利用Sakai構建網(wǎng)絡課程管理系統(tǒng)的研究與實踐

姜 楓，儲久良

（1.南京理工大學泰州科技學院 計算機科學與技術系，江蘇 泰州 225300；2.南京理工大學泰州科技學院現(xiàn)代教育技術中心，江蘇 泰州 225300）

近年來，通過對我國各高校使用的課程管理系統(tǒng)（Course Management System，CMS）調(diào)查研究表明，這類系統(tǒng)主要分為兩種：購買商業(yè)化的CMS或高校自主研發(fā)的CMS，商業(yè)化的CMS由于是商家開發(fā)的通用產(chǎn)品，并不完全符合不同高校的實際教學需求，且費用昂貴；而自主開發(fā)的CMS則存在著開發(fā)、維護周期較長，實際使用成本較高等問題，因此，目前很多高校的CMS運行情況并不理想。為了解決這一難題，迫切需要一種功能強大、通用性強、使用方便、費用合理的CMS，文中對現(xiàn)有的幾大主流課程管理系統(tǒng)進行了分析和對比，并詳細介紹了利用Sakai開源項目構建網(wǎng)絡課程管理系統(tǒng)的過程。

1 課程管理系統(tǒng)的比較

課程管理系統(tǒng)是指利用計算機軟、硬件和網(wǎng)絡技術構建的具有組織、跟蹤、評估、發(fā)送、呈現(xiàn)、管理學習內(nèi)容與學習活動，促進學習者之間交互等一系列功能的平臺。國內(nèi)外很多學者對著名CMS產(chǎn)品進行了對比研究，文中主要從平臺功能和特點等方面對幾大著名的CMS平臺——Blackboard、Moodle、Claroline、Sakai——進行比較研究。

Blackboard是由美國Blackboard公司開發(fā)的一款商業(yè)軟件[1]，旨在為教師和學生提供了一個強大的虛擬學習環(huán)境。教師可以在平臺上開設課程，學生可以自主選擇課程進行學習，師生可以圍繞課程進行交流討論和輔導答疑，形成一個很好的學習環(huán)境。Blackboard界面直觀，工具簡單易用，用戶可以根據(jù)課程需要進行個性化的定制。由于Blackboard是一款商品軟件，需要購買，并按使用人數(shù)和年度付費。

Moodle[2]是由澳大利亞的多格瑪斯（Martin Dougiamas）博士主持開發(fā)的開源網(wǎng)絡教學平臺。Moodle的主要功能有創(chuàng)建課程頁面、發(fā)送通知、組織課程資料和課程活動、發(fā)布和評判作業(yè)、成績管理等。Moodle功能強大，易于安裝、實施和使用，并且完全免費，因此近來發(fā)展十分迅速。

Claroline[3]是由比利時魯汶大學于2000年開發(fā)的一個免費的開源學習管理系統(tǒng)，具有在線課程管理、學員管理、課程討論、小組學習、作業(yè)、測試評估、進度狀態(tài)跟蹤等典型學習管理系統(tǒng)的幾乎所有功能。Claroline平臺簡單易用，教師不需要通過培訓和幫助就可以通過幾個小時的時間來創(chuàng)建自己的課程。

Sakai[4]由美國4所高校于2004年共同發(fā)起，是一個基于協(xié)同學習思想的開源項目，并很快發(fā)展成為一個國際性的社區(qū)團體，目的是建立和完善多種適用于教師課堂教學，學生課外自學，科研機構科研協(xié)作、管理的創(chuàng)新性的平臺。與其他學習管理系統(tǒng)相比，Sakai更加注重學生之間的協(xié)作學習和小組學習，更加適合高校的教學和科研的特點。全世界的高校都可以完全免費地使用Sakai開放源代碼軟件，用以建立虛擬學習和科研環(huán)境，輔助和補充課堂教學和提供遠程教學管理。

表1給出了上述4種主流課程管理系統(tǒng)從開發(fā)技術、運行環(huán)境、費用、適用規(guī)模直至主要功能的對比。

表1 4種主流課程管理系統(tǒng)對比表Tab.1 Com parison table of four mainstream courses management system

從中不難看出，Blackboard的功能最為強大，唯一的問題是其高昂的購買及維護費用令眾多使用者望而卻步。而Moodle、Claroline以及Sakai 3種產(chǎn)品都是免費的開源平臺，功能大致相當，而Sakai以其先進的技術架構（JavaEE），以及企業(yè)級的應用能力（支持Oracle數(shù)據(jù)庫）獲得了越來越多高校的親睞，因此文中主要介紹利用Sakai構建課程管理系統(tǒng)的具體情況。

2 Sakai簡介

Sakai的英文全稱是SynchronizedArchitectureforKnow-ledge Acquisition Infrastructure，該項目最初是由美國印地安那大學和密西根大學聯(lián)合倡導[5]，不久得到OKI和uPortal協(xié)會的支助，此后美國另外兩所著名高校斯坦福大學和麻省理工學院也相繼加入該項目的研發(fā)，最后在得到Mellon和Hewlett基金會的經(jīng)費資助后，Sakai項目于2004年1月正式啟動。

Sakai項目旨在通過面向服務架構 （Service-Oriented Architecture，SOA），融合各高?，F(xiàn)有的各種工具和組件模塊，建立一套適用于高校和學術團隊組織的 “協(xié)作與學習環(huán)境”[6]。項目自啟動以來，隨著時間的推移和技術的發(fā)展，目前主要包含CLE（Collaboration and Learning，協(xié)作與學習環(huán)境）和OAE（Open Academic Environment，開放學術環(huán)境）兩個主打產(chǎn)品，其中CLE主要用于高校的教學、科研及協(xié)作；OAE主要用于學術組織內(nèi)、外部的交流合作。

據(jù)統(tǒng)計，目前全世界范圍內(nèi)有超過350家教育機構基于Sakai系統(tǒng)開發(fā)了自己的課程管理系統(tǒng)，其中不乏像斯坦福大學、耶魯大學、劍橋大學等世界一流大學，并且使用的高校和注冊用戶仍在不斷增加中。在我國，Sakai項目的推廣和應用工作也已逐步開展，北京郵電大學、復旦大學、上海交通大學密西根學院、華中師范大學等院校在這當中走在了前列。

3 Sakai的實現(xiàn)技術

Sakai項目基于JavaEE，采用MVC設計模式，其開發(fā)框架是Spring+Hibernate+JSF，這些框架的利用使得Sakai能有效地將客戶層、表示層、業(yè)務層和數(shù)據(jù)層分開，以便更好的支持分布式計算環(huán)境，并且具有良好的安全性、可維護性和可擴展性，可支持多種數(shù)據(jù)庫的訪問。Sakai系統(tǒng)架構由Sakai框架（SAF）和工具（Tool）兩部分組成，其中 SAF提供程序的表示層服務，完成系統(tǒng)與用戶之間的UI交互功能，并為Tool提供接口以及服務；Tool是獨立于Sakai框架之上的應用程序，用于實現(xiàn)課程管理系統(tǒng)的各種功能，用戶可根據(jù)使用需求在SAF上添加新的工具或進行二次開發(fā)。

和其他一些同為開源、基于LAMP（Linux+Apache+MySQL+PHP）的學習開發(fā)管理系統(tǒng)，如 Claroline、Dokeos、Moodle 等相比，Sakai最大的優(yōu)勢在于其獨特而先進的系統(tǒng)架構使其可以很好地連接Oracle數(shù)據(jù)庫，從而輕松地實現(xiàn)百萬級的用戶，因此非常適用于開展參與人數(shù)多、規(guī)模大的課程學習與科研活動。

4 基于Sakai的課程管理系統(tǒng)構建

Sakai為用戶提供了3種不同的版本，包括Demo版本、Binary版本和Source版本。前兩種安裝版本都不能對程序代碼作修改，只有Source版本安裝后可以在原有基礎上進行本地化及二次開發(fā)。

4.1 Sakai的運行環(huán)境

Sakai是一個基于Java的系統(tǒng)，可以運行在多種平臺上，表2列出了Sakai的運行環(huán)境。

4.2 Sakai的安裝步驟

由于Demo版本只適用于軟件功能評估以及小型應用，Source版本安裝過程較為復雜，而Binary版本所提供的功能能夠滿足課程日常使用需求且安裝相對簡單，因此本文主要闡述Binary版本的安裝步驟。

表2 Sakai運行環(huán)境Tab.2 Sakai running environments

1）JDK的安裝配置

①安裝JDK。推薦使用Oracle公司的Java SE 6（或者稱為Java 1.6版本），如果操作系統(tǒng)使用的是Mac OS，其中已經(jīng)包含了完整的Java SE 6，則無需再行安裝。

②檢查JDK版本。安裝完成之后，在命令行使用命令“java–version”檢查JDK版本是否正確。

③設置Java環(huán)境變量。在不同操作系統(tǒng)中設置的方式不同，如表3所示。

表3 Java環(huán)境變量Tab.3 Java environm ent variables

④優(yōu)化JVM （Java Virtual Machine，Java虛擬機）。 由于JVM默認的設置不足以讓Sakai流暢運行，因此需要對其設置作適當修改。對于Unix/Linux/Mac OS系統(tǒng)，需要修改setenv.sh文件，對于Windows系統(tǒng)，則需要修改setenv.bat文件，具體修改的參數(shù)配置如下：

2）Tomcat的安裝配置

①安裝Tomcat。建議安裝Tomcat 5.5.33版本，因為該版本與Sakai 2.8版本兼容性最好。需要說明的是，由于Sakai中使用了JSF（JavaServer Faces）工具，因此安裝時要注意在Tomcat的安裝路徑中不要出現(xiàn)空格字符。

②設置Tomcat環(huán)境目錄，如表4所示。

3）安裝Sakai Binary版本

首先從http://source.sakaiproject.org/release/站點獲得sakai－bin－2.8.1.zip（Windows系統(tǒng)）文件或 sakai－bin－2.8.1.tar.gz（Linux/Mac OS系統(tǒng)）文件，解壓至$CATALINA_HOME 目錄，然后啟動Tomcat服務器即可。

表4 Tomcat環(huán)境目錄Tab.4 Tom cat environm ent directories

4.3 Sakai使用注意事項

1）配置

sakai.properties是整個Sakai系統(tǒng)的核心配置文件，默認存儲在$CATALINA_HOME/sakai子目錄下。sakai.properties并不是一個xm l文件，而是由一系列鍵/值配對組合而成的，這些設置可以控制和系統(tǒng)相關的所有配置，下面講4個常用的主要配置。

①設置上傳資源的大小限制，單位是MB。以下配置設置上傳文件大小最大為20 MB。

②設置sakai在啟動時是否自動生成數(shù)據(jù)庫對象，true為生成，false為不生成。以下配置設置在系統(tǒng)啟動時自動生成數(shù)據(jù)庫對象。

③設置數(shù)據(jù)庫類型。

org.hibernate.dialect.HSQLDialect為 HSQLDB，MySQL5Inno DBDialect 為 MySQL，Oracle9idialect 為 Oracle 9i，Oracle10g Dialect為Oracle 10g。以下配置設置連接的數(shù)據(jù)庫類型為Oracle 10g。

hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.Oracle10gDialect

④設置文件系統(tǒng)根目錄，即資源存儲根目錄，默認為null，即將文件存儲到數(shù)據(jù)庫中。以下配置設置資源存儲的目錄為D盤根目錄下的sakai－date目錄。

bodyPath@org.sakaiproject.content.api.ContentHostingService=D:/sakai－date/

2）用戶類型

當學生注冊一個新用戶時，默認的類型是registered，具備了創(chuàng)建站點等權限，而學生是不應具備這些權限的，所以需要新創(chuàng)建一種用戶類型，當注冊新的用戶賬戶時，默認的用戶類型設置為student。

先以管理員的身份登陸系統(tǒng)，在管理員的工作室（administrator workspace）中選擇 Realm－＞new realms。 在各個輸入欄中對應的輸入各項，如用戶類型名為user.template.student，然后再選擇各種權限，其中site.add屬性決定了用戶是否有創(chuàng)建站點的權限。再在user mode中選擇sakai.createuser.xml文件， 將＜configuration name="create－type"value="registered"/＞中的registered改成student，重新啟動Tomcat服務器即可。

3）中文亂碼問題

盡管Sakai已經(jīng)針對各國語言進行了本地化，但在使用工具“資源”時，如果文件名含有中文，則無法正確地上傳和下載，原因是Sakai、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、tomcat服務器的編碼格式不統(tǒng)一，因此必須進行修改。

①修改Tomcat的編碼格式。在Tomcat的配置文件server.xml中找到關于默認服務端口的部分，在其中設置編碼格式，如：＜Connector port="8080"URIEncoding="UTF－8"/＞

②修改數(shù)據(jù)庫的編碼格式。如使用MySQL數(shù)據(jù)庫，設置方法如下

如使用Oracle數(shù)據(jù)庫，則按如下方法設置

③修改配置文件中連接器的編碼格式。在sakai.properties文件中作如下設置。注意如使用MySQL數(shù)據(jù)庫需要修改，而使用Oracle不需要修改。

#vendor@org.sakaiproject.db.api.SqlService=mysql

④對于Windows操作系統(tǒng)

設置Tomcat啟動屬性中－Dfile.encoding=UTF－8

4）創(chuàng)建課程站點

默認情況下，用戶在創(chuàng)建新課程站點（course site）時，由于不能選擇學期而無法創(chuàng)建。因此需要在Tomcat啟動屬性中添加參數(shù)－Dsakai.demo=true，這樣就可以默認啟動 sakai OOTB來配置學期信息，進而可以創(chuàng)建課程?？梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)庫中cm_academic_session_t表中存儲所儲的信息查看當前可以用來創(chuàng)建課程站點的學期。

5 Sakai系統(tǒng)應用分析

我院的Sakai課程管理系統(tǒng)于2011年12月開發(fā)完成，2012年1月開始在計算機科學與技術系范圍內(nèi)試用，目前注冊用戶1 887人，已開設5門課程：C語言程序設計、VB程序設計、VFP程序設計、數(shù)據(jù)庫原理及應用、算法分析與設計。

Sakai課程管理系統(tǒng)教學系統(tǒng)最大在線人數(shù)438人，論壇發(fā)貼總數(shù)2 193貼，作業(yè)提交總次數(shù)8 395次，平均每天登錄次數(shù)1 637次。圖1給出了算法分析與設計這門課程在2012年4月份的使用統(tǒng)計情況。

圖1 算法分析與設計課程使用統(tǒng)計情況Fig.1 Usage statistics of algorithms analysis and designing course

以算法分析與設計這門課為例，網(wǎng)絡課程設計教學思路以算法分析與設計這門課為例，網(wǎng)絡課程設計教學思路是：結合課程特色，以教師課堂講授為主，充分發(fā)揮Sakai協(xié)同學習的作用，以項目+任務驅(qū)動的方式鼓勵學生自主學習和小組協(xié)作，鼓勵學生進行學術小組討論，同時加大教師在平臺與學生的學習交流，并且在教學實踐過程中不斷改進Sakai系統(tǒng)中存在的問題，經(jīng)過實踐，從學生提交的評價表和課程學習感受分析，課程整體教學效果較未使用課程管理系統(tǒng)時有了長足的進步。

6 結束語

文中主要介紹了利用Sakai開源項目構建網(wǎng)絡教學管理系統(tǒng)的實踐步驟，并在學院內(nèi)進行了試用。該平臺對教學過程中提高學生的自我學習能力，以及提高學生通過小組討論實現(xiàn)協(xié)同學習的能力起到了十分積極的作用，不失為一種較新的課程管理系統(tǒng)建設解決方案。當然基于Sakai的課程管理系統(tǒng)也存在一些不足，如系統(tǒng)對各課程適應性、平臺教學與實際教育情況的適應性還存在一定的問題，這需要在今后的研究過程中不斷加以優(yōu)化和解決。

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