潘　丹， 甘　宏

(1.廣州城建職業(yè)學(xué)院 實(shí)訓(xùn)與設(shè)備處，廣東 廣州 510925; 2.廣州城建職業(yè)學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510925)

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基于SCORM的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)與研究

潘丹1， 甘宏2

(1.廣州城建職業(yè)學(xué)院 實(shí)訓(xùn)與設(shè)備處，廣東 廣州 510925; 2.廣州城建職業(yè)學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510925)

摘要：為了解決傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教育存在的問(wèn)題，如學(xué)習(xí)信息不能及時(shí)反饋、媒體形式簡(jiǎn)單等，提出了結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和SCORM標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)一種新型的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)課程的技術(shù).利用三維模型并結(jié)合相應(yīng)的文本和圖形開(kāi)發(fā)原始的學(xué)習(xí)素材，根據(jù)SCORM標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)驗(yàn)課程.實(shí)踐證明，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)具體學(xué)習(xí)環(huán)境的跟蹤，達(dá)到自主學(xué)習(xí)個(gè)性.

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程教育;虛擬實(shí)驗(yàn)課程；SCORM

0引言

遠(yuǎn)程教育是現(xiàn)代教育發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，提供大規(guī)模、高效益、個(gè)性化的遠(yuǎn)程教育服務(wù)是每一位教育工作者共同追求的目標(biāo)[1].遠(yuǎn)程教育是以網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以多種媒體的方式進(jìn)行教學(xué)，使教育教學(xué)突破時(shí)間和空間的限制，體現(xiàn)智能化和個(gè)性化教育的特點(diǎn)[2].之前的遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在著諸多不足，比如學(xué)習(xí)信息反饋不及時(shí)，交互性比較差，展現(xiàn)的形式單一等.這樣就導(dǎo)致了實(shí)際遠(yuǎn)程教學(xué)效果并不理想.

近年來(lái)，快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和3D技術(shù)，為“真實(shí)”學(xué)習(xí)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)提供了可能.將VRML語(yǔ)言開(kāi)發(fā)與SCORM(shareable content object reference model)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的虛擬實(shí)驗(yàn)課程，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)可以對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行跟蹤與分析.

1SCORM標(biāo)準(zhǔn)

圖1　虛擬實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)方案Fig.1　Design scheme of virtualexperiment course

可共享內(nèi)容對(duì)象參考模型SCORM國(guó)防部ADL(advanced distributed learning)組織所擬定的標(biāo)準(zhǔn)[3].它為數(shù)字教學(xué)內(nèi)容的制作、開(kāi)發(fā)提供一套共通的規(guī)范.符合SCORM標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)象具有高水平的可訪問(wèn)性、互操作性、適應(yīng)性、重用性等特點(diǎn)[4].SCORM的主要思想是“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化”，即將教學(xué)素材離散成多個(gè)微單元(Asset)或可共享內(nèi)容對(duì)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(shí)可以直接調(diào)用[5].

2整體設(shè)計(jì)方案

整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示：本文將以三維模型為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)發(fā)3D動(dòng)畫，將其與文字圖形相結(jié)合完成原始的學(xué)習(xí)素材.通過(guò)對(duì)原始的學(xué)習(xí)素材進(jìn)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(shí)根據(jù)SCORM數(shù)據(jù)包，并設(shè)計(jì)實(shí)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(duì)于以傳統(tǒng)二維圖形為載體的教學(xué)內(nèi)容形式單一、功能有限的不足，3D仿真教學(xué)內(nèi)容包含的信息量大，交互性強(qiáng)，學(xué)生更易接受[6].以往3D動(dòng)畫素材的數(shù)據(jù)量一般都比較大，非常不利于網(wǎng)絡(luò)傳輸.有時(shí)也因計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的限制，將其運(yùn)用到遠(yuǎn)程教學(xué)中較為困難.隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)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(qiáng)等特點(diǎn)[8].

本文通過(guò)樹狀列表整理、渲染、動(dòng)作的設(shè)定、時(shí)間軸調(diào)整、過(guò)程文字輸入等步驟，使發(fā)布出的網(wǎng)頁(yè)具有三維仿真演示的效果.設(shè)定hotspot值，運(yùn)用三維動(dòng)畫仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)模型，將完成零部件與模型之間目錄的關(guān)聯(lián)，選擇任意零部件與目錄，將顯示相關(guān)的說(shuō)明與所在的位置.本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)課程為例，模型的動(dòng)作設(shè)置如圖2所示，發(fā)布的HTML文檔如圖3所示.

圖2　模型的動(dòng)作設(shè)置

圖3　原始課程素材

2.2主文件清單的設(shè)計(jì)

在SCORM數(shù)據(jù)包中，主文件清單(manifest.xml)是整個(gè)數(shù)據(jù)包的核心[9].它是LMS加載數(shù)據(jù)包時(shí)所要讀取的第一個(gè)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(gè)課程(即各項(xiàng)學(xué)習(xí)活動(dòng))的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，而且指明了實(shí)際學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)之間的關(guān)系.它還設(shè)置了各項(xiàng)參數(shù)，為課程內(nèi)容的重復(fù)利用和個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ).

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(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)相同的功能，在編寫主文件清單時(shí)，除了要遵循XML語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則外，還要遵循SCORM標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系以及屬性值等.對(duì)于主文件清單的每一部分內(nèi)容，都有相應(yīng)的Schema模式對(duì)其進(jìn)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(shè)計(jì)流程為：

1)建立課程結(jié)構(gòu)與分解學(xué)習(xí)內(nèi)容.根據(jù)學(xué)習(xí)的目的和具體內(nèi)容，將整個(gè)課程分解成一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)，每一項(xiàng)活動(dòng)都有相應(yīng)的內(nèi)容資源.學(xué)習(xí)活動(dòng)通過(guò)對(duì)內(nèi)容資源的引用，從而獲得實(shí)際的學(xué)習(xí)資源.SCORM標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容的可重用性、獨(dú)立性.因此，要根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點(diǎn)，以及學(xué)習(xí)過(guò)程中所要遵守的教育學(xué)、心理學(xué)規(guī)律，將學(xué)習(xí)內(nèi)容離散成相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容資源.在本例主文件清單中，有關(guān)課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容資源的代碼如下所示：

……

……

2)設(shè)置內(nèi)容資源類型.微單元 Asset 和可共享內(nèi)容對(duì)象 SCO 是兩種內(nèi)容資源類型[10].微單元是最簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)素材，學(xué)習(xí)者與它之間的交互信息不會(huì)被LMS記錄；而可共享內(nèi)容對(duì)象是一個(gè)或多個(gè)微單元的集合，是最小的能被 LMS 跟蹤的學(xué)習(xí)對(duì)象.學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)一個(gè)SCO 時(shí)，相關(guān)的學(xué)習(xí)信息如：學(xué)習(xí)時(shí)間、掌握情況、完成情況等都會(huì)被記錄下來(lái)，并儲(chǔ)存到學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)( LMS)中. 本例中，部分內(nèi)容資源的類型設(shè)置情況如下所示.

……

……

3)排序規(guī)則.在排序規(guī)則中，學(xué)習(xí)目標(biāo)是最重要的.對(duì)于實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，有著重要的作用.學(xué)習(xí)者對(duì)各項(xiàng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將不是按順序固定的，而是通過(guò)排序規(guī)則來(lái)進(jìn)行設(shè)置.將制定控制模式、上傳規(guī)則及學(xué)習(xí)目標(biāo)等各項(xiàng)參考值，從而使得LMS能夠根據(jù)個(gè)體實(shí)際的學(xué)習(xí)情況，展現(xiàn)出不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容.SCORM中的學(xué)習(xí)目標(biāo)(objectives)實(shí)際上是一個(gè)存儲(chǔ)相關(guān)學(xué)習(xí)信息(如：學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)進(jìn)度、內(nèi)容掌握度等)的變量[11].學(xué)習(xí)的過(guò)程中，LMS將與SCO有關(guān)的學(xué)習(xí)信息值賦予對(duì)象(objectives)，從而在學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)過(guò)程中將其存儲(chǔ).學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)的儲(chǔ)存值，按預(yù)先設(shè)定好的排序規(guī)則，將特定的內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，并反饋信息給教員，掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，方便教員及時(shí)調(diào)整教學(xué)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(shè)計(jì)API

API是一些由ECMAScript(Javascript)語(yǔ)言編寫的功能函數(shù)[12].API的使用能夠滿足很多SCORM的高級(jí)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(yè)中，加入API功能，來(lái)更改其源代碼.

本例中API的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)跟蹤功能的基本函數(shù)文件.當(dāng)SCO被LMS啟動(dòng)時(shí)，SCO利用findAPI()函數(shù)去尋找LMS提供的APIInstance，當(dāng)找到APIInstance后，SCO調(diào)用APIInstance中的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與LMS之間的交互.SCO與LMS的交互數(shù)據(jù)都被儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)模型當(dāng)中.

Functions.js是根據(jù)項(xiàng)目需求而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)特定功能的自定義函數(shù)文件，如成績(jī)函數(shù)、限時(shí)函數(shù)、自動(dòng)化函數(shù)等.

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

2)添加基礎(chǔ)會(huì)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(yè)面載入和退出時(shí)，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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型讀寫函數(shù).為了跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)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(yīng)的規(guī)范文件Schema.將該文件夾壓縮，形成一個(gè)Zip包，即包含虛擬實(shí)驗(yàn)課程的SCORM數(shù)據(jù)包.

3結(jié)果測(cè)試

對(duì)SCORM數(shù)據(jù)包的測(cè)試在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中占有重要的地位.通過(guò)測(cè)試能夠檢查SCORM包的運(yùn)行情況，檢測(cè)參數(shù)設(shè)定的合理性以及跟蹤功能的具體實(shí)現(xiàn)情況.可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)SCORM包進(jìn)行修改和完善.通用的SCORM包運(yùn)行平臺(tái)有Bb平臺(tái)、Moodle平臺(tái)、SCORM Cloud平臺(tái)等.本文將SCORM數(shù)據(jù)包導(dǎo)入ADL官方推薦的SCORM Cloud平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，最后調(diào)取跟蹤信息.平臺(tái)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(yùn)行演示圖

圖6　部分跟蹤數(shù)據(jù)

4結(jié)束語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程教育呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，追求更智能、更個(gè)性化的教育是我們共同追求的目標(biāo).本文利用VRML語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出的虛擬實(shí)驗(yàn)課程給學(xué)員以身臨其境的感受，并根據(jù)SCORM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)主文件清單以及Javascript程序，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)情況跟蹤，達(dá)到個(gè)性化學(xué)習(xí)的目的.因此，將SCORM標(biāo)準(zhǔn)和VRML語(yǔ)言結(jié)合起來(lái)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)課程，可能會(huì)成為未來(lái)遠(yuǎn)程教育發(fā)展的一個(gè)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(xiàng)目：廣東省自然基金團(tuán)隊(duì)研究項(xiàng)目(S2012030006242)

作者簡(jiǎn)介：潘丹(1980—)，女，廣東廣州人，廣州城建職業(yè)學(xué)院實(shí)訓(xùn)與設(shè)備處副教授，主要研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)與虛擬應(yīng)用技術(shù).

doi：10.3969/j.issn.1007-0834.2016.02.007

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-0834(2016)02-0027-05