Ｓａｋａｉ开源教学系统在网络教育中的应用

李建伟　王栩楠　李　青　刘洪沛　张志青

【摘要】通过全面分析国内各高校网络教学平台的应用情况，并结合北京邮电大学网络教育学院采用Sakai开源教学系统作为网络教育教学平台的尝试，提出一种新的应用途径——在开源教学系统的基础上做二次开发，这既能节省软件的开发和维护使用成本，又能比较完全的满足各学校实际的需求。

【关键词】Sakai；开源；学习管理系统

【中图分类号】G40–057 【文献标识码】B 【论文编号】1009—8097（2009）05—0098—05

一 背景

学习管理系统英文缩写是LMS（Learning Management System），具有发送、跟踪、汇报、评估和管理学习内容、学习者学习进展情况、学习者之间交互情况等等一系列的功能。学习管理系统运用广泛，从简单的课程管理，到相当复杂的企业范围的分布式环境，都有它的用武之地。

目前，我国高校的网络教育学院使用的教学系统来自三种途径，第一种途径是选择购买商业的教学系统，优点是系统的功能齐全并有完善的维护、升级服务，缺点是购买和使用的费用比较高，而且不能完全满足自己单位的实际需求。第二种途径是选择自主开发教学系统，优点是能够完全按照自己的实际需求开发，缺点是开发和维护的费用比较高，软件的质量难控制。第三种途径是与商业组织联合开发教学系统，优点是能够完全按照自己的实际需求开发，软件的质量能得到保证，缺点是开发和维护的费用很高。

是否有一种途径，既能节省软件的开发和维护使用成本，又能比较完全的满足各学校实际的需求呢？答案就在目前流行的开源领域，现在有一些开源的教学软件发展势头很好，如Moodle、Sakai等开源性软件。下面就以北京邮电大学网络网络教育学院使用Sakai开源教学系统为例，来探索这种途径的可能性。

Sakai是由美国印第安纳大学、密西根大学、斯坦福大学、麻省理工学院和伯克利大学于2004年发起的一项开放源代码的课程管理系统（CMS）开发计划。Sakai项目的目标是，“构建出一套通用的课程管理系统来替代当前各高校正在使用的商业课程管理系统，这些学校一致公认协作研究和教学应用是一样重要的，所以需要开发出一个协作和学习环境去满足不同种类学校的应用，Sakai协作和学习环境（CLE）是一个支持教学、学习和学术协作的灵活的、企业级的应用。它也是一个既支持全部在线又支持部分在线的学习环境”。[1]

众所周知，教师授课会根据课程和学生的特点使用各种各样不同的教学方法，Sakai满足了教师们的需要，使用过Sakai的教师和学生们都认为Sakai具有很高的可定制的特性。由于Sakai的体系结构是标准组件化的，所以教师能选择他们想在自己课程中使用的教学工具，并且Sakai的源代码是开源的，你可以自由的获取它，并根据自己学校的需要自由的改变和增加功能。

2007年5月，北京邮电大学网络教育学院决定升级学院的教学系统，经过反复的权衡和比较，最终选定Sakai作为下一代网络教学系统。采用Sakai主要因为以下几点原因：

 Sakai是一个在教育团体许可证下的免费开源项目。

 在全世界有超过160个教育单位正式采用Sakai作为自己的教学系统，支持的用户数从200到200000，这些应用经验表明，Sakai是一个稳定的可以支持大规模应用的企业级应用。

 Sakai的系统框架是标准组件化的，非常有利于系统的扩展，除了可以使用Sakai提供的教学工具外，还可以按照Sakai的标准很方便的开发自己需要的教学工具，并将其集成到Sakai上。

 对Sakai的关注、研究以及交流合作已经有了一定的基础。

2006年开始关注和研究sakai项目的发展。

2007年1月Sakai基金CEO Charles Severance博士和钱臻女士访问北邮网院，双方开展了学术交流和合作讨论。

2007年7月承担基于Sakai学习平台的中国疾病控制中心无烟中国项目。

2008年4月Sakai基金会CEO Michael Korcuska访问北邮网院。

二 应用过程

北京邮电大学网络教育学院选择下一代教学平台的主要目的是要实践“引领式在线学习模式”[2]，该模式的核心理念是，“系统提供学习时间管理和学习目标管理；网上学习资源以E-learning在线课程为主；挖掘学习记录并提供个性化的主动的学习支持服务。” [2]

如何通过Sakai实现这种教学模式呢？我们做了以下这些二次开发和改进工作。

1 对Sakai的二次开发

为实践“引领式在线学习模式”[2]，二次开发的重点放在Sakai的“课程内容编辑”（Melete Lesson Builder）工具上。这个工具本来是很简单的一个在线电子讲义的制作和发布工具，我们将它改造成了一个能制作网上E-learning课件、能提供网上课件运行环境和能挖掘和分析学生学习过程数据的强大教学工具。

在设计这个教学工具时，参考了“全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会”制定的CELTS-20标准（报批稿）和国际电气和电子工程师协会学习技术标准委员会（简称IEEE LTCS）2000年9月发布的标准草案P1484.11D3.4。

这两个标准关注的是学习内容和学习管理系统之间的问题，目的是学习资源可以在不同的学习管理系统中可重复使用和具有可互操作性。“计算机教学管理（CMI）系统”[3]的互操作体现在：“启动课程时的信息交换；计算机教学管理（CMI）系统与网上E-learning（CBT）课程之间的通信；在CMI系统间传递课程结构、学习行为、课程内容；存储学习者表现数据。” [3]

标准对上述互操作的重要环节都进行了详细的描述和规定。具体包括以下数据流：“CMI ⇔ CBT；CMI ⇒ CMI；CBT ⇒课分析工具。” [3]

改造后的“课程内容编辑”（Melete Lesson Builder）工具具备三个主要的功能：

（1） 该工具能在线制作符合上述两个标准中课程描述的网上E-learning课件。

网上课程的结构分为四个层次：

课程

单元

模块

学习内容（文本、视频、音频、图片、作业、测试、讨论、自测等）

每门课程包含若干个单元，每个单元包含若干个模块，模块是学习的基本单位。

下面有三张图，图1是根据这两个标准设计的E-learning课件模型图[2]，图2 是Sakai中制作网上E-learning课程的界面图，图3是 Sakai中学生学习网上E-learning课程的界面图。

（2） 该工具能提供一个网上课程的运行环境，能完成与网上E-learning课程之间的数据交互。图4 是Sakai教学系统与E-learning课程之间的数据流图[3]。

计算机教学管理（CMI）系统向网上E-learning（CBT）课程提供：核心数据（包括：学习者姓名、学号、课的位置、学分、课程状态、分数、学习总时间等数据）、学习者完成本节课每个教学目标的情况（包括：目标标识、尝试次数、目标得分、目标状态等数据）、学习者针对某一具体模块的学习数据（包括：总学习次数、及格分数、尝试记录、每次尝试得分、每次尝试后课的状态等数据）、学习者的背景数据（包括：城市、班级、单位、经历等数据）。

（3） 能够将学生的学习记录发给那些挖掘和分析数据的工具。图5是 Sakai教学系统到数据分析工具之间的数据流图[3]。

系统根据学习者学习活动记录进行数据挖掘和分析，例如：对学习时长，练习的次数、每次的得分、提交的答案记录，测试的次数、每次的得分、提交的答案记录，参加讨论发言的次数等的分析，将分析的结果反馈给不同的角色：学生、教师，支持服务人员以及智能代理系统，这些角色将分别对学习者进行个性化的主动的支持服务。例如：

 系统会分析学生练习或测试的结果，反馈给学习者，告诉他有知识点的掌握的不是很好，有哪些知识点还需要加强学习，有那些知识点掌握的很好。

 系统会检索出做练习或测试超过三次都不通过的学生，教师对这些同学进行主动的联系，并对他们提供个性化的辅导和讲解。

 系统会分析出上网比较少和学习进度落后的学生，学生支持服务人员去主动的联系这些学习者，帮助他们提高上网学习的时间和效率。

2 Sakai的工具选择

Sakai2.5版本提供了40多种工具，我们不可能全部都使用这些工具，必须根据中国远程教育的特点，有选择的使用，我们选择的工具有以下这些：我的工作空间、课程主页、课程大纲（Syllabus）、日程表（Schedule）、课程通知（Announcements）、资源（Resources）、课程内容编辑工具（Melete Lesson Builder）、聊天室工具（Chat）、讨论与个人消息（Jforum）、站点信息（Site Info）、术语表（Glossary）、花名册（Site Roster）、站点统计（Site Stas）、投递箱（Drop Box）。

3 Sakai的汉化

Sakai的设计支持国际化，所以，汉化工作主要是工作量的问题，汉化包括两方面的工作：Sakai系统的各个工具和帮助文档的汉化。Sakai2.5版本中的有些工具已经支持中文，但 Sakai在中文支持方面主要存在两个问题：汉化不完全和部分翻译不完全符合中国人的表达习惯，所以汉化工作主要是对未汉化部分予以彻底汉化，对已汉化部分用语的修正。

4 Sakai的Bug修改和一些应用上需要注意的问题

Sakai系统Bug的主要来自两个方面：

（1） 系统对中文编码的支持。例如：论坛（jforum）和Wiki中的中文乱码问题、聊天室工具中用户名如果是中文也乱码、资源中文件名如果是中文也乱码等问题。

（2） 工具本身所隐含的逻辑Bug。例如：服务器重启后，jforum论坛工具会产生数据丢失问题，日程（Schedule）工具在主页显示时，点击有事件的日期不能正常显示、分配权限功能分配权限后不能立即生效，这是由缓存配置引起的问题等。

另外，Sakai在应用上需要注意一些问题，例如，“资源（Resource）”工具在使用的时候，要注意在默认状态下，资源都是以Blob大字段方式存储在数据库中。但是，随着应用的规模越来越大，资源越来越多，数据库的压力会非常的大，数据库就会成为整个应用的瓶颈，所以，需要在开始使用资源工具的时候，配置将资源存储在共享的磁盘存储上而不是数据库中。“讨论与个人消息（Jforum）”和“课程内容编辑”（Melete Lesson Builder）”工具的使用频率很高，所以需要考虑使用对象缓存来解决性能的问题。

5 将已有的教学工具集成到Sakai中

北京邮电大学网络教育学院在多年的网络教育过程中积累了大量的教学工具，这些教学工具稳定、可靠，教师和学生都已经养成了使用习惯，将这些工具集成到Sakai中，既可以节省教师很大的工作量，又可以使Sakai完全满足学院的实际教学需求。例如：集成已有的题库和作业系统，该系统中有40多门课程的2万多道题目，题型有21种，系统的组卷算法也很稳定。另外还集成了实时答疑系统、虚拟实验系统等教学工具。

同时还需要将教务系统与Sakai集成，实现单点登陆验证，将教务系统的学生选课和教师任课的关系自动映射到sakai中的学生选课和教师任课，避免学生和老师进行两次选课。

三 应用数据分析

Sakai教学系统在2008年6月开发完毕，2008年9月开始试用，试用对象为北京邮电大学网络教育学院2008年秋季学期入学的新生，数量5132人，试用阶段在Sakai上开设的课程有12门，包括：高等数学、大学英语、管理学、普通物理等文理科的课程。下面就把北京邮电大学网络教育学院教学系统1.0的运行数据与Sakai教学系统的运行数据进行对比分析，教学系统1.0是2006年1月投入使用的，系统上的学生人数是20134人，我们抽取两个系统从2008年9月1号到2008年12月15号的数据进行对比分析。

1 系统主要的性能指标对比

Sakai教学系统最大在线人数813人，论坛发帖数总数是6568贴，作业提交总次数137165次。

教学系统1.0的最大在线人数1524人，论坛发帖数总数是24534贴，作业提交总次数112056次

Sakai教学系统比教学系统1.0的作业提交总次数多的原因是，在Sakai教学系统上每门课程的作业次数比教学系统1.0的多了，而且不像教学系统1.0那样限制每次作业提交的次数和提交截至日期，系统还根据策略来控制每次作业的题目都不完全一样，这样学生可以反复练习，直到自己满意这次作业的成绩，据统计每门课程每次作业的平均提交次数为3次左右。

2 学生登陆对比

Sakai教学系统平均每天的登录次数10539次/天，截止到2008年12月15日，共4557名学生（占总人数的88.8%）登录教学平台学习，有473名学生（占总人数的9.2％）登陆平台超过200次，有1983名学生（占总人数的38.6％）登陆平台超过100次，有3217名学生（占总人数的62.6％）登陆平台超过50次。

教学系统1.0平均每天的登陆的次数：9554次/天。

3 课程参与情况

本学期Sakai教学系统共开设12门课程，各门课程平均学习参与率达到84.5%。例如：《离散数学》有92%学生开始学习，10月统计为52%；《普通物理》有86%学生开始学习，10月统计为42%；《经济应用数学》有81%的学生开始学习，10月统计仅有14%学生开始学习。

教学系统1.0上共开设73门课程，各门课程的平均参与率是82.2%。

从以上这三组数据对比可以看出，由于Sakai教学系统应用引领式在线学习模式，学生的上网的积极性有很大变化，参与学习的时间和频率有很大的提升，下学期，随着网上学习资源的完善，学生的上网学习时间和频率还会有所提高。

下学期运行在Sakai教学系统上的课程将增至33门，学生将增至10000多人。图6是学生在Sakai教学系统学习的视图：

四 遇到的问题和下一步的研究方向

目前我们对Sakai的应用探索还处在起步阶段，在应用中遇到了很多的问题，例如：缺少与Sakai教学系统相匹配的网上学习资源，界面可用性问题，工具比较独立，很难整合使用，系统的开发、部署和维护缺少经验；个别工具的性能还有待优化等问题。针对这些问题，我们制定了下一阶段的开发计划：

1 基于Sakai的课程资源建设方案。网络教育中最核心的部分是教学资源的质量，教学平台的目标是为教学资源服务，积极探索适合学生网上学习的资源的建设方案，是我们下一步最重要的计划。

2 标准课件资源的导入和导出。使Sakai教学平台可以把符合IMS和Scorm2004标准的课件资源导入和导出，做到资源在教学平台间的可交换性。

3 学生学习活动的进一步数据挖掘。这可以帮助教育机构全面掌握自己的学生在学习中遇到问题，对教学资源和支持服务的质量反馈等数据，为下一步的决策提供有利的数据支持。

4 第三方信息工具的整合（短信、IM），为学生支持服务提供有利的工具保证。

5 界面可用性优化。优化界面设计，使其更加符合中国人的使用习惯和审美观。

6 基于sakai的其它教学工具的开发。

五 结论

北京邮电大学网络教育学院采用Sakai教学系统作为网络教育教学平台的尝试，为困扰中国高校的教学平台问题找到了一条新的解决途径，那就是在开源教学系统的基础上做二次开发，既能节省软件的开发和维护使用成本，又能比较完全的满足各学校实际的需求，而且还能随着开源软件的升级而得到升级服务。

另外，“Sakai项目的软件功能和运营理念对我国高校的网络教学平台建设有很大的借鉴意义。无论是购买现有的相关产品, 还是高校自己开发网络教学平台，Sakai 项目的整个理念都给我们带来了很多启示和尝试的可能。”[4]目前，国内对Sakai的使用还处于起步阶段，希望我们能把我们的应用经验以及对Sakai所作的一些工作与大家分享。

参考文献

[1] Sakai基金会.Sakai官方网站关于Sakai的介绍[EB/OL].

[2] 李建伟.基于引领式在线学习模式的学习管理系统设计. [J].中国远程教育,2008,(6):50-53.

[3] 全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会.CELTS-20.1(CD2.0)学习管理系统标准.北京,2004.3.

[4] 丁晋.从Sakai项目谈高校网络辅助教学平台. [J].中国电化教育,2008,(252):98-101.