基于Mashup技术的PLE模型的研究与实现

王 静，祁 超，陈 健

(陕西师范大学 计算机科学学院,陕西 西安 710062)

基于Mashup技术的PLE模型的研究与实现

王 静，祁 超，陈 健

(陕西师范大学 计算机科学学院,陕西 西安 710062)

Mashup技术的出现为在线学习提供了新的机遇与挑战。虽然在线学习提供了学习资源的共享空间，但由于学习资源的内容繁多，分类模糊和学习环境的强制被动性，降低了学习者的学习效果。因此文中基于Mashup混搭技术设计和开发了PLE模型，旨在提高在线教育的“个性化、易用性、可扩展性、实用性”。首先，根据Mashup的研究现状和学习者的实际需求，分析了PLE模型应该具有的属性和特征；然后，利用Mashup设计和实现了PLE模型所需的主要功能模块，并采用“LMS-MOS”的混合式教学模式对该模型进行优化，进一步提高学习者的学习质量；最后，在EKLOE平台上验证了该模型的可行性和有效性，证明该模型不仅降低了开发难度和支持学习者的个性化学习环境，同时还提高了学习者的学习质量。

个人学习环境；混搭；学习管理系统；个性化

0 引 言

随着Web2.0技术的发展，软件的可扩展性、个性化、实用性等引起了人们的重视。PLE[1](Personal Learning Environment,个人学习环境/个性化学习环境)从传统的LMS[2](Learning Management System，学习管理系统)阶段到现在鲜为人知的MOS(Mobile Online Study，移动学习网络)，在这些方面总是顾此失彼。基于Mashup[3]的PLE不仅需要满足教务教学、行政管理的需求，它还要满足学生的个性化要求，同时，它还要提供给学习者更好的人机交互体验，促使学生产生兴趣完成学习活动。

Mashup的概念是在2004年从音乐界被提出的，意思是将不同风格的音乐揉合在一起，创作出新的曲子。Mashup，计算机中意思为聚合，其应用是指聚合多种多样的外部数据源格式(如公开的API、XML、RSS、Atom Feeds、Web服务和HTML等)，分为服务器端Mashup[4]和客户端Mashup[5]。其中，后者形成具有统一体验的互联网应用或者网站。它使得人们获取数据和服务的途径变得简单易行，降低了进行开发式体验的门槛。

文中是通过基于B/S的Mashup[6]创建的PLE系统模型。用户不仅可以在该平台下体验正式学习和非正式学习的乐趣，而且还可以便捷地创建、发布、共享及跟踪管理各类widget应用，实现了互联网上数据(或服务)的聚集、发布、共享。

1 系统模型的属性功能

1.1 具有个性化、可扩展、便捷的性能

现在市场上越来越多的公司更加注重软件的质量，人们对软件的体验也要求越来越高。传统的软件应用功能单一、聚合度高，无法满足客户登录一个账号，提供一站式的服务的愿望。Mashup的优势就在于整合不同来源的信息和功能，来获得新的体验，它使许多应用软件通过API接口互相连接在了一起，使用户可以登录一个账号，同时在线多个软件应用。此外，客户端Mashup体现着传统的Web应用程序形式和富Internet应用程序(Rich Internet Application,RIA)形式。它不仅支持客户端个性化自己的学习环境，而且借助AJAX等呈现技术，能做到更好的用户体验。

1.2 具有LMS的教务教学、行政事务管理的功能

LMS是e-learning体系中的管理平台，主要进行教务教学、行政管理等方面的管理活动。LMS主要侧重于正式学习，它是一个以“教师”为核心的学习系统。教师根据学习计划，添加必修和选修的学习内容和相关测试，用来保证一定的教学质量。学习管理系统主要功能包括学员的管理、知识库的管理、教务教学方面的管理等。

1.3 满足MOS的“开放性”功能

MOS是一个以“学习者”为核心的典型学习环境，它的主要构成是课堂演讲视频。在这里，所有的学习资源都是开放的，只要能上网，所有人都能注册这些课程。注册同一课程的学生可以通过加入当地的学习小组或者在在线论坛上讨论等方式，来互相促进、学习。该课的成绩，也是由学生互评产生的。学习者可以根据自己的需要制定自己的学习计划，控制整个学习活动的流程。这种学习方式的典型实例就是MOOC[7](Massive Open Online Courses,大型开放式网络课程)，移动网络学习主要功能包括知识库和个人学习空间。

随着电子服务的发展，人们对软件应用的要求越来越多，需求也越来越复杂。为了实现“个性化”学习环境，重点考虑了基于Mashup的PLE模型。同时，传统的LMS是以教师为活动中心来从事一切教学活动的学习环境，这样的学习环境更像教师的办公OA系统，大量的被动性削弱了学生主动学习的兴趣。MOS虽然是以学习者为核心的典型PLE，然而，由于MOS自身的过于开放性、自由性，大量的资源筛选浪费了学习者较多的精力，同时，对学习者自主性和自控力也提出了挑战。为了解决LMS的缺陷，又避免MOS的缺陷，采用“LMS-MOS”(LMS与MOS相结合)的混合式教学模式，优化了基于Mashup的PLE模型。

2 系统建模分析

具有教学目标的基于Mashup的PLE已是潮流发展的新趋势。它并不是将LMS与MOS进行简单的结合组成的PLE，而是根据学习者的学习目标和学习成果综合考量的。学习者不仅需要完成教师规定的学习任务，还可以根据自己的特殊情况和兴趣扩充课外知识，因此，需要重新定义人们需要的模型。

角色：LMS是一个为学习者预先设定好的学习环境，它的主要角色是教师。MOS强调于学习的个性化，它是一个以学习者为核心的学习环境，它的主要角色是学习者。但这两种角色设定方式都不是最佳的。为了既想保证一定的学习成果，又想使整个学习过程开放化、多样化，所以必须将教师、学习者都作为PLE的角色，这两个角色缺一不可，他们各自承担着自己的角色任务。

在该模型中，教师参与到整个PLE中，辅助引导学习者的学习活动，规定基本教学任务、推荐相关学习资源、交流学习方法等。学习者不仅要完成教师规定的相关任务和考核，还可以根据自己的特殊情况和兴趣个性化符合自己的PLE。

用例：具有教学目标的基于Mashup的PLE不仅要规定相关学习者的基本学习任务，而且还要满足学习者个性化需求，所以该模型用例不仅包括学员管理、知识库管理、教学管理等，还应包括学习者自己的个人学习空间和一些学习辅助工具。该模型的用例之间是相互联系的，甚至是教师和学习者共同参与的。比如知识库不仅是LMS中教师预先设定好的，还有与学习者在学习过程中共同不断完善出来的。为了更好地促进学习者完成学习活动，利用Mashup技术集成了学习互动和学习工具等模块。图1和图2分别是该模型的用例图与活动图。其中，教学管理模块就是像LMS中教师根据一定的教学目标，有目的地预先设定好的学习任务(即正式学习[8])，个人学习空间是学习者根据自己的特殊情况和兴趣自行设定的学习任务(即非正式学习[9])。学习社交模块主要是学习者与教师，或学习者之间进行学习交流的场所。学习工具模块主要是用来辅助学习者更快、更高效的学习。利用Mashup技术将这些模块聚合在PLE中，形成一个有质量的，扩展性高的、符合学习者需求的个性化学习环境。

图1 PLE模型用例图

图2 PLE模型活动图

3 模块功能与细化

3.1 学员管理

学员管理模块主要是教师对学员的基本信息、成绩信息、用户管理的增、删、改、查。学员的基本信息包括学员的姓名、性别、年龄、学号、班级编号、身份证明、家庭地址、家庭电话、所学专业、入学日期等。成绩信息主要是学员参加考试科目的成绩。用户管理模块主要的任务是对申请注册的学员权限分配的相关处理。

3.2 知识库模块

知识库模块即是学习资源模块。知识库[10](Knowledge Base)是针对某一领域问题求解的需要，采用某种知识表示方式在计算机中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识片集合。这些知识片包括和领域相关的理论知识、事实数据，由专家经验得到的启发式知识，如某领域内有关的定义、定理和运算法则及常识性知识。该模型中主要分为文档类、视频类、音频类、图片类和其他类等几部分知识库。各数据库不仅包含教师预先设定好的学习资源，还包含学习共同体在学习过程中创造的学习资源(如日志)。

随着学员与教师的需求不断增加，知识库模块中加入了检索系统和学习资源推荐系统。如图3所示，在检索系统中，已不像以往的应用软件只是采用数据挖掘来作为主要支撑技术。在该模型中，检索系统首先经过了服务器端Mashup的聚合，分别从文档、图片、视频、音频、其他(日志)等各数据库中通过RSS、ATOM、屏幕抓取、爬虫、OpenAPI等方式将数据库聚合成专题性数据库和综合性数据库，之后这两个数据库经过析取、转换、清洗、综合，形成一个由数据元组成的数据仓库。数据仓库还可以生成几个面向特定主题的数据集，再经过数据挖掘、OLAP(联机分析处理)检索出来的学习资源通过可视化接口呈现给学员。在数据挖掘的底层加入Mashup数据聚合，极大缓解了数据仓库的瓶颈，提高了数据运算的效率。

图3 资源检索底层实现图

学习资源推荐系统[11]是根据学员所选专业、所学课程、订阅内容以及系统跟踪的学习轨迹等多方面匹配与学员最近学习相关的学习资源，可以减少学员在大量复杂的网络资源中寻找自己感兴趣的资源所消耗的精力与时间。就像淘宝那样，系统根据用户所浏览的商品推荐与之一样或相关的商品，减少了用户在淘宝这个大市场下自己寻找心仪商品的时间，同时增强了消费者的满意度。

3.3 教学管理模块

教学管理模块就是像LMS中教师为了保证一定的教学效果有目的地预先设定好的教学方案，即正式教学。它主要分为教学计划、教学内容、教学考核、教学评价四个方面。教学计划是教师根据一定的教育目的和培养目标制定的教学和教育工作的指导安排。教学内容是教师根据教学计划有目的地对学生安排的一些学习任务，主要是课程的学习内容，这是制定教学计划中最关键的环节，也是主体部分。教学考核是对教学过程的检验，对学员学习效果的综合测评。现在的考核方案已不像LMS中那样只是简单地通过考试来评定教学效果，而是分别以阶段性考试成绩，平时课题参与度、课题贡献度等多方面以恰当的比例来综合测评的。教学评价是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并为教学决策服务的活动。

在该模型中主要是对学生学习效果的评价和教学过程中教学内容以及教学环境的评价。评价的方法主要有量化评价和质性评价。这几个阶段循序渐进，缺一不可，构成了整个教学管理的完整体系。图4是整个教学管理模块的流程逻辑图。随着科技的发展，教育管理系统新增了一些学校办公OA功能，如发布通知，发布任务，教师内互相沟通，事物提醒等功能。

图4 教学管理模块逻辑图

3.4 个人学习空间模块

个人学习空间模块[12]即是学习者自主学习的管理模块。重点体现了学习的“个性化”，与以往传统的教育不同的是自主学习的主体是学习者自身，学习者可以突破传统教育的教师限制、课堂限制、学习资料限制，学习者可以根据自己的特殊情况和兴趣选择适合自己的学习方案。该模块也是基于客户端Mashup技术实现的。为了取得好的学习效果，学习者必须首先同教学管理模块中一样完成相应的学习过程，当然个人学习空间模块中存在着教师事先预定好的某些课程模板(从教学计划到教学评价)，也可以供学习者参考使用。如图5所示，下面是学习者在该模块下涉及到的典型活动。

(1)学习者根据自身情况或兴趣点击添加一门课程，制定这门课的学习计划，也可以参考模板来选择。

(2)根据这门课的计划，选择恰当的学习内容。学习者既可以搜索[13]这门课的网络资源，并利用Mashup技术将这门课的学习内容集合到自己的PLE中，也可以通过在已有的知识库中选择添加学习内容，甚至可以通过相关资源推荐选择自己的学习内容。

(3)学习内容选定之后，必须添加一定的学习测试，作为这门课程的相关考核。同选择学习内容的方式一样，有四种不同的选择方式，分别是从知识库筛选、参考模板、参考资源推荐、自己Mashup外部网络资源。

(4)学习者要对本次的课程学习做出相关评价，作为其他学习者选择学习的参考依据。这个评价属于自主评价，可以是对整个学习过程的评价，也可以是对整个学习环境的评价。

为了保证自主学习的学习效果，这四个方面的活动是循序渐进的，缺一不可。当然，设定好的活动内容不是不能改变的。考虑到学习过程中的各种因素，学习者是可以根据自身情况将活动内容进行相关修改的，但是活动内容不能为空。而且在学习过程中或过程后都可以完成添加的学习考核来检测自己的学习效果。

图5 个人学习空间模块流程图

3.5 学习互动模块

学习互动模块是学员与学员之间、学员与教师之间进行通信交流的。它主要是辅助学员学习的。在学习过程中，学员通过学习互动模块可以讨论问题、解决问题。它主要分为即时通讯、非即时通讯两大类。即时通讯[14](Instant Messenger，IM)是一种基于互联网的即时交流消息的业务，本质是一种通讯软件，是依靠互联网或手机短信，以沟通为目的，通过跨平台多终端的通讯技术来实现集丈图声的低成本高效率的蛛合型的通讯平台。代表有：手机短信、MSN、QQ、Facebook等。非即时通讯代表有Wiki、E-mail、博客、论坛等。传统的登录方式需要学员输入每个应用软件的账号跟密码，而且呈现在不同窗口中，如表1所示。

表1 学习互动模块分类

基于Mashup的该模块，可以使多个应用软件聚合在一个窗口，方便了学习者的登录活动，提供给学习者更好的人机交互体验，节省学习者的时间，促进学习者更好地完成自主学习活动。

3.6 学习工具模块

学习工具模块是帮助学员更迅速、更有效的学习的工具。传统意义上的学习工具都是生活中的实体，与传统的学习工具相比，这个学习工具是虚拟的。该模块也是基于Mashup技术实现的，比如“我的收藏”、“我的订阅”、“Google搜索”、“翻译工具”等。同时，随着Web2.0和客户端Mashup技术的发展，该模块就像一个可扩展的应用商店一样，利用Mashup技术通过开源的APIs接口将人们需要的学习工具聚合在这个PLE中的学习工具窗口[15]之下。在这里，学习者可以添加任意开源的APIs接口的应用或模块，操作简单、便捷。

4 验 证

将该模型的设计开发应用到ELKOE(陕西师范大学与西安恩科网络技术有限公司合作项目，为陕西师范大学软件工程专业提供教学资源共享与学习平台建设)平台中，在实际测试使用中收到了比较好的效果。在该学习环境中安排了120名来自不同地区、不同专业的大学生和30名老师参加了这次模型测试。其中，118名学生顺利完成了教学管理模块中的教学任务(正式教学)。这个模型环境受到了108名学生的一致好评，28名老师反映该模型符合实际教学需要，所以说这个模型还是相当成功的。

在ELKOE平台上的该模型系统,在合法登录的前提下，教师跟学习者有不同的访问权限。教师主要负责学员管理模块和教务教学模块，同时也可以参与知识库的预先上传资料、个人学习工具的Mashup、与学习者互动交流等多项活动。学习者主要负责自己的个人学习空间模块和完成教务教学规定的教学任务。为了提升学习效果可以参与学习社交模块和选择自己的学习工具模块。除此之外，为了使学生能够合理地管理自己的学习，提高学习效率，在主页上Mashup了系统中的新闻、论坛、博客、知识库、考试成绩、事务提醒、短消息、用户相关的个人信息和订阅的内容，并且学生可以根据个人学习需求进行相关设置。

通过ELKOE平台中的基于Mashup的该模型,支持学习者个性化自己的学习环境，既保证了学习者一定的学习效果，又为学习者提供了个性化的学习平台。它能够促进学习者的学习兴趣，方便学习者之间的互动，有利于知识的传播、共享。是一个集正式学习、非正式学习、学习互动、学员管理、学习工具等多维的PLE，而且操作简单，开发效率高，可扩展，易于维护。

5 结束语

文中是基于Mashup的PLE模型的初探，并将LMS与MOS融合在一起，重点借用Mashup技术辅助完成开发，尤其是客户端Mashup支持学习者的个性化设置。然而，Mashup最严重的问题是被不信任的服务使用时会很危险，所以在安全方面，整个PLE模型还需要进一步研究。

[1] van Harmelen M.Personal learning environments[C]//Proc of sixth international conference on advanced learning technologies.Kerkrade:IEEE,2006:815-816.

[2] Reigeluth C M,Watson C M,Watson S L,et al.Roles for technology in the information-age paradigm of education:learning management systems[J].Educational Technology,2008,48:32-39.

[3] 沈云凌.Mashup技术的研究与应用[D].上海:上海交通大学,2008.

[4] Huang K,Fan Y,Tan W.An empirical study of programmable Web:a network analysis on a service-Mashup system[C]//Proc of 19th international conference on web services.[s.l.]:IEEE,2012:552-559.

[5] Salminen A,Mikkonen T,Nyrhinen F,et al.Developing client-side Mashups:experiences,guidelinesand reference architecture[J].International Journal of Ambient Computing and Intelligence,2013,5(1):34-52.

[6] 吴彦文,李 诗,田庆恒.Mashup智能答疑系统的研究与实现[J].计算机工程,2013,39(7):233-236.

[7] Breslow L,Pritchard D E,DeBoer J,et al.Studying learning in the worldwide classroom:research into edX’s first MOOC[J].Research & Practice in Assessment,2013,8(1):13-25.

[8] Nathan M J.Rethinking formalisms in formal education[J].Educational Psychologist,2012,47(2):125-148.

[9] Clary R M,Wandersee J H.Lessons from US fossil parks for effective informal science education[J].Geoheritage,2014,6(4):241-256.

[10] 钟秀琴,刘 忠,丁盘苹.基于混合推理的知识库的构建及其应用研究[J].计算机学报,2012,35(4):761-766.

[11] Nussbaumer A,Dahrendorf D,Schmitz H C,et al.Recommender and guidance strategies for creating personal Mashup learning environments[J].Computer Science and Information Systems,2014,11(1):321-342.

[12] 张 帅,杨 成.培养远程学习者自主学习能力的PLE设计研究[J].江苏广播电视大学学报,2010(3):55-60.

[13] 王秀芝,邹 霞.利用搜索Mashup技术解决非正式学习资源整合问题[J].现代教育技术,2010,20(2):116-119.

[14] 王大锋,刘在强,冯登国.P2P即时通讯软件监控系统的研究与实现[J].计算机工程与应用,2005,41(10):128-130.

[15] 王 玥.云课程平台聚合社会化媒体的网络教学研究[D].南京:南京邮电大学,2014.

Research and Implementation of PLE Model Based on Mashup Technology

WANG Jing，QI Chao，CHEN Jian

(School of Computer Science,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China)

Mashup technology provides e-learning with new opportunities and challenges.Although e-learning can offer the sharing space for the learning resources,the learning effect is reduced by various content and fuzzy classification of the learning resources as well as the passive learning enforcement.In order to advance the personalization,usability and variability of the online education,a PLE (Personal Learning Environment) model is designed and developed based on Mashup technology.Firstly,according to the research status of Mashup and actual demands of the learners,the attributes and characteristics of the PLE model are analyzed.Then,based on Mashup,the main functional modules needed by the PLE model are designed and developed.And for the sake of improving the learning quality of the learner,the LMS-MOS,a kind of blended teaching model,is adopted to optimize the PLE model.Finally,the feasibility and validity of this model are verified on the ELKOE platform.The conclusion indicates that the Mashup-based PLE model not only reduces the difficulties during the developing and supports the personalized learning environment of the learner,but also improves the learning quality of the learners.

PLE;Mashup;LMS;personalization

2015-06-18

2015-09-22

时间：2016-02-18

中央高校基本科研业务费专项资金(GK200902018)

王 静(1991-),女，硕士研究生,研究方向为电子服务与电子学习；祁 超，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为高性能计算、电子服务与电子学习；陈 健,博士，副教授,CCF会员，研究方向为电子服务、服务工程、软件工程。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160218.1634.058.html

TP39

A

1673-629X(2016)03-0053-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.03.013