《以XML为基础之标准化网路虚拟教室系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《以XML为基础之标准化网路虚拟教室系统.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 1以以XML為基礎之標準化網路虛擬教室系統為基礎之標準化網路虛擬教室系統 A STUDY ON STANDARIZATION OF WEB-BASED VIRTUCAL CLASSROOM BASED ON XML TECHNOLOGY 王豐緒，張建邦 銘傳大學傳播工程研究所,銘傳大學資訊管理研究所 fhwangmcu.edu.tw,jbjangmcu.edu.tw 論文摘要論文摘要 本論文主要在提出一套用來描述網路虛擬教室課程組織與運作的標準化模式，並以 XML 語言實現之。在此模式下授課教師可以依據自己的教學方式與策略，開立虛擬教室的規格，並以 XML 的檔案格式儲存。由於XML 之特性
2、，使得此規格檔所描述的教學策略與相關學習資源得以共享。除此之外，本研究所開發之虛擬教室伺服器引擎，可依據規格檔所描述之內容，實體化出教師所想要的虛擬教室學習環境，並即時監控教室中教學流程之運作。藉由本研究所開發之虛擬教室系統，授課教師可以很輕易、很有彈性地去建構、管理及維護自己所特製的網路學習環境，並且讓教師彼此間的教學資源及教學策略規劃得以分享。關鍵字關鍵字:網路學習、虛擬教室、XML、學習標準、教學流程管理、教學資源共享 ABSTRACT In this paper,an instructional model that describes the organization and pro
3、cesses of virtual classroom is proposed.Under this model,a teacher can develop the specification of a virtual classroom according to his/her instructional strategies and teaching styles easily through the systems interface.Furthermore,the specification can be transformed into XML-format file automat
4、ically.Due to the XML characteristics,those instructional strategies and learning resources described in this file can be shared.Besides,a virtual-classroom engine is developed to instantiate and mange the virtual classroom according to the XML specification that corresponds to the teachers instruct
5、ional design and control processes in run time.As a result,teachers can establish,manage and maintain their own specific e-learning environment more easily and flexibly by this virtual classroom system.It also makes the teachers learning resources and instructional strategies sharable to each other
6、through the Internet.Keywords:E-learning,Virtual Classroom,XML Technology,Learning Standards,Learning Flow Management,Instructional Resources Sharing 研究背景與動機研究背景與動機 由於網際網路的迅速普及以及傳播與資訊科技的蓬勃發展，使得全球資訊網如今已成為發展網路教學環境最重要的工具之一。因此不論是政府單位、國內外各大專院校或民間教育機構都紛紛成立了許多教學網站或者是網路大學，透過全球資訊網讓教育的工作達到無遠弗屆、終身學習的目標。但仔細分析目前
7、國內的許多教學網站，主要仍存在著下列幾個問題：(1).一般的教學網站通常都缺乏整合性的規劃，各自發展自己的網路學習環境，雖然各有其特色，但缺乏一個良好的標準化溝通機制，導致彼此間的教學資源無法重覆利用及共享，就這一點來說是非常耗費資源的。(2).要建置出一個網路的教學環境，需要有一定的資訊科技技術，所以一般的教學網站，幾乎都是由資訊專家來著手設計的網路教學環境，而由資訊專家所設計出來的教學環境，並不一定全然能吻合授課教師的需求。(3).一般的教學網站，缺乏一套輔助教師設計及妥善控管教學網站內教學流程及各活動進行的機制，使得教師在教學計劃安排及教學流程控制上必須耗費更多的心力。(4).一般的教學
8、網站所採用的資料呈現方式普遍都是以 HTML(Hypertext Markup Language)為主。然而HTML 的標記對於資訊的內容幾乎沒有描述的作用，它只能用於瀏覽器的視覺呈現上，無法使資訊內容與呈現方式分離。因此，若要以 HTML 作為資訊交換的格式，不免有捉襟見肘之感。由於上述所呈列之相關問題，本研究針對網路教學型態中的虛擬教室(Virtual Classroom)，制定一套可用來描述虛擬教室課程組織與運作之標準化模式。藉由此一標準化模式，授課教師可以為課程描述並建立自己的教學方式與策略，再藉由本系統自動建立及管理該特製化的虛擬教室課程。近年來 XML 技術在網路教學的應用逐漸受到
9、重視，並且蓬勃的發展之中（吳錫修，蔡新民，楊博清，孫霞繡，1999；洪唯峻、楊錦潭，2001；Cap,2001）。特別是在教學環境的標準化研究之中，XML技術更是扮演舉足輕重的角色（Schocken,2001;Silva,2Lucena and Fuks,2001）。本 研 究 選 擇 以 XML(eXtensible Markup Language)標記語言作為實作的工具，由 於 XML 所 具 備 之 特 性（Bray,Paoli,and Sperberg-McQueen et al.,2000;Damiani et al.,2001），將使得虛擬教室內所描述的教學策略與相關學習資源能夠與
10、其他單位的學習管理系統(Learning Management System，LMS)在符合一致的標準模式之下，共享相關的學習資源。本研究更以工作流程的角度來看待教學流程的進行，開發系統伺服器引擎(Server Engine)來監控各個教學階段與教學活動間的順序結構性，讓教學流程也可以有如結構化般的控管。藉由本研究之研究成果，我們預期授課教師將可以動態地建置出符合其需求的虛擬教室課程，讓授課教師不論在課程設計或是管理維護上都能有很完整清楚的架構並具備高度的彈性。文獻探討文獻探討 本研究融入美國航空產業電腦化訓練委員會(AICC，Aviation Industry CBT Committee)其
11、中一個CMI(Computer Managed Instruction)小組委員會的標準文件中有關課程結構的精神，讓虛擬教室中的教學流程有如工作流程般進行結構化的控管。所以本章將針對虛擬教室，目前分散式學習標準化的相關發展，以及CMI Guideline中課程結構之部份做一概要性介紹。虛擬教室虛擬教室(Virtual Classroom)虛擬教室（張卜仁，1999）乃是遠距教學中利用網路做為傳輸媒介的其中一種新興的學習模式，它仿照了傳統教育在學校教室上課的情境，利用電腦軟體設計出一套教學管理系統，模擬教室上課情境(如老師授課、舉辦考試、指定作業或回答問題，學生學習課程內容、提出問題或參加考試等
12、)。老師及學生在任何時間都可以在電腦前，透過通信網路，與教學管理系統連接，隨時授課或學習。它將這種學習模式架構，利用資訊技術結合了網際網路的特性，運用在網路學習上，使得受限於時間、地域限制的學生也能夠有一個如同在學校教室中上課的學習情境，故稱之為虛擬教室。國際相關之學習標準國際相關之學習標準 目前已有許多國際性的組織機構與協會在制定網路學習的相關標準上已有一些豐碩的成果，以下列舉出幾個重要的協會與組織機構。並略做說明與比較。(1)CMI(Computer Managed Instruction)美國航空產業電腦化訓練委員會（AICC），定出了許多共通性的標準化技術規範，皆詳細記錄在各個AGR(
13、AICC Guidelines and Recommendations)文件中，可做為各業界欲推動網路教學的指引標準。其中 CMI(Computer Managed Instruction)（AICC,2001）是描述教學流程與管理的重要標準之一，其重點於後節再描述。(2)IMS(Instructional Management Systems project)標準標準 IMS 應可算是目前在 E-Learning 標準制定方面最積極，所提出的技術規範也最完整的單位之一。尤其IMS 利用 XML 技術，在教材檔的描述、線上題目與測驗，以及學習者資訊的部份，做了非常良好的規格定義（IMS,200
14、0），因此被大量引用在另一標準化組織ADL(Advanced Distributed Learning)的 SCORM計畫當中。(3)LOM(Learning Object Meta-data)美國電機工程學會下的學習科技標準委員會（IEEE LTSC），專門負責學習科技相關標準的認證工作，目前該組織在教學學習物件的後設資料描述(LOM，Learning object metadata)（IEEE LTSC,2000），制定出非常良好的規範模式，亦被多家標準化發展組織所引用。(4)SCORM(Sharable Content Object Reference Model)ADL Co-Labo
15、ratory Network(簡 稱 ADL Co-Labs)，是全球性的組織以及共通標準的制定單位。ADL 提出共享式教材元件參考模組(SCORM)（ADL,2001），希望能透過建立一套可共享、可再用、可移植的教材開發機制，大幅縮短教材開發時程、降低開發成本，並讓所有的線上教材都能夠在不同的學習平台及學習裝置上流通自如。SCORM 重要性在於它充分整合了各方所長，如 IMS、AICC、IEEE LTSC 等，提出相當前瞻性的技術架構；而且 SCORM 是以實務應用為依歸，加上有美國龐大的軍方及政府單位的支持與應用作背書，讓 SCORM 成為具體可行的實務解決方案。(5)ULF(Univer
16、sal Learning Format)全球學習規格(Universal Learning Format)是由Saba 公司所發展出來的一套以 XML 及 RDF(Resource Description Framework)資源描述架構格式為基礎之完整e 化學習資料交換模式的標準。其目的主要是在提供一套完整的規格描述，並架構在各家標準化組織上發展，作為制定教材的格式標準，。除了以上所呈述之組 織 外，還 包 括LRN(Learning Resource iNterchange)、Dublin Core及 Vcard等。CMI 課程管理標準課程管理標準 課程的基本概念課程的基本概念 AICC
17、CMI 認為課程(course)是教學流程中最完整、最大的單元，它是由許多的單元課程(lesson)及相關測驗(test)，並伴隨著特定的學習目標(learning object)所 組 成 的。一 個 完 整 的 課 程，根 據 CMI guidelines的說法可以分成以下三個部份：(1).課程的描述(Description)包括所有描述此課程的資訊以及課程所組成的元件(component)。(2).課程的結構(Structure)3指描述課程的組織方式(Organization)。包括課程如何地被分割成許多單元的課程(lesson)、多種不同的課程元件(component)如何地被群組，
18、也可以包括學習目標與單元課程及課程元件之間的關係。(3).課程的順序(Sequencing)指教學流程的順序。即學生在進行學習時，各個教學單元要依如何的順序輸出，以達成教師在教學流程上的控制。而控制課程的順序方式可以有線性順序控制、演算法自動控制，或完全由學生來掌控順序等。課程元素課程元素(Course Elements)CMI 的課程元素有三個項目：(1).指派單元(Assignable Unit)即整個教學流程中的一個單元課程(lesson)，屬於課程元素中的結構元素(structure elements)。(2).單元區塊(Block)一個單元區塊(Block)可以是由一群的指派單元(A
19、ssignable Unit)或其他的單元區塊(Block)所構成。亦屬於課程元素中的結構元素。(3).學習目標(Objective)指預測學生在學習完某一個單元課程之後，會達到該課程所預設的學習目的。通常一個課程會包含了許多的學習目標。複雜度層級複雜度層級(Levels of Complexity)在 CMI Guidelines 中定義了三個描述 CMI 系統課程結構的複雜度層級，分別是 level 1、level 2 及 level 3，其中 level 3 又包含了兩個子層級 level 3A 及 level 3B，如以下呈述：(1).Level 1 level1 是最簡單的層級，它只
20、用一些簡單的課程元素(course element)，如指派單元(assignable unit)、單元區塊(Block)來描述課程的結構與內容，教學流程並沒有任何的順序性控制。(2).Level 2 增加了一些結構元素(structure elements)，如：進入單元課程的先備條件(prerequisites)、單元課程結束的完成需求(complete requirement)，可以來控制簡單的教學流程。(3).Level 3A 允許配合邏輯表示法(logic expressions)來定義更複雜的單元課程的先備條件(prerequisites)及單元課程結束的完成需求(complete
21、 requirement)，可以控制更複雜的教學流程。(4).Level 3B Level 3B把學習目標(objectives)加入課程結構中。這些學習目標(objectives)可以用來做為單元課程的先備條件(prerequisites)。虛擬教室標準化規格制定虛擬教室標準化規格制定 虛擬教室課程組織架構虛擬教室課程組織架構 本研究參考 AICC 的 CMI 標準，並融入虛擬教室的教學特色，設計虛擬教室課程的描述規格。虛擬教室中所進行之課程(course)，其組織架構主要可分為三個階層：單元（units）、活動（activity）與工具（tools）。首先教師將一個完整的課程，依自己的規劃
22、需求，分解成數個階段性的單元課程；其次是將各個單元課程，依據教師不同的教學策略與教學方式，安排單元課程中所需的教學活動進行；最後則是依不同的教學活動性質，搭配系統所提供之各個工具元件與相關教學資源如教材考題等，組合成一個完整的虛擬教室課程組織，如圖 1 所示。在單元與活動的描述層次中，本研究融入 CMI 的概念，允許教師描述階層與順序等結構性資訊及流程控制的訊息，例如單元的前備單元順序等。圖 1.課程組織架構概念圖 虛擬教室XML規格模式 虛擬教室XML規格模式 本研究依據上述的三個階層架構，制定描述虛擬教室組織與運作之XML標籤規格，如圖2所示，其中元素是虛擬教室中的根元素，在此元素中包含
23、了 四 個 子 元 素，分 別 是 、及。由此四個元素構成本研究規格檔的四大節段(section)：(1).與其下的子元素是用來描述虛擬教室中相關的後設資訊。(2).與其下的子元素是用來記錄虛虛擬教室中相關的基本資訊。(3).與其下的子元素是用來描述整個虛擬教室的課程組織架構，此段是虛擬教室規格檔的核心，包含整個課程該分成多少階段性的單元課程，每個單元課程中教學活動之進行方式，以及用到哪些系統所提供的工具，皆歸屬於此節段元素所描述，詳述如后。單 元 課 程 是 以 元 素 來 描 述，元素具備了三個屬性，分別是identifier(單元編號)、name(單元名稱)，以及completion(單
24、元完成與否)。而下有(單元先備條件)及(該單元之教學活動)。在子元素下的所有項目，皆為該單元的先備條件。要進行該單元，必須先完成先備條件下的 4所有單元項目。而子元素則為該單元內所進行之教學活動，是屬於課程組織架構的第二個階層。元素有四個屬性分別是identifier(活動編號)、name(活動名稱)、completion(活動完成與否)，以及roles(活動從事對象)。roles屬性是用來描述從事某個活動的特定對象，例如學習評量活動是教師對學生們的表現，做評分與建議，所以該活動的從事對象只能是授課教師，學生無 法 從 事 該 活 動。同 樣 地，下 也 有(活動先備條件)及(活動支援工具)兩
25、個子元素，在子元素下的所有項目，皆為該活動的先備條件。要進行到該活動，必須先完成(活動先備條件)下的所有項目。而元素下的子元素(活動支援工具)，是支援該活動進行所用到的系統工具集合，屬於課程組織架構的最底層。元素具備了三個屬性，分別是identifier(系統工具編號)、name(系統工具名稱)及href(系統工具實體連結)。而元素下的子元素(工具內容)，是指該工具所引用的實體資源內容集合。(4)與其下的子元素是用來描述虛擬教室系統資源庫所提供之相關資源集合。下的子元素有一個屬性為identifier用來辨識該教學資源類別之用，並表達該資源類別是隸屬於哪一項支援工具之資源，作為系統資源庫檢索提
26、供給不同類型的支援工具的資源之用；而元素則記錄了各個教學資源類別的實體資源項目，而本研究之系統所提供的實體資源類型有兩種，分別是檔案類型與非檔案類型的資源。如果是檔案類型的資源，則有一個屬性為href，記載著資源檔案的實體連結。如果是非檔案類型的資源，則必須藉由一些參數的索引，來取得執行系統工具所需之資源。圖 2.標準化虛擬教室規格圖 例如，在下面的規格描述中包含兩個主題討論的資源項目，討論的建立日期以及討論的題目分別是以date與title兩個參數（para）設定來描述，已備屆時將該參數傳遞給系統的分組討論工具，進行討論活動。2002/5/1 你對微積分的認識 2002/5/5 微積分可以應
27、用於何處?系統架構與功能介紹系統架構與功能介紹 本系統之系統架構如圖3所示，教師經過系統登入模組之驗證後，教師可以選擇進入已建立的標準化虛擬教室課程，或是藉由規格編輯介面模組去建立或修改所虛擬教室課程的規格，再由XML產生器模組自動建構出虛擬教室的XML規格檔案。最後，此份XML規格檔案將由虛擬教室伺服器引擎分析處理，並根據XML規格檔案上之描述與相關資源進行動態連結，實體化出一間新的標準化虛擬教室課程，供師生進入此環課程中學習。而虛擬教室伺服器引擎亦即將時地監控並記錄學習環境內的教學流程活動。圖 3.標準化虛擬教室系統架構圖 規格編輯介面模組規格編輯介面模組 此介面模組是設計給授課教師描述其
28、所欲建構的虛擬教室課程，此模組包括了描述虛擬教室基本資訊介面、課程組織的教學流程編輯介面，以及相關課程資源上傳介面。其中教學流程編輯介面包含了單元子階段課程編輯介面、單元子課程中的教學活動編輯介面，及系統支援工具選取介面。各編輯介面如圖4(a)-(d)所示。5 圖4.(a)單元子階段編輯介面 圖4.(b)單元子階段編輯介面 圖4.(c)系統支援工具選取介面 圖4.(d)課程資源上傳介面 XML產生器模組則負責處理規格編輯介面模組所描述之資訊，將此資訊藉由XML DOM的API處理介面，自動轉換成XML之標記，並以XML檔案格式產出。此模組中包含數個針對各別不同的規格編輯介面做XML自動轉換之程
29、式，其轉換流程如圖5所示。圖5 XML文件產出流程圖 虛擬教室伺服器引擎虛擬教室伺服器引擎(VC-Server Engine)伺服器引擎最主要的功能有下列兩點：(1).接收XML規格檔案，針對規格檔案內容之描述，與相關的資源動態連結，而後實體化出標準化虛擬教室學習環境。(2).即時監控虛擬教室學習環境中，整個教學流程之進行。根據各個教學活動之屬性設定及狀態轉移，觸發伺服器引擎產生相對應之事件。系統目前架構在 NT系統上，並以 IIS作為 Web伺服器，程式碼以 ASP 撰寫。以下針對伺服器引擎對教學流程之控制做一介紹。如圖 6所示，單元子階段 6課程有單元一、單元二及單元三，三者間呈順序結構，
30、即單元二階段必須等單元一結束方可進行。同理，單元三必須等單元二結束才可進行。而單元二內有八個教學活動，其結構順序關係為活動四必須等活動一、活動二及活動三結束方可進行，其他活動亦同理。本研究之伺服器引擎對教學流程之控制即利用先備條件(prerequisite)與完成狀態(completion)兩個因子來控制整個教學流程之進行。圖6教學流程控制例子 結論與展望結論與展望 本研究利用 XML 之特性所開發的虛擬教室系統，提供了授課教師在不需具備網站程設之技術的前提下，可以自行開發、管理及維護屬於自己所特製的網路學習環境，並在符合一致規範的標準模式下，能夠共享相關的學習資源。在課程教學流程的進行方面，
31、更能夠以系統的伺服器引擎來達成猶如工作流程般自動化地控管，並符合了 CMI Guidelines中部份 level 3A複雜度的概念層級。另外，目前本研究的虛擬教室系統尚處於雛型的階段，且本研究的虛擬教室規格描述語言在教學活動流程進行的描述能力上，還有很大的幅度可以再擴充。譬如目前在課程組織結構的描述上，只定義了單元課程階段、教學活動，及系統工具三個階層。但其實有很多的教學活動，又可以拆解成許多較細部之小活動進行，因此在未來的發展上應可再加入子活動之定義。另外，目前對邏輯表示法(logic expressions)的支援上，只允許 AND 的邏輯關係，在教學流程進行的控制上尚為不足，未來可再加
32、入更完整的邏輯述詞關係，如：OR，NOT.等。在網路資源的整合議題上，我們正著手進行將符合 SCORM 標準的教材整合到本系統中，以達到教材與教學策略的完整整合。另外，在網路資源的搜尋能力上，光就 XML 語法的描述能力是較為不足的，因此未來可再加入 RDF(Resource Description Framework)資源描述格式以及 Ontology 知識本體語言的語法，使得資料與資料間的關係可以更精確地被描述，讓網路上資源的搜尋與共享更為容易。致謝致謝 本計畫承蒙中華民國國科會補助，計畫編號 NSC-91-2520-S-130-002。參考文獻參考文獻 吳錫修，蔡新民，楊博清，孫霞繡（1
33、999）：以XML設計資訊網教學課程之瀏覽控制機制。遠距教育，12，45-52。洪唯峻、楊錦潭（2001）：XML於網路教學之應用。資訊與教育，180-191。張卜仁（1999）：線上教學與虛擬教室。資訊與教育月刊，32-33。AICC:CMI Guidelines for Interoperability AICC Document NO.CMI001.(2001)Online.Available:http:/www.aicc.org/.ADL:The SCORM Content Aggregation Model V1.2.(2001)Online.Available:.http:/www
34、.adlnet.org/.Bray,T.,Paoli,J.,Sperberg-McQueen,C.M.and Maler,E.(2000).Extensive Markup Language(XML)1.0.Online.Available:http:/www.w3.org/TR/2000/REC-xml-20001006.Cap,C.(2001).XML goes to School:Markup for Computer Assisted Learning and Teaching.Online.Available:http:/kurs.nks.no/eurodl/shoen/icl200
35、0/cap.htm.Damiani,E.,Samarati,P.,De Capitani di Vimercati,and Paraboschi,S.(2001).Controlling Access to XML Documents.IEEE Internet Computing,5(6),18-28.IEEE LTSC：The Semantic Document V3.4.(2000)Online.Available:http:/grouper.ieee.org/groups/ltsc/.IMS Global Learning Consortium：IMS Content Intercha
36、nge XML Binding V1.1.(2000)Online.Available:http:/www.imsproject.org.Schocken,S.(2001).Standardized frameworks for distributed learning.JALN,5(2),97-110.Silva,V.T.,Lucena,C.J.P.&Fuks,H.(2001).ContentNet：A framework for the interoperability of educational using standard IMS.Journal of Computers&Education,37,273-295.