第 3 章 數位學習系統

數位學習理論與實務

黃國禎、蘇俊銘、陳年興

學習目標

• 3.1 數位學習系統與架構

• 3.2 學習管理系統

• 3.3  學習內容管理系統

• 3.4 串流影音系統

• 3.5 同步教學系統

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第 3 章 數位學習系統

• 有提供知識的數位學習內容，教師與學生要如何進行教與學的活動?– 需要透過[數位學習系統]的功能輔助才能有效進行。

• 數位學習系統:– 是能幫助教師有效管理數位內容與班級學生、以及進行數位化教學與分析的系統平台。

– 學生也透過數位學習系統來與教師與同儕互動、閱讀線上課程、進行線上測驗、與管理個人學習資料等等學習活動。

– 是支撐數位學習能有效進行的基礎。

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數位學習系統與架構

• 數位學習系統(e‐Learning System) :– 就是一個用來支援教學(Instruction) 與學習(Learning) 上各種需求的系統平台，

– 以讓教學與學習的各項活動都能夠順利且有效率的進行，

– 並希望能達到教學與學習兩者成效皆能提升的雙贏目標。

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圖3‐1 需求‐策略‐系統之關聯架構

• 一個系統的開發:– 一定先有其[發展目標]、– 依據[目標]來規劃各項系統功能:

• 以確保系統能支援所需的發展目標。

• 學習系統的功能規劃:

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學習技術系統架構(Learning Technology System Architecture, IEEE LTSA) 

• 國際組織IEEE LTSC (ltsc.ieee.org) 基於教學與學習上的各項需求所制定的參考模型。

• 將學習系統區分成:– 4 個功能元件：

• 學習(Learner Entity)、• 教學(Coach)、• 傳送(Delivery)、• 評估(Evaluation)，

– 2 個資料儲存庫：• 學習資源(Learning Resource) • 學習紀錄(Learner Record)

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圖3‐2 Learning Technology System Architecture (IEEE LTSA) 

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LTSA功能說明• Learner Entity：

– 學習者接收來至系統的多媒體課程，其學習過程將被追蹤以紀錄。

• Coach：– 教師提供教材給學習系統，並評估學習者的學習成效。

• Delivery：– 負責遞送Coach所規劃的課程內容給學習者進行學習。

• Evaluation：– 評估學習者之學習成效與診斷學習迷失。

• Learner Record：– 負責紀錄學習者的學習行為，以作日後之學習成效與迷失追蹤。

• Learning Resource：– 儲存教師所提供的學習資源，以提供學習者作學習。

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學習內容編輯工具的角色

• LTSA 系統架構模型:– 說明多數學習系統所需要規劃與依循的參考功能。

– 不過此架構缺少對學習內容編輯工具與環境的功能元件規劃:

• 因學習內容需要透過編輯工具才能有效支援教學與學習活動中的許多需求。

• 尤其[學習物件設計模式]被廣泛接受與使用後:– [學習內容編輯工具]的在學習系統中扮演的角色更是越加重要。

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e‐Learning System基本功能架構

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圖3‐4 E‐Learning Framework (ELF)抽象功能架構

• 數位學習架構計畫(E‐Learning Framework, ELF) (www. elframework.org):– 英國JISC (Joint Information Services Committee) 與澳洲教育司的DEST (Science and Training) 共同合作進行

– 目的:• 在基於學習、研究、與教育的觀點，針對數位學習來規劃具服務導向架構(Service Oriented Architecture) 的共同方式

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圖3‐4 E‐Learning Framework (ELF)抽象功能架構

• 三階層的ELF 抽象架構:– 共通服務(Common Service)：

• 提供學習系統最基本與共通的底層服務。

• 例如：行事曆(Calendaring)、聊天室(Chat)、電子郵件(E‐mail)等等。

– 學習領域服務(Learning Domain Service)：• 提供針對學習領域的特定學習服務。

• 例如：活動管理(Activity Management)、測驗評量(Assessment)、課程(Curriculum)等等。

– 示範的使用者代理程式(Sample User Agent)：• 基於下兩層所提供的服務與依據教學與學習的應用需求發展特定的使用代理人服務程式，以提供特定的功能服務。

• 例如：編輯應用程式(Authoring Applications)、測驗系統(Test)、虛擬學習環境與學習管理系統(VLE/LMS)等等。

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圖3‐5 E‐Learning Framework (ELF) 之細部功能架構

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3.1.1 數位學校的組成

• 數位學校(Digital School) 是什麼？

– 簡單來說:就是利用網路環境所架構的學校。

• 網路教學系統:– 其實不是只有一種，而是由幾大系統所組合而成：

• 學習管理系統(LMS) ＋學習教材管理系統(LCMS) ＋同步教學系統(SIS) ＋串流影音系統(SMS)。

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圖3‐6 數位學校的系統架構

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網路教學系統• 學習管理系統 (Learning Management System, LMS):– 支援所有教學活動的進行，包括:

• 課程管理：負責課程的管理、師生的管理、學習評量管理；

• 媒體資源中心：作業、測驗、問卷、成績的管理；

• 虛擬教室：進行非同步的網路學習活動時，

– 都是以學習管理系統LMS 為主。

• 其他類似的學習相關管理系統，還有：

– 以課程管理為主的：

• CMS(Course Management System)，

– 以學習教材內容管理為主的：

• LCMS(Learning Content Management System)16

網路教學系統

• 學習教材管理系統(Learning Content Management System, LCMS):– 負責教材及課程內容的管理及呈現方式。– 它將所有「學習物件(Learning Object, LO)」整合成基本的「教材

內容」，再將所有的「教材內容」整合成一個完整的「課程」。

• 串流影音系統(Streaming Media System, SMS):– 負責教學中所需的非同步教學影音檔VOD (Video On Demand)，

其串流視訊的處理、儲存及傳遞工作。– 透過影音串流系統來協助串流檔案的分段傳遞，使用者可以邊

下載邊播放，才能有效節省頻寬及系統的負荷。

• 同步教學系統(Synchronous Instruction System、On‐Line Conference System, SIS):– 負責在同步教學活動中，提供老師與學生，共同進行的同步影

音會議環境，來進行即時的討論及協同合作學習。– 如：JoinNet、Breeze、Access Grid，提供老師與學生之間，採取

同步的方式進行互動，進行課業討論環境。

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數位學校的運作原理• 透過LMS 進行數位學校相關的管理工作，利用LCMS 來管理教

材相關的內容，或是使用CMS 以課程管理為主，經由不同的「學習活動」來進行教學者與學習者之間的互動，真正達到「教」與「學」的目的。

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3.2 學習管理系統 (Learning Management System, LMS) 

• 學習管理系統的目的:– 主要是以學生為出發點，真實的呈現LCMS 所傳送之課程內容，記錄學生學習過程中相關學習記錄，

– 以提供LCMS 系統進行進一步的深層分析，藉此可瞭解每位學生的學習狀態及學習瓶頸。

– 因此，LMS 主要用來:• 管理學員的註冊資料，並提供給學員個人化的課程管理介面、學習課程計畫、學習成果績效評估及相關評量報告。

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好的LMS 系統應具備功能

• 學生相關記錄之分析:– 例如：學習過程、測驗結果…等等。

• 內建課前評估與課後評量工具，以瞭解學生學習的績效如何。

• 支援電腦自動化引導式教學與自學式教學。

• 可整合其它協同教學(Collaboration learning)工具:– 例如：視訊會議，電子白版。

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圖3‐8 LMS 資料庫• 基本的LMS 系統的資料庫:

– 會記錄每一個學習者的各項學習、課程資料；

– 不同的學習者會選修不同的課程，每一個課程，都是由不同的學習物件所組成。

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圖3‐9 Enterprise LMS (www.eduworks.com, 2002)

• Eduworks公司於2002 年所提出的:– 針對企業的LMS 應該有的各項學習功能，以支援企業進行員工的學習與訓練。

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圖3‐9 Enterprise LMS (www.eduworks.com, 2002)

• 依據[ 學習內容] 與[ 學習者] 使用關聯程度可區分兩大功能:– 前端的: (1) 學習者歷程管理(Learner Profile Manager)– 後端的:(2) 內容儲存與類別管理(Content Repository & Offering Catalog)

• 趨近教學者或學習者使用的功能(LMS)主要功能服務 (顏色較深者):– (1)Learning Planner、– (2)Learner Register、– (3)Delivery Environment、– (4)Catalog Manager :

• 都是跟[學習者管理]相關的功能。23

黑板學習系統(Blackboard)(www.blackboard.com)

• 目前全球教育市場中市佔最廣。

• 整合線上會議、白板、等學習管理功能的數位學習系統

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3.2.2 學習管理系統的功能

• LMS 包含三大功能構面：

– 教室

– 教師辦公室

– 管理處

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圖3‐11 教學平台中的三種環境

一、教室

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圖 3‐12 LMS 的教室功能選項

學生網路教學系統教室環境中提供的網路學習活動

• 課程公告：– 教師或助教所公佈的訊息，引導學生從事學習活動。

• 學習教材：– 教師或教材製作人員，將教材放置於網路教學平台之上，所有的學生即可閱讀學習。

• 課程或議題討論：– 網路學習環境中，最重要的師生非同步互動討論區；使得教師或同學能夠很迅速的回覆同學提問，或是互動討論。

• 作業/報告：– 教學平台提供教師指派作業，學生可以在線上繳交作業/報告。

• 測驗/考試：– 提供線上自我評量之機制，學生可以藉此了解對於課程的理解程度，也方便老師了解學生的學習成效。 27

二、教師辦公室

28圖3‐13 LMS 的教師辦公室功能

教師與助教身分進入的教師辦公室環境中

• 作業管理：– 教師分派作業、學生繳交作業、教師批改作業、學生獲得作業之

回饋。

• 議題討論：– 網路學習時，「課程討論」及建立「議題討論」的非同步討論版，

就是最重要的師生、同學溝通管道。

• 同步討論：– 教師或助教可與學生每週訂定一共同的時段，同步使用文字，更

佳者兼用語音及視訊，進行教學或共同來討論學習中的問題，這是更好的師生互動。

• 測驗/評量：– 依照學習進度的測驗/評量，能有助於教學活動的進行。

• 學習歷程的記錄：– 教學平台提供教師了解個別學生作業繳交情況、問題討論情況、

考試情況等各種學習的歷程記錄。– 教師經由這些記錄的統計分析，有助於教師了解學生學習之狀況。29

三、教務處(系統管理處) • 系統管理員，包括一些資源管理及各項統計功能：

– 系統管理、課程管理、教師及學生管理、學校管理、報表分析管理等。

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3.2.3 LMS的過去與未來發展趨勢

• LMS :– 從過去的「社群管理系統(Community Management System, CMS)」延伸發展而來，

• 現今的數位學習管理系統(Learning Management System, LMS) 將逐漸加入知識管理(Knowledge Management) 功能:– 進展為「知識管理系統(Knowledge Management System, KMS)」，更會發展而成為:

• 「創新管理系統(Innovation Management System, IMS)」

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LMS 的發展趨勢

• 標準化：– 符合各項國際標準的協定(如： SCORM、AICC、IMS)，以達到資源互通的目的。

• 系統整合：– 與其他網路學習相關的系統進行整合，避免投入重複人力進行獨立開發，透過整合的方式提供更完善的功能。(如：LCMS、同步教學系統、KM系統、ERP、HR、…等)。

• 學習雲端：– 集中管理、系統資源共享、使用者付費、避免投入重複資源。

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3.3 學習內容管理系統 (Learning Content Management System, LCMS) 

• 學習內容管理系統的目的:– 以學習元件(Learning Object) 概念為基礎，它將所有「Learning Object 學習物件」整合成基本的「教材內容」，再將所有的「教材內容」整合成一個完整的「課程」，因此成為管理學習元件的新一代系統。

• LCMS 與LMS 間的關係是互補性模式:– LCMS 補足了LMS 在課程製作上與個人化教學上之不足。

• 因此，LCMS 在功能與定義上為[ 一套用來建立、儲存、組合管理、維護、追蹤及提供個人化課程學習物件的軟體系統]。

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LCMS應具有的功能

• 快速教材開發工具(Rapid Content Development Tools) 

• 教材內容重組(Content Assembly) • 學習物件儲存庫(Learning Object Repository) • 教材傳送引擎(Delivery Engine)及多重教材呈現格式(Multiple Output Format)。

• 學習管理程式或是跨系統整合LMS的能力。

• 知識庫(Knowledge Base)與推論引擎(Inference Engine, IE) (智慧型LCMS)。

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圖3‐15 Learning Content Management System (LMS)

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LCMS的特色

• 以學習物件(Learning Object)為基礎的系統架構。

• 教材內容統一存放在教材資料庫，教材內容可以方便再應用。

• 教材內容和教材樣版分別放置，同樣的教材再配合套用不同的教材樣版，就能呈現出不同風貌。

• 教材內容依其Metadata來做進階的搜尋功能。

• 系統提供Workflow式的開發環境，來同時管理多個設計人員的開發進度，同時可控管教材內容之製作品質。

• 版本控制及管理儲存各個不同的版本。

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LCMS的特色

• LCMS 可以運用不同的呈現方式，來展現課程的內容；

• 課程的內容表達，則可以應用許多不同的模組、樣式來呈現。

• 提供學習者「客製化」、「適性化」的學習內容。

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圖3‐16 Enterprise LMS (www.eduworks.com, 2002)

• 與圖3‐9的差別:– 較深色標記與學習內容管理關聯度較高的功能模組，

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圖3‐16 Enterprise LMS (www.eduworks.com, 2002)

• 趨近後端的內容儲存與類別管理的功能 (顏色較深者):– (1) Content Authoring Tools、– (2)Content Assembly Tools、– (3)Delivery Environment、

• 都是跟[學習內容管理]相關的功能。

• LMS 與LCMS 兩者所主要管理的對象的不同:– 即學習者與學習內容。

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LCMS的特色

• LCMS 具有彈性，和可再利用教材內容:– 可大幅節省老師進行課程教材設計所要需要的時間，

– 儘量去「重覆應用」現有教材，而不是「創建」:

• 因為「創建」的成本很高，要投入很多時間和金錢

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MOODLE (Modular Object‐Oriented Dynamic Learning Environment 

• MOODLE (模組化物件導向動態學習環境):– 目前最受歡迎與被廣泛使用的開源碼LCMS

41圖3‐17 Moodle (moodle.org)

3.3.2 LCMS的運作

• 利用資料庫的方式，儲存所有的[學習物件]( 如：教材、作業、測驗、討論…)。

• 整合[學習物件]成為課程當中的教材內容，不同的教材內容提供不同的版型，呈現出不同的教材樣式。

• 不同的課程內容提供不同的框架樣式，透過課程導覽來控制教材內容的呈現。

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圖3‐18 LCMS課程教材呈現的流程

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3.3.3 LCMS未來發展趨勢

• LCMS 編輯模式上:– 線上編輯工具:

• 雖是潮流，但仍無法如離線編輯工具功能強大。

– 標準化支援:• 教材設計朝向標準化，編輯也須支援SCORM 標準

– 更快速的教材製作工具• 降低使用者門檻，達到易學易用的目的

– 更多元的教材呈現方式:• 讓同一份教材可以有多種用途，也可以在不同的教學載具上使用；

– 提供更方便的教材資源分享機制:• 可以方便教材擁有者提供分享，讓需求者可以容易取得。

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LCMS VS LMS

• LCMS 並非來取代以往的LMS 的；

• 兩者間最大的差別就是：

– LMS 主要是管理學習者，

– 而LCMS 則是管理學習教材內容。

• 兩者由功能來區分其不同點:– 目前LCMS 可以說是用來輔助LMS 在教材內容管理方面的不足。

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表3‐1 LMS與LCMS比較表

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3.3.4 LMS vs. xMS• 學習管理系統LMS:

– 像是整個「學校」的管理功能，有課程、有教材、有各種的學習活動，還有幕後一般看不到的行政支援與系統管理功能；

– 著重在學生學習進度的追蹤與管理，強調的是教與學的各種活動。

• LCMS 學習教材管理平台:– 著重的是教材內容的設計、製作和管理，

– LCMS 就如同「圖書館」了；

• CMS 課程管理系統:– 比較像是「教務處」為主軸的管理功能。

• 未來的發展似乎有漸漸融而為一的趨勢，或是新成立一個新系統名詞

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3.3.5 開源碼的LMS與LCMS• 國際上有許多開源碼LMS 與LCMS 系統可供免費下載安裝與使用。各有優缺點，看使用需求而定。

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MOODLE(http://moodle.org/)

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eFront(http://www.efrontlearning.net/)

• Easily extended with modules available from the site.

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Claroline(http://www.claroline.net/)

• This system is based on specific pedagogical principles. Supports online content tools such as SCORM and Wiki.

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Atutor(http://atutor.ca/)

• Offers tools for management of learning.

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OLAT(http://www.olat.org/website/en/html/index.html)

• The winner of the “IMS Learning Impact ‘Leadership Award’ 2009 for best open source learning platform”.

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Sakai(http://www.sakaiproject.org/)

• Aimed at Universities was created by the Sakai Foundation.

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Dokeos(http://www.dokeos.com/)

• Supports converting Office documents into Flash and user synchronization with Oracle and SAP.

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ILIAS(http://www.ilias.de/docu/)

• offers collaboration tools such as chat and forums, and distribution technologies like RSS and podcasts.

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Openelms(http://www.openelms.org/)

• A business solution used by Merrill Lynch.

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CANVAS(http://www.instructure.com/canvas)

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3.4 串流影音系統

• 什麼是串流Streaming？– 傳統在網路上瀏覽網頁或是觀賞影片，須先將網頁或影音檔案下載到電腦暫存；

– 當檔案很大時，須等待才能觀賞。使用效率並不是很好。

– 串流多媒體影音(Streaming Media):• 影音檔案是可以分段傳送的；

• 使用者可以邊下載邊播放，不用等全部下載完才開始播放，可以節省許多等待網路下載的時間。

• 可跳到任意片段進行觀賞。

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3.4.2 為什麼要用串流影音系統？• 教學錄影帶、VCD、DVD皆可轉換為在網路傳送的影音格式。

• 老師的課程講解、應用軟體的操作、研討會…等，都可以錄製成串流的檔案格式，放置在串流影音系統進行播放。

• 可進行即時Live的播出，如老師上課時、研討會實況、…等，即時同步的從網路播出並存成串流影音檔；電視台網站的即時新聞報導，皆屬此類。

• 非同步的串流影音檔:– 連線使用mms通訊協定，不會造成伺服器瞬間的流量需求太大，而影響

其他連線使用者，串流影音在網路流量的使用上，顯得更有效率！

• 同步廣播的影音連線:– 使用mmst通訊協定，並且應用UDP連線，提供更有效率的即時影音傳輸；

– 僅佔用一份連線所需的頻寬，就可以提供極多的使用者同時連線。

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3.4.3 串流的相關技術

61Source: www.realnetworks.com(RealNetworks)

圖 3‐21 多速率傳輸的媒體服務架構

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3.4.4 四大影音串流系統

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• RealNetworks• Microsoft Media Server• Apple QuickTime Streaming Server• Flash Media Server

RealNetworks

• 串流技術的始祖(1995推出RealPlayer)• 提供三種節目播放方式：

– 實況轉播（Live）、定時廣播（Schedule）及隨選視訊（VOD）功能。

• 支援超過55種的檔案格式，包括RM、RAM、WMV、ASF、AVI、MPEG 1、MPEG 2、MPEG 4、WAV、AU、MOV(Quick Time)、MP3、HTML、FLASH 4、JPEG、GIF、RGB、PVI等。

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Microsoft Media Server

• 內附於Microsoft Windows Server中。

• Microsoft作業系統皆內含Media Player。• 用戶端透過 HTTP、TCP、UDP 等通訊協定來接收訊號。

• 支援的檔案格式有：ASF、AVI、WMV 或MOV 等

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Apple QuickTime Streaming Server

• 架構於Apple Mac OS X Server（Free）• 也提供架設在Linux、Solaris及Windows NT/2000的Free Open Source版本

• 提供虛擬實境的3D呈現方式

• 支援兩百種以上的多媒體格式（聲音、圖片、影像、動畫、虛擬實境、…）

• 超過兩百種數位相機內建QuickTime錄影格式

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Flash Media Server

• Adobe 公司的Flash Media Server:– 提供強大的發佈方法，可大幅節省頻寬成本並減輕網路負載。

• 利用Flash Media Server 能使用Flex，Flash Media Server，與Flash Media Encoding Server 來建構提供視訊分享的網頁應用服務。

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Flash Media Server的網路串流媒體服務系統架構

(http://www.adobe.com/tw/devnet/flashmediaserver.html) 

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3‐5 同步教學系統

• 3‐5‐1 國內外常見的同步教學系統

• 3‐5‐2 同步教學的上課情境

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3‐5 同步教學系統

• 同步教學系統（Synchronous Instruction System）並不包含或包含於LMS或是LCMS之中。

• 同步教學系統強調的是：– Online 線上連線、

– Synchronous 同步互動、

– Live 即時授課、

– Cyber Face to Face 網路教室的面對面。

• 提供老師對學生，學生與同儕之間，進行課業上的討論，採用文字之外的多媒體（聲音、影像、電子白板、應用程式）的方式進行。

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視訊會議系統 vs. 網路同步教室

• 視訊會議系統– 強調 Audio（Voice）& Video 的雙向傳遞

– 一般需要專業的視訊會議設備

– 早期需要特殊的網路專線（ISDN）• 網路同步教室

– 強調內容的同步即時分享（Content Sharing）– 強調多元的協同合作與互動（文字、白板、註解、影音、問卷、…）

– 僅需一般的電腦設備及網際網路環境

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遠距教室 vs. 網路同步教室

• 遠距教室– 老師及學生需受限於專業教室中上課

– 分為一個主播端及多個收播端

– 主播端與傳統教室授課無異，收播端普遍上課成效不彰，師生互動程度偏低

• 網路同步教室– 老師及學生可自選任何可以上網的環境上課

– 每個用戶端的權限可由老師自訂及提供

– 多元的互動工具可以提升學生的學習成效

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早期的網路同步教學環境

74

台灣大學的遠距教室

75

遠距教室通訊架構圖

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網路同步教室教學環境

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3‐5‐1 國內外常見的同步教學系統

• HomeMeeting WebOffice(JoinNet)• Macromedia Breeze Live• ORACLE iMeeting• Microsoft Live Communication Server (LCS)• IBM Lotus Instant Messaging and Web Conferencing(Sametime)

• Arel Spotlight Application Suite and ICP

Written By : BV6CN 78

圖 3‐24 各種的同步教學系統

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3‐5‐2 同步教學的上課情境

圖3‐25 同步教學系統的功能

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On‐Line vs. Off‐Line

• On‐Line– 以網路連線的方式進行

– 將所有老師與學生串連起來進行課程活動

• Off‐Line– 以網路離線的方式進行

– 老師與學生自選時間進行課程活動

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Synchronous vs. Asynchronous

• Synchronous– 同步進行線上授課

– 同步進行課程討論

– 同步進行

• Asynchronous– 非同步

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Live vs. VOD

• Live– 老師即時播放特定教材給學生觀看

– 老師即時線上授課

– 學生即時進行線上報告

• VOD (Video On Demand, 隨選視訊) – 老師預錄教材擺放在網路教室

– 學生在網路教室觀看老師預錄的教材

– 學生可以自選教材觀看

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Cyber Face to Face

• 網路同步教室塑造了與傳統教學相近的「面對面」教學環境。

• 網路同步教室與傳統教室的不同點：– 網路同步教室：

• 學生和老師面對面（距離近且相同）、

• 學生和教材面對面（距離近且相同）、

• 學生和同學面對面（距離近且相同）

– 傳統教室：• 學生和老師面對面（距離遠近不同）、

• 學生和教材面對面（距離遠近不同）、

• 學生和同學大多是背對（距離遠近不同）

Written By : BV6CN 84

遠距教室的距離問題

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網路同步教室的距離問題

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同步教學的上課情境

1. 投影片教材講解

2. 動態教材即時播放

3. 協同教學（多位教師）的授課方式

4. 網路教室與實體教室同步上課

5. 線上影音討論與線上投票

6. 應用程式實機操作教學（桌面共享）

7. 共同瀏覽網頁

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情境一：投影片教材的講解

投影片教材

老師

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情境二：動態教材的即時播放

動態多媒體教材

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情境三：協同教學的上課模式

B老師

A老師

線上學生

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情境四：網路教室與實體教室同步上課

網路教室學生

實體教室學生

老師

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情境五：線上影音討論及線上投票

影音討論

文字討論 線上投票

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情境六：桌面共享

應用程式桌面共享

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情境七：共同瀏覽網頁

本章結束