Rola technologii XML w e-learningu

Transkrypt

1 Zeszyty Naukowe nr 838 Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie 2010 Katedra Informatyki Rola technologii XML w e-learningu Streszczenie. XML, rekomendowany przez organizację W3C, jest językiem służącym do opisu i wymiany danych w systemach heterogenicznych. W artykule podjęto próbę analizy wpływu tego otwartego standardu na rozwój e-learningu. Przedstawiono korzyści użycia metajęzyka w procesie standaryzacji opisu treści dydaktycznych, a także jego wykorzystanie w systemach o architekturze zorientowanej na serwis w celu integracji komponentów nauczania. Słowa kluczowe: e-learning, technologia XML, usługi sieciowe, sieci semantyczne. 1. Nauczanie na odległość W związku z koniecznością ciągłego podnoszenia jakości kształcenia niezbędne staje się stałe zwiększanie nakładów inwestycyjnych na edukację, badania i opracowanie nowoczesnych form nauczania. Jedną z nich, stanowiącą nową jakość w edukacji, jest nauczanie na odległość (distance learning DL), wykorzystywane na różnych szczeblach szkolnictwa, obecnie najczęściej spotykane w nauczaniu akademickim. Idea DL opiera się na zasadzie, że bezpośredni kontakt wykładowcy oraz ucznia jest ograniczony do minimum. Niewątpliwą zaletą tej formy kształcenia jest likwidowanie barier i ograniczeń w dostępie do edukacji, a także dostosowanie procesu dydaktycznego do potrzeb i możliwości osób uczących się. Dokonując analizy DL, należy zdefiniować cele stawiane przed tą formą kształcenia. Najważniejsze z nich to [Fei Yang 2006]: zwiększenie dostępu do nauczania na wszystkich poziomach kształcenia, indywidualizacja procesu nauczania, redukcja kosztów i poprawa wydajności procesu dydaktycznego, utrzymanie jakości kształcenia równej tradycyjnemu, oferowanie elastycznych form nauczania, łatwość zarządzania procesem dydaktycznym.

2 140 Jedną z form DL jest e-learning (EL), określany jako proces nauczania niestacjonarnego za pomocą nowoczesnych technologii informatycznych, gdzie strony procesu dydaktycznego odseparowane są od siebie w przestrzeni i w czasie [Stecyk 2006]. Realizuje on idee kształcenia z użyciem środków technicznych wykorzystywanych do tworzenia, przetwarzania, przesyłania i prezentacji informacji związanych z realizowanym procesem nauczania. Tworzenie systemów edukacyjnych opartych na tej formie nauczania niesie ze sobą liczne korzyści. Wymienić tu można chociażby: dostęp do zasobów edukacyjnych z dowolnego miejsca, o dowolnym czasie, możliwość szybkiej aktualizacji treści dydaktycznej, monitorowanie i kontrola procesu kształcenia oraz zarządzanie nim na każdym jego etapie, włączenie uczącego się w proces kształcenia, dostosowanie procesu nauczania do indywidualnych predyspozycji uczącego się. Wymienione właściwości w istotny sposób wpływają na realizację idei budowy społeczeństwa opartego na wiedzy. Ułatwiony staje się dostęp do materiałów edukacyjnych i szkoleniowych. Ta forma przekazu informacji może zostać zatem skierowana do ogółu zainteresowanych podnoszeniem swoich kwalifikacji, także osób pracujących, starszych, niepełnosprawnych, niezależnie od ich statusu ekonomicznego czy społecznego. 2. Standardy nauczania elektronicznego Podstawowym kryterium uwzględnianym we wszelkich formach EL jest dostępność do tworzonych kursów przy jednoczesnej minimalizacji kosztów związanych z organizacją zajęć. Dotychczasowa praktyka pokazuje, że wraz ze wzrostem zapotrzebowania powstaje coraz więcej systemów o różnych formatach zapisu treści dydaktycznych. Uniemożliwia to praktycznie wymianę komponentów nauczania pomiędzy systemami. W ostatnim okresie dają się zaobserwować silne tendencje standaryzacyjne, jeśli chodzi o konstruowanie zarówno platform, jak i komponentów dydaktycznych. Pojawiło się wiele inicjatyw opracowania i wdrożenia otwartych, międzynarodowych specyfikacji i standardów [Mielcarek, Parczewski i Madeyski 2004]. W rezultacie możliwa staje się wymiana i wykorzystanie istniejących treści dydaktycznych pomiędzy dostępnymi platformami nauczania. Aby ten cel został osiągnięty, tworzone systemy powinny uwzględniać realizację następujących postulatów [Advanced Distributed Learning 2007]:

3 Rola technologii XML w e-learningu 141 niezależność zawartości dydaktycznej od platformy sprzętowej i programowej (interoperability), możliwość wielokrotnego wykorzystania stworzonych komponentów dydaktycznych (reusability), brak konieczności wprowadzania zmian w celu dostosowania systemu do postępu technologicznego (durability), dostęp do treści dydaktycznej niezależnie od lokalizacji (accessibility), zdolność do dalszej rozbudowy (scalability), dostosowanie nauczania do potrzeb jednostki i organizacji (adaptability), Przyjęte założenia skłaniają do poszukiwań rozwiązań prowadzących do ujednolicenia formatu, struktury oraz sposobu przesyłania treści dydaktycznych. Powstałe w latach 90. konsorcjum W3C opublikowało w 1997 r. specyfikację języka XML (Extensible Markup Language). Ze względu na swoje zalety, z których najważniejsze to elastyczność, rozszerzalność i niezależność od platformy programowej, XML oparty na języku SGML stał się standardem opisu i wymiany elektronicznych dokumentów. Wsparcie ze strony największych producentów oprogramowania przyczyniło się do opracowywania kolejnych dialektów tego metajęzyka, wykorzystywanych do opisu i prezentacji różnych obszarów otaczającej rzeczywistości. XML stał się narzędziem silnie wspierającym zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio rozwój e-learningu. Związane z tym obszary zastosowań to przede wszystkim standaryzacja opisu treści dydaktycznych, wykorzystanie usług sieciowych i zastosowanie sieci semantycznych. 3. Standaryzacja opisu treści dydaktycznych Podstawowym celem działań standaryzacyjnych jest wypracowanie założeń pozwalających na uzyskanie pełnej przenośności komponentów dydaktycznych pomiędzy platformami LMS. Wśród organizacji wspierających inicjatywę ustalania specyfikacji i standardów EL można wymienić: IEEE LTSC (Learning Technology Standards Committee, IMS (IMS Global Learning Consortium, Departament Obrony USA, AICC (Aviation Industry CBT Committee, i ADL (Advanced Distributed Learning Consortium, Efektem tych działań jest opracowanie modelu referencyjnego SCORM (Sharable Content Object Reference Model) stanowiącego zbiór specyfikacji i zaleceń dotyczących tworzenia materiałów edukacyjnych oraz metod ich prezentacji w systemach LMS (learning management system). Główne wytyczne standardu odnoszą się do sposobu organizacji treści dydaktycznej (content packaging), śro-

4 142 dowiska uruchomieniowego (runtime environment) oraz formalnych metod opisu treści (metadane). Ustanowienie jednolitej nomenklatury określa zatem wymagania techniczne oraz zalecenia dla konstruktorów platform i autorów komponentów dydaktycznych. Obecnie większość systemów LMS implementuje całkowicie lub częściowo tę specyfikację. Wymienione specyfikacje i standardy stanowią podstawę tworzenia nowych języków opisu treści dydaktycznych, w których szkielet stanowi standard XML. Celem jest wspomaganie autorów w tworzeniu treści, które będą dostosowane do wymagań stawianych w procesie dydaktycznym. Przykładem mogą tu być chociażby elml (elesson Markup Language) [Fisler i Bleisch 2006], LMML (Learning Material Markup Language, i ML3 (Multidimensional Learning Objects and Modular Lectures Markup, Szersza dyskusja dotycząca właściwości wymienionych języków zawarta jest w pracy [Fisler i Bleisch 2006]. Dydaktyczny fundament, szczególnie w przypadku elml, stanowi model pedagogiczny (pedagogical model) zwany ECLASS (entry, clarify, look, act, self- -assessment, summary) [Gerson 2000], w którym wyróżnia się: wprowadzenie (entry) początkowa charakterystyka lekcji lub jednostki (obiektu lekcji), objaśnienie (clarify) teoria, opis modelu, zbiór zasad i faktów, przykład (look) pomoc dla studenta w zrozumieniu teorii zawartej w lekcji, działanie (act) wymuszenie aktywności studenta, wypróbowanie modelu, przedyskutowanie poruszanych kwestii, samoocena (self-assessment) sprawdzenie, czy cele lekcji lub jednostki zostały zrealizowane, podsumowanie (summary) streszczenie całej lekcji lub jej fragmentu. Zgodnie z przedstawionym modelem następuje mapowanie przygotowanych treści dydaktycznych na strukturę XML z użyciem standardu XML Schema. Pozwala to na weryfikację poprawności tworzonych jednostek nauczania. Dzięki użyciu standardu XML możliwa staje się transformacja przygotowanych materiałów do formatów (HTML, XHTML, PDF) niezależnych od użytej platformy programowej. Również i w tym przypadku wykorzystywane są istniejące narzędzia, oparte na technologii XML (języki transformacji XSLT, XSL-FO i FOP Formatting Objects Processor). Umożliwia to prezentację danych na urządzeniach zarówno stacjonarnych, jak i mobilnych (palmtop, smartphone). Ponieważ w większości sytuacji tworzone języki wspierają standard IMS Global Content Package i standard SCORM, treść jednostek dydaktycznych może być w łatwy sposób importowana przez systemy LMS.

5 Rola technologii XML w e-learningu Usługi sieciowe Dotychczasowe konstrukcje systemów nauczania zdominowane zostały przede wszystkim przez scentralizowane systemy klasy klient serwer. Prowadzone obecnie prace mają za podstawę koncepcję tworzenia architektury systemu, w której największy nacisk kładzie się na definiowanie zbioru usług SOA (service oriented architecture), o funkcjonalności zgodnej z wymaganiami użytkownika. Na bazie powstałych usług można konstruować rozproszone systemy i aplikacje, niezależne od stosowanej platformy programistycznej, komunikujące się z usługami z wykorzystaniem zdefiniowanych protokołów i formatów danych. Taką klasą usług realizowanych w środowisku rozproszonym, jakim jest Internet, są usługi sieciowe WS (web services), zob. rys. 1. Definiowane są za pomocą języka opisu usług WSDL (Web Services Description Language), a wywoływane przez ustalony protokół komunikacyjny SOAP (Simple Object Access Protocol). Oba wymienione języki są oparte na technologii XML. Rejestr usług UDDI Wyszukiwanie Publikacja Klient Dostawca usług SOAP Rys. 1. Model funkcjonalny web service Źródło: opracowanie własne. Dzięki agregacji usług sieciowych możliwe jest uzyskanie wysokiego poziomu funkcjonalności tworzonych systemów. W połączeniu z dekompozycją treści nauczania na obiekty dydaktyczne oraz z ich odwzorowaniem na usługi możliwe staje się niezależne tworzenie poszczególnych składowych systemu nauczania, przynoszące wymierne korzyści. Wymienić tu należy przede wszystkim: niezależność od platformy sprzętowej i programowej, możliwość rozbudowy systemu (skalowalność), bezpieczeństwo dostępu do usług, możliwość agregacji uzyskanych rezultatów. Należy również zwrócić uwagę na to, że ponieważ z definicji WS są niezależne od platformy, dostęp do usług może być realizowany z wykorzystaniem wielu

6 144 kategorii terminali, również tych pozwalających na bezprzewodowy dostęp do zasobów sieciowych (laptop, palmtop, smartphone). 5. Sieci semantyczne Koncepcja sieci semantycznej SW (Semantic Web), którą zaproponował Tim Berners-Lee, obecnie rozwijana przez WWW Consortium, realizuje wizję maszynowego przetwarzania informacji zgromadzonych w Internecie. Do jej urzeczywistnienia konieczne staje się utworzenie uniwersalnego sposobu zapisu i przetwarzania informacji dostępnej w Internecie, poprzez przyjęcie określonych standardów ich notacji. Takim sposobem formalizacji wiedzy dostępnej w sieci są ontologie [Hakimpour i Geppert 2002], umożliwiające definicję pojęć oraz relacji pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w pewnym opisywanym fragmencie rzeczywistości. Rekomendowane przez W3C standardy zapisu, w szczególności oparte na języku XML, stanowią podstawę wdrożenia idei sieci semantycznej (tabela 1). Tabela 1. Rekomendacje W3C dla sieci semantycznych Funkcja Określenie składni zapisu Opis i definicja słownictwa (specyfikacja modelu metadanych) Definicja pojęć i relacji pomiędzy opisywanymi zasobami Źródło: opracowanie własne. Rekomendacja W3C XML, XML Schema RDF, RDF Schema OWL Tak sformalizowany sposób opisu zgromadzonych w Internecie informacji stanowi podstawę działania mobilnych agentów programowych. Dzięki swym cechom (mobilność, zdolność do interakcji, umiejętność współpracy, łatwość uczenia się) agent programowy w systemie edukacyjnym może zostać wykorzystany do wyszukiwania obiektów dydaktycznych, a w konsekwencji do selekcji treści nauczania zgodnej z wcześniej ustalonymi wymaganiami i preferencjami uczącego się (co umożliwia personalizację procesu nauczania) [Kononowicz i Żabińska 2005]. Prowadzone w ostatnim czasie badania ukierunkowane są na próbę stworzenia ogólnej architektury systemów nauczania wykorzystujących technologie agentowe. Istotną kwestią, którą należy rozwiązać, jest usystematyzowanie pojęć oraz słownictwa wykorzystywanego w opisie zasobów (metadane) [Wen-Ying i De-Ren 2007]. Konieczne staje się stworzenie ontologii w odniesieniu do metadanych opisujących zarówno treść, kontekst, jak i strukturę materiałów dydaktycznych. Tak usystematyzowane dane staną się podstawą działania agentów, pozwalając im na prawidłową identyfikację obiektów dydaktycznych.

7 Rola technologii XML w e-learningu Podsumowanie Kształtowanie się nowego modelu edukacji wymusza użycie technologii informatycznych, których zadaniem jest wspomaganie procesu dydaktycznego. Jedną z nich jest metajęzyk XML. Jak pokazuje praktyka, jest on powszechnie wykorzystywany zarówno do opisu zasobów treści dydaktycznych, jak i do ich integracji w środowiskach heterogenicznych. Standard ten ma zasadniczy wpływ na rozwój e-learningu. Szczególnie obiecujący wydaje się kierunek badań związany z wykorzystaniem usług sieciowych oraz technologii multiagentowych. Można przypuszczać, że w niedalekiej przyszłości nowoczesne systemy edukacyjne będą się opierać na zbiorze udostępnionych usług oferowanych przez niezależnych usługodawców. Literatura Advanced Distributed Learning, (data dostępu: ). Aviation Industry CBT Committee, (data dostępu: ). elesson Markup Language, (data dostępu: ). Fei Yang J. [2006], The Discussion of Media Selection and Accessible Equity in Distance Education, The Journal of American Academy of Business, vol. 10, nr 1. Fisler J., Bleisch S. [2006], ELML, the e-lesson Markup Language Developing Sustainable e-learning Content Using an Open Source XML Framework, Web Information Systems and Technologies, Setubal, Portugal. Gerson S. [2000], ECLASS: Creating a Guide to Online Course Development for Distance Learning Faculty, Online Journal of Distance Learning Administration, vol. 3, nr 4, Winter 2000, State University of Western Georgia, ojdla/winter34/gerson34.html. Hakimpour F., Geppert A. [2002], Global Schema Generation Using Formal Ontologies, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. IEEE Learning Technology Standards Committee, (data dostępu: ). IMS Global Learning Consortium, (data dostępu: ). Kononowicz A., Żabińska M. [2005], Dystrybucja obiektów dydaktycznych bazująca na technologii agentowej, AGH Automatyka, t. 9, z. 1/2, Kraków. Learning Material Markup Language, (data dostępu: ). Mielcarek P., Parczewski M., Madeyski L. [2004], E-learning analiza celów i możliwości ich realizacji na podstawie istniejących specyfikacji i standardów [w:] Nowoczesne technologie informacyjne w zarządzaniu, Prace Naukowe Akademii Ekonomicznej im. Oskara Langego we Wrocławiu, red. E. Niedzielska, H. Dudycz, M. Dyczkowski, nr 1044, Wrocław. Multidimensional Learning Objects and Modular Lectures Markup, (data dostępu: ). Stecyk A. [2006], Topologia systemów e-learningowych, Gazeta IT, nr 5, gazeta-it.pl/2,4,149,index.html.

8 146 Wen-Ying G., De-Ren C. [2007], An Ontology Infrastructure for an E-Learning Scenario, Journal of Distance Education Technologies, vol. 5, nr 1. The Meaning of XML Technology in E-learning The XML, recommended by W3C organisation, is a language dedicated for data description and data exchange in heterogeneous systems. The article makes an attempt of analysis of the function and the influence of this open standard on e-learning development. The discussed issues submit advantages of meta-language utilisation in the process of standardisation of teaching materials description. The paper also raises a matter of XML application to teaching components integration in systems with service- -oriented architecture. Key words: e-learning, XML technology, web services, semantic networks.