用XML技術(shù)優(yōu)化基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)

陳萬順 許斗

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，安徽 蕪湖 241001）

1 問題的提出

遠(yuǎn)程教育（Remote Education）是隨著現(xiàn)代教育的需要和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是Internet的出現(xiàn)和Web技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一個領(lǐng)域。Web匯集了各種各樣的網(wǎng)絡(luò)資源和交互式多媒體信息，它的多平臺交互和多媒體功能為遠(yuǎn)程教學(xué)提供了新的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)手段。通過遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)與Internet的連接，人們可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息交流，資源共享，科技合作和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)了科研和教育事業(yè)的迅速發(fā)展[1]。

傳統(tǒng)的基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)依靠HTML來表示和交換信息，由于HTML的語法是面向網(wǎng)頁顯示樣式的，文檔本身不含數(shù)據(jù)的類型和結(jié)構(gòu)信息，使得系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)時存在一些弊?。?.不利于教育資源描述的標(biāo)準(zhǔn)化。HTML中的標(biāo)簽是對顯示樣式的描述，不能反映任何有關(guān)數(shù)據(jù)的意義或類型的信息，因此無法提供一套標(biāo)準(zhǔn)化的資源描述方法。2.顯示形式不靈活。HTML對顯示形式的描述是單一的，無法根據(jù)需要做到對同一個文檔呈現(xiàn)不同的顯示效果或顯示不同的內(nèi)容。3.不便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于HTML文檔僅僅是對顯示形式的描述，自身不含數(shù)據(jù)信息，在客戶端直接處理數(shù)據(jù)的難度較大，因此在傳統(tǒng)的Browser/Server或Client/Server結(jié)構(gòu)中大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算放在服務(wù)器端運(yùn)行，客戶端僅僅起瀏覽作用。這就使得在服務(wù)器和客戶端之間的負(fù)載不均衡，形成所謂”胖服務(wù)器”和”瘦客戶”。另外，大量客戶端的數(shù)據(jù)送往服務(wù)器處理也大大增加數(shù)據(jù)傳送流量，加重了網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)擔(dān)。

而XML面向數(shù)據(jù)描述的特點(diǎn)為解決以上問題提供了有效手段。作者所在的研究小組近日實(shí)現(xiàn)了一個使用XML及相關(guān)技術(shù)，基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)模型。在此模型中，我們用XML文檔作為數(shù)據(jù)表示和傳送的基本格式，利用相關(guān)技術(shù)針對以上問題進(jìn)行了一些優(yōu)化處理。

2 相關(guān)技術(shù)簡介

2.1 XML

可擴(kuò)展標(biāo)識語言XML（Extensible Markup Language）[2]是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)識語言SGML（Standard Generic Markup Language） 的一個子集。XML因其簡單性、可擴(kuò)展性、自描述性和互操作性等特點(diǎn)，成為Internet上繼HTML之后一種新的數(shù)據(jù)表示和交換標(biāo)準(zhǔn)，并呈現(xiàn)出逐步取代HTML的趨勢[3]。XML對HTML最大的改進(jìn)之處在于，HTML面向顯示地描述網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)而XML是面向數(shù)據(jù)的。XML文檔包含了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)信息，語義信息以及內(nèi)容信息，其良好的數(shù)據(jù)格式使其適應(yīng)于各種類型的數(shù)據(jù)。

XML采用數(shù)據(jù)與顯示分離的描述方法，XML文檔的顯示可以采用XSL（Extensible Style-sheet Language），CSS等形式編寫的樣式單描述，XML文檔與樣式單之間可以有多種對應(yīng)關(guān)系，以滿足多種顯示需要。

除用于顯示之外，XML文檔還可以方便地用于其他應(yīng)用目的。由于XML文檔是對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、語義和內(nèi)容的描述，使得工作站在得到XML文檔的同時也就得到了數(shù)據(jù)本身，對數(shù)據(jù)的大量操作可以方便地在本地實(shí)現(xiàn)。XML的設(shè)計(jì)既考慮了實(shí)現(xiàn)的方便性，同時也顧及了與SGML和HTML的互操作性。利用XML語言來處理遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)上資源可以具有極高的適應(yīng)性與靈活性，以應(yīng)付復(fù)雜多變的資源數(shù)據(jù)形式和應(yīng)用。

2.2 XSL

XML文檔所關(guān)注的是對內(nèi)容的描述，不直接在瀏覽器中顯示。要在瀏覽器中顯示XML文檔，需要使用樣式單（Style Sheet）?？蓴U(kuò)展樣式單語言 XSL（Extensible Style-sheet Language）[4]是專門針對XML提出的一種樣式單標(biāo)準(zhǔn)，它采用的是一種轉(zhuǎn)換的思想，將一種不含顯示信息的XML文檔轉(zhuǎn)換為另一種可以用某種瀏覽器瀏覽的文檔，轉(zhuǎn)換后的輸出碼或者存為一個新的文檔，或者暫存于內(nèi)存中，但都不修改源代碼。XSL根據(jù)XML的語法進(jìn)行定義，實(shí)際上又是XML的一種應(yīng)用,分為兩個部分：第一部分XSLT負(fù)責(zé)將XML的源代碼轉(zhuǎn)換為另一種格式；第二部分XSL-FO提供大量的格式化命令，可用來配合印刷或屏幕顯示，精確地設(shè)定外觀樣式格式，這是一種獨(dú)立于設(shè)備的格式。

XML文檔與樣式單之間可以是一對一、一對多、多對一和多對多的關(guān)系，這使得XML的顯示形式豐富，手段靈活[5]。在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中合理使用樣式單可以較好地滿足各種顯示需要。

2.3 DOM

文檔對象模型DOM （Document Object Model）[6]提供了操作XML文檔所含信息的標(biāo)準(zhǔn)方法。它將一個XML文檔轉(zhuǎn)換成一個對象集合，定義了一組與平臺和語言無關(guān)的接口，以便程序和腳本能夠動態(tài)訪問和修改存儲在內(nèi)存中的XML文檔內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及樣式。

DOM把XML文檔看成是一個有結(jié)構(gòu)的信息樹，而不是簡單的文本流。這樣應(yīng)用程序或者腳本即使不知道XML的語義細(xì)節(jié)也能夠方便的操作該結(jié)構(gòu)。DOM包含兩個重要概念：一是樹狀的層次結(jié)構(gòu)，二是用來表示文檔內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)集合。樹狀層次結(jié)構(gòu)包括了所有節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可以有很多具體的類型，比如元素、屬性和文本等，節(jié)點(diǎn)本身也可以包含其他的節(jié)點(diǎn)。用戶可以通過這個層次結(jié)構(gòu)來查找并修改相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的信息。DOM把節(jié)點(diǎn)看成是一個通常的對象，這樣就可以通過腳本來裝載一個XML文檔，然后遍歷所有的節(jié)點(diǎn)，顯示和操作感興趣的節(jié)點(diǎn)信息。通過對DOM樹的操作，客戶端可以在本地方便地處理XML文檔所包含的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)遠(yuǎn)程教學(xué)的具體需要。

3 優(yōu)化思想及方案

3.1 教育資源描述的標(biāo)準(zhǔn)化

遠(yuǎn)程教育資源在各自的信息結(jié)構(gòu)、存儲組織、發(fā)布方式、檢索方法、查詢約束條件等各方面多存在很大的差異。隨著遠(yuǎn)程教育的不斷發(fā)展和日益普及，對遠(yuǎn)程教育資源標(biāo)準(zhǔn)化的要求日益迫切。HTML面向顯示格式的描述使其無法表達(dá)數(shù)據(jù)的意義，因而無法實(shí)現(xiàn)對教育資源的標(biāo)準(zhǔn)化描述。下面的清單是一個遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)中使用HTML表示的Web頁面的一部分，描述了一道單項(xiàng)選擇題的顯示方式，但其標(biāo)記并不能反映有關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和意義。

而XML提供了描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)信息，語義信息以及內(nèi)容信息的標(biāo)準(zhǔn)化的手段，利用它們可以定義需要的標(biāo)記，或者使用其他組織定義的最適合需要的標(biāo)記組。由于XML定義的只是一套標(biāo)記，所以標(biāo)準(zhǔn)的改變不會涉及到資源的具體的結(jié)構(gòu)，使用它來完成資源的描敘可以做到很靈活的轉(zhuǎn)變和更改。下面的清單是在一個XML文檔對于同一數(shù)據(jù)的描述部分，XML文檔本身并沒有描述數(shù)據(jù)的顯示方式，而是通過其語法提供的標(biāo)記、屬性等手段描述了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)信息，語義信息以及內(nèi)容信息，可以更廣泛地適合包括顯示在內(nèi)的多種應(yīng)用。因此，使用XML提供一套標(biāo)準(zhǔn)的資源描敘方法的同時也解決了信息查詢、提取、發(fā)布等應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化問題。

3.2 優(yōu)化顯示方式

HTML是面向顯示的，一個HTML文件決定了其惟一的顯示樣式，因而無法適應(yīng)對同一信息的不同顯示要求。例如在遠(yuǎn)程教學(xué)中要求將同一份講義在教師的計(jì)算機(jī)上顯示出詳細(xì)內(nèi)容,而在學(xué)生的計(jì)算機(jī)中僅顯示大綱，則服務(wù)器需要分別形成兩個HTML文件。圖1顯示的是服務(wù)器分別向教師和學(xué)生的工作站傳送不同的HTML文件以適應(yīng)對同一信息內(nèi)容的不同顯示要求。

圖1 用不同的HTML文件滿足不同的顯示要求

由于XML采用數(shù)據(jù)與顯示分開描述的方法，使用樣式單來描述數(shù)據(jù)的顯示方式。因此對于同一個XML文件，通過識別用戶身份，結(jié)合不同的樣式單，在瀏覽器中便會呈現(xiàn)不同的顯示效果。如圖2所示,針對上述要求,服務(wù)器僅需形成一個XML文件，在客戶端結(jié)合現(xiàn)成的不同樣式單便可呈現(xiàn)出不同的顯示樣式，從而減輕服務(wù)器的工作量。

圖2 用相同的XML文件滿足不同的顯示要求

3.3 均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

當(dāng)包含數(shù)據(jù)信息的XML文檔傳到客戶端后，在客戶端可以將其形成一棵DOM樹存放在內(nèi)存中。通過DOM提供的操作XML數(shù)據(jù)的一組通用接口，用戶可以方便地在本地實(shí)現(xiàn)對XML文檔中節(jié)點(diǎn)的顯示、查詢、添加、刪除、修改、統(tǒng)計(jì)等操作。因此可以將傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中一些需在服務(wù)器端運(yùn)行的程序分布到客戶端運(yùn)行，從而達(dá)到均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高服務(wù)器效率的目的。例如，在遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)中，服務(wù)器從試題庫中將題目和正確答案組織成一個XML文檔傳送到客戶端。該XML文檔在客戶端以DOM樹的形式存放在內(nèi)存中，通過與相應(yīng)樣式單的結(jié)合使得考生只能看到試題部分而無法看到答案?？忌瓿纱痤}后，因?yàn)檎_答案已經(jīng)存放在內(nèi)存的DOM樹中，客戶端可以通過對DOM樹的操作自行完成評分和糾錯工作，而無須再將答案提交服務(wù)器處理。其工作模型如圖3所示。

圖3 利用XML均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

3.4 減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量

如前所述，HTML文檔本身不含數(shù)據(jù)信息，因此在很多場合下，數(shù)據(jù)需從客戶端傳送至服務(wù)器處理，處理的結(jié)果再由服務(wù)器傳送給客戶端。而XML面向數(shù)據(jù)的特點(diǎn)使得數(shù)據(jù)無論在服務(wù)器端還是在客戶端均可以被方便地處理。在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中通過對任務(wù)的合理安排使得大量數(shù)據(jù)無須在處理過程中被頻繁傳送，從而減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，提高系統(tǒng)效率。仍以圖3為例，在一個傳統(tǒng)的使用HTML技術(shù)的遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)中，一次測試過程通常至少需要四次數(shù)據(jù)傳送過程：客戶端向服務(wù)器發(fā)出測試請求，服務(wù)器組題后向客戶端發(fā)送測試題目，考生答題完畢后客戶端向服務(wù)器提交答案，服務(wù)器經(jīng)閱卷處理后向客戶端發(fā)送成績和糾錯結(jié)果。而在圖3所示的模型中，使用XML技術(shù)可以將傳送過程減少到兩次。需要說明的是，正因?yàn)镠TML面向顯示描述的特點(diǎn),使得服務(wù)器在傳送試題時不可以將答案同時傳送,否則考生能夠通過相應(yīng)的手段如”View Source File”等查看到答案。而XML文檔在客戶端可以以DOM樹的形式隱藏在內(nèi)存中，僅通過樣式單將需要顯示的內(nèi)容顯示出來。因此考生無法通過一些通常的手段看到答案部分。

4 結(jié)束語

XML因其良好的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和可擴(kuò)展的特性，在各個領(lǐng)域中得以日益普及并成為研究的焦點(diǎn)。在上述基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)模型中，我們通過運(yùn)用XML的技術(shù)對教育資源描述的標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)化顯示方式，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量等方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討。結(jié)果證明，XML技術(shù)在上述領(lǐng)域均有良好表現(xiàn)。如何結(jié)合XML面向數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，更加廣泛和全面地發(fā)掘XML的優(yōu)勢以改進(jìn)和優(yōu)化各項(xiàng)基于Web的應(yīng)用是我們進(jìn)一步的研究任務(wù)。

[1]Geoffrey C Fox,Portals for Web Based Education and Computational Science[C].http://citeseer.nj.nec.com/399397.html.

[2]Extensible Markup Language（XML）1.0(Fifth Edition)[S].W3C Recommendation 26 November 2008,http://www.w3.org/TR/REC-xml.

[3]J.Widom.Data Management for XML:Research Directions[C].IEEE Data Engineering Bulletin,Special Issue on XML,22（3）:44-52,Sept.1999.

[4]Extensible Stylesheet Language(XSL)Version 1.1[S].W3C Recommendation 05 December 2006,http://www.w3.org/TR/xsl/.

[5]許斗，陳恩紅.用XML表示和發(fā)布圖文混合信息[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2001，18（11）：29-31.

[6]Document Object Model（DOM）Level 3 Core Specification[S].W3C Recommendation 07 April 2004.http://www.w3.org/DOM/DOMTR.html.