虚拟实验构件封装与控制规范的研究与应用

华中科技大学硕士学位论文虚拟实验构件封装与控制规范的研究与应用姓名：徐建申请学位级别：硕士专业：教育技术学指导教师：罗晋华2011-02-25华中科技大学硕士学位论文I摘要随着信息技术的发展和互联网技术的日趋成熟，以及终身教育的大力提倡，网络教育已经在国内得到了充分的发展，并得到了国家的大力支持。网络教育与远程教育有着密切的联系。从某种意义上说，网络教育是远程教育的一个分支，是远程教育的一种新的教育方式。网络教育是当今国际国内教育发展的热点，也是现代教育技术的主流发展方向之一。因此，可以认为，网络教育是以学习者为主体，建立在与教育传播理论、现代学习理论紧密结合的计算机、网络、多媒体和通信等技术基础上，以交互性、网络化、实时性、综合性和适应性等为基本特征的新型教育方式，是远程教育的新发展。然而，在网络教育中，由于师生空间的分离，学生难以到学校来做实验，这成为了影响网络教育质量的一种重要因素。虚拟实验的提出很好的解决了这个问题，因此虚拟实验资源的开发提升了网络教育的质量。在我国，网络教育经历了10多年的发展，用于网络教育的资源的开发也经历同样时间的发展，现在的网络资源从2008年开始才真正得到了国家的规范和统一，但是对于虚拟实验资源这一特殊的网络资源，我国还没有提出任何关于其开发的规范和标准，这使得虚拟实验资源的开发、管理、及共享都变得十分困难，而提高网络实验教学资源的共享和复用的关键就是虚拟实验资源的标准化工作的开展。本研究着眼于这一现实情况，从虚拟实验构件封装与控制规范这个虚拟实验标准体系中的子规范入手，主要论述了相关的国内外标准及规范，它的研制过程及主要内容，并对其的应用进行了实践工作。通过本文提出的虚拟实验构件封装与控制规范，可以实现虚拟实验资源的高度共享及扩展。利用研制的规范，可以指导虚拟实验资源的开发者来如何制作出规范化的、可重用的、广泛共享的资源。关键词：网络教育；虚拟实验；构件封装；标注平台华中科技大学硕士学位论文IIAbstractWiththedevelopmentofinformationtechnologyandinternettechnology,andstrongadvocateoflifelongeducation,onlineeducationhasbeenfullydevelopedinourcountry,Onlineeducationreferstounderthenetworkenvironment,withmoderneducationalthoughtandlearningtheory,richvarietyofeducationalresources,educatedandlearnerstoprovideanetworkofteachingandlearningenvironment,tocarryoutnon-facelearner-centerededucation.Aprominentfeatureofonlineeducationisthesharingandreuseofeducationalresources.Avarietyofeducationalresourcesacrossthenetworkdistancelimitations,sothatschooleducationbeyondthecampuscanbecomeabroaderregionalradiationtotheopeneducation.Schoolscangivefullplaytotheirstrengthsandeducationalresourcessubjecttothebestteachers,bestteachingspreadtoalldirections.However,inonlineeducation,duetospatialseparationofteachersandstudents,studentsisdifficulttodoexperiments,whichaffectthenetworkqualityofeducation.Virtualexperimentsproposedagoodsolutiontothisproblem,sothedevelopmentofvirtualexperimentresourcestoenhancethequalityofthenetworkeducation.Onlineeducationafter10yearsofdevelopment,from2008thecurrentnetworkresourceshasgainednationalnormsandunity,buttheresourcesforthisparticularvirtualresources,ChinaHavenotyetmadeitsstandards,whichmakesvirtualexperimentresourcedevelopment,management,andsharinghavebecomedifficult,andexperimentalteachingresourcestoimprovenetworksharingandreuseofresourcesisthekeytothestandardizationofthevirtualexperiment.Inthispaper,basedonthisreality,fromthevirtualexperimentandcontrolcomponentpackagingspecificationinthisvirtualexperimentsub-standardsystemspecificationtostart,mainlydiscussestherelevantinternationalstandardsandnorms,anditsdevelopmentprocessandthemaincontent,anditsTheapplicationofthepracticalwork.Bytheproposedvirtuallaboratorycomponentpackagingandcontrolspecifications,canachieveahighdegreeofresourcesharingvirtualexperimentandexpand.Useofnormsdevelopedtoenablethevirtualexperimentwithdifferentcomponentunitscanworktogethertoimprovethevirtualexperimentteachingresourcesharingandreusability.Keywords:OnlineEducation;VirtualExperiment;ComponentPackaging;LabelPlatform独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文权利使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□√（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论近年来，由于多媒体计算机技术、网络技术、通信技术、新媒体技术、虚拟现实技术等的日新月异的发展，通过技术手段来创设网上虚拟仪器，和构建虚拟实验室已经成为现实，很多建立在新媒体技术基础上的虚拟实验也已经开发成功，并已逐渐成为网络实验教学的一个重要方面。然而，虚拟实验资源这一特殊的数字化学习资源一直以来都面临着共享和重用的问题，因此对虚拟实验标准化的研究显得尤为重要。本章通过介绍研究背景、课题来源、研究意义以及论文的主要工作，给出了本论文的一个整体结构。1.1研究背景从20世纪初开始，网络教育在中国的大地上如火如荼的发展起来了。经过了10多年风雨中的探索发展，目前已经初步成熟。从昀开始的几家网络学院，到现在的68所网络学院，这些学院的分支几乎覆盖到了全国的各个角落。可以说网络教育在中国大地上得到了长足的发展。在网络教育发展的过程中，当然遇到了很多问题，人们也在不断的解决这些问题。有一个问题确是伴随始终，网络资源的共享和复用。何克抗教授曾经从数字化学习资源的内容、类型、管理、技术标准、资源库管理系统之间的互操作以及质量监控六个方面，就其现状进行了分析，也提出了相应的对策。但是，如何解决虚拟实验资源的相关问题，何教授并没有具体的谈到。“无规矩，不成方圆”。自从国家开始大力发展网络教育开始，就成立网络教育标准化委员会，负责制定网络教育中的标准，力求规范化网络教育的发展。从1998年开始，我国政府提出网络的现代远程教育工程。为解决教育资源的开发一致性问题，我国教育部在上世纪末启动了“现代远程教育资源建设技术规范”的制定工作；我国教育部从2001年开始启动了教育信息化技术标准研究项目，成立了中国教育信息化技术标准委员会（ChineseE-LearningTechnologyStandardizationCommittee,CELTSC）。该项目的目标是实现教育资源共享、支持系统互操作、保障信息化教育质量，并通过追踪国际上相关标准的研制工作进展，及时引进昀新国际标准，并根据我国网络教育的实际情况修订与创建各项标准，昀终形成具有中国特色的教育信息化技术标准体系（ChineseE-LearningTechnologyStandards,CELTS）。该组织在2002年更名为CELTSC(中国网络教育技术委员会)，该委员会制定了一个标准体系，包括指导类、学习者类、学习资源类、教育管理类、教学环境类5大类标准，其下又有44华中科技大学硕士学位论文2个小项。而其标准又分为，通用标准和特定标准。在44项标准中就有与网络资源相关的若干标准，如CELTS-3学习对象元数据标准，CELTS-4内容包装规范，CELTS-41教育资源建设规范，CELTS-42基础教育资源建设规范。作为CELTS标准体系的子标准，虚拟实验被列为跟踪研究项目也纳人到这个标准体系中，标号为CELTS-26。国家教育部2003年的工作要点指出：加强教育教学软件的开发和建设，办好网络学院，实现优质教育资源的共享[1]。在2004年的工作要点中近一步指出：研究开发数字化实验和虚拟实验系统，创建网上开放实验系统，大力加强信息技术应用人才培养[2]。在2005年的工作要点中重点指出：加强高校校园网建设，制定教育信息化标准与规范，加强各级各类教育信息资源的开发，建设国家教育资源服务体系，提高信息技术在教育系统的应用水平[3]。教育部科学技术司司长谢焕忠在《2006年中国国际远程教育大会》的发言《教育信息化规划和发展战略》中明确指出，“第五，加大关键技术的攻关力度……包括……虚拟实验、虚拟实习和实训技术……”。[4]《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》：把网络教育列为信息产业和现代服务业的优先主题，虚拟实验是网络教育的核心内容。《国家教育事业发展“十一五”规划纲要》明确指出：以教育信息化带动教育现代化，虚拟实验是教育信息化的重要组成部分。“质量工程”中明确要求：“推进实验内容和实验模式改革和创新，培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力”。