面向学习对象的网络课程设计与开发[①]
路秋丽 余胜泉
（北京师范大学 现代教育技术研究所，北京100875）
【摘要】采用面向学习对象的方法设计与开发是网络课程发展的必然趋势。本文在研究学习对象的基本理念和相关标准尤其是SCORM的基础上，详细分析了采用面向学习对象的方法设计与开发网络课程的意义，并着重论述了面向学习对象的网络课程设计与开发的基本要求和一般过程。
【关键词】网络课程设计与开发、教育技术标准、学习对象、SCORM
面向学习对象的E-learning资源因其可重用、易获取、易更新、易管理、适应不同学习者需要以及可跨平台使用等特性，能够解决资源共享的问题。网络课程作为E-learning资源的主体，其设计与开发采用面向学习对象的方法已成为网络课程发展的必然趋势。我们从有助于面向学习对象的网络课程设计与开发的角度，可以将学习对象定义为能够帮助学习者完成一定的学习目标并且独立完整的粒度较小的E-learning资源，它是构成网络课程的基本单位。
通过调研发现，国内外现有的网络课程绝大多数都是以课程为单位整体设计的，各个部分（篇或者章、节）之间有很多公用元素（如修饰性图片、样式表等）或者穿插引用，导致整个网络课程不可拆分。但是在使用时，教师需要针对具体的教学情况选择适合的教学内容，一门现有的网络课程中的内容往往不是全部都能用到的，或者原有内容大纲不合适，那么这时教师就需要对这门网络课程或多门网络课程进行拆分组合。对于不十分熟悉网络课程制作工具的学科教师来说，拆分这种高度耦合的网络课程十分困难，而且工作量相当大，最终结果或许就是放弃使用现有的网络课程，不使用网络课程或者是重新开发内容相当的网络课程。高度耦合的设计方式导致网络课程使用率较低，而且大多数都需要从头开始开发，重新编写已有的部分内容，这种“手工作坊”式的生产已经远远跟不上E-learning发展的实际需要。
目前国际上许多学术机构或组织（如IEEE LTSC、IMS以及ADL等）致力于研究学习对象相关标准及其实现技术，用标准的方法来定义和存取关于学习对象的信息，并为学习对象提供与LMS交互的通用应用编程接口（API），使不同教学系统之间有一种共同的交互语言可以彼此无障碍沟通，也降低开发平台交互功能的难度。学习对象相关标准方面的主要研究成果有IEEE1484.12.1-2002学习对象元数据规范（IEEE LOM）和IEEE 1484.12.3学习对象元数据XML绑定规范，IMS内容包装规范和IMS内容包装XML绑定规范，以及ADL 可共享内容对象参考模型（SCORM）等，其中对网络课程开发影响较大的是ADL SCORM， ADL SCORM的最初设想是通过广泛应用面向对象的E-learning资源来发展智能教学系统（ITS），实现学习内容的实时开发、选择和聚合，并且满足不同个体和群体的需求。面向学习对象开发的E-learning资源具有可重用、易获取、易更新、易管理、适应不同学习者需要以及跨平台使用等传统方式开发的资源不可比拟的特性，面向学习对象的E-learning资源建设技术将引领新一代网络课程的设计、开发和传输。
网络课程的每个学习对象都有元数据详细描述其属性，易于分类整理，而且查询起来非常方便，增强了内容的可查询性和可获得性。通用API和内容包装，使学习对象可以在不同的学习管理系统（LMS）上使用，使得一次面向学习对象建设的网络课程通过拆分组合可以在多种教学情境中以不同的形式重用，避免了相同内容的重复设计与开发。又由于学习对象的粒度较小，当内容需要更新时无须重新设计、重新配置或编码，只需做局部改动，这使得面向学习对象的网络课程具有持久性。总之，采用面向学习对象的方案设计与开发网络课程是有效建设、使用、管理和维护学习资源的途径，能够解决E-learning资源重复建设、闲置、无法共享的现实问题，减少了在人力、物力、财力和时间上的浪费，使E-learning的总体成本降低。
采用面向学习对象的方法设计开发的网络课程易于实现个性化内容定制的特性体现在教师和学生两类用户上。一门网络课程由多个相对独立且完整的学习对象组成，教师不必再使用工具进行拆分，借助LMS就可以按照教学要求和学生需要灵活地定制课程内容。教师可以将网络课程的某个或某些学习对象删除或者隐藏，可以通过元数据查询将本课程外的学习对象添加进来，还可以重新排列学习对象的顺序和学习对象中的知识点的顺序。这就提高了教师利用现有资源开发和组织课程的效率，把更多精力花在内容的选择和传授上。通过学习对象与LMS之间的通用传递机制API，可以跟踪学习者的学习体验，快速反馈评估信息，并决定下一步呈现的内容和时间，使网络课程能够适应学习者或学习群体的个性化需求，使E-learning更加智能化。
一个标准可行的学习对象不仅仅是可共享的学习对象资源模型和元数据标签，教学设计者应该在学习对象的构建过程中扮演重要的角色。教学设计者必须非常熟悉学习对象的理念及相关标准，转变传统的教学设计思路，“不纯以绩效终极目标来定义及排序教学内容、架构，而需以组件化的观念组织教学内容，也就是不仅可以线性教材呈现方式，而更可以弹性呈现教学顺序。”[1]
除了分析和设计之外，教学设计者还在整个网络课程开发过程中担任着协调沟通的角色，向开发组成员介绍学习对象的理念和相关标准。教学设计者应该了解学习对象相关标准的实现技术，以便和开发人员沟通，确定开发采用的技术和开发工具。
“粒度（granularity）是有关对象的大小、尺度及其详细程度等特征的描述。”[2] 学习对象的粒度可以从两个层面来考虑，一是学习对象本身文件所占用空间的大小，二是学习对象所能够完成的学习目标的大小以及所涵盖的学习内容的范围。学习对象在这两个层面的粒度的大小直接影响它的可重用性，因此确定学习对象的粒度是基于学习对象进行网络课程设计的一个基础环节。
一个学习对象能够完成的学习目标越小、所涵盖的内容范围越小，在其他学习情境中重用的几率越大，“当一个学习对象围绕一个单一的、核心概念时有最大的重用性”[3] 。但是每个学习对象都需要标识元数据和编写内容清单，粒度太小又会增加网络课程开发的工作量，影响开发速度。如果粒度太大的话，教师使用时就需要使用网络课程制作工具拆分出自己需要的部分内容，这就影响了学习对象的灵活性从而降低了可重用性。即使整个学习对象都有用，客户端计算机的负载能力有限，一般情况下不允许上载超过25M的压缩文件，用户还是需要拆分才能上载到网络教学平台上的。学习对象粒度的确定主要应依据具体的学习目标、学习内容以及文件所占空间大小，并综合考虑各种可能被重用的情况。划分组成网络课程的学习对象时，可以将网络课程的一个学习单元（章或节）作为一个学习对象。
图1：一个完整的学习对象
学习对象是构成网络课程的基本单位，即网络课程重用的基本单位。一个完整的学习对象如图1所示。只有教学设计者在设计时保证每个学习对象的知识性和完整性，才能保证每个学习对象有重用的价值。为保证知识性，每个学习对象就应该针对明确的学习主题，有明确的学习目标，所以建议学习对象的设计采用目标导向的设计方案，首先进行任务分析，在主题和目标确定的情况下，选择学习内容以及采用的资料。根据加涅的“教学事件与学习过程的关系”的相关理论，每个学习对象至少应该包括说明、内容、练习（或测验）和评估等四个部分才能给学生提供一个完整的学习过程。“说明”部分主要完成“引起注意”、“告诉目标”、“回忆原先的知识”等三个教学事件，“内容”部分主要完成“呈现学习资料”和“提供学习指导”两个教学事件，“练习”和“评估”部分主要完成“诱发行为”、“提供反馈”、“评定行为”和“增强记忆促进迁移”等四个教学事件。除了保证学习对象内容上的知识性和完整性，还应该保证学习对象中包含所有引用的资源文件（如内容文件、媒体素材、评估文件等），即学习对象自我包含。如果引用到本学习对象外的资源文件，在应用到不同情境中去会导致资源不可用。
为学习对象提供元数据描述并进行内容包装，才能彻底体现学习对象的基本理念，才能体现学习对象易于传输、查询、管理和维护的优越性。学习对象元数据（Learning Object Metadata）是描述学习对象数据的数据[5]，它描述了学习对象的各种属性，这有利于组织、识别和定位相关的学习对象； 内容包装定义了如何表示一次学习体验的预期活动（内容结构）和如何在不同环境中组合学习资源的活动（内容包装）[6]，主要是为学习对象描述内容结构信息并生成内容清单文件（imsmanifest.xml）；最后还要提供绑定学习对象各个组件的包交换文件（Package Interchange File，PIF），它是简明的网络传输形式，用于系统间传输内容包。[7]
学习对象相关标准推荐使用"可扩展标识语言"（Extensible Markup Language，XML）作为其实现技术，使用XML程序设计语言对学习对象进行元数据描述和内容结构描述。要按照国际标准开发面向学习对象的网络课程，开发人员必须熟悉XML编程技术。除此之外，开发人员尤其要掌握一两种学习对象包装工具，用于将学习对象标准化。LOM-Editor Version 1.0是Multibook、Springer、HTTC等多家合作开发的学习对象元数据编辑工具，可在http://www.multibook.de/lom/en/index.html上获得。Microsoft LRN 3.0 Toolkit（Learning Resource iNterchange ,LRN)是Microsoft参考IMS内容包装规范、IMS学习资源元数据规范和ADL SCORM所开发的制作网络教材的工具 [4]。Reload Editor 2004是英国Reload工程项目提供的免费工具，可在http://www.reload.ac.uk/editor.html上获得，用于对学习对象按照IMS或SCORM标准进行元数据描述和内容包装。
图2：面向学习对象的网络课程设计与开发的一般过程
采用面向学习对象的设计与开发方法使得网络课程的设计与开发过程同以往相比有着本质区别，图2为面向学习对象的网络课程设计与开发的一般过程，采用的是分学习对象设计与开发的方式，每个环节都要考虑学习对象的因素。下面结合精品课程《高等数学》介绍面向学习对象的网络课程设计与开发的关键环节：
图2中的面向学习对象的网络课程设计借鉴了以学习活动为中心的教学设计过程模式，首先确定基本的设计单位，即确定组成课程的学习对象。将课程学习目标细化成多个子学习目标，每个子学习目标对应一个学习对象的学习目标，从而确定了组成课程的学习对象。
图3：细化《高等数学》网络课程的课程目标，从而确定学习对象
精品课程《高等数学》的课程学习目标为：在内容上理解函数、极限、连续、导数、微分、积分、级数等基本概念与性质，及中值定理，泰勒公式，牛-莱公式，格林公式，高斯公式等基本理论；正确熟练地掌握极限、导数、微分、积分、级数、微分方程的基本运算法则和技巧，并能运用所学知识分析和解决实际问题。将这个课程学习目标进一步细化并划分为多个子学习目标，从而确定组成这门课程的学习对象（如图3所示）。
学习对象的设计包括内容结构设计、内容呈现设计、交互设计和元数据设计等四个环节。建议学习对象的内容设计采用目标导向的设计方案，即根据学习对象的目标确定学习对象的说明、内容、练习和评估及其内容结构，能够保证每个学习对象都有明确的主题和目标，并且独立完整。在内容呈现设计时注意页面设计要简洁，“简洁的呈现易于集中注意，为此，在画面中应该尽量删除无关的背景和多余的细节。”[8] 面向学习对象的网络课程要求每个学习对象都能够自足内聚，如果再使用图片修饰的话会更增加网络课程占用的空间，而且也会使学习对象的包装变得繁琐，所以修饰性功能最好由样式表来完成。学习对象的交互设计应避免基于数据库构建动态页面，否则在LMS上使用时会和LMS的数据库冲突。学习对象与LMS的动态交互部分可以使用通用API（JavaScript语言脚本实现）来完成向LMS发出请求并在LMS中储存数据（借助图4所示的一些API函数来实现）。交互设计包括API、提交学习者交互信息的表单以及对交互信息作出判断和传递的JavaScript函数等的设计，由教学设计者设计交互的输入输出信息，具体的实现可由开发人员参与设计。元数据设计可以参照CELTSC的《学习对象元数据规范》或高等教育出版社的《立体化教材出版规范v1.0》，标识为“M”的元数据项必须填写，标识为“O”的可以有选择性的填写。
图4：API实例状态变换的概念模型[9]
学习对象“函数、极限和连续”的设计首先将图3中的学习对象“函数、极限和连续”的学习目标进一步细化，从而确定其内容项，然后再确定该学习对象的说明、内容、练习（或测验）和评估。为使该学习对象适合不同情境的教学，既适合于数学专业的师生使用，也适合理、工、经、管各专业使用，所以要参照《高等数学》不同版本的教材来确定内容、练习和评估，并对学习对象做简要说明。然后根据说明、内容、练习和评估设计学习对象的内容组织策略，画“函数、极限和连续”的内容结构图（如图5所示）。
图5：学习对象“函数、极限和连续”的内容结构图
学习对象“函数、极限和连续”的元数据信息如表格1所示，由于篇幅限制，该表只列出了所有必选元数据项。
| 编号 | 名称 | 元数据 |
| 1 | 通用（General） |
|
| 1.1 | 标识符（Identifier） |
|
| 1.1.1 | 标识类型（Catalog） | HEP+ISBN |
| 1.1.2 | 分类值（Entry） | （书号） |
| 1.2 | 标题（Title） | 函数、极限和连续 |
| 1.3 | 语种（Language） | Zh |
| 1.4 | 描述（Description） | 这是高等数学中的“函数、极限和连续”部分，主要介绍了基本概念、基本特性和基本运算。 |
| 1.5 | 关键字（Keyword） | 函数、极限、连续 |
| 2 | 生存期（LifeCycle） |
|
| 2.1 | 贡献（Contribute） |
|
| 2.1.1 | 角色（Role） | 作者 |
| 2.1.2 | 实体（Entity） | 中国地质大学数学教研室 |
| 2.1.3 | 日期（Date） | 2004-9-18 |
| 3 | 技术（Technical） |
|
| 3.1 | 格式（Format） | text/html |
| 4 | 教育（Education） |
|
| 4.2 | 学习资源类型 （Learning Resource Type） | 网络课程 |
| 5 | 分类（Classification） |
|
| 5.1 | 目的（Purpose） | 学科 |
| 5.2 | 分类路径（TaxonPath） |
|
| 5.2.1 | 来源（Source） | 《教育资源建设技术规范》编码表 |
| 5.2.2 | 分类值（Taxon） |
|
| 5.2.2.2 | 条目（Entry） | Zh，高等数学 |
表格1：学习对象“函数、极限和连续”的元数据
学习对象开发包括多媒体内容开发、交互代码嵌入和学习对象包装等三个环节。多媒体内容的开发主要是说明、内容、练习（或测验）和评估等四种文件的制作，可以由开发工具（Frontpage、Dreamweaver、Flash等）完成。交互代码包括API（JavaScript语言脚本实现）、提交学习者交互信息的表单以及对交互信息作出判断和传递的JavaScript函数。
下面是在“前测”文件qc.html中嵌入API时使用的主要代码：
<head>
<script type="text/javascript" src="APIWrapper.js" />
<title>前 测</title>
</head>
<body onload=“javascript:doInitialize();”
onunload=“javascript:doTerminate();”>
在这个文件中嵌入API之后就可以调用图4所示概念模型中的函数向LMS传递或获取信息，下面是向LMS传递信息的一个简单例子：
<script language=javascript>
rawScore = 0;
function Score()
{
document.examForm.submitQ.disabled = true;
if (document.examForm.Q[0].checked)
{rawScore++;
doSetValue( "cmi.success_status", "passed" ); }
else
{doSetValue( "cmi.success_status", "failed" ); }
doSetValue( "cmi.score.scaled", rawScore );
}
</script>
<form name="examForm">
是否任何两个函数都能构成一个复合函数? <br>
<input type="Radio" name="Q" value="0" >A:不一定；<br>
<input type="Radio" name="Q" value="1" >B:一定是。<br>
<input type="button" name="submitQ" value=" 提交" onClick="Score()">
</form>
注：doInitialize() ，doTerminate() ，doSetValue（“参数1”，“参数2”）是 “APIWrapper.js”文件中的三个函数，它们分别完成调用LMS提供的API执行中的Initialize() ，Terminate() ，SetValue（“参数1”，“参数2”）。“APIWrapper.js”文件以及其它javascript交互代码的编写可参照ADL SCORM提供的学习对象样例（http://www.adlnet.org/index.cfm?fuseaction=SCORMDown）。
学习对象的包装主要是为学习对象构建元数据文件、内容清单文件和包交换文件，可以由前面提到的专用工具来完成。包装时可以单独构建一个元数据文件并在内容清单文件中指定其位置，也可以将元数据信息包含在内容清单文件中；内容清单文件中的组织结构（organizations）需参照内容结构图来构建，指定每个组织结构（organization）的每个内容项（item）的标题（title），并指定每个叶子内容项所引用的资源文件（file）以及依存资源 (dependency) ，非叶子内容项不与特定的资源文件关联；如果包中的资源有元数据就要定位元数据文件的位置或者将元数据信息包含在内容清单文件中。图6是在Reload Editor2004内容清单编辑窗口创建的学习对象“函数、极限和连续”的组织结构（organizations）。
图6：学习对象“函数、极限和连续”的组织结构 图7：《高等数学》的组织结构
课程包装则是把整个网络课程看作一个学习对象，为其构建元数据文件、内容清单文件和包交换文件，课程包装的操作可以参照上述学习对象包装，但是在构建内容清单文件时最好采用引用子内容清单（submanifest）的方法构建。图7是在Reload Editor2004内容清单编辑窗口创建的《高等数学》的组织结构（organizations）。
将网络课程与支持学习对象相关标准的LMS集成才能更好地体现学习对象的可重用、易获取、易更新、易管理、适应不同学习者需要以及可跨平台使用等特性。集成时可以将整个网络课程的包交换文件直接导入，也可以分学习对象逐个导入，LMS通过解析内容清单文件（imsmanifest.xml）即可生成学习活动树（课程目录）。用户可以结合LMS的其他功能进一步设计课程，将学习对象或内容项与讨论、答疑、资源、作业和笔记等学习活动关联。
面向学习对象的网络课程能够与LMS无缝结合， 用户通过LMS可以实现对网络课程的动态控制，在使用过程中重新排列学习对象的顺序或者内容项的顺序，添加、删除或隐藏某个学习对象或某个内容项，编辑某个页面或文档的内容，修改学习对象或课程的元数据等，从而对网络课程进行维护和更新，使其不断完善，并从LMS中导出学习对象或整个课程。
随着学习对象理念的不断渗透和面向学习对象的网络课程建设实践的展开，面向学习对象的教学设计与开发技术将引领新一代网络课程的出版。高等教育出版社“立体化出版”工程项目在基于标准设计与开发面向学习对象的网络课程方面做了尝试，并且按照学习对象相关标准对4A网络教学平台进行了改版。 本文是对面向学习对象的网络课程设计与开发实践工作的总结，希望能够对未来网络课程的设计与开发有借鉴意义。
[1] 张淑萍，《谈SCORM标准对于教学设计的影响》.[EB/OL]，http://www.online-edu.org/newarticle/articles/48/3220.htm，2004-8-17/2004-8-20
[2] [5]全国信息技术标准化委员会教育技术分技术委员会（CELTSC），《CELTS-2 CD2.0术语规范》. [S]，http://www.celtsc.edu.cn，2003-8/2004-8
[3] Joseph B. South,David W. Monson ,A University-wide System for Creating, Capturing, and Delivering Learning Objects.[C], http://www.reusability.org/read/chapters/south.doc，2000-11/2004-8
[4] Microsoft TechNet 教育解决方案 ，《概述：Microsoft Learning Resource iNterchange (LRN) 3.0 工具包》.[EB/OL]，http://www.microsoft.com/china/technet/asp/test/itsolutions/education/deploy/lrntoolkit/toolkitl.asp，2001-12 /2004-8
[6][7] Advanced Distributed Learning (ADL)，SCORM Content Aggregation Model (CAM) Version 1.3 .[S]. http://www.adlnet.org，2004-7/2004-8
[8]何克抗、郑永柏、谢幼如编著，《教学系统设计》.[J].北京：北京师范大学出版社，2001年3月，P129
[9] Advanced Distributed Learning (ADL)，SCORM Run-Time Environment (RTE) Version 1.3 .[S]. http://www.adlnet.org，2004-7/2004-8
[①] 本文是高等教育出版社“立体化出版”工程项目的阶段性成果，作为《高等教育出版社立体化教材出版规范实践指南V1.0》的一部分收录。
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