SCORM標準化網絡課程的設計與實現

許園甫，熊川

（桂林醫學院信息中心，桂林　541004）

SCORM標準化網絡課程的設計與實現

許園甫，熊川

（桂林醫學院信息中心，桂林541004）

SCORM；網絡課程；LMS；教學平臺

0　引言

隨著網絡應用的不斷發展，E-Learning（數字化學習）系統為網絡教學提供了一個高效便捷、隨時隨地學習的開放性平臺。但在E-Learning領域，存在著許多不同的教學資源和教學平臺，由于教學平臺之間不能夠互相跨越，因此用戶也不能隨便將課件在不同平臺間進行流通和共享，這無疑是教學資源開發的巨大浪費。網絡課程作為教學資源的主要表現形式，其質量的優劣將直接影響學習的效果。因此，網絡課程的建設迫切需要采取標準化的方式來進行。

針對如何合理利用和共享現有教學資源的問題，由美國國防部高級分布式學習（ADL）組織擬定了一套數字內容教材制作和開發的通用標準——SCORM （Sharable Content Object Reference Model，共享內容對象參考模型）。SCORM標準統一了教學資源的開發標準，通過標準化處理過程，使網絡課程具有統一的包裝格式，將有效地解決課件和平臺的兼容性問題，從而實現教學資源的共享和重用。

1　SCORM標準概述

SCORM標準是學習方式設計、教學過程設計等諸多新的教育理念與分布式服務技術緊密結合的產物，它具有可重用性、可共享性和可持續性等主要特性，它提供的數據模型已逐漸成為網絡教學平臺遵循的實際規范和課件編輯設計標準。

SCORM標準的主要內容包括三個部分：內容聚合模型CAM （Content Aggregation Model），運行時環境RTE（Run-Time Environment）以及排序與導航SN（Sequencing and Navigation），它們之間是層層遞進的關系。CAM是實現SCORM的最基本要求，其目的是提供一個公共的方法，把學習資源組合成學習內容，并定義學習內容的描述以及學習內容呈現的排序規則；而RTE建立在CAM模型基礎之上，它在學習管理系統LMS（Learning Management System）和學習內容對象之間建立通信機制，并根據兩者之間的通信記錄來管理跟蹤學習信息，為進一步實現排序和導航提供了基礎；SN部分主要是排列學習內容對象發送的先后次序，可以使LMS在運行時根據學習者的選擇以及學習進度提供學習內容，為學習者提供導航控制能力[1]。

2　SCORM標準學習跟蹤的實現原理

符合SCORM標準的網絡課程具有高水平的可訪問性、兼容性、持久性、交互性和可重用性，其主要核心是可共享內容對象SCO與LMS之間的通信問題。SCORM運行時環境RTE提供了一種公共機制和方法去驅動學習資源，使學習資源和LMS進行通信，并根據預定義的語言和詞匯形成這種通信的基礎。從圖1所示的SCORM運行時環境概念模型可以看出，SCO是LMS通過RTE可以跟蹤的最小單位學習資源，它們之間的通信是通過API Adapter（API適配器）來實現的。

圖1　SCORM運行時環境RTE示意圖

要實現對SCORM課件的學習跟蹤，RTE應包括服務器端和客戶端兩部分。服務器端包括學習資源數據庫的管理和通信數據的維護，通過運行機制定義了LMS啟動學習內容對象的通用方法；客戶端則需要為學習者提供一個API Adapter，它是實現API功能的軟件包，它的內部實現與學習內容的開發無關，因為它們都使用相同的調用接口。客戶端運行的SCO通過網絡瀏覽器獲取該API Adapter實例，API提供了SCO與LMS通信的標準方式，使得SCO在需要時通過API與LMS進行交互存取數據。API會將獲得的數據模型（Data Model）實例存儲在客戶端的內存中，并在需要時將該數據發送至LMS。數據模型即SCO在與LMS進行通信時所依賴的數據結構，包括學習者的學習時間、完成狀態、測試成績等數據。LMS需要為每個學習者的每個SCO維護一個數據模型結構，通過對數據模型狀態信息的讀寫來實現學習跟蹤。

在網絡課程的SCORM標準化課件制作中，通常將一個教學章節或主題設計為一個網頁，網頁可以內嵌音頻、視頻、Flash動畫等播放對象，并將該網頁作為一個SCO來實現跟蹤，其中的關鍵技術就是API適配器的設計。由于SCO是通過網絡瀏覽器與LMS進行交互的，而API適配器又是由LMS提供，需要LMS啟動時自動運行，因此LMS可以采用Java Applet來實現API適配器。Applet是一種采用Java程序語言編寫的客戶端小程序，該程序可以包含在HTML網頁文件中。在課件框架頁面的設計中嵌入Applet，然后通過運行頁面的onload事件中調用“init（）”函數來部署API適配器，由支持Java的網絡瀏覽器下載并自動運行，LMS就可以實現對SCORM課件的跟蹤[2]。

3　SCORM標準課件的設計制作

SCORM標準將課件的制作建模為一個以組件為核心的概念模型，這些組件用來將學習資源整合成高共享度、高重用度的教學單元，使課件的制作過程更加清晰明了。SCROM的內容模型由三種組件構成：Asset、SCO和內容集合。微單元Asset是組成學習內容的最基本形式，是網絡上最終呈現給學習者的數字化媒體文件集合；而SCO是Asset的集合，它比Asset多了應用編程接口API，能夠通過API與LMS通信，并可以反饋學習者的行為；內容集合用于將學習資源聚合成教學單元，它描述了學習資源的內容結構和分類，大多數時候它表示將各種資源打包成SCORM標準課件包的過程[3]。

（1）課件結構設計。首先將教學過程分為多個教學單元，每個教學單元對應相應的教學內容。利用SCORM標準的設計方法，設計出課件內容的組織結構圖和定義特定的行為。同時，對教學課程整體和各組成元素進行分析，針對課件的表現樣式進行界面設計和主要功能定位，形成可初步運行的課件模型。

（2）課件中SCO的分割。根據課件組織設計中的教學目標和教學內容，將同類別或相互關聯的內容組合在一起，形成SCO或Asset。以課程章節、主題等為單位對SCO進行合理的切割與劃分，設計制作相應單元，形成包含文檔、圖片、音頻、視頻和動畫等格式的多媒體教學內容，或者以網絡瀏覽器支持的html、xml、swf等播放對象形式存在。

（3）SCO的制作。SCO與LMS之間是通過API接口實現交互的。SCORM標準中提供了兩個便于SCO調用LMS提供的API接口函數來處理數據傳遞和功能實現的腳本文件：APIWrapper.js和 SCOFunctions.js。APIWrapper.js是網絡課程調用API適配器的接口，當SCO被啟動時，利用它找到API適配器并調用其中的跟蹤函數來實現與LMS的交互。SCOFunctions.js用于數據分析，還包含用于計算用戶學習時間的函數，在SCO跳轉和退出時需要調用該文件中的函數。將學習網頁制作成SCO時，首先需要將這兩個腳本文件放在課程目錄下，并在網頁中引入這兩個文件；然后，在頁面的body屬性里直接調用APIWrapper.js中的“load-Page（）”函數完成課程的初始化，調用“unloadPage（）”函數注銷課程。代碼片段如下：

（4）使用元數據Metadata。用元數據Metadata以一致的形式描述Asset、SCO和內容體系，使它們可以在學習管理系統中被識別、查詢和獲取，從而實現學習組件的共享和重用。

（5）建立內容清單文件。內容清單文件命名為imsmanifest.xml，是包含課程包中內容結構目錄的XML文件。它可以由支持SCORM標準的課件工具快速生成，存放在內容包的根目錄下，是LMS讀取網絡課程的第一個檔案，LMS通過讀取該文件來獲得課程標題、課程結構和課程地址。在 imsmanifest.xml文件結構中，“manifest”節點是根節點，根節點下還有“organizations”和“resources”兩個子節點。其中，“organizations”節點負責描述課程結構，“resources”節點則包含了課程所用資源的存儲位置以及類型。

（6）課件內容包裝。SCORM標準課件是以包交換文件PIF（Package Interchange Format）的格式將所有與課程內容相關的文件組合成課程包，其目的是為不同的LMS提供交換學習內容的標準方法。課程包內包含的文件有：元數據、課程組織結構、資源引用、媒體文件等，其結構如圖2所示。

圖2　課程包結構

Reload Editor是一個符合SCORM標準的對課程內容進行封裝打包的非常好的輔助工具，如圖3所示，它可以方便地進行課程結構的調整、教學目錄的設置以及Asset和SCO類型的設置。使用Reload Editor制作SCORM標準課件包的具體過程如下：

（1）運行Reload Editor（需要Java虛擬機支持），點擊[文件]菜單選擇新建一個[ADL SCORM 1.2包]。

（2）選擇窗口左側的imsmanifest.xml查看和編輯內容清單文件。

（3）在窗口右側的[Organizations]節點上點擊鼠標右鍵選擇[Add Organization]命令添加一個組織，然后對新添加的組織再次點擊鼠標右鍵選擇[Add Item]命令增加項目。

（4）在窗口右側的[Resources]節點上點擊鼠標右鍵選擇[Add Resource]命令添加一個課程資源，然后從窗口左側的課程目錄下選擇已經制作好的相應的SCO，并用鼠標左鍵將其拖動到右側的[Resource]節點下。

（5）預覽并保存，點擊[文件]菜單選擇[生成Zip包…]命令將所做的課程內容打包成SCORM標準內容包。

圖3　Reload Editor窗口界面

4　標準化網絡教學平臺的構建及課件集成

網絡教學平臺的系統設計采用面向對象方法和基于Web的B/S模式三層結構來構建，即將整個業務應用劃分為表示層、邏輯層和數據層。表示層位于頂層，用于接收和顯示用戶輸入的數據，為用戶提供一種交互式操作界面，用戶使用網絡瀏覽器就能實現所有操作；邏輯層處于中間的關鍵位置，起到數據交換中承上啟下的作用，主要負責業務規則的制定、業務流程的實現等與業務邏輯有關的系統功能；數據層位于底層，其功能主要負責數據庫的訪問和對數據進行操作。

根據上述設計思路，選用基于PHP語言的開源學習管理系統eFront來構建教學實驗平臺，它是一個利用互聯網作為平臺傳送教學內容，實施網絡教學的信息系統。它擁有漂亮的AJAX圖形界面，使用直觀，幾乎支持所有的主流數據庫，能夠讓用戶利用其提供的各種工具來創建和管理網絡課程，并且支持SCORM標準認證。eFront還能實現跨平臺運行，從單純的PC終端擴充到能支持移動終端，通過它的API可以集成第三方系統，并支持模塊化擴展技術，因此具有較好的通用性。雖然eFront已經具備大部分數字化學習的功能，但是在實際應用中必須根據我校的專業特點和教學情況，對eFront的功能模塊和主題風格進行二次開發和設計，以滿足我校實際教學的個性化需求。教學平臺的軟件配置和運行環境如表1所示：

表1　教學平臺的軟件環境

在網絡課程的建設中，課件可以看作E-Learning系統中的血肉，它綜合了經過多年積累的教學經驗和豐富的教學內容；教學平臺作為E-Learning系統中的骨架，則有效地管理和支撐著課件的使用。課件的集成就是將骨架和血肉組合成一個有機整體來實現學習管理。在實驗中，以我校《大學計算機基礎》課程為例設計開發該課程的標準化課件。該課程是我校本科教學的一門公共基礎課程，在教學過程中已經制作了一些電子化課件，但都是基于PPT演示文稿和Word文檔為主，缺乏統一的風格和表述，教學內容也存在大量重復。我們在此基礎上對該課程的課件進行SCORM標準化處理，首先根據課程教學內容和學習的需要，進行章節內容資源的分配并設計相應的學習網頁，同時將學習跟蹤腳本寫入網頁文件制作成SCO存放在課程目錄下；然后利用課件打包工具Reload Editor按課程章節來組織課程結構并對所有課件內容進行SCORM標準下的策略編輯，如圖4所示，最終打包形成包交換文件導入eFront學習管理系統。eFront對該課程課件包導入的教學內容進行統一管理和發布，通過學習管理模塊可以實現教師對課程的調度和學習規則的設置，通過學習跟蹤記錄模塊可以記錄學生訪問課程的次數、時間和IP地址，以便教師詳細地掌握學生的學習狀況和學習進度[4]。此外，eFront的Wiki模塊還可以使教師和學生在課程上建立互動式教學。學生學習課程時，通過eFront平臺界面登錄并進行選課，接著就可以進行計算機基礎課程的學習了，包括了解該課程的信息、課程的內容、課程的相關術語，完成教師布置的課程作業和課程考試等。綜上所述，由于課件和eFront構建的教學平臺都遵循SCORM標準，因此兩者之間可以進行正常的交互通信，從而實現網絡課程的管理和學習跟蹤。實驗結果如圖5、圖6所示。

圖4　Reload Editor制作課件包

5　結語

通過對SCORM標準的分析研究，我們可以將課件制作和教學平臺實現分開考慮。按照標準開發的課件能在任何符合標準的教學平臺之間共享使用，因此具有較好的互操作性和可重用性。本文提出的實現SCORM標準課件的關鍵技術和網絡教學平臺的設計思路，對進一步開發各個教育層次、涵蓋全學科的標準化網絡課程具有一定的啟發和幫助作用。

圖5　eFront功能管理界面

圖6　eFront教師、學生用戶進入課程的詳細界面

[1]金浩.SCORM標準發展與研究綜述[J].軟件導刊，2010，(6)：82-84.

[2]孫興華，郝麗，葉永飛.SCORM標準學習跟蹤機制的研究與實現[J].網絡教育，2010，(7)：65-68.

[3]唐永中，張蕾.基于SCORM標準的可共享網絡教學課程開發研究[J].電化教育研究，2010，(12)：68-70.

[4]林鋒鋒，張君敏.基于開源軟件的網絡學習平臺在高師教學中的應用[J].軟件導刊，2014，13(2)：180-182.

[5]肖海鵬，謝銘瑤.基于eFront的《計算機基礎》網絡課程的建設研究[J].電腦知識與技術，2011，7(29)：7309-7311.

[6]Ozkan B..How to Effectively Use Free and Open Source Software in Education.In C.Bonk et al.(Eds.)，Proceedings of World Conference on E-Learning in Corporate，Government，Healthcare，and Higher Education，pp.1171-1175.2008.

SCORM;Online Course;LMS;Teaching Platform

Design and Implementation of SCORM Standard Online Course

XU Yuan-fu，XIONG Chuan
(Information Center,Guilin Medical University，Guilin 541004)

許園甫（1978-），男，廣西桂林人，碩士，講師，研究方向為計算機及應用

2015-11-05

2015-12-05

SCORM標準是在線教學領域的一套通用標準，它強調教學課件的共享性、可操作性和可重用性，并能夠實現教學過程的跟蹤和交互。分析SCORM標準學習跟蹤機制的實現原理，分別從SCORM標準課件的制作以及標準化網絡教學平臺的構建兩個方面詳細論述符合SCORM標準的網絡課程的設計和實現過程。

熊川（1961-10），男，廣西桂林人，碩士，副教授，研究方向為醫學計算機應用

SCORM standard is a set of common standards in the field of E-Learning,which emphasizes the sharing,operability and reusability of teaching courseware,and can realize the tracking and interaction of teaching process.Analyzes the realization principle of SCORM standard learning and tracking system,and discusses the design and implementation of the online course which is in line with the SCORM standard from two aspects:the production of SCORM standard courseware and the construction of the standard online teaching platform.