基于IETM的裝備訓練SCORM課程生成

朱 寧, 杜曉明,卜昭鋒, 郭德興

(陸軍工程大學石家莊校區裝備模擬訓練中心， 河北 石家莊 050003)

隨著武器裝備信息化建設的推進，大量運用新技術的武器裝備陸續被研制并列裝作戰部隊，這些新型裝備具有結構復雜、技術含量高、造價昂貴等特點，如何用最短的時間使部隊人員掌握裝備的操作使用方法及維修保養流程，從而快速形成戰斗力和保障力，是我軍當前迫切需要解決的難題。交互式電子技術手冊(Interactive Electronic Technical Ma-nual，IETM)作為裝備保障信息化進程中的重要手段，在實現裝備技術資料電子化、交互化、網絡化的基礎上，逐步向裝備訓練、培訓方向發展[1-2]。但在數字化學習的大背景下，依托IETM組織裝備數字化學習還存在諸多局限，在裝備數據包內容方面主要表現在共享性、通用性較差，不適用于訓練平臺的問題[3]。為解決該問題，需要對IETM數據包到裝備訓練課程的生成進行研究。

1 裝備訓練共享性需求

裝備訓練課程是開展裝備訓練的前提和基礎，實現訓練課程資源的共享，可以提高訓練內容的使用效率，減少開發成本。但是，當前我軍的大量裝備訓練課程資源存在著整體性、多樣性和不規范性等特點，共享性差，可重用性低。從軍事和功能需求上看，主要表現在以下2方面：

1) 訓練課程獨立開發，平臺之間互不兼容。各軍兵種在進行訓練課程開發時，各自為戰，獨立開發，沒有采用統一的訓練課程模型，訓練課程聚合方式不同，訓練課程不可拆分、整體性強，往往只能滿足于各自的訓練系統；且由于各軍兵種訓練系統的異構性，這些訓練課程無法被其他訓練系統兼容使用。因此，訓練課程難以實現跨平臺共享，如美陸軍訓練課程無法在海軍的學習管理系統(Learning Management System，LMS)中使用。

2) 訓練內容重復建設，互不共用。當前，訓練內容的開發主要由各自的課程開發者完成，沒有采用標準的模塊化設計理念，部分訓練內容重復性和多樣性并存。如各軍兵種之間存在共用的通信設備、車輛底盤和通用裝備，這些裝備的訓練內容雖然相似，但其內容的組織結構和粒度大小各異，相互間很難直接共用，造成訓練內容的重復建設。

為了實現訓練課程資源的共享和通用化，電氣與電子工程師協會學習技術標準委員會(Institute of Electrical and Electronic Engineers Learning Technology Standards Committee，IEEE LTSC)、全球學習聯盟(Global Learning Consortium，IMS)、高級分布式學習(Advanced Distributed Learning，ADL)等組織都發布了各自的E-learning規范[4-6]，從當前的應用看，ADL制定的共享內容對象參考模型(Sharable Content Object Reference Model，SCORM)影響范圍最廣。

由此可見，裝備訓練數字化課程的開發應遵循SCORM標準，構建模塊化的課程、模型化的內容，才能滿足裝備訓練共享性需求。

2 IETM數據包與SCORM課程包對比分析

2.1 S1000D標準IETM數據包分析

S1000D標準已經成為IETM的國際通用標準，其綜合了原有主流IETM標準的優點，全面關注了元數據的標準化、用戶交互機制、運行格式和用戶體驗。面向訓練的IETM數據包主要是通過學習數據模塊(Learning Data Module，LDM)、共享內容對象(Sharable Content Object，SCO)內容數據模塊、信息控制編碼(Information Control Number，ICN)文件(包括插圖、音頻、視頻和動畫等多媒體)以及SCORM內容包模塊(SCORM Content Pack Module，SCPM)按照層次結構及關系聚合而成，IETM數據包結構如圖1所示。S1000D中使用術語“SCO”“SCORM”體現了其用于教學培訓的功能，通過嚴格的數據模塊編碼及內容管理，填補了SCORM數據規格差距。

圖1 IETM數據包結構

由圖1可知：面向訓練的IETM數據包由SCPM和引用的資源文件組成，SCPM相當于IETM數據包的目錄，類似IETM的出版物模塊(Publish Module，PM)，而引用的資源文件為IETM數據包的內容。SCPM在訓練內容開發和組裝過程中作為文件聚合工具運行，通過對SCO內容數據模塊、LDM和ICN文件等的引用和組織，可以聚合成一個完整的訓練課程[7-9]。而SCO內容數據模塊不同于SCORM標準中的SCO，通常由LDM通過S1000D定義的層次步驟進行編寫，也可以通過其元素引用外部符合SCORM標準的SCO，實現培訓內容的最大化利用。

2.2 SCORM課程包分析

2.2.1 SCORM課程包結構

SCORM是一個收集、描述、啟用和分發學習的面向學習規范的參考模型，其模型結構根據內容按照樹狀或層次進行組織，是一種將低級的學習資源聚合成高級結構化教學內容的方法。SCORM課程包是根據SCORM組織課程資源的交換文件(Package Interchange File，PIF)，主要由清單(Manifest)文件和內容(Content)2部分組成[10]。SCORM課程包結構如圖2所示，清單文件是對內容結構及相關資源的描述，相當于SCORM課程包的目錄，內容是在該清單文件中所聲明和引用的物理文件,主要包括微單元(Asset)和SCO。

2.2.2 SCORM運行時環境

SCORM課程包與LMS的交互是通過運行時間環境(Run Time Environment，RTE)實現的，每個SCO都包含與LMS通信的接口。RTE描述了通用的內容對象運行機制，內容對象和LMS之間的通用傳遞方法應用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，以及跟蹤學習者情況的通用數據模型(Data Model)[11]。SCORM運行時環境工作原理如圖3所示。

圖2 SCORM課程包結構

圖3 SCORM運行時環境工作原理

2.3 對比分析

S1000D主要用于規范技術資料的開發，在4.0版本后增加了SCORM、SCO等術語[6]，支持SCORM標準元素，但與SCORM還有著本質上的區別，不具備與LMS進行交互的RTE。因此，應用于教學訓練的空間受限。SCORM是個模型規范，沒有限定課程內容及其數據格式，可通過引用任何格式的文檔來發布應用于數字化學習訓練的內容包，可通過SCO與LMS的通信來跟蹤學習者的學習狀態。

從結構上看，IETM數據包與SCORM課程包的構成方式基本一致，其中SCPM與清單文件都表示內容包的目錄結構，對于內容資源，IETM數據包主要由SCO內容數據模塊通過引用LDM以及ICN文件等構成，而SCORM課程包則是通過SCO聚合assets或assets文件構成[12]。由此可見，二者結構上存在著共性。

S1000D能為SCORM提供統一的數據規范，可利用S1000D的數據管理以及數字化的內容、格式和方式等，規范SCORM中的數據格式，填補SCORM的數據標準空白，解決教學訓練過程中產生的數據冗余和數據的規范性問題。同時，SCORM增強了S1000D的功能，擴展了IETM數據包應用于裝備數字化訓練的空間。因此，二者融合用于裝備數字化訓練，可使裝備訓練課程基于裝備技術資料開發，內容的規范性更高、重用性更好、共享性更強，有助于提高裝備訓練課程生成的效率和質量。

3 基于IETM數據包的SCORM課程生成

3.1 生成要求

SCORM最基本的功能就是通過引用任何格式的文檔來發布應用于LMS的課程包，并利用RTE來跟蹤、記錄學習者的學習情況。雖然面向培訓的IETM數據包通過聚合的SCPM、SCO內容模塊建立了與SCORM的聯系，但IETM數據包的元素與SCORM不同，學習對象中不包含使其滿足RTE的屬性，也沒有與LMS進行通信的API。因此，要基于IETM數據包生成SCORM課程，并能夠應用于滿足SCORM的訓練系統，需要達成以下3個要求：1)實現SCPM到清單文件的映射；2)實現IETM數據包內容引用的資源文件轉換為SCORM的內容；3)集成滿足RTE的API。

3.2 生成過程

基于IETM數據包生成SCORM課程的過程如圖4所示，主要包括3個關鍵步驟。

圖4 SCORM課程生成過程

3.2.1 清單映射

SCORM課程包必須有清單文件(imsmanifest.xml)，清單文件是專門描述內容結構和內容包相關資源的可擴展標記語言(Extensive Markup Language，XML)文件，IETM數據包的SCPM雖然也是XML文件，但S1000D和SCORM兩個標準對于這2個XML文件的結構和元素定義都不同，因此，要實現SCPM轉換為SCORM的清單，就需要建立2個文件的映射關系，映射關系如圖5所示。

圖5 清單映射關系

對于SCORM清單中的元數據(Metdata)和組織(Organization)能夠通過映射關系得到，但資源(Resources)需要通過文檔對象模型(Document Object Model，DOM)解析IETM數據包引用的資源文件，將資源文件的定位和標識信息，如數據模塊代碼(Data Module Code，DMC)和ICN等轉換為統一資源名稱(Uniform Resource Name，URN)，并更新到清單文件的元素。

3.2.2 資源轉換

SCORM課程包的內容主要是由assets聚合的SCO以及assets，與IETM數據包中的SCO內容包模塊及ICN文件結構相同。assets等同于IETM數據包的ICN文件，作為聚合對象使用，IETM數據包的SCO內容包模塊聚合了LDM以及其他類型的DM，可以與SCO建立等同關系。因此，對于建立等同關系的資源文件，可以通過可擴展樣式表語言轉換(Extensible Stylesheet Language Transformation，XSLT)樣式表進行轉換，使IETM數據包引用的資源文件變成SCORM可讀的內容。

3.2.3 接口集成

通過資源轉換得到的SCO，雖然滿足SCORM標準要求，但缺少與LMS通信的RTE。要實現LMS對SCO的跟蹤，需要為每個SCO集成滿足RTE的API，即會話方法(Session Methods)、數據傳輸方法(Data-transfer Methods)和支持方法(Support Methods)。SCORM標準提供了這3類方法的封裝文件，使SCO具有RTE，只需為每個SCO添加對封裝文件的引用。

3.3 生成方式

裝備技術資料的基本功能是用于裝備的培訓，培訓內容基于技術資料開發可建立一種“雙贏”的數據共享機制，符合裝備訓練的需求。裝備訓練課程直接采用S1000D數據模塊的概念，可減少數據的冗余，使訓練內容與技術資料同源。基于IETM數據包的裝備訓練課程生成方式主要有3種方案：1)獨立式應用轉換；2)訓練系統功能集成；3)通過IETM創作系統發布。

3.3.1 獨立式應用轉換

獨立式應用轉換就是開發獨立的轉換工具，將IETM創作系統的IETM數據包作為輸入，通過轉換工具輸出符合SCORM的內容包，從而應用于任意滿足SCORM的訓練系統，如圖6所示。

圖6 獨立式應用轉換過程

采用獨立式應用轉換，IETM的開發與訓練系統的應用相互獨立、互不影響，因此，這種方案靈活性較強，轉換工具開發相對容易。但是，轉換工具要將IETM創作系統公共源數據庫(Common Source Data Base，CSDB)中的相關數據轉化為訓練系統數據庫(Data Base，DB)中的PIF，就需要轉換工具針對不同商家IETM創作系統的CSDB開發不同的數據接口，而部分商家又出于各種原因，不支持第三方軟件對其數據的調用，所以這種方案不便于推廣。

3.3.2 訓練系統功能集成

訓練系統功能集成是在訓練系統的后臺增加SCORM課程轉換功能，當IETM創作系統發布的IETM數據包輸入到訓練系統后，訓練系統后臺通過課件轉換功能，采用“半自動半人工方式”將其轉換為SCORM課程包，其過程如圖7所示。

采用訓練系統功能集成，雖然能夠避開部分CSDB不對外開放的問題，并且不需要對IETM創作系統進行功能拓展，但是集成有轉換功能的訓練系統，不能對SCORM課程進行自動轉化，還需要人工進行輔助，會增加訓練系統的使用技術難度和訓練系統使用人員的工作量，同時目前滿足SCORM的訓練系統都不支持對IETM數據包的轉換功能，所以這種方案會更不便于推廣。

圖7 訓練系統功能集成過程

3.3.3 通過IETM創作系統發布

通過IETM創作系統發布是將轉換功能集成到IETM創作系統，使其可以一站式生成符合SCORM的訓練課程，并應用于滿足SCORM的訓練系統，其過程如圖8所示。

圖8 通過IETM創作系統發布過程

通過IETM創作系統生成SCORM訓練課程，雖然會增加IETM創作系統的復雜程度和CSDB的管理成本，但符合CSDB所堅持的持續采辦和全壽命支持(Continuous Acquisition&Life-cycle Support，CALS)理念——“一次創建，多次使用”，還可以避開部分CSDB不對外開放的問題。同時，如果采用“并行工程”的思想，將IETM與訓練內容并行生成，既可以提高效率，縮短開發周期，還可以降低二者的全壽命周期費用，所以推薦采用這種方案。

3.4 實例驗證

這里選用第3種生成方案，在自主IETM創作系統基礎上拓展SCORM課件發布功能，實現了清單映射、資源轉換和接口集成，裝備訓練課程發布界面如圖9所示。同時，為了驗證生成的SCORM內容包是否符合RTE，且滿足LMS的要求，選用符合SCORM的Moodle LMS在線學習系統對生成的SCORM訓練課程進行測試和試用，如圖10所示。

圖9 IETM創作系統發布界面

圖10 裝備訓練課程驗證截圖

4 結論

從驗證結果看，本文的研究成果實現了從IETM數據包到SCORM訓練課程的轉換，解決了裝備技術資料到裝備訓練課程的單向數據共享和重用問題，既能有效提高裝備數據的利用率，減少冗余數據，又能實現裝備技術資料和裝備訓練課程的數據同源，保證數據的一致性和同步性。但是，為了實現裝備數據全壽命周期的共享和重用，下一步還要解決裝備訓練系統到裝備技術資料的數據共享和重用問題，特別是要實現裝備訓練過程中的反饋數據和評估數據的回流。