WWW網路合作學習環境之教材出版管理系統





王尉任、劉旨峰、邱繼弘、賴雅惠、袁賢銘

交通大學資訊科學研究所分散式系統實驗室
 

  TEL:(03)5712121 EXT. 59265~6
 
EMAIL: [gis86520,gis85521,gis87518, gis85532,smyuan]@cis.nctu.edu.tw

摘要

為了建置一套完整的WWW網路教學系統,以充分利用電腦網路及WWW所帶來的便利性, 輔助教師使用全新的教學環境,並提供學生,甚至一般民眾一個新鮮、方便的學習管道, 本研究以一個進行了三年的WWW網路合作學習系統為基礎,討論其在實際運作時,在管理上會遇到的問題, 並提出符合現今發展的新系統需求,以重新規劃新的信天翁III系統架構。 本研究主要目標在於研發以超文件呈現的教材所需要的管理工具,提供一個適用於 信天翁III的教材文件管理及出版管理的系統,並輔助教材作者或系統管理者製作並管 理信天翁III中課程導覽系統所需的各項資訊。因此教材管理系統在信天翁III所扮演的 角色為後端的系統管理。





ABSTRACT

Keywords: Network cooperative learning, World Wide Web, Albatross III, Courseware.
To construct a complete WWW-based distance education system, to benefit from modern networks and the WWW, to assist instructors in enjoying the new environment, and to provide students and common people a fresh new and convenient channel for learning, we take our 3-year-old WWW-based Network learning system as a basis to explore its practical management problems, and furthermore, propose an up-to-date system blueprint for our new “Albatross III”
architecture. The research aims mainly to construct Albatross III tools necessary for presenting, publishing, and managing hypertext-style courseware, and to assist courseware authors or managers in specifying and managing all course guidance information in Albatross III.



一、研究目的與動機

在蘇正芬的「互動式遠距教學:環境與教學」[1]一文中提到:「一個遠距教學系統,不管是使用哪種方式進行, 其組織主要包含三大部分:教學、學習和傳播方式。 教學部分含教課播送環境,與教學層面之教學策略、教材設計, 教材呈現及教學技能;教師負責將課題妥善地規劃與編撰,經由傳播系統,傳授給遠端學習者。學習部分含有課程接收環境, 與學習層面之教材呈現及學習形式」;另外該文中也提到,完整的網路教學系統組織架構除了上述三部分外, 尚需幕後的管理系統方能促成順暢的教學活動,例如課務管理、學生選課註冊管理,系統運作維護管理等[請參考圖一的示意圖]。

圖一遠距教學組織

資料來源[1]



信天翁II[2]是一個WWW環境上的網路合作教學系統,以下根據上述網路教學系統所必需具備的組織架構來分析信天翁II是否
為一完整的網路教學系統:

[1] 教學播送環境:信天翁II為建立在UNIX系統上的Web Server (Albatross II Server)。

[2] 教材設計、教材呈現:在信天翁II中,教師將課程教學內容以文字、圖片為主,聲音、影像為輔,加以設計規劃,利用超文件標示語言(HTML : HyperText Markup Language)來編寫教材,把教材以超文件的樣式呈現給學生。

[3] 課程接收環境、播送方式:在信天翁II中,這些超文件教材被放在Albatross II Server中,學生可以自行利用一般常用的WWW瀏覽器透過網際網路連結Albatross II Server,系統提供一個方便學生學習的使用者介面來讀取課程教材,例如OVERVIEW MAP,可幫助學生了解整個教材組織。

[4]教學策略、教學技能:在信天翁II中,教師可以設計不同的教材閱讀順序來引導學生的學習順序(GUIDE TOOL)。還有NOTEBOOK的功能讓學生將問題和心得公佈到討論區上,或者直接使用CHATROOM和同學或教師進行討論。透過這種合作式學習的教學策略可以促進學生對課程的參與感,增加教學互動性,以提高教學成效。

[5]學習方式:在信天翁II中,採自發式的合作式學習。



基本上信天翁II符合蘇正芬在「互動式遠距教學:環境與教學」[1]一文中所定義的遠距教學系統大部分的組織架構,然而信天翁II的設計理念,是將系統定位成建置一套在WWW上進行網路教學所需的特殊教學環境,因此如何設計符合WWW網路教學特性的教材內容及教學策略,並不包含在信天翁II的研究範圍內。
本研究發現信天翁II缺乏成為一完整網路教學系統所不可或缺的幕後管理系統。目前信天翁II必需由專門的系統管理者,以手動的方式整理教師編寫好的教材,並且把系統內相關的資訊記錄到檔案系統中。

沒有幕後管理系統的信天翁II在實際的應用上可能會遭遇到下列的問題:

[1]若將信天翁II擴充成可以支援多個課程,且允許每個學生可同時選修系統內的多個課程,那麼將使得用來記錄課程資料及學生資訊的檔案會變得很多且很複雜。

[2]一個課程內會包含許多超文件教材,當系統內支援多個課程時,超文件教材同樣也會大量增加,教材資料的檔案管理會變得相當不容易。

[3]現行系統下每個課程的授課教師將教材以HTML編寫好之後,必須自行把這些教材HTML檔案直接放在Albatross II Server的課程教材目錄下,在系統支授多個課程時,勢必增加系統管理的困難。

[4]一個課程的教材若是由許多人共同編輯,在教材文件的管理上,也會出現問題。

[5]教師們不一定熟悉對電腦的操作,若沒有適當的工具輔助教師設計其教材,將阻礙教師們使用該系統的意願,直接影響系統的實用性。



綜合上述各項問題,可以了解若未具備良好管理系統的WWW網路教學系統,在未來的擴充性上會發生問題、教師們使用的意願會不高、系統管理者的工作負擔會很大。

本研究即希望能針對上述問題加以分析、探討,並研究系統新增的需求,運用開發超媒體應用系統(Hypermedia Application)的方法論[3, 4],重新規劃信天翁WWW網路合作學習系統,加入適用的自動化管理系統,期望幫助信天翁成為一套功能完整且實用的網路教學系統,對國家發展全民終生學習計劃有一定的貢獻。





二、系統發展方法論與系統設計

本段將介紹發展信天翁III所參考的超媒體應用系統發展方法論,遵循該方法論的七個發展步驟,說明信天翁III在每一個步驟中的設計,並且勾勒出信天翁III主從式系統架構藍圖。

發展WWW上的網路教學系統其實就是發展一個超媒體應用系統(Hypermedia Application)。在發展一個Web超媒體應用系統時,若缺乏系統化的設計方法,當系統的範疇愈大時就會衍生如何管理資訊的問題,因此近年來,有許多有關於應用於發展超媒體應用系統的系統化設計方法論之研究,像是結構化設計的RMM(Relationship Management Methodology)[4]、物件導向設計的OOHDM(Object-Oriented Hypermedia Design Method)[5]和PSM(Products and Services Marketing) Web發展方法論(PSM Web Development Methodology)[3]。

經過評估,其中PSM Web發展方法論較切合我們所要發展的系統,所以本研究將以PSM Web發展方法論為基礎,做為信天翁系統設計的參考。

PSM(Products and Services Marketing)是一個顧問組織,專門提供客戶金融產品與服務市場資訊,他們希望將整個金融市場顧問系統建置到WWW上,讓專業的顧問們方便地將他們的專業知識、市場分析結果、投資建議等資訊透過WWW提供給客戶參考。因此PSM為了建置一個這樣的超媒體應用系統,提出了與應用範圍無關(Application Domain Independent)的超媒體系統發展方法論。

PSM Web發展方法論[可參考圖二],共有七個階段[3]:

[1]資訊架構(Information Architecture)階段,包含蒐集資訊,分析、組織和定義系統內所要呈現資訊的階層架構(hierarchy)及資訊之間的關係(relationship)。

[2]使用者介面與導覽設計(User Interface and Navigation Design)階段,包括資訊呈現方式的設計,以及Web介面的導覽方式與操作介面設計。

[3]內容創作與編寫(Content Creation and Authoring)階段,著重在樣本的定義、 編輯內容文件工具的選擇和製作內容文件。

[4]工作流程與文件管理(Workflow and Document Management)階段,為內容文件管理、版本控制(Version Control)、同時存取控制(Concurrency Control)、及內容作者存取控制等工作流程。

[5]出版(Publishing)階段,是指為文件在預覽、編輯、複檢及最後出版的各種版本產生不同的檢視模式。

[6]文件複查與鏈結管理(Document Review and Link Management)階段,設計檢測文件的方法,保確文件和鏈結的完整性。

[7]資料搜尋與取得(Search and Retrieval)階段,設計資料檢索方法。

圖二 PSM Web發展方法論

資料來源:[3]





三、系統架構

根據上述七個階段的設計,可知信天翁 III 將不僅是一個完整的網路教學系統,而且是一個完整的超媒體應用系統。本研究將整個信天翁III系統架構的藍圖勾勒出來,如圖三中所示。為什麼說是藍圖呢?

因為目前本研究發展的階段目標是依據本研究所獲得的系統新需求,重新設計規劃信天翁,再將新系統劃分成幾大部分,分別進行研究發展,最後把各個子系統整合起來,成為完整的信天翁III。由於目前信天翁III的各個子系統尚未整合,所以圖三中所示之信天翁III系統架構圖為未來之藍圖。

基於系統設計的需求,需要管理的資料很多,資料之間的關係又很複雜,本研究建議使用關聯式資料庫來管理信天翁III,因為使用關聯式資料庫管理可以減輕系統設計者的負擔,增加系統效能。

信天翁III為一個主從式(Client/Server)架構的系統。在伺服器端有一個網路合作學習虛擬教室控制中心,專門提供學生及教師們一個WWW環境上的虛擬教室學習環境,並且負責伺服器端各個子系統的整合與控制,及子系統間的協調。目前伺服器端規劃的子系統有:課程與學生註冊及登錄系統、課程相互評分系統、課程討論系統、課程導覽系統、以及學生學習行為記錄系統。

當學生由信天翁III網路合作學習虛擬教室控制中心的提示進入信天翁III虛擬教室後,可以選擇註冊使用本系統及選課,或者輸入帳號和密碼登錄系統。在登錄系統之後,學生若需要繳交作業報告或閱讀其他同學的作業報告,並做評論及評分時,就可以選擇課程相互評分功能。

圖三信天翁III系統架構藍圖



學生也可以進入課程導覽系統學習課程內容,系統會查詢學生的選課資料,以列出該名學生所有選讀的課程供其選擇,接著學生就在課程導覽系統所提供的學習環境中閱讀教材內容。

學生若有需要和同學們及教師討論問題或者交換自己的心得,即可開啟課程討論系統。另外,學生在課程導覽系統與課程討論系統中的行為將會被學生學習行為記錄系統一一記錄下來,以供將來做為輔助教學的各項統計分析之資料來源。

當教師由信天翁III網路合作學習虛擬教室控制中心進入信天翁III虛擬教室後,可以選擇註冊使用本系統或註冊一門新課程,或者輸入帳號和密碼登錄本系統。登錄系統之後,教師可進入所教授課程的課程相互評分系統,查看學生作業報告及相互評論評分情形。若是教師想知道學生討論情況,或者參與問題討論、甚至和學生進行線上討論,即進入課程討論系統。當然教師也有權限開啟課程導覽系統閱讀其所教授的課程內容,只是系統並不作記錄教師們的行為。

信天翁III在用戶端的設計分成兩大部分,為用戶端WWW瀏覽器和教材管理系統。學生及教師們使用一般WWW瀏覽器,例如,Netscape或Microsoft IE(Internet Explorer),透過HTTP(HyperText Transfer Protocol)和遠端的信天翁III網路合作學習虛擬教室控制中心伺服器連線溝通,使用信天翁III系統功能。

教材管理系統是依據超媒體應用系統(簡稱PSM)發展方法的四、五、六、七步驟所設計之系統。除了輔助教材作者及系統管理者做教材文件管理、教材文件出版、教材文件複查及鏈結管理之外,還把課程全覽圖輔助編輯器和教材關鍵字索引頁產生器,以及課程導覽工具之學習路徑編輯器與自動產生加了導覽控制碼的教材文件等功能,全部整合到教材管理系統內。

由於網路的便利性,教材作者及系統管理者便可隨時隨地使用任何一台電腦執行教材管理系統,只要該電腦具備可執行教材管理系統的作業系統,並且能夠連接到信天翁III伺服器端的關聯式資料庫。





四、課程管理系統功能與設計介紹

[4.1]課程與學生註冊及登錄:
當教師有需要在信天翁III上開設新課程時,只需透過系統提供的課程註冊功能,填入課程基本資料,包括替教材的作者開一個共用的帳號及密碼。系統即將課程的資料加入資料庫中,並且在伺服器的磁碟上為該課程的教材開一個目錄,以便儲存教材作者所製作的教材文件。由於課程教材的儲存目錄記錄於資料庫中,因此可以隨時更換教材儲存位置,只要同時修改資料庫中課程教材的儲存目錄即可。

[4.2]課程導覽功能:
每個課程的課程全覽圖結構以全覽圖資料模組來記錄。其資料項目只有教材編號、父節點編號和排列次序,表示每一個教材文件在課程全覽圖中的位置是屬於哪個教材文件之下(父節點),和在其子節點中的排列次序。

[4.3]課程相互評分系統:
學生作業報告繳交的方式是通知信天翁III其作業報告存放位置的URL,例如:"http://w3cc.cis.nctu.edu.tw:8080/Course/OS/StudentA/index.html",系統即建立一超鏈結以鏈結到該URL。同學們可以利用這些超鏈結閱讀他人的作業報告,並做評論,接著同學們看了其他同學給的評論後就可再做改進,然後再給大家做評論,如此三個回合後才完成互相評論,最後再互相評分。有關學生們的作業報告的評論和評分資料也是都記錄在資料庫中。

[4.4]課程討論系統:
教師或系統管理者可以直接使用課程討論系統的WWW介面為課程開設討論版,同一課程內的不同主題可以分別有不同的討論版。當學生在看討論版時,若欲將自己的意見貼上以參與討論,必須選擇文章類型,文章類型會標示在每篇討論文章標題中,方便大家由標題就大概了解討論文章內容是屬於那一種文章類型。討論文章之分類有:發問、質疑、判斷、反對、贊成等等。[6]

[4.5]學生學習行為紀錄系統:
為了評估學生學習情況,以及教學成效,本系統可以記錄學生在系統中的學習行為,再對這些記錄進行各項統計分析,教師可依據統計分析結果修改課程內容及教學策略,或者提供信天翁研發小組修改系統設計之參考。





五、教材管理系統功能與設計介紹

[5.1]文件管理:
文件管理的目標是為了確保在多人編輯教材的環境下,維持教材文件的一致性,以及教材文件存取控制與管理。系統會為每個課程在系統伺服器的磁碟中開設一個儲存其教材文件的目錄,並且把課程教材目錄記錄在資料庫中,所有編輯好的教材文件將被統一放置在系統所規定的目錄中。

簡單來說本研究維持教材文件的一致性的做法,就是保持系統伺服器上的教材文件為最新版本。為了達到這個要求,本研究於是制定了一套多人編輯教材文件的工作流程,教材作者要將教材文件出版(publish)至信天翁III伺服器之前必須經由下列程序:

[1]執行信天翁III教材管理系統。

[2]每個課程有一個共用的教材作者帳號及密碼,欲編輯某課程教材的作者必需輸入該課程共用的帳號及密碼。

[3]系統先確認目前是否有其他教材作者也正在使用本教材管理系統編輯教材,若沒有才允許使用者進入教材管理系統。

[4]進入教材管理系統之後,作者選擇所要編輯的課程,系統再確認其帳號及密碼是否有編輯該課程教材的權限。

[5]當使用者通過身份認證後,教材管理系統開始向信天翁III伺服器下載該課程目前所有的HTML教材文件檔,並且和伺服器端的資料庫取得連線。

[6]接著教材作者可以使用其他HTML網頁編輯器,修改下載回來的HTML教材文件檔,或者加入、刪除HTML教材文件檔。

[7]當教材作者完成教材編輯,向系統做了修改確認後,教材管理系統才將這些最新版的教材文件,上傳至信天翁III伺服器。

如此一來,就能保持伺服器端所有的課程教材文件都是最新版,也就是說,每位教材作者都是針對最新版本的教材文件做編輯。


[5.2]鏈結管理:
鏈結管理的設計理念來自於教材完整性的維護。教材與教材之間存在著許多藉由超鏈結互相鏈結互相參考的關係,常常會因為某些教材文件的修改、加入、刪除或搬移,使得有些教材文件中的超鏈結鏈結不到原來的教材文件。當教材文件數量很少時,教材作者還有可能記得哪裡有需要同步修改的超鏈結,但是當有大量的教材文件時,要一一記得這些超鏈結,似乎就是一件不容易的事了。

因此鏈結管理主要目的是幫助教材作者,檢查同一課程內教材之的鏈結是否完整,並在發生無法鏈結的錯誤時提醒教材作者做修改。換句話說,目前本研究可以處理的是屬於同課程教材之間的鏈結,只要不是鏈結到同屬於某課程的教材之超鏈結,例如鏈結到其他WWW站的超鏈結,系統暫時不予處理。


[5.2.1] 自動檢查鏈結功能
加入新教材文件及加入鏈結:
教材作者選擇加入新的教材文件後,系統會自動檢示此教材文件是否有錯誤的鏈結,也許是URL寫錯了,或者超鏈結所鏈結到的教材文件不包含在該課程目前的教材文件中,還有可能是所鏈結的教材文件無誤,但是其URL中所寫的片段名稱(Anchor Name),在該教材文件中找不到。


[5.2.2] 自動檢查鏈結功能
刪除教材文件及刪除鏈結:
當刪除課程中某一教材文件時,可能會引起許多教材文件鏈結完整性的問題,因此系統有必要設計刪除教材,以及自動檢查相關教材文件之鏈結的功能。即教材作者從課程所有教材文件擇一刪除時,系統即在屬於同課程的教材文件中,找出有鏈結到這個被刪除教材文件的教材文件;再針對這些教材文件做鏈結檢查,將文件中鏈結被刪除教材文件的超鏈結一一找出,並通知教材作者修改。


[5.2.3] 教材超鏈結錯誤處理:
由上述自動檢查鏈結功能,可知若系統發現錯誤的超鏈結時將通知教材作者修改,所以需要一個工具幫助教材作者修改超鏈結。因此鏈結管理中還設計處理一個教材超鏈結錯誤的設計,當自動檢查鏈結功能發理無法鏈結的超鏈結後,即向教材作者顯示教材文件中錯誤的超鏈結,將發生錯誤的超鏈結在文件中的位置標示出來,並告知教材作者是找不到所鏈結的教材文件或是片段名稱有錯。


[5.3] 全覽圖編輯器:
本研究認為如果能設計一個視覺化的編輯工具,使用者便可以輕鬆的畫出課程全覽圖[7],而不需要編輯以文字描述的全覽圖對映檔。因此在本研究的全覽圖編輯器的設計中,會直接在編輯器中顯示使用者所編輯的課程全覽圖,使用者可以直接選擇某一教材文件在課程全覽圖中所要放置的位置,也可以做刪除或搬移。

例如使用者若希望「通訊協定」教材於全覽圖中的位置是在「計算機網路課程」之下,則點圖中的「計算機網路課程」,再選擇將「通訊協定」加入的功能,其結果就會如同圖四所示。若想把某一個教材課程全覽圖中刪除,也是直接在圖中選擇,然後刪除。

圖四課程全覽圖中加入通訊協定



[5.4] 教材關鍵字索引頁產生器:
許多書籍後面都附有關鍵字索引(Keyword Index),會列出一些關鍵字,以及該關鍵字在書籍中所出現的頁數,讀者可以依關鍵字索引中的頁碼找到所需要的資料。而信天翁III的課程教材也要提供類似的關鍵字索引功能,就是提供每個課程一個以HTML撰寫的關鍵字索引網頁,該網頁會列出教材作者設定的關鍵字,並有超鏈結可以直接鏈結所有出現該關鍵字的教材文件。

本研究希望能夠幫助教材作者產生教材關鍵字索引網頁,減少教材作者自行製作教材關鍵字索引網頁的麻煩。因為若一個課程有多個教材作者,則表示其教材關鍵字索引網頁需要經由多人編修,再加上關鍵字索引網頁可能很大,教材作者要將一個關鍵字加入HTML網頁中,或是在既有的關鍵字中加入一個超鏈結,都是一件很麻煩的事。

本研究教材關鍵字索引頁產生器的作法是,系統會顯示教材文件原始檔的內容,由教材作者從文件中選取欲設定為關鍵字的字串,然後系統將此關鍵字和出現的位置記錄下來。當教材作者都設定好之後,系統會根據所記錄的資訊,自動產生關鍵字索引網頁的HTML檔。





六、結論

為了建置一套完整的WWW網路教學系統,能充分利用電腦網路及WWW所帶來的便利性,輔助教師使用全新的教學環境,並提供學生,甚至一般民眾一個新鮮、方便的學習管道,本研究首先剖析現行的WWW環境上之跨平臺網路合作學習系統(信天翁II),在各方面是否符合成為一個完整網路教學系統之需求。

經本研究評估發現,信天翁II缺乏順利運作一完整網路教學系統所不可或缺的幕後管理系統,包括學生管理、課程管理、教材文件管理,無法滿足網路教學系統在擴充性及實用性方面的需求。因此有必要規劃一適用的教材管理系統,使信天翁能得以提供一個功能完整且實用的網路合作學習環境。

由於使用HTML所編撰的課程教材文件是屬於WWW出版品的一種,因此本研究以WWW出版品的角度來探討教材文件在編輯、出版管理上的問題,包括教材一致性、完整性、轉置性及資料檢索。為了解決這些問題,本研究所設計的教材管理系統,提出了文件管理、鏈結管理與教材關鍵字索頁產生器等功能,自動幫助教材作者或者系統管理者管理教材。





七、未來發展

本研究所研發的範圍為一Learning Pack(學習套件),也就是可提供學習所需求的的套件。將來可與Testing Pack (測驗套件)與 Management Pack(行政套件)做結合,以成為一完整的School Pack(學校套件)。





八、致謝詞

本研究係由國家科學委員會科學教育處專題計畫經費補助NSC87-2511-S-009-003-ICL,在此特別予以致謝。

感謝交通大學教育學程蔡今中、林珊如教授在系統發展中給予了相當多的關注與建議。





九、參考文獻

[1]蘇正芬(民84) 。「互動式遠距教學:環境與教學」。遠距教學,27~32頁,第四期。

[2]陳碧紅
(86) 。信天翁II: WWW環境上之跨平臺遠距合作教學系統。交通大學資訊研究所碩士論文

[3]Balasubramaniam.V, Bashian Alf & Daniel Porcher, "A Large-Scale Hypermedia Application using Document Management and Web Technologies", Proceedings of Hypertext'97, p134-145,1997.

[4]Isakowitz, T., Stohr, E., &Balasubramanian, P. "RMM:A Methodology for Structuring Hypermedia Design", Communications of the ACM, 38(8), 34-44, 1995.

[5]Schwabe, D., Rossi, G., Barbosa, S.D.J, "Systematic Hypermedia Application Design with OOHDM", Proceedings of Hypertext`96 , p116-128, 1996.

[6] Shyan-Ming Yuan and Eric Zhi-Feng Liu(1998). The discussion environment of WWW-based distant cooperative learning. The 7th Internation Conference on Computer Assisted Instruction, Taiwan, pp.182-185.

[7]Novak, J.D., & Gowin, D.B.(1984). Learning how to learn. New York: Cambridge University Press.


十、作者介紹

王尉任、劉旨峰、邱繼弘、賴雅惠,交通大學資訊科學系所研究生。

袁賢銘(Shyan-Ming Yuan, Ph.D.),交通大學資訊科學系所教授,馬里蘭大學電腦科學博士,專長為分散式系統、CORBA 相關領域、遠距教學。