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基于SCORM标准的学习管理系统设计

日期:2015-1-27 来源:北京邮电大学 李建伟 李京 柴淞 刘帅 人气:853 标签:
  [摘要]文章详细分析了现有网络课件与学习管理系统的问题,提出了基于SCORM标准的网络学习管理系统,该系统可根据不同教学对象和教学要求对教学课件重新组织和修改,学生在学习时,系统可自动跟踪和记录学生的学习过程数据(包括:学习时长、作业与测试的成绩、论坛发言、学习进度等),并能将系统中重新组织和修改过的课件导出SCORM标准的课件包,该系统的设计显著降低了课件后期的维护成本,延长了课件的生命周期。

  一、引言

  共享内容对象参考模型SCORM(Sharable Content Object Reference Model)是由美国国防部ADL(Advanced Distributed Learning)组织所拟定的标准,对于数字内容教材的制作、内容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。SCORM标准的使用将会增强LMS(学习管理系统)运行不同商家工具开发的内容和这些内容的数据转换的能力,增强不同商家开发的LMS运行相同内容以及这些内容在执行时的数据交换的能力,增强多种网络LMS产品/环境访问相同知识库的可执行内容并运行这些内容的能力。这种策略消除了为适合最新的技术平台需要做的许多开发工作,将会使开发者更多地关注有效的学习策略。目前SCORM还属于起步阶段,真正符合SCORM标准的学习平台还不多,SCORM课件资源数量相对较少,这使得教学设计师难以开发出具备互换、搜寻、跨平台使用的课件,在一定程度上阻碍了SCORM的推广。

  二、网络课件分析

  根据使用工具的不同课件有两种主要形态:CBT和WBT,即computer-based training(基于计算机的培训)和web-based training(基于网络的培训),前者就是常说的本地版或光盘版,而后者就是常说的网络版,即网络课件。

  网络课件是基于HTML设计制作的,加上javascript、Flash等各种流行的技术,对一个或几个知识点实施相对完整教学,具有一定的教学功能的教学软件,该软件通过浏览器在网络上进行播放。网络课件具有生动、内容丰富、交互性强等优势,一个优秀的课件,不仅能够让你主动地获得生动的知识,还能让你获得技能、实践和经验,而后者是其他传统教材、电子书和PPT都无法达到的。网络课件是现代远程教育的核心组成部分。

  目前存在的网络课件主要有三种表现形式:三分屏课件、静态网页课件和视频课件。

  1.三分屏课件

  三分屏课件是把教师的视频、讲课所使用的PowerPoint(也可以为其他电子文档)、课程纲要三部分内容生成网页文件,被称为“三分屏”课件,该课件通过网页浏览器进行播放。它的优点是:1)开发周期短,课件是教师开讲即开录,录完后课件即刻生成,再加上几个工作日的后期编辑就可完成,因此开发周期非常短;2)节省费用,聘请专家来做现场授课,在现场把专家讲座录制成三分屏课件,可节省多次聘请专家的费用,另外,三分屏课件的开发费用与其他的网络课程的开发费用相比低很多。它的缺点:1)三分屏课件的教学效果并不取决于技术问题,而取决于教师对授课内容的把握和讲解,作为教育与技术结合者的教学课件设计人员来说,基本无用武之地;2)三分屏课程属于单向灌输式教学,无法实现网络的双向互动:3)三分屏课件制作完成后,由于存在技术难度,普通的使用者很难对课件进行修改,更加不能对课件的内容进行重新的组织,必须要专业的技术人员完成修改和重组,所以,课件的后期维护成本很高。

  2.静态网页型课件

  静态网页型课件以HTML(Hypertext Markup Language,超文本标记语言)语言为基础,以网站的形式发布,包括若干网页和多媒体素材,这类课件既能充分利用多媒体技术,又能利用网络优势,最大的优势是可以在浏览器中直接运行,实现真正的网络教学。而且许多可视化的网页制作工具,如FrontPage、Dreamweaver功能强大、易于掌握,降低了网页型课件的制作难度。网页的包容性广、开放性高,多种媒体,如文本、图像、音乐、动画和视频信息等都可作为网页对象纳入网页中来。网页型课件的缺点主要在于:1)网页型课件以源代码形式进行保存,很难进行版权保护,因此不大可能将其中的优秀作品做商业化发行;2)课件静态呈现,没有课件与学习平台之间的交互,如记录学习开始时间、学习时长、学习活动得分等;3)课件制作完成后,由于技术难度原因,普通的使用人员很难对其修改,更不能对课件的内容进行重新的组织,必须要专业的技术人员完成修改和重组,所以,课件的后期维护成本很高。

  3.视频课件

  视频课件与三分屏课件类似,但比三分屏更加简化,是一种简单的点播课件,即包括单一的音频或视频信息的课件,类似于传统的录音录像材料,通常对教师授课、操作示范、计算机屏幕操作过程进行录像。视频课件的缺点主要在于:1)单向灌输式教学,学习枯燥,没有交互性;2)视频资源较大,当点播人数较多时,观看视频教学可能会受到带宽的影响;3)课件被制作完成后,由于技术难度,普通的使用人员很难修改课件,更不能对课件的内容进行重新的组织,必须要专业的技术人员完成修改和重组,所以,课件的后期维护成本很高。

  三、学习管理系统分析

  学习管理系统,英文缩写是LMS(Learning Management System),具有发送、跟踪、汇报、评估和管理学习内容、学习者学习进展情况、学习者之间交互情况等等一系列的功能,学习管理系统是开展远程教育的基础平台。

  通过调查Blackboard、Moodle、Sakai、北京邮电大学网络教育学院、人民大学网络教育学院、奥鹏远程教育、北京大学网络教育学院等LMS,总结出了现有这些LMS的存在的问题。

  (1)现有的网络课件在网络学习管理系统中很难被普通的教师和管理员重新组织和复用,导致课件后期的维护成本很高。

  (2)现有的网络课件只是静态的内容讲述,缺少互动性和可计入成绩的学习活动,无法满足互动教学的需要。

  (3)学生在学习现有的课件时,学习过程不能被记录,课件与学习系统交互性差。

  基于现有LMS的问题,设计了基于SCORM标准的学习管理系统,主要有以下五个方面的创新设计。

  (1)SCORM标准课件库设计,管理SCORM标准课件,包括课件上传,SCORM格式校验,课件删除和修改等管理功能。

  (2)灵活的课程内容组织,教师组织一门新开的网络课程,可以从SCORM标准课件库中选取一门课程的全部内容,也可以从课件库中的不同课程中选取部分章节组织成一门新的网络课程。

  (3)灵活课程活动组织,教师可以在网络课程的的任何节点添加前测、作业、和讨论等活动,这些活动由学习管理系统的论坛、题库、作业和考试等系统功能来提供支持,满足学生的交互学习和成绩记录,实现引领式在线学习模式。

  (4)学习过程全记录设计,学生在学习网络课件时,学习管理系统会记录学生学习的开始时间、学习时长、学习活动得分、学习进度等。

  (5)SCORM标准课件导出设计,管理员或教师可以将重新组织过的网络课程导出符合SCORM标准的课件包,此课程包可以在其他符合SCORM标准的LMS系统中使用。

  四、系统功能模块设计与实现

  在系统的整体模块设计(参见图1),有六个模块组成,开发技术上,采用JavaEE技术,应用Struts2.1、hibernate3.2和spring三个轻量级架构进行开发,后台数据库采用oracle数据库。详细的模块设计如下:

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  1.基于Scorm2004标准的课件导入验证模块

  该模块用于对所有的课件资源文件进行上传校验和课件管理。在系统校验环节,系统将获取课件包中的内容清单文件(imsmanifest.xml),它是包中内容的结构化目录,然后验证其是否符合SCORM2004标准,具体校验流程(参见图2)所示;

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  步骤1解压网络课件包到解压目录下,并执行步骤2:

  步骤2检查解压目录下是否包含内容清单文件imsmanifest.xml,如果是则执行步骤3,否则确定验证失败,发出所述网络课件包并非基于SCORM标准的网络课件包的信息,并结束验证:

  步骤3对所述内容清单文件imsmanifest.xml进行解析生成xml格式文档对象,并执行步骤4:

  步骤4判断所述xml格式文档对象是否生成成功,如果是则执行步骤b5,否则确定验证失败,发出解析xml格式文档对象失败的信息,并结束验证;

  步骤5获取所述xml格式文档对象中的一级item(内容项,层次结构中的节点)元素节点集合,遍历所述一级item元素节点集合,确定所述一级item元素节点集合中的item元素是否含有identifierref(标识符引用,一个对资源部分或其它目录、内容项标识符的引用)属性,如果是则确定验证失败,发出课程一级节点中不能添加资源引用的信息,并结束验证,否则执行步骤6;

  步骤6获取下一级item元素节点集合,遍历该下一级item元素节点集合,并执行步骤7;

  步骤7判断下一级item元素节点集合中的item元素是否全部含有identifierref属性,如果否则确定验证失败,发出同一级节点必须全部含有identifierref属性的信息,并结束验证,是则执行步骤8;

  步骤8通过item元素的identifierref属性查找对应的资源引用,以获得所述资源引用中的文件标签集合,并执行步骤9;

  步骤9确定所述文件标签集合是否为空,如果是则确定验证失败,发出资源引用中必须包含文件标签的信息,并结束验证,否则执行步骤10;

  步骤10确定是否所有的资源标签均己查找完毕,如果是则确定验证成功,并结束验证,否则执行步骤8。

  2.课程内容组织模块

  通过课程内容组织模块,教师可以将几门课程的课件资源重新组织成一门新的课程,例如:从信息论、移动通信、光纤通信和微波通信四门课程中分别抽取一些章节组成一门新的课程通信原理(参见图3)。

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  详细的课程内容组织模块的业务流程(参见图4)所示。

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  步骤1在所述课件资源库中展开所要调取的基于SCORM标准的网络课件包;

  步骤2对所展开的基于SCORM标准的网络课件包的内容清单文件imsmanifest.xml进行解析,以获得该网络课件包的一级节点信息;

  步骤3以列表形式显示所述网络课件包的所有一级节点:

  步骤4选择所要重新组织以形成新课件的一级节点;

  步骤5解析所述网络课件包中的内容清单文件imsmanifest.xml,以获得所选择的一级节点、及一级节点的子节点、以及归属于子节点的资源节点;

  步骤6在新课程目录下新建新课程的内容清单文件imsmanifest.xml,并解析所述新课程的内容清单文件,将步骤5中所获得的一级节点及其子节点以及归属于子节点的资源节点信息复制到所述新课程的内容清单文件;

  步骤7将所述资源节点中引用的所有资源从所述所要调取的基于SCORM标准的网络课件包复制到新课程目录,并将所有节点的引用资源路径由相对路径替换为绝对路径(替换路径是为了后期在学习管理系统中对这些文件进行修改),其中所引用的资源包括图片文件、CSS文件、js文件、flash文件等;  步骤8将新课程的课程组织节点信息存入数据库,以备后期对学习过程进行记录和统计分析。

  3.课程活动组织模块

  课程活动是指前测、作业、和讨论等课程互动环节,这些活动分别由LMS系统的论坛、题库、作业和考试等系统来提供功能支持,这些活动的成绩和参与次数都可在数据库记录和并计入平时成绩。目前,我们先在网络课程中使用了三种常用的活动,分别是前测、作业和讨论。以后,可根据课程设计需要,灵活扩展学习活动。

  前测:学生只能对一次前测能做一次,如果达到规定的分数,该知识点就学习通过,如果没有达到规定分数,该知识点就不能通过,必须继续学习去完成该知识点的时间和作业要求;

  讨论:学生对一次讨论可以发言多次,每次发言都被记录下来,系统只统计学生是否发过言,不对发言内容作评价。

  作业:学生对一次作业可以重做多次,作业是基于题库和自动组卷,按照是否计算平时成绩又分为作业和练习两种;

  网络课程由四部分组成(参见图5),来自SCORM课件的内容、前测、讨论和作业,教师在完成课程内容组织后,就可以利用系统提供的学习活动接口,在内容中加入学习活动,并设定学习活动的考核要求。

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  4.课程播放模块

  课程播放时,学生、课件与LMS系统交互,LMS系统将会记录学习开始时间、学习时长、学习活动得分等,小学生的学习过程(参见图6)如下所示。

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  学生首先进行选课和注册才能进行一门课程的学习,系统同时启动学习过程记录。

  学习者开始学习第一单元的第一个模块,学习活动有浏览内容、做练习、测试,以及讨论发言等。

  如果学习者在学习过程中主动的提出问题,可以利用嵌入在网络课程中的论坛工具进行提问,系统会自动搜索已有的知识库、问答库等来查找与之相匹配的答案,如果学习者不满意搜索的答案,可以直接在论坛中将问题提出,教师会回答问题。

  当学习的效果累积达到第1模块的教学目标后,例如:第1模块的教学目标是:“作业成绩>80分AND模块学习的时长>2小时”,系统会提示学习者这个模块通过了,可以进入下一个学习模块了,LMS会记录作业成绩和学习时长。

  学习者开始第2个模块的学习,学习过程与上述第1个模块的相似,依次类推,当学习的效果累积到这个单元的教学目标后,例如:“m个必修模块通过+n个选修模块通过”,系统会提示学习者这个单元通过了,可以进入下一个单元的学习了。LMS系统会记录每个模块的通过状态。

  当学习效果累积到这门课程的教学目标后,系统会提示这门课程的学习通过了,可以参加这门课程的考试了,同时学习者获得这门课程的平时成绩。

  学生学习过程的数据会被记录在LMS系统中,以后通过统计分析模块将分析结果呈现给学生、教师和管理人员。

  5.课件导出模块

  管理员或者教师可以将资源库中的课件资源导出,保存成符合SCORM2004标准的压缩包,该包可以在任何支持SCORM2004标准的LMS系统中使用。导出SCORM的流程(参见图7)如下所示:

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  步骤1解析课件资源库中的课程目录下的内容清单文件imsmanifest.xml,以获取所述内容清单文件中的所有资源节点;

  步骤2将所述内容清单文件imsmanifest.xml中的资源节点所引用的所有资源所对应的文件复制到导出目录,其中资源节点所引用的资源是在内容清单文件imsmanifest.xml中的resource(资源)元素下的file(文件)元素来表示的;

  步骤3将导出目录中引用的资源路径由绝对路径替换为相对路径,其中所引用的资源包括图片文件、CSS文件、js文件、flash文件等;

  步骤4将所述内容清单文件imsmanifest.xml复制到导出目录;

  步骤5将所述导出目录打包为zip(一种压缩格式)包以进行导出。

  五、结论

  基于SCORM标准的学习管理系统的设计考虑了现有网络课件与学习管理系统存在的问题,实现了根据不同教学对象和要求对教学课件重新组织和修改,并可以在课件的任何节点插入教学活动,在课件播放时,可详细记录学生的学习过程数据,在系统中被重新组织和修改过的课件又可以被导出符合SCORM标准的课件包。

  与现有学习管理系统相比,该系统极大的降低了后期对所制作课件内容的修改和重新组织的难度,进而降低课件后期的维护成本,延长了课件的生命周期,节省费用和时间。同时,该系统在学习者学习自由度上进行了限制,在课程设计上从注重内容设计转向注重交互设计,并且提高了教师与支持服务人员的个性化的主动的学习支持服务。

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