基于Mashup技術的PLE模型的研究與實現

王 靜，祁 超，陳 健

(陜西師范大學 計算機科學學院,陜西 西安 710062)

基于Mashup技術的PLE模型的研究與實現

王 靜，祁 超，陳 健

(陜西師范大學 計算機科學學院,陜西 西安 710062)

Mashup技術的出現為在線學習提供了新的機遇與挑戰。雖然在線學習提供了學習資源的共享空間，但由于學習資源的內容繁多，分類模糊和學習環境的強制被動性，降低了學習者的學習效果。因此文中基于Mashup混搭技術設計和開發了PLE模型，旨在提高在線教育的“個性化、易用性、可擴展性、實用性”。首先，根據Mashup的研究現狀和學習者的實際需求，分析了PLE模型應該具有的屬性和特征；然后，利用Mashup設計和實現了PLE模型所需的主要功能模塊，并采用“LMS-MOS”的混合式教學模式對該模型進行優化，進一步提高學習者的學習質量；最后，在EKLOE平臺上驗證了該模型的可行性和有效性，證明該模型不僅降低了開發難度和支持學習者的個性化學習環境，同時還提高了學習者的學習質量。

個人學習環境；混搭；學習管理系統；個性化

0 引 言

隨著Web2.0技術的發展，軟件的可擴展性、個性化、實用性等引起了人們的重視。PLE[1](Personal Learning Environment,個人學習環境/個性化學習環境)從傳統的LMS[2](Learning Management System，學習管理系統)階段到現在鮮為人知的MOS(Mobile Online Study，移動學習網絡)，在這些方面總是顧此失彼。基于Mashup[3]的PLE不僅需要滿足教務教學、行政管理的需求，它還要滿足學生的個性化要求，同時，它還要提供給學習者更好的人機交互體驗，促使學生產生興趣完成學習活動。

Mashup的概念是在2004年從音樂界被提出的，意思是將不同風格的音樂揉合在一起，創作出新的曲子。Mashup，計算機中意思為聚合，其應用是指聚合多種多樣的外部數據源格式(如公開的API、XML、RSS、Atom Feeds、Web服務和HTML等)，分為服務器端Mashup[4]和客戶端Mashup[5]。其中，后者形成具有統一體驗的互聯網應用或者網站。它使得人們獲取數據和服務的途徑變得簡單易行，降低了進行開發式體驗的門檻。

文中是通過基于B/S的Mashup[6]創建的PLE系統模型。用戶不僅可以在該平臺下體驗正式學習和非正式學習的樂趣，而且還可以便捷地創建、發布、共享及跟蹤管理各類widget應用，實現了互聯網上數據(或服務)的聚集、發布、共享。

1 系統模型的屬性功能

1.1 具有個性化、可擴展、便捷的性能

現在市場上越來越多的公司更加注重軟件的質量，人們對軟件的體驗也要求越來越高。傳統的軟件應用功能單一、聚合度高，無法滿足客戶登錄一個賬號，提供一站式的服務的愿望。Mashup的優勢就在于整合不同來源的信息和功能，來獲得新的體驗，它使許多應用軟件通過API接口互相連接在了一起，使用戶可以登錄一個賬號，同時在線多個軟件應用。此外，客戶端Mashup體現著傳統的Web應用程序形式和富Internet應用程序(Rich Internet Application,RIA)形式。它不僅支持客戶端個性化自己的學習環境，而且借助AJAX等呈現技術，能做到更好的用戶體驗。

1.2 具有LMS的教務教學、行政事務管理的功能

LMS是e-learning體系中的管理平臺，主要進行教務教學、行政管理等方面的管理活動。LMS主要側重于正式學習，它是一個以“教師”為核心的學習系統。教師根據學習計劃，添加必修和選修的學習內容和相關測試，用來保證一定的教學質量。學習管理系統主要功能包括學員的管理、知識庫的管理、教務教學方面的管理等。

1.3 滿足MOS的“開放性”功能

MOS是一個以“學習者”為核心的典型學習環境，它的主要構成是課堂演講視頻。在這里，所有的學習資源都是開放的，只要能上網，所有人都能注冊這些課程。注冊同一課程的學生可以通過加入當地的學習小組或者在在線論壇上討論等方式，來互相促進、學習。該課的成績，也是由學生互評產生的。學習者可以根據自己的需要制定自己的學習計劃，控制整個學習活動的流程。這種學習方式的典型實例就是MOOC[7](Massive Open Online Courses,大型開放式網絡課程)，移動網絡學習主要功能包括知識庫和個人學習空間。

隨著電子服務的發展，人們對軟件應用的要求越來越多，需求也越來越復雜。為了實現“個性化”學習環境，重點考慮了基于Mashup的PLE模型。同時，傳統的LMS是以教師為活動中心來從事一切教學活動的學習環境，這樣的學習環境更像教師的辦公OA系統，大量的被動性削弱了學生主動學習的興趣。MOS雖然是以學習者為核心的典型PLE，然而，由于MOS自身的過于開放性、自由性，大量的資源篩選浪費了學習者較多的精力，同時，對學習者自主性和自控力也提出了挑戰。為了解決LMS的缺陷，又避免MOS的缺陷，采用“LMS-MOS”(LMS與MOS相結合)的混合式教學模式，優化了基于Mashup的PLE模型。

2 系統建模分析

具有教學目標的基于Mashup的PLE已是潮流發展的新趨勢。它并不是將LMS與MOS進行簡單的結合組成的PLE，而是根據學習者的學習目標和學習成果綜合考量的。學習者不僅需要完成教師規定的學習任務，還可以根據自己的特殊情況和興趣擴充課外知識，因此，需要重新定義人們需要的模型。

角色：LMS是一個為學習者預先設定好的學習環境，它的主要角色是教師。MOS強調于學習的個性化，它是一個以學習者為核心的學習環境，它的主要角色是學習者。但這兩種角色設定方式都不是最佳的。為了既想保證一定的學習成果，又想使整個學習過程開放化、多樣化，所以必須將教師、學習者都作為PLE的角色，這兩個角色缺一不可，他們各自承擔著自己的角色任務。

在該模型中，教師參與到整個PLE中，輔助引導學習者的學習活動，規定基本教學任務、推薦相關學習資源、交流學習方法等。學習者不僅要完成教師規定的相關任務和考核，還可以根據自己的特殊情況和興趣個性化符合自己的PLE。

用例：具有教學目標的基于Mashup的PLE不僅要規定相關學習者的基本學習任務，而且還要滿足學習者個性化需求，所以該模型用例不僅包括學員管理、知識庫管理、教學管理等，還應包括學習者自己的個人學習空間和一些學習輔助工具。該模型的用例之間是相互聯系的，甚至是教師和學習者共同參與的。比如知識庫不僅是LMS中教師預先設定好的，還有與學習者在學習過程中共同不斷完善出來的。為了更好地促進學習者完成學習活動，利用Mashup技術集成了學習互動和學習工具等模塊。圖1和圖2分別是該模型的用例圖與活動圖。其中，教學管理模塊就是像LMS中教師根據一定的教學目標，有目的地預先設定好的學習任務(即正式學習[8])，個人學習空間是學習者根據自己的特殊情況和興趣自行設定的學習任務(即非正式學習[9])。學習社交模塊主要是學習者與教師，或學習者之間進行學習交流的場所。學習工具模塊主要是用來輔助學習者更快、更高效的學習。利用Mashup技術將這些模塊聚合在PLE中，形成一個有質量的，擴展性高的、符合學習者需求的個性化學習環境。

圖1 PLE模型用例圖

圖2 PLE模型活動圖

3 模塊功能與細化

3.1 學員管理

學員管理模塊主要是教師對學員的基本信息、成績信息、用戶管理的增、刪、改、查。學員的基本信息包括學員的姓名、性別、年齡、學號、班級編號、身份證明、家庭地址、家庭電話、所學專業、入學日期等。成績信息主要是學員參加考試科目的成績。用戶管理模塊主要的任務是對申請注冊的學員權限分配的相關處理。

3.2 知識庫模塊

知識庫模塊即是學習資源模塊。知識庫[10](Knowledge Base)是針對某一領域問題求解的需要，采用某種知識表示方式在計算機中存儲、組織、管理和使用的互相聯系的知識片集合。這些知識片包括和領域相關的理論知識、事實數據，由專家經驗得到的啟發式知識，如某領域內有關的定義、定理和運算法則及常識性知識。該模型中主要分為文檔類、視頻類、音頻類、圖片類和其他類等幾部分知識庫。各數據庫不僅包含教師預先設定好的學習資源，還包含學習共同體在學習過程中創造的學習資源(如日志)。

隨著學員與教師的需求不斷增加，知識庫模塊中加入了檢索系統和學習資源推薦系統。如圖3所示，在檢索系統中，已不像以往的應用軟件只是采用數據挖掘來作為主要支撐技術。在該模型中，檢索系統首先經過了服務器端Mashup的聚合，分別從文檔、圖片、視頻、音頻、其他(日志)等各數據庫中通過RSS、ATOM、屏幕抓取、爬蟲、OpenAPI等方式將數據庫聚合成專題性數據庫和綜合性數據庫，之后這兩個數據庫經過析取、轉換、清洗、綜合，形成一個由數據元組成的數據倉庫。數據倉庫還可以生成幾個面向特定主題的數據集，再經過數據挖掘、OLAP(聯機分析處理)檢索出來的學習資源通過可視化接口呈現給學員。在數據挖掘的底層加入Mashup數據聚合，極大緩解了數據倉庫的瓶頸，提高了數據運算的效率。

圖3 資源檢索底層實現圖

學習資源推薦系統[11]是根據學員所選專業、所學課程、訂閱內容以及系統跟蹤的學習軌跡等多方面匹配與學員最近學習相關的學習資源，可以減少學員在大量復雜的網絡資源中尋找自己感興趣的資源所消耗的精力與時間。就像淘寶那樣，系統根據用戶所瀏覽的商品推薦與之一樣或相關的商品，減少了用戶在淘寶這個大市場下自己尋找心儀商品的時間，同時增強了消費者的滿意度。

3.3 教學管理模塊

教學管理模塊就是像LMS中教師為了保證一定的教學效果有目的地預先設定好的教學方案，即正式教學。它主要分為教學計劃、教學內容、教學考核、教學評價四個方面。教學計劃是教師根據一定的教育目的和培養目標制定的教學和教育工作的指導安排。教學內容是教師根據教學計劃有目的地對學生安排的一些學習任務，主要是課程的學習內容，這是制定教學計劃中最關鍵的環節，也是主體部分。教學考核是對教學過程的檢驗，對學員學習效果的綜合測評。現在的考核方案已不像LMS中那樣只是簡單地通過考試來評定教學效果，而是分別以階段性考試成績，平時課題參與度、課題貢獻度等多方面以恰當的比例來綜合測評的。教學評價是依據教學目標對教學過程及結果進行價值判斷并為教學決策服務的活動。

在該模型中主要是對學生學習效果的評價和教學過程中教學內容以及教學環境的評價。評價的方法主要有量化評價和質性評價。這幾個階段循序漸進，缺一不可，構成了整個教學管理的完整體系。圖4是整個教學管理模塊的流程邏輯圖。隨著科技的發展，教育管理系統新增了一些學校辦公OA功能，如發布通知，發布任務，教師內互相溝通，事物提醒等功能。

圖4 教學管理模塊邏輯圖

3.4 個人學習空間模塊

個人學習空間模塊[12]即是學習者自主學習的管理模塊。重點體現了學習的“個性化”，與以往傳統的教育不同的是自主學習的主體是學習者自身，學習者可以突破傳統教育的教師限制、課堂限制、學習資料限制，學習者可以根據自己的特殊情況和興趣選擇適合自己的學習方案。該模塊也是基于客戶端Mashup技術實現的。為了取得好的學習效果，學習者必須首先同教學管理模塊中一樣完成相應的學習過程，當然個人學習空間模塊中存在著教師事先預定好的某些課程模板(從教學計劃到教學評價)，也可以供學習者參考使用。如圖5所示，下面是學習者在該模塊下涉及到的典型活動。

(1)學習者根據自身情況或興趣點擊添加一門課程，制定這門課的學習計劃，也可以參考模板來選擇。

(2)根據這門課的計劃，選擇恰當的學習內容。學習者既可以搜索[13]這門課的網絡資源，并利用Mashup技術將這門課的學習內容集合到自己的PLE中，也可以通過在已有的知識庫中選擇添加學習內容，甚至可以通過相關資源推薦選擇自己的學習內容。

(3)學習內容選定之后，必須添加一定的學習測試，作為這門課程的相關考核。同選擇學習內容的方式一樣，有四種不同的選擇方式，分別是從知識庫篩選、參考模板、參考資源推薦、自己Mashup外部網絡資源。

(4)學習者要對本次的課程學習做出相關評價，作為其他學習者選擇學習的參考依據。這個評價屬于自主評價，可以是對整個學習過程的評價，也可以是對整個學習環境的評價。

為了保證自主學習的學習效果，這四個方面的活動是循序漸進的，缺一不可。當然，設定好的活動內容不是不能改變的。考慮到學習過程中的各種因素，學習者是可以根據自身情況將活動內容進行相關修改的，但是活動內容不能為空。而且在學習過程中或過程后都可以完成添加的學習考核來檢測自己的學習效果。

圖5 個人學習空間模塊流程圖

3.5 學習互動模塊

學習互動模塊是學員與學員之間、學員與教師之間進行通信交流的。它主要是輔助學員學習的。在學習過程中，學員通過學習互動模塊可以討論問題、解決問題。它主要分為即時通訊、非即時通訊兩大類。即時通訊[14](Instant Messenger，IM)是一種基于互聯網的即時交流消息的業務，本質是一種通訊軟件，是依靠互聯網或手機短信，以溝通為目的，通過跨平臺多終端的通訊技術來實現集丈圖聲的低成本高效率的蛛合型的通訊平臺。代表有：手機短信、MSN、QQ、Facebook等。非即時通訊代表有Wiki、E-mail、博客、論壇等。傳統的登錄方式需要學員輸入每個應用軟件的賬號跟密碼，而且呈現在不同窗口中，如表1所示。

表1 學習互動模塊分類

基于Mashup的該模塊，可以使多個應用軟件聚合在一個窗口，方便了學習者的登錄活動，提供給學習者更好的人機交互體驗，節省學習者的時間，促進學習者更好地完成自主學習活動。

3.6 學習工具模塊

學習工具模塊是幫助學員更迅速、更有效的學習的工具。傳統意義上的學習工具都是生活中的實體，與傳統的學習工具相比，這個學習工具是虛擬的。該模塊也是基于Mashup技術實現的，比如“我的收藏”、“我的訂閱”、“Google搜索”、“翻譯工具”等。同時，隨著Web2.0和客戶端Mashup技術的發展，該模塊就像一個可擴展的應用商店一樣，利用Mashup技術通過開源的APIs接口將人們需要的學習工具聚合在這個PLE中的學習工具窗口[15]之下。在這里，學習者可以添加任意開源的APIs接口的應用或模塊，操作簡單、便捷。

4 驗 證

將該模型的設計開發應用到ELKOE(陜西師范大學與西安恩科網絡技術有限公司合作項目，為陜西師范大學軟件工程專業提供教學資源共享與學習平臺建設)平臺中，在實際測試使用中收到了比較好的效果。在該學習環境中安排了120名來自不同地區、不同專業的大學生和30名老師參加了這次模型測試。其中，118名學生順利完成了教學管理模塊中的教學任務(正式教學)。這個模型環境受到了108名學生的一致好評，28名老師反映該模型符合實際教學需要，所以說這個模型還是相當成功的。

在ELKOE平臺上的該模型系統,在合法登錄的前提下，教師跟學習者有不同的訪問權限。教師主要負責學員管理模塊和教務教學模塊，同時也可以參與知識庫的預先上傳資料、個人學習工具的Mashup、與學習者互動交流等多項活動。學習者主要負責自己的個人學習空間模塊和完成教務教學規定的教學任務。為了提升學習效果可以參與學習社交模塊和選擇自己的學習工具模塊。除此之外，為了使學生能夠合理地管理自己的學習，提高學習效率，在主頁上Mashup了系統中的新聞、論壇、博客、知識庫、考試成績、事務提醒、短消息、用戶相關的個人信息和訂閱的內容，并且學生可以根據個人學習需求進行相關設置。

通過ELKOE平臺中的基于Mashup的該模型,支持學習者個性化自己的學習環境，既保證了學習者一定的學習效果，又為學習者提供了個性化的學習平臺。它能夠促進學習者的學習興趣，方便學習者之間的互動，有利于知識的傳播、共享。是一個集正式學習、非正式學習、學習互動、學員管理、學習工具等多維的PLE，而且操作簡單，開發效率高，可擴展，易于維護。

5 結束語

文中是基于Mashup的PLE模型的初探，并將LMS與MOS融合在一起，重點借用Mashup技術輔助完成開發，尤其是客戶端Mashup支持學習者的個性化設置。然而，Mashup最嚴重的問題是被不信任的服務使用時會很危險，所以在安全方面，整個PLE模型還需要進一步研究。

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Research and Implementation of PLE Model Based on Mashup Technology

WANG Jing，QI Chao，CHEN Jian

(School of Computer Science,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China)

Mashup technology provides e-learning with new opportunities and challenges.Although e-learning can offer the sharing space for the learning resources,the learning effect is reduced by various content and fuzzy classification of the learning resources as well as the passive learning enforcement.In order to advance the personalization,usability and variability of the online education,a PLE (Personal Learning Environment) model is designed and developed based on Mashup technology.Firstly,according to the research status of Mashup and actual demands of the learners,the attributes and characteristics of the PLE model are analyzed.Then,based on Mashup,the main functional modules needed by the PLE model are designed and developed.And for the sake of improving the learning quality of the learner,the LMS-MOS,a kind of blended teaching model,is adopted to optimize the PLE model.Finally,the feasibility and validity of this model are verified on the ELKOE platform.The conclusion indicates that the Mashup-based PLE model not only reduces the difficulties during the developing and supports the personalized learning environment of the learner,but also improves the learning quality of the learners.

PLE;Mashup;LMS;personalization

2015-06-18

2015-09-22

時間：2016-02-18

中央高校基本科研業務費專項資金(GK200902018)

王 靜(1991-),女，碩士研究生,研究方向為電子服務與電子學習；祁 超，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為高性能計算、電子服務與電子學習；陳 健,博士，副教授,CCF會員，研究方向為電子服務、服務工程、軟件工程。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160218.1634.058.html

TP39

A

1673-629X(2016)03-0053-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.03.013