【摘要】數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的自包含性和可尋址性是共享的基礎(chǔ)。數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享包括元數(shù)據(jù)收集和認(rèn)證傳遞兩個(gè)層次。數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的實(shí)現(xiàn)需要元數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)收割和認(rèn)證Web服務(wù)等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持。

【關(guān)鍵詞】學(xué)習(xí)資源共享;元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);元數(shù)據(jù)收割協(xié)議;認(rèn)證Web服務(wù)

【中圖分類號(hào)】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)06—0066—05

一 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的概念和基礎(chǔ)

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的概念

從廣義上講，學(xué)習(xí)資源指支持學(xué)習(xí)的任何事物，包括物質(zhì)形式的和非物質(zhì)形式的。非物質(zhì)形式的學(xué)習(xí)資源包括教育制度、人際關(guān)系、學(xué)習(xí)氛圍等等。物質(zhì)形式的學(xué)習(xí)資源又可以分為人力資源和非人力資源。人力資源包括老師、同學(xué)、朋友、專家等等。非人力資源從大到小包括教學(xué)設(shè)施(例如圖書(shū)館和教室)、教學(xué)設(shè)備(例如投影儀和各種實(shí)驗(yàn)儀器)、學(xué)習(xí)工具(例如計(jì)算器和各種文具)和學(xué)習(xí)材料(例如教材和各種多媒體音像資料)。狹義的學(xué)習(xí)資源僅僅指學(xué)習(xí)材料，也是通常意義上的學(xué)習(xí)資源。

學(xué)習(xí)材料是學(xué)習(xí)者要學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能和能力等學(xué)習(xí)內(nèi)容的載體。隨著媒體技術(shù)的發(fā)展，這些學(xué)習(xí)內(nèi)容載體的形式出現(xiàn)了數(shù)字的和非數(shù)字兩種。非數(shù)字的學(xué)習(xí)材料包括傳統(tǒng)的印刷教材、各種掛圖、模型和標(biāo)本等等。根據(jù)中國(guó)教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CELTS-41的定義，數(shù)字形式的學(xué)習(xí)材料分為媒體素材(包括文本、圖形圖像、音頻、視頻和動(dòng)畫(huà))、案例、文獻(xiàn)資料、資源目錄索引、常見(jiàn)問(wèn)題解答、試題、試卷、課件、網(wǎng)絡(luò)課程九類，這些都可以稱為數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源。

在國(guó)外的數(shù)字化學(xué)習(xí)研究中，也將數(shù)字化學(xué)習(xí)資源稱為學(xué)習(xí)對(duì)象，是指“提供給教育者、學(xué)生和自學(xué)者使用和重用，以支持學(xué)習(xí)或?qū)W習(xí)支持活動(dòng)的任何可再生和可尋址的數(shù)字資源”。通常學(xué)習(xí)對(duì)象是結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)資源，即使用IMS內(nèi)容包裝規(guī)范打包好的學(xué)習(xí)資源。

由于我們國(guó)家早期建設(shè)的很多資源庫(kù)的資源形式多種多樣，為了不造成財(cái)力、物力和人力的浪費(fèi)，在考慮資源共享的問(wèn)題時(shí)，必須能夠重用這些資源。因此本文中的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源采用CELTS-41中的定義，但也不排除經(jīng)過(guò)了教學(xué)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化表示和包裝的學(xué)習(xí)對(duì)象。

2 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的基礎(chǔ)

無(wú)論是原始的素材資源，還是經(jīng)過(guò)了教學(xué)設(shè)計(jì)的課件和網(wǎng)絡(luò)課程，以及打包好的學(xué)習(xí)對(duì)象，學(xué)習(xí)資源共享必須滿足兩個(gè)條件:1)資源是自包含的;2)資源是可尋址的。

資源的自包含性是指資源是獨(dú)立的，即資源不依賴其他資源可以單獨(dú)存在。同時(shí)自包含性還意味著資源可以作為單一文件進(jìn)行傳遞，而不是包含多個(gè)文件需要傳遞多次。

資源的可尋址性是指學(xué)習(xí)資源能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，即一個(gè)資源必須有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，并能夠通過(guò)這個(gè)地址訪問(wèn)到該資源。當(dāng)然一個(gè)資源可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，反之則不然，即一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址不能標(biāo)識(shí)多個(gè)資源，而只能標(biāo)識(shí)一個(gè)資源，否則會(huì)造成資源的無(wú)法識(shí)別，進(jìn)而造成無(wú)法訪問(wèn)和傳遞。

二 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的層次和機(jī)制

數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享問(wèn)題的產(chǎn)生來(lái)自于兩個(gè)方面:一是數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的分散存儲(chǔ);二是各個(gè)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)系統(tǒng)之間由于認(rèn)證、技術(shù)體系和技術(shù)路線不同造成的互操作障礙。數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的共享就是要解決這兩方面的問(wèn)題，包括以下層次[1]。

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的集成與發(fā)現(xiàn)

解決資源分散式存儲(chǔ)的方法是為資源建立統(tǒng)一的目錄索引，稱為資源的“集成(Gather)與發(fā)現(xiàn)(Discovery)”。資源的集成與發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)是區(qū)分?jǐn)?shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)中的兩類信息實(shí)體:資源(Assets)和元數(shù)據(jù)(Metadata)。資源指的是數(shù)字化學(xué)習(xí)資源本身，元數(shù)據(jù)指的是數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的描述信息。資源的集成與發(fā)現(xiàn)都與元數(shù)據(jù)有關(guān)。資源集成與發(fā)現(xiàn)的前提條件是各個(gè)資源庫(kù)必須為資源提供元數(shù)據(jù)。

為資源建立統(tǒng)一目錄索引的第一步是資源的集成(Gather)，就是將各個(gè)分散的資源庫(kù)中的元數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并集中存儲(chǔ)在同一個(gè)地點(diǎn)，稱為“信息中心”。信息中心收集元數(shù)據(jù)的方式有兩種:推(push)和拉(pull)。推是由各個(gè)資源庫(kù)主動(dòng)向信息中心提供元數(shù)據(jù)，拉是由信息中心主動(dòng)向各個(gè)資源庫(kù)索取元數(shù)據(jù)。

由于元數(shù)據(jù)提供了資源的詳細(xì)描述信息，所以信息中心可以向最終的資源用戶提供資源的檢索服務(wù)，稱為資源的發(fā)現(xiàn)(Discovery)。用戶檢索的條件信息與元數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，同時(shí)檢索的結(jié)果信息也是元數(shù)據(jù)信息。信息中心可以利用元數(shù)據(jù)信息提供靈活多樣的資源檢索服務(wù)。資源集成與發(fā)現(xiàn)的原理見(jiàn)圖1。

2 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的傳遞與交換

資源的集成與發(fā)現(xiàn)是在元數(shù)據(jù)層次上進(jìn)行的，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的統(tǒng)一查詢和檢索，但沒(méi)有涉及到學(xué)習(xí)資源的統(tǒng)一傳遞和交換。即學(xué)習(xí)者或?qū)W習(xí)支持者在公共資源目錄上可以查詢到某個(gè)資源，只是返回了元數(shù)據(jù)，而不是資源本身。實(shí)現(xiàn)資源傳遞與交換的條件是資源庫(kù)之間必須具有統(tǒng)一的認(rèn)證以及數(shù)據(jù)傳遞協(xié)議。

通常用戶在信息中心檢索資源，在信息中心返回的匹配資源的元數(shù)據(jù)中包含資源的網(wǎng)絡(luò)地址。用戶選擇某個(gè)資源要求進(jìn)行傳遞時(shí)，信息中心根據(jù)元數(shù)據(jù)中的資源地址向相應(yīng)的資源庫(kù)發(fā)送傳遞資源的請(qǐng)求。資源庫(kù)首先會(huì)要求認(rèn)證，用戶提供認(rèn)證信息，資源庫(kù)認(rèn)證后再將資源傳遞給用戶。這一過(guò)程稱為資源的傳遞(delivery)。如果資源的傳遞發(fā)生在資源庫(kù)之間則稱為資源的交換(exchange)。此外如果一個(gè)資源庫(kù)主動(dòng)向另外一個(gè)資源庫(kù)傳遞資源也屬于資源的交換。前者稱為請(qǐng)求(request)，后者稱為提交(submit)。資源傳遞和交換的過(guò)程見(jiàn)圖2。圖中虛線屬于資源的集成與發(fā)現(xiàn)。

三 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

根據(jù)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的層次與機(jī)制，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享需要元數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)收割和認(rèn)證服務(wù)三方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持。

1 學(xué)習(xí)資源的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

資源集成的基礎(chǔ)是資源庫(kù)必須為資源提供元數(shù)據(jù)，目前國(guó)際上的元數(shù)據(jù)方案有很多，在教育領(lǐng)域應(yīng)用的主要是Dublin Core和IEEE LOM。Dublin Core起源于圖書(shū)館領(lǐng)域，用于數(shù)字資源的描述和交換，由于其廣泛的影響力在教育方面也有所應(yīng)用。IEEE LOM是針對(duì)學(xué)習(xí)資源開(kāi)發(fā)的，是目前最有影響的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。IMS Metadata、SCORM中的元數(shù)據(jù)都與它一致。我們國(guó)家的教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中有CELTS-3、CELTS-41和CELTS-42三個(gè)元數(shù)據(jù)方案。其中CELTS-3是IEEE LOM的本地化，兩者完全一致。CELTS-41為九類學(xué)習(xí)資源擴(kuò)展了相應(yīng)分類元數(shù)據(jù)元素，主要應(yīng)用在高等教育領(lǐng)域。CELTS-42是針對(duì)基礎(chǔ)教育開(kāi)發(fā)的，是Dublin Core、IEEE LOM和CELTS41的選擇與組合。不同的元數(shù)據(jù)方案定義的元數(shù)據(jù)元素有所不同，但可以相互映射和轉(zhuǎn)換。當(dāng)然映射和轉(zhuǎn)換時(shí)可能出現(xiàn)信息丟失。表1是IEEE LOM和Dublin Core之間的簡(jiǎn)要對(duì)比。

目前主要使用IEEE LOM(CELTS-3)，在某些需要簡(jiǎn)化的場(chǎng)合使用Dublin Core，如果需要為某類資源提供額外信息則使用CELTS-41。

2 數(shù)字化資源的元數(shù)據(jù)收割標(biāo)準(zhǔn)

資源集成的方法是將各個(gè)資源庫(kù)的元數(shù)據(jù)收集起來(lái)存儲(chǔ)在一個(gè)地點(diǎn)。元數(shù)據(jù)的收集又稱為元數(shù)據(jù)收割，可以參考的標(biāo)準(zhǔn)主要是OAI-PMH(OAI元數(shù)據(jù)收割協(xié)議:Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting)[2]。

OAI-PMH的原理如圖3所示。OAI協(xié)議定義了兩個(gè)角色:數(shù)據(jù)提供方和服務(wù)提供方。數(shù)據(jù)提供方相當(dāng)于各個(gè)資源庫(kù)，它存儲(chǔ)學(xué)習(xí)資源及其元數(shù)據(jù)。服務(wù)提供方相當(dāng)于信息中心，它收集元數(shù)據(jù)并向用戶提供檢索服務(wù)。數(shù)據(jù)提供方和服務(wù)提供方通過(guò)OAI請(qǐng)求和OAI響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。一個(gè)服務(wù)提供方可從多個(gè)數(shù)據(jù)提供方處獲取元數(shù)據(jù)，而一個(gè)數(shù)據(jù)提供方可向多個(gè)服務(wù)提供方提供元數(shù)據(jù)，兩者之間是多對(duì)多的關(guān)系。

OAI定義的請(qǐng)求包括GetRecord、Identify、ListIdentifiers、ListMetadataFormats、ListRecords、ListSets共六個(gè)。OAI請(qǐng)求以HTTP請(qǐng)求表示，每個(gè)請(qǐng)求至少有一個(gè)以key=value形式出現(xiàn)的參數(shù)，多個(gè)參數(shù)用符號(hào)隔開(kāi)。例如要列出資源庫(kù)http://an.oa.org/OAI-script中標(biāo)識(shí)符為oai:arXiv.org:hep-th/9901001，元數(shù)據(jù)格式為Dublin Core的記錄，相應(yīng)的OAI請(qǐng)求為:

http://an.oa.org/OAI-script?verb=GetRecordidentifier= oai:arXiv.org:hep-th/9901001metadataPrefix=oai_dc

OAI-PMH響應(yīng)必須是形式良好的XML實(shí)例文檔，并且XML數(shù)據(jù)必須是有效的XML方案。下面是對(duì)上面的OAI請(qǐng)求的響應(yīng):

2004-06-01T19:20:30Z

metadataPrefix=\"oai_dc\">http://an.oa.org/OAI-script

...

OAI-PMH協(xié)議支持多種元數(shù)據(jù)方案，例如本文中列出的IEEE LOM(CELTS-3)、Dublin Core、CELTS-41等等，前提是資源庫(kù)必須提供元數(shù)據(jù)，可以通過(guò)List Metadata Formats得到數(shù)據(jù)提供方支持的元數(shù)據(jù)方案。

3 認(rèn)證服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

用戶根據(jù)元數(shù)據(jù)提供的網(wǎng)絡(luò)地址向資源庫(kù)發(fā)送傳遞請(qǐng)求以后，資源庫(kù)需要進(jìn)行用戶的認(rèn)證，目前在數(shù)字化學(xué)習(xí)領(lǐng)域涉及到認(rèn)證服務(wù)方面的標(biāo)準(zhǔn)中可以參考的是IMS CC中的Authorization Web Service[3]。

IMS CC認(rèn)證服務(wù)的原理如圖4所示。IMS CC的認(rèn)證服務(wù)是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中運(yùn)行通用彈夾學(xué)習(xí)包中的某個(gè)需要認(rèn)證的資源時(shí)，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)和認(rèn)證服務(wù)系統(tǒng)之間進(jìn)行的認(rèn)證通信。

IMS CC認(rèn)證服務(wù)的認(rèn)證消息是使用Web服務(wù)SOAP協(xié)議進(jìn)行傳遞的。首先(1)學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)向認(rèn)證服務(wù)提供學(xué)習(xí)包的標(biāo)識(shí)符及學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的地址，(2)認(rèn)證服務(wù)要求提供密鑰，(3)學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)向認(rèn)證服務(wù)提供密鑰，(4)認(rèn)證服務(wù)根據(jù)密鑰返回認(rèn)證結(jié)果。整個(gè)消息傳遞過(guò)程如下面的代碼所示。其中LMS代表學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，WS代表認(rèn)證服務(wù)。

LMS:

Cartridge ID

The LMS’s URL

WS:

License Agreement

Please enter key:

Key

Text

LMS:

Cartridge ID

The LMS’s URL

A Key

認(rèn)證通過(guò):

WS:

The Key passed by LMS

Expiration Date

認(rèn)證未通過(guò):

WS:

< auth:Invalid>

The Key

A Message

當(dāng)認(rèn)證服務(wù)應(yīng)用于資源庫(kù)的學(xué)習(xí)資源傳遞時(shí)，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)相當(dāng)于資源庫(kù)，認(rèn)證服務(wù)由各個(gè)資源庫(kù)提供。認(rèn)證消息的傳遞發(fā)生在用戶使用的軟件(可能是信息中心，或者是專門的資源搜索工具)和資源庫(kù)之間。用戶向資源庫(kù)請(qǐng)求傳遞資源時(shí)，資源庫(kù)會(huì)通過(guò)認(rèn)證服務(wù)進(jìn)行認(rèn)證，再根據(jù)認(rèn)證結(jié)果決定是否向用戶傳遞資源。資源傳遞可以使用HTTP或FTP協(xié)議。

四 小結(jié)

本文探討了數(shù)字化學(xué)習(xí)資源共享的基礎(chǔ)、層次與機(jī)制，并簡(jiǎn)要分析了可以參考的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。由于學(xué)習(xí)資源共享需要解決很多問(wèn)題，因此應(yīng)該分步驟地實(shí)施。首先各個(gè)資源庫(kù)應(yīng)該為自己的資源提供完整的元數(shù)據(jù)描述;其次某個(gè)地區(qū)，或者某個(gè)領(lǐng)域，例如教師教育、圖書(shū)館等等可以進(jìn)行元數(shù)據(jù)的收集，建成資源信息中心。最后再嘗試開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的資源庫(kù)互操作接口。

在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，除了前面介紹的幾個(gè)，IMS早期還開(kāi)發(fā)了一個(gè)資源庫(kù)互操作標(biāo)準(zhǔn)，稱為IMS DRI[4]。IMS DRI為不同技術(shù)體系下的資源庫(kù)互操作提供了一個(gè)全方位的框架。重點(diǎn)描述了提交/保存(submit/store)，搜索/提供(Search/expose)、聚集/提供(Gather/expose)和請(qǐng)求/傳遞(request/deliver)四種互操作接口，如圖5所示。在此基礎(chǔ)上定義了進(jìn)行互操作的消息格式，其中也包含了認(rèn)證信息。消息的傳遞使用SOAP協(xié)議，資源的傳遞使用FTP和HTTP協(xié)議。此外該框架還考慮了訪問(wèn)控制、資費(fèi)管理、目錄服務(wù)和注冊(cè)服務(wù)等問(wèn)題，但計(jì)劃在將來(lái)開(kāi)發(fā)。DRI提供了實(shí)現(xiàn)資源庫(kù)互操作的基本思路。此外目前IMS正在積極開(kāi)發(fā)一個(gè)名為學(xué)習(xí)對(duì)象發(fā)現(xiàn)與交換(LODE:Learning Object Discovery and Exchange)的標(biāo)準(zhǔn)，也值得關(guān)注和跟蹤。

參考文獻(xiàn)

[1] 何克抗.我國(guó)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源建設(shè)的現(xiàn)狀及其對(duì)策[J].電化教育研究，2009，(10):5-9.

[2] OAI.Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting[S].

[3] IMS.IMS Common Cartridge Authorization Web Service[S].

[4] IMS.IMS Digital Repositories Interoperability - Core Functions Information Model[S].