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1、目 录 第 1 章 绪论.11.1 研究背景.11.2 国内外研究现状.21.3 论文的意义和主要工作.41.3.1 论文意义.41.3.2 主要工作.41.4 本文的组织结构.5第 2 章 系统相关概念.62.1 学习环境的概念.62.1.1 课程的概念.82.1.2 课程与学习环境的关系.102.2 学习对象的概念.112.2.1 什么是学习对象.112.2.2 学习对象的结构模型.122.2.2 学习对象元数据相关标准.132.3 本体技术的概念及应用.142.3.1 本体的概念.142.3.2 本体的分类.152.3.3 本体的应用.162.4 XML 技术的运用.182.5 小结.1
2、9第 3 章 课程建模.203.1 课程构建模型中的学习对象.203.1.1 元学习对象.203.1.2 复合型学习对象.233.2 课程构建架构.253.2.1 课程构建模型中的课程层.253.2.2 课程构建模型中的章节层.263.2.3 课程构建模型中的知识点层.273.3 课程构建模型的建模.283.4 课程本体的编码.303.5 小结.33第 4 章 总体设计与实现.344.1 引言.344.2 需求分析.344.2.1 设计目标.344.2.2 开发工具与平台.354.3 总体框架.364.4 功能设计与实现.394.4.1 课程树的生成组件.394.4.2 课程树编辑组件.414
3、.4.3 领域本体（OWL）文件的导入及显示模块 .434.4.4 课程树的打开与保存组件.454.4.5 学习对象路径信息保存组件.474.4.6 学习对象的检索与导入组件.484.5 图形界面设计.494.5.1 课程主界面.494.5.1 学习对象检索界面.524.6 小结.52结 论.53参考文献.55致 谢.57插图索引插图索引图 2.1 学习对象结构12图 3.1 元学习对象结构图21图 3.2 复合型学习对象结构24图 3.3 课程结构图25图 3.4 课程内容组织图26图 3.5 章节层内容组织图27图 3.6 知识点内容组织图27图 3.7 本体的建立及应用28图 3.8 课
4、程本体30图 4.1 课程制作系统的体系结构图37图 4.2 课程制作系统的软件框架图38图 4.3 课程树示例图40图 4.4 导入 OWL 本件.40图 4.5 显示课程树41图 4.6 课程树节点添加42图 4.7 课程树节点的删除43图 4.8 导入本体文件44图 4.9 查看本体44图 4.10 课程树的保存46图 4.11 课程树的打开46图 4.12 学习对象元数据的搜索48图 4.13 学习对象元数据的读取49图 4.14 系统主界面50图 4.15 学习对象检索界面52附表索引附表索引表表 2.2 LOM 元数据元数据14表表 3.1 不同层次的知识表示方法不同层次的知识表示
5、方法17第 1 章 绪论1.1 研究背景进入21世纪，计算机和网络技术得到了广泛应用，e-Learning打破了传统教学时间和空间限制，以丰富的教学资源、灵活多变的教学形式和先进的教学理念为人们提供了一种全新的受教育的方式。e-Learning是当今国际国内教育发展新的生长点，也是现代教育技术的主流发展方向1。由于e-Learning，特别是基于Internet的远程教育，具有地域广泛性、技术复杂性、文化多样性等特点，使得大量的网上学习资源难以实现共享，不同的学习系统也难以互相沟通。虽然现行的网络技术已为学习资源在低水平上的自治与共享（例如通过HTTP和HTML） 、学习活动的合作（例如通过各
6、种网上通信工具）提供了基本技术条件，但是允许学习资源在课程知识和教学管理水平进行交换的标准却没有得到很好地认定，导致网上资源无法大范围的共享与交流。在传统教学过程中,人们已经深刻认识和体会到教学资源是教学成功最为关键的因素之一。优良教学资源不仅使教师的教学达到事半功倍的效果，更可使学习者真正学到需要的知识。高校远程教育成功的先决条件是拥有大量优秀的教学资源。对于我国日趋开放的教育环境而言，亦即需要在网络上提供大量的多元化教育资源，以满足不同的学习需要，从而使学习者在教师协助下能够根据自身特性和兴趣选择学习内容，激发学习者的学习动机和兴趣，克服传统教育中存在的教材落后的尴尬局面。单纯靠增加各类教
7、育资源的手段来无限制地扩充远程教育系统中的各类教学内容将受到资源的多样性、术语的多变性以及其它因素的制约，因此在远程教育系统中建立一个完备的知识学习网络其难度相当大。国外高校远程教育提供的资源形式通常是电子教案或课件，国外公司网络教育提供的资源形式通常是课件，我国目前提供的网络教育资源形式通常也是课件2。由于学科之间、相关课程之间存在的相互渗透和交叉性，课件或教案的组成内容和形式决定了在资源内容建设上的重复性工作。随着教学资源的急剧增加，如何使教学资源的开发和设计成为一项增值工作是人们日渐关心的问题，这也是现代教育系统发展到一定阶段面临的新问题。如果将教育资源设计成以知识点为单位的学习对象，然
8、后根据学习对象构造出各种可能的学习内容，这样既可以满足学习的需要，又可以扩充和丰富教学资源3，加快远程教育建设进程。学习对象作为一种可重用的教学资源不针对某门课程，而是能够融入其它上下文应用中形成不同的学习内容，即根据一定的方法组建出满足各种需要的学习内容，这样不但可以为课程的学习建立出一个良好的学习环境也可以最大限度地发挥学习对象的作用，从而体现学习对象的价值4。本论文的内容正是在这样一种背景下提出并进行的，目前引入学习对象来对课程框架设计的研究不多，可借鉴和参考的案例几乎没有。我们利用可重用学习对象思想，以教育学理论为基础进行课程组建方法的探索和研究。1.2 国内外研究现状国外对课程资源的
9、研究：人们对于课程资源的研究首先是对课程目标、课程内容来源的研究。杜威、博比特、查特斯等一批课程研究的先驱对此作出了长期而深入的研究。R.W.泰勒在前人研究基础上，在其名著课程与教学的基本原理5中明确提出了课程目标的三个来源:对学生的研究、对当代社会生活的研究、学科专家的建议。到了 20 世纪七十年代美国的课程研究者开始关注有关课程资源的开发与利用问题。如沃伦、托尼等在 1975 年提出了在课程设计时利用资源的一般步骤6:1.开展社会调查，揭示应具备的知识、技能和素质；2.审查各种课程材料；3.确定知识、技能及素质。在课程与教学的基本原理发表 25 年后，泰勒在准备对该书作修改而发表看法时再次
10、提出，要“改善整个教育系统”就需要“充分利用学校的资源” 他还进一步解释说，这些资源包括在学术领域里受过训练的教师、书籍和图书馆、实验室和工场。他在为国际教育百科全书撰写课程资源条目时从目标资源、教学活动资源、组织教学活动资源、制定评估方案的资源四个方面表述了课程资源，从而使课程资源问题浮出水面。 今天，国外对课程资源开发与利用的研究已经渗透到各门学科的教学实践层面中，对于科学课程资源的研究更是颇多关注，其中以美国最为典型。这一点在美国科学教育的“2061 计划丛书”中得到了充分的体现，几乎每本书中都专门介绍了美国已构筑成的科学课程资源系统并提出了开发与利用的具体建议。国内对课程资源的研究自教
11、育部出台基础教育课程改革纲要（试行）的颁布并明确提出“积极开发并合理利用校内外各种课程资源”之后，国内逐渐开始了关于课程资源的研究。国内的这些研究中，尤以吴刚平、范兆雄、徐继存等一批学者的研究较为系统。吴刚平指出，课程资源的概念7,8有广义与狭义之分。“广义的课程资源指有利于实现课程目标的各种因素，狭义的课程资源仅指形成课程的直接因素”。他在通过不同角度对课程资源的种类进行了划分的基础上，提出了课程资源开发与利用的一般途径。吴刚平的研究在很大程度上得到了国内学者的认可，也为随后的课程资源研究打开了思路。徐继存、段兆兵等人从课程资源的来源、性质、物理特性、呈现方式等不同角度对课程资源作了更为详细
12、的分析，并进而提出了课程资源开发与利用的原则9:开放性原则、经济性原则、针对性原则、个性原则。从而为人们对课程资源的开发与利用的实践提供了理论上的指导。1.3 论文的意义和主要工作1.3.1 论文意义为了搭建了一个良好的课程学习环境来对学习资源库中的学习对象进行管理，并将属于同一领域的学习对象按照一定的关系合理的组织起来形成一门专业性强、知识面广的课程。本课题的主要任务是在学习对象的基础上，结合学习资源构建标准、领域本体建模技术来构建一种课程模型并依据该模型实现一个课程制作系统。1.3.2 主要工作1.通过研究学习对象技术、领域本体、课程资源和学习环境提出一种课程构建模型。利用领域本体建模，从
13、结构和内容上讨论建立可重用性高、共享性好、易于检索的课程资源的方法。2.使用领域本体依据课程构建模型定义了一个课程模板。3.在模型基础上实现一个课程制作系统。在该课程制作系统中主要责负：主界面的设计、课程树的生成与编辑、课程的打开保存等模块。 （注：系统由我和何松两人完成，后者主要责负学习对象的创建、导入、检索等功能）1.4 本文的组织结构本文首先分析了国内外学习对象，领域本体和学习资源研究的状况以及存在的不足，通过对学习对象元数据（LOM）的仔细研究，提出一个基于学习对象的课程制作模型，并利用领域本体技术来建模，使用 XML 结合 LOM 元数据来描述模型，在课程制作过程中引入面向对象的思想
14、并通过对关键模块的设计与实现的分析描述了课程制作系统的完整实现过程。本文主要分为以下几个部分：第一章 绪论，讨论了国内外研究现状及论文的主要研究工作，并给出本文的组织结构。第二章 学习环境的概念、课程概念及两者间的关系。并对课程构建中使用的学习对象、本体等相关技术进行介绍。第三章 在理解 LOM 和借鉴开发经验的基础上，实验性地创建一个课程构建模型为课程的开发和设计提供一个可参考的模板。第四章 给出基于学习对象的课程构建系统的设计和实现过程，并对研究成果进行了总结。在本文的结尾部分对架构的不足和待改进之处进行了分析和总结，对下一步的工作前景进行了展望。第 2 章 系统相关概念2.1 学习环境的
15、概念目前在不同的领域中对学习环境的概念存在多种不同的理解。在教学论中，教学环境往往被定义为“由学校和家庭的各种物质因素构成的学习场所”或“课堂内各种因素的集合” （田慧生，1996，p5） ，主要内容是家庭、学校、课堂中的物质因素，而文献中往往又把教学环境称之为学习环境（田慧生，1996，p5） 。因此教育技术学理论中的学习环境也往往成为教学环境的代名词，没有涵义上的区别，如美国教育技术学家Knirk.F.G（1979, 引自田慧生，1996）就明确将学习环境定义为“由学校建筑、课堂、图书馆、实验室、操场以及家庭中的学习区域所组成的学习场所” 。但是，我们认为不管是教学环境还是学习环境都绝不仅
16、仅是物质环境，它们都包含着物质之外的教学模式、教学策略、学习动机、学习氛围等因素。二者的区别在于教学环境是突出以“教”为主的环境，而学习环境是强调以“学”为主的环境。因此，本文讨论的学习环境有其特定的内涵，绝不仅仅是“学习赖以进行的物理环境” ，更不只是讨论如何美化校舍、如何在教室中布置课桌椅等。还包括对教学过程中采用的教学模式、策略、方法等因素。国内外专家学者有关学习环境的观点有多种：（1）威尔逊（Wilson，1995）提出的学习环境场所观。他认为学习环境是一个学习者可以相互合作、相互支持的场所，在那里他们使用各种工具和信息资源参与问题解决的活动，以达到学习目标。此外，威尔逊还把学习环境分成三类：计算机微世界、基于课堂的环境（促进积极学习的丰富环境、抛锚式教学） 、开放的虚拟环境。（2）珀金斯（Perkins，1991）对学习环境进行了要素分析。他认为所有的学习环境，包括传统的课堂，都是由一些组成部分或功能构成：信息库（Information banks）信息的来源或仓库。符号簿（Symbol pads）建构
