IMS,LD规范视域下的“学习单元”设计:

　　[摘要]怎样基于教育建模语言(Educafionl Modeling Language，简称EML)开展形式化层次的教学设计，是教学设计自动化领域中一个值得探讨的问题。IMS LD规范是一种经过改造的EML，具有目标、性质、基础、体系、提出者等五个方面的特点。基于IMS LD规范的学习(单元)设计有四条原理：指导思想原理、要素结构原理、设计层次原理、创设流程原理。从九个维度进一步对国际上已经推出的20多个IMS LD工具进行了归类和比较。并以《教育技术原理》教改课程为例，阐述了基于IMSLD规范的“学习单元”设计的具体过程，简介了“学习单元”设计制品的四条应用途径。
　　[关键词]教育建模语言；IMS　LD规范；学习单元；设计；原理；工具
　　[中图分类号]G434[文献标识码]A　[文章编号]11672―0008(2010)05―0016―06
　　
　　一、引　言
　　
　　学习单元是指学习系统中相对完整、自成一体的部分。通常可指学习内容(教材)单元、学习活动单元、课程学习单元。IMS karning Design Specificationo](简称IMS LD规范)中的“学习单元”(Unit 0f Learning，简称UoL)特指遵循该规范的含有“学习设计”方案的包件。学习单元的设计，一般而言，强调落实如下一些任务：明确单元学习目标；选择单元学习内容；划分单元学习角色职责；设计单元学习活动；营造单元学习环境；选择单元学习方法；安排单元学习进程；提供单元学习资源；设计学习支架与选取支持服务方式；制定单元学习的评价标准。
　　学习单元设计的方法，从设计思想分，有以学习活动为中心的设计方法、以问题求解为中心的设计方法、以学习目标为中心的设计方法、以学习系统为中心的设计方法、以学习对象为中心的设计方法等。从逻辑视角来分，有自上而下设计的方法、自下而上设计的方法、横向逐个设计的方法等。从操作视角分，有手工设计方法、基于软件工具的自动化设计方法等。本文拟从学习设计的形式化视角，结合实际案例，探讨IMS LD规范视域下的“学习单元”设计问题。
　　
　　二、IMs LD规范中的“学习单元”结构
　　
　　(一)IMS LD规范的特点
　　1.目标：旨在提供一种能以形式化方式描述任何教与学过程设计的包容性框架
　　具体而言，该规范力求满足如下八项要求。(1)完整性：必须完整描述一个单元的教与学过程，包括学习者和教师的活动整合，学习中所使用的资源与服务的整合，对多种不同学习方法的支持，对单用户和多用户学习模式的共同支持，对混合学习模式和单纯的在线学习模式的支持。(2)教学灵活性：必须能表达教学法的含意和功能，能用于灵活描述各种不同的教学法。(3)个性化：必须根据学习者的喜好、职业、知识基础、学习需求和环境状况组编个性化的学习内容与活动，同时，组编的过程可根据学生、教师、计算机及设计者的需要加以控制。(4)形式化：必须以形式化的方式描述学习设计，以便有可能进行自动处理。(5)再现性：所描述的学习设计必须能够被抽取出来，以便不同的人在不同的情境中有可能重复执行。(6)互用性：必须支持学习设计的互用与协作。(7)兼容性：尽可能兼容有关标准和规范，如IMS内容包装规范、IMS问题与测试互通规范、IMS／LOM元数据规范、IMS简单排序规范等。(8)重用性：必须能在其他环境的重用中识别、分离、去背景和交换有用的学习制品。
　　
　　2.性质：描述多角色参与的学习过程，强调以学习活动为中心
　　这是IMS LD规范与SCORM标准的重要区别所在。SCORM标准以学习对象的跨平台共享为主要追求，其中虽纳入了IMS简单排序规范，但只支持单角色和有限的属性设置，难以形式化描述复杂的学习过程。而IMS LD规范基于教育建模语言，可支持多用户、多角色和不限数目的属性设置，能对复杂学习过程进行形式化描述。因此，IMS LD规范更有利于对现实的复杂学习过程进行自动化设计。
　　3.基础：以OUNL-EML为蓝本开发
　　OUNL-EML是荷兰开放大学组织开发的教育建模语言，2000年该语言基本成型。2003年2月，IMS全球学习联盟(Instructional Management Systems Global Learning Consor-tram，简称IMS GLC)推出的IMS LD规范正是以OUNL-EML为原型开发的。可以说，IMS LD规范是一种经过改造的教育建模语言与学习设计语言。
　　Rob Koper(2002)认为H，EML是“关于学习单元的一种语义符号”，可被定义为“从教学法视角描述学习单元的内容与过程的一种语义丰富的信息模型与绑定”。Colin Tattersall(2004)认为。OUNL-EML与IMS LD有如下三点区别：(1)制定与使用者：前者由OUNL制定，在学习技术共同体中使用；后者由IMS GLC主持制定和推广应用。(2)内容：前者包括学习内容模型，指明学习对象是如何建构的；后者不包括学习内容模型，尽管有其他内容支持，仍推荐使用XML。(3)成份：前者独立存在，包含所有方法以开发学习经验；后者则是一种整合框架，整合了IMS内容包装规范等多个规范内容。
　　正是基于EML的教学元语言中关于角色(学习者、教师)、活动(学习活动、支持活动)、资源、学习流、方法与属性等语言元素(含词汇、符号意义、语法规则等)的形式化表征，形成了IMS LD规范的信息模型框架。
　　
　　4.体系：由“信息模型”、“信息绑定”、“最佳实践指南”三个文档组成"IMS学习设计规范”的1.0版
　　其中，第一个文档以抽象方式描述了IMS LD规范的“概念模型”、“信息模型”、“行为模型”和数据结构。第二个文档具体描述了如何用XML元素集表征和如何用xML框架绑定IMS LD信息模型。第三个文档以实例形式描述了如何贯彻实施IMS LD规范。从中可见，该规范理论基础较扎实，体系结构较完整，在表现学习过程、多角色互动和多种教学法方面确有突破，具有较大的理论与应用价值。
　　5.提出者：由“IMS全球学习联盟”这个国际知名机构提出，影响力较大
　　10多年来，IMS GLC已成为国际上对e-learning标准研发最积极、所推出的规范种类最多、影响力最大的机构之一。不过，所有e-learning规范要成为国际标准，还得由IEEE(国际电气和电子工程师协会)或ISO的专业委员会经过较长时间的审核才可能认定。在IMS LD规范的研制中，荷兰开放大学教育技术研究中心的RobKoper教授做出了较大贡献。他也是OUNL-EML的主要创立者，在IMS LD的框架建构与推广中发挥了良好的作用。
　　
　　
　　(二)IMS LD规范中的“学习单元”结构
　　Rob Koper在2001年提交给IMS学习设计小组的文献 里，从教学法视角提出了学习单元模型，见图1。该图表明，所设计的“学习单元”涉及角色、活动、环境、学习目标、先决条件等要素及子要素与关系，必须妥善处理。在“IMS内容包装”的基础上，IMS学习设计规范的“信息模型”中提出了学习单元的包装结构，见图2。
　　图2中的“学习单元”由内容“清单”(Manifest)和“物理文件”(Physical Files)两部分组成，IMS“学习设计”属于“清单”中的“组织”方案。该图表明了“学习设计”与“学习单元”的关系，对“学习单元”的设计与制作具有指导意义。
　　
　　
　　
　　三、IMS LD规范中关于“学习(单元)设计”的四条原理
　　
　　(一)指导思想原理：学习设计就是“学习单元”的建模
　　Rob Koper(2001)在早期的EML研究中提出了“Learningdesign is modeling units of study”论断，认为“学习单元”是为满足一个或几个相关学习目标而给学习者提出的学习事件(learning events)的最小单位。“学习单元”意味着，在没有丢失语义学和实际的意义以及达到学习目标的有效性中，不能被再拆解。它可以有多种类型和大小，如一门课、一个学习项目、一个工作坊(WOrkshop)、一项实践、一节课。
　　在IMS LD规范中，学习设计是使学习者按一定的顺序在一定的环境中通过执行一定的学习活动的一种方法的描述。用IMS LD规范描述一个“学习设计”就是要创建一个“学习单元”模型，使该模型能够表明为了达到特定的教学目标，某人在某时间用某种资源和服务做了什么。同时，为了使这种描述具有可重用性、互操作性，学习单元必须按照IMS的内容包装规范来表达。IMS LD规范所描述的其实就是建立学习单元的语言结构系统以及XML绑定方式。简而言之，IMS学习单元是IMS学习设计与IMS数据包之和，即“Unit 0f Learning=IMS Content Package+IMS Learning De―sign”。
　　
　　(二)要素结构原理：学习设计的重点是对方法和基本组件(角色、活动、环境等)的状态与关系进行设置，以创建学习单元的形式化结构。
　　
　　其中，“方法”(method)是为了使学习者在一定的先决条件下达到一定学习目标所设计出的一组教学方案，它体现了的学与教的过程和方法。在IMS LD规范的A层表述中，“方法”的描述采用了戏剧的术语，认为一个方法由一个或多个并行的剧本(play)组成，一个剧本由一个或多个串行的幕(act)组成，每个幕又可包括一个或多个角色分配(role-part)。而角色分配只能包含一个角色和一个活动。在实际应用中，剧本描述的是学习流程(或学习过程中的活动流程)，幕描述的是一段学习行动。在IMS LD规范的B、C层表述中，“方法”的描述分别加入了条件、通知元素。总之，“方法”由剧本、条件、通知聚合而成，剧本、幕、角色、分配、活动结构引用、完成的先决条件等组成了“方法”的嵌套结构。
　　“组件”(components)用于声明变量，可看成是重用资源的集合。组件为“方法”提供了部件。IMS LD的A层组件有角色、活动、环境，B层和C层的组件则应加上“属性”(proper-tv)。“属性”是建立用户和角色档案的基础，是监控、评估、个性化和互动设置的重要部分。“学习设计”支持五种属性：局部属性、局部个人属性、局部角色属性、全局个人属性、全局属性。多个属性可以组成一个属性组。
　　“角色”(role)分为学习者(learner)和支持者(staff)。任何人(person)只有被赋予了角色之后才能参与具体的活动。每种角色还可根据需要包括若干子角色，从而为角色分配、角色扮演、角色互动奠定基础。角色在环境中执行活动后会生成一些“结果”(outcome)，这些结果可以进一步触发一个“通知”(notification)，使角色执行一项新的活动。
　　“活动”(activity)指一个角色在学习环境中为实现某种目标而采取的一系列操作之和，分为学习活动与支持活动两种基本类型。学习活动是学习者为达到学习目标所进行的活动，支持活动是为帮助学习者学习所开展的活动。多个活动可通过活动结构(activity-structure)来组织，活动结构分为顺序结构、选择结构等。
　　“环境”(Environment)由“学习对象”(1earning object)和“服务”(service)组成。这里的学习对象指在学习活动和支持活动中所使用的数字或非数字资源(如网页、书本、幻灯片、数据库等)，这里的服务是指用来支持教与学过程的工具及设施，主要有发送邮件、论坛会议、监控、索引搜索4种服务，通常由学习管理系统提供。因此，这里的环境指的实际上是学习资源与学习工具的集合。
　　
　　(三)设计层次原理：IMS学习设计分A、B、C层次，其复杂度和功能依次增加
　　其中，A层次的IMS LD具有方法、角色、活动、环境等基本要素，各组件可重用。角色在一定环境下完成一定的行为即可得到相应的结果，但不支持多种个性化的和动态的学习过程设置。B层在A层要素的基础上增加了“属性”(property)和“条件”(condition)两个要素和全局元素组，从而扩大了学习者控制学习流的能力。其中，“条件”要素可采用条件表达式(IF-THEN-ELSE)，它有利于活动的分配与个性化的学习设计。全局元素组(global-elements)用来查看和设置属性。通过对属性的判断来确定学习的流程与进度，以实现学习设计的个性化。C层在B层要素的基础上再加入“通知”(notifica-tion)，使各组件间可进行消息的传递，从而能加强流程控制和设计出复杂的动态学习流程。角色执行活动后的结果和事件会触发“通知”(触发的前提包括属性值的改变、活动的完成、表达式为真等)，进而使角色执行一项新活动。C层次的IMS LD概念模型，见图3。
　　图中各环节的具体任务与实现方式如下：(1)分析。依据教学任务与学习目标，分析学习设计中要解决的具体问题，如学习方法的选择、学习活动与支持活动的编排、角色的组配、学习环境的选择与优化等方面的问题。(2)编写。按照IMS LD规范的要求，把分析的结果用文字描述出来，形成LD脚本。该脚本的基本组成包括：标题、教学任务背景、教学方法类型、学习目标、学习起点要求(前提条件)、角色与分配、学习内容、学习资源(类型)、学习环境、学习支持服务、活动流程、触发条件、其他等。(3)转换。采用UML工具和法则，将LD脚本转换为活动图，以清晰、形象化地表达各角色、各环节的活动流(从中可体现不同角色的“垂直泳道”里各活动的“过渡”关系)。UML活动图是创建XML文档的重要基础。(4)设制。选择(或开发)合适的IMS LD编辑器，将LD脚本和 UML活动图中的设计内容制作为数字化的、可在环境中操作运行的、合乎规范的、具体的XML文档。最终生成的XML实例文档的总体结构(如图5所示)。(5)包装。引入学习资源(含学习中要用到的各种媒体文件)，并进行内容包装(与XML文档结合)，得到“UoL”包件。(6)测评。在检测系统中对设计制品的总体、设计、活动、环境、角色、资源等进行测试、评价，以检验有效性。(7)修正。在“测评”中若出现问题。需反馈到以上“分析”、“编写”、“转换”、“设制”、“包装”环节，查找原因，并对有关环节及时加以修正，以确保“UoL”的有效。同时，还应注意不断迭代优化。(8)使用。将通过测评的“UoL”包件发送到应用系统以投入使用。在使用前，还需把具体的用户名分配到相应的角色上。
　　
　　四、IMS LD工具的分类体系与特征比较
　　
　　IMS LD规范能饵决学习设计中多角色活动过程的协同性问题，但其结构复杂、较难掌握。为了使所设计的“学习单元”具有良好的可重用性和互用性，提高设计效率，需要信息化工具的支持。至今，国际上一些机构根据该规范已开发出了20多种IMS LD工具。表1是对性能各异的IMS LD工具的分类与比较。
　　通过对可下载的所有IMS LD工具的试用及多方面的进一步比较，相对而言，目前下列几款支持IMS LD的工具软件值得推荐：(1)Reload编辑器和播放器：支持IMS LD规范的三层，采用树状导航界面，适用于较复杂环境的和较大范围的学习设计。(2)Recourse编辑器：支持IMS LD规范的三层，采用模板，支持多种教学模式，支持多角色，可由教师设计和发布学习单元，对用户的技术要求较高。(3)Collage编辑器：目前只支持规范的A层，采用图形化界面，通过多种模式支持CSCL设计，适合于对IMS LD有一定了解的教师使用。(4)LAMS学习活动管理系统：既是学习活动序列的编辑器又是播放器，支持规范的A层设计，采用图形序列结构，可实时监控和交互操作，适合于网上运行，其浏览器必须支持FLASH，师生均可使用。(5)copperCore播放引擎：采用树状导航界面，支持IMS LD规范的三层，基于J2EE，允许软件开发者把IMS学习设计的结果(，XML文档)整合到其他应用软件中。
　　
　　五、实例：利用IMS LD工具创设《教育技术原理》课程的“学习单元”
　　
　　这里，以2007年《教育技术原理》硕士课程中5个单元的学习设计为例。设计的主要依据是各单元导学报告。其中，学习活动流程设计的总参考是该课程中单元学习的进程结构图(见图6)。
　　该课程的基本教学策略是混合式协作学习。限于篇幅，本文以该课程的第1单元设计为例(其学习主题是“教育技术的本质与发展”)，简介其中有关的设计过程与结果。
　　1.整理出“学习单元”的描述性脚本
　　描述性脚本的基本格式，可采用表格或清单。其中要描述的细项在上文的“LD脚本”组成中已有介绍。应根据单元导学报告填写相应内容，以便为绘制UML活动图提供依据。
　　2.绘制出“学习单元”的UML活动图
　　依据描述性脚本及单元导学报告中的活动安排，进一步绘制学习单元的UML活动图，见图7。
　　3.利用工具编制出“学习单元”的XML文档
　　通过上述分析与比较，Recourse编辑器、Reoad编辑器均支持多角色、多策略、多层次的“学习设计”。不过，考虑到“学习单元”的实际使用问题，本文的编制中笔者首选的是LAMS(Learning Activity Management system，
　　即学习活动管理系统)。LAMS(2.0以上版本)具有如下四个特点：(1)基于IMSLD规范，属于学习活动管理系统。网络学习平台的发展，从理念、技术与功能的综合视角看，有学习内容管理系统(LCMS)、学习活动管理系统(LAMS)、智能化学习管理系统(ILMS)三代。LAMS实现了学习活动序列的创建、共享与监控，有利于开展“基于设计的学习”，避免网上迷失。(2)开放源代码，可与学习内容管理系统整合。2005年4月LAMS实现“开源”以后，各知名LCMS力求通过整合LAMS而实现升级。目前，LAMS已能与Moodle、Sakai、Blackboard、LRN、We―bCT、sharePoint、OLAT整合。(3)由四大核心模块和若干工具组成。其中，创作(设计)者(Author)模块中，教师可创建、修改和发布学习活动序列；学习者(Learner)模块中，可以呈现“学习空间”、“进度条”和命令按钮，以便学生使用；监控者(Mon―itor)模块中，教师可对课程的运行状态和学习者的活动序列完成状况进行实时监控；管理者(Admin)模块用于管理员对整个系统进行参数配置和权限管理。(4)可视化操作，功能较全。该系统基于Java开发，可通过图标拖拉实现活动序列编制。其设计、使用、监控、管理的一体化和众多功能，得到了众多用户的青睐，目前已在80多个国家推广使用。
　　下面，简介用LAMS工具编制第1单元的“UoL”文档的过程。首先，在LAMS中将图7中的所有活动加以分类集成(见表2)，以提高模块的重用性，简化流程结构。据此简化，在LAMS中所编制的第1单元活动序列。其中，要注意各模块元素的属性设置。编制而成的第1单元学习者界面。
　　实践表明，可视化的LAMS工具操作简便，对教学设计比较熟练的教师而言，可以简化上述设计流程，直接边构思、边操作、边调试。学生经过注册后可直接使用。
　　
　　六、“学习单元”设计制品的应用途径
　　
　　利用IMS LD工具所设计的“学习单元”制品(包件)的应用途径主要有四条：(1)用于教师借鉴、调试、传递、共享，包括借鉴设计制品中的理念与技巧，通过修改使设计制品符合变化的情况，传递给他人或其他系统中共享使用。(2)整合到学习管理系统中，用于学生开展基于活动序列(学习路径)的学习。基于“活动序列”学习的可能形式有协作学习、个别化学习、移动学习等。(3)用于e―leanling机构组装网络课程，可依据实际情况按照一定规则由人工或系统自动组合多个“学习单元”(或模块)，形成网络课程，以供师生选用。(4)用于开发中介嵌入到其他支持IMS LD的软件系统中使用，学习资源开发中介可以将学科的大量“UOL”积聚成库，以供软件系统动态重组产品。
　　
　　
　　
　　本文责编：陶　侃