基于SCORM的网络虚拟实验课的设计与研究

潘　丹， 甘　宏

(1.广州城建职业学院 实训与设备处，广东 广州 510925; 2.广州城建职业学院 机电与信息工程学院，广东 广州 510925)



基于SCORM的网络虚拟实验课的设计与研究

潘丹1， 甘宏2

(1.广州城建职业学院 实训与设备处，广东 广州 510925; 2.广州城建职业学院 机电与信息工程学院，广东 广州 510925)

摘要：为了解决传统远程教育存在的问题，如学习信息不能及时反馈、媒体形式简单等，提出了结合虚拟现实技术和SCORM标准，开发一种新型的网络虚拟实验课程的技术.利用三维模型并结合相应的文本和图形开发原始的学习素材，根据SCORM标准，将原始素材划分成SCO和Asset，完成Javascript程序与主文件清单，从而得到SCORM数据包以及包含虚拟实验课程.实践证明，通过网络虚拟实验课的学习环境，可以实现具体学习环境的跟踪，达到自主学习个性.

关键词：远程教育;虚拟实验课程；SCORM

0引言

远程教育是现代教育发展的一个重要趋势，提供大规模、高效益、个性化的远程教育服务是每一位教育工作者共同追求的目标[1].远程教育是以网络和通信技术为基础，通过网络以多种媒体的方式进行教学，使教育教学突破时间和空间的限制，体现智能化和个性化教育的特点[2].之前的远程教育平台，在学习过程中存在着诸多不足，比如学习信息反馈不及时，交互性比较差，展现的形式单一等.这样就导致了实际远程教学效果并不理想.

近年来，快速发展的网络技术和3D技术，为“真实”学习环境的实现提供了可能.将VRML语言开发与SCORM(shareable content object reference model)标准结合，开发基于网络环境下的虚拟实验课程，来实现模拟逼真的学习环境，同时可以对学习过程进行跟踪与分析.

1SCORM标准

图1　虚拟实验课程的设计方案Fig.1　Design scheme of virtualexperiment course

可共享内容对象参考模型SCORM国防部ADL(advanced distributed learning)组织所拟定的标准[3].它为数字教学内容的制作、开发提供一套共通的规范.符合SCORM标准的学习内容对象具有高水平的可访问性、互操作性、适应性、重用性等特点[4].SCORM的主要思想是“数据结构化”，即将教学素材离散成多个微单元(Asset)或可共享内容对象(sharable content object，SCO)，并将其作为最小的数据模块，以便资源重组时可以直接调用[5].

2整体设计方案

整体设计方案如图1所示：本文将以三维模型为基础来开发3D动画，将其与文字图形相结合完成原始的学习素材.通过对原始的学习素材进行划分，从而完成SCO和Asset，规范文件编制主文件清单将同时根据SCORM数据包，并设计实现跟踪功能的API程序，完成后将得到SCORM数据包.

2.13D可交互式素材的制作

相对于以传统二维图形为载体的教学内容形式单一、功能有限的不足，3D仿真教学内容包含的信息量大，交互性强，学生更易接受[6].以往3D动画素材的数据量一般都比较大，非常不利于网络传输.有时也因计算机软硬件技术的限制，将其运用到远程教学中较为困难.随着计算机图形学技术的发展，可以将3D模型转化成轻量化的VRML模型[7].VRML文件具有数据量小，图形信息完整，交互性强等特点[8].

本文通过树状列表整理、渲染、动作的设定、时间轴调整、过程文字输入等步骤，使发布出的网页具有三维仿真演示的效果.设定hotspot值，运用三维动画仿真来实现模型，将完成零部件与模型之间目录的关联，选择任意零部件与目录，将显示相关的说明与所在的位置.本文以某发动机维护课程为例，模型的动作设置如图2所示，发布的HTML文档如图3所示.

图2　模型的动作设置

图3　原始课程素材

2.2主文件清单的设计

在SCORM数据包中，主文件清单(manifest.xml)是整个数据包的核心[9].它是LMS加载数据包时所要读取的第一个文件.从文件类型上看，主文件清单是一份XML文档；从内容上看，主文件清单不仅描述了整个课程(即各项学习活动)的详细结构，而且指明了实际学习内容和学习活动之间的关系.它还设置了各项参数，为课程内容的重复利用和个性化学习的实现打下基础.

图4　主文件清单框架的Schema模式　Fig.4　Schema model of the master file list framework

为了使SCORM数据包能够在不同的LMS中正常运行，并实现相同的功能，在编写主文件清单时，除了要遵循XML语言的语法规则外，还要遵循SCORM标准的Schema模式.Schema模式规定了元素的名称、子元素的出现顺序和次数、元素间的嵌套关系以及属性值等.对于主文件清单的每一部分内容，都有相应的Schema模式对其进行约束，其中最重要的主文件清单框架的Schema模式如图4所示.

本例的主文件清单的设计流程为：

1)建立课程结构与分解学习内容.根据学习的目的和具体内容，将整个课程分解成一系列的学习活动，每一项活动都有相应的内容资源.学习活动通过对内容资源的引用，从而获得实际的学习资源.SCORM标准强调学习内容的可重用性、独立性.因此，要根据学习内容的特点，以及学习过程中所要遵守的教育学、心理学规律，将学习内容离散成相对独立的内容资源.在本例主文件清单中，有关课程结构与内容资源的代码如下所示：

……

……

2)设置内容资源类型.微单元 Asset 和可共享内容对象 SCO 是两种内容资源类型[10].微单元是最简单的学习素材，学习者与它之间的交互信息不会被LMS记录；而可共享内容对象是一个或多个微单元的集合，是最小的能被 LMS 跟踪的学习对象.学习者在学习一个SCO 时，相关的学习信息如：学习时间、掌握情况、完成情况等都会被记录下来，并储存到学习管理系统( LMS)中. 本例中，部分内容资源的类型设置情况如下所示.

……

……

3)排序规则.在排序规则中，学习目标是最重要的.对于实现学习者的学习，有着重要的作用.学习者对各项内容的学习，将不是按顺序固定的，而是通过排序规则来进行设置.将制定控制模式、上传规则及学习目标等各项参考值，从而使得LMS能够根据个体实际的学习情况，展现出不同的学习内容.SCORM中的学习目标(objectives)实际上是一个存储相关学习信息(如：学习时间、学习进度、内容掌握度等)的变量[11].学习的过程中，LMS将与SCO有关的学习信息值赋予对象(objectives)，从而在学习管理系统过程中将其存储.学习管理系统能够根据学习目标的储存值，按预先设定好的排序规则，将特定的内容呈现给学习者，达到学习目标，并反馈信息给教员，掌握学习者的学习动态，方便教员及时调整教学方法.

本例中部分排序信息代码如下.

0.75

……

以上内容就构成了主文件清单的主要内容.

2.3设计API

API是一些由ECMAScript(Javascript)语言编写的功能函数[12].API的使用能够满足很多SCORM的高级别的交互和重用的要求.而SCO和LMS的情况，将需在SCO的网页中，加入API功能，来更改其源代码.

本例中API的设计流程如下所示：

1)添加SCORM数据包脚本文件APIWrapper.js和Functions.js.

APIWrapper.js是实现跟踪功能的基本函数文件.当SCO被LMS启动时，SCO利用findAPI()函数去寻找LMS提供的APIInstance，当找到APIInstance后，SCO调用APIInstance中的函数来实现与LMS之间的交互.SCO与LMS的交互数据都被储存在数据模型当中.

Functions.js是根据项目需求而设计开发的实现特定功能的自定义函数文件，如成绩函数、限时函数、自动化函数等.

通过在SCORM数据包中，将上述两个函数文件置于其中，并在SCO的网页中添加以下代码片段：

2)添加基础会话函数.为了发起和结束SCO与LMS之间的数据读写，在页面载入和退出时，需要调用APIInstance的初始化事件函数Initialize()和结束事件函数Terminate().

3)设计数据模型读写函数.为了跟踪学习者的学习情况，需要设计相应的对数据模型进行读写操作的函数SetValue()和GetValue().

最后，将上述的SCO、Asset和主文件清单置于同一文件夹中，并且添加相应的规范文件Schema.将该文件夹压缩，形成一个Zip包，即包含虚拟实验课程的SCORM数据包.

3结果测试

对SCORM数据包的测试在整个开发过程中占有重要的地位.通过测试能够检查SCORM包的运行情况，检测参数设定的合理性以及跟踪功能的具体实现情况.可以根据测试结果，对SCORM包进行修改和完善.通用的SCORM包运行平台有Bb平台、Moodle平台、SCORM Cloud平台等.本文将SCORM数据包导入ADL官方推荐的SCORM Cloud平台进行测试，最后调取跟踪信息.平台显示效果如图5所示，SCO跟踪结果反馈数据如图6.

图5　SCORM包运行演示图

图6　部分跟踪数据

4结束语

随着网络和计算机等技术的快速发展，远程教育呈现出蓬勃发展的趋势，追求更智能、更个性化的教育是我们共同追求的目标.本文利用VRML语言开发出的虚拟实验课程给学员以身临其境的感受，并根据SCORM标准设计主文件清单以及Javascript程序，实现学习情况跟踪，达到个性化学习的目的.因此，将SCORM标准和VRML语言结合起来开发网络虚拟实验课程，可能会成为未来远程教育发展的一个方向.

参考文献

[1]许爱军,张文金,易丹.基于虚拟现实技术的远程教育平台研究与实现[J].计算机系统应用,2015(8):23-26.

[2]李建伟,李京,柴淞,等.基于SCORM标准的学习管理系统设计[J].现代教育技术,2013,23(5):98-100.

[3]唐永中,张蕾.基于SCORM标准的可共享网络教学课程开发研究[J].电化教育研究,2015,(12):68-69.

[4]胡燕.交互性虚拟教室的设计与实现[J].计算机测量与控制,2012,8(3):1879-1882.

[5]黄振亮.VRML在远程教育中的应用[J].计算机与数字工程,2014,35(4):85-86.

[6]肖天庆,任翔.浅谈SCORM在E-Learning中的地位和作用[J].云南大学学报(自然科学版),2008(S2):253-256.

[7]孙兴华,郝丽,叶永飞.SCORM标准学习跟踪机制的研究与实现[J].电化教育研究,2014(7):65-68.

[8]李晓平.基于SCORM标准的网络课程设计研究与实现[D].西安:西安电子科技大学,2008.

[9]黄贤.基于SCORM规范的可共享智能型网络课件[J].软件导刊·教育技术,2012(8):64-65.

[10]张天云,崔玲玲.基于SCORM的网络课程内容组织的研究[J].中国远程教育,2010(1):48-52+79.

[11]彭绍东.基于SCORM标准的“学习路径”设计[J].现代教育技术,2010(8):114-119.

[12]陈仕品,张剑平.适应性学习支持系统的学习内容组织策略研究[J].电化教育研究,2010(11):53-60.

Development of Network Virtual Experimental Course Based on SCORM Standard

PAN Dan1，GAN Hong2

(1.Training and Equipment Division, Guangzhou City Construction College， Guangzhou 510925， China; 2.School of ElectricandInformationEngineering,GuangzhouCityConstructionCollege,Guangzhou510925,China)

Abstract:In order to solve the problems in traditional distance education, just as learning information can’t be responded immediately or media type is very simple and so on, propose a method which use the SCORM standard and the virtual reality technology to develop a new kind of network virtual experimental course. Using 3D model to develop original learning materials with corresponding text and pictures. And divide them into SCO and Asset. Design the manifest and Javascript program at the same time. Finally, get a SCORM data package which includes virtual experimental course. The result shows that this course can not only provide a realistic learning environment to students but also can track students’ learning information. And make the personalized learning come true through the internal sequencing rules.

Key words:distance education； virtual experimental course； SCORM

收稿日期：2015-12-20

基金项目：广东省自然基金团队研究项目(S2012030006242)

作者简介：潘丹(1980—)，女，广东广州人，广州城建职业学院实训与设备处副教授，主要研究方向：数据库与虚拟应用技术.

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2016.02.007

中图分类号：TP311

文献标志码：A

文章编号：1007-0834(2016)02-0027-05