专利名称：一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法
技术领域：
本发明涉及虚拟实验教学资源的管理技术领域，具体的说是一种基于因特网的虚 拟实验教学资源的管理方法。
背景技术：
虚拟实验是数字化学习领域实验教学的重要发展方向，它打破了传统的实验教学 只能在有限空间、有限时间、有限受众的约束下开展的局限，创造性的采用多媒体技术、计 算机软件技术、虚拟现实技术和互联网技术在计算机上营造可辅助、部分可替代甚至全部 可替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，将实验教学的内容共享和过程控制、 结果评估等一系列业务环节都放到了虚拟的数字化环境中，虚拟实验的实现可有效缓解经 费、场地、器材等方面普遍面临的困难和压力，在较低成本的情况下实现了不受时空限制的 虚拟实验教学，并在很大程度上提升了实验教学效果，受到世界各国的广泛重视。目前的虚拟实验教学系统以着眼于单个或单系列虚拟实验资源的本地化软件作 为主要研发和实施手段，虚拟实验教学资源形态单一，使用方式受到很大约束，对平台和受 众的要求都很高。因此，目前的虚拟实验教学系统实现思路，将对虚拟实验教学资源共享与 复用造成极大的障碍，无法实现跨学科、跨层次、跨领域的资源共享、管理和复用，使得广大 教师、教辅人员和计算机辅助教学软件开发商都被迫重复、不断的去开发针对某一个知识 点、某一个实验主题的虚拟实验教学资源，造成了很大的浪费，且管理效率低下。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，提供一种基于因特网的虚拟 实验教学资源的管理方法，此方法可以实现对虚拟实验教学资源更好地共享和复用，对虚 拟实验构件实现更快捷、更准确和更方便地管理。一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，该方法依次包括以下步骤(1)将虚拟实验教学资源制作成符合CELTS-9 (内容包装信息规范)的构件包装 文件，所述构件包装文件由虚拟实验构件和与该虚拟实验构件相应的内容清单组成；其中 内容清单由元数据部分、组织结构部分、资源部分和子内容清单部分组成；(2)利用标注工具标注元数据部分；(3)构件包装文件通过网络传输到虚拟实验构件管理站点，并发送消息通知虚拟 实验构件管理站点；(4)虚拟实验构件管理站点对构件包装文件进行解析，提取出所需元数据部分存 入数据库，用户可以利用数据库，检索查询相应的虚拟实验构件；(5)虚拟实验构件管理站点将元数据部分发送到目录服务器上，其它站点利用目 录服务器共享发布的虚拟实验构件，用户通过目录服务站点检索构件存放于哪个分布式的 构件管理站点，直接定位构件，或继续访问该构件存放的构件管理站点继续查询信息再根 据查询结果定位虚拟实验构件存放位置，进行下载。
在上述技术方案中，步骤(1)中所述的虚拟实验构件是虚拟实验教学资源的基本 构件单元，是虚拟实验环境中不可再分的最小单位，是可操作、可控制的虚拟实验基础组成 对象。在上述技术方案中，步骤(1)中所述的内容清单是对虚拟实验构件的描述，一个 内容清单也包含了一种或多种静态的虚拟实验构件的组织和呈现方式，每个内容清单实例 包含以下几部分元数据部分_对内容清单作整体描述；组织结构部分_描述了在内容清单中内容的一种或多种组织结构；资源部分-包含了对内容清单中所有实际构件资源的引用，还包括描述资源的元 数据和对外部文件的引用；子内容清单-零个或多个嵌套的内容清单。在上述技术方案中，步骤(1)中所述的虚拟实验构件是一些实际的虚拟实验构件 数据，以文件的形式存在，存放在内容清单中描述的各个目录下。在上述技术方案中，所述元数据部分包括以下类别a)通用类集合了对虚拟实验构件进行整体描述的通用信息；b)生存期类集合了与虚拟实验构件的历史和现行状态有关的属性及对虚拟实验 构件的发展起到作用的个人和组织；c)元数据类集合了关于元数据记录本身的一些信息；d)技术类集合了虚拟实验构件的技术要求和特征；e)教育类集合了虚拟实验构件的教育和教学特征；f)权利类集合了有关虚拟实验构件知识产权和使用条件的信息；g)关系类集合了该虚拟实验构件同别的虚拟实验构件的关系信息；h)评注类集合了对该虚拟实验构件在虚拟实验使用上的一些评价，以及这些评价 的作者和创作时间等；i)分类类描述了该虚拟实验构件在特定的分类系统中所处的位置。本发明所述的基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法具有适用范围广，操作 方便等优点，尤其是每个虚拟实验教学资源都细分为相互独立的虚拟实验构件，使得同一 实验构件可以在不同的虚拟实验教学资源中得到应用，一个庞大的构件库则可以灵活的支 持跨学科、跨领域、跨层次的多样化虚拟实验教学资源开发，从而大大提高了虚拟实验教学 资源的共享程度和使用效率。
图1是本发明的内容包装信息模型图。图2是本发明基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法总流程图。图3是本发明的目录服务器站点与虚拟实验构件管理站点图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。如图1所示为内容包装信息模型图，它阐述了内容包装信息模型各组件之间的关系。图1中描述的包即构件包装文件由两类主要元素组成一个特定的描述包中内容组织 和资源的文件以及虚拟实验构件。该特定的文件被称作内容清单文件，它描述了构件的内 容和结构。一旦一个包为了传输而被合成为一个单独文件时，将会被称作包交换文件。具 体阐述如下1)包交换文件(Package Interchange File)-—个单独的文件(如.zip，, jar,, cab)，包含了一个顶级内容清单文件，以及该内容清单文件中引用的所有物理文件。包交换 文件是一个简练的网络发送形式，一种传输结构化信息的方法。2)包(Package)-—个逻辑目录，包含了一个顶级内容清单文件，以及该内容清单 文件中引用的各个子目录下的虚拟实验构件。一个包代表了一组可单独使用的虚拟实验构件。一个包可以是一个虚拟实验的一 部分，因为有实验需求而单独提取出来使用，也可以是整个一个实验或者若干实验的集合。 它是可以独立使用的有意义单元，一个包必须还可以被重新组合或拆分成其他的包。包必 须能够独立存在，即它包含了被单独运行或复用时需要的所有信息。 包并不一定要压缩成一个包交换文件，它可以直接通过CD或其它可移动媒体发 布。内容清单文件和该文件所需要的XML支持文件(DTD，XDR，XSD)必须置于该发布媒介的 根目录下。3)内容清单(Manifest) -内容清单是对有意义的虚拟实验构件资源的描述。一个 内容清单也包含了一种或多种静态的虚拟实验构件资源的组织和呈现方式。每个内容清单 实例包含以下几部分 元数据部分_对内容清单作整体描述。 组织结构部分_描述了在内容清单中内容的一种或多种组织结构。 资源部分-包含了对内容清单中所有实际构件资源的引用，还包括描述资源的 元数据和对外部文件的引用。 子内容清单_零个或多个嵌套的内容清单。内容清单的作用范围是可伸缩的。一个内容清单描述可以独立使用的实验构 件——虚拟实验的一部分、一个完整的实验或一系列实验的集合，而如何组合和拆分实验 构件由内容制作者界定。一个包总是只包含单个顶级内容清单，顶级内容清单下可以包含 零个或多个子内容清单。顶级内容清单负责描述整个包，嵌套的子内容清单描述其所辖层 次范围内的学习内容，这些学习内容可以被拆分、重新组合和重用。如果组成实验的所有内容连接紧密以致于不能进行拆分，内容制作者就可以使用 一个内容清单来描述整个实验的资源和组织结构。否则，内容制作者可以为每个实验构件 制作各自的内容清单，把这些内容清单相互组合，可以形成更高级别的不同实验的内容清 单。最后，一个内容制作者也可以把多个实验放到一个包(实验集合)中，这样一个顶级内 容清单将包含各个实验级内容清单和实验中所包含的各实验构件内容清单。4)虚拟实验构件(Virtual Experiment Component)-—些实际的虚拟实验构件 数据，以文件的形式存在，存放在内容清单中描述的各个目录下。不像包，它不能独立发布。 每个构件资源或者在内容清单的〈Resource〉元素中描述或者在〈Resource〉依赖的文件列 表<file>中列出。在内容清单中描述的构件资源和内容清单文件一样是包不可或缺的组 成部分。
在上述实施例中主要利用虚拟实验构件元数据规范来描述构件，描述构件的数据元素被组合成不同的类别。基本框架有9个不同的类别组成a)通用类集合了对虚拟实验构件进行整体描述的通用信息。例如标题，语言，关 键词，描述。b)生存期类集合了与虚拟实验构件的历史和现行状态有关的属性及对虚拟实验 构件的发展起到作用的个人和组织。例如版本，贡献者，角色。c)元元数据类集合了关于元数据记录本身(注意不是该元数据记录所描述的虚 拟实验构件)的一些信息。d)技术类集合了虚拟实验构件的技术要求和特征。例如格式，大小，资源存放位置。e)教育类集合了虚拟实验构件的教育和教学特征。f)权利类集合了有关虚拟实验构件知识产权和使用条件的信息。g)关系类集合了该虚拟实验构件同别的虚拟实验构件的关系信息。h)评注类集合了对该虚拟实验构件在虚拟实验使用上的一些评价，以及这些评价 的作者和创作时间等。i)分类类描述了该虚拟实验构件在特定的分类系统中所处的位置。以上的9个类别组成元数据结构的基本框架。最后一个类别，即分类，允许用户根 据任意的分类结构对虚拟实验构件进行分类。由于任何分类法都能被引用，这个类别提供 了一种简单的扩展机制。下面详细介绍基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其具体步骤如图2所 示Sl步骤，对一个虚拟实验构件，利用标注工具完成标注元数据部分的工作，并生成 符合虚拟实验构件元数据规范的构件包装文件。标注工具具体工作流程如下Si. 1访问标注工具的Web服务站点，该站点的注册功能是依据虚拟实验构件元数 据规范完成的，用以标注虚拟实验构件的元数据；Si. 2选择使用该服务站点的注册功能，根据其填写提示依次填写所需的各项元数 据信息，例如标注虚拟实验构件的题目，制作单位，制作时间，虚拟实验构件的关键词，虚拟 实验构件的内容简介等等；Si. 3所有必需的元数据信息填好后，即完成对虚拟实验构件的标注工作。这些描述性信息按照虚拟实验构件元数据规范，生成名为componentmanifest. xml的xml文件。S2步骤，通过数据交换工具将该构件包装文件上传到指定的ftp服务器，并将虚 拟实验构件的元数据部分和构件包装文件发送到本地虚拟实验构件管理站点。数据交换工 具具体工作流程如下S2. 1将构件包装文件上传到指定的ftp服务器；S2. 2利用JMS消息服务(Java Message Service)将虚拟实验构件的元数据发送 给本地虚拟实验构件管理站点；S2. 3通过因特网将构件包装文件上传到本地虚拟实验构件管理站点。S3步骤，本地虚拟实验构件管理站点根据JMS消息从ftp服务获得构件包装文件，并提取出构件包装文件中的componentmanifest. xml，并将该文件存在指定的目录下。S4步骤，将虚拟实验构件元数据条目插入关系型数据库，并建立索引。S5 步骤,将 componentmanifest. xml 插入 xml 数据库。
S6步骤，本地虚拟实验构件管理站点将虚拟实验构件元数据部分发送到目录服务 器上，其它站点利用目录服务器共享发布的虚拟实验构件。使用本发明方法，当虚拟实验构件完成上传到本地虚拟实验构件管理站点后，用 户可以访问本地虚拟实验构件管理站点，通过本地站点的关键词检索虚拟实验构件的标 题，作者，时间，关键词，内容简介。例如用户检索电阻，可能在物理学的虚拟实验构件库中 找到，也可能在电工电子学的虚拟实验构件库中找到。用户还可以通过检索目录服务器，得 到各个不同地域的虚拟实验构件管理站点的虚拟实验构件描述信息。例如，华中科技大学 和它的各个虚拟实验室都设有虚拟实验构件管理站点，每个实验室制作的虚拟实验构件都 上传到各自的虚拟实验构件管理站点，各自的虚拟实验构件管理站点完成各自实验室的虚 拟实验构件管理。同时各个实验室的虚拟实验构件管理站点又将虚拟实验构件资源的描述 性信息发布到目录服务器上，用户通过目录服务可以检索华中科技大学和各个虚拟实验室 的构件信息，通过这些信息，用户可以获取虚拟实验构件存在的地址，进行数据交换，达到 资源共享的目的，参见图3。
权利要求
一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤(1)将虚拟实验教学资源制作成符合CELTS内容包装规范的构件包装文件，所述构件包装文件由虚拟实验构件和与该虚拟实验构件相应的内容清单组成；其中内容清单由元数据部分、组织结构部分、资源部分和子内容清单部分组成；(2)利用标注工具标注元数据部分；(3)构件包装文件通过网络传输到虚拟实验构件管理站点，并发送消息通知虚拟实验构件管理站点；(4)虚拟实验构件管理站点对构件包装文件进行解析，提取出所需元数据部分存入数据库，用户可以利用数据库，检索查询相应的虚拟实验构件；(5)虚拟实验构件管理站点将元数据部分发送到目录服务器上，其它站点利用目录服务器共享发布的虚拟实验构件。
2.根据权利要求1所述的一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其特征在 于步骤(1)中所述的虚拟实验构件是虚拟实验教学资源的基本构件单元，是虚拟实验环 境中不可再分的最小单位，是可操作、可控制的虚拟实验基础组成对象。
3.根据权利要求1所述的一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其特征在 于步骤(1)中所述的内容清单是对虚拟实验构件的描述，一个内容清单包含了一种或多种 静态的虚拟实验构件的组织和呈现方式，每个内容清单实例包含以下几部分元数据部分_对内容清单作整体描述；组织结构部分_描述了在内容清单中内容的一种或多种组织结构；资源部分-包含了对内容清单中所有实际构件资源的引用，还包括描述资源的元数据 和对外部文件的引用；子内容清单-零个或多个嵌套的内容清单。
4.根据权利要求1所述的一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其特征在 于步骤(1)中所述的虚拟实验构件是一些实际的虚拟实验构件数据，以文件的形式存在， 存放在内容清单中描述的各个目录下。
5.根据权利要求1所述的一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，其特征在 于所述元数据部分包括以下类别a)通用类集合了对虚拟实验构件进行整体描述的通用信息；b)生存期类集合了与虚拟实验构件的历史和现行状态有关的属性及对虚拟实验构件 的发展起到作用的个人和组织；c)元数据类集合了关于元数据记录本身的一些信息；d)技术类集合了虚拟实验构件的技术要求和特征；e)教育类集合了虚拟实验构件的教育和教学特征；f)权利类集合了有关虚拟实验构件知识产权和使用条件的信息；g)关系类集合了该虚拟实验构件同别的虚拟实验构件的关系信息；h)评注类集合了对该虚拟实验构件在虚拟实验使用上的一些评价，以及这些评价的作 者和创作时间等；i)分类类描述了该虚拟实验构件在特定的分类系统中所处的位置。
全文摘要
本发明涉及虚拟实验教学资源的管理技术领域，提供一种基于因特网的虚拟实验教学资源的管理方法，本方法包括将虚拟实验教学资源制作成符合CELTS内容规范的构件包装文件；将构件包装文件通过网络传输到虚拟实验构件管理站点；虚拟实验构件管理站点对构件包装文件进行解析，提取出所需元数据部分存人数据库，用户可以利用数据库，检索查询相应的虚拟实验构件；虚拟实验构件管理站点将元数据部分发送到目录服务器上，其它站点利用目录服务器共享发布的虚拟实验构件。使用本发明方法可以实现对虚拟实验教学资源更好地共享和复用，对虚拟实验构件实现更快捷、更准确和更方便地管理。
文档编号G06Q50/00GK101887572SQ20101022028
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者冯颖, 吴砥, 宝艳, 张耀丹, 彭娴, 徐建, 李晓婧, 林贤能, 程文青 申请人:华中科技大学