IMS 学习设计规范与教学设计.doc

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1、IMS学习设计规范与教学设计龙科峰 孙迪 北京师范大学现代教育技术研究所 【摘要】学 习技术规范的应用是为了保证e-learning中的学习资源更大程度的共享，但是当前的学习技术规范主要关注学习内容，而忽略了对学习活动的描述，这就 使得各种e-learning活动设计的成果不易共享和重用。基于这种情况，全球学习联合机构（IMS）制定了学习设计规范（LD规范）。LD规范不仅能 描述学习内容，还能描述学习者和教师所进行的活动，保证学习管理系统对这些设计成果进行共享和重用。本文以图文结合的方式对LD规范的相关内容进行介绍， 并举例说明了LD的创建过程。在此基础上，重点分析了LD与教学设计的关系，以及

2、学习设计中有待完善的地方。【关键词】学习设计; 教学设计; e-learning; 学习活动1学习设计规范产生的背景和意义随着e-learning的广泛开展以及各种e-learning规范和标准的应用推广，数字化学习资源的共享和重用已成为当前研究的热点。成立于1997年的IMS全球学习联盟（IMS Global Learning Consortium）是e-Learning领域中的一个重要的组织，致力于发展及推广网上学习活动的开放性技术规范。IMS有两大目标：一是达成分布式学习环境中的应用系统或服务的互操作性，进而定义和开发出所需的技术规范；二是协助其它单位，将IMS规范纳入产品或服务中。由于

3、IMS并非开放性组织，其所制定的规范还要送给正式的标准研究单位，如IEEE等，经由公开、公正的程序来讨论和审核，并经过委员投票同意后才能成为正式规范或标准。作为目前世界上对e-Learning标准投入最深最积极的组织，IMS制定出的规范类别也最多。但是，以前的IMS学习技术规范大多局限于追踪个别化学习，仅仅允许一些简单的资源排序及学习内容的描述，并不支持多角色的协作学习和大量教学模式的应用，缺乏对教学方法、策略、目标和教学活动的统一描述。这导致了应用符合这些规范和标准的e-learning平台时，只能以一种固定局限的教学模式再现课程。这与现实中多角色互动的教学实践相去甚远，而且在教学模式日益增

4、多的情况下，对每一种教学模式分别进行平台实现，其效率是极低的。不言而喻，当前的e-learning规范的发展方向必然要扩展到包含多种角色的互动和多种教学模式的应用。因而，荷兰开放大学的Koper 与Olivier所建议的学习设计规范（即IMS Learning Design）应运而生，并得到了IMS组织的大力支持和推广。IMS的学习设计规范是建立在荷兰开放大学的教育建模语言(EML)基础上的，加入了一种类似HTML的内容模型来支持行为，整合和扩展了IMS现有的相关规范。IMS于2003年2月13日公开发布了学习设计规范1.0版本。学习设计规范提供了一种描述方法，说明学习者在学习环境中，以一定的

5、顺序进行学习活动以达到预定的学习目标，它能够模拟多角色的教与学过程，也支持个别化 的学习进程和大量在线教学模式的应用。学习设计以一种灵活通用的语言对教学模式进行完整、抽象和方便的形式化描述，同时包括电子邮件、讨论或者公告等特定 的服务，尤其在针对学习活动的描述中，将活动与活动的组织架构相分离，进而与角色和资源相分离，提高可重用性。遵循学习设计规范的系统则能够理解这些描 述，保证学习资源的高度共享和重用。 2学习设计规范概述21学习设计的概念模型 在学习设计规范中使用了UML图来表述它的概念模型，反映规范中各个类之间的关系，具体内容见图一。 图一 学习设计的概念模型 如图一所示，学习设计规范的核

6、心概念是：无论在何种教学模式中，一个人都会承担一个角色（这个角色通常是学生或者教师），然后根据各自的角色在环境中进行 学习活动或支持活动，同时生成活动的结果，其中环境包括适当的学习对象和进行活动时所使用的服务。在学习设计中，角色在何时进行何种活动是由方法或通知决 定的。图 中的方法是为了使学习者达到特定的学习目标而设计出来的一组教学方案，同时也规定了学习者能够使用该方法的先决条件。方法的描述采用了戏剧的术语，一个方 法包含一个或多个剧本，如果含有多个剧本则各剧本并行执行；一个剧本包含一个或多个幕，有多个幕时各幕顺序执行；一个幕又可以包含一个或多个角色分配，如 果有多个角色分配时，各个角色分配并

7、行执行。另外，角色分配只能包含一个角色和一个活动（或活动结构），说明该角色进行的活动，这在图中没有显示出来。学习设计规定一个人被赋予角色后才能参与活动。图中明确定义的角色有两种：学习者和教师。其实每种角色还可以包含子角色，但是规范中没有定义子角色名称的术语，而是让学习设计者自己命名。例如协作学习的设计方案中，可能就会将学习者定义成各种子角色让他们分别承担。活动是一个很重要的元素，是角色与环境的连接。它包括学习活动和支持活动两种，学习活动是以文本或多媒体的形式说明学习者如何进行活动来达到预定的学习 目标，而支持活动规定了教学支持角色所进行的活动，以保证学习活动的顺利进行。多个相关的活动可以组合成

8、一个活动结构，它可以是顺序结构或者是选择结构， 前者的角色按预先定义的顺序来完成结构中不同的活动；后者的角色可以任选一定数量的活动，这个数量是预先规定的。环境由学习对象和服务组成。这里的学习对象是指在学习活动和支持活动中使用的可重用的和可寻址的数字或非数字资源，例如web页面、书本、制作工具（文 本编辑器等）、仪器（显微镜等）、试题等等。服务则是用来支持教学过程的工具，例如聊天室、论坛和邮件等，这些工具是由学习管理系统提供的，设计阶段的服 务只是对这些工具的抽象描述，学习设计在某个运行时环境中实例化之后才赋予这些工具的URL。服务可分为四类：邮件服务、会议服务（实时会议、非实时会议 和通知等）

9、、监控服务和索引搜索服务。属性是用户和角色档案的组成部分，通过属性可以监控、评价、个别化用户和角色。学习设计支持局部属性、局部个人属性、局部角色属性、全局个人属性和全局 属性等五种，多个属性可以组成一组。为了在教学过程中查看和设置属性，学习设计提供了一些全局元素，包括属性的设置，属性的查看，属性组的设置和属性组的 查看等四类。角色执行活动后会生成一些结果和事件，包括某项活动、某一幕或一个剧本的完成，某项条件变为真，某个属性值被修改等。这些结果和事件可以触发一个通知， 使角色执行一项新的活动，例如一个学生完成一个活动后（这就是一个结果），他自己或另一个学生和老师就被通知可以进行下一个活动。通知的

10、机制也适用于后一 个活动依赖于前一个活动结果的适应性任务环境的设计。学习设计可以分三个级别实施：级别A、级别B和级别C，级别依次增高。图一呈现了级别C的所有类，在级别B中不包括通知，而级别A不包括通知、属性、条件和全局元素。22学习设计的信息模型 学习设计的成果主要是以xml文档的形式保存，因此用树状结构描述的信息模型更容易实现学习设计的xml绑定。图二 LD的树状表（*：出现0或多次，+：出现1或多次，?：出现0或1次）如 图二所示，学习设计文档的根元素是learning-design，它下一级的title表示学习设计的题目，具体的值只能是字符串类型。 learning-objectives

11、（学习目标）、prerequisites（先决学习条件）和metadata（元数据）分别包含相应的说明信 息，他们的值除了字符串类型以外还可以引用一些单独的多媒体文件表示；components（组件）和method（方法）是两个相关的元 素，components相当于一个变量声明和初始赋值的地方，只说明学习设计中使用到的角色、活动、环境和属性，而角色在什么环境中执行什么活动则在 method中说明。method在概念模型中已有介绍，这里值得注意的是play（剧本）、act（幕）和role-part（角色分配）的同级元素中 都含有一些完成该活动所需条件的元素（分别是complete-unit-o

12、f-learning、complete-play、complete- act）和完成活动时所触发的事件元素（on-completion），这些元素就控制了各个活动之间的转换。在级别A的学习设计中，学习者可以按既定顺序完成一组活动，或者有选择的按任意顺序完成这组活动，但总得来说都是线性的，不能在活动之间的来回跳转。级别 B中包含了properties（属性）和conditions（条件），可以将一些控制变量记录在properties里面，通过conditions 的if元素判断这些控制变量的值，以决定触发相应的活动跳转，这样就可以实现活动的非线性执行，丰富所支持的教学模式。级别C增加了 noti

13、fication（通知）元素，能够基于一定的事件来给角色发送消息或启动一个新的活动。级别C比级别B高级的地方在于，级别B只能基于 properties的值来执行活动的跳转，而级别C不仅可以基于值，还可以基于活动的完成和属性值的设置等事件来执行操作，另外，级别C执行的操作除了 活动跳转还可以是发送消息。23学习单元在学习设计规范中提出了一个学习单元的概念，指任何在教育或培训中使用的有界块，例如一门课程，一堂课等。学习单元不仅指学习资源的集合，还包括各种活动 （问题解决的活动，搜索活动，讨论活动，互评活动等等），评价，以及教师进行服务和支持活动的工具。学习设计的主要用法就是将学习设计包含在内容包装

14、里 面，从而建立一个学习单元。内容包装可以使数字化学习资源在不同的学习管理系统之间交换，它不限定被包装的学习资源的具体内容和格式，而是通过定义一个统 一的结构将不同的数字化资源包装起来。学习设计的内容包装推荐使用IMS内容包装规范。可以认为，学习单元就等于学习设计加内容包装。下图显示了学习单元 的结构。图三 学习单元的结构从图三可以看出，学习单元与传统的内容包装结构很相似，整体是一个包交换文件，里面包括xml格式的内容清单和实际物理文件两个部分，特别的，学习单元 的组织结构中包含的是学习设计元素。学习设计的结构是按上节介绍的信息模型组织。资源则包含了所需的物理文件和支持平台地址的引用。24学习

15、设计的实施学习设计的实施可以分为三步：创作、生产和发送。创作是完成LD实例文档的过程。首先以文本的形式介绍这次设计的标题、提供者、教学方法、内容、学习目标、角色、学习内容的划分、学习服务/设备/工具 的使用、学习活动流程划分等；然后根据这些介绍画出UML的活动图，主要是描述出各个角色所进行的活动流程；最后是将上面的信息转换成xml文档实例。生产是为了完善创作阶段生成的xml文档，相当于出版行业中将作者的手稿装订成册的过程。进行生产首先得利用IMS提供的schema来验证创作的 xml文档的有效性；其次是为了简化发送阶段所做的一些预处理，包括角色的和属性的定义存储、条件表达式的求值和通知实施方法

16、的选择等；最后为学习设计分 配使用者，学习设计使用了“运行（run）”的概念来表示学习设计和分配给这个学习设计的使用者的结合。发送是学习设计的实际执行阶段。这个阶段的一个主要工作是给用户提供的个性化视图，也就是根据学习设计的文档、用户的角色和用户档案数据，给用户呈现他 所应该用到的活动树、服务树、学习内容和偏好的字体颜色等，另外，一些触发事件也能动态的改变用户的视图。在发送阶段也有角色的人员分配问题，与生产阶段 仅仅为用户分配教师和学生两种角色不同，发送阶段是负责是子角色的分配，因此分配者更需要教学设计知识和对人员的了解。用户角色在运行过程中有可能会改 变，这也需要运行环境能相应调整用户的视图

17、。学习设计的实施工具可能各不相同，有的工具功能有限，需要集成其他的系统，例如门户系统、学生管理、学生注册和邮件等服务系统，这就需要处理好学习设计的运行与这些系统的接口问题。25 学习设计的创作实例创作一个学习设计一般分为介绍、画UML活动图、编写XML实例文档三个步骤。 下面我们阐述一个学习设计的级别A实例机翼中的燃油阀移除，这个例子是由波音公司的Travis Carlton提供的。（1）介绍 本例子的题目为“波音燃油阀的移除”，学习目标是学生能够从虚拟的机翼中将燃油阀移除，设计中只涉及到一种角色：学习者，学习者采用了非协作、自定步调和 个别化的学习方法。需要用到的学习工具是一本交互式电子技术

18、手册。学习活动流程由三个模块组成：介绍模块、课程模块、测试模块，具体流程如下：模块1：燃油阀介绍燃油阀课程介绍、燃油阀操作理论模块2：燃油阀课程燃油阀和数量转换器的组成、燃油系统故障、燃油阀移除程序（预备、移除阀门、移除转换器、移除燃油阀）模块3：测试知识测试（燃油系统组成、燃油系统故障）、移除操作模拟测试 上述三个模块是顺序的关系，不能颠倒和跳跃，模块2中的“燃油阀和数量转换器的组成”和“燃油系统故障”这两个环节的先后顺序可以任意选择。（2）画UML活动图 下面我们在上述介绍的基础上画UML活动图并对环节进行说明。活动图以顺序或平行的方式呈现活动，允许进行活动的选择和嵌套。本实例中的活动都是

19、学习活动而没有支持活动。图四 波音实例的UML活动图 学习者进入介绍模块，依次学习“课程介绍”和“操作理论”两个环节，然后才能进入课程模块，因为“组成”和“故障”两个环节的先后次序是非固定的，此时， 学习者面临着两种学习次序的选择，完成其一即可，上图中则以选择结构对这两种选择进行了呈现。学习者完成前面所有的环节之后，才能进入“燃油阀移除程序” 环节，如上图所示，“燃油阀移除程序”环节中的子环节是顺序的次序呈现的，这说明学习者要严格按照先后次序对相关的子环节进行学习。测试模块也是要求学习 者按照顺序的次序进行学习，这里不再赘述。通过测试模块之后，整个课程的学习才能结束。（3）XML实例文档这一步

20、是要以介绍和UML活动图为基础，将它们转换为XML实例化文档。步骤1：将XML文档的标题 定为“Boeing Fuel Valve Removal simplified”，通过“item”元素来创建学习目标 和课程的先决条件，本步骤具体文档内容如下： Boeing Fuel Valve Removal simplified 步骤2：用XML来标识组件（components）。组件相当于一个变量声明和初始赋值的地方。首先描述角色，在我们这个简单实例中，角色只有学习者一种。然后描述UML图中所有活动，本实例的活动都是学习 活动，而不需要教师的支持活动，也不需要学生之间的交互。学习活动可以组成活动结

21、构，对应于UML图中的四个方框本实例生成了“介绍”、“课程”、“移除 程序”和“测试”四个活动结构，方框中的活动状态则对应于活动结构中的学习活动，通过利用“learning-activity-ref”元素引用学习活 动的“identifier”标识。活动结构是选择结构还是顺序结构通过“structure-type”属性值“sequence”或 “selection”决定。活动结构还可以组成新的活动结构，本实例的“课程”和“移除程序”两个活动结构组成了新的“课程和移除”活动结构，再由“课 程和移除”与原来的“介绍”、“测试”组成“波音整体实例”活动结构。其实这种学习活动组成活动结构，再由活动结构

22、组成新的活动结构的做法都是为了体现重 用的思想。此外，这里还涉及到一个环境：交互式电子技术手册。下面列出了一些关键部分的XML文档语句：“角色”： “燃油系统故障测试”学习活动： 其他学习活动的描述从略。“测试”的活动结构： “波音整体实例”的活动结构： 其他活动结构的描述从略。“技术手册”环境： Interactive Electronic Technical Manual 步骤 3：用XML来构建方法（method），相当于将步骤二定义的组件组装起来的过程。这个实例中，我们只有一个剧本，一个幕，一个角色分配。方法部分的文档如下： 本部分以一个简单的“波音燃油阀门移除”为实例，详细介绍了一个

23、级别A的学习设计的创作过程，创建的xml文档将会利用内容包装规范包装起来组成一个学习单元，然后在一个支持学习设计规范的学习管理平台上应用。3学习设计规范与教学设计学习设计规范定义的是一套描述教学过程的标准化术语，它是教学理论无关的，可以描述任何教学理论指导下所设计出的教学模式，但是，这也意味着学习设计提供 的只是一个容器，它本身并不能保证所装载的内容符合教学要求，因此需要另外的设计理论来支持它的应用，这个理论应该就是教学设计。教学设计是运用系统方法，将学习理论与教学理论的原理转换成对教学目标、教学条件、教学方法、教学评价等教学环节进行具体计划的系统化过程，其根本目的 是通过对学习过程和学习资源

24、所做的系统安排，创设各种有效的教学系统，以促进学习者的学习。教学设计的应用可以提高教学的科学性和合理性，而科学性和合理 性正是我们在学习设计中需要遵守的原则，所以学习设计要以教学设计为指南，才能有效的发挥作用。从另一个方面来说，学习设计可以看作是教学设计结果的表 述，在教学设计过程中涉及的教学目标、教学条件、教学方法、教学评价、学习过程和学习资源等元素都能在学习设计中体现。教学设计的结果当然也可以不使用学 习设计来表述，但是我们认为使用了学习设计后将为教学设计的实施带来了很大的方便。首先，学习设计提供了形式化的方法描述，可以使机器能够理解教学设计成果的语义。现有的大多数教学设计成果都是用描述性

25、的方式保存，可能不同的人阅读后 都会产生理解上的偏差，更何况现有技术条件下的机器。这就造成了网络环境下的教学设计实施部署工作只能由人工的方式进行，甚至因此就忽略了教学设计的工 作，这是我们不希望看到的。学习设计的应用能够改变这个局面，只需要在学习管理系统中集成一个能够解析学习设计的工具，我们就能将教学过程的控制交给学习 管理系统，而这个教学过程是我们之前设计好的，这就大大减轻了广大教师的工作量。其次，学习设计能够描述各种教学模式，为e-learning的设计和实施提供了很大的灵活性。以往的学习管理系统一般只能支持一种或几种教学模式，例如 研究性学习平台，协作学习平台等就是针对特定的教学模式。而

26、学习设计力争做到了与教学理论和学习理论无关，以一套语言就能容纳所有的教学模式，也让同一系 统上能够实施各种教学模式成为可能。第三，学习设计使得学习管理系统能够控制学习活动的实施。现有的学习管理系统中体现得更多的是学习内容的设计，对于学习活动很难有效的控制，即使是专门的 协作学习平台，在学生学习活动转换时也得由教师人为的提醒和控制，很难由系统自动实现。学习设计中可以规定角色进行的活动结束条件，由此实现各个角色的活 动同步和下一个活动的进行。这种多个学习者的协作活动控制在现有的规范和系统中是很难实现的。第四，利用学习设计制作“动态”教学模板。模板是e-learning中利用教学设计的一个有效途径。

27、将教学模式制作成数字化的模板，普通教师通过利用模 板就能够体现出教学模式蕴涵的教学理论和思想。但是现有的教学模板大多是静态的页面，教师只能够修改页面上的文字和链接的文件。而利用学习设计制作的模板 是动态的，它以xml文件的形式描述了角色进行的活动，但是具体是哪个学习者，在活动中阅读什么材料，回答什么问题都可以在不同的系统中有不同的实现。此外，学习设计在资源重用性方面也能有很好的表现，这在上文中已有说明，所以就不再赘述。4小结由上分析可知，学习设计对于e-learning中的教学设计的实施起着相当大的促进作用，可以减轻许多教师的工作，同时我们也应当看到，应用学习设计还 需要一些支持性工具，而目前

28、这些工具还是不完善的。首先，应用学习设计需要有一个符合其规范的解析器，荷兰开放大学提供了免费的引擎 CopperCore，但是目前只能够解析级别A的学习设计。其次，学习设计的文档编写也需要专门的编写工具支持，著名的Reload也是声称即将推出支 持学习设计的编辑器，真正的产品尚未推出。另外，使用学习设计是否能达到预期的效果很大程度取决于前期的教学设计的运用情况，因此提供教学设计的数字化支 持工具也很有必要，使分析、设计和实施等一系列的工作都能在系统中连贯的进行，但是目前这样的教学设计的支持工具并不多见，更没有用到学习设计中来。可 见，要使学习设计真正的发挥它的作用，我们仍有许多工作要做，仍然需要不断的在实践中探索和检验。【参考文献】1 IMS学习设计规范，http:/www.imsglobal.org/learningdesign/index.cfm；2 Rob Koper，Representing the Learning Design of Units of Learning，http:/ifets.ieee.org/periodical/7_3/10.html；3何克抗等编著，教学系统设计，北京师范大学出版社，2002；4 Reload，http:/www.reload.ac.uk/；5 CopperCore，