朱 寧, 杜曉明,卜昭鋒, 郭德興

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)裝備模擬訓(xùn)練中心， 河北 石家莊 050003)

隨著武器裝備信息化建設(shè)的推進(jìn)，大量運(yùn)用新技術(shù)的武器裝備陸續(xù)被研制并列裝作戰(zhàn)部隊(duì)，這些新型裝備具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高、造價昂貴等特點(diǎn)，如何用最短的時間使部隊(duì)人員掌握裝備的操作使用方法及維修保養(yǎng)流程，從而快速形成戰(zhàn)斗力和保障力，是我軍當(dāng)前迫切需要解決的難題。交互式電子技術(shù)手冊(Interactive Electronic Technical Ma-nual，IETM)作為裝備保障信息化進(jìn)程中的重要手段，在實(shí)現(xiàn)裝備技術(shù)資料電子化、交互化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，逐步向裝備訓(xùn)練、培訓(xùn)方向發(fā)展[1-2]。但在數(shù)字化學(xué)習(xí)的大背景下，依托IETM組織裝備數(shù)字化學(xué)習(xí)還存在諸多局限，在裝備數(shù)據(jù)包內(nèi)容方面主要表現(xiàn)在共享性、通用性較差，不適用于訓(xùn)練平臺的問題[3]。為解決該問題，需要對IETM數(shù)據(jù)包到裝備訓(xùn)練課程的生成進(jìn)行研究。

1 裝備訓(xùn)練共享性需求

裝備訓(xùn)練課程是開展裝備訓(xùn)練的前提和基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練課程資源的共享，可以提高訓(xùn)練內(nèi)容的使用效率，減少開發(fā)成本。但是，當(dāng)前我軍的大量裝備訓(xùn)練課程資源存在著整體性、多樣性和不規(guī)范性等特點(diǎn)，共享性差，可重用性低。從軍事和功能需求上看，主要表現(xiàn)在以下2方面：

1) 訓(xùn)練課程獨(dú)立開發(fā)，平臺之間互不兼容。各軍兵種在進(jìn)行訓(xùn)練課程開發(fā)時，各自為戰(zhàn)，獨(dú)立開發(fā)，沒有采用統(tǒng)一的訓(xùn)練課程模型，訓(xùn)練課程聚合方式不同，訓(xùn)練課程不可拆分、整體性強(qiáng)，往往只能滿足于各自的訓(xùn)練系統(tǒng)；且由于各軍兵種訓(xùn)練系統(tǒng)的異構(gòu)性，這些訓(xùn)練課程無法被其他訓(xùn)練系統(tǒng)兼容使用。因此，訓(xùn)練課程難以實(shí)現(xiàn)跨平臺共享，如美陸軍訓(xùn)練課程無法在海軍的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(Learning Management System，LMS)中使用。

2) 訓(xùn)練內(nèi)容重復(fù)建設(shè)，互不共用。當(dāng)前，訓(xùn)練內(nèi)容的開發(fā)主要由各自的課程開發(fā)者完成，沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)理念，部分訓(xùn)練內(nèi)容重復(fù)性和多樣性并存。如各軍兵種之間存在共用的通信設(shè)備、車輛底盤和通用裝備，這些裝備的訓(xùn)練內(nèi)容雖然相似，但其內(nèi)容的組織結(jié)構(gòu)和粒度大小各異，相互間很難直接共用，造成訓(xùn)練內(nèi)容的重復(fù)建設(shè)。

為了實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練課程資源的共享和通用化，電氣與電子工程師協(xié)會學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(Institute of Electrical and Electronic Engineers Learning Technology Standards Committee，IEEE LTSC)、全球?qū)W習(xí)聯(lián)盟(Global Learning Consortium，IMS)、高級分布式學(xué)習(xí)(Advanced Distributed Learning，ADL)等組織都發(fā)布了各自的E-learning規(guī)范[4-6]，從當(dāng)前的應(yīng)用看，ADL制定的共享內(nèi)容對象參考模型(Sharable Content Object Reference Model，SCORM)影響范圍最廣。

由此可見，裝備訓(xùn)練數(shù)字化課程的開發(fā)應(yīng)遵循SCORM標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建模塊化的課程、模型化的內(nèi)容，才能滿足裝備訓(xùn)練共享性需求。

2 IETM數(shù)據(jù)包與SCORM課程包對比分析

2.1 S1000D標(biāo)準(zhǔn)IETM數(shù)據(jù)包分析

S1000D標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為IETM的國際通用標(biāo)準(zhǔn)，其綜合了原有主流IETM標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，全面關(guān)注了元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、用戶交互機(jī)制、運(yùn)行格式和用戶體驗(yàn)。面向訓(xùn)練的IETM數(shù)據(jù)包主要是通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模塊(Learning Data Module，LDM)、共享內(nèi)容對象(Sharable Content Object，SCO)內(nèi)容數(shù)據(jù)模塊、信息控制編碼(Information Control Number，ICN)文件(包括插圖、音頻、視頻和動畫等多媒體)以及SCORM內(nèi)容包模塊(SCORM Content Pack Module，SCPM)按照層次結(jié)構(gòu)及關(guān)系聚合而成，IETM數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖1所示。S1000D中使用術(shù)語“SCO”“SCORM”體現(xiàn)了其用于教學(xué)培訓(xùn)的功能，通過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)模塊編碼及內(nèi)容管理，填補(bǔ)了SCORM數(shù)據(jù)規(guī)格差距。

圖1 IETM數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

由圖1可知：面向訓(xùn)練的IETM數(shù)據(jù)包由SCPM和引用的資源文件組成，SCPM相當(dāng)于IETM數(shù)據(jù)包的目錄，類似IETM的出版物模塊(Publish Module，PM)，而引用的資源文件為IETM數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。SCPM在訓(xùn)練內(nèi)容開發(fā)和組裝過程中作為文件聚合工具運(yùn)行，通過對SCO內(nèi)容數(shù)據(jù)模塊、LDM和ICN文件等的引用和組織，可以聚合成一個完整的訓(xùn)練課程[7-9]。而SCO內(nèi)容數(shù)據(jù)模塊不同于SCORM標(biāo)準(zhǔn)中的SCO，通常由LDM通過S1000D定義的層次步驟進(jìn)行編寫，也可以通過其元素引用外部符合SCORM標(biāo)準(zhǔn)的SCO，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)內(nèi)容的最大化利用。

2.2 SCORM課程包分析

2.2.1 SCORM課程包結(jié)構(gòu)

SCORM是一個收集、描述、啟用和分發(fā)學(xué)習(xí)的面向?qū)W習(xí)規(guī)范的參考模型，其模型結(jié)構(gòu)根據(jù)內(nèi)容按照樹狀或?qū)哟芜M(jìn)行組織，是一種將低級的學(xué)習(xí)資源聚合成高級結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容的方法。SCORM課程包是根據(jù)SCORM組織課程資源的交換文件(Package Interchange File，PIF)，主要由清單(Manifest)文件和內(nèi)容(Content)2部分組成[10]。SCORM課程包結(jié)構(gòu)如圖2所示，清單文件是對內(nèi)容結(jié)構(gòu)及相關(guān)資源的描述，相當(dāng)于SCORM課程包的目錄，內(nèi)容是在該清單文件中所聲明和引用的物理文件,主要包括微單元(Asset)和SCO。

2.2.2 SCORM運(yùn)行時環(huán)境

SCORM課程包與LMS的交互是通過運(yùn)行時間環(huán)境(Run Time Environment，RTE)實(shí)現(xiàn)的，每個SCO都包含與LMS通信的接口。RTE描述了通用的內(nèi)容對象運(yùn)行機(jī)制，內(nèi)容對象和LMS之間的通用傳遞方法應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，以及跟蹤學(xué)習(xí)者情況的通用數(shù)據(jù)模型(Data Model)[11]。SCORM運(yùn)行時環(huán)境工作原理如圖3所示。

圖2 SCORM課程包結(jié)構(gòu)

圖3 SCORM運(yùn)行時環(huán)境工作原理

2.3 對比分析

S1000D主要用于規(guī)范技術(shù)資料的開發(fā)，在4.0版本后增加了SCORM、SCO等術(shù)語[6]，支持SCORM標(biāo)準(zhǔn)元素，但與SCORM還有著本質(zhì)上的區(qū)別，不具備與LMS進(jìn)行交互的RTE。因此，應(yīng)用于教學(xué)訓(xùn)練的空間受限。SCORM是個模型規(guī)范，沒有限定課程內(nèi)容及其數(shù)據(jù)格式，可通過引用任何格式的文檔來發(fā)布應(yīng)用于數(shù)字化學(xué)習(xí)訓(xùn)練的內(nèi)容包，可通過SCO與LMS的通信來跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

從結(jié)構(gòu)上看，IETM數(shù)據(jù)包與SCORM課程包的構(gòu)成方式基本一致，其中SCPM與清單文件都表示內(nèi)容包的目錄結(jié)構(gòu)，對于內(nèi)容資源，IETM數(shù)據(jù)包主要由SCO內(nèi)容數(shù)據(jù)模塊通過引用LDM以及ICN文件等構(gòu)成，而SCORM課程包則是通過SCO聚合assets或assets文件構(gòu)成[12]。由此可見，二者結(jié)構(gòu)上存在著共性。

S1000D能為SCORM提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，可利用S1000D的數(shù)據(jù)管理以及數(shù)字化的內(nèi)容、格式和方式等，規(guī)范SCORM中的數(shù)據(jù)格式，填補(bǔ)SCORM的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)空白，解決教學(xué)訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)的規(guī)范性問題。同時，SCORM增強(qiáng)了S1000D的功能，擴(kuò)展了IETM數(shù)據(jù)包應(yīng)用于裝備數(shù)字化訓(xùn)練的空間。因此，二者融合用于裝備數(shù)字化訓(xùn)練，可使裝備訓(xùn)練課程基于裝備技術(shù)資料開發(fā)，內(nèi)容的規(guī)范性更高、重用性更好、共享性更強(qiáng)，有助于提高裝備訓(xùn)練課程生成的效率和質(zhì)量。

3 基于IETM數(shù)據(jù)包的SCORM課程生成

3.1 生成要求

SCORM最基本的功能就是通過引用任何格式的文檔來發(fā)布應(yīng)用于LMS的課程包，并利用RTE來跟蹤、記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況。雖然面向培訓(xùn)的IETM數(shù)據(jù)包通過聚合的SCPM、SCO內(nèi)容模塊建立了與SCORM的聯(lián)系，但I(xiàn)ETM數(shù)據(jù)包的元素與SCORM不同，學(xué)習(xí)對象中不包含使其滿足RTE的屬性，也沒有與LMS進(jìn)行通信的API。因此，要基于IETM數(shù)據(jù)包生成SCORM課程，并能夠應(yīng)用于滿足SCORM的訓(xùn)練系統(tǒng)，需要達(dá)成以下3個要求：1)實(shí)現(xiàn)SCPM到清單文件的映射；2)實(shí)現(xiàn)IETM數(shù)據(jù)包內(nèi)容引用的資源文件轉(zhuǎn)換為SCORM的內(nèi)容；3)集成滿足RTE的API。

3.2 生成過程

基于IETM數(shù)據(jù)包生成SCORM課程的過程如圖4所示，主要包括3個關(guān)鍵步驟。

圖4 SCORM課程生成過程

3.2.1 清單映射

SCORM課程包必須有清單文件(imsmanifest.xml)，清單文件是專門描述內(nèi)容結(jié)構(gòu)和內(nèi)容包相關(guān)資源的可擴(kuò)展標(biāo)記語言(Extensive Markup Language，XML)文件，IETM數(shù)據(jù)包的SCPM雖然也是XML文件，但S1000D和SCORM兩個標(biāo)準(zhǔn)對于這2個XML文件的結(jié)構(gòu)和元素定義都不同，因此，要實(shí)現(xiàn)SCPM轉(zhuǎn)換為SCORM的清單，就需要建立2個文件的映射關(guān)系，映射關(guān)系如圖5所示。

圖5 清單映射關(guān)系

對于SCORM清單中的元數(shù)據(jù)(Metdata)和組織(Organization)能夠通過映射關(guān)系得到，但資源(Resources)需要通過文檔對象模型(Document Object Model，DOM)解析IETM數(shù)據(jù)包引用的資源文件，將資源文件的定位和標(biāo)識信息，如數(shù)據(jù)模塊代碼(Data Module Code，DMC)和ICN等轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一資源名稱(Uniform Resource Name，URN)，并更新到清單文件的元素。

3.2.2 資源轉(zhuǎn)換

SCORM課程包的內(nèi)容主要是由assets聚合的SCO以及assets，與IETM數(shù)據(jù)包中的SCO內(nèi)容包模塊及ICN文件結(jié)構(gòu)相同。assets等同于IETM數(shù)據(jù)包的ICN文件，作為聚合對象使用，IETM數(shù)據(jù)包的SCO內(nèi)容包模塊聚合了LDM以及其他類型的DM，可以與SCO建立等同關(guān)系。因此，對于建立等同關(guān)系的資源文件，可以通過可擴(kuò)展樣式表語言轉(zhuǎn)換(Extensible Stylesheet Language Transformation，XSLT)樣式表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使IETM數(shù)據(jù)包引用的資源文件變成SCORM可讀的內(nèi)容。

3.2.3 接口集成

通過資源轉(zhuǎn)換得到的SCO，雖然滿足SCORM標(biāo)準(zhǔn)要求，但缺少與LMS通信的RTE。要實(shí)現(xiàn)LMS對SCO的跟蹤，需要為每個SCO集成滿足RTE的API，即會話方法(Session Methods)、數(shù)據(jù)傳輸方法(Data-transfer Methods)和支持方法(Support Methods)。SCORM標(biāo)準(zhǔn)提供了這3類方法的封裝文件，使SCO具有RTE，只需為每個SCO添加對封裝文件的引用。

3.3 生成方式

裝備技術(shù)資料的基本功能是用于裝備的培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容基于技術(shù)資料開發(fā)可建立一種“雙贏”的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，符合裝備訓(xùn)練的需求。裝備訓(xùn)練課程直接采用S1000D數(shù)據(jù)模塊的概念，可減少數(shù)據(jù)的冗余，使訓(xùn)練內(nèi)容與技術(shù)資料同源。基于IETM數(shù)據(jù)包的裝備訓(xùn)練課程生成方式主要有3種方案：1)獨(dú)立式應(yīng)用轉(zhuǎn)換；2)訓(xùn)練系統(tǒng)功能集成；3)通過IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布。

3.3.1 獨(dú)立式應(yīng)用轉(zhuǎn)換

獨(dú)立式應(yīng)用轉(zhuǎn)換就是開發(fā)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換工具，將IETM創(chuàng)作系統(tǒng)的IETM數(shù)據(jù)包作為輸入，通過轉(zhuǎn)換工具輸出符合SCORM的內(nèi)容包，從而應(yīng)用于任意滿足SCORM的訓(xùn)練系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 獨(dú)立式應(yīng)用轉(zhuǎn)換過程

采用獨(dú)立式應(yīng)用轉(zhuǎn)換，IETM的開發(fā)與訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用相互獨(dú)立、互不影響，因此，這種方案靈活性較強(qiáng)，轉(zhuǎn)換工具開發(fā)相對容易。但是，轉(zhuǎn)換工具要將IETM創(chuàng)作系統(tǒng)公共源數(shù)據(jù)庫(Common Source Data Base，CSDB)中的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(Data Base，DB)中的PIF，就需要轉(zhuǎn)換工具針對不同商家IETM創(chuàng)作系統(tǒng)的CSDB開發(fā)不同的數(shù)據(jù)接口，而部分商家又出于各種原因，不支持第三方軟件對其數(shù)據(jù)的調(diào)用，所以這種方案不便于推廣。

3.3.2 訓(xùn)練系統(tǒng)功能集成

訓(xùn)練系統(tǒng)功能集成是在訓(xùn)練系統(tǒng)的后臺增加SCORM課程轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布的IETM數(shù)據(jù)包輸入到訓(xùn)練系統(tǒng)后，訓(xùn)練系統(tǒng)后臺通過課件轉(zhuǎn)換功能，采用“半自動半人工方式”將其轉(zhuǎn)換為SCORM課程包，其過程如圖7所示。

采用訓(xùn)練系統(tǒng)功能集成，雖然能夠避開部分CSDB不對外開放的問題，并且不需要對IETM創(chuàng)作系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展，但是集成有轉(zhuǎn)換功能的訓(xùn)練系統(tǒng)，不能對SCORM課程進(jìn)行自動轉(zhuǎn)化，還需要人工進(jìn)行輔助，會增加訓(xùn)練系統(tǒng)的使用技術(shù)難度和訓(xùn)練系統(tǒng)使用人員的工作量，同時目前滿足SCORM的訓(xùn)練系統(tǒng)都不支持對IETM數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換功能，所以這種方案會更不便于推廣。

圖7 訓(xùn)練系統(tǒng)功能集成過程

3.3.3 通過IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布

通過IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布是將轉(zhuǎn)換功能集成到IETM創(chuàng)作系統(tǒng)，使其可以一站式生成符合SCORM的訓(xùn)練課程，并應(yīng)用于滿足SCORM的訓(xùn)練系統(tǒng)，其過程如圖8所示。

圖8 通過IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布過程

通過IETM創(chuàng)作系統(tǒng)生成SCORM訓(xùn)練課程，雖然會增加IETM創(chuàng)作系統(tǒng)的復(fù)雜程度和CSDB的管理成本，但符合CSDB所堅(jiān)持的持續(xù)采辦和全壽命支持(Continuous Acquisition&Life-cycle Support，CALS)理念——“一次創(chuàng)建，多次使用”，還可以避開部分CSDB不對外開放的問題。同時，如果采用“并行工程”的思想，將IETM與訓(xùn)練內(nèi)容并行生成，既可以提高效率，縮短開發(fā)周期，還可以降低二者的全壽命周期費(fèi)用，所以推薦采用這種方案。

3.4 實(shí)例驗(yàn)證

這里選用第3種生成方案，在自主IETM創(chuàng)作系統(tǒng)基礎(chǔ)上拓展SCORM課件發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)了清單映射、資源轉(zhuǎn)換和接口集成，裝備訓(xùn)練課程發(fā)布界面如圖9所示。同時，為了驗(yàn)證生成的SCORM內(nèi)容包是否符合RTE，且滿足LMS的要求，選用符合SCORM的Moodle LMS在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)對生成的SCORM訓(xùn)練課程進(jìn)行測試和試用，如圖10所示。

圖9 IETM創(chuàng)作系統(tǒng)發(fā)布界面

圖10 裝備訓(xùn)練課程驗(yàn)證截圖

4 結(jié)論

從驗(yàn)證結(jié)果看，本文的研究成果實(shí)現(xiàn)了從IETM數(shù)據(jù)包到SCORM訓(xùn)練課程的轉(zhuǎn)換，解決了裝備技術(shù)資料到裝備訓(xùn)練課程的單向數(shù)據(jù)共享和重用問題，既能有效提高裝備數(shù)據(jù)的利用率，減少冗余數(shù)據(jù)，又能實(shí)現(xiàn)裝備技術(shù)資料和裝備訓(xùn)練課程的數(shù)據(jù)同源，保證數(shù)據(jù)的一致性和同步性。但是，為了實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)據(jù)全壽命周期的共享和重用，下一步還要解決裝備訓(xùn)練系統(tǒng)到裝備技術(shù)資料的數(shù)據(jù)共享和重用問題，特別是要實(shí)現(xiàn)裝備訓(xùn)練過程中的反饋數(shù)據(jù)和評估數(shù)據(jù)的回流。