行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告
智慧型個人化多媒體學習內容管理系統之研製(1/3)
計畫類別： 整合型計畫
計畫編號： NSC92-2524-S-009-002-
執行期間： 92 年 05 月 01 日至 93 年 04 月 30 日
執行單位： 國立交通大學資訊科學學系
計畫主持人： 曾憲雄
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 93 年 4 月 6 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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智慧型個人化多媒體學習內容管理系統之研製(1/3)
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計畫類別：□個別型計畫 5整合型計畫
計畫編號：NSC92－2524－S－009－002
執行期間：
92 年 05 月 01 日至 93 年 04 月 30 日
計畫主持人：曾憲雄 教授 國立交通大學 資訊科學系
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立交通大學資訊科學系
中 華 民 國 九十三 年 四 月 六 日
1
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
智慧型個人化多媒體學習內容管理系統之研製(1/3)
計畫編號：NSC92－2524－S－009－002
執行期限：92 年 5 月 1 日至 93 年 4 月 30 日
主持人： 曾憲雄 教授 國立交通大學 資訊科學系
一、中文摘要 隨著網際網路的盛行，網路學習的概念已被廣 泛的接受，例如：線上學習、遠距教學、員工訓練、 電子書等等。它可突破時空的限制，讓學習者在任 何時間與任何地點都可以進行學習。然而，各個系 統所使用的不同格式教材，使的難以互相分享彼此 間的教學資源，造成教材製作成本的提高。雖然國 際組織所提出的SCORM, IMS, AICC, LOM等等標 準可些微的解決教材在互操作性、再用性與分享性 上之困難。但在本土化教材、個人化教學與課程、 試題自動化上之定義仍嫌不足。另外，在個人化教 學與課程、試題自動化上，目前所提出的網路學習 系統亦無法呈現出完善的效能與成果，甚至有些系 統根本就忽視此考量。 因此，本計畫之目標在於發展一個智慧型個人 化內容管理系統(Intelligent Multimedia ContentManagement System, IMCMS)，以根據學習者的
學習能力與評估後的學習成果來提供學習者適當 的個人化標準學習教材。在第一年中，本計畫之執 行成果主要為針對前導計畫所提出之 2 層次架構 教 材 標 準 ， 教 材 標 示 語 言 (Teaching Material Markup Language, TMML) ， 來 發 展 SCORM/TMML 之標準教材轉換與編輯工具，並提 出教學活動模型(Instructional Activity Model, IAM) 架構，以達到學習活動(Learning Activity)之管理與 再使用，亦發展 IAM 學習系統以產生適性化之學 習課程並驗證與SCORM 之相容性。而在本年度之 計 畫 執 行 期 間 ， 我 們 總 共 發 表 了 4 篇 會 議 (Conference)論文，其中包含 1 篇最佳論文與 1 篇 佳作論文。 關鍵詞：網路學習、SCORM、學習內容管理系統、 學習活動、教材標準。 Abstract
As internet usage becomes more popular over the world, e-learning system including online learning, employee training courses, and e-book in the past ten years has been accepted globally. It can make learners conveniently study at any time and any location. However, the different formats of teaching materials among e-learning systems result in difficulty of the sharing the resources and increasing the cost of creating teaching materials. Although the SCORM, IMS, AICC, LOM, etc. proposed by international organizations can overcome the issues of
interoperability, reuse, and sharing, none of the application results of the existing e-learning systems which possess the features of personalized instruction and course and exercise sequencing are satisfied. Thus, the features of local culture, personalized teaching strategy, and automatic course and exercise sequencing are still required.
Therefore, this subproject aims to develop an Intelligent Multimedia Content Management System (IMCMS) to provide personalized teaching materials for learners in accordance with their learning aptitudes and evaluation results of learning. In first year, the executable results of prototype of this subproject are based upon TMML (Teaching Material Markup Language) in previous project to develop transformation and authoring tools of standardized teaching materials. Moreover, we also propose an Instructional Activity Model (IAM) to solve the issues of managing and reusing the learning activity in SCORM and develop an IAM system to generate the adaptive learning content and verify the compatible between IAM system and SCORM RTE. In addition, during the progress of subproject, we have published 4 conference papers including 2 best award papers.
Keywords: E-Learning、SCORM、Learning Content
Management System (LCMS) 、 Learning Activity, Teaching Material Standard.
二、計畫緣由與目的 隨著網際網路的興盛與普及，使的網路學習環 境的設計與開發已廣泛的受到重視，而如何設計一 個適性化的網路學習環境，更成為目前各國發展學 習科技的重要前瞻議題。由於網路的資源豐富，目 前一些國際標準組織已開始著手規範網路文件標 準，希望在兼顧製作的方便性外，更能導入文件交 換與共享的概念。目前國外著名的教材標準包括：
航空業AICC [1]推出的 AGRs 與 CMI 規範。IMS[2]
制訂之QTI、LIP、Content Packaging 等規範。美國
政 府 推 動 之 ADL [3] 制 訂 之 SCORM (Sharable
Content Object Reference Model) 皆為被廣泛討論
之規範。其他如 IEEE LOM [4]、LMML [5]、 ARIADNE [6]、荷蘭開放大學的 EML [7]及大陸地 區目前正在制定的遠距教學技術標準 DLTS [8]等 等。綜觀目前各國提出的標準中，SCORM 因集各 家標準之所長，已成為最受國際廣泛支持與採用的 數位學習標準規範，其目的在於提供可再用與分享
的課程元件撰寫準則。SCORM 將 E-Learning 系統 上的教材視為元件，透過API(Application Program Interface)來操作與分享這些教材元件，目的是讓網 路上不同的學習管理系統，可以分享所開發設計的 學習教材，達到重複使用的目的。由於目前SCORM 在個人化教學的部分仍存在許多問題，例如: 在本 土化教材、個人化教學與課程、試題自動化上之定 義仍嫌不足。另外，在個人化教學與課程、試題自 動化上，目前所提出的網路學習系統亦無法呈現出 完善的效能與成果，甚至有些系統根本就忽視此考 量。 因此，在總計劃中，我們以開放原始碼的精神 與元件設計方式，來規劃並建置一套[智慧型多媒 體學習內容管理系統]，其中包括子計畫 1：「智慧 型個人化多媒體學習內容管理系統之研製」、子計 畫2：「智慧型個人化題庫系統之建置與管理」與 子計畫3：「行動學習載具上通用型多媒體學習內 容存取播放機制之研發」等3 個子計劃。而在第一 年的工作規劃與進度中，本子計畫主要針對前導計 畫所提出之 2 層次架構教材標準，教材標示語言
(Teaching Material Markup Language, TMML)，發展
出 SCORM/TMML 之標準教材轉換與編輯工具， 以 提 供 教 師 與 編 輯 者 快 速 的 編 輯 出 符 合 SCORM/TMML 的標準化教材。此 TMML 標準規 範與教材轉換與編輯工具，便可提供給子計畫2 與 子計畫 3 使用，進而達到建置標準示範模式之目 的 。 並 針 對 SCORM 1.3 中，複雜之學習活動 (Learning Activity)難以管理之問題，提出教學活動 模型(Instructional Activity Model, IAM)之架構，以
達到學習活動之管理與再使用，亦發展 IAM 學習 系統以產生適性化之學習課程並驗證與 SCORM 之相容性。 三、結果與討論 在此章節中，將針對本子計畫之內容與目前成 果進行說明與介紹。
3.1 教 材 標 記 語 言 (Teaching Material Markup Language, TMML)之轉換與編輯工具 在目前已制定出的各種標準規範中，SCORM 因集合各家標準之所長，而成為目前最受廣泛採用 的標準，而其主要參照了 IMS、LOM 與 AICC 等 標準之規範。因此，在 2001 年，由台灣國立交通 大學曾憲雄教授所領導的研究團體，在國科會科教 處的支持下，著手將SCORM 加以延伸，發展成為 更完善的兩層次教材標記語言(Teaching Materials Markup Language, TMML)，此 TMML 不但承襲 了SCORM 的標籤與結構，並詳細規劃其學科之內 容，其完整架構如圖1 所示。 本子計畫繼續架構在TMML 架構上，作其規範 上之延伸與強化，因此，為了使我們所延伸與修訂 出的 TMML 教材標準能快速與方便提供給教師與 學習者使用，因此我們發展了一教材標準化之轉換 機 制 來 快 速 的 轉 換 傳 統 教 材 成 為 符 合 SCORM/TMML 的標準教材。其轉換流程之系統展 示請參考圖2 所示。 圖 1：TMML 之整體組織架構圖 圖2:傳統教材標準化之轉換流程 而為了提供教師或使用者能快速與方便編輯出 符合 TMML 格式的標準教材，因此我們在建制了 一套符合本標準的線上教材編輯工具，其運作流程 如圖3 所示。使用者只需要登入至此系統，即可使 用此教材編輯工具，不需要個別安裝系統，具有極 大的方便性。此外，此編輯工具亦可作為子計畫2 之試題編輯工具，提供快速編輯符合 TMML 標準 化試題之介面。 圖3：線上標準教材編輯流程
3.2 教學活動模型(Instructional activity Model, IAM)
如前所述，TMML採用SCORM為發展基礎，並
融 入 了Simple Sequence Specification (SSS) 與
Question & Test Interoperability (QTI)等規範。然而 在目前的SSS中，對於龐大的學習活動樹(Activity Tree, AT)存在著不易管理與重新使用的問題，且對
3 於個人化的學習，如何應用教育理論(Pedagogical Theory)來提供更適性化的學習環境，也是本計畫中 所關心的。因此，在本計畫中，我們運用教育理論 與物件導向方法論(OOM)來分別將AT的結構加以 延伸與模組化，使不同之AT彼此具有關聯性與教 育理論之實體意義，可便於管理與重新使用，AT 模組化之概念可參考圖4所示。於是我們提出了教 學活動模型(Instructional Activity Model, IAM)，
此模型由許多具有互關聯性(Inter-relation)與特殊
屬性的小AT節點組成，因此藉由這些互關聯性與 屬性，這些AT節點便可簡易的被管理、重組與整 合，IAM架構之示意圖如圖5所示。此外，我們也 提出AT Selection Algorithm來瀏覽IAM架構，以動
態的產生學習內容(Learning Content)給使用者。 IAM具有延伸性與彈性，因此可以藉由延伸機制來 應用教育理論以符合特殊的需要。 圖 4：AT 模組化之概念 圖5：IAM示意圖 因此，IAM 即為一學習活動或課程之圖形化表 示，其包含一些 AT、包含先備知識(Prerequiste)與 貢 獻(Contribution) 之 能 力 (Capability) 、 包 含 具 有 mReqij的eij 與 e’ij的關係邊(Relation Edge)，及一些
評估函數(Measure Functions)，所以，它可以被表 示為 IAM=(ATset, Cset, Eset, E'set)，此處：
ATset = {AT1, AT2, …,ATn}.
Cset = {c1, c2,…,cn}.
Eset 為所有 Prerequisite Edges 的集合，被表示為
Eset =
Υ
E
j, Ej =Υi(eij ,mReqij), eij∈ATj.E'set 為所有 Contribution Edges 的集合，被表示
為 E'set =
Υ
E'
j, E'j =Υje'jk, e'jk∈ATj.AT Selection Algorithm 為 IAM 之 AT 選 取 演 算
法，而圖6為AT Selection Algorithm之流程圖。
圖 6: IAM 之學習處理流程 圖 7：IAM 之例子 例子1： 在圖7 中的 IAM 可表示為如下： IAM = ({AT1, AT2 AT3, AT4, AT5,}, {c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8, c9}, {(e11,0.8), (e22,0.7) , (e23,0.8), (e33,0.8) , (e44,0.8) , (e55,0.8) , (e65,0.6)}, {e'14, e'15, e'25, e'36, e'47, e'48, e'58, e'59}).
Case1: 我 們 假 設 AC={(c1, 0.82), (c2, 0.75) } 與 CO={c4, c7, c8}. 此處括號中的數值為val(ci). 所有的PCLAT 結果已經表示在圖7中，在經過 演算法中之While 迴圈後，其執行結果如表1所 示。於是，具有最高CF值的AT1 將會被傳遞給學 習者進行學習。 表1：AT1與AT2之相關結果 Case2: 我們假設 AC={ (c1, 0.82), (c2, 0.75), (c4, 0.75), (c5, 0.6), (c6,unknown) }, CO={c4, c7, c8}，與 Blocking AT={AT3, AT5}。則 AT 選取處理將進入
Remedy Course Process.
在Step 2.2.5 之前，因為 AT5 有一個 cm∈ CO，
因此AT5 被選取，而如果 SelectingPolicy 為“Easiest
First”，則具有(mReq(e55)－val(c5))最小值 0.2 的 c5
將被選取。接著，計算(mReq(e55)–grade(e'15))×w(e'15))
與(mReq(e25)–grade(e'25))×w(e'25))，我們可決定具有
值為0.26 的 AT2將被傳遞給學習者作學習。
此外，本子計畫所提出之IAM更融入了Gagne 的Learning Outcome[13] (包含Verbal Information、
Intellectual Skills 、 Cognitive Strategies 、 Motor Skills與 Attitude等 5種能力 )、學習風格[15](包含 Visual、Auditory與Kinesthetic等3種)與Bassing的教 材 組 織[12]( 包 含 Logical、 Psychological與Eclectic Organization等3種組織架構)等教育理論，以提供更 人性化的學習內容給使用者作學習，其詳細的定義 與內容可參考[22]。 3.3 IAM系統 在本子計畫中，我們亦針對所提出之IAM架構， 實際發展了一個IAM系統，此系統將SCORM RTE 1.3作為學習管理系統平台，IAM系統負責產生適性 化的課程以傳送給SCORM RTE來展示給學習者進 行學習。如圖8所示，IAM系統主要部分，分為2個 模組：1. IAM Module－包含IAM Controller、IAM Model 與 IAM Database 及 2. AT Tree Inference
Engine Module － 包 含 AT Parser 與 DRAMA
Inference Engine。在IAM Module中，IAM Controller 主要管理IAM Model及負責和Controller與AT Tree IE Module作通訊。當有學習者登入系統時，IAM系 統將分配一個Controller給學習者來負責學習過程 中所有的事件管理。而當學習者要求學習課程時， SCORM RTE 將 透 過 Controller 送 要 求 至 IAM Controller，此IAM Controller將擷取學習者的個人 資訊與IAM Model以通知AT Parser來萃取出正確 的規則資訊(Rules)並傳遞給在AT Tree IE Module 中所內嵌的推論引擎，稱為DRAMA [11, 16, 17, 18]，以進行課程推論處理，並產生適合的課程送
交SCORM RTE進學習。因此，此系統可證實我們 所提出之IAM系統可與任何SCORM/TMML相容之 學習管理系統相容。
圖 8: 建構在 SCORM RTE 1.3 上之 IAM 系統架構 圖9為IAM系統之管理者介，以方便觀察學習者 之學習狀態。而為了方便編輯IAM架構中所需之推 論規則，因此本計畫中亦發展了一IAM編輯工具， 如圖10所示。 圖9：IAM系統之管理者介面 圖10：IAM模型之編輯工具 四、計畫成果自評 針對智慧型多媒體內容管理系統相關的標準及 工具等相關研究主題，總計畫共規劃了3 個子計畫 來進行的分析與研究，包含：子計畫 1：智慧型個 人化多媒體學習內容管理系統之研製、子計畫 2： 智慧型個人化題庫系統之建置與管理與子計畫 3： 行動學習載具上通用型多媒體學習內容存取播放 機制之研發。各子計畫間皆互相關聯與支援，以有 效整合各子計畫之研究成果。
5
在第1 年中，本子計畫 1 針對前導計畫所提出
之 2 層次架構教材標準，教材標示語言(Teaching
Material Markup Language, TMML) ， 發 展 出
SCORM/TMML 之標準教材轉換與編輯工具，以提 供 教 師 與 編 輯 者 快 速 的 編 輯 出 符 合 SCORM/TMML 的標準化教材。此 TMML 標準規 範與教材轉換與編輯工具，便可提供給子計畫2 與 子計畫 3 使用，進而達到建置標準示範模式之目 的 。 並 針 對 SCORM 1.3 中 ， 複 雜 之 學 習活動 (Learning Activity)難以管理之問題，提出教學活動 模型(Instructional Activity Model, IAM)架構，以達
到學習活動之管理與再使用，亦發展 IAM 學習系 統以產生適性化之學習課程並驗證與SCORM 之相 容性。 因此，本子計畫之研究成果有效的提供給各子 計畫進行研究與整合，並已針對第2 年的之研究進 度作妥善之規劃與管理，以期有更完善之研究成 果。 本子計畫主要之成果與貢獻如下： 1. 針 對 前 導 計 畫 提 出 之 教 材 標 示 語 言 (Teaching
Material Markup Language, TMML)來發展教材 標準化之轉換機制，以提供方便與快速之傳統教 材之 SCORM/TMML 標準化轉換與發展線上編 輯 工 具 介 面 ， 以 快 速 的 編 輯 出 符 合 SCORM/TMML 之標準教材。 2. 提出教學活動模型架構(IAM)，以有效的管理、 再使用龐大的學習活動樹，並導入教育理論，以 提供更個人化的教材內容。 3. 並實際發展 IAM 系統，以產生適性化之學習課 程並驗證其與SCORM RTE 1.3 系統平台之相容 性。 在本計畫第一年之執行期間，我們總共發表了4 篇會議(Conference)論文[19, 20, 21, 22]，其中，[21] 為GCCCE 2003之最佳論文，而[22]為NCS 2003之 佳作論文。 (計畫網站：http://e-learning.nctu.edu.tw) 5、參考文獻
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