基于SCORM的網(wǎng)絡虛擬實驗課的設計與研究

潘　丹， 甘　宏

(1.廣州城建職業(yè)學院 實訓與設備處，廣東 廣州 510925; 2.廣州城建職業(yè)學院 機電與信息工程學院，廣東 廣州 510925)

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基于SCORM的網(wǎng)絡虛擬實驗課的設計與研究

潘丹1， 甘宏2

(1.廣州城建職業(yè)學院 實訓與設備處，廣東 廣州 510925; 2.廣州城建職業(yè)學院 機電與信息工程學院，廣東 廣州 510925)

摘要：為了解決傳統(tǒng)遠程教育存在的問題，如學習信息不能及時反饋、媒體形式簡單等，提出了結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和SCORM標準，開發(fā)一種新型的網(wǎng)絡虛擬實驗課程的技術(shù).利用三維模型并結(jié)合相應的文本和圖形開發(fā)原始的學習素材，根據(jù)SCORM標準，將原始素材劃分成SCO和Asset，完成Javascript程序與主文件清單，從而得到SCORM數(shù)據(jù)包以及包含虛擬實驗課程.實踐證明，通過網(wǎng)絡虛擬實驗課的學習環(huán)境，可以實現(xiàn)具體學習環(huán)境的跟蹤，達到自主學習個性.

關鍵詞：遠程教育;虛擬實驗課程；SCORM

0引言

遠程教育是現(xiàn)代教育發(fā)展的一個重要趨勢，提供大規(guī)模、高效益、個性化的遠程教育服務是每一位教育工作者共同追求的目標[1].遠程教育是以網(wǎng)絡和通信技術(shù)為基礎，通過網(wǎng)絡以多種媒體的方式進行教學，使教育教學突破時間和空間的限制，體現(xiàn)智能化和個性化教育的特點[2].之前的遠程教育平臺，在學習過程中存在著諸多不足，比如學習信息反饋不及時，交互性比較差，展現(xiàn)的形式單一等.這樣就導致了實際遠程教學效果并不理想.

近年來，快速發(fā)展的網(wǎng)絡技術(shù)和3D技術(shù)，為“真實”學習環(huán)境的實現(xiàn)提供了可能.將VRML語言開發(fā)與SCORM(shareable content object reference model)標準結(jié)合，開發(fā)基于網(wǎng)絡環(huán)境下的虛擬實驗課程，來實現(xiàn)模擬逼真的學習環(huán)境，同時可以對學習過程進行跟蹤與分析.

1SCORM標準

圖1　虛擬實驗課程的設計方案Fig.1　Design scheme of virtualexperiment course

可共享內(nèi)容對象參考模型SCORM國防部ADL(advanced distributed learning)組織所擬定的標準[3].它為數(shù)字教學內(nèi)容的制作、開發(fā)提供一套共通的規(guī)范.符合SCORM標準的學習內(nèi)容對象具有高水平的可訪問性、互操作性、適應性、重用性等特點[4].SCORM的主要思想是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化”，即將教學素材離散成多個微單元(Asset)或可共享內(nèi)容對象(sharable content object，SCO)，并將其作為最小的數(shù)據(jù)模塊，以便資源重組時可以直接調(diào)用[5].

2整體設計方案

整體設計方案如圖1所示：本文將以三維模型為基礎來開發(fā)3D動畫，將其與文字圖形相結(jié)合完成原始的學習素材.通過對原始的學習素材進行劃分，從而完成SCO和Asset，規(guī)范文件編制主文件清單將同時根據(jù)SCORM數(shù)據(jù)包，并設計實現(xiàn)跟蹤功能的API程序，完成后將得到SCORM數(shù)據(jù)包.

2.13D可交互式素材的制作

相對于以傳統(tǒng)二維圖形為載體的教學內(nèi)容形式單一、功能有限的不足，3D仿真教學內(nèi)容包含的信息量大，交互性強，學生更易接受[6].以往3D動畫素材的數(shù)據(jù)量一般都比較大，非常不利于網(wǎng)絡傳輸.有時也因計算機軟硬件技術(shù)的限制，將其運用到遠程教學中較為困難.隨著計算機圖形學技術(shù)的發(fā)展，可以將3D模型轉(zhuǎn)化成輕量化的VRML模型[7].VRML文件具有數(shù)據(jù)量小，圖形信息完整，交互性強等特點[8].

本文通過樹狀列表整理、渲染、動作的設定、時間軸調(diào)整、過程文字輸入等步驟，使發(fā)布出的網(wǎng)頁具有三維仿真演示的效果.設定hotspot值，運用三維動畫仿真來實現(xiàn)模型，將完成零部件與模型之間目錄的關聯(lián)，選擇任意零部件與目錄，將顯示相關的說明與所在的位置.本文以某發(fā)動機維護課程為例，模型的動作設置如圖2所示，發(fā)布的HTML文檔如圖3所示.

圖2　模型的動作設置

圖3　原始課程素材

2.2主文件清單的設計

在SCORM數(shù)據(jù)包中，主文件清單(manifest.xml)是整個數(shù)據(jù)包的核心[9].它是LMS加載數(shù)據(jù)包時所要讀取的第一個文件.從文件類型上看，主文件清單是一份XML文檔；從內(nèi)容上看，主文件清單不僅描述了整個課程(即各項學習活動)的詳細結(jié)構(gòu)，而且指明了實際學習內(nèi)容和學習活動之間的關系.它還設置了各項參數(shù)，為課程內(nèi)容的重復利用和個性化學習的實現(xiàn)打下基礎.

圖4　主文件清單框架的Schema模式　Fig.4　Schema model of the master file list framework

為了使SCORM數(shù)據(jù)包能夠在不同的LMS中正常運行，并實現(xiàn)相同的功能，在編寫主文件清單時，除了要遵循XML語言的語法規(guī)則外，還要遵循SCORM標準的Schema模式.Schema模式規(guī)定了元素的名稱、子元素的出現(xiàn)順序和次數(shù)、元素間的嵌套關系以及屬性值等.對于主文件清單的每一部分內(nèi)容，都有相應的Schema模式對其進行約束，其中最重要的主文件清單框架的Schema模式如圖4所示.

本例的主文件清單的設計流程為：

1)建立課程結(jié)構(gòu)與分解學習內(nèi)容.根據(jù)學習的目的和具體內(nèi)容，將整個課程分解成一系列的學習活動，每一項活動都有相應的內(nèi)容資源.學習活動通過對內(nèi)容資源的引用，從而獲得實際的學習資源.SCORM標準強調(diào)學習內(nèi)容的可重用性、獨立性.因此，要根據(jù)學習內(nèi)容的特點，以及學習過程中所要遵守的教育學、心理學規(guī)律，將學習內(nèi)容離散成相對獨立的內(nèi)容資源.在本例主文件清單中，有關課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容資源的代碼如下所示：

……

……

2)設置內(nèi)容資源類型.微單元 Asset 和可共享內(nèi)容對象 SCO 是兩種內(nèi)容資源類型[10].微單元是最簡單的學習素材，學習者與它之間的交互信息不會被LMS記錄；而可共享內(nèi)容對象是一個或多個微單元的集合，是最小的能被 LMS 跟蹤的學習對象.學習者在學習一個SCO 時，相關的學習信息如：學習時間、掌握情況、完成情況等都會被記錄下來，并儲存到學習管理系統(tǒng)( LMS)中. 本例中，部分內(nèi)容資源的類型設置情況如下所示.

……

……

3)排序規(guī)則.在排序規(guī)則中，學習目標是最重要的.對于實現(xiàn)學習者的學習，有著重要的作用.學習者對各項內(nèi)容的學習，將不是按順序固定的，而是通過排序規(guī)則來進行設置.將制定控制模式、上傳規(guī)則及學習目標等各項參考值，從而使得LMS能夠根據(jù)個體實際的學習情況，展現(xiàn)出不同的學習內(nèi)容.SCORM中的學習目標(objectives)實際上是一個存儲相關學習信息(如：學習時間、學習進度、內(nèi)容掌握度等)的變量[11].學習的過程中，LMS將與SCO有關的學習信息值賦予對象(objectives)，從而在學習管理系統(tǒng)過程中將其存儲.學習管理系統(tǒng)能夠根據(jù)學習目標的儲存值，按預先設定好的排序規(guī)則，將特定的內(nèi)容呈現(xiàn)給學習者，達到學習目標，并反饋信息給教員，掌握學習者的學習動態(tài)，方便教員及時調(diào)整教學方法.

本例中部分排序信息代碼如下.

0.75

……

以上內(nèi)容就構(gòu)成了主文件清單的主要內(nèi)容.

2.3設計API

API是一些由ECMAScript(Javascript)語言編寫的功能函數(shù)[12].API的使用能夠滿足很多SCORM的高級別的交互和重用的要求.而SCO和LMS的情況，將需在SCO的網(wǎng)頁中，加入API功能，來更改其源代碼.

本例中API的設計流程如下所示：

1)添加SCORM數(shù)據(jù)包腳本文件APIWrapper.js和Functions.js.

APIWrapper.js是實現(xiàn)跟蹤功能的基本函數(shù)文件.當SCO被LMS啟動時，SCO利用findAPI()函數(shù)去尋找LMS提供的APIInstance，當找到APIInstance后，SCO調(diào)用APIInstance中的函數(shù)來實現(xiàn)與LMS之間的交互.SCO與LMS的交互數(shù)據(jù)都被儲存在數(shù)據(jù)模型當中.

Functions.js是根據(jù)項目需求而設計開發(fā)的實現(xiàn)特定功能的自定義函數(shù)文件，如成績函數(shù)、限時函數(shù)、自動化函數(shù)等.

通過在SCORM數(shù)據(jù)包中，將上述兩個函數(shù)文件置于其中，并在SCO的網(wǎng)頁中添加以下代碼片段：

2)添加基礎會話函數(shù).為了發(fā)起和結(jié)束SCO與LMS之間的數(shù)據(jù)讀寫，在頁面載入和退出時，需要調(diào)用APIInstance的初始化事件函數(shù)Initialize()和結(jié)束事件函數(shù)Terminate().

3)設計數(shù)據(jù)模型讀寫函數(shù).為了跟蹤學習者的學習情況，需要設計相應的對數(shù)據(jù)模型進行讀寫操作的函數(shù)SetValue()和GetValue().

最后，將上述的SCO、Asset和主文件清單置于同一文件夾中，并且添加相應的規(guī)范文件Schema.將該文件夾壓縮，形成一個Zip包，即包含虛擬實驗課程的SCORM數(shù)據(jù)包.

3結(jié)果測試

對SCORM數(shù)據(jù)包的測試在整個開發(fā)過程中占有重要的地位.通過測試能夠檢查SCORM包的運行情況，檢測參數(shù)設定的合理性以及跟蹤功能的具體實現(xiàn)情況.可以根據(jù)測試結(jié)果，對SCORM包進行修改和完善.通用的SCORM包運行平臺有Bb平臺、Moodle平臺、SCORM Cloud平臺等.本文將SCORM數(shù)據(jù)包導入ADL官方推薦的SCORM Cloud平臺進行測試，最后調(diào)取跟蹤信息.平臺顯示效果如圖5所示，SCO跟蹤結(jié)果反饋數(shù)據(jù)如圖6.

圖5　SCORM包運行演示圖

圖6　部分跟蹤數(shù)據(jù)

4結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡和計算機等技術(shù)的快速發(fā)展，遠程教育呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，追求更智能、更個性化的教育是我們共同追求的目標.本文利用VRML語言開發(fā)出的虛擬實驗課程給學員以身臨其境的感受，并根據(jù)SCORM標準設計主文件清單以及Javascript程序，實現(xiàn)學習情況跟蹤，達到個性化學習的目的.因此，將SCORM標準和VRML語言結(jié)合起來開發(fā)網(wǎng)絡虛擬實驗課程，可能會成為未來遠程教育發(fā)展的一個方向.

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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

基金項目：廣東省自然基金團隊研究項目(S2012030006242)

作者簡介：潘丹(1980—)，女，廣東廣州人，廣州城建職業(yè)學院實訓與設備處副教授，主要研究方向：數(shù)據(jù)庫與虛擬應用技術(shù).

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2016.02.007

中圖分類號：TP311

文獻標志碼：A

文章編號：1007-0834(2016)02-0027-05