開源網絡教學管理系統的體系結構與選擇

[摘 要] 結合目前國際上常見的五款開源網絡教學管理系統，闡述了該類系統的一般體系結構和主要功能，從基本屬性、技術特征、學習工具、開發工具、管理工具、評價工具和應用現狀等七個維度入手，對系統進行了較為詳盡的分析與比較，評述了這五款開源網絡教學管理系統各自的優劣，并提出了系統選擇應遵循的若干原則和參考建議，旨在推進教育信息化進程中能有更多的教育機構、管理人員、教師、學生和開發人員全面了解和分享開源網絡教學管理軟件成果，享受其所帶來的經濟性、開放性、民主性和可定制等諸多好處，以進一步提高信息化教學的質量。

[關鍵詞] 開源軟件； 網絡教學管理系統； 體系結構； Moodle； Sakai； Claroline； Dokeos； Ilias

[中圖分類號] G434 [文獻標志碼] A

[作者簡介]王咸偉（1965—），男，海南澄邁人。副教授，博士研究生，主要從事教學軟件設計與開發、網絡教學平臺開發與應用、信息技術教育、認知神經科學與媒體學習等研究。E-mail：wangxw@scnu.edu.cn。

一、引 言

開源軟件（Open Source Software，簡稱OSS）的興起是計算機軟件領域中極具歷史意義的事件。與閉源軟件相比，開源軟件所具有的零許可證費、開放和自由、公開透明、可修改源碼、靈活和可定制等特點，打破了一些由于著作權和資金問題造成的壁壘，給軟件開發和使用帶來了前所未有的經濟性、開放性、共享性和民主性。開源網絡教學管理系統作為開源軟件大家庭中的一朵奇葩，正在受到越來越多用戶的青睞，在教育領域中越來越展示出其強大的生命力和發展前景。目前許多教育機構和個人都希望了解開源網絡教學管理系統的體系結構、功能、發展程度、優劣和應用現狀等，并按自身需求選擇一款合適的系統，為課程設計、教學活動組織、E-learning項目實施提供低成本的解決方案和支撐平臺。鑒于正在進行中或已達到產品化階段的開源網絡教學管理軟件項目已有超過50種，其功能、質量良莠不齊，本著系統性能穩定、社會化程度高和技術可行性好等原則，篩選目前國際上常見的Moodle（http：//moodle.org）、Sakai（http：//sakaiproject.org.）、Claroline（http：//www.claroline.net）、Dokeos（http：//www.dokeos.com）和Ilias（http：//www.ilias.de/docu）等五款開源系統來進行研究。

二、系統的體系結構與功能

網絡教學管理系統是實施網絡教學的技術基礎和載體，是體現網絡教育優勢的關鍵，在我國有著多種稱謂，如網絡教學管理系統、課程管理系統（CMS）、學習管理系統（LMS）、數字化教學系統、在線教學平臺和E-Learning平臺等。它是面向教師、學生和教務管理者，緊密結合教學實際需要而構建的基于互聯網的教學管理和服務綜合教學支撐平臺。

開源網絡教學管理系統一般基于B/S 結構模式，遵循 “瀏覽器+Web 服務器+數據庫服務器”三層體系結構。就常見的開源系統來說，大都是基于四層模型的設計架構，[1][2]如圖1所示。

表現層：位于系統最外層——客戶端，包含系統的顯示邏輯，提供瀏覽器端的可視化界面、交互操作界面及渲染效果，主要負責顯示數據和接收用戶輸入數據等。

應用層：包含系統的事務處理邏輯，提供課程的教學、管理和開發及各種子功能。它通常與表現層結合在一起為用戶提供可視化服務。

業務邏輯層：提供系統底層代碼的功能實現，實現系統具體業務邏輯的封裝，響應應用層中各功能模塊，并完成與數據訪問層間的數據交互。

數據庫層：提供底層一些數據信息和數據處理邏輯，實現物理數據存儲和組織、數據庫分布式管理、數據庫備份和同步以及數據維護。其主要工作是面向設計和創建課程用戶庫、課程庫、知識庫、答疑庫、習題庫、作業庫、實踐資料庫和教學資源庫等。

從圖1可看出開源網絡教學管理系統的各功能模塊和擴展接口在整個系統的體系結構中的定位。由此，我們可歸納出該類系統具有以下主要功能：

· 課程設計與開發。該功能可以方便教師設計與開發網上課程，簡化教師開發網絡課件及備課的過程，降低課件開發對教師計算機技能的要求，主要包括多媒體集成工具、課程內容結構圖和課程設計模板等。

· 課程管理。課程管理功能對調配教學資源、組織教學活動、總結教學等起至關重要的作用，主要包括教學管理、教務管理、資源管理和系統管理等功能。

· 課程教學。以網絡軟件為核心，在網絡教學管理系統支持下，合理有效地利用學科教學資源，為實施全方位的現代遠程教學提供服務，并將網絡軟件與學校的遠程教學服務乃至與數字化校園有機地集成，通常包括課程中心、交流協作和輔助工具等三部分內容。

與閉源系統相比，開源系統的一大優勢就是用戶可根據自身需求進行二次開發，通過開發主題包、功能模塊以及插件等來擴展系統的功能。

三、系統的比較

根據我們的項目研究與應用實踐，[3]并結合國際上著名的網絡教學管理系統評估網站Edutools（http：//www.edutools.info）及其相關研究，[4]從超過50款開源系統中篩選出五款（Moodle 2.1、Sakai 2.8.0、Claroline 1.10.4、Dokeos 2.0和ILIAS Release 4.1.6）較為成熟、質量較高、版本較新的系統作為研究樣本，擬從基本屬性、技術特征、學習支持、內容開發、學習管理、學習評價及應用現狀等七個維度進行分析與比較，旨在進一步深入了解各自的主要指標和功能的差異，幫助我們對系統進行綜合比較、分析、評價，并選擇和應用較為成熟、功能較為完善的開源系統。

（一）基本屬性

從基本屬性看（見表1），[5]Sakai屬于半開源軟件，底層代碼是封閉的，后期開發與維護成本較高；Dokeos有免費、專業和醫療等三個版本；Sakai遵循Apache License等許可證，它允許將開源產品融入到自己的產品中再重新發布（Combine with Proprietary）；其余的則遵循GPL協議許可證，均支持英文、中文和德文等多種語言，其中Moodle對中文的支持是最好的；均支持中、小型應用，而Moodle、Sakai和Dokeos還支持大型應用。

（二）技術特征

從技術特征看（見表2）。五款都支持Web2.0、Scorm等規范、跨系統運行、MySQL開源數據庫、主流瀏覽器、二次開發和周期性更新，其中尤以Ilias、Sakai支持的標準更為廣泛，且Sakai一直致力于支持Scorm 2004，比Moodle等更重視對現有E-learning標準的支持。除了Sakai（支持Java、JSP、J2EE/Java EE）外，其他四款都支持PHP、LAMP構架、底層代碼完全公開，提供很好的開發語言PHP，它比Java易上手，但Java中一些功能強大的JavaBean組件能增強系統功能和軟件重用性， 重用性是未來軟件開發的趨勢。 從這點上看，Java的前景比PHP更為廣闊。從開發架構分析，Sakai是面向服務的組件式微內核架構， 從技術角度講， 它比其他四款的發展前景更為廣闊， 可重用性和安全性都更強。五款都對二次開發提供了不同程度的支持，更新速度以Moodle最快、Ilias次之、Sakai則較慢，更新周期較長。

（三）學習支持工具

系統的學習支持工具包括交流工具、效能工具、學生參與工具和輔助工具等四種。[8]從交流工具來看，五款都支持討論區及其管理、文件交換、電子郵件、實時聊天等功能，但功能強弱有別；Sakai、Dokoes和Ilias要比Moodle和Claroline更優異，Moodle和Claroline不支持在線日記（筆記）；除了Claroline外，其他四款均可通過插件支持白板；Sakai具有博客和播客功能，Dokeos、Ilias可用于創建播客，其余兩款尚未具有Blog（播客）功能。從效能工具來看，五款均具有日歷/進度回顧和明確的導航（幫助）等功能；僅Ilias具有書簽功能；除了Dokeos外，其他四款均具有課程搜索功能；同步、離線工作以Sakai表現最好，Ilias次之，其他三款有所欠缺。從學生參與工具來看，五款均具有小組合作、社會網絡功能，但表現有強有弱，其中以Sakai較強，既具有學習小組激勵機制，又支持學習與知識協作，Moodle則次之；僅Sakai支持電子檔案袋，更重視E-portfolio這個教育技術界的前沿技術，且更能接受“混合學習”模式。從輔助支持工具來看，Moodle、Sakai和Dokeos均支持網頁設計或個人站點構建；Moodle和Dokeos均支持在線概念圖、幻燈片演示，Dokeos還支持Flash視頻會議、集成兩種免費虛擬教室方案；Ilias則支持虛擬課室和Google地圖。此外，Sakai與Ilias所提供的個人設置比Moodle、Claroline和Dokoes更具人性化；Ilias的導航細節設計顯然要比其他的更出色；Moodle支持基于自定義規則建立學習小組、Sakai提供學習小組激勵機制、Dokeos支持基于情境測驗以及Ilias可自定義測試類型題等功能，均體現了自身的特色。

（四）內容開發工具比較

從內容開發工具看（見表3），五款均支持內容分享與重用、用戶界面定制、教學設計；Dokeos不支持內容更新提示；Claroline不支持存儲兼容，且與Dokeos一樣不支持課程模板。

（五）管理工具比較

從管理工具來看（見表4），五款都支持驗證、注冊集成、系統管理和主機服務，但各自的功能強弱有所差異，如Moodle和Sakai均具有組件管理功能以方便系統功能擴展，總體表現較優；Dokoes缺少課程授權。

（六）學習評價工具比較

從學習評價工具來看（見表5），五款均支持多種測試類型、自動測試管理、自動測試支持、課程管理和學習追蹤，但各自相應的功能強弱有所差異；Claroline不支持在線標記，Ilias則不支持在線成績簿。

（七）應用現狀

表6列出五款系統的應用情況，[39]可見Moodle和Sakai的社區活躍，普及率高，用戶眾多，且主要集中在高校等大機構；Claroline和Dokeos擁有強大的開發團隊，具有國際協作性，主要面向中小學；Sakai對研究和協作的關注度顯然要高于其他四款。

四、系統的選擇

綜上比較并參考相關研究，[40]我們給出以下開源網絡教學管理系統的選擇原則。

1. 社會化程度。包括全球的普及程度、應用現狀，國際國內擁有的用戶群體，特別是開源社區的支持力度，擁有積極健康發展的論壇，用戶采用此產品的程度，如Moodle和Sakai的網絡社區活躍、社會化程度明顯較高。而Claroline則具有強大的開發團隊后盾，具有國際協作性。

2. 經濟可行性。開源網絡教學管理系統具有零許可證費，用戶可自由地獲得一個軟件的復制并進行完整的評估。但這并不意味著系統的所有源代碼都可以免費使用，如Sakai的底層代碼、Dokeos的專業版和醫療版是要收費的。

3. 技術可行性。即用戶文檔豐富，技術門檻低，易學易用。教師只需短期自學，完全能快速掌握。系統還應具有友好用戶界面，編輯效果能“可視化”和“所見即所得”。如Moodle、Claroline對于教師來說都較易入門，而Sakai是采用J2EE/Java EE體系架構，架構復雜，開發入門門檻和成本高，后期維護難度大，但對于開發人員來說，它可用于打造創新性商品化網絡教學管理應用平臺。

4. 管理可行性。應提供完善的管理工具，具有完備的用戶注冊管理機制，訪問者在成為用戶后才能訪問系統，管理員和教師可指定課程的訪問性和開放程度。

5. 本土化程度。系統應本土化（漢化）程度高，符合我國國情。如Moodle的本土化程度較高，而Claroline開發思維和使用方式與國人的思維方式基本一致，設計思路符合中小學教師的習慣，適合于做教育培訓。

6. 對技術理念與規范的支持和整合。支持信息化的國際標準，保證資源的可重用性和互操作性。由于以IMS、ADL Scorm、OKI和AICC等為代表的E-learning規范已經發展成為一種開源的學習系統支持的標準，因此系統應能兼容Scorm。如Moodle和Sakai等對技術理念與規范的支持程度都較高，并可部分替代商品化網絡教學管理系統。

7. 工具多樣化，支持不同學習模式。應在學習支持、管理、學習評價、內容開發等方面提供多樣化的工具。除了E-mail、實時聊天、BBS等基本的互動學習工具外，可以引入博客、播客、微博、同步桌面工具以及社會網絡（SNS）工具等；全面支持Office文檔格式，并能在系統中動態鏈接；應能提供豐富的內容集成開發工具，特別是課程模板，并可以添加在線概念圖工具等；支持幻燈片播放并支持移動應用等。系統工具應能支持不同學習模式，包括問題解決學習、探究性學習、自主發現學習、協作學習等，并引入學習激勵機制。

8. 良好的擴展和二次開發功能。即系統應能支持二次開發以便拓展用戶所需的定制功能。

9.可持續性升級并融合、應用新技術與社會軟件。在開源社區支持下，系統應可持續性升級；可升級程序要適合完整和簡潔安裝，并解決用戶、內容和功能模塊的增加問題；系統應能融合智能技術、移動技術、網絡技術、點對點技術，甚至是云計算等新技術，以及Blog、Wiki、實時通信、SNS等社會軟件，能夠通過電子郵件跟蹤內容變化、RSS訂閱論壇內容、支持個性化教學、對學習路徑實現智能記錄、智能檢索等，如Moodle可部分支持移動應用。

通過上述多方位的分析與比較可看出，雖然各系統同質化程度較高，但是各有所長。從其主要指標和應用現狀的分析與比較結果來看，前四款系統在國內外的知名度較大，國內的應用案例較多，共享資源尤為豐富，且功能較為齊全，可滿足一般網絡教學管理要求，尤其是Moodle和Sakai，其基本屬性較好、技術特征明顯、學習、開發、管理和評價工具豐富、功能較強、應用現狀良好、優勢明顯。因此，我們認為用戶可根據自身具體需求來選擇開源系統。就多數用戶來說，我們首推Moodle，其次是Sakai，再次是Dokeos、Claroline和Ilias。對于中小學用戶，可以選擇Claroline和Moodle；對于高校，可以使用以課程為中心的Moodle；而Sakai與Ilias 則更適合建設大型的學習社區。這里要著重提到的是Moodle。它引入我國后，在高校、中小學校均得到廣泛的應用。筆者曾選用它開發了“華南師范大學綜合實驗班網絡教學管理平臺” 等教學應用系統，[41][42]均已取得了良好的成效。

五、結 語

本文對當前國際上常見的五款開源網絡教學管理系統的體系結構與功能進行了闡述，對其主要指標和應用現狀進行了比較和評述，給出了系統選擇的若干原則與參考建議。這不僅為不同具體需求下的開源網絡教學管理系統的選擇和應用提供了依據，而且對開源系統的研究者與開發者也具有一定的指導意義和參考價值。開源軟件的推進，開啟了教育信息化的新紀元，我們期待能有更多的教育機構、管理員、教師、學生和開發人員全面了解和分享開源網絡教學管理軟件成果，享受其所帶來的經濟性、開放性、民主性、可定制性等諸多好處，以提高信息化教學的質量。