學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試模型及工具研究

王　巧　劉清堂

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育規(guī)模日益擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)資源的可重用性以及系統(tǒng)的互操作性成為網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展面臨的主要問題。網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化是解決該問題的根本措施，但是規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)大多是用文字表述的，具有二義性，因此有必要對標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一致性測試。本文從學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范出發(fā)，探討了一致性測試的模型、方法及其過程，最后介紹了基于上述模型所開發(fā)的學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，該測試系統(tǒng)能夠很好地完成學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試的要求，并且能夠大大提高資源的可重用性及系統(tǒng)的互操作性。

關(guān)鍵詞：一致性測試 學(xué)習(xí)設(shè)計 學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8454（2009）01-0052-04

一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育規(guī)模日益擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)資源的可重用性以及系統(tǒng)的互操作性成為網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展面臨的主要問題。雖然許多教育技術(shù)專家已經(jīng)開始關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)資源的共享、跨平臺使用，并提出了大量的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)規(guī)范、內(nèi)容包裝規(guī)范、測試互操作規(guī)范等，但是這些研究過分地強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容的可重用性，而忽視了學(xué)習(xí)過程的設(shè)計。

2003年，IMS提出了學(xué)習(xí)設(shè)計（LD）規(guī)范，它是對學(xué)習(xí)單元設(shè)計過程的描述，支持學(xué)習(xí)過程的多種學(xué)習(xí)策略和教學(xué)方法的使用，提供多角色的學(xué)習(xí)過程，是一種強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)活動設(shè)計的規(guī)范。它的目標(biāo)是提供一種能夠用正式的方式描述“教—學(xué)”過程中元素的框架。具體來說，學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范應(yīng)符合以下要求：完整性、教學(xué)的靈活性、個性化、形式化、重用性、互操作性及兼容性等。[1]

但是規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)本身并不能滿足互操作性的要求，因?yàn)橐?guī)范或標(biāo)準(zhǔn)文本基本上是使用自然語言描述的，存在著很大的二義性和模糊性，表現(xiàn)為敘述過于簡單或復(fù)雜難以理解、例外處理沒有定義以及標(biāo)準(zhǔn)本身存在矛盾或錯誤等，實(shí)現(xiàn)者對于規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的不同理解會導(dǎo)致不同的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致其產(chǎn)品不同程度地與標(biāo)準(zhǔn)的不一致。[2]目前，關(guān)于學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的研究還尚未成熟，內(nèi)容過于復(fù)雜，不利于課程設(shè)計者對規(guī)范的理解；另外對于一些基于學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范研發(fā)的工具，雖然使用相對方便，但是還存在著一些問題。例如，Reload學(xué)習(xí)設(shè)計編輯器，它需要用戶具備一定的技術(shù)知識背景。因此，有必要對學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一致性測試。然而，如何進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試尚待研究。[3]

下文將在學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，深入探討一致性測試的模型、方法及其工具實(shí)現(xiàn)。

二、學(xué)習(xí)設(shè)計概念模型

1.學(xué)習(xí)設(shè)計概念模型

學(xué)習(xí)設(shè)計概念模型，如圖1所示，定義了學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范中的基本概念和各種關(guān)系，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的核心概念和基本思想。學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范提倡按照一定的方法從活動中學(xué)習(xí)。無論在何種教學(xué)模式中，每個人都會承擔(dān)一定的角色（學(xué)習(xí)者或者教師），然后根據(jù)各自的角色在環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)活動或支持活動，同時生成活動的結(jié)果。因此在學(xué)習(xí)設(shè)計中包含了許多元素，如角色、方法、活動、環(huán)境等。為了促進(jìn)規(guī)范的產(chǎn)生和相繼地執(zhí)行，學(xué)習(xí)設(shè)計的實(shí)施又劃分為三個層次：A層、B層和C層，其復(fù)雜程度依次增高。A 層中包含支持教學(xué)多樣性的核心元素, 主要有方法、角色、活動、環(huán)境等；B層包含了A層的全部要素, 并增加了“屬性”和“條件”兩個元素；C層包含了B層的全部要素，并增加了“通知”元素，它是由學(xué)習(xí)結(jié)果觸發(fā)的。[4]

2.學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范與其它規(guī)范的關(guān)系

（１）學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范與內(nèi)容包裝規(guī)范的關(guān)系

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范綜合了其他規(guī)范，如內(nèi)容包裝規(guī)范、學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)規(guī)范等。學(xué)習(xí)設(shè)計的主要用途是通過一個內(nèi)容包來包裝學(xué)習(xí)設(shè)計以模型化學(xué)習(xí)單元。一個內(nèi)容包當(dāng)且僅當(dāng)包的內(nèi)容清單的組織部分中包含一個有效的學(xué)習(xí)設(shè)計元素時才被稱為“學(xué)習(xí)單元”。一個學(xué)習(xí)單元=內(nèi)容包+學(xué)習(xí)設(shè)計。技術(shù)上, 通過把學(xué)習(xí)設(shè)計元素包含在一個內(nèi)容包的清單中來實(shí)現(xiàn)。如圖2展示了如何將學(xué)習(xí)設(shè)計整合到內(nèi)容包裝模型里。[1]

（２）學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范與簡單序列化規(guī)范的關(guān)系

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范與簡單序列化規(guī)范之間既有相同點(diǎn)，又有不同點(diǎn)。二者的相同之處體現(xiàn)在：提供序列化機(jī)制；被整合在內(nèi)容包裝模型里；主要是針對學(xué)習(xí)活動進(jìn)行設(shè)計。

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范和簡單序列化規(guī)范的主要區(qū)別如表1所示。

三、一致性測試模型研究

一致性測試是驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求符合程度的符合性測試，包括語法和語義上的一致性測試。[5]

1.一致性測試模型

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試是對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的文件實(shí)例（即XML文檔）進(jìn)行一致性測試，然后根據(jù)測試的結(jié)果，給出測試報告，揭示被測實(shí)例與學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范是否一致。

具體如下：首先，使用軟件工具導(dǎo)入被測試對象（XML文檔）；然后，調(diào)用XML文檔解析器或驗(yàn)證器（Java中的Parser或Validator），根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)的XML Schema（或者XSD文件），判斷被測對象是否結(jié)構(gòu)完整以及是否與標(biāo)準(zhǔn)一致；最后，根據(jù)測試結(jié)果，導(dǎo)出測試報告。其模型如圖3所示。

2.一致性測試方法與過程

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的文件實(shí)例（即XML文檔）進(jìn)行測試，一方面要驗(yàn)證XML文檔的合法性，另一方面要驗(yàn)證XML文檔的有效性。換句話說，一方面要看其是否符合XML語言的語法規(guī)則，另一方面要看其是否符合學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范。

學(xué)習(xí)設(shè)計信息模型描述了學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，列出了與學(xué)習(xí)設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)元素。這些數(shù)據(jù)元素可以分為核心元素和擴(kuò)展元素，核心元素又分為必須數(shù)據(jù)元素和可選數(shù)據(jù)元素。另外，信息模型還規(guī)定了每個數(shù)據(jù)元素及其屬性的類型和取值范圍。如表2所示。對于各個學(xué)習(xí)設(shè)計的實(shí)例來說，必須數(shù)據(jù)元素是必不可少的，可選數(shù)據(jù)元素和擴(kuò)展元素可以有，也可以沒有。因此對于某個學(xué)習(xí)設(shè)計實(shí)例來說，如果包含所有的必須數(shù)據(jù)元素，且所有的數(shù)據(jù)元素類型均采用的是規(guī)定的數(shù)據(jù)類型且在取值范圍內(nèi)，那么該實(shí)例與學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范是一致的；如果不包含必須數(shù)據(jù)元素，或者未包含所有的必須數(shù)據(jù)元素，或者數(shù)據(jù)元素采用的不是規(guī)定的數(shù)據(jù)類型，或者數(shù)據(jù)元素的取值不在取值范圍內(nèi)，那么該實(shí)例與學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范是不一致的。[1][6][7]

四、一致性測試工具實(shí)現(xiàn)

依據(jù)上面所提出的一致性測試模型和方法，同時在借鑒Reload Learning Design Editor的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)出了學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)是基于Eclipse開發(fā)的，其核心是對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔進(jìn)行驗(yàn)證（或測試）。

1.一致性測試工具實(shí)現(xiàn)過程

學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試的核心是測試，也就是對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔進(jìn)行驗(yàn)證。因此解決如何驗(yàn)證XML文件是實(shí)現(xiàn)一致性測試的關(guān)鍵。該系統(tǒng)采用了Java語言的XML驗(yàn)證API，它可以快速檢查輸入是否符合預(yù)期的形式。Java5引入了javax.xml.validation包，該包提供了獨(dú)立于驗(yàn)證模式語言的驗(yàn)證服務(wù)接口。javax.xml.validation API使用三個類來驗(yàn)證XML文檔：SchemaFactory、Schema和Validator。驗(yàn)證過程主要有以下五個步驟：

（１）為編寫模式所使用的語言加載一個模式工廠，如下所示：

SchemaFactory schemaFactory=SchemaFactory.newInstance；

（２）編譯源文件中的模式，如下所示：

Source one=new StreamSource("schemaValidate/cp_v1p1.xsd");

Source two=new StreamSource("schemaValidate/A/LD_Level_A.xsd");

Source three=new StreamSource("schemaValidate/md_v1p2p4.xsd");

Schema schema=schemaFactory.newSchema(new Source[]{one,two,three});

（３）用編譯后的模式創(chuàng)建一個驗(yàn)證程序，如下所示：

Validator validator=schema.newValidator();

(4)為需要驗(yàn)證的文檔創(chuàng)建Source對象，如下所示：

Source source=new StreamSource("learningdesign.xml");

（５）驗(yàn)證輸入的源文檔，如下所示：

validator.validate(source);

在驗(yàn)證的過程中需要注意以下幾個問題：

（１）在該系統(tǒng)中我們采用標(biāo)準(zhǔn)的ＸＳＤ文件而不是采用標(biāo)準(zhǔn)的DTD文件來驗(yàn)證XML文件，主要有以下幾方面原因：首先，XML Schema事實(shí)上是XML的一種應(yīng)用，它與XML有相同的語法結(jié)構(gòu)以及相同的合法性驗(yàn)證機(jī)制，便于使用；其次，XML Schema提供了較多的數(shù)據(jù)類型，更重要的是它支持用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)類型的靈活性，因而更容易對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行限制，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；再次，XML Schema是一個開放的模型，在XML文檔中加入擴(kuò)展元素不會發(fā)生驗(yàn)證錯誤；最后，XML Schema完全支持命名空間，一個XML文檔可以由多個XML Schema文檔來描述。

（２）學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試不僅包括學(xué)習(xí)設(shè)計自身的測試，還包括內(nèi)容包裝以及學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)的測試。因此，該系統(tǒng)涉及如何調(diào)用多個XSD文件來驗(yàn)證XML文檔的問題，也就是如何調(diào)用三個相關(guān)聯(lián)的XSD文件：cp_v1p1.xsd、LD_Level_A.xsd、md_v1p2p4.xsd。為了解決該問題，需要在相應(yīng)的XSD文件中運(yùn)用將其他命名空間中的元素包含進(jìn)來。

（３）若包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔不符合學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范，并且存在多處錯誤，如果僅使用“validator.validate（ｓｏｕｒｃｅ）；”進(jìn)行驗(yàn)證，則只能夠顯示出一條錯誤信息。為了將XML文檔中的多處錯誤全部顯示出來，便于用戶快速修正所有的錯誤，需要自定義一個錯誤處理類ErrorProcessor，該類繼承于DefaultHandler，重寫其中的錯誤處理方法，然后通過使用“ErrorProcessor ep=new ErrorProcessｏｒ（）；ｖalidator.setErrorHandleｒ（ｅ）；”來調(diào)用類ErrorProcessor中的錯誤處理方法，從而將XML文檔中的錯誤全部顯示出來。

2.一致性測試系統(tǒng)的主要測試界面和測試結(jié)果

前面介紹了一致性測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，下面將簡要介紹該系統(tǒng)的一些主要測試界面及測試結(jié)果。由于該測試系統(tǒng)借鑒了Reload學(xué)習(xí)設(shè)計編輯器，增加了學(xué)習(xí)設(shè)計編輯模塊，因此，該測試系統(tǒng)不僅可對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔進(jìn)行測試，用戶還可方便地進(jìn)行可視化的學(xué)習(xí)設(shè)計，避免手寫繁瑣的XML文檔。

首先，用戶可以使用該系統(tǒng)提供的學(xué)習(xí)設(shè)計模塊來創(chuàng)建包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔。單擊“文件”→“新建”→“學(xué)習(xí)設(shè)計”，選擇用于存放XML文檔的文件夾，選擇好文件夾后，用戶可在如圖4所示的界面上進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計，設(shè)計完成后單擊“文件”→“保存”，在選擇的文件夾中將產(chǎn)生相應(yīng)的XML文檔。

然后，用戶可對包含學(xué)習(xí)設(shè)計信息的XML文檔進(jìn)行測試。單擊“工具”→“測試”，如果該文檔不符合學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范，將顯示如圖5所示的測試報告，該測試報告不僅顯示出了所有的錯誤，而且顯示了出現(xiàn)錯誤的位置，便于用戶準(zhǔn)確地定位和修改。

該系統(tǒng)還提供了詳細(xì)的幫助文檔，用戶初次使用時可參照幫助文檔進(jìn)行操作。

五、小結(jié)

一致性測試是保證標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的正確性和有效性的重要手段，是提高資源的重用性和系統(tǒng)的互操作性的重要手段，也是推廣和落實(shí)學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的一個必要手段。[8]因此，對基于學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范生成的XML文檔進(jìn)行一致性測試是十分必要的。但是，目前所開發(fā)的學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范一致性測試系統(tǒng)只是對學(xué)習(xí)設(shè)計A層的設(shè)計和測試，有待于進(jìn)一步擴(kuò)展和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陶勇,楊貫中,孔婷.CELTS.10標(biāo)準(zhǔn)一致性測試系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程,2004年10月，第30卷第20期.

[3]曹曉明,何克抗.學(xué)習(xí)設(shè)計和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的新發(fā)展[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2006(4).

[4]周躍良,曾苗苗,李欣.基于IMS學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范設(shè)計和開發(fā)面向過程的網(wǎng)絡(luò)課件[J].中國電化教育,2007(7).

[5]張冬敏,閻保平.SQL標(biāo)準(zhǔn)符合性測試相關(guān)問題探討[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件,2007年5月,第24卷第5期.

[6]IMS Learning Design Best Practice and Implementation Guid [S]. http://www.imsglobal.org/learningdesign/index.html

[7]IMS Learning Design XML Binding [S]. http://www.imsglobal.org/learningdesign/index.html

[8]文志康,朱斌.學(xué)習(xí)者模型基于XML的一致性測試.http://www.celtsc.edu.cn/63a8835065877ae0/65874ef6/wenzhu0301.pdf.