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分布式学习系统软件建模方法研究

作　者: 柯清超
导　师: 李克东
学　校: 华南师范大学
专　业: 教育技术学
关键词: 分布式学习分布式学习系统学习环境学习活动教学设计学习设计软件建模面向对象学习对象 EML UML XML 建构主义学习环境活动理论分布式认知设计模式分布式对象学习技术标准
分类号: G434
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

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(DesignPattems)”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。

全文目录

第一章课题研究概述  17-24
  1.1 问题的提出  17
  1.2 相关研究综述  17-21
    1.2.1 相关研究介绍  18-20
    1.2.2 相关研究评述  20-21
  1.3 本文的实践基础  21
  1.4 课题的研究内容及目标  21-22
  1.5 课题的研究意义  22-23
  1.6 研究的方法  23-24
第二章分布式学习系统  24-38
  2.1 分布式学习系统的概念  24-26
    2.1.1 分布式学习系统发展的背景  24
    2.1.2 分布式学习系统的概念  24-25
    2.1.3 分布式学习系统的特点  25-26
  2.2 分布式学习系统设计的理论基础  26-31
    2.2.1 建构主义和社会建构主义理论  26-27
    2.2.2 活动理论  27-28
    2.2.3 分布式认知理论  28-30
    2.2.4 ITT(Instructional Transaction Theory)教学事务理论  30-31
  2.3 分布式学习系统开发的技术基础  31-34
    2.3.1 分布式系统与分布式学习系统  31-32
    2.3.2 分布式学习系统的计算模型  32-33
    2.3.3 分布式对象技术  33-34
  2.4 分布式学习系统的软件建模  34-38
    2.4.1 建模的概念  34-36
    2.4.2 建模的层次  36-37
    2.4.3 建模的方法技术  37-38
第三章分布式学习系统软件建模基础  38-62
  3.1 软件建模概述  38-44
    3.1.1 基本概念  38-39
    3.1.2 模型驱动的软件开发  39-41
    3.1.3 软件建模方法  41-42
    3.1.4 软件模型的表示与建模语言  42-44
  3.2 面向对象的软件体系结构与建模  44-52
    3.2.1 OMG的建模标准与推荐体系结构~(28)  44-48
    3.2.2 模型驱动的体系结构MDA~(28)  48-51
    3.2.3 特定软件领域体系结构--DSSA  51-52
  3.3 分布式系统建模  52-58
    3.3.1 分布式系统建模概述  52-53
    3.3.2 开放分布式处理参考模型RM-ODP  53-55
    3.3.3 分布式对象软件框架  55-58
  3.4 分布式学习系统的模型表示  58-62
    3.4.1 EML教育建模语言  58-60
    3.4.2 UML可视化建模  60-61
    3.4.3 基于XML的语义信息模型  61-62
第四章 RAE分布式学习系统建模方法  62-83
  4.1 RAE的方法论基础  62-71
    4.1.1 面向对象方法  62-64
    4.1.2 以活动理论为框架的建构主义学习环境设计  64-66
    4.1.3 软件过程方法  66-69
    4.1.4 设计模式  69-71
  4.2 RAE方法的基本框架  71-81
    4.2.1 建模的前提  71
    4.2.2 RAE方法的适用范围  71
    4.2.3 基本概念与相关定义  71-72
    4.2.4 RAE方法体系  72-73
    4.2.5 RAE的基本思想  73-75
    4.2.6 RAE方法的建模过程  75-79
    4.2.7 RAE方法的模型表示  79-81
  4.3 学习技术标准在RAE建模方法中的应用  81-83
第五章分布式学习系统模型的构建与表示  83-131
  5.1 模型构建与表示的基础  83-89
    5.1.1 分布式学习系统建模层次  83-84
    5.1.2 模型的表示方法  84
    5.1.3 关于学习的抽象模型  84-85
    5.1.4 关于分布式学习系统的抽象模型  85
    5.1.5 分布式学习系统的体系结构模型  85-89
  5.2 系统需求模型  89-93
    5.2.1 系统需求概述  89-91
    5.2.2 需求的分析过程  91
    5.2.3 需求模型的表示  91-93
  5.3 学习活动模型  93-108
    5.3.1 学习活动概述  94
    5.3.2 学习活动的分类  94-98
    5.3.3 学习活动设计的要素  98-100
    5.3.4 学习活动的模型表示  100-108
  5.4 学习环境模型  108-127
    5.4.1 分布式学习环境的特征  108-109
    5.4.2 分布式学习环境设计的有关理论  109-110
    5.4.3 分布式学习环境的构成  110-112
    5.4.4 分布式学习环境的常用资源与工具  112-113
    5.4.5 分布式学习环境的构建  113-115
    5.4.6 分布式学习环境的模型表示  115-127
  5.5 系统实现模型  127-131
    5.5.1 系统实施模型的表示  127-128
    5.5.2 系统的分布特性建模  128-131
第六章分布式学习系统建模模板  131-134
  6.1 建模模板概述  131-132
  6.2 建模模板的应用  132-133
  6.3 设计模式描述文档  133-134
第七章应用研究  134-147
  7.1 分布式学习系统建模工具  134-139
    7.1.1 软件建模工具概述  134-135
    7.1.2 分布式学习系统建模工具的设计与开发  135-139
  7.2 案例分析  139-147
    7.2.1 研究性学习系统  139-144
    7.2.2 南方航空公司E-learning学习系统  144-146
    7.2.3 小结分析  146-147
第八章研究结论与展望  147-150
  8.1 本课题的研究成果  147-148
    8.1.1 研究工作  147
    8.1.2 研究成果  147-148
    8.1.3 本研究创新之处  148
  8.2 后续研究与展望  148-150
    8.2.1 后续研究问题  148-149
    8.2.2 后续研究项目  149
    8.2.3 展望  149-150
参考文献  150-159
附录  159-198
  附录1 分布式学习系统建模参考模板  159-177
  附录2 分布式学习环境设计模式  177-187
  附录3 研究性学习网络支持系统软件模型  187-192
  附录4 南方航空公司电子化学习系统网络课程的XML信息模型  192-194
  附录5 与本研究相关的研究课题和软件开发项目  194-197
  附录6 论文期间的研究成果及发表的学术论文  197-198
致谢  198-201

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