El entorno operativo y la estructura de almacenamiento del elemento de aprendizaje del elemento de aprendizaje.

1． Entorno de metaoperación de aprendizaje

La operación de los objetos de aprendizaje no se puede separar del sistema de gestión de aprendizaje que admite el estándar SCORM, y la operación de las actividades de aprendizaje no se puede separar de la plataforma de aprendizaje que cumple con el IMS- Especificación LD. De manera similar, como último desarrollo de la tecnología de aprendizaje, el papel del elemento de aprendizaje también es inseparable del soporte de un entorno de sistema específico. La Figura 4 muestra los componentes y el proceso de operación general del entorno de metaoperación de aprendizaje.

Figura 4 Entorno de metaejecución de aprendizaje

(1) La composición del entorno de metaejecución de aprendizaje. El entorno operativo del elemento de aprendizaje incluye principalmente tres partes: terminales de visualización en múltiples formatos, redes ubicuas y entornos de soporte de elementos de aprendizaje. Los tres son independientes entre sí pero cooperan entre sí y juntos forman un entorno de sistema para el buen funcionamiento del aprendizaje. elemento. Terminal de visualización: el área de visualización frontal del contenido de aprendizaje proporciona una interfaz de operación gráfica para que los alumnos operen el elemento de aprendizaje (navegar, buscar, ingresar información, etc.). Cada terminal de visualización tiene un elemento de aprendizaje estándar incorporado. navegador para soportar el funcionamiento del elemento de aprendizaje. Actualmente, los terminales de visualización de uso común incluyen computadoras de escritorio, terminales de información pública, pizarras electrónicas, teléfonos inteligentes, PDA, computadoras de mano, televisores móviles, etc. Con el desarrollo continuo de la tecnología móvil, varios dispositivos portátiles inteligentes en miniatura admitirán gradualmente el aprendizaje ubicuo basado en elementos de aprendizaje. Red ubicua: el aprendizaje ubicuo requiere el soporte de una infraestructura de Internet a gran escala. La red ubicua se refiere específicamente a la red ubicua establecida para lograr un aprendizaje ubicuo, incluidas las redes inalámbricas transparentes y la Internet visible. La red ubicua es la principal responsable de la transmisión de datos y la interconexión de dispositivos de comunicación, y es la base para el aprendizaje de la metatransmisión. La red en el entorno de aprendizaje ubicuo es como el aire y el agua, natural y profundamente integrada en la vida diaria y el trabajo de las personas. La red ya no satisface pasivamente las necesidades de los usuarios, sino que detecta activamente los cambios en los escenarios de los usuarios e interactúa con la información, y proporciona servicios de forma proactiva mediante el análisis de las necesidades personalizadas de las personas. La red de comunicación ubicua es la integración de múltiples métodos de acceso y múltiples métodos de portador para lograr un acceso fluido; cualquier objeto (persona o dispositivo, etc.) puede obtener información permanentemente en línea a través de métodos apropiados en cualquier momento y en cualquier lugar. la información que necesita en cualquier momento y lugar. La red de comunicación ubicua es simétrica e integrada. Los usuarios no aceptan servicios pasivamente, sino que pueden crear servicios activamente. Como infraestructura, la red proporciona servicios de comunicación de información sin interrupciones a los estudiantes y sujetos de aprendizaje inteligente. Entorno de soporte de elementos de aprendizaje: proporciona un entorno integrado para administrar y ejecutar elementos de aprendizaje. Los componentes principales incluyen un controlador de transferencia de información, un localizador de recursos, una biblioteca de recursos, un tiempo de ejecución de elementos de aprendizaje, un adaptador activo, una interfaz de servicio de aprendizaje, etc. El controlador de transferencia de información es responsable de aceptar la información solicitada por el usuario transmitida desde la red ubicua y analizar inteligentemente la información para determinar el siguiente paso del flujo de información. El localizador de recursos es responsable de gestionar los índices de recursos, buscar recursos de aprendizaje solicitados por el usuario y colocarlos; en la biblioteca de recursos La búsqueda automática en el intercambio de información con sistemas externos consta de una serie de funciones API, incluida una interfaz funcional responsable del crecimiento de los elementos de aprendizaje, una interfaz funcional para la división de elementos de aprendizaje y una interfaz funcional para el seguimiento de elementos de aprendizaje a través del aprendizaje. tiempo de ejecución del elemento, los elementos de aprendizaje pueden implementar rápidamente la evolución del contenido de aprendizaje, la agregación de recursos basada en semántica y la división y crecimiento de los elementos de aprendizaje, el adaptador activo recibe información del dispositivo del controlador de transmisión de información y analiza exhaustivamente los datos que determinan el efecto de visualización del contenido, como por ejemplo; tipo de dispositivo y resolución de pantalla, y lo transmite dinámicamente Contenido de aprendizaje adaptado al dispositivo de visualización; la interfaz del servicio de aprendizaje proporciona a los usuarios una serie de servicios de aprendizaje de "elementos de aprendizaje", que incluyen herramientas de aprendizaje, círculos de aprendizaje, contenido de aprendizaje, actividades de aprendizaje y evaluación del aprendizaje; , registros de aprendizaje, asociaciones semánticas, etc., para los estudiantes. Puede llamar rápidamente a estas interfaces de servicios de aprendizaje a través de la red ubicua según sus propias necesidades y obtener servicios de apoyo al aprendizaje en cualquier momento.

(2) El proceso general de aprendizaje de la metaoperación. Los estudiantes primero envían información de la solicitud a través de algún tipo de terminal de visualización en cualquier momento y en cualquier lugar, y utilizan la red ubicua para difundir la información de la solicitud del usuario. El controlador de transmisión de información en el entorno de soporte del elemento de aprendizaje obtiene la información solicitada detectando señales digitales y analiza los mensajes de información para determinar la siguiente ruta de transmisión de información.

El controlador de transmisión de información de solicitud de búsqueda de recursos para el usuario la pasará directamente al localizador de recursos; la información de instrucciones de operación del usuario para el elemento de aprendizaje se pasará al tiempo de ejecución del elemento de aprendizaje y la información característica sobre el dispositivo se enviará directamente al activo; adaptador. Cuando el localizador de recursos recibe la información de recursos solicitada por el usuario, busca inmediatamente en la tabla de índice de recursos y encuentra rápidamente recursos de aprendizaje adecuados en la biblioteca de recursos. Una vez que el sistema descubre los elementos de aprendizaje que necesita el alumno, los extraerá automáticamente al tiempo de ejecución del elemento de aprendizaje (los elementos de aprendizaje con asociaciones semánticas también se pueden enviar selectivamente según las necesidades individuales de los alumnos), reproducirá los elementos de aprendizaje y permitirá El usuario realiza varias operaciones en el elemento de aprendizaje (agregar contenido, dividir, rastrear, etc.). Una vez completada la operación, se decide, de acuerdo con las instrucciones del usuario, si actualizar el elemento de aprendizaje y almacenarlo en la biblioteca de recursos. Durante el tiempo de ejecución de aprendizaje, el elemento de aprendizaje se transmite al adaptador activo, que realiza una adaptación de visualización basada en la información de parámetros del dispositivo (tipo de dispositivo, tamaño de pantalla, resolución de pantalla) transmitida desde el controlador de transmisión de información, y finalmente presenta de forma adaptativa el contenido de aprendizaje en el terminal de visualización. Cuando los alumnos necesitan obtener soporte del servicio de aprendizaje, pueden llamar directamente al servicio de aprendizaje a través de la interfaz de servicio proporcionada por el entorno de soporte del elemento de aprendizaje. Por ejemplo, cuando necesitan usar una calculadora para calcular valores, llaman a la calculadora gráfica en el aprendizaje. recopilación de herramientas cuando lo necesiten y cuando se comuniquen con otros, llame al servicio de comunicación e ingrese directamente al círculo de aprendizaje para una discusión en línea cuando necesite autoevaluarse, llame directamente al servicio de evaluación del aprendizaje para realizar pruebas en línea, etc.

2． La estructura de almacenamiento de los elementos de aprendizaje

Para darse cuenta de que los elementos de aprendizaje, un nuevo tipo de recursos de aprendizaje estructurados, pueden compartirse en sistemas heterogéneos, es necesario diseñar estructuras de almacenamiento, formatos de archivos y definiciones de elementos estandarizados. El archivo de intercambio de paquetes estándar del elemento de aprendizaje que diseñamos está organizado por una serie de archivos de descripción y archivos de entidades de recursos a través de una estructura de organización de directorios específica, como se muestra en la figura:

Figura 5 La estructura de archivos de intercambio de paquetes del elemento de aprendizaje

Como se muestra en la Figura 7, después de la descompresión, el archivo empaquetado de Learning Element consta de una serie de carpetas y archivos. Los archivos se pueden dividir en dos categorías: archivos de descripción y archivos de entidades de recursos. Los archivos de entidad de recursos pueden ser archivos de texto, archivos HTML, imágenes, audio, videos, etc., que se distribuyen en el directorio raíz y sus subdirectorios. Los archivos de descripción incluyen archivos de descripción de metadatos, archivos de descripción de estructura de conocimiento, archivos de descripción de información del usuario y. Archivos de descripción de recursos, utilizando estandarizados El documento xml describe la información relevante del elemento de aprendizaje. A continuación se describen principalmente varios tipos de archivos de descripción.

(1) Archivo de descripción de metadatos. El archivo de descripción de metadatos (metadata.xml) se encuentra en el directorio raíz del paquete de intercambio de metadatos de aprendizaje y es el archivo más básico al que pueden acceder todas las aplicaciones externas. El archivo de metadatos se utiliza para describir la información básica del metadato de aprendizaje, como información de metadatos comunes como identificación, tema, descripción, palabras clave, etc. Además, también incluye la siguiente información importante relacionada con el aprendizaje de metaservicios. Su estructura básica se muestra en la figura:

Figura 6 Subelementos en el archivo de descripción de metadatos

. Archivo de descripción de metadatos. Varias informaciones vinculantes de servicios que contiene son clave para lograr el aprendizaje de las funciones de seguimiento y metaapertura. El sistema de soporte de elementos de aprendizaje distribuido implementa el intercambio, el crecimiento, la división y otras características de los elementos de aprendizaje entre dominios mediante la lectura de direcciones de servicios relevantes en archivos de descripción de metadatos (consulte el proceso de intercambio entre dominios de elementos de aprendizaje en la sección anterior).

(2) Archivo de descripción del recurso. El elemento de aprendizaje contiene varios tipos principales de recursos de aprendizaje, como contenido de aprendizaje, actividades de aprendizaje, ejercicios, evaluaciones y herramientas de aprendizaje en una estructura lógica. El archivo de descripción de recursos en el paquete de intercambio de elementos de aprendizaje es responsable de especificar estos diferentes tipos de recursos de aprendizaje. describir. Su estructura de almacenamiento físico se muestra en la Figura 7:

Figura 7 Estructura de almacenamiento físico de cada elemento del elemento de aprendizaje

Los archivos de descripción de contenidos, actividades, ejercicios y evaluaciones están todos Contiene información relacionada con los elementos de aprendizaje en el archivo de descripción de conocimientos, lo que permite a los usuarios pasar rápidamente de la recuperación de conocimientos a varias instancias de recursos de aprendizaje correspondientes a elementos de aprendizaje específicos. Además del contenido preestablecido por el creador del elemento de aprendizaje, la información generativa generada por los alumnos en el proceso de interacción con diversos recursos de aprendizaje y los registros históricos generados mediante la edición colaborativa también se almacenan en las carpetas correspondientes, lo que permite que el elemento de aprendizaje importarse Estos aspectos del contenido se pueden compartir al exportar y compartir entre plataformas.

Las herramientas de aprendizaje se utilizan para proporcionar herramientas de apoyo para la implementación de actividades de aprendizaje, como llevar a cabo una discusión sobre un tema, emitir un cuestionario, realizar una prueba en línea, etc.

Hemos diseñado un modelo de descripción de información común para diferentes tipos de herramientas de aprendizaje, incluida información de configuración, información preestablecida (contenido preestablecido proporcionado por los diseñadores de actividades antes de que los estudiantes participen en la actividad, como información de situación, información de guía de actividades, etc.), inicio. Hay cuatro partes: información (información de parámetros enviada por el LMS a la herramienta de aprendizaje al iniciar la actividad) e información de retroalimentación (información del resultado de la actividad enviada por la herramienta de aprendizaje al LMS después de que finaliza la actividad).

En la arquitectura del elemento de aprendizaje, las herramientas de aprendizaje y las actividades de aprendizaje están separadas entre sí. De esta manera, los diseñadores de recursos solo necesitan considerar qué tipos de herramientas (como foros) se necesitan en las actividades de aprendizaje, sin preocuparse por la implementación específica de las herramientas. La vinculación de actividades y herramientas se puede posponer hasta el tiempo de ejecución. Cuando los elementos de aprendizaje se comparten entre diferentes sistemas, los profesores y expertos no tienen que agregar manualmente contenido relevante en BBS, pruebas, encuestas y otros módulos. En cambio, el sistema puede leer los archivos de descripción de los elementos de aprendizaje y generar automáticamente contenido relevante. Y deje que LMS tenga las características de integrar aplicaciones externas, de modo que LMS solo necesite centrarse en las funciones y servicios más estrechamente relacionados con el aprendizaje, mientras que algunos servicios y aplicaciones periféricos pueden ser proporcionados por servicios profesionales fuera del sistema en forma de "enchufe". -ins". Los proveedores proporcionan (aplicaciones típicas como encuestas en línea, pruebas en línea, etc.) y definen interfaces de comunicación para que el LMS pueda obtener la información interactiva o la retroalimentación que necesita de los usuarios cuando utiliza aplicaciones externas.

(3) Ficha de descripción del conocimiento. Una de las diferencias principales entre Learning Element y las herramientas de creación de conocimiento colaborativo como Wiki y Baidu es que Learning Element contiene información de descripción semántica del conocimiento estructurado, que combina los recursos de aprendizaje diversos y frecuentemente actualizados contenidos en Learning Element. Los elementos de aprendizaje internos y lógicos. Las asociaciones se abstraen para formar una parte central relativamente estable, que desempeña un papel similar al "gen" de las células en el proceso de crecimiento evolutivo de los elementos de aprendizaje, de modo que el crecimiento de los elementos de aprendizaje no es un proceso aleatorio y sin objetivo, sino un crecimiento. estrechamente relacionado con su estructura interna de conocimiento, asegurando la direccionalidad y convergencia de la metaevolución del aprendizaje.

Utilizamos el actual lenguaje de descripción de ontologías OWL para describir la estructura del conocimiento dentro de la unidad de aprendizaje. Sin embargo, es obviamente demasiado simple utilizar únicamente las relaciones genéricas y las relaciones de equivalencia incorporadas en OWL para describir el conocimiento de la materia. El sistema simple de organización del conocimiento del W3C (W3C, 2008) ha realizado algunos diseños para los atributos y relaciones del conocimiento conceptual, como el relaciones entre conceptos. Relaciones más amplias/estrechas, relaciones en las que múltiples conceptos pertenecen a un conjunto de conceptos, etc. En el campo del e-Learning, algunos investigadores también utilizan SKOS para construir un modelo de sistema de contenidos de conocimiento temático (Jovanovič, Gačevič, Knight & Richards, 2007). Sin embargo, estos modelos de sistemas todavía no son suficientes para describir el conocimiento temático de manera refinada, y el conocimiento temático no es de ninguna manera solo un tipo de conocimiento conceptual. Por lo tanto, nos referimos a la clasificación del conocimiento (conocimiento declarativo y conocimiento procedimental) en psicología cognitiva, y diseñamos un modelo de representación del conocimiento general de la materia basado en las características de diferentes tipos de conocimiento en la enseñanza, y que puede basarse en las necesidades específicas de diferentes ampliar.

En el campo de la psicología cognitiva contemporánea, el conocimiento se divide en dos categorías: conocimiento declarativo y conocimiento procedimental basado en la estructura inherente y las características cognitivas del conocimiento. El llamado conocimiento declarativo, también conocido como conocimiento descriptivo, es el conocimiento que explica "qué", "por qué" y "cómo" son las cosas. Es un conocimiento sobre las cosas y sus relaciones que los individuos pueden recordar conscientemente. Por ejemplo, los hechos históricos, los principios matemáticos, las opiniones y las creencias son todos conocimientos declarativos. El conocimiento procedimental, también conocido como conocimiento procedimental, es un conocimiento en el que un individuo no extrae pistas conscientemente y sólo indirectamente puede inferir su existencia con la ayuda de una determinada forma de trabajo. Es un conocimiento sobre "cómo hacerlo". De acuerdo con las necesidades reales de la enseñanza, dividimos el conocimiento declarativo en tres categorías: conceptos, hechos y principios. Junto con el conocimiento procedimental, hay 4 tipos de conocimiento básicos, y los atributos y atributos correspondientes están diseñados para estos tipos de conocimiento. Se pueden combinar una variedad de diferentes tipos de conocimientos básicos para formar conocimientos compuestos que expresen contenidos de conocimientos relativamente complejos. Con base en estos tipos de conocimientos básicos, los usuarios pueden derivar nuevos tipos de conocimientos y elementos de aprendizaje más refinados según las características del tema con la ayuda del entorno de edición de ontología mencionado anteriormente. Estos tipos y elementos de aprendizaje se almacenarán en el archivo de descripción de conocimientos.

Además, también hemos diseñado las siguientes relaciones básicas para que las unidades de aprendizaje de las unidades de aprendizaje representen la correlación interna entre el conocimiento:

Relación hiperónimo-híbrida, utilizada para representar conceptos relacionados con En la relación entre conocimientos de clase, los conceptos superiores tienen una extensión más amplia que los conceptos subordinados. Por ejemplo, "flor" es el concepto superior de "crisantemo". Este par de relaciones es transitivo, es decir, si hay A?B, B?C, entonces hay A?C.

La relación parte-todo se puede utilizar para todos los tipos de conocimiento para expresar que un conocimiento es parte de otro conocimiento, como un tipo simple de conocimiento contenido en un tipo de conocimiento compuesto. . La relación también es transitiva.

La relación predecesor-sucesor se puede utilizar para todo tipo de conocimiento para expresar que un conocimiento es el conocimiento previo de otro conocimiento, es decir, tiene una relación lógica predecesor-sucesor. Esta relación es transitiva.

Las relaciones de equivalencia se pueden utilizar para todos los tipos de conocimiento para expresar que el contenido expresado por un conocimiento y otro conocimiento es el mismo (los recursos de aprendizaje específicos a los que se hace referencia pueden ser diferentes). Las relaciones de equivalencia son transitivas y simétricas.

La correlación, que puede usarse para todo tipo de conocimiento, se usa para indicar que un conocimiento está relacionado con otro conocimiento hasta cierto punto, pero no es completamente equivalente ni está secuenciado lógicamente. Generalmente se usa como referencia. enlace para aprender.

Los tipos de conocimiento, atributos y relaciones anteriores juntos constituyen la estructura de nivel superior del modelo de ontología de metaconocimiento de aprendizaje, que representa la descripción más burda del conocimiento de la materia. En las disciplinas reales, los usuarios pueden ampliar el modelo de conocimiento de acuerdo con las características reales de la disciplina. Por ejemplo, la disciplina de historia puede derivar conocimiento de "eventos históricos" bajo el conocimiento fáctico. Los atributos incluyen el tiempo, el lugar, la persona, la causa, el proceso, resultados, significado, etc., la disciplina química puede derivar el concepto de "átomo" basándose en el conocimiento conceptual y ampliar una variedad de atributos como símbolos químicos, número de protones, número de neutrones, modelo electrónico, propiedades físicas, propiedades químicas, etc. . Estos atributos y relaciones extendidos pueden servir como base para un mayor conocimiento del razonamiento semántico.

(4) Archivo de descripción de usuario. Una de las diferencias importantes entre los elementos de aprendizaje y otros recursos de aprendizaje es que contienen información sobre los contribuyentes y usuarios de los recursos, y esta información se puede compartir entre diferentes plataformas para lograr el propósito de construir relaciones y redes sociales entre plataformas. El archivo de descripción de usuario de Learning Meta es un documento RDF. En este archivo, utilizamos FOAF (W3C, 2000), uno de los conjuntos de vocabulario RDF más utilizados, para describir la información básica de los usuarios de Learning Meta, como el nombre del usuario. , apodo, correo electrónico, página de inicio, correo electrónico, etc., así como usuarios e información relacionada con el usuario (implementada a través de atributos y clases como foaf:knows, foaf:Group). Dado que el elemento de aprendizaje admite el intercambio en tiempo real de múltiples sistemas, los usuarios de un determinado elemento de aprendizaje pueden provenir de múltiples sistemas remotos, por lo que también se necesitan las clases y atributos correspondientes para identificar el sistema de aprendizaje donde se encuentra el usuario. Por lo tanto, también definimos atributos específicos para describir la información del sistema donde se encuentra el usuario (incluido el nombre, el identificador, la interfaz del servicio de comunicación del usuario, la interfaz de consulta de detalles del usuario, etc.). Esta información se utiliza para la comunicación entre usuarios a diferentes distancias. sistemas de aprendizaje y la base para la construcción de redes sociales.

Además, FOAF solo define cierta información general del usuario y de relaciones, lo que no es suficiente para expresar a los estudiantes y las características relacionadas con el aprendizaje. Por lo tanto, la información de los estudiantes también debe incluir información sobre preferencias, información académica, información de desempeño, etc. La información de preferencias incluye el rango de intereses de los alumnos, el tiempo de aprendizaje, el equipo utilizado, el estilo cognitivo, etc. La mayor parte de esta información se obtiene del seguimiento del sistema y del análisis estadístico de los datos del proceso de aprendizaje de los alumnos. La información académica incluye información estrechamente relacionada con el aprendizaje del alumno durante el proceso educativo, como escuela, especialización, dirección de investigación, cursos principales, experiencia de aprendizaje, experiencia laboral, etc. La información sobre el desempeño incluye información sobre la participación de los alumnos en el uso y la construcción de metacontenidos de aprendizaje, que refleja de manera integral el proceso de aprendizaje y el dominio de conocimientos/habilidades de los alumnos. No toda esta información se almacena en el archivo de descripción del usuario. La información relacionada con la privacidad debe obtenerse llamando a la interfaz de consulta del sistema de aprendizaje donde se encuentra el alumno después de la verificación para proteger completamente la seguridad de la información personal.

(5) Archivos de entidades de recursos. Los archivos de entidades de recursos son archivos que transportan el contenido específico de los recursos en archivos de intercambio de paquetes, como archivos de páginas web HTML, jpeg/gif/png y otros tipos de archivos de imágenes, wmv/mpeg/avi y otros tipos de archivos de vídeo, mp3/ wma y otros tipos de archivos de audio, etc.

Es necesario hacer referencia a los archivos de entidad en el archivo de descripción del recurso; de lo contrario, se filtrarán como archivos no válidos cuando se importe el elemento de aprendizaje.