基于IETM的装备训练SCORM课程生成
2019-05-23杜晓明卜昭锋郭德兴
朱 宁, 杜晓明,卜昭锋, 郭德兴
(陆军工程大学石家庄校区装备模拟训练中心， 河北 石家庄 050003)
随着武器装备信息化建设的推进，大量运用新技术的武器装备陆续被研制并列装作战部队，这些新型装备具有结构复杂、技术含量高、造价昂贵等特点，如何用最短的时间使部队人员掌握装备的操作使用方法及维修保养流程，从而快速形成战斗力和保障力，是我军当前迫切需要解决的难题。交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Ma-nual，IETM)作为装备保障信息化进程中的重要手段，在实现装备技术资料电子化、交互化、网络化的基础上，逐步向装备训练、培训方向发展[1-2]。但在数字化学习的大背景下，依托IETM组织装备数字化学习还存在诸多局限，在装备数据包内容方面主要表现在共享性、通用性较差，不适用于训练平台的问题[3]。为解决该问题，需要对IETM数据包到装备训练课程的生成进行研究。
1 装备训练共享性需求
装备训练课程是开展装备训练的前提和基础，实现训练课程资源的共享，可以提高训练内容的使用效率，减少开发成本。但是，当前我军的大量装备训练课程资源存在着整体性、多样性和不规范性等特点，共享性差，可重用性低。从军事和功能需求上看，主要表现在以下2方面：
1) 训练课程独立开发，平台之间互不兼容。各军兵种在进行训练课程开发时，各自为战，独立开发，没有采用统一的训练课程模型，训练课程聚合方式不同，训练课程不可拆分、整体性强，往往只能满足于各自的训练系统；且由于各军兵种训练系统的异构性，这些训练课程无法被其他训练系统兼容使用。因此，训练课程难以实现跨平台共享，如美陆军训练课程无法在海军的学习管理系统(Learning Management System，LMS)中使用。
2) 训练内容重复建设，互不共用。当前，训练内容的开发主要由各自的课程开发者完成，没有采用标准的模块化设计理念，部分训练内容重复性和多样性并存。如各军兵种之间存在共用的通信设备、车辆底盘和通用装备，这些装备的训练内容虽然相似，但其内容的组织结构和粒度大小各异，相互间很难直接共用，造成训练内容的重复建设。
为了实现训练课程资源的共享和通用化，电气与电子工程师协会学习技术标准委员会(Institute of Electrical and Electronic Engineers Learning Technology Standards Committee，IEEE LTSC)、全球学习联盟(Global Learning Consortium，IMS)、高级分布式学习(Advanced Distributed Learning，ADL)等组织都发布了各自的E-learning规范[4-6]，从当前的应用看，ADL制定的共享内容对象参考模型(Sharable Content Object Reference Model，SCORM)影响范围最广。
由此可见，装备训练数字化课程的开发应遵循SCORM标准，构建模块化的课程、模型化的内容，才能满足装备训练共享性需求。
2 IETM数据包与SCORM课程包对比分析
2.1 S1000D标准IETM数据包分析
S1000D标准已经成为IETM的国际通用标准，其综合了原有主流IETM标准的优点，全面关注了元数据的标准化、用户交互机制、运行格式和用户体验。面向训练的IETM数据包主要是通过学习数据模块(Learning Data Module，LDM)、共享内容对象(Sharable Content Object，SCO)内容数据模块、信息控制编码(Information Control Number，ICN)文件(包括插图、音频、视频和动画等多媒体)以及SCORM内容包模块(SCORM Content Pack Module，SCPM)按照层次结构及关系聚合而成，IETM数据包结构如图1所示。S1000D中使用术语“SCO”“SCORM”体现了其用于教学培训的功能，通过严格的数据模块编码及内容管理，填补了SCORM数据规格差距。
图1 IETM数据包结构
由图1可知：面向训练的IETM数据包由SCPM和引用的资源文件组成，SCPM相当于IETM数据包的目录，类似IETM的出版物模块(Publish Module，PM)，而引用的资源文件为IETM数据包的内容。SCPM在训练内容开发和组装过程中作为文件聚合工具运行，通过对SCO内容数据模块、LDM和ICN文件等的引用和组织，可以聚合成一个完整的训练课程[7-9]。而SCO内容数据模块不同于SCORM标准中的SCO，通常由LDM通过S1000D定义的层次步骤进行编写，也可以通过其
2.2 SCORM课程包分析
2.2.1 SCORM课程包结构
SCORM是一个收集、描述、启用和分发学习的面向学习规范的参考模型，其模型结构根据内容按照树状或层次进行组织，是一种将低级的学习资源聚合成高级结构化教学内容的方法。SCORM课程包是根据SCORM组织课程资源的交换文件(Package Interchange File，PIF)，主要由清单(Manifest)文件和内容(Content)2部分组成[10]。SCORM课程包结构如图2所示，清单文件是对内容结构及相关资源的描述，相当于SCORM课程包的目录，内容是在该清单文件中所声明和引用的物理文件,主要包括微单元(Asset)和SCO。
2.2.2 SCORM运行时环境
SCORM课程包与LMS的交互是通过运行时间环境(Run Time Environment，RTE)实现的，每个SCO都包含与LMS通信的接口。RTE描述了通用的内容对象运行机制，内容对象和LMS之间的通用传递方法应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)，以及跟踪学习者情况的通用数据模型(Data Model)[11]。SCORM运行时环境工作原理如图3所示。
图2 SCORM课程包结构
图3 SCORM运行时环境工作原理
2.3 对比分析
S1000D主要用于规范技术资料的开发，在4.0版本后增加了SCORM、SCO等术语[6]，支持SCORM标准元素，但与SCORM还有着本质上的区别，不具备与LMS进行交互的RTE。因此，应用于教学训练的空间受限。SCORM是个模型规范，没有限定课程内容及其数据格式，可通过引用任何格式的文档来发布应用于数字化学习训练的内容包，可通过SCO与LMS的通信来跟踪学习者的学习状态。
从结构上看，IETM数据包与SCORM课程包的构成方式基本一致，其中SCPM与清单文件都表示内容包的目录结构，对于内容资源，IETM数据包主要由SCO内容数据模块通过引用LDM以及ICN文件等构成，而SCORM课程包则是通过SCO聚合assets或assets文件构成[12]。由此可见，二者结构上存在着共性。
S1000D能为SCORM提供统一的数据规范，可利用S1000D的数据管理以及数字化的内容、格式和方式等，规范SCORM中的数据格式，填补SCORM的数据标准空白，解决教学训练过程中产生的数据冗余和数据的规范性问题。同时，SCORM增强了S1000D的功能，扩展了IETM数据包应用于装备数字化训练的空间。因此，二者融合用于装备数字化训练，可使装备训练课程基于装备技术资料开发，内容的规范性更高、重用性更好、共享性更强，有助于提高装备训练课程生成的效率和质量。
3 基于IETM数据包的SCORM课程生成
3.1 生成要求
SCORM最基本的功能就是通过引用任何格式的文档来发布应用于LMS的课程包，并利用RTE来跟踪、记录学习者的学习情况。虽然面向培训的IETM数据包通过聚合的SCPM、SCO内容模块建立了与SCORM的联系，但IETM数据包的元素与SCORM不同，学习对象中不包含使其满足RTE的属性，也没有与LMS进行通信的API。因此，要基于IETM数据包生成SCORM课程，并能够应用于满足SCORM的训练系统，需要达成以下3个要求：1)实现SCPM到清单文件的映射；2)实现IETM数据包内容引用的资源文件转换为SCORM的内容；3)集成满足RTE的API。
3.2 生成过程
基于IETM数据包生成SCORM课程的过程如图4所示，主要包括3个关键步骤。
图4 SCORM课程生成过程
3.2.1 清单映射
SCORM课程包必须有清单文件(imsmanifest.xml)，清单文件是专门描述内容结构和内容包相关资源的可扩展标记语言(Extensive Markup Language，XML)文件，IETM数据包的SCPM虽然也是XML文件，但S1000D和SCORM两个标准对于这2个XML文件的结构和元素定义都不同，因此，要实现SCPM转换为SCORM的清单，就需要建立2个文件的映射关系，映射关系如图5所示。
图5 清单映射关系
对于SCORM清单中的元数据(Metdata)和组织(Organization)能够通过映射关系得到，但资源(Resources)需要通过文档对象模型(Document Object Model，DOM)解析IETM数据包引用的资源文件，将资源文件的定位和标识信息，如数据模块代码(Data Module Code，DMC)和ICN等转换为统一资源名称(Uniform Resource Name，URN)，并更新到清单文件的
3.2.2 资源转换
SCORM课程包的内容主要是由assets聚合的SCO以及assets，与IETM数据包中的SCO内容包模块及ICN文件结构相同。assets等同于IETM数据包的ICN文件，作为聚合对象使用，IETM数据包的SCO内容包模块聚合了LDM以及其他类型的DM，可以与SCO建立等同关系。因此，对于建立等同关系的资源文件，可以通过可扩展样式表语言转换(Extensible Stylesheet Language Transformation，XSLT)样式表进行转换，使IETM数据包引用的资源文件变成SCORM可读的内容。
3.2.3 接口集成
通过资源转换得到的SCO，虽然满足SCORM标准要求，但缺少与LMS通信的RTE。要实现LMS对SCO的跟踪，需要为每个SCO集成满足RTE的API，即会话方法(Session Methods)、数据传输方法(Data-transfer Methods)和支持方法(Support Methods)。SCORM标准提供了这3类方法的封装文件，使SCO具有RTE，只需为每个SCO添加对封装文件的引用。
3.3 生成方式
装备技术资料的基本功能是用于装备的培训，培训内容基于技术资料开发可建立一种“双赢”的数据共享机制，符合装备训练的需求。装备训练课程直接采用S1000D数据模块的概念，可减少数据的冗余，使训练内容与技术资料同源。基于IETM数据包的装备训练课程生成方式主要有3种方案：1)独立式应用转换；2)训练系统功能集成；3)通过IETM创作系统发布。
3.3.1 独立式应用转换
独立式应用转换就是开发独立的转换工具，将IETM创作系统的IETM数据包作为输入，通过转换工具输出符合SCORM的内容包，从而应用于任意满足SCORM的训练系统，如图6所示。
图6 独立式应用转换过程
采用独立式应用转换，IETM的开发与训练系统的应用相互独立、互不影响，因此，这种方案灵活性较强，转换工具开发相对容易。但是，转换工具要将IETM创作系统公共源数据库(Common Source Data Base，CSDB)中的相关数据转化为训练系统数据库(Data Base，DB)中的PIF，就需要转换工具针对不同商家IETM创作系统的CSDB开发不同的数据接口，而部分商家又出于各种原因，不支持第三方软件对其数据的调用，所以这种方案不便于推广。
3.3.2 训练系统功能集成
训练系统功能集成是在训练系统的后台增加SCORM课程转换功能，当IETM创作系统发布的IETM数据包输入到训练系统后，训练系统后台通过课件转换功能，采用“半自动半人工方式”将其转换为SCORM课程包，其过程如图7所示。
采用训练系统功能集成，虽然能够避开部分CSDB不对外开放的问题，并且不需要对IETM创作系统进行功能拓展，但是集成有转换功能的训练系统，不能对SCORM课程进行自动转化，还需要人工进行辅助，会增加训练系统的使用技术难度和训练系统使用人员的工作量，同时目前满足SCORM的训练系统都不支持对IETM数据包的转换功能，所以这种方案会更不便于推广。
图7 训练系统功能集成过程
3.3.3 通过IETM创作系统发布
通过IETM创作系统发布是将转换功能集成到IETM创作系统，使其可以一站式生成符合SCORM的训练课程，并应用于满足SCORM的训练系统，其过程如图8所示。
图8 通过IETM创作系统发布过程
通过IETM创作系统生成SCORM训练课程，虽然会增加IETM创作系统的复杂程度和CSDB的管理成本，但符合CSDB所坚持的持续采办和全寿命支持(Continuous Acquisition&Life-cycle Support，CALS)理念——“一次创建，多次使用”，还可以避开部分CSDB不对外开放的问题。同时，如果采用“并行工程”的思想，将IETM与训练内容并行生成，既可以提高效率，缩短开发周期，还可以降低二者的全寿命周期费用，所以推荐采用这种方案。
3.4 实例验证
这里选用第3种生成方案，在自主IETM创作系统基础上拓展SCORM课件发布功能，实现了清单映射、资源转换和接口集成，装备训练课程发布界面如图9所示。同时，为了验证生成的SCORM内容包是否符合RTE，且满足LMS的要求，选用符合SCORM的Moodle LMS在线学习系统对生成的SCORM训练课程进行测试和试用，如图10所示。
图9 IETM创作系统发布界面
图10 装备训练课程验证截图
4 结论
从验证结果看，本文的研究成果实现了从IETM数据包到SCORM训练课程的转换，解决了装备技术资料到装备训练课程的单向数据共享和重用问题，既能有效提高装备数据的利用率，减少冗余数据，又能实现装备技术资料和装备训练课程的数据同源，保证数据的一致性和同步性。但是，为了实现装备数据全寿命周期的共享和重用，下一步还要解决装备训练系统到装备技术资料的数据共享和重用问题，特别是要实现装备训练过程中的反馈数据和评估数据的回流。
