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分布式环境下共享学习资源模型研究赵隽琪 姚宇明 陈德人 （浙江大学计算机系，浙江大学远程教诲学院）摘要基于原则建设可复用共享学习资源是当代远程教诲一种重要内容。本文讨论了分布式环境下基于SCORM原则共享学习资源模型，结合CORBA和J2EE这两种分布式环境框架，设计一种共享学习资源模型系统。核心词SCORM，分布式，J2EE，CORBA，XML，EJB，学习资源Abstract Its very important to make reusable learning resource based on specification in the modern distance education. In this article we discuss the sharable learning resource model conform to the SCORM specification in the distribute environment. We also design a sharable learning resource model system using CORBA and J2EE technology.Key wordsSCORM ,Distribute ernvironment,J2EE,CORBA,XML,EJB，Learning resource 一、引言当代远程教诲是以计算机网络多媒体技术为基本，体现开放性、协同窗习、共享资料、无时空限制教诲，它为社会成员构筑一种随时、随处、自主学习终身学习体系，也称网上学习。学习资源共享是其中一种重要内容。当前教学资源共享基本上停留在简朴HTML文献和其她惯用文档文献共享基本之上，没有统一构造，课件重复开发严重，构造混乱，管理难度大，费用高。这些状况严重阻碍了学习资源在高层次、大尺度上共享和交流。远程教诲要成为真正意义上网上协同窗习，成为教诲体系中不可或缺且有活力构成某些，必要在共享课件资源制作和管理上符合原则化原则，实现资源复用和协同操作，SCORM原则等关于技术为实现此目的提供了强有力支持。二、SCORM原则概述 当前国际上已有不少国家机构和公司致力于远程教诲技术规范制定和推广。其中比较知名有美国航空工业计算机辅助训练委员会（AICC）提出计算机管理教学原则、美国国防部提出可共享课件对象参照模型(SCORM)、IMS全球学习联合公司学习系统技术规范以及IEEE 1484系列原则。许多国家还组织力量进行原则本地化工作。其中IMS规范了关于学习服务器(Learning Servers)、学习内容(Learning Content)以及它们公司级集成有关合同,IEEE1484是在国际电气和电子工程师协会学习技术原则委员会（简称IEEE LTCS）主持下制定全面远程教诲规范，涉及IMS在内众多公司和组织都参加了1484原则制定。图 1 SCORM原则发展进程 （摘自ADL主页）SCORM原则由美国国防部建议，是关于共享课件创立、管理和使用原则。美国国防部最早提出高档分布式学习建议(ADL Initivate) ，从兼容性、增进远程学习和商业上考虑，定义了一系列高档规定，例如内容复用、可访问性、持久性和协同窗习等。从1997年开始，ADL就环绕制定基于Web学习技术原则与业界组织、公司一起展开工作。到1998年，ADL在对众多远程教诲原则研究基本上，形成了一种统一框架，即可共享课件对象参照模型(Sharable Courseware Object Reference Model,SCORM)。当前SCORM已经发展到2.0版本。图1 反映了SCORM原则与其他原则关系。SCORM定义了共享课件对象参照模型。既有练习和学习模型可以映射到这个模型上。SCORM规范实现了课件管理系统、开发工具接口和数据构造原则化。SCORM V1.0发布后来， ADL Co-Lab等单位也开发了某些工具用于测试开发课件与否符合原则。依照调查，符合SCORM模型课件系统，费用减少30-60%；效率提高30%；学生掌握知识量增长30% 1 。三、分布式计算环境有关技术自计算机浮现以来，如何将计算机互连起来以更好地运用资源，高效完毕各种信息解决，始终为人们所思考和摸索。在上个世纪七、八十年代，服务器/客户机技术始终是分布式计算环境主流技术。近十年浮现了一种全新分布式计算概念，即网络就是计算机，任何计算设施不需预先配备和安装，便可在任何时间任何地点加入网络，并且能和网络中已有各种软硬件一起协调工作完毕分布式计算。计算级网络是典型异构(Hyterogeneous)体系,这种异构同步来源于硬件和软件。即便在一种小局域网环境中，也许存在着不同公司工作站、服务器、PC、互换机、路由器等硬件设备，工作站上也许运营不同版本UNIX操作系统，而PC机上则是windows系统。软件开发语言也是种类繁多。远程教诲课件资源共享必要考虑建立在这样一种异构系统平台上。解决这个问题，需遵循如下两条原则： 谋求独立于平台模型和抽象 在不牺牲太多性能状况下，尽量隐藏低层复杂细节两种主流分布式环境框架CORBA和J2EE较好地贯彻了以上原则。3.1 CORBA技术由对象管理组(Object Management Group ,OMG)编写和维护CORBA 规范提供了一种灵活、切实可行抽象集，并拟定了某些服务程序。OMG制定对象管理体系(Object Management Architecture ,OMA)及其核心（CORBA规范）是一种合用于各类分布式系统完整体系构造。CORBA体系构造整体上可以分为3个某些： 对象模型(Object Model)将对象定义为永恒不变，始终是唯一封装实体。客户端只能通过严格定义接口向对象发送祈求才可以获得对象服务。对象实现细节和位置对于客户端是隐藏。 引用模型(Reference Model)提供接口种类。接口大体分为对象服务接口、领域接口和应用程序接口，分别相应CORBA服务对象、领域通用服务对象和应用程序特定服务对象。 对象祈求代理(ORB)。所有接口种类由一种ORB按概念连接在一起。普通，一种ORB可以在客户机和对象之间进行通信，当祈求发送后，ORB定位对象并激活它。图2是CORBA构造图。图2 CORBA构造图（摘自The Common Object Request Broker：Architecture and Specification）下面结合普通祈求流来阐明CORBA体系构造：1、 客户端提出祈求。有两种方式，一种是通过静态存根(Static Stubs)，它是由IDL(Interface Definition Language 接口定义语言)映射成特定编程语言类，包括了服务端对象接口定义。客户端通过调用存根中办法(Method)来发送祈求；另一种是通过动态调用接口(Dynamic Invocation Interface,DII)，例如接口仓库（Interface Reponsitory）。无论哪一种方式，客户机都将祈求传送给与这个进程相连ORB核心。2、 客户机ORB核心通过网络传送给与服务器应用程序连接服务器ORB核心。这个过程可以通过共享文献实现，但在真正分布式环境下，名字服务(Naming Service)是最适当机制。3、 服务器ORB核心将祈求分派给对象适配器(Object Adapter),由它产生目的对象。一种对象适配器是一种插入式对象，它用来做代理，容许调用程序在不懂得对象实际接口状况下调用一种对象办法。这里涉及到一种伺服程序概念。伺服程序就是CORBA对象实例。定义它们类继承了编译IDL接口定义时产生框架类，在伺服类中，可以重载框架基本类中虚拟函数。用对象适配器注册这些伺服程序，当客户机发出规定调用伺服类相应CORBA对象祈求时，容许对象适配器调度祈求给这些伺服程序。直到CORBA 2.1版本，仅仅合用于基本对象适配器(Basic Object Adapter,BOA),CORBA 2.2版本引入可移植对象适配器(Portable Object Adapter,POA)取代了BOA。POA强调在维护应用程序可移植过程中，应保证CORBA对象和与编程语言关于伺服程序之间完全交互。4、 对象适配器进一步将祈求分派给实现目的对象伺服程序。与客户机同样，服务器可以选取静态或动态调度机制用于它伺服程序，这取决于对象接口定义是IDL编译形成静态框架(static skeleton)还是其伺服程序可以使用动态框架接口(dynamic skeleton interface,DSI)。5、 伺服程序执行祈求后，返回成果给客户应用程序。CORBA最大好处就是它有一种原则接口定义手段来支持异构环境下不同平台集成，与语言、平台无关。CORBA客户端和服务端可以用许多不同语言实现，例如Java,C+,C,Smalltalk等等。这一成就归功于OMG接口定义语言(IDL)。IDL支持内置简朴类型和构造化类型，提供接口、操作定义规范，以及用于名字作用域模块构造。IDL不是编程语言，它唯一目就是容许对象接口以与任何详细编程语言无关形式来定义。这一点是CORBA支持异构系统和独立开发应用程序集成核心。IDL编辑器可以把IDL构造翻译成不同编程语言，例如C+类、Java类。各种IDL语言映射存在乎味着可以用不同语言实现分布式系统不同某些。除了语言独立性和实现独立性以外，CORBA还具备面向对象性、定位透明性、构造体系独立性、操作系统独立性、合同独立性和传播独立性等长处，限于篇幅，不再详述。可见参照文献2。固然CORBA在体现它技术完美性同步，也存在着某些局限性之处。最大问题是CORBA程序实现复杂，缺少绝对系统级基本构造(例如并发性、事务、资源管理和容错等)，这些重任都落在了程序员肩上。此外，CORBA开发工具和运营环境比较昂贵也是一种问题。32 J2EE(Java 2 Platform Enterprise Edition)J2EE是美国Sun公司新近推出一种全新概念模型。公司在拓展业务时候，需要向客户提供具备高可用性、安全性和可扩展性服务。这些服务普通采用分布式环境下多层体系构造，其中中间层提供了把商业功能和数据与EIS（Enterprise Information System ，公司信息系统）相结合功能，客户端从复杂业务逻辑中分离出来，运用成熟INTERNET技术使顾客在管理上所耗费时间最小化。J2EE通过定义一种原则体系构造来实现这个目的。这个体系构造涉及： J2EE Application Programming Model- 一种用于开发多层次，瘦客户顾客程序原则设计模型。 J2EE Platform- 一种原则平台，用来整合J2EE应用程序，指定一系列接口和办法。 J2EE Compatibility Test Suite- 一套兼容测试组件，用来检测产品与否同J2EE 平台兼容。 J2EE Reference Implementation- 用来示范J2EE能力。 图3是J2EE体系构造图。图3 J2EE体系构造图（摘自Java2 Platform Enterprise Edition Specification） J2EE是一种开发EJB(Enterprise JavaBean),Servlet和JSP (Java Server Page)等Web应用平台。J2EE产品提供了EJB、Servlet和JSP技术完整实现应用服务器。从图3中可以看到，Web Container和EJB Container共同构成了中间层来实现业务逻辑。这里值得指出是EJB技术。EJB构造是开发和配备基于组件分布式应用系统一种组件构造。用EJB构造开发应用程序是可伸缩、事务型、多顾客安全。这些应用程序也许只需编写一次，就可以在支持EJB规范任何服务器平台上配备。SUN公司同步也规范了支持EJB组件事务监控器（CTM）。CTM提供了能自动管理事务、对象分布、并发性、安全性、持久性和资源基本构造。从这一点上说，J2EE弥补了CORBA局限性。客户和EJB底层通讯基于RMI-IIOP合同。它结合了Java-RMI(java 远程办法调用合同)和CORBA两种分布式合同。因此EJB体系基于RMI，通过IIOP(Internet Inter-Orb Protocol)与CORBA应用程序通信。从EJB体系构造图（图4）中可以看到客户端通过Java命名和目录接口(JNDI)查询分布式EJB对象，得到EJB对象HOME接口。通过HOME接口，客户端可以定位、创立和删除EJB对象。然后客户端可以通过远程接口调用分布式EJB对象，完毕业务逻辑功能。一种EJB对象客户端可以是客户程序、JSP、Servlet,也可以是此外一种EJB对象。EJB实例运营于一种EJB容器中。容器是控制EJB并为其提供重要系统级别服务运营环境，提供了事务管理、安全、远程客户连接、生命周期管理和数据库连接池等功能。和CORBA相比，EJB提供了强健基本构造,大大减少了程序开发人员工作量，并且与WEB技术有更紧密联系，因而在短短几年内成为一种主流分布式技术。 图4 EJB体系构造(摘自Enterprise JavaBeans Specification)CORBA和EJB较好解决了分布式计算环境中异构问题。在分布式计算环境下，可互换数据构造原则化是另一种十分重要方面。W3C组织推出XML基于层次化构造，具备良好数据存储构造、可扩展、高度构造化等特点，是一种描述共享数据和文档抱负手段。四、XML技术概述XML是一套定义语义标记规则，这些标记将文档提成许多某些，并且对各个某些进行标记。它也是元标记语言，即定义了用于定义其她与特定领域关于、语义、构造化标记语言句法语言。它重要有如下特性： 容许不同专业开发与自己特定领域有关标记语言，以以便本领域内数据互换。 自描述数据。界定XML内容标记给所界定数据中每一种元素命名，并且可以提供特定附加属性。这些命名和属性都是和所涉及现实世界中问题密切有关。应用程序很容易从中提取出有关内容。 XML文献中数据是构造化和集成，是不同应用间互换数据抱负格式。在运用XML进行数据互换应用中，电子商务领域走在了前列。基于XMLebXML原则成为当前最热门公司数据互换技术，为EDI(Electronic Data Interchange)开创了新发展方向。 与Web体系构造紧密联系。 与Java技术关系紧密，Sun公司提供jaxp开发包，支持基于DOM（文档对象模型，document object model）和SAX（Simple API for XML）两种方式XML文献解析和读写功能。这就把XML和J2EE,甚至于CORBA等分布式技术紧密联系在一起。通过以上特性可以看出，采用XML作为课件资源描述工具，对于基于WEB原则化、对象化共享资源制作和管理来说，是当前最为抱负手段。五、SCORM原则在分布式环境下应用51学习管理系统 LMS(Learning Management System)学习管理系统LMS提供学习内容传送、跟踪、报告、管理学习内容和学生学习进度、学生交互等一整套功能。当前LMS详细实现方式非常多。SCORM对于LMS如何实现，提供什么功能并没有做规定，自身也没有提供管理功能，它重点在于课件内容和LMS核心接口上。在SCORM中，LMS可以被看作是一种智能化服务端，由它来决定传送什么课件内容、何时传送以及进行学习管理。这样课件内容就突破了课程约束，成为可重用、可共享、环境平台无关资源。52 教学资源组织SCORM作为不断浮现新技术和商业产品一种桥梁，把当前重要技术规范，如AICC、IMS、IEEE等应用到一种特定模型上。SCORM规定是可访问性、协作性、持久性、可重用性。SCORM重要涉及3个元素： 课程构造格式（course struct format）：基于XML课程构造表达,可用于在不同LMS间传播转换。 运营环境（runtime enviroment）:涉及基于WEB内容初始化合同、内容-LMS应用编程接口、可执行课件内容和LMS间互换数据模型。 元数据（meta data）:课程元数据用来描述课程包，可以在课件中搜索课程或者描述课程信息；内容元数据提供独立于课程内容描述信息，可用于内容重用；原始媒体元数据提供媒体描述信息。这些媒体内容独立于课程内容，涉及文档、多媒体流等，它们普通存在于独立文献中。运用元数据，SCORM实现了对象化单元知识重用。SCORM体系构造见图5。 图5 SCORM构造图(摘自SCORM Specification)5.2.1 XML绑定课程构造格式CSF（course struct format）CSF是由许多组织共同开发，如IMS、ADL、AICC、IEEE等。从图5中可以看出，CSF是SCORM原则核心。CSF基于层次构造，是课程从一种LMS向此外一种LMS转换过程中间模型。因而可以充分运用XML支持开发特定领域标记语言并有自描述数据特性，用同样基于层次构造XML来描述CSF。SCORM原则规范了CSFXML描述，并提供了范例。CSF通过3组信息描述一种课程：全局属性(global properties)描述课程属性，如标题等；块(block)描述课程构造；目的(objectives)描述构造中课程元素学习目的。图6 是CSF基本构造图。 图6 CSF基本构造在块(block)某些，可以包括独立于课程内容元数据链接指针，以达到面向对象资源复用目。从图5中可以看出，内容元数据也可以包括对媒体元数据连接(例如通过途径或URL)。内容元数据和媒体元数据也由XML描述，而控制CSF和内容元数据、媒体元数据连接复用是典型LMS功能。图5中尚有一种外部课程元数据(external course meta-data),这是考虑到不同顾客需求不尽相似而提供一种扩展某些。原则建议慎重使用外部课程元数据，由于也许会有LMS无法理解这一某些，甚至导致整个CSF都无法使用。522 运营环境 (runtime enviroment)在LMS把课件内容发送到客户端后，LMS和可执行内容之间必要有一种通讯手段。由于课件内容可以在各种LMS之间共享复用，SCORM提供了一种通用办法，用以连接和启动可执行内容以及LMS和内容之间通信，并且预定义了数据模型，这就是运营环境。运营环境涉及如下3个某些： 内容连接和启动合同(content launch protocol):LMS编程接口和可执行课件内容连接合同。 内容应用程序接口（content application program interface）:课件内容与LMS通讯API。 内容数据模型（content data model）:LMS和课件内容之间传递数据,涉及LMS传递给可执行内容有关学习者信息，以及内容传递给LMS学习成果数据。图7显示了SCORM 运营环境构造。图7 SCORM运营环境构造示图(摘自SCORM Specification) 在网络环境下，也许同步存在各种LMS，这些IMS实现也许各不相似。这是一种典型分布式环境。对于客户端来说，为每一种LMS定义一种API适配器(API Adapter)和一种通讯合同与该LMS通讯是不现实，也是违背SCORM资源共享原则。于是SCORM运营环境在服务端LMS上定义一种适配器，这个适配器封装了不同LMS通讯细节，呈现给客户端一种统一通讯接口。这样开发者可以集中力量设计客户端和适配器单一通讯模式，而不必关注LMS详细实现细节。对于适配器实现方案，笔者从跨平台方面考虑比较倾向于采用CORBA和J2EE两种体系构造。固然还存在着例如Miscrosoft ActiveX/DCOM体系构造和SOAP合同等各种解决方案。在CORBA方案中，客户端可执行课件内容API适配器可以由java实现，服务端适配器是一种ORB(对象祈求代理 ，Object Request Broker),IIOP作为通讯合同，伺服类封装针对特定LMS通讯细节和业务逻辑。伺服类可以由java或者C+实现。在J2EE方案中，客户端可执行课件内容API适配器仍旧由java实现，服务端适配器是一种J2EE应用服务器，其中涉及Web和EJB容器，HTTP或RMI-IIOP作为通讯合同，由Servlet和/或EJB来封装特定商务逻辑细节。图8 是这两种方案示图。 (a) (b) 图8 适配器解决方案示图 (a) CORBA (b) J2EE (摘自SCORM Specification)53 应用研究笔者在研究学习资源共享平台过程中，在开发基于SCORM原则学习资源共享模型系统方面作了某些尝试，证明这样设想是可行，能有效提高资源共享效率。系统基于多层构造，有效结合了XML、CORBA和EJB三种。系统大体提成3个层次： 客户端：涉及浏览器和基于GUI客户界面两种形式。学习者通过浏览器访问LMS服务器，通讯合同为HTTP。在这种状况下，客户端客户程序采用Java Applet。系统管理员通过基于GUI客户程序与LMS服务器上ORB通讯。管理程序不采用Java Applet重要因素是管理程序比较庞大，采用Applet形式会占用大量网络资源，效率较低。客户机和服务器间共享学习资源数据互换采用基于SCORM原则XML文档，在客户端，客户程序(Java Applet或Java Applection)负责XML文档解析。 中间层：在这一层CORBA和J2EE结合来完毕这一功能，因此比较复杂。J2EE某些分为两个层次：第一层为JSP页面和Servlet,重要完毕和客户端通讯以及页面显示。第二层是EJB容器，涉及完毕各种业务逻辑EJB对象。在这一层重要完毕学习资源数据XML文档化、XML文档解析、数据存取以及其她各种业务逻辑。由于EJB客户端和EJB对象底层通信采用RMI-IIOP,因此这两层之间存在着一种代理(Broker),为了层次构造清晰起见，咱们把这个Broker和CORBA某些ORB当作一种整体。在CORBA某些运营于ORB之上是各种管理服务功能对象。 存储层：这一层为存储共享学习资源数据库系统。图9为模型系统框架构造。 图9 模型系统框架 六、结束语 当代远程教诲作为社会教诲体系一种重要方面，在当今网络社会中面临着巨大发展机遇，也将创造前所未有经济效益和社会效益。建设可共享、可复用、面向对象资源制作和管理平台是远程教诲一种非常重要方面。当代化工业非常强调原则化，世界各国也在组织力量致力于远程教诲技术规范原则化和原则本地化。咱们资源库建设同样必要基于原则化原则进行。只有这样才干避免低水平重复建设，实现提高效率，减少费用目的，为构筑社会终身学习体系添砖加瓦。参照文献1. SCORM Specification 2. The Common Object Request Broker：Architecture and Specification OMG著3. Java2 Platform Enterprise Edition Specification Sun 著4. Enterprise JavaBeans Specification Sun 著5. A Component Model for Standardized Web-based EducationL. Anido，M. Llamas，M.J. 6. Fernndez，M. Caeiro，J. Santos and J. Rodrguez ，ETSI Telecommunications，University of VigoE-36200 Vigo，Spain.7. CORBA 分布计算环境中对象适配机制优化和构件化 项君、高洪奎等，计算机科学与工程第22卷第5期。8. 基于Web中间件系统集成框架-应用服务器研究齐勇 赵季中档，计算机研究与发展 第38卷第4期。9. Enterprise JavaBeans Richard Monson-Haefel著，朱小明、周琳译 中华人民共和国电力出版社