开放式自主学习型资源库系统设计与实现

程光胜++杨晔++董骏

摘 要：当前教育倡导终身教育，而自主学习是终身教育的具体体现。随着教育信息化的不断发展，基于自主学习型的网络学习平台的研究成为当前高等教育关注的热点。本文针对传统课堂教学的不足和缺陷，以资源为中心搭建了一个共享自主学习型的资源库平台，通过该平台满足学生多元化、层次化和个性化的学习需求，同时实现教学主体之间的情感交流和知识共享，进而实现对学生认知领域、技能领域和情感领域三大教育目标的培养。

关键词：共享；自主学习；资源库系统；终身教育；个性化学习

中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0042-04

引言

信息技术催生了教育的不断改革和创新，在给教育提供许多便利的同时，也对当前的教育提出了更高要求。教育信息化的深入发展催生了基于自主学习型的网络课程以及专业教学资源库等平台的建设和开发。相对传统的被动学习而言，自主学习要求学习者能够自主制定学习目标，选择学习资源和控制学习进程。从这点来看，自主学习与学习的数字化资源有着千丝万缕的关系：一方面，学习目标的多元化和学习内容的可选择性决定了自主学习必须以充分的信息资源作为保障，没有丰富的学习资源，自主学习就成为无源之水；另一方面，自主学习这种学习形式的特殊性给以支持自主学习为导向的数字化学习资源库建设提出了一系列的特殊要求：要协助学习者制定正确的学习目标，要帮助其选择合适的学习资源并合理控制学习进程。

但是，反观我们的传统课堂教学，在一线教学中，教师常常苦于调动学生的学习兴趣，无法监测学生的学习过程和学习效果，也烦恼于优秀的授课资源缺乏方便的共享平台，在学习上也无法满足充分的交流。基于此，考虑到学生实际学习水平差异较大，为了照顾各个层次的学生，培养他们的自学能力和学习兴趣，让他们自觉主动去学习，这就需要创造一个适合他们自主学习和个性化学习的网络平台。为此，我们设计和开发了共享自主学习型资源库系统。通过该系统来完善学生自主学习能力的培养体系，从而完成学生认知领域、技能领域和情感领域这三个领域的教育目标。

一、系统开发背景与目标

1.开发背景

在国家示范校建设过程中，我们对现有人才培养模式进行了深入的探索，认识到学生终身教育及学习能力培养的重要性。这就要求在学生学习过程中：着重培养提高自我发展能力和综合素质；并且在学校继续保持和发展普通学历教育优势的同时，提供面向学生自主学习的多元化、开放系统的学习基础环境，即：开放的学习平台、自主整合的专业知识和课程学习资源库平台以及知识交流和情感互动平台。

2.总体目标

创建一个共享式的助教、助学、自主学习的良好学习环境，方便教师教学和发布资源，为学生提供一个愿学、乐学、会学、善学的环境，为不同区域有共同学习兴趣的学习群提供资源交流平台。全方位培育学生强烈的学习动机和浓厚的学习兴趣，使学生主动、自觉、自愿地学习，同时系统也关注师生在教与学的过程中进行自我成长，通过多层次、多方位、跨区域的平台交流，提高教与学的效率，分享学习感悟。

3.具体目标

系统实现的具体目标主要有：

（1）提供辅助教学环境

老师答疑解惑，实时发布最新学习资源，与学习群交流提高教学水平与质量。

（2）实现辅助学习

学生问疑求难，利用共享资源自主学习，通过开放式平台交流学习情感，度过学习新技术的“困难期和黑暗期”，从而乐学。

（3）师生交流、资源共享平台

开放式的师生间轻松交流、资源共享，使师生共同放下教与学的“硬壳和包袱”，融洽学习气氛，增进学生群体与教师群体的团队协作意识，从而善学。

（4）开放式学习群跨区域学习感悟分享

不同区域的教学群与学习群可以实现资源共享、无碍交流，共同提高教与学的效率，分享学习感悟。

二、系统主要功能

根据系统目标的要求，系统的主要功能体现为：信息交流、全文检索、个性化推荐和知识与情感分享。

1.信息交流

师生间、学生间、学习群间均可发布信息、浏览信息和回复信息，并从不同的角度提问与答复，开放自由地交流信息，获取有益信息。在信息交流的过程中可以实现优质资源的上传与下载。

2.全文检索

对用户发布、回复的信息和上传的资源提供了基于内容的全文检索。

随着系统数据量（包括学习交流和优质资源）的不断增多，有时用户为了节省等待回复的时间，可以通过检索引擎来快速找到自己感兴趣的资源。例如，当用户输入“海量数据”关键字的时候，系统就会检索出与“海量数据”相关的信息内容或资源内容。

本系统设计的检索功能与基于数据库的查询存在很大的差异。基于数据库的查询是通过关键字进行简单匹配实现的，不附加任何的语义信息，且当数据库中的数据量很大时，查询效率会受到很大制约，查询结果不能按照信息的重要性进行排序。但是，全文检索基于语义信息进行检索，在检索效果上能够实现快速响应和检索结果精准。

3.个性化推荐

从用户日常登录系统的行为来分析，有时候用户登录系统并不一定带有明确的目的性，比如发布学习信息或检索数据，同时，随着系统的不断使用，系统的数据量会急剧上升，在此条件下我们考虑了设计个性化推荐。系统的个性化推荐基于用户注册时的基本信息和日常的操作行为，比如对资源进行评分，评分代表用户对资源的兴趣大小和偏好，以此给用户主动推荐感兴趣的资源。

4.知识与情感分享

各类用户在平时的学习过程中，可以将自己的学习总结、经验技巧或个人感悟以“用户库”的形式存放起来，撰写日志和文章与他人分享，通过交流分享获得共同成长。如果说交流实现了信息共享，那么通过知识与情感分享将实现思想上的共享。在具体表现上，该模块功能类似于博客，通过该模块使用户共享的信息以它本来的形式，达到非线性的特点，加上其吸引众多持不同观点的人来讨论，使学习者与周围交流群体结合在一起，在分享与交流中得到共同提高。endprint

三、系统架构设计

系统在架构上，以资源为中心，通过聚集优质资源，形成学生学习的“知识库”。系统架构由业务架构和技术架构来体现。

1.业务架构

为了更清楚地表述系统业务和体现业务在系统中的层次关系，我们建立了系统的业务架构，如图1所示。

在图1中，我们将系统整个业务分为：基础层、作业层、支撑层和扩展层。基础层属于系统后台管理层，各业务构件的功能影响着系统的安全性和性能等；作业层是系统基本功能的体现，是基础层之上暴露给用户的基本操作，也是系统基本功能的体现；支撑层的主要功能是索引和搜索，是方便用户查询系统中的数据，具体体现为用户发布的信息数据和用户上传的资源数据；扩展层的主要功能是个性化推荐，同时其部分业务构件也是针对系统未来的扩展而考虑的，比如随着系统的不断使用，用户数和资源数也在不断增多，在目前云计算的影响下，结合数据挖掘等先进技术，向用户推荐更加感兴趣和更丰富的资源。

2.技术架构

系统在技术架构上，遵从J2EE四层模式，如图2所示。

技术架构亦称为软件架构，在该架构中规定系统的软件结构、接口规范、传输协议及实现标准等，通过技术架构将系统的功能需求和非功能需求有机地结合在一起。本系统基于MVC思想，将整个系统从技术层面分解为：表现层、控制层、业务层和资源层。

四、系统实现

1.环境搭建

（1）开发工具：MyEclipse8.5+Tomcat6.0

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

2.核心技术及实现原理

（1）通过缓存提升系统响应速度

作为学习交流分享的平台，响应速度成为系统设计和实现的首要因素。为此，系统通过缓存来提高系统的响应速度。初次访问，通过whirlycache将系统中的相关数据放入缓存中，这样，一方面提高了系统的响应速度，另一方面减少了对数据库频繁的I/O操作。

（2）全文检索技术及实现原理

在功能构成上，全文检索由索引网关和搜索引擎两个模块构成，如图3所示。

①索引网关

索引是搜索引擎工作的基础，为此，我们开发了索引网关，通过索引网关生成搜索引擎可以识别的索引文件。

②搜索引擎

搜索引擎根据用户输入的关键字，在索引文件中通过索引数据的标题和索引数据的内容进行匹配，然后按照匹配的权重高低向用户返回搜索结果。同时，为了支持用户搜索到更准确的结果，搜索引擎支持高级搜索，通过“包含全部关键词”、“包含完整关键词”、“包含任意关键词”和“不包含某个关键词”来过滤某些需要或不需要的关键词。

③中文分词

通过索引网关建立索引前，首先要对数据源进行中文分词，同时，搜索引擎对用户的关键词进行检索之前也必须要进行中文分词。随着系统用户群的增多和数据量的上升，最重要的并不是找到所有结果，因为在海量数据中找到所有结果没有太多的意义，没有人能看得完，最重要的是把最相关的结果排在最前面，这也称为相关度排序。中文分词的准确与否，常常直接影响到对搜索结果的相关度排序。

（3）个性化推荐的实现

个性化推荐的设计基于协同过滤，从算法实现上目前主要有基于物品的协同过滤（Item CF）和基于用户的协同过滤（User CF）。考虑到系统未来资源会越来越多，而用户的数量在增长到一定程度后就会趋于稳定，所以，基于性能的考虑，系统选择基于用户的协同过滤算法。

（4）关于数据的处理

系统中的业务数据，通过Mysql数据库来进行保存；系统中的全局配置参数以及一些任务数据，通过XML来进行保存，这样，当系统启动时，这些数据会被加载到内存中，当系统需要时，通过JDOM或DOM4J来进行读取和写入。这样设计的原因，一方面是基于组件的独立性考虑的，同时也是基于系统的效率设计的。

五、系统特点

系统在整个实现过程中，从技术层面上，主要体现为以下五个方面：

1.遵从MVC模式

系统在设计和开发过程中遵从MVC模式，结构清晰，表现层、业务层和数据库层相对独立。在相互交互过程中，系统通过核心Servlet接收用户请求，然后将请求转发给用户请求处理器，用户请求处理器根据用户的不同请求转发给不同的业务逻辑处理器去执行相应的业务逻辑操作，其请求处理机制与Struts框架非常相似。

2.系统基于XML文件实现动态可配置

系统对运行过程中一切参数（比如数据源、上传附件大小、拦截器等）未硬编码到程序中，而是通过XML文件进行动态配置和管理。

3.基于组件化

系统在设计和实现过程中基于组件化，亦称构件化。比如全文检索、个性化推荐的设计均以组件的方式注入到系统中，而非通过程序代码与系统耦合在一起，组件与系统之间保持相对的独立性，组件的更改不影响系统整体的运行。

4.面向接口

考虑到系统将来的扩展和升级，系统在设计上面向接口。通过接口保持类与类之间的独立性，而且功能与功能之间的依赖体现为接口的依赖，从而有效提高系统的可维护性和可扩展性。比如，系统目前是基于JDBC实现数据库操作的，如果将来环境发生改变，也可通过Hibernate或其他O/R关系对象中间件去实现，因为基于数据库的操作行为是通过面向接口的设计理念去设计的。

5.设计模式的运用

为了设计的规范化和最大程度地复用，系统在设计时，灵活地使用了GoF提出的一些经典设计模式，比如工厂模式、单例模式、观察者模式等。

六、结束语

本文是在国家百所示范校建设过程中，在对现有人才培养模式进行了深入探索的基础上，结合“着重培养学生提高自我发展能力和综合素质”的培养目标下，借助信息技术，为老师、学生搭建了一个能够进行信息交流、资源共享和自主学习的平台。在系统投入应用后，极大地激发了学生的学习兴趣，使得学生能够不限时间和空间进行自主学习，拉近了老师与学生的距离，使用效果良好。

参考文献：

[1]谭云杰.大象：Thinking in UML[M].北京：中国水利水电出版社，2009.1.

[2]John Crupi，Dan Malks，Deepak Alur.Core J2EE patterns：best practices and design strategies[M].Prentice Hall； 2nd Revised edition，2003.6.

[3]Erik Hatcher， Otis Gospodnetic， Mike McCandless.Lucene in Action[M].Manning Publications； 2nd Revised edition，2010.8.

[4]项亮.推荐系统实践[M].北京：人民邮电出版社，2012.6.

（编辑：王晓明）endprint