以xml为基础之标准化网络虚拟教室系统.docx

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1、论文摘要本论文主要在提出一套用来描述网络虚拟教室课程组织与运作的标准化模式，并以XML 语言实现之。在此模式下授课教师可以依据自己的教学方式与策略，开立虚拟教室的规格，并以XML 的文件格式储存。由于XML 之特性，使得此规格文件所描述的教学策略与相关学习资源得以共享。除此之外，本研究所开发之虚拟教室服务器引擎，可依据规格文件所描述之内容，实体化出教师所想要的虚拟教室学习环境，并实时监控教室中教学流程之运作。藉由本研究所开发之虚拟教室系统，授课教师可以很轻易、很有弹性地去建构、管理及维护自己所特制的网络学习环境，并且让教师彼此间的教学资源及教学策略规划得以分享。关键词:网络学习、虚拟教室、XM

2、L、学习标准、教学流程管理、教学资源共享ABSTRACTIn this paper, an instructional model that describes theorganization and processes of virtual classroom is proposed.Under this model, a teacher can develop the specificationof a virtual classroom according to his/her instructionalstrategies and teaching styles easily thro

3、ugh the systemsinterface. Furthermore, the specification can betransformed into XML-format file automatically. Due tothe XML characteristics, those instructional strategies andlearning resources described in this file can be shared.Besides, a virtual-classroom engine is developed toinstantiate and m

4、ange the virtual classroom according tothe XML specification that corresponds to the teachersinstructional design and control processes in run time. As aresult, teachers can establish, manage and maintain theirown specific e-learning environment more easily andflexibly by this virtual classroom syst

5、em. It also makes theteachers learning resources and instructional strategiessharable to each other through the Internet.Keywords: E-learning, Virtual Classroom, XMLTechnology, Learning Standards, Learning FlowManagement, Instructional Resources Sharing研究背景与动机由于因特网的迅速普及以及传播与信息科技的蓬勃发展，使得全球信息网如今已成为发展网

6、络教学环境最重要的工具之一。因此不论是政府单位、国内外各大专院校或民间教育机构都纷纷成立了许多教学网站或者是网络大学，透过全球信息网让教育的工作达到无远弗届、终身学习的目标。但仔细分析目前国内的许多教学网站，主要仍存在着下列几个问题：(1).一般的教学网站通常都缺乏整合性的规划，各自发展自己的网络学习环境，虽然各有其特色，但缺乏一个良好的标准化沟通机制，导致彼此间的教学资源无法重复利用及共享，就这一点来说是非常耗费资源的。(2).要建置出一个网络的教学环境，需要有一定的信息科技技术，所以一般的教学网站，几乎都是由资讯专家来着手设计的网络教学环境，而由信息专家所设计出来的教学环境，并不一定全然能

7、吻合授课教师的需求。(3).一般的教学网站，缺乏一套辅助教师设计及妥善控管教学网站内教学流程及各活动进行的机制，使得教师在教学计划安排及教学流程控制上必须耗费更多的心力。(4).一般的教学网站所采用的数据呈现方式普遍都是以HTML(Hypertext Markup Language)为主。然而HTML 的标记对于信息的内容几乎没有描述的作用，它只能用于浏览器的视觉呈现上，无法使信息内容与呈现方式分离。因此，若要以HTML 作为信息交换的格式，不免有捉襟见肘之感。由于上述所呈列之相关问题，本研究针对网络教学型态中的虚拟教室(Virtual Classroom)，制定一套可用来描述虚拟教室课程组织

8、与运作之标准化模式。藉由此一标准化模式，授课教师可以为课程描述并建立自己的教学方式与策略，再藉由本系统自动建立及管理该特制化的虚拟教室课程。近年来XML 技术在网络教学的应用逐渐受到重视，并且蓬勃的发展之中（吴锡修，蔡新民，杨博清，孙霞绣，1999；洪唯峻、杨锦潭，2001；Cap,2001）。特别是在教学环境的标准化研究之中，XML技术更是扮演举足轻重的角色（Schocken, 2001; Silva,2Lucena and Fuks, 2001 ） 。本研究选择以XML(eXtensible Markup Language)标记语言作为实作的工具， 由于XML 所具备之特性（ Bray,

9、Paoli, andSperberg-McQueen et al., 2000; Damiani et al., 2001），将使得虚拟教室内所描述的教学策略与相关学习资源能够与其他单位的学习管理系统(Learning ManagementSystem，LMS)在符合一致的标准模式之下，共享相关的学习资源。本研究更以工作流程的角度来看待教学流程的进行，开发系统服务器引擎(Server Engine)来监控各个教学阶段与教学活动间的顺序结构性，让教学流程也可以有如结构化般的控管。藉由本研究之研究成果，我们预期授课教师将可以动态地建置出符合其需求的虚拟教室课程，让授课教师不论在课程设计或是管理维护

10、上都能有很完整清楚的架构并具备高度的弹性。文献探讨本研究融入美国航空产业计算机化训练委员会(AICC，Aviation Industry CBT Committee) 其中一个CMI (Computer Managed Instruction)小组委员会的标准文件中有关课程结构的精神，让虚拟教室中的教学流程有如工作流程般进行结构化的控管。所以本章将针对虚拟教室，目前分布式学习标准化的相关发展，以及CMI Guideline中课程结构之部份做一概要性介绍。虚拟教室(Virtual Classroom)虚拟教室（张卜仁，1999）乃是远距教学中利用网络做为传输媒介的其中一种新兴的学习模式，它仿照了

11、传统教育在学校教室上课的情境，利用计算机软件设计出一套教学管理系统，仿真教室上课情境(如老师授课、举办考试、指定作业或回答问题，学生学习课程内容、提出问题或参加考试等)。老师及学生在任何时间都可以在计算机前，透过通信网路，与教学管理系统连接，随时授课或学习。它将这种学习模式架构，利用信息技术结合了因特网的特性，运用在网络学习上，使得受限于时间、地域限制的学生也能够有一个如同在学校教室中上课的学习情境，故称之为虚拟教室。国际相关之学习标准目前已有许多国际性的组织机构与协会在制定网路学习的相关标准上已有一些丰硕的成果，以下列举出几个重要的协会与组织机构。并略做说明与比较。(1) CMI (Comp

12、uter Managed Instruction)美国航空产业计算机化训练委员会（AICC），定出了许多共通性的标准化技术规范，皆详细记录在各个AGR (AICC Guidelines and Recommendations)文件中，可做为各业界欲推动网络教学的指引标准。其中CMI(Computer Managed Instruction)（AICC, 2001）是描述教学流程与管理的重要标准之一，其重点于后节再描述。(2) IMS( Instructional Management Systems project )标准IMS 应可算是目前在E-Learning 标准制定方面最积极，所提出的

13、技术规范也最完整的单位之一。尤其IMS 利用XML 技术，在教材档的描述、在线题目与测验，以及学习者信息的部份，做了非常良好的规格定义（IMS, 2000），因此被大量引用在另一标准化组织ADL (Advanced Distributed Learning)的SCORM 计划当中。(3) LOM (Learning Object Meta-data )美国电机工程学会下的学习科技标准委员会（IEEE LTSC），专门负责学习科技相关标准的认证工作，目前该组织在教学学习对象的后设数据描述( LOM ， Learning object metadata ) （ IEEE LTSC,2000），制定

14、出非常良好的规范模式，亦被多家标准化发展组织所引用。(4) SCORM (Sharable Content Object ReferenceModel )ADL Co-Laboratory Network ( 简称 ADL Co-Labs)，是全球性的组织以及共通标准的制定单位。ADL 提出共享式教材组件参考模块 (SCORM)（ADL,2001），希望能透过建立一套可共享、可再用、可移植的教材开发机制，大幅缩短教材开发时程、降低开发成本，并让所有的在线教材都能够在不同的学习平台及学习装置上流通自如。SCORM 重要性在于它充分整合了各方所长，如IMS、AICC、IEEE LTSC 等，提出相

15、当前瞻性的技术架构；而且SCORM 是以实务应用为依归，加上有美国庞大的军方及政府单位的支持与应用作背书，让 SCORM 成为具体可行的实务解决方案。(5) ULF (Universal Learning Format)全球学习规格(Universal Learning Format) 是由Saba 公司所发展出来的一套以XML 及RDF(ResourceDescription Framework)资源描述框架格式为基础之完整e 化学习数据交换模式的标准。其目的主要是在提供一套完整的规格描述，并架构在各家标准化组织上发展，作为制定教材的格式标准，。除了以上所呈述之组织外， 还包括LRN (Le

16、arning ResourceiNterchange)、Dublin Core 及Vcard 等。CMI 课程管理标准课程的基本概念AICC CMI 认为课程(course)是教学流程中最完整、最大的单元，它是由许多的单元课程(lesson)及相关测验(test)，并伴随着特定的学习目标(learningobject) 所组成的。一个完整的课程， 根据CMIguidelines 的说法可以分成以下三个部份：(1). 课程的描述(Description)包括所有描述此课程的信息以及课程所组成的元件(component)。(2). 课程的结构(Structure)3指描述课程的组织方式(Organ

17、ization)。包括课程如何地被分割成许多单元的课程(lesson)、多种不同的课程组件(component)如何地被群组，也可以包括学习目标与单元课程及课程组件之间的关系。(3). 课程的顺序(Sequencing)指教学流程的顺序。即学生在进行学习时，各个教学单元要依如何的顺序输出，以达成教师在教学流程上的控制。而控制课程的顺序方式可以有线性顺序控制、算法自动控制，或完全由学生来掌控顺序等。课程元素 (Course Elements)CMI 的课程元素有三个项目：(1). 指派单元(Assignable Unit)即整个教学流程中的一个单元课程(lesson)，属于课程元素中的结构元素(

18、structure elements)。(2). 单元区块(Block)一个单元区块(Block)可以是由一群的指派单元(Assignable Unit)或其他的单元区块(Block)所构成。亦属于课程元素中的结构元素。(3). 学习目标(Objective)指预测学生在学习完某一个单元课程之后，会达到该课程所预设的学习目的。通常一个课程会包含了许多的学习目标。复杂度层级 (Levels of Complexity)在CMI Guidelines 中定义了三个描述CMI 系统课程结构的复杂度层级，分别是level 1、level 2 及level3，其中level 3 又包含了两个子层级lev

19、el 3A 及level3B，如以下呈述：(1). Level 1level1 是最简单的层级，它只用一些简单的课程元素(course element)，如指派单元(assignable unit)、单元区块(Block)来描述课程的结构与内容，教学流程并没有任何的顺序性控制。(2). Level 2增加了一些结构元素(structure elements)，如：进入单元课程的先备条件(prerequisites)、单元课程结束的完成需求(complete requirement)，可以来控制简单的教学流程。(3). Level 3A允许配合逻辑表示法(logic expressions)来定

20、义更复杂的单元课程的先备条件(prerequisites)及单元课程结束的完成需求(complete requirement)，可以控制更复杂的教学流程。(4). Level 3BLevel 3B 把学习目标(objectives)加入课程结构中。这些学习目标(objectives)可以用来做为单元课程的先备条件(prerequisites)。虚拟教室标准化规格制定虚拟教室课程组织架构本研究参考AICC 的CMI 标准，并融入虚拟教室的教学特色，设计虚拟教室课程的描述规格。虚拟教室中所进行之课程(course)，其组织架构主要可分为三个阶层：单元（units）、活动（activity）与工具（

21、tools）。首先教师将一个完整的课程，依自己的规划需求，分解成数个阶段性的单元课程；其次是将各个单元课程，依据教师不同的教学策略与教学方式，安排单元课程中所需的教学活动进行；最后则是依不同的教学活动性质，搭配系统所提供之各个工具组件与相关教学资源如教材考题等，组合成一个完整的虚拟教室课程组织，如图1 所示。在单元与活动的描述层次中，本研究融入CMI 的概念，允许教师描述阶层与顺序等结构性信息及流程控制的讯息，例如单元的前备单元顺序等。图1. 课程组织架构概念图虚拟教室XML规格模式本研究依据上述的三个阶层架构，制定描述虚拟教室组织与运作之XML卷标规格，如图2所示，其中元素是虚拟教室中的根元

22、素，在此元素中包含了四个子元素， 分别是 、及。由此四个元素构成本研究规格文件的四大节段(section)：(1). 与其下的子元素是用来描述虚拟教室中相关的后设信息。(2). 与其下的子元素是用来记录虚虚拟教室中相关的基本信息。(3). 与其下的子元素是用来描述整个虚拟教室的课程组织架构，此段是虚拟教室规格文件的核心，包含整个课程该分成多少阶段性的单元课程，每个单元课程中教学活动之进行方式，以及用到哪些系统所提供的工具，皆归属于此节段元素所描述，详述如后。单元课程是以 元素来描述，元素具备了三个属性，分别是identifier(单元编号)、name(单元名称)，以及completion(单元

23、完成与否)。而下有 (单元先备条件) 及 ( 该单元之教学活动) 。在子元素下的所有项目，皆为该单元的先备条件。要进行该单元，必须先完成先备条件下的4所有单元项目。而子元素则为该单元内所进行之教学活动，是属于课程组织架构的第二个阶层。元素有四个属性分别是identifier(活动编号)、name(活动名称)、completion(活动完成与否)，以及roles(活动从事对象)。roles属性是用来描述从事某个活动的特定对象，例如学习评量活动是教师对学生们的表现，做评分与建议，所以该活动的从事对象只能是授课教师，学生无法从事该活动。同样地， 下也有 (活动先备条件)及 (活动支援工具)两个子元素

24、，在子元素下的所有项目，皆为该活动的先备条件。要进行到该活动，必须先完成 (活动先备条件)下的所有项目。而元素下的子元素 (活动支持工具)，是支持该活动进行所用到的系统工具集合，属于课程组织架构的最底层。元素具备了三个属性，分别是identifier(系统工具编号)、name(系统工具名称)及href (系统工具实体链接)。而元素下的子元素 (工具内容)，是指该工具所引用的实体资源内容集合。(4) 与其下的子元素是用来描述虚拟教室系统资源库所提供之相关资源集合。下的子元素有一个属性为identifier用来辨识该教学资源类别之用，并表达该资源类别是隶属于哪一项支援工具之资源，作为系统资源库检索

25、提供给不同类型的支持工具的资源之用；而元素则记录了各个教学资源类别的实体资源项目，而本研究之系统所提供的实体资源类型有两种，分别是文件类型与非文件类型的资源。如果是文件类型的资源，则有一个属性为href，记载着资源文件的实体连结。如果是非文件类型的资源，则必须藉由一些参数的索引，来取得执行系统工具所需之资源。图2. 标准化虚拟教室规格图例如，在下面的规格描述中包含两个主题讨论的资源项目，讨论的建立日期以及讨论的题目分别是以date与title两个参数（para）设定来描述，已备届时将该参数传递给系统的分组讨论工具，进行讨论活动。2002/5/1你对微积分的认识2002/5/5微积分可以应用于何

26、处?系统架构与功能介绍本系统之系统架构如图3所示，教师经过系统登入模块之验证后，教师可以选择进入已建立的标准化虚拟教室课程，或是藉由规格编辑接口模块去建立或修改所虚拟教室课程的规格，再由XML产生器模块自动建构出虚拟教室的XML规格档案。最后，此份XML规格档案将由虚拟教室服务器引擎分析处理，并根据XML规格档案上之描述与相关资源进行动态链接，实体化出一间新的标准化虚拟教室课程，供师生进入此环课程中学习。而虚拟教室服务器引擎亦即将时地监控并记录学习环境内的教学流程活动。图3. 标准化虚拟教室系统架构图规格编辑接口模块此接口模块是设计给授课教师描述其所欲建构的虚拟教室课程，此模块包括了描述虚拟教

27、室基本信息接口、课程组织的教学流程编辑接口，以及相关课程资源上传接口。其中教学流程编辑接口包含了单元子阶段课程编辑接口、单元子课程中的教学活动编辑介面，及系统支持工具选取接口。各编辑接口如图4(a)-(d)所示。5图4.(a)单元子阶段编辑接口图4.(b)单元子阶段编辑接口图4.(c) 系统支持工具选取接口图4.(d) 课程资源上传接口XML产生器模块则负责处理规格编辑接口模块所描述之信息，将此信息藉由XML DOM的API处理介面，自动转换成XML之标记，并以XML文件格式产出。此模块中包含数个针对各别不同的规格编辑接口做XML自动转换之程序，其转换流程如图5所示。图5 XML文件产出流程图

28、虚拟教室服务器引擎(VC-Server Engine)服务器引擎最主要的功能有下列两点：(1). 接收XML规格档案，针对规格档案内容之描述，与相关的资源动态链接，而后实体化出标准化虚拟教室学习环境。(2). 实时监控虚拟教室学习环境中，整个教学流程之进行。根据各个教学活动之属性设定及状态转移，触发服务器引擎产生相对应之事件。系统目前架构在NT 系统上，并以IIS 作为Web服务器，程序代码以ASP 撰写。以下针对服务器引擎对教学流程之控制做一介绍。如图6 所示，单元子阶段6课程有单元一、单元二及单元三，三者间呈顺序结构，即单元二阶段必须等单元一结束方可进行。同理，单元三必须等单元二结束才可进

29、行。而单元二内有八个教学活动，其结构顺序关系为活动四必须等活动一、活动二及活动三结束方可进行，其他活动亦同理。本研究之服务器引擎对教学流程之控制即利用先备条件(prerequisite)与完成状态(completion)两个因子来控制整个教学流程之进行。图6教学流程控制例子结论与展望本研究利用XML 之特性所开发的虚拟教室系统，提供了授课教师在不需具备网站程设之技术的前提下，可以自行开发、管理及维护属于自己所特制的网路学习环境，并在符合一致规范的标准模式下，能够共享相关的学习资源。在课程教学流程的进行方面，更能够以系统的服务器引擎来达成犹如工作流程般自动化地控管，并符合了CMI Guideli

30、nes 中部份level 3A复杂度的概念层级。另外，目前本研究的虚拟教室系统尚处于雏型的阶段，且本研究的虚拟教室规格描述语言在教学活动流程进行的描述能力上，还有很大的幅度可以再扩充。譬如目前在课程组织结构的描述上，只定义了单元课程阶段、教学活动，及系统工具三个阶层。但其实有很多的教学活动，又可以拆解成许多较细部之小活动进行，因此在未来的发展上应可再加入子活动之定义。另外，目前对逻辑表示法(logic expressions)的支援上，只允许AND 的逻辑关系，在教学流程进行的控制上尚为不足，未来可再加入更完整的逻辑述词关系，如：OR，NOT.等。在网络资源的整合议题上，我们正着手进行将符合S

31、CORM 标准的教材整合到本系统中，以达到教材与教学策略的完整整合。另外，在网络资源的搜寻能力上，光就XML 语法的描述能力是较为不足的，因此未来可再加入RDF(Resource Description Framework)资源描述格式以及Ontology 知识本体语言的语法，使得数据与数据间的关系可以更精确地被描述，让网络上资源的搜寻与共享更为容易。致谢本计划承蒙中华民国国科会补助，计划编号 NSC-91-2520-S-130-002。参考文献吴锡修，蔡新民，杨博清，孙霞绣（1999）：以XML设计信息网教学课程之浏览控制机制。远距教育，12，45-52。洪唯峻、杨锦潭（2001）：XML于

32、网络教学之应用。信息与教育， 180-191。张卜仁（1999）：在线教学与虚拟教室。信息与教育月刊，32-33。AICC: CMI Guidelines for Interoperability AICCDocument NO. CMI001. (2001) Online. Available:http:/www.aicc.org/.ADL: The SCORM Content Aggregation Model V1.2.(2001) Online. Available: .http:/www.adlnet.org/.Bray, T., Paoli, J., Sperberg-McQuee

33、n, C. M. and Maler,E. (2000). Extensive Markup Language (XML) 1.0.Online. Available: http:/www.w3.org/TR/2000/RECxml-20001006.Cap, C. (2001). XML goes to School: Markup forComputer Assisted Learning and Teaching. Online.Available:http:/kurs.nks.no/eurodl/shoen/icl2000/cap.htm.Damiani, E., Samarati,

34、P., De Capitani di Vimercati, andParaboschi, S.(2001). Controlling Access to XMLDocuments. 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 ContentInterchange XML Binding V1

35、.1. (2000) Online.Available: http:/www.imsproject.org.Schocken, S. (2001). Standardized frameworks fordistributed learning. JALN, 5(2), 97-110.Silva, V. T., Lucena, C. J. P. & Fuks, H. (2001).ContentNet ：A framework for the interoperability ofeducational using standard IMS. Journal of Computers &Education, 37, 273-295._