王立峰 杜玉波

摘 要 高校图书馆构建学习对象库，对开发和实施具有标准化、体系化和可重用的学习对象具有重要意义。文章以LOR4PLE（面向PLE的学习对象库）为例，阐述了LOR4PLE的学习对象管理、体系结构和关键技术。其中，LOR4PLE的学习对象管理包括整合性、标准性、一体性、重用性和开放性五个方面;体系结构包括通信层、数据层、语义层和应用层;关键技术包括MASHUP整合获取、IEEE LOM元数据、基于IEEE LOM元数据的语义推理模型、REST开放接口等。LOR4PLE的构建，初步实现了高校图书馆通过学习对象为外部平台提供底层数据收集、组织、管理和服务功能。

关键词 学习对象库 学习对象 个人学习環境 知识管理

分类号 G443;G258.6

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2020.08.009

The Construction of Learning Object Repository for University Library： Taking LOR4PLE as an Example

Wang Lifeng， Du Yubo

Abstract The Learning Object Repository（LOR） for university library promoting development of standardized， systematic and reusable Learning Object. Through the example of LOR4PLE studies， this article lists the details on the design idea，system structure and the key technologies of the learning object library.The learning object management of LOR4PLE includes five parts： integrity， standardization， systematization， reuse and openness. The architecture includes communication layer， data layer， semantic layer and application layer. The Key technologies include MASHUP， IEEE LOM metadata， semantic model and REST. The construction of LOR4PLE has initially create the functionalitiesfor university library to supportexternal service calling from related to low-level data collection， organization， management and services.

Keywords Learning object repository. Learning object. Personal learning environment. Knowledge management.

在信息技术高度发展的今天，基于各种终端及学习平台系统的网络学习越来越受到人们的重视。数字学习资源是支撑学习者网络学习的重要基础，是高校图书馆数字馆藏资源建设的重要对象。虽然当前的各种学习平台的数字化资源数量众多，但资源缺乏组织、泛化无序等问题[1]也尤为突出。由于数字学习资源元数据缺乏统一的标引标准及各学习平台资源系统服务相对封闭等原因，学习者难于有效整合分散在互联网上的各种学习资源与服务。本研究认为，高校图书馆构建具有整合性、标准性、一体性、重用性和开放性的学习对象库是解决上述问题的理想方案之一，对帮助学习者在网络学习过程中充分利用各种数字学习资源与服务具有重要的意义。

1 学习对象库文献综述

1.1 学习对象库的含义及特征

学习对象是在面向对象的计算机科学与构件理论基础上产生的[2]。学习对象的定义最早由IEEE学习对象元数据工作小组在2000年首次提出，他们认为：“学习对象是任何数字或非数字化的实体，这种实体可以在技术支持学习的过程中被利用、重用或作为参引。”[3]现在被学者广泛接受的学习对象定义是：任何可以重用以支持学习的数字资源，并且可以在多个教学情境中使用[4]。

学习对象库（Learning Object Repository， LOR）是在学习对象研究的基础上发展起来的，是对学习对象体系化、标准化、教学化的深层次发展，其典型观点主要有以下几种：Lynch认为学习对象库作为机构知识库不仅仅是一套固定的软件和硬件，更是一个网络，在构建之前必须考虑六个观点，包括政策、组织、文化、材料、技术和基础设施[4]。学习对象库是对数字资料的管理与组织，包括长期保存、组织、访问或发布[5];Downes将学习对象库描述为“学习精炼厂”[5]118，意为学习对象库是支持不同形式学习的场所，具有凝练知识的作用;Marenco和Makevich认为学习对象库是“教育内容有组织的内容递送机制”[5]118，强调学习对象库对学习对象的组织与可重用特性。学习对象库的特征方面，Wiley的观点得到了学者们的重视与广泛接受。他认为学习对象库应具有可访问性，互操作性，适应性，可重用性，持久性和小粒度性共六项关键特征[2]。

虽然对学习对象内涵和特征的表述有所差异，但都认为学习对象库是一种电子数据库，包含可被访问、检索和使用的教育信息小单元的集合，并具有独立用户界面和架构，支持教学与学习者自主学习等活动，允许用户实现各种级别的交互及跨平台互操作等功能。学习对象库是数字学习资源规范化和科学化管理基础性工作，对促进网络教学与学习平台的科学建设和可持续发展具有着重要意义。

1.2 学习对象库国内外研究热点

近五年来，国外关于学习对象库的研究在教育、图书馆和计算机等领域取得了长足的进步。本文通过相关文献[6-15]将国外学习对象库研究归纳为以下三个热点方向：（1）学习对象库智能检索与推荐方面，主要包括语义本体描述与推理机制、学习对象推荐过滤算法策略、元数据扩展等内容;（2）学习对象库支持教学与学习平台方面，包括元数据标准研究、学习对象库跨平台互操作、基于学习对象库的平台构建研究等内容;（3）学习对象库运维与发展方面，包括学习对象的适应性、可持续、可重用和数字版权管理等内容。

21世纪初，学习对象引入我国，初期众多学者对学习对象做了大量的基础性和应用性研究。基础性研究主要包括学习对象概念、学习对象特征、学习对象分类、学习对象可重用、元数据及扩展元数据、数字版权、本体描述、学习对象库构建框架等方面;应用性研究主要包括学习对象支持网络课程设计、支持跨平台检索、支持学习平台、基于学习对象的教学资源与学习资源设计研究等方面。

虽然我国关于学习对象的研究开展比较早，但关于其后续发展——学习对象库的研究在我国相关领域还没有得到足够重视。在涉及学习对象库的体系化管理、智能推荐、跨平台互操作、数字版权管理和可持续性发展等方面仍有着较为广阔的研究空间。因此，我国高校图书馆探索学习对象库建设的相关理论与实践，对其进一步发挥支撑教学与科研文献服务的作用具有重要意义。

2 高校图书馆学习对象库LOR4PLE及其管理特征

个人学习环境（Personal Learning Environments，PLE） 是在泛在计算、社会软件、网络学习的环境下，为促进学习者基于网络环境的知识建构、提高学习者网络学习效率应运而生的。PLE是能够在不同终端使用的一个独立的E-learning系统[16]，其底层数据需求主要为对不同平台及类型的学习资源整合与体系化管理。

LOR4PLE的英文全称是Learning Object Repository For Personal Learning Environments，意为面向PLE的学习对象库。LOR4PLE是以标准化的学习对象作为基本数据存储和管理单位，面向PLE系统提供各种数字学习资源的收集、整合、加工与发布等服务的独立资源管理系统平台，其主要功能包括三个方面：一是能够收集和整合外部数字学习资源，并将其转化为元数据标准化的学习对象;二是能够将系统内部的学习对象进行二次知识组织，实现对学习对象的体系化与可重用管理;三是能够为各种网络教学与学习平台提供开放接口，提供学习对象的浏览、检索、交互等服务。LOR4PLE的构建，是我国高校图书馆对学习对象体系化管理、可重用管理、语义检索和跨平台数据交互的进一步探索。作为LOR4PLE基本存储和管理单位，學习对象的管理主要表现为整合性、标准型、一体性、重用性和开放性五大特征。

2.1 整合性

数字化学习资源整合的目标是通过对资源的收集、有序化组织和管理，解决资源与学习者需求间的矛盾，为学习者提供体系完备与功能强大的资源体系，促进数字化学习过程的顺利开展，提高资源利用效率[1]78。LOR4PLE中学习对象的整合性体现在外部数据收集与数据再加工两个方面。外部数据收集方面，LOR4PLE能够收集两大类的外部数字学习资源：一类是商业数字化学习资源，该类资源具有存储的集中性、版权要求高、元数据标引规范、资源组织规范等特点，如中小学课件库、商业学术期刊库、电子图书数据库等;另一类是非商业数字化学习资源，具有存储零散、版权要求相对较低[16]、元数据标引不规范等特点，如开放教育资源库、学习社区、虚拟学习环境、学习内容管理系统等存储的数字化学习资源。数据再加工方面，LOR4PLE对收集到的外部数字学习资源进行重新整理和元数据加工，对学习对象进行有序化组织和管理，进而实现对数字学习资源的有效整合。

2.2 标准性

分布在网络中的各种数字学习资源元数据在规范性与标准性方面差异巨大，这是造成学习资源整合困难的主要原因之一。对数字学习资源进行标准的元数据再加工、再封装是高校学习对象库的重要任务。在学习对象元数据和封装的选择方面，LOR4PLE采用能够符合国际标准（SCORM标准）的元数据进行学习对象统一标引。SCORM标准能够提供一套能被广泛接受和贯彻执行的数字化学习标准[17]，其中包括关于用户与学习对象之间信息交流的应用编程接口、描述这些信息的定义数据模型、实现学习内容互操作的内容包装规范、用于描述学习内容的标准的元数据元素集合，以及用于组织学习内容的标准排序规则。

2.3 一体性

学习对象既是学习对象库的基本存储单位，也是学习对象库管理的主要对象。将所有的学习对象进行一体性管理，能够有效帮助学习对象库实现学习对象整合检索、体系化管理、语义推理、知识组织、标准开放接口调用等高级数据管理与交互功能。在LOR4PLE中，学习对象可以是任何能够支持学习的数字资源，如一个课件、一张图片、一个文档、一段视频等。无论上述学习对象属于哪一类的资源类型，LOR4PLE均采用相同的数据模型、内容包装规范和元数据集合对各类型学习对象进行统一的加工，以实现LOR4PLE中学习对象的一体性管理的目标。

2.4 重用性

鉴于高质量学习对象制作需要大量的时间成本和人力成本等因素，实现学习对象的可重用性具有着积极的现实意义。数字学习资源重用性的基本思想在于一旦开发了学习内容后，所涉及的学习资源将可以在不同的学习环境中多次使用。如果学习内容被切割成小块的、模块化的组块（学习对象），开发者就可以把这些学习对象组合和重组为新的学习内容[18]。LOR4PLE的重用性主要是指将学习对象库系统内部的学习资源进行粒度化处理（即将学习内容切割为以知识点为单位的模块化组块），进而实现其支持学习对象可聚合与可重组的重用性功能。

2.5 开放性

开放是学习对象库的目的，也是体现学习对象库的价值所在。具有开放性的高校图书馆学习对象库可为网络学习平台持续发展提供所需要的体系化、标准化和支持跨平台交互的底层数据服务。LOR4PLE具有完备的开放性，面向系统外部的各种网络学习平台提供统一的标准开放接口，支持外部系统与LOR4PLE中存储的学习对象进行跨平台的数据通信、交互与管理。

3 高校图书馆学习对象库LOR4PLE体系结构

知识管理视角下，PLE支持学习者通过知识客体转化进行知识建构[19]。依据网络学习过程中知识转化的不同状态，学习者的知识建构分为知识获取、知识组织、知识利用和知识共享四个子活动，它们相互依赖、相互作用，知识的转化过程是连续的、螺旋上升的。结合知识管理视角下PLE的知识建构需求与学习对象管理整合性、标准性、一体性、重用性和开放性的要求，将LOR4PLE分为学习对象获取、学习对象组织、学习对象重用和聚合、学习对象库开放接口共四个核心模块，并依此构建学习对象库体系结构，如图1所示。

LOR4PLE体系结构设计与网络环境下学习者学习过程中知识转化呈现的不同状态相对应，充分体现LOR4PLE对学习者网络学习知识转化过程的有效支撑。从技术开发的维度上看，LOR4PLE体系结构分为通信层、数据层、语义层和应用层，各层之间能够进行直接或间接通信与交互。具体表现为：（1）外部系统可通过应用层中开放接口直接调用语义层中的知识重组和知识聚合功能，对数据层中的学习对象进行各种操作;（2）外部系统对数据层学习对象的使用情况会被记录在该学习对象的数据模型中;（3）外部系统可通过间接使用通信层中的学习资源获取功能，将学习资源上传到LOR4PLE，并进行必要的数据标准化工作。LOR4PLE四层体系结构设计将有助于与各种网络学习平台系统间无缝链接与互操作，保证底层数据组织、管理与服务功能的实现。

3.1 LOR4PLE通信层

LOR4PLE通信层由商业学习资源获取模块与非商业学习资源获取模块两部分组成，主要负责各种数字化学习资源的获取。学习资源获取是以学习单元（目标）为导向，将不同商业学习资源平台与互联网上分散的非商业学习资源通过整合获取的方式获取的过程。该过程是LOR4PLE构建的第一步，和学习者网络学习知识建构的知识获取环节相对应。非商业学习资源获取主要通过网络抓取技术实现，其模块具有网络数据自动检索、识别、下载、批导入等功能;商业学习资源获取主要通过购买方式实现，其模块具有识别、批导入等功能。

3.2 LOR4PLE数据层

LOR4PLE数据层由基于IEEE LOM元数据和SCORM标准的知识组织模块组成，主要负责不同类型学习对象元数据标准化加工、粒度化及内容封装，并建立LOR4PLE数据仓储。在学习对象元数据标准化方面，知识组织模块的主要功能包括学习对象知识表示、学习资源包LOM 元数据描述、学習对象交互模型扩展元数据描述、学习对象封装等方面。在建立LOR4PLE数据仓储方面，知识组织模块要求LOR4PLE能够支持符合SCORM标准的学习对象资源包的自动解析导入。对于不符合SCORM标准的学习资源，可以在学习对象库提供的IEEE LOM编辑模板下，手动录入相关元数据，并将学习资源导入LOR4PLE数据仓储的过程。

3.3 LOR4PLE语义层

LOR4PLE语义层由知识重组模块和知识聚类模块两部分组成，主要负责学习对象的重用与聚类。在知识重组方面，LOR4PLE通过应用IEEE LOM元数据语义标引及扩展标引技术能够根据IEEE LOM元数据语义描述、语义关系及学习对象粒度大小进行语义逻辑推理，从而得出新的学习对象组合方式。这种新的学习对象组合方式不但能够在一定程度上帮助学习者获取新的学习资源，而且能够有效帮助学习者建立不同学习对象知识之间的关联，促进学习者对知识的深入理解。在知识聚类方面，LOR4PLE为用户提供了多种维度学习对象聚合形式，包括知识元维度（如以知识点为汇聚中心）、学习者特征维度（如以学习资料的难易程度为汇聚中心）、学习资源类型维度（如以课件为汇聚中心）等方面。学习对象聚合的范围由学习者控制，可以是整个LOR4PLE数据仓储的所有学习对象资源，也可以是学习者自主定制的学习单元相关的学习对象资源。

3.4 LOR4PLE应用层

LOR4PLE应用层由网络学习空间开放接口模块组成，主要负责PLE系统或不同网络学习平台系统与LOR4PLE内部的数据层和语义层实现数据获取及数据交互。在数据获取方面，LOR4PLE应用层整合了网络环境下学习者学习资源获取、学习对象组织、学习对象重用与学习对象开放访问等所有数据操作，为学习者的知识建构提供所需的知识获取、知识组织、知识利用、知识共享等全部服务功能。在数据交互方面，LOR4PLE支持通用性交互和个性化交互两种交互形式。通用性交互是学习者与学习资源产生的共同性交互，如学习资源的使用状态、学习资源学习进度纪录等。通用性交互是在学习者利用资源学习时，由系统自动实现与LOR4PLE中的学习对象进行交互;个性化交互是学习者根据自己的学习风格、学习习惯与具体的学习资源对象进行的主动交互，如学习者在使用学习资源对象时自行标注摘录的学习内容、学习者编写的学习心得等。

4 高校图书馆学习对象库LOR4PLE实现的关键技术

LOR4PLE实现的关键技术主要涉及MASHUP整合获取技术、IEEE LOM元数据标引技术、基于LEEE LOM元数据语义推理技术和REST开放接口技术等。

4.1 MASHUP整合获取技术

MASHUP整合获取技术是实现LOR4PLE通信层资源获取的主要技术，能够支持不同网站内容聚合，具有数据整合能力强和开发难度低的特点[20]。通过富因特网应用程序（Rich Internet Applications，RIA）技术与MASHUP技术相结合，不仅可以实现汇聚不同学习资源的功能，还能够利用本地计算机信息处理能力，进一步整理来自不同网站的学习资源数据，从而实现LOR4PLE在通信层MASHUP整合获取不同学习资源的需求[20]19。

LOR4PLE应用MASHUP整合获取技术时，首先通过OPEN API接口或网页抓取等技术，远程连通不同学习平台系统资源服务器;其次，对检索结果进行初步的处理与分析后，整合获取到LOR4PLE通信层;最后，在LOR4PLE通信层中对检索结果汇聚的数据进一步加工、整理，过滤冗余信息，将来自不同网站的检索结果规范为LOR4PLE可识别和管理的学习资源基础数据。

4.2 IEEE LOM元数据标引技术

IEEE LOM元数据标引技术是实现LOR4PLE数据层知识组织的主要技术，负责将来自LOR4PLE通信层的学习资源基础数据进行学习对象元数据标准化工作。元数据主要包括描述类元数据和语义关系类元数据两个部分。描述类元数据工作是实现LOR4PLE资源聚合功能、与外部PLE系统数据交互功能的基础;语义关系类元数据是实现LOR4PLE知识重组功能和语义检索功能的基础。

描述性元数据方面，LOR4PLE充分利用IEEE LOM元数据对学习对象的资源主题、学科分类、媒体类型、用户类型、学习难度、语义特征等方面进行系统的描述。如General.Keyword描述学习资源主题;Technical.Format描述学习资源存储文件格式，如JPE、CAJ;Education.Interactivity Type描述学习资源的交互类型，如主动型、解说型、混合型;Education.Learning Resource Type描述学习资源的资源类型，如教材、试题、课件、素材;Education.Intended End User Role描述学习资源的终端用户类型，如教师、学习者、管理者;Education.Context、描述学习资源的试用范围，如幼儿教育、初等教育;Education.Difficulty描述学习资源的学习难度，如容易、比较容易;Classification.TaxonPath.Taxon描述学习资源的分类，如医药学、教育技术学。

语义关系元数据方面，LOR4PLE利用Relation.Kind描述学习对象与Relation.Resource之间的关系，包括ispartof、isversionof、isformatof、referencesis、

basedon、requires在内的六种语义关系共12个键值。

4.3 基于LEEE LOM元数据语义推理模型

基于LEEE LOM元数据语义推理技术是实现LOR4PLE中学习对象知识重组功能的关键技术。在利用LEEE LOM元数据语义描述的基础上，LOR4PLE在学习对象存储过程中同时建立语义表与资源表，实现对学习资源的语义检索与知识重组功能。该过程主要包括语义存储与语义检索两部分。

（1） 语义存储。语义存储是LOR4PLE系统通过解析SCORM标准学习资源包中的imsmanifest.xml文件，将学习资源及其元数据分别自动导入到LOR4PLE相对应资源表和语义表的过程，如图2所示。资源表负责存储学习对象及学习对象描述类元数据，语义表负责存储学习对象对应的语义关系。

（2） 语义检索。LOR4PLE通过资源表与语义表协同配合的方式实现用户的语义检索功能。在用户输入检索的关键词后，LOR4PLE系统通过资源表与语义表共同作用自动判断命中的学习对象是否具有语义关系，如图3所示，并将与命中记录具有语义关系的学习对象资源一同作为检索结果显示出来，同时标明检索结果相互之间的语义关系。

4.4 REST开放接口技术

互联网上的资源与服务之所以难于整合，除了多数网站采用各自独立的数据存储格式和资源描述形式外，还有大部分网站故意封闭自己的系统，拒绝为外部系统提供相关开放接口。因此，提供必要的开放接口，开放网站的资源与服务，是实现资源整合与共享的重要途径，也是互联网信息共享服务发展的一个重要理念。LOR4PLE采用轻量级PHP5开源框架Slim Framework技术实现REST风格的开放API功能。利用Slim Framework所具有的HTTP routing、Named routes、Route passing、Route redirects、Error handling等特性[21]，LOR4PLE提供具有跨平台性的、开放的GET、POST、DELETE、PUT等接口技术。LOR4PLE开放API功能全面支持PLE系统或其他网络教学与学习平

台通过不同终端（PC、Android、iOS）对LOR4PLE进行实时的访问、操作和数据交换，满足PLE系统或其他网络教学与学习平台对LOR4PLE中学习对象的组织、检索、更新、交互等操作功能需求。

5 结语

高校图书馆构建学习对象库是学习对象研究的进一步发展，对开发和实施具有标准化、体系化和可重用的学习对象有着重要意义。LOR4PLE是依据学习者网络环境下知识建构过程进行学习对象库体系结构设计的开放系统，体现了学习对象管理的整合性、标准性、一体性、重用性和开放性，实现了面向PLE提供底层学习对象获取、學习对象组织及仓储、学习对象开放交互等服务功能。

MASHUP整合获取技术对提高学习资源全面获取效率与过滤效果具有一定积极意义。采用IEEE LOM元数据描述和SCORM标准的LOR4PLE不仅可以满足用户检索的聚合需求，还可以在一定程度上（轻量级）实现学习对象知识重组和语义检索的要求。LOR4PLE具有REST风格的开放API能够满足PLE和其他外部网络学习平台系统对LOR4PLE仓储学习对象的体系化操作与交互。在实际的系统试运行中，LOR4PLE在可行性、稳定性、有效性等方面得到了初步的验证。

LOR4PLE是高校图书馆构建学习对象库的一次实际尝试，同时也为其他学习平台的底层数据设计与建设提供一定的借鉴意义。由于时间和技术能力等原因，LOR4PLE在采用语义本体技术、实现学习对象系统自动推荐功能、学习对象库可持续发展和学习对象版权保护等方面的研究存在着不足，这也是LOR4PLE继续发展的未来方向。

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