IMS 学习设计规范与教学设计

第一篇：IMS 学习设计规范与教学设计

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 100875 【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 2．1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）、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。2．2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（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-of-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 notification（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。

2．3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。

2．4学习设计的实施

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。

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。

2．5 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