分布式学习系统软件建模方法研究

发布时间：2020-05-12 15:29

【摘要】： 随着网络技术教育应用的深入发展，信息化学习资源、学习系统的规模、复杂度日益增加。其技术手段、设计思想、系统体系结构都发生了深刻的变化，网络教学系统正朝着分布式、协作化、智能化的方向发展。一方面，借助于网络技术，学习系统的规模日益膨胀，不断扩大，在结构上具有鲜明的分布式特征；另外一方面，人们又希望能够实现这些分布式学习资源与系统的统一共享、重用与互操作。领域研究者从不同的角度对日益复杂化的分布式学习系统进行了广泛深入的研究。美国“高级分布式学习”(Advanced Distributed Learning)研究机构从资源共享的角度出发，提出了一个“可共享课程对象参照模型”(SCORM)，旨在解决分布式学习的学习内容共享、互操作与重用、更大范围的协作、智能指导等问题；国际标准化研究组织，如ISO SC36、IEEE LTSC学习技术委员会、IMS全球联合学习机构等，则从体系结构、学习者、学习资源和学习管理系统的信息模型等角度出发，提出了一系列分布式学习系统开发可参照的信息模型、规范标准。但是，在方法论层次上如何构建这些日益复杂化的分布式学习系统，目前国际上尚缺乏可靠的理论模型。现代的主流软件工程技术主张采用模型驱动的方法进行软件系统的构建。因此，从教学系统设计与软件系统设计相结合的角度出发，构建一套分布式学习系统设计的模型化方法，实现分布式学习系统的软件建模，以支持分布式学习系统的有效开发，有着重要的现实意义与应用价值；同时，也将会从方法论上丰富教育技术学领域中教学系统的设计理论与开发理论。围绕这一问题，本研究从理论基础、分析方法、建模过程与模型表示几个角度出发，，对建构主义学习环境设计理论、教学系统设计方法、面向对象方法、UML建模技术等相关理论、方法与技术进行了多角度、交叉性的研究。通过理论分析与实践研究，建立了一套以“学习角色—学习活动—学习环境”模型框架为核心，面向分布式学习系统(环境)开发的软件建模方法，简称为RAE(Role-Activity-Environment)方法。要全文共八章，其中第二、四、五章是本论文的重点。全文的框架如下: 第一章:介绍了本研究拟解决的关键问题、实践基础与研究的内容、目标与方法。第二章:综述了分布式学习系统的基本概念，分布式学习系统设计的理论基础、技术基础，从静态、动态两个角度提出了分布式学习系统的抽象模型，并以此为基础，从系统要素和建模方法两个维度界定了分布式学习建模研究的问题域。第三章:从现代软件建模技术的角度出发全面论述了分布式学习系统软件建模的基础。包括基本概念、面向对象的建模技术和分布式系统的软件模型表示方法、技术。第四章:从基本思想、模型抽象方法、建模过程、应用框架和模型表示几个层面论述了 RAE的理论框架。阐述了RAE方法的核心思想:(l)分布式学习系统建模以“学习角色一学习活动一学习环境”抽象模型为框架核心，不断演化;(2)以学习用例为驱动，以“角色一活动一环境”模型为框架，多次迭代实现系统的建模;(3)以活动理论为框架指导系统的学习活动分析，构建系统的分析模型一一需求模型和学习活动模型;(4)以“设计模式(Design Pattems)”方法指导系统的环境设计，构建系统的设计模型一一学习环境模型与实现模型; (5)以UML、XML表示系统的软件模型。第五章:详细论述分布式学习系统的需求模型、学习活动模型、学习环境模型和实现模型的构建方法与模型表示问题。第六章:提供一套支持RAE方法的建模参考模板。第七章:RAE方法的应用研究，包括:(l)建模工具原型的研制;(2)通过RAE在实际项目开发中的应用案例，分析了RAE建模方法的应用，初步验证RAE方法的有效性。第八章:研究结论。
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教学系统工程,文献

中心经过多年研究提出的一套教学工程方法，也是目前比较系统全面的一套教学系统软件工程方法。根据他们的定义，教学工程指的是分析、设计、开发和发布基于计算机的教学系统方法，它集成了概念、教学系统设计的过程和原则、软件工程和认知模型。MlsA方法于1994发布第1个版本，目前已发展到第4个版本。MISA方法主要是为了解决电子学习系统的分析、设计问题，使电子学习系统具有互操作、重用性、分布式等特点而提出的。它基于以下几个原则进行研究:①信息系统方法;②基于知识的设计;⑧多代理系统;④多样化媒体材料与宏观设计;⑤建构主义教学。MISA教学系统工程方法的基本框架概念如图1所示。MISA方法把工程过程定义为六个阶段，四个领域。六个阶段分别为:①项目定义;②初步分析;③框架体系结构定义;④学习材料和资源设计;⑤学习系统产品与确认;⑥产品实施计划。四个领域如图1所示，MISA方法认为学习系统包括“学习系统蓝图”和“物理电子学习系统”两个方面，“学习系统蓝图”包括“知识模型”、“教学模型”和“媒体模型”，“物理电子学习系统”包括“传送模型”。MISA方法的过程基于其特定的模型进行，采用MISA方法进行电子学习系统的设计，要完成35个任务，每完成一个任务，产生一个可交付的结果，类似于软件工程中的分析设计文档。MISA是综合了教学系统设计、知识工程和信息系统工程的方法论，结合目前电子学习系统技术特点而设计的一套系统设计方法，它强调了“工程(。ngineering)”的概念。提出电子学习系统工程的4个领域、6个阶段和35个主要任务，并开发了相应的软件设计支持工具，是目前在电子学习系统设计理论方面最全面的一套方法。

分布式学习,系统软件,建模

个不同层次进行建模。因此，以系统要素、模型的抽象层次两个维度建立分布式学习系统的建模框架体系，构成分布式学习系统软件建模的9个问题域。如图7所示。模型设计分析方法理论基础角色学习活动学习环境图7分布式学习系统软件建模的问题域其中三个要素包括:(l)学习角色:包括分布式学习中不同学习角色的学习、创新、交流、技术后援的功能、信息模型以及相应的支持技术工具，学习角色的属性标准，学习角色的模型表示等问题。(2)学习活动:包括学习活动作为设计学习环境框架的理论，学习活动与资源、技术支持的关系，学习活动的模型表示。(3)学习环境:包括学习环境的设计理论、模型，学习环境的构成、分类，学习环境的模型表示。模型从抽象层次上又可以分为概念模型、逻辑模型和物理模型:(l)概念模型:是最抽象的模型，是人们根据所要达到的目标和所具备的领域知识、经验等构造出来的。(2)逻辑模型:是在概念模型的基础上构造出来，其在原理上是可行的。它考虑了模型总体的合理性、结构的合理性和实现的可行性，但它只在逻辑上说明对象系统，而没有具体的细节。(3)物理模型是一个完全确定了的模型
【学位授予单位】：华南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：G434

【引证文献】