源的描述和交換，由于其廣泛的影響力在教育方面也有所應用。IEEE LOM是針對學習資源開發的，是目前最有影響的學習資源元數據標準。IMS Metadata、SCORM中的元數據都與它一致。我們國家的教育信息化技術標準中有CELTS-3、CELTS-41和CELTS-42三個元數據方案。其中CELTS-3是IEEE LOM的本地化，兩者完全一致。CELTS-41為九類學習資源擴展了相應分類元數據元素，主要應用在高等教育領域。CELTS-42是針對基礎教育開發的，是Dublin Core、IEEE LOM和CELTS41的選擇與組合。不同的元數據方案定義的元數據元素有所不同，但可以相互映射和轉換。當然映射和轉換時可能出現信息丟失。表1是IEEE LOM和Dublin Core之間的簡要對比。

目前主要使用IEEE LOM(CELTS-3)，在某些需要簡化的場合使用Dublin Core，如果需要為某類資源提供額外信息則使用CELTS-41。

2 數字化資源的元數據收割標準

資源集成的方法是將各個資源庫的元數據收集起來存儲在一個地點。元數據的收集又稱為元數據收割，可以參考的標準主要是OAI-PMH(OAI元數據收割協議:Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting)[2]。

OAI-PMH的原理如圖3所示。OAI協議定義了兩個角色:數據提供方和服務提供方。數據提供方相當于各個資源庫，它存儲學習資源及其元數據。服務提供方相當于信息中心，它收集元數據并向用戶提供檢索服務。數據提供方和服務提供方通過OAI請求和OAI響應來實現信息的傳遞。一個服務提供方可從多個數據提供方處獲取元數據，而一個數據提供方可向多個服務提供方提供元數據，兩者之間是多對多的關系。

OAI定義的請求包括GetRecord、Identify、ListIdentifiers、ListMetadataFormats、ListRecords、ListSets共六個。OAI請求以HTTP請求表示，每個請求至少有一個以key=value形式出現的參數，多個參數用符號隔開。例如要列出資源庫http://an.oa.org/OAI-script中標識符為oai:arXiv.org:hep-th/9901001，元數據格式為Dublin Core的記錄，相應的OAI請求為:

http://an.oa.org/OAI-script?verb=GetRecordidentifier= oai:arXiv.org:hep-th/9901001metadataPrefix=oai_dc

OAI-PMH響應必須是形式良好的XML實例文檔，并且XML數據必須是有效的XML方案。下面是對上面的OAI請求的響應:

2004-06-01T19:20:30Z

metadataPrefix=\"oai_dc\">http://an.oa.org/OAI-script

...

OAI-PMH協議支持多種元數據方案，例如本文中列出的IEEE LOM(CELTS-3)、Dublin Core、CELTS-41等等，前提是資源庫必須提供元數據，可以通過List Metadata Formats得到數據提供方支持的元數據方案。

3 認證服務標準

用戶根據元數據提供的網絡地址向資源庫發送傳遞請求以后，資源庫需要進行用戶的認證，目前在數字化學習領域涉及到認證服務方面的標準中可以參考的是IMS CC中的Authorization Web Service[3]。

IMS CC認證服務的原理如圖4所示。IMS CC的認證服務是學習者在學習管理系統中運行通用彈夾學習包中的某個需要認證的資源時，學習管理系統和認證服務系統之間進行的認證通信。

IMS CC認證服務的認證消息是使用Web服務SOAP協議進行傳遞的。首先(1)學習管理系統向認證服務提供學習包的標識符及學習管理系統的地址，(2)認證服務要求提供密鑰，(3)學習管理系統向認證服務提供密鑰，(4)認證服務根據密鑰返回認證結果。整個消息傳遞過程如下面的代碼所示。其中LMS代表學習管理系統，WS代表認證服務。

LMS:

Cartridge ID

The LMS’s URL

WS:

License Agreement

Please enter key:

Key

Text

LMS:

Cartridge ID

The LMS’s URL

A Key

認證通過:

WS:

The Key passed by LMS

Expiration Date

認證未通過:

WS:

< auth:Invalid>

The Key

A Message

當認證服務應用于資源庫的學習資源傳遞時，學習管理系統相當于資源庫，認證服務由各個資源庫提供。認證消息的傳遞發生在用戶使用的軟件(可能是信息中心，或者是專門的資源搜索工具)和資源庫之間。用戶向資源庫請求傳遞資源時，資源庫會通過認證服務進行認證，再根據認證結果決定是否向用戶傳遞資源。資源傳遞可以使用HTTP或FTP協議。

四 小結

本文探討了數字化學習資源共享的基礎、層次與機制，并簡要分析了可以參考的技術標準。由于學習資源共享需要解決很多問題，因此應該分步驟地實施。首先各個資源庫應該為自己的資源提供完整的元數據描述;其次某個地區，或者某個領域，例如教師教育、圖書館等等可以進行元數據的收集，建成資源信息中心。最后再嘗試開發統一的資源庫互操作接口。

在技術標準方面，除了前面介紹的幾個，IMS早期還開發了一個資源庫互操作標準，稱為IMS DRI[4]。IMS DRI為不同技術體系下的資源庫互操作提供了一個全方位的框架。重點描述了提交/保存(submit/store)，搜索/提供(Search/expose)、聚集/提供(Gather/expose)和請求/傳遞(request/deliver)四種互操作接口，如圖5所示。在此基礎上定義了進行互操作的消息格式，其中也包含了認證信息。消息的傳遞使用SOAP協議，資源的傳遞使用FTP和HTTP協議。此外該框架還考慮了訪問控制、資費管理、目錄服務和注冊服務等問題，但計劃在將來開發。DRI提供了實現資源庫互操作的基本思路。此外目前IMS正在積極開發一個名為學習對象發現與交換(LODE:Learning Object Discovery and Exchange)的標準，也值得關注和跟蹤。

參考文獻

[1] 何克抗.我國數字化學習資源建設的現狀及其對策[J].電化教育研究，2009，(10):5-9.

[2] OAI.Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting[S].

[3] IMS.IMS Common Cartridge Authorization Web Service[S].

[4] IMS.IMS Digital Repositories Interoperability - Core Functions Information Model[S].