用XML技術優化基于Web的遠程教學系統

陳萬順 許斗

（蕪湖職業技術學院信息工程系，安徽 蕪湖 241001）

1 問題的提出

遠程教育（Remote Education）是隨著現代教育的需要和現代通信技術的發展，特別是Internet的出現和Web技術的發展而迅速發展的一個領域。Web匯集了各種各樣的網絡資源和交互式多媒體信息，它的多平臺交互和多媒體功能為遠程教學提供了新的教學環境和教學手段。通過遠程教學系統與Internet的連接，人們可以在全球范圍內實現信息交流，資源共享，科技合作和遠程學習，從而促進了科研和教育事業的迅速發展[1]。

傳統的基于Web的遠程教學系統依靠HTML來表示和交換信息，由于HTML的語法是面向網頁顯示樣式的，文檔本身不含數據的類型和結構信息，使得系統在實現時存在一些弊病：1.不利于教育資源描述的標準化。HTML中的標簽是對顯示樣式的描述，不能反映任何有關數據的意義或類型的信息，因此無法提供一套標準化的資源描述方法。2.顯示形式不靈活。HTML對顯示形式的描述是單一的，無法根據需要做到對同一個文檔呈現不同的顯示效果或顯示不同的內容。3.不便于進行數據處理。由于HTML文檔僅僅是對顯示形式的描述，自身不含數據信息，在客戶端直接處理數據的難度較大，因此在傳統的Browser/Server或Client/Server結構中大量的數據運算放在服務器端運行，客戶端僅僅起瀏覽作用。這就使得在服務器和客戶端之間的負載不均衡，形成所謂”胖服務器”和”瘦客戶”。另外，大量客戶端的數據送往服務器處理也大大增加數據傳送流量，加重了網絡的通信負擔。

而XML面向數據描述的特點為解決以上問題提供了有效手段。作者所在的研究小組近日實現了一個使用XML及相關技術，基于Web的遠程教學系統模型。在此模型中，我們用XML文檔作為數據表示和傳送的基本格式，利用相關技術針對以上問題進行了一些優化處理。

2 相關技術簡介

2.1 XML

可擴展標識語言XML（Extensible Markup Language）[2]是標準通用標識語言SGML（Standard Generic Markup Language） 的一個子集。XML因其簡單性、可擴展性、自描述性和互操作性等特點，成為Internet上繼HTML之后一種新的數據表示和交換標準，并呈現出逐步取代HTML的趨勢[3]。XML對HTML最大的改進之處在于，HTML面向顯示地描述網頁結構而XML是面向數據的。XML文檔包含了數據的結構信息，語義信息以及內容信息，其良好的數據格式使其適應于各種類型的數據。

XML采用數據與顯示分離的描述方法，XML文檔的顯示可以采用XSL（Extensible Style-sheet Language），CSS等形式編寫的樣式單描述，XML文檔與樣式單之間可以有多種對應關系，以滿足多種顯示需要。

除用于顯示之外，XML文檔還可以方便地用于其他應用目的。由于XML文檔是對數據的結構、語義和內容的描述，使得工作站在得到XML文檔的同時也就得到了數據本身，對數據的大量操作可以方便地在本地實現。XML的設計既考慮了實現的方便性，同時也顧及了與SGML和HTML的互操作性。利用XML語言來處理遠程教學網上資源可以具有極高的適應性與靈活性，以應付復雜多變的資源數據形式和應用。

2.2 XSL

XML文檔所關注的是對內容的描述，不直接在瀏覽器中顯示。要在瀏覽器中顯示XML文檔，需要使用樣式單（Style Sheet）。可擴展樣式單語言 XSL（Extensible Style-sheet Language）[4]是專門針對XML提出的一種樣式單標準，它采用的是一種轉換的思想，將一種不含顯示信息的XML文檔轉換為另一種可以用某種瀏覽器瀏覽的文檔，轉換后的輸出碼或者存為一個新的文檔，或者暫存于內存中，但都不修改源代碼。XSL根據XML的語法進行定義，實際上又是XML的一種應用,分為兩個部分：第一部分XSLT負責將XML的源代碼轉換為另一種格式；第二部分XSL-FO提供大量的格式化命令，可用來配合印刷或屏幕顯示，精確地設定外觀樣式格式，這是一種獨立于設備的格式。

XML文檔與樣式單之間可以是一對一、一對多、多對一和多對多的關系，這使得XML的顯示形式豐富，手段靈活[5]。在遠程教學系統中合理使用樣式單可以較好地滿足各種顯示需要。

2.3 DOM

文檔對象模型DOM （Document Object Model）[6]提供了操作XML文檔所含信息的標準方法。它將一個XML文檔轉換成一個對象集合，定義了一組與平臺和語言無關的接口，以便程序和腳本能夠動態訪問和修改存儲在內存中的XML文檔內容、結構及樣式。

DOM把XML文檔看成是一個有結構的信息樹，而不是簡單的文本流。這樣應用程序或者腳本即使不知道XML的語義細節也能夠方便的操作該結構。DOM包含兩個重要概念：一是樹狀的層次結構，二是用來表示文檔內容和結構的節點集合。樹狀層次結構包括了所有節點。節點可以有很多具體的類型，比如元素、屬性和文本等，節點本身也可以包含其他的節點。用戶可以通過這個層次結構來查找并修改相應節點的信息。DOM把節點看成是一個通常的對象，這樣就可以通過腳本來裝載一個XML文檔，然后遍歷所有的節點，顯示和操作感興趣的節點信息。通過對DOM樹的操作，客戶端可以在本地方便地處理XML文檔所包含的數據，以適應遠程教學的具體需要。

3 優化思想及方案

3.1 教育資源描述的標準化

遠程教育資源在各自的信息結構、存儲組織、發布方式、檢索方法、查詢約束條件等各方面多存在很大的差異。隨著遠程教育的不斷發展和日益普及，對遠程教育資源標準化的要求日益迫切。HTML面向顯示格式的描述使其無法表達數據的意義，因而無法實現對教育資源的標準化描述。下面的清單是一個遠程測試系統中使用HTML表示的Web頁面的一部分，描述了一道單項選擇題的顯示方式，但其標記并不能反映有關數據的結構和意義。

而XML提供了描述數據的結構信息，語義信息以及內容信息的標準化的手段，利用它們可以定義需要的標記，或者使用其他組織定義的最適合需要的標記組。由于XML定義的只是一套標記，所以標準的改變不會涉及到資源的具體的結構，使用它來完成資源的描敘可以做到很靈活的轉變和更改。下面的清單是在一個XML文檔對于同一數據的描述部分，XML文檔本身并沒有描述數據的顯示方式，而是通過其語法提供的標記、屬性等手段描述了數據的結構信息，語義信息以及內容信息，可以更廣泛地適合包括顯示在內的多種應用。因此，使用XML提供一套標準的資源描敘方法的同時也解決了信息查詢、提取、發布等應用的標準化問題。

3.2 優化顯示方式

HTML是面向顯示的，一個HTML文件決定了其惟一的顯示樣式，因而無法適應對同一信息的不同顯示要求。例如在遠程教學中要求將同一份講義在教師的計算機上顯示出詳細內容,而在學生的計算機中僅顯示大綱，則服務器需要分別形成兩個HTML文件。圖1顯示的是服務器分別向教師和學生的工作站傳送不同的HTML文件以適應對同一信息內容的不同顯示要求。

圖1 用不同的HTML文件滿足不同的顯示要求

由于XML采用數據與顯示分開描述的方法，使用樣式單來描述數據的顯示方式。因此對于同一個XML文件，通過識別用戶身份，結合不同的樣式單，在瀏覽器中便會呈現不同的顯示效果。如圖2所示,針對上述要求,服務器僅需形成一個XML文件，在客戶端結合現成的不同樣式單便可呈現出不同的顯示樣式，從而減輕服務器的工作量。

圖2 用相同的XML文件滿足不同的顯示要求

3.3 均衡網絡負載

當包含數據信息的XML文檔傳到客戶端后，在客戶端可以將其形成一棵DOM樹存放在內存中。通過DOM提供的操作XML數據的一組通用接口，用戶可以方便地在本地實現對XML文檔中節點的顯示、查詢、添加、刪除、修改、統計等操作。因此可以將傳統遠程教學系統中一些需在服務器端運行的程序分布到客戶端運行，從而達到均衡網絡負載，提高服務器效率的目的。例如，在遠程測試系統中，服務器從試題庫中將題目和正確答案組織成一個XML文檔傳送到客戶端。該XML文檔在客戶端以DOM樹的形式存放在內存中，通過與相應樣式單的結合使得考生只能看到試題部分而無法看到答案。考生完成答題后，因為正確答案已經存放在內存的DOM樹中，客戶端可以通過對DOM樹的操作自行完成評分和糾錯工作，而無須再將答案提交服務器處理。其工作模型如圖3所示。

圖3 利用XML均衡網絡負載

3.4 減少網絡數據流量

如前所述，HTML文檔本身不含數據信息，因此在很多場合下，數據需從客戶端傳送至服務器處理，處理的結果再由服務器傳送給客戶端。而XML面向數據的特點使得數據無論在服務器端還是在客戶端均可以被方便地處理。在遠程教學系統中通過對任務的合理安排使得大量數據無須在處理過程中被頻繁傳送，從而減少網絡數據流量，提高系統效率。仍以圖3為例，在一個傳統的使用HTML技術的遠程測試系統中，一次測試過程通常至少需要四次數據傳送過程：客戶端向服務器發出測試請求，服務器組題后向客戶端發送測試題目，考生答題完畢后客戶端向服務器提交答案，服務器經閱卷處理后向客戶端發送成績和糾錯結果。而在圖3所示的模型中，使用XML技術可以將傳送過程減少到兩次。需要說明的是，正因為HTML面向顯示描述的特點,使得服務器在傳送試題時不可以將答案同時傳送,否則考生能夠通過相應的手段如”View Source File”等查看到答案。而XML文檔在客戶端可以以DOM樹的形式隱藏在內存中，僅通過樣式單將需要顯示的內容顯示出來。因此考生無法通過一些通常的手段看到答案部分。

4 結束語

XML因其良好的數據組織結構和可擴展的特性，在各個領域中得以日益普及并成為研究的焦點。在上述基于Web的遠程教學模型中，我們通過運用XML的技術對教育資源描述的標準化，優化顯示方式，均衡網絡負載和減少網絡數據流量等方面的應用進行了探討。結果證明，XML技術在上述領域均有良好表現。如何結合XML面向數據的特點，更加廣泛和全面地發掘XML的優勢以改進和優化各項基于Web的應用是我們進一步的研究任務。

[1]Geoffrey C Fox,Portals for Web Based Education and Computational Science[C].http://citeseer.nj.nec.com/399397.html.

[2]Extensible Markup Language（XML）1.0(Fifth Edition)[S].W3C Recommendation 26 November 2008,http://www.w3.org/TR/REC-xml.

[3]J.Widom.Data Management for XML:Research Directions[C].IEEE Data Engineering Bulletin,Special Issue on XML,22（3）:44-52,Sept.1999.

[4]Extensible Stylesheet Language(XSL)Version 1.1[S].W3C Recommendation 05 December 2006,http://www.w3.org/TR/xsl/.

[5]許斗，陳恩紅.用XML表示和發布圖文混合信息[J].計算機應用研究,2001，18（11）：29-31.

[6]Document Object Model（DOM）Level 3 Core Specification[S].W3C Recommendation 07 April 2004.http://www.w3.org/DOM/DOMTR.html.