第一篇：IMS 學習設計規范與教學設計

IMS學習設計規范與教學設計

龍科峰 孫迪

北京師范大學現代教育技術研究所 100875 【摘要】學習技術規范的應用是為了保證e-learning中的學習資源更大程度的共享，但是當前的學習技術規范主要關注學習內容，而忽略了對學習活動的描述，這就 使得各種e-learning活動設計的成果不易共享和重用。基于這種情況，全球學習聯合機構（IMS）制定了學習設計規范（LD規范）。LD規范不僅能 描述學習內容，還能描述學習者和教師所進行的活動，保證學習管理系統對這些設計成果進行共享和重用。本文以圖文結合的方式對LD規范的相關內容進行介紹，并舉例說明了LD的創建過程。在此基礎上，重點分析了LD與教學設計的關系，以及學習設計中有待完善的地方。

【關鍵詞】學習設計;教學設計;e-learning;學習活動

1．學習設計規范產生的背景和意義

隨著e-learning的廣泛開展以及各種e-learning規范和標準的應用推廣，數字化學習資源的共享和重用已成為當前研究的熱點。成立于1997年的IMS全球學習聯盟（IMS Global Learning Consortium）是e-Learning領域中的一個重要的組織，致力于發展及推廣網上學習活動的開放性技術規范。IMS有兩大目標：一是達成分布式學習環境中的應用系統或服務的互操作性，進而定義和開發出所需的技術規范；二是協助其它單位，將IMS規范納入產品或服務中。由于IMS并非開放性組織，其所制定的規范還要送給正式的標準研究單位，如IEEE等，經由公開、公正的程序來討論和審核，并經過委員投票同意后才能成為正式規范或標準。作為目前世界上對e-Learning標準投入最深最積極的組織，IMS制定出的規范類別也最多。但是，以前的IMS學習技術規范大多局限于追蹤個別化學習，僅僅允許一些簡單的資源排序及學習內容的描述，并不支持多角色的協作學習和大量教學模式的應用，缺乏對教學方法、策略、目標和教學活動的統一描述。這導致了應用符合這些規范和標準的e-learning平臺時，只能以一種固定局限的教學模式再現課程。這與現實中多角色互動的教學實踐相去甚遠，而且在教學模式日益增多的情況下，對每一種教學模式分別進行平臺實現，其效率是極低的。不言而喻，當前的e-learning規范的發展方向必然要擴展到包含多種角色的互動和多種教學模式的應用。因而，荷蘭開放大學的Koper 與Olivier所建議的學習設計規范（即IMS Learning Design）應運而生，并得到了IMS組織的大力支持和推廣。IMS的學習設計規范是建立在荷蘭開放大學的教育建模語言(EML)基礎上的，加入了一種類似HTML的內容模型來支持行為，整合和擴展了IMS現有的相關規范。IMS于2003年2月13日公開發布了學習設計規范1.0版本。

學習設計規范提供了一種描述方法，說明學習者在學習環境中，以一定的順序進行學習活動以達到預定的學習目標，它能夠模擬多角色的教與學過程，也支持個別化 的學習進程和大量在線教學模式的應用。學習設計以一種靈活通用的語言對教學模式進行完整、抽象和方便的形式化描述，同時包括電子郵件、討論或者公告等特定 的服務，尤其在針對學習活動的描述中，將活動與活動的組織架構相分離，進而與角色和資源相分離，提高可重用性。遵循學習設計規范的系統則能夠理解這些描 述，保證學習資源的高度共享和重用。

2．學習設計規范概述 2．1學習設計的概念模型

在學習設計規范中使用了UML圖來表述它的概念模型，反映規范中各個類之間的關系，具體內容見圖一。

圖一 學習設計的概念模型

如圖一所示，學習設計規范的核心概念是：無論在何種教學模式中，一個人都會承擔一個角色（這個角色通常是學生或者教師），然后根據各自的角色在環境中進行 學習活動或支持活動，同時生成活動的結果，其中環境包括適當的學習對象和進行活動時所使用的服務。在學習設計中，角色在何時進行何種活動是由方法或通知決 定的。

圖 中的方法是為了使學習者達到特定的學習目標而設計出來的一組教學方案，同時也規定了學習者能夠使用該方法的先決條件。方法的描述采用了戲劇的術語，一個方 法包含一個或多個劇本，如果含有多個劇本則各劇本并行執行；一個劇本包含一個或多個幕，有多個幕時各幕順序執行；一個幕又可以包含一個或多個角色分配，如 果有多個角色分配時，各個角色分配并行執行。另外，角色分配只能包含一個角色和一個活動（或活動結構），說明該角色進行的活動，這在圖中沒有顯示出來。學習設計規定一個人被賦予角色后才能參與活動。圖中明確定義的角色有兩種：學習者和教師。其實每種角色還可以包含子角色，但是規范中沒有定義子角色名稱的術語，而是讓學習設計者自己命名。例如協作學習的設計方案中，可能就會將學習者定義成各種子角色讓他們分別承擔。

活動是一個很重要的元素，是角色與環境的連接。它包括學習活動和支持活動兩種，學習活動是以文本或多媒體的形式說明學習者如何進行活動來達到預定的學習目標，而支持活動規定了教學支持角色所進行的活動，以保證學習活動的順利進行。多個相關的活動可以組合成一個活動結構，它可以是順序結構或者是選擇結構，前者的角色按預先定義的順序來完成結構中不同的活動；后者的角色可以任選一定數量的活動，這個數量是預先規定的。

環境由學習對象和服務組成。這里的學習對象是指在學習活動和支持活動中使用的可重用的和可尋址的數字或非數字資源，例如web頁面、書本、制作工具（文 本編輯器等）、儀器（顯微鏡等）、試題等等。服務則是用來支持教學過程的工具，例如聊天室、論壇和郵件等，這些工具是由學習管理系統提供的，設計階段的服 務只是對這些工具的抽象描述，學習設計在某個運行時環境中實例化之后才賦予這些工具的URL。服務可分為四類：郵件服務、會議服務（實時會議、非實時會議 和通知等）、監控服務和索引搜索服務。

屬性是用戶和角色檔案的組成部分，通過屬性可以監控、評價、個別化用戶和角色。學習設計支持局部屬性、局部個人屬性、局部角色屬性、全局個人屬性和全局 屬性等五種，多個屬性可以組成一組。為了在教學過程中查看和設置屬性，學習設計提供了一些全局元素，包括屬性的設置，屬性的查看，屬性組的設置和屬性組的 查看等四類。

角色執行活動后會生成一些結果和事件，包括某項活動、某一幕或一個劇本的完成，某項條件變為真，某個屬性值被修改等。這些結果和事件可以觸發一個通知，使角色執行一項新的活動，例如一個學生完成一個活動后（這就是一個結果），他自己或另一個學生和老師就被通知可以進行下一個活動。通知的機制也適用于后一 個活動依賴于前一個活動結果的適應性任務環境的設計。

學習設計可以分三個級別實施：級別A、級別B和級別C，級別依次增高。圖一呈現了級別C的所有類，在級別B中不包括通知，而級別A不包括通知、屬性、條件和全局元素。2．2學習設計的信息模型

學習設計的成果主要是以xml文檔的形式保存，因此用樹狀結構描述的信息模型更容易實現學習設計的xml綁定。

圖二 LD的樹狀表

（*：出現0或多次，+：出現1或多次，?：出現0或1次）

如 圖二所示，學習設計文檔的根元素是learning-design，它下一級的title表示學習設計的題目，具體的值只能是字符串類型。

learning-objectives（學習目標）、prerequisites（先決學習條件）和metadata（元數據）分別包含相應的說明信 息，他們的值除了字符串類型以外還可以引用一些單獨的多媒體文件表示；components（組件）和method（方法）是兩個相關的元 素，components相當于一個變量聲明和初始賦值的地方，只說明學習設計中使用到的角色、活動、環境和屬性，而角色在什么環境中執行什么活動則在 method中說明。method在概念模型中已有介紹，這里值得注意的是play（劇本）、act（幕）和role-part（角色分配）的同級元素中 都含有一些完成該活動所需條件的元素（分別是complete-unit-of-learning、complete-play、complete-act）和完成活動時所觸發的事件元素（on-completion），這些元素就控制了各個活動之間的轉換。

在級別A的學習設計中，學習者可以按既定順序完成一組活動，或者有選擇的按任意順序完成這組活動，但總得來說都是線性的，不能在活動之間的來回跳轉。級別 B中包含了properties（屬性）和conditions（條件），可以將一些控制變量記錄在properties里面，通過conditions 的if元素判斷這些控制變量的值，以決定觸發相應的活動跳轉，這樣就可以實現活動的非線性執行，豐富所支持的教學模式。級別C增加了 notification（通知）元素，能夠基于一定的事件來給角色發送消息或啟動一個新的活動。級別C比級別B高級的地方在于，級別B只能基于 properties的值來執行活動的跳轉，而級別C不僅可以基于值，還可以基于活動的完成和屬性值的設置等事件來執行操作，另外，級別C執行的操作除了 活動跳轉還可以是發送消息。

2．3學習單元

在學習設計規范中提出了一個學習單元的概念，指任何在教育或培訓中使用的有界塊，例如一門課程，一堂課等。學習單元不僅指學習資源的集合，還包括各種活動（問題解決的活動，搜索活動，討論活動，互評活動等等），評價，以及教師進行服務和支持活動的工具。學習設計的主要用法就是將學習設計包含在內容包裝里 面，從而建立一個學習單元。內容包裝可以使數字化學習資源在不同的學習管理系統之間交換，它不限定被包裝的學習資源的具體內容和格式，而是通過定義一個統 一的結構將不同的數字化資源包裝起來。學習設計的內容包裝推薦使用IMS內容包裝規范。可以認為，學習單元就等于學習設計加內容包裝。下圖顯示了學習單元 的結構。

圖三 學習單元的結構

從圖三可以看出，學習單元與傳統的內容包裝結構很相似，整體是一個包交換文件，里面包括xml格式的內容清單和實際物理文件兩個部分，特別的，學習單元 的組織結構中包含的是學習設計元素。學習設計的結構是按上節介紹的信息模型組織。資源則包含了所需的物理文件和支持平臺地址的引用。

2．4學習設計的實施

學習設計的實施可以分為三步：創作、生產和發送。

創作是完成LD實例文檔的過程。首先以文本的形式介紹這次設計的標題、提供者、教學方法、內容、學習目標、角色、學習內容的劃分、學習服務/設備/工具 的使用、學習活動流程劃分等；然后根據這些介紹畫出UML的活動圖，主要是描述出各個角色所進行的活動流程；最后是將上面的信息轉換成xml文檔實例。

生產是為了完善創作階段生成的xml文檔，相當于出版行業中將作者的手稿裝訂成冊的過程。進行生產首先得利用IMS提供的schema來驗證創作的 xml文檔的有效性；其次是為了簡化發送階段所做的一些預處理，包括角色的和屬性的定義存儲、條件表達式的求值和通知實施方法的選擇等；最后為學習設計分 配使用者，學習設計使用了“運行（run）”的概念來表示學習設計和分配給這個學習設計的使用者的結合。

發送是學習設計的實際執行階段。這個階段的一個主要工作是給用戶提供的個性化視圖，也就是根據學習設計的文檔、用戶的角色和用戶檔案數據，給用戶呈現他 所應該用到的活動樹、服務樹、學習內容和偏好的字體顏色等，另外，一些觸發事件也能動態的改變用戶的視圖。在發送階段也有角色的人員分配問題，與生產階段 僅僅為用戶分配教師和學生兩種角色不同，發送階段是負責是子角色的分配，因此分配者更需要教學設計知識和對人員的了解。用戶角色在運行過程中有可能會改 變，這也需要運行環境能相應調整用戶的視圖。

學習設計的實施工具可能各不相同，有的工具功能有限，需要集成其他的系統，例如門戶系統、學生管理、學生注冊和郵件等服務系統，這就需要處理好學習設計的運行與這些系統的接口問題。

2．5 學習設計的創作實例

創作一個學習設計一般分為介紹、畫UML活動圖、編寫XML實例文檔三個步驟。下面我們闡述一個學習設計的級別A實例——機翼中的燃油閥移除，這個例子是由波音公司的Travis Carlton提供的。

（1）介紹

本例子的題目為“波音燃油閥的移除”，學習目標是學生能夠從虛擬的機翼中將燃油閥移除，設計中只涉及到一種角色：學習者，學習者采用了非協作、自定步調和 個別化的學習方法。需要用到的學習工具是一本《交互式電子技術手冊》。學習活動流程由三個模塊組成：介紹模塊、課程模塊、測試模塊，具體流程如下：

模塊1：燃油閥介紹

燃油閥課程介紹、燃油閥操作理論 模塊2：燃油閥課程

燃油閥和數量轉換器的組成、燃油系統故障、燃油閥移除程序（預備、移除閥門、移除轉換器、移除燃油閥）

模塊3：測試

知識測試（燃油系統組成、燃油系統故障）、移除操作模擬測試 上述三個模塊是順序的關系，不能顛倒和跳躍，模塊2中的“燃油閥和數量轉換器的組成”和“燃油系統故障”這兩個環節的先后順序可以任意選擇。

（2）畫UML活動圖

下面我們在上述介紹的基礎上畫UML活動圖并對環節進行說明。活動圖以順序或平行的方式呈現活動，允許進行活動的選擇和嵌套。本實例中的活動都是學習活動而沒有支持活動。

圖四 波音實例的UML活動圖 學習者進入介紹模塊，依次學習“課程介紹”和“操作理論”兩個環節，然后才能進入課程模塊，因為“組成”和“故障”兩個環節的先后次序是非固定的，此時，學習者面臨著兩種學習次序的選擇，完成其一即可，上圖中則以選擇結構對這兩種選擇進行了呈現。學習者完成前面所有的環節之后，才能進入“燃油閥移除程序” 環節，如上圖所示，“燃油閥移除程序”環節中的子環節是順序的次序呈現的，這說明學習者要嚴格按照先后次序對相關的子環節進行學習。測試模塊也是要求學習者按照順序的次序進行學習，這里不再贅述。通過測試模塊之后，整個課程的學習才能結束。

（3）XML實例文檔

這一步是要以介紹和UML活動圖為基礎，將它們轉換為XML實例化文檔。步驟1：

將XML文檔的標題