開(kāi)放式自主學(xué)習(xí)型資源庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

程光勝++楊曄++董駿

摘 要：當(dāng)前教育倡導(dǎo)終身教育，而自主學(xué)習(xí)是終身教育的具體體現(xiàn)。隨著教育信息化的不斷發(fā)展，基于自主學(xué)習(xí)型的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的研究成為當(dāng)前高等教育關(guān)注的熱點(diǎn)。本文針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足和缺陷，以資源為中心搭建了一個(gè)共享自主學(xué)習(xí)型的資源庫(kù)平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)滿足學(xué)生多元化、層次化和個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)主體之間的情感交流和知識(shí)共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域、技能領(lǐng)域和情感領(lǐng)域三大教育目標(biāo)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：共享；自主學(xué)習(xí)；資源庫(kù)系統(tǒng)；終身教育；個(gè)性化學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2014）21-0042-04

引言

信息技術(shù)催生了教育的不斷改革和創(chuàng)新，在給教育提供許多便利的同時(shí)，也對(duì)當(dāng)前的教育提出了更高要求。教育信息化的深入發(fā)展催生了基于自主學(xué)習(xí)型的網(wǎng)絡(luò)課程以及專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)等平臺(tái)的建設(shè)和開(kāi)發(fā)。相對(duì)傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)而言，自主學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者能夠自主制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，選擇學(xué)習(xí)資源和控制學(xué)習(xí)進(jìn)程。從這點(diǎn)來(lái)看，自主學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)的數(shù)字化資源有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系：一方面，學(xué)習(xí)目標(biāo)的多元化和學(xué)習(xí)內(nèi)容的可選擇性決定了自主學(xué)習(xí)必須以充分的信息資源作為保障，沒(méi)有豐富的學(xué)習(xí)資源，自主學(xué)習(xí)就成為無(wú)源之水；另一方面，自主學(xué)習(xí)這種學(xué)習(xí)形式的特殊性給以支持自主學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)建設(shè)提出了一系列的特殊要求：要協(xié)助學(xué)習(xí)者制定正確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，要幫助其選擇合適的學(xué)習(xí)資源并合理控制學(xué)習(xí)進(jìn)程。

但是，反觀我們的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，在一線教學(xué)中，教師常?？嘤谡{(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無(wú)法監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)效果，也煩惱于優(yōu)秀的授課資源缺乏方便的共享平臺(tái)，在學(xué)習(xí)上也無(wú)法滿足充分的交流?；诖?，考慮到學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)水平差異較大，為了照顧各個(gè)層次的學(xué)生，培養(yǎng)他們的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣，讓他們自覺(jué)主動(dòng)去學(xué)習(xí)，這就需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)適合他們自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了共享自主學(xué)習(xí)型資源庫(kù)系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)完善學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)體系，從而完成學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域、技能領(lǐng)域和情感領(lǐng)域這三個(gè)領(lǐng)域的教育目標(biāo)。

一、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景與目標(biāo)

1.開(kāi)發(fā)背景

在國(guó)家示范校建設(shè)過(guò)程中，我們對(duì)現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了深入的探索，認(rèn)識(shí)到學(xué)生終身教育及學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的重要性。這就要求在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中：著重培養(yǎng)提高自我發(fā)展能力和綜合素質(zhì)；并且在學(xué)校繼續(xù)保持和發(fā)展普通學(xué)歷教育優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，提供面向?qū)W生自主學(xué)習(xí)的多元化、開(kāi)放系統(tǒng)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)環(huán)境，即：開(kāi)放的學(xué)習(xí)平臺(tái)、自主整合的專業(yè)知識(shí)和課程學(xué)習(xí)資源庫(kù)平臺(tái)以及知識(shí)交流和情感互動(dòng)平臺(tái)。

2.總體目標(biāo)

創(chuàng)建一個(gè)共享式的助教、助學(xué)、自主學(xué)習(xí)的良好學(xué)習(xí)環(huán)境，方便教師教學(xué)和發(fā)布資源，為學(xué)生提供一個(gè)愿學(xué)、樂(lè)學(xué)、會(huì)學(xué)、善學(xué)的環(huán)境，為不同區(qū)域有共同學(xué)習(xí)興趣的學(xué)習(xí)群提供資源交流平臺(tái)。全方位培育學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)、自覺(jué)、自愿地學(xué)習(xí)，同時(shí)系統(tǒng)也關(guān)注師生在教與學(xué)的過(guò)程中進(jìn)行自我成長(zhǎng)，通過(guò)多層次、多方位、跨區(qū)域的平臺(tái)交流，提高教與學(xué)的效率，分享學(xué)習(xí)感悟。

3.具體目標(biāo)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)主要有：

（1）提供輔助教學(xué)環(huán)境

老師答疑解惑，實(shí)時(shí)發(fā)布最新學(xué)習(xí)資源，與學(xué)習(xí)群交流提高教學(xué)水平與質(zhì)量。

（2）實(shí)現(xiàn)輔助學(xué)習(xí)

學(xué)生問(wèn)疑求難，利用共享資源自主學(xué)習(xí)，通過(guò)開(kāi)放式平臺(tái)交流學(xué)習(xí)情感，度過(guò)學(xué)習(xí)新技術(shù)的“困難期和黑暗期”，從而樂(lè)學(xué)。

（3）師生交流、資源共享平臺(tái)

開(kāi)放式的師生間輕松交流、資源共享，使師生共同放下教與學(xué)的“硬殼和包袱”，融洽學(xué)習(xí)氣氛，增進(jìn)學(xué)生群體與教師群體的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，從而善學(xué)。

（4）開(kāi)放式學(xué)習(xí)群跨區(qū)域?qū)W習(xí)感悟分享

不同區(qū)域的教學(xué)群與學(xué)習(xí)群可以實(shí)現(xiàn)資源共享、無(wú)礙交流，共同提高教與學(xué)的效率，分享學(xué)習(xí)感悟。

二、系統(tǒng)主要功能

根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)的要求，系統(tǒng)的主要功能體現(xiàn)為：信息交流、全文檢索、個(gè)性化推薦和知識(shí)與情感分享。

1.信息交流

師生間、學(xué)生間、學(xué)習(xí)群間均可發(fā)布信息、瀏覽信息和回復(fù)信息，并從不同的角度提問(wèn)與答復(fù)，開(kāi)放自由地交流信息，獲取有益信息。在信息交流的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的上傳與下載。

2.全文檢索

對(duì)用戶發(fā)布、回復(fù)的信息和上傳的資源提供了基于內(nèi)容的全文檢索。

隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)量（包括學(xué)習(xí)交流和優(yōu)質(zhì)資源）的不斷增多，有時(shí)用戶為了節(jié)省等待回復(fù)的時(shí)間，可以通過(guò)檢索引擎來(lái)快速找到自己感興趣的資源。例如，當(dāng)用戶輸入“海量數(shù)據(jù)”關(guān)鍵字的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)檢索出與“海量數(shù)據(jù)”相關(guān)的信息內(nèi)容或資源內(nèi)容。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的檢索功能與基于數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢存在很大的差異?；跀?shù)據(jù)庫(kù)的查詢是通過(guò)關(guān)鍵字進(jìn)行簡(jiǎn)單匹配實(shí)現(xiàn)的，不附加任何的語(yǔ)義信息，且當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，查詢效率會(huì)受到很大制約，查詢結(jié)果不能按照信息的重要性進(jìn)行排序。但是，全文檢索基于語(yǔ)義信息進(jìn)行檢索，在檢索效果上能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)和檢索結(jié)果精準(zhǔn)。

3.個(gè)性化推薦

從用戶日常登錄系統(tǒng)的行為來(lái)分析，有時(shí)候用戶登錄系統(tǒng)并不一定帶有明確的目的性，比如發(fā)布學(xué)習(xí)信息或檢索數(shù)據(jù)，同時(shí)，隨著系統(tǒng)的不斷使用，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量會(huì)急劇上升，在此條件下我們考慮了設(shè)計(jì)個(gè)性化推薦。系統(tǒng)的個(gè)性化推薦基于用戶注冊(cè)時(shí)的基本信息和日常的操作行為，比如對(duì)資源進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分代表用戶對(duì)資源的興趣大小和偏好，以此給用戶主動(dòng)推薦感興趣的資源。

4.知識(shí)與情感分享

各類用戶在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以將自己的學(xué)習(xí)總結(jié)、經(jīng)驗(yàn)技巧或個(gè)人感悟以“用戶庫(kù)”的形式存放起來(lái)，撰寫(xiě)日志和文章與他人分享，通過(guò)交流分享獲得共同成長(zhǎng)。如果說(shuō)交流實(shí)現(xiàn)了信息共享，那么通過(guò)知識(shí)與情感分享將實(shí)現(xiàn)思想上的共享。在具體表現(xiàn)上，該模塊功能類似于博客，通過(guò)該模塊使用戶共享的信息以它本來(lái)的形式，達(dá)到非線性的特點(diǎn)，加上其吸引眾多持不同觀點(diǎn)的人來(lái)討論，使學(xué)習(xí)者與周圍交流群體結(jié)合在一起，在分享與交流中得到共同提高。endprint

三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在架構(gòu)上，以資源為中心，通過(guò)聚集優(yōu)質(zhì)資源，形成學(xué)生學(xué)習(xí)的“知識(shí)庫(kù)”。系統(tǒng)架構(gòu)由業(yè)務(wù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)來(lái)體現(xiàn)。

1.業(yè)務(wù)架構(gòu)

為了更清楚地表述系統(tǒng)業(yè)務(wù)和體現(xiàn)業(yè)務(wù)在系統(tǒng)中的層次關(guān)系，我們建立了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)，如圖1所示。

在圖1中，我們將系統(tǒng)整個(gè)業(yè)務(wù)分為：基礎(chǔ)層、作業(yè)層、支撐層和擴(kuò)展層?；A(chǔ)層屬于系統(tǒng)后臺(tái)管理層，各業(yè)務(wù)構(gòu)件的功能影響著系統(tǒng)的安全性和性能等；作業(yè)層是系統(tǒng)基本功能的體現(xiàn)，是基礎(chǔ)層之上暴露給用戶的基本操作，也是系統(tǒng)基本功能的體現(xiàn)；支撐層的主要功能是索引和搜索，是方便用戶查詢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，具體體現(xiàn)為用戶發(fā)布的信息數(shù)據(jù)和用戶上傳的資源數(shù)據(jù)；擴(kuò)展層的主要功能是個(gè)性化推薦，同時(shí)其部分業(yè)務(wù)構(gòu)件也是針對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的擴(kuò)展而考慮的，比如隨著系統(tǒng)的不斷使用，用戶數(shù)和資源數(shù)也在不斷增多，在目前云計(jì)算的影響下，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)技術(shù)，向用戶推薦更加感興趣和更豐富的資源。

2.技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)在技術(shù)架構(gòu)上，遵從J2EE四層模式，如圖2所示。

技術(shù)架構(gòu)亦稱為軟件架構(gòu)，在該架構(gòu)中規(guī)定系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)、接口規(guī)范、傳輸協(xié)議及實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)等，通過(guò)技術(shù)架構(gòu)將系統(tǒng)的功能需求和非功能需求有機(jī)地結(jié)合在一起。本系統(tǒng)基于MVC思想，將整個(gè)系統(tǒng)從技術(shù)層面分解為：表現(xiàn)層、控制層、業(yè)務(wù)層和資源層。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1.環(huán)境搭建

（1）開(kāi)發(fā)工具：MyEclipse8.5+Tomcat6.0

（2）Servlet+JSP+Lucene+Mahout+Ajax+XML+MySQL

2.核心技術(shù)及實(shí)現(xiàn)原理

（1）通過(guò)緩存提升系統(tǒng)響應(yīng)速度

作為學(xué)習(xí)交流分享的平臺(tái)，響應(yīng)速度成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的首要因素。為此，系統(tǒng)通過(guò)緩存來(lái)提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。初次訪問(wèn)，通過(guò)whirlycache將系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)放入緩存中，這樣，一方面提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，另一方面減少了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)頻繁的I/O操作。

（2）全文檢索技術(shù)及實(shí)現(xiàn)原理

在功能構(gòu)成上，全文檢索由索引網(wǎng)關(guān)和搜索引擎兩個(gè)模塊構(gòu)成，如圖3所示。

①索引網(wǎng)關(guān)

索引是搜索引擎工作的基礎(chǔ)，為此，我們開(kāi)發(fā)了索引網(wǎng)關(guān)，通過(guò)索引網(wǎng)關(guān)生成搜索引擎可以識(shí)別的索引文件。

②搜索引擎

搜索引擎根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵字，在索引文件中通過(guò)索引數(shù)據(jù)的標(biāo)題和索引數(shù)據(jù)的內(nèi)容進(jìn)行匹配，然后按照匹配的權(quán)重高低向用戶返回搜索結(jié)果。同時(shí)，為了支持用戶搜索到更準(zhǔn)確的結(jié)果，搜索引擎支持高級(jí)搜索，通過(guò)“包含全部關(guān)鍵詞”、“包含完整關(guān)鍵詞”、“包含任意關(guān)鍵詞”和“不包含某個(gè)關(guān)鍵詞”來(lái)過(guò)濾某些需要或不需要的關(guān)鍵詞。

③中文分詞

通過(guò)索引網(wǎng)關(guān)建立索引前，首先要對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行中文分詞，同時(shí)，搜索引擎對(duì)用戶的關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索之前也必須要進(jìn)行中文分詞。隨著系統(tǒng)用戶群的增多和數(shù)據(jù)量的上升，最重要的并不是找到所有結(jié)果，因?yàn)樵诤Ａ繑?shù)據(jù)中找到所有結(jié)果沒(méi)有太多的意義，沒(méi)有人能看得完，最重要的是把最相關(guān)的結(jié)果排在最前面，這也稱為相關(guān)度排序。中文分詞的準(zhǔn)確與否，常常直接影響到對(duì)搜索結(jié)果的相關(guān)度排序。

（3）個(gè)性化推薦的實(shí)現(xiàn)

個(gè)性化推薦的設(shè)計(jì)基于協(xié)同過(guò)濾，從算法實(shí)現(xiàn)上目前主要有基于物品的協(xié)同過(guò)濾（Item CF）和基于用戶的協(xié)同過(guò)濾（User CF）。考慮到系統(tǒng)未來(lái)資源會(huì)越來(lái)越多，而用戶的數(shù)量在增長(zhǎng)到一定程度后就會(huì)趨于穩(wěn)定，所以，基于性能的考慮，系統(tǒng)選擇基于用戶的協(xié)同過(guò)濾算法。

（4）關(guān)于數(shù)據(jù)的處理

系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行保存；系統(tǒng)中的全局配置參數(shù)以及一些任務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)XML來(lái)進(jìn)行保存，這樣，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，這些數(shù)據(jù)會(huì)被加載到內(nèi)存中，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，通過(guò)JDOM或DOM4J來(lái)進(jìn)行讀取和寫(xiě)入。這樣設(shè)計(jì)的原因，一方面是基于組件的獨(dú)立性考慮的，同時(shí)也是基于系統(tǒng)的效率設(shè)計(jì)的。

五、系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)在整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，從技術(shù)層面上，主要體現(xiàn)為以下五個(gè)方面：

1.遵從MVC模式

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中遵從MVC模式，結(jié)構(gòu)清晰，表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)庫(kù)層相對(duì)獨(dú)立。在相互交互過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)核心Servlet接收用戶請(qǐng)求，然后將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給用戶請(qǐng)求處理器，用戶請(qǐng)求處理器根據(jù)用戶的不同請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給不同的業(yè)務(wù)邏輯處理器去執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯操作，其請(qǐng)求處理機(jī)制與Struts框架非常相似。

2.系統(tǒng)基于XML文件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可配置

系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中一切參數(shù)（比如數(shù)據(jù)源、上傳附件大小、攔截器等）未硬編碼到程序中，而是通過(guò)XML文件進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置和管理。

3.基于組件化

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中基于組件化，亦稱構(gòu)件化。比如全文檢索、個(gè)性化推薦的設(shè)計(jì)均以組件的方式注入到系統(tǒng)中，而非通過(guò)程序代碼與系統(tǒng)耦合在一起，組件與系統(tǒng)之間保持相對(duì)的獨(dú)立性，組件的更改不影響系統(tǒng)整體的運(yùn)行。

4.面向接口

考慮到系統(tǒng)將來(lái)的擴(kuò)展和升級(jí)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上面向接口。通過(guò)接口保持類與類之間的獨(dú)立性，而且功能與功能之間的依賴體現(xiàn)為接口的依賴，從而有效提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。比如，系統(tǒng)目前是基于JDBC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的，如果將來(lái)環(huán)境發(fā)生改變，也可通過(guò)Hibernate或其他O/R關(guān)系對(duì)象中間件去實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛跀?shù)據(jù)庫(kù)的操作行為是通過(guò)面向接口的設(shè)計(jì)理念去設(shè)計(jì)的。

5.設(shè)計(jì)模式的運(yùn)用

為了設(shè)計(jì)的規(guī)范化和最大程度地復(fù)用，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，靈活地使用了GoF提出的一些經(jīng)典設(shè)計(jì)模式，比如工廠模式、單例模式、觀察者模式等。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文是在國(guó)家百所示范校建設(shè)過(guò)程中，在對(duì)現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了深入探索的基礎(chǔ)上，結(jié)合“著重培養(yǎng)學(xué)生提高自我發(fā)展能力和綜合素質(zhì)”的培養(yǎng)目標(biāo)下，借助信息技術(shù)，為老師、學(xué)生搭建了一個(gè)能夠進(jìn)行信息交流、資源共享和自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)。在系統(tǒng)投入應(yīng)用后，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠不限時(shí)間和空間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，拉近了老師與學(xué)生的距離，使用效果良好。

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（編輯：王曉明）endprint