基于SCORM標準的學習管理系統設計

李建偉　李京　柴淞　劉帥

[摘要]文章詳細分析了現有網絡課件與學習管理系統的問題，提出了基于SCORM標準的網絡學習管理系統，該系統可根據不同教學對象和教學要求對教學課件重新組織和修改，學生在學習時，系統可自動跟蹤和記錄學生的學習過程數據（包括：學習時長、作業與測試的成績、論壇發言、學習進度等），并能將系統中重新組織和修改過的課件導出SCORM標準的課件包，該系統的設計顯著降低了課件后期的維護成本，延長了課件的生命周期。

[關鍵詞]SCORM：學習管理系統；網絡課件

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）05-0098-05 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.05.020

一、引言

共享內容對象參考模型SCORM（Sharable Content Object Reference Model）是由美國國防部ADL（Advanced Distributed Learning）組織所擬定的標準，對于數字內容教材的制作、內容開發提供一套共通的規范。符合SCORM標準的學習內容對象具有高水平的可訪問性、互操作性、適應性、重用性等。SCORM標準的使用將會增強LMS（學習管理系統）運行不同商家工具開發的內容和這些內容的數據轉換的能力，增強不同商家開發的LMS運行相同內容以及這些內容在執行時的數據交換的能力，增強多種網絡LMS產品/環境訪問相同知識庫的可執行內容并運行這些內容的能力。這種策略消除了為適合最新的技術平臺需要做的許多開發工作，將會使開發者更多地關注有效的學習策略。目前SCORM還屬于起步階段，真正符合SCORM標準的學習平臺還不多，SCORM課件資源數量相對較少，這使得教學設計師難以開發出具備互換、搜尋、跨平臺使用的課件，在一定程度上阻礙了SCORM的推廣。

二、網絡課件分析

根據使用工具的不同課件有兩種主要形態：CBT和WBT，即computer-based training（基于計算機的培訓）和web-based training（基于網絡的培訓），前者就是常說的本地版或光盤版，而后者就是常說的網絡版，即網絡課件。

網絡課件是基于HTML設計制作的，加上JavaScript、Flash等各種流行的技術，對一個或幾個知識點實施相對完整教學，具有一定的教學功能的教學軟件，該軟件通過瀏覽器在網絡上進行播放。網絡課件具有生動、內容豐富、交互性強等優勢，一個優秀的課件，不僅能夠讓你主動地獲得生動的知識，還能讓你獲得技能、實踐和經驗，而后者是其他傳統教材、電子書和PPT都無法達到的。網絡課件是現代遠程教育的核心組成部分。

目前存在的網絡課件主要有三種表現形式：三分屏課件、靜態網頁課件和視頻課件。

1.三分屏課件

三分屏課件是把教師的視頻、講課所使用的PowerPoint（也可以為其他電子文檔）、課程綱要三部分內容生成網頁文件，被稱為“三分屏”課件，該課件通過網頁瀏覽器進行播放。它的優點是：1）開發周期短，課件是教師開講即開錄，錄完后課件即刻生成，再加上幾個工作日的后期編輯就可完成，因此開發周期非常短；2）節省費用，聘請專家來做現場授課，在現場把專家講座錄制成三分屏課件，可節省多次聘請專家的費用，另外，三分屏課件的開發費用與其他的網絡課程的開發費用相比低很多。它的缺點：1）三分屏課件的教學效果并不取決于技術問題，而取決于教師對授課內容的把握和講解，作為教育與技術結合者的教學課件設計人員來說，基本無用武之地；2）三分屏課程屬于單向灌輸式教學，無法實現網絡的雙向互動：3）三分屏課件制作完成后，由于存在技術難度，普通的使用者很難對課件進行修改，更加不能對課件的內容進行重新的組織，必須要專業的技術人員完成修改和重組，所以，課件的后期維護成本很高。

2.靜態網頁型課件

靜態網頁型課件以HTML（Hypertext Markup Language，超文本標記語言）語言為基礎，以網站的形式發布，包括若干網頁和多媒體素材，這類課件既能充分利用多媒體技術，又能利用網絡優勢，最大的優勢是可以在瀏覽器中直接運行，實現真正的網絡教學。而且許多可視化的網頁制作工具，如FrontPage、Dreamweaver功能強大、易于掌握，降低了網頁型課件的制作難度。網頁的包容性廣、開放性高，多種媒體，如文本、圖像、音樂、動畫和視頻信息等都可作為網頁對象納入網頁中來。網頁型課件的缺點主要在于：1）網頁型課件以源代碼形式進行保存，很難進行版權保護，因此不大可能將其中的優秀作品做商業化發行；2）課件靜態呈現，沒有課件與學習平臺之間的交互，如記錄學習開始時間、學習時長、學習活動得分等；3）課件制作完成后，由于技術難度原因，普通的使用人員很難對其修改，更不能對課件的內容進行重新的組織，必須要專業的技術人員完成修改和重組，所以，課件的后期維護成本很高。

3.視頻課件

視頻課件與三分屏課件類似，但比三分屏更加簡化，是一種簡單的點播課件，即包括單一的音頻或視頻信息的課件，類似于傳統的錄音錄像材料，通常對教師授課、操作示范、計算機屏幕操作過程進行錄像。視頻課件的缺點主要在于：1）單向灌輸式教學，學習枯燥，沒有交互性；2）視頻資源較大，當點播人數較多時，觀看視頻教學可能會受到帶寬的影響；3）課件被制作完成后，由于技術難度，普通的使用人員很難修改課件，更不能對課件的內容進行重新的組織，必須要專業的技術人員完成修改和重組，所以，課件的后期維護成本很高。

三、學習管理系統分析

學習管理系統，英文縮寫是LMS（Learning Management System），具有發送、跟蹤、匯報、評估和管理學習內容、學習者學習進展情況、學習者之間交互情況等等一系列的功能，學習管理系統是開展遠程教育的基礎平臺。

通過調查Blackboard、Moodle、Sakai、北京郵電大學網絡教育學院、人民大學網絡教育學院、奧鵬遠程教育、北京大學網絡教育學院等LMS，總結出了現有這些LMS的存在的問題。

（1）現有的網絡課件在網絡學習管理系統中很難被普通的教師和管理員重新組織和復用，導致課件后期的維護成本很高。

（2）現有的網絡課件只是靜態的內容講述，缺少互動性和可計入成績的學習活動，無法滿足互動教學的需要。

（3）學生在學習現有的課件時，學習過程不能被記錄，課件與學習系統交互性差。

基于現有LMS的問題，設計了基于SCORM標準的學習管理系統，主要有以下五個方面的創新設計。

（1）SCORM標準課件庫設計，管理SCORM標準課件，包括課件上傳，SCORM格式校驗，課件刪除和修改等管理功能。

（2）靈活的課程內容組織，教師組織一門新開的網絡課程，可以從SCORM標準課件庫中選取一門課程的全部內容，也可以從課件庫中的不同課程中選取部分章節組織成一門新的網絡課程。

（3）靈活課程活動組織，教師可以在網絡課程的的任何節點添加前測、作業、和討論等活動，這些活動由學習管理系統的論壇、題庫、作業和考試等系統功能來提供支持，滿足學生的交互學習和成績記錄，實現引領式在線學習模式。

（4）學習過程全記錄設計，學生在學習網絡課件時，學習管理系統會記錄學生學習的開始時間、學習時長、學習活動得分、學習進度等。

（5）SCORM標準課件導出設計，管理員或教師可以將重新組織過的網絡課程導出符合SCORM標準的課件包，此課程包可以在其他符合SCORM標準的LMS系統中使用。

四、系統功能模塊設計與實現

在系統的整體模塊設計（參見圖1），有六個模塊組成，開發技術上，采用JavaEE技術，應用Struts2.1、hibernate3.2和spring三個輕量級架構進行開發，后臺數據庫采用oracle數據庫。詳細的模塊設計如下：

1.基于Scorm2004標準的課件導入驗證模塊

該模塊用于對所有的課件資源文件進行上傳校驗和課件管理。在系統校驗環節，系統將獲取課件包中的內容清單文件（imsmanifest.xml），它是包中內容的結構化目錄，然后驗證其是否符合SCORM2004標準，具體校驗流程（參見圖2）所示；

步驟1解壓網絡課件包到解壓目錄下，并執行步驟2：

步驟2檢查解壓目錄下是否包含內容清單文件imsmanifest.xml，如果是則執行步驟3，否則確定驗證失敗，發出所述網絡課件包并非基于SCORM標準的網絡課件包的信息，并結束驗證：

步驟3對所述內容清單文件imsmanifest.xml進行解析生成xml格式文檔對象，并執行步驟4：

步驟4判斷所述xml格式文檔對象是否生成成功，如果是則執行步驟b5，否則確定驗證失敗，發出解析xml格式文檔對象失敗的信息，并結束驗證；

步驟5獲取所述xml格式文檔對象中的一級item（內容項，層次結構中的節點）元素節點集合，遍歷所述一級item元素節點集合，確定所述一級item元素節點集合中的item元素是否含有identifierref（標識符引用，一個對資源部分或其它目錄、內容項標識符的引用）屬性，如果是則確定驗證失敗，發出課程一級節點中不能添加資源引用的信息，并結束驗證，否則執行步驟6；

步驟6獲取下一級item元素節點集合，遍歷該下一級item元素節點集合，并執行步驟7；

步驟7判斷下一級item元素節點集合中的item元素是否全部含有identifierref屬性，如果否則確定驗證失敗，發出同一級節點必須全部含有identifierref屬性的信息，并結束驗證，是則執行步驟8；

步驟8通過item元素的identifierref屬性查找對應的資源引用，以獲得所述資源引用中的文件標簽集合，并執行步驟9；

步驟9確定所述文件標簽集合是否為空，如果是則確定驗證失敗，發出資源引用中必須包含文件標簽的信息，并結束驗證，否則執行步驟10；

步驟10確定是否所有的資源標簽均己查找完畢，如果是則確定驗證成功，并結束驗證，否則執行步驟8。

2.課程內容組織模塊

通過課程內容組織模塊，教師可以將幾門課程的課件資源重新組織成一門新的課程，例如：從信息論、移動通信、光纖通信和微波通信四門課程中分別抽取一些章節組成一門新的課程通信原理（參見圖3）。詳細的課程內容組織模塊的業務流程（參見圖4）所示。

步驟1在所述課件資源庫中展開所要調取的基于SCORM標準的網絡課件包；

步驟2對所展開的基于SCORM標準的網絡課件包的內容清單文件imsmanifest.xml進行解析，以獲得該網絡課件包的一級節點信息；

步驟3以列表形式顯示所述網絡課件包的所有一級節點：

步驟4選擇所要重新組織以形成新課件的一級節點；

步驟5解析所述網絡課件包中的內容清單文件imsmanifest.xml，以獲得所選擇的一級節點、及一級節點的子節點、以及歸屬于子節點的資源節點；

步驟6在新課程目錄下新建新課程的內容清單文件imsmanifest.xml，并解析所述新課程的內容清單文件，將步驟5中所獲得的一級節點及其子節點以及歸屬于子節點的資源節點信息復制到所述新課程的內容清單文件；

步驟7將所述資源節點中引用的所有資源從所述所要調取的基于SCORM標準的網絡課件包復制到新課程目錄，并將所有節點的引用資源路徑由相對路徑替換為絕對路徑（替換路徑是為了后期在學習管理系統中對這些文件進行修改），其中所引用的資源包括圖片文件、CSS文件、js文件、flash文件等；

步驟8將新課程的課程組織節點信息存入數據庫，以備后期對學習過程進行記錄和統計分析。

3.課程活動組織模塊

課程活動是指前測、作業、和討論等課程互動環節，這些活動分別由LMS系統的論壇、題庫、作業和考試等系統來提供功能支持，這些活動的成績和參與次數都可在數據庫記錄和并計入平時成績。目前，我們先在網絡課程中使用了三種常用的活動，分別是前測、作業和討論。以后，可根據課程設計需要，靈活擴展學習活動。

前測：學生只能對一次前測能做一次，如果達到規定的分數，該知識點就學習通過，如果沒有達到規定分數，該知識點就不能通過，必須繼續學習去完成該知識點的時間和作業要求；

討論：學生對一次討論可以發言多次，每次發言都被記錄下來，系統只統計學生是否發過言，不對發言內容作評價。

作業：學生對一次作業可以重做多次，作業是基于題庫和自動組卷，按照是否計算平時成績又分為作業和練習兩種；

網絡課程由四部分組成（參見圖5），來自SCORM課件的內容、前測、討論和作業，教師在完成課程內容組織后，就可以利用系統提供的學習活動接口，在內容中加入學習活動，并設定學習活動的考核要求。

4.課程播放模塊

課程播放時，學生、課件與LMS系統交互，LMS系統將會記錄學習開始時間、學習時長、學習活動得分等。

學生首先進行選課和注冊才能進行一門課程的學習，系統同時啟動學習過程記錄。

學習者開始學習第一單元的第一個模塊，學習活動有瀏覽內容、做練習、測試，以及討論發言等。

如果學習者在學習過程中主動的提出問題，可以利用嵌入在網絡課程中的論壇工具進行提問，系統會自動搜索已有的知識庫、問答庫等來查找與之相匹配的答案，如果學習者不滿意搜索的答案，可以直接在論壇中將問題提出，教師會回答問題。

當學習的效果累積達到第1模塊的教學目標后，例如：第1模塊的教學目標是：“作業成績>80分AND模塊學習的時長>2小時”，系統會提示學習者這個模塊通過了，可以進入下一個學習模塊了，LMS會記錄作業成績和學習時長。

學習者開始第2個模塊的學習，學習過程與上述第1個模塊的相似，依次類推，當學習的效果累積到這個單元的教學目標后，例如：“m個必修模塊通過+n個選修模塊通過”，系統會提示學習者這個單元通過了，可以進入下一個單元的學習了。LMS系統會記錄每個模塊的通過狀態。

當學習效果累積到這門課程的教學目標后，系統會提示這門課程的學習通過了，可以參加這門課程的考試了，同時學習者獲得這門課程的平時成績。

學生學習過程的數據會被記錄在LMS系統中，以后通過統計分析模塊將分析結果呈現給學生、教師和管理人員。

5.課件導出模塊

管理員或者教師可以將資源庫中的課件資源導出，保存成符合SCORM2004標準的壓縮包，該包可以在任何支持SCORM2004標準的LMS系統中使用。導出SCORM的流程（參見圖6）如下所示：

步驟1解析課件資源庫中的課程目錄下的內容清單文件imsmanifest.xml，以獲取所述內容清單文件中的所有資源節點；

步驟2將所述內容清單文件imsmanifest.xml中的資源節點所引用的所有資源所對應的文件復制到導出目錄，其中資源節點所引用的資源是在內容清單文件imsmanifest.xml中的resource（資源）元素下的file（文件）元素來表示的；

步驟3將導出目錄中引用的資源路徑由絕對路徑替換為相對路徑，其中所引用的資源包括圖片文件、CSS文件、js文件、flash文件等；

步驟4將所述內容清單文件imsmanifest.xml復制到導出目錄；

步驟5將所述導出目錄打包為zip（一種壓縮格式）包以進行導出。

五、結論

基于SCORM標準的學習管理系統的設計考慮了現有網絡課件與學習管理系統存在的問題，實現了根據不同教學對象和要求對教學課件重新組織和修改，并可以在課件的任何節點插入教學活動，在課件播放時，可詳細記錄學生的學習過程數據，在系統中被重新組織和修改過的課件又可以被導出符合SCORM標準的課件包。

與現有學習管理系統相比，該系統極大的降低了后期對所制作課件內容的修改和重新組織的難度，進而降低課件后期的維護成本，延長了課件的生命周期，節省費用和時間。同時，該系統在學習者學習自由度上進行了限制，在課程設計上從注重內容設計轉向注重交互設計，并且提高了教師與支持服務人員的個性化的主動的學習支持服務。