基于xAPI規(guī)范的學習行為大數(shù)據(jù)研究報告及實現(xiàn)

-.z.基于*API的學習行為大數(shù)據(jù)研究與實現(xiàn)偉摘要：在線教育和大數(shù)據(jù)為教育的開展帶來了創(chuàng)新，教育大數(shù)據(jù)的最正確實現(xiàn)首先依賴于對來源廣泛的學習行為數(shù)據(jù)獲取，而來源廣泛的學習行為存在于多種在線教育應用中，其多種在線教育應用的獨立性、復雜性、多樣性等特點阻礙了學習行為數(shù)據(jù)獲取。由美國“高級分布式學習〞組織發(fā)布的E*perienceAPI〔*API〕規(guī)為破解這一難題提供了可行途徑，可基于*API規(guī)實現(xiàn)學習行為大數(shù)據(jù)的獲取、整合和共享，為進一步的分析與挖掘奠定根底?；赟CORM、*API與LRS實現(xiàn)LMS平臺是進展學習行為大數(shù)據(jù)研究與實現(xiàn)的一種有效實踐探索。關鍵詞：教育大數(shù)據(jù)；學習行為；*API；LMS背景隨著在線教育的開展和大數(shù)據(jù)的崛起，教育大數(shù)據(jù)越來越多地被應用，特別是近年互聯(lián)網MOOC對教育大數(shù)據(jù)的應用，已影響到教育研究[1]；基于教學設計、以學習者為中心、以教育大數(shù)據(jù)為依據(jù)的適應性學習系統(tǒng)[2]，已從理論走向應用。2016年好未來〔前身學而思〕公司投資了一個世界圍領先的自適應學習平臺——Knewton〔目前全球圍擁有學習數(shù)據(jù)最多的公司之一〕，好未來未來的十年的10000億條學習數(shù)據(jù)將成為Knewton的優(yōu)質數(shù)據(jù)樣本；Knewton的學習數(shù)據(jù)庫就是獨立的、公共的學習行為大數(shù)據(jù)庫，其收集的用戶數(shù)據(jù)越多，一個用戶在平臺上的使用頻次越高，它所推送的學習容準確率就越高。教育大數(shù)據(jù)在帶來機遇的同時，也意味著多方面的挑戰(zhàn)，其中最突出的挑戰(zhàn)是如何獲取及共享來源廣泛的教育數(shù)據(jù)，例如互聯(lián)網不同MOOC平臺間、在線教育平臺〔例如MOOC平臺〕與知識平臺〔例如百度知道或文庫〕間、互聯(lián)網與移動互聯(lián)網間、互聯(lián)網與企業(yè)網間等的同一個人的學習行為獲取與共享。當然，如何發(fā)揮教育數(shù)據(jù)潛在的教育價值，也是待研究的挑戰(zhàn)。E*perienceAPI規(guī)提出并提供了學習行為數(shù)據(jù)記錄框架，為學習行為教育大數(shù)據(jù)的獲取及共享的實現(xiàn)提供了技術根底。E*perienceAPI〔簡稱*API，原稱TinCanAPI〕由美國“高級分布式學習〞組織〔AdvancedDistributedLearning，ADL〕創(chuàng)立，在美國奧蘭多的iFest2012會議上正式命名了“培訓與學習框架〞〔Training&LearningArchitecture，TLA〕，其中“學習行為跟蹤〞〔E*perienceTracking〕組件的一個核心局部就是*API，于2013年發(fā)布了版本[3]。在此背景下，本文試圖基于*API規(guī)以學習行為教育大數(shù)據(jù)的獲取及共享為切入點，首先分析*API與學習行為大數(shù)據(jù)的運行模式，然后構建基于*API規(guī)的學習行為大數(shù)據(jù)模型，并嘗試基于*API規(guī)的學習行為大數(shù)據(jù)應用，以期進一步探索教育大數(shù)據(jù)的應用。*API與學習行為大數(shù)據(jù)2.1*API概述典型的網絡學習資源技術規(guī)和標準包括：ADL的SCORM標準、AICC的CMI系統(tǒng)規(guī)、IMS的學習技術系統(tǒng)規(guī)、IEEE的學習對象(LOM)標準、我國的CELTS標準等。其中，SCORM標準是目前應用較多的標準，SCORM標準主要為學習容〔符合SCORM標準的課件〕與學習管理系統(tǒng)(LMS)間的交互提供了技術上的支持，非常詳細地跟蹤和記錄每個學習者的學習進度、學習成績、學習狀態(tài)、學習時間以及學習交互等學習行為[4]，但SCORM標準只記錄了LMS部的學習行為，無法支持來源廣泛的網絡學習行為〔例如互聯(lián)網學習、移動學習、游戲學習、虛擬/模擬、百度文庫閱讀與下載，百度知道提問與答復、觀看土豆學習視頻、查看微信文章、百度搜索、社交網絡等正式與非正式學習〕，ADL提出了TLA架構及其運行時的接口規(guī)——*API(E*perienceAPI)。*API提供了一個以學習者為中心的采集學習行為數(shù)據(jù)模型，特別是對多數(shù)據(jù)來源系統(tǒng)的學習記錄數(shù)據(jù)的支持，擺脫了完全依靠單一LMS平臺的學習記錄采集的傳統(tǒng)模式，可以跟蹤跨平臺和跨設備的學習行為，如斷開或偶爾連上網絡的環(huán)境、在任何設備〔如智能手機，潛艇的聲納系統(tǒng)〕、來自任何效勞器、外部網絡瀏覽器〔如本地Iphone應用程序，F(xiàn)-16飛行模擬器〕等，特別適合對移動學習和互聯(lián)網學習的支持。培訓和學習體系架構TLA的頂層架構包括四個局部：學習行為跟蹤〔E*perienceTracking〕、學習者檔案〔LearnerProfile〕、容代理〔ContentBrokering〕、能力認證〔petencyInfrastructure〕。學習行為跟蹤局部包含兩個工程，一個是接口規(guī)*API；另一個是學習行為庫〔LearningRecordStore，LRS〕。兩個工程時嚴密相關的，接口規(guī)*API所產生的學習行為記錄入LRS〔學習行為庫〕中。*API與學習行為數(shù)據(jù)*API的學習行為Statement是*API規(guī)定義的學習行為數(shù)據(jù)構造，它通過“活動流〞〔ActivityStream〕模式簡化并規(guī)了學習行為數(shù)據(jù)[5]。Statement主要包含三種元素：操作者〔Actor〕、動作〔Verbs〕以及與學習行為的對象〔Object〕。這三種元素可組合成一組最簡潔的活動流格式：<操作者〔Actor〕，動作〔Verb〕和對象〔Object〕>。例如：“小〔Actor〕學習了〔Verb〕5S改善課程〔Object〕〞，“小〔Actor〕觀看了〔Verb〕介紹*API的YouTube視頻〔Object〕〞。Statement的所有元素組成可如下列圖所示[6]。圖1*API的學習行為數(shù)據(jù)Statement構造基于*API的LRS學習行為大數(shù)據(jù)互聯(lián)網學習、移動學習、游戲學習、虛擬/模擬、百度文庫閱讀與下載，百度知道提問與答復、觀看土豆學習視頻、查看微信文章、百度搜索、社交網絡等正式與非正式學習系統(tǒng)采用*API規(guī)建立接口程序，為學習行為生成Statement記錄入LRS〔學習行為大數(shù)據(jù)庫〕中，如下列圖所示〔以LMS平臺為例〕。圖2基于*API的LRS學習行為獲取LRS是存儲學習行為記錄大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。LRS可作為LMS的一局部，LMS可直接利用LRS中的學習行為大數(shù)據(jù)進展業(yè)務查詢與統(tǒng)計，也可利用LRS中的學習行為大數(shù)據(jù)進展大數(shù)據(jù)分析。LRS也可是獨立的、公共的學習行為大數(shù)據(jù)庫，來源廣泛的網絡學習行為〔不同學習應用系統(tǒng)、平臺，或個人主動上傳的學習行為〕都可進展存儲，這樣就能實現(xiàn)學習行為的共享；LRS間能共享數(shù)據(jù)，因此學習者和數(shù)據(jù)能從一個組織傳向另一個組織。學習行為記錄〔語句〕也能被發(fā)送到多個LRS，我的學習記錄能記錄在公司的LRS，也能記錄在自己私人的LRS。應用系統(tǒng)只要獲得LRS的授權，便可以從中獲取學習行為數(shù)據(jù)，對學習行為數(shù)據(jù)進展查詢、統(tǒng)計、分析及可視化展現(xiàn)等處理，但這些處理與*API與LRS無關。這樣*API與LRS與應用系統(tǒng)解耦，它僅關注數(shù)據(jù)存儲與接口，使數(shù)據(jù)與接口更易標準化、數(shù)據(jù)效勞更加靈活、更易擴展。Rustici軟件公司已建立了公共LRS大數(shù)據(jù)庫DEMO，VisCa〔VisualCatch〕已建立了公共LRS大數(shù)據(jù)庫。基于*API與LRS的學習行為獲取與共享*API包含4個接口，分別為語句接口(StatementAPI)、狀態(tài)接口(StateAPI)、活動描述接口(ActivityProfileAPI)以及代理描述接口(AgentProfileAPI)。語句接口負責語句在LRS中的存儲以及取出；狀態(tài)接口用于暫存活動容的狀態(tài)，以便在不同的會話、設備中重現(xiàn)學習活動；活動描述接口用于存放和獲取活動的完整描述；代理描述接口向LRS添加與代理〔即應用接口〕相關的數(shù)據(jù)[7]。4個接口都是RESTful架構，語句(Statement)采用JSON規(guī)，支持對LRS中數(shù)據(jù)以Web資源請求操作的方式進展處理，包括獲取、更新、增加以及刪除?；?API與LRS的LMS平臺獲取與共享學習行為，其開發(fā)模式如表1所示。表1基于*API與LRS的LMS平臺開發(fā)模式序號模式描述比照1課件模式*API環(huán)境下支持的課件格式，課件自動生成語句調用*API接口存入LRS中。優(yōu)點：僅調整容，與平臺無關缺點：需與SCORM等兼容，適應多種平臺。2平臺模式LMS平臺自動生成語句調用*API接口存入LRS中。優(yōu)點：定制，數(shù)據(jù)精準，便于分析缺點：通用性差，不便于擴展。3插件模式開發(fā)獨立的小插件或小應用程序，供LMS平臺調用。LMS平臺直接調用小插件或小應用程序，小插件或小應用程序自動生成語句調用*API接口存入LRS中。優(yōu)點：通用性強缺點：業(yè)務關聯(lián)度差，不便于精準分析。案例設計與實現(xiàn)*API工程〔tincanapi./〕上列出了目前已實現(xiàn)*API的一百多家公司和機構，包括Adobe、Articulate，Blackboard、Aquafadas等。在制造業(yè)在線教育平臺——“智勝現(xiàn)場〞〔.zs*c100.〕工程中，我們采用平臺開發(fā)模式，基于SCORM、*API與LRS實現(xiàn)了一套LMS平臺。3.1基于SCORM、*API與LRS的LMS平臺架構基于SCORM、*API與LRS的LMS平臺架構如下列圖所示。圖3基于SCORM、*API與LRS的LMS平臺架構LMS平臺必須承載課程容，而目前大量課程課件格式以視頻、SCORM課件〔AICC課件與SCORM課件類似〕為主，LMS平臺必須兼容這些課程容；新的*API規(guī)課件則必須要求LMS平臺調整或新建，來支持其容。因此建立兼容SCORM、適應*API與LRS的LMS平臺，是LMS實現(xiàn)學習行為大數(shù)據(jù)的一種途徑。〞智勝現(xiàn)場〞主要基于SCORM、*API與LRS實現(xiàn)以下容：1〕LMS平臺仍采用SCORMAPI兼容SCORM課件，仍采用固有模式承載視頻等其他課程容；針對*API課件〔其課程包形式仍為SCORM課程包，只是其遵循*API規(guī)〕，采用*API與LMS平臺進展交互；此作為LMS平臺的核心業(yè)務實現(xiàn)〔例如學習、查詢、統(tǒng)計、報表等〕，其數(shù)據(jù)保存入LMS業(yè)務數(shù)據(jù)庫中，同時抽取學習行為數(shù)據(jù)調用*API接口記錄入LRS中。2〕其他LMS的關聯(lián)獨立應用系統(tǒng)，直接調用*API接口記錄學習行為數(shù)據(jù)入LRS中，實現(xiàn)學習行為跨系統(tǒng)共享。3〕LRS中的學習行為數(shù)據(jù)，主要用于LMS平臺的學習行為分析功能及與外部系統(tǒng)交換學習行為數(shù)據(jù)，此子系統(tǒng)實際也可成為LMS平臺的日志子系統(tǒng)。LRS數(shù)據(jù)庫采用HBASE，便于以后進展大數(shù)據(jù)分析。智勝現(xiàn)場LMS平臺學習行為*API規(guī)規(guī)定了30種常用動作【Verb】類別，15種常用活動【Activity】類別。“智勝現(xiàn)場〞LMS平臺學習行為必須與這些類別進展對應?！爸莿佻F(xiàn)場〞LMS平臺首先，總結系統(tǒng)涉及與學習相關的學習行為，然后通過選擇*API規(guī)對應的動作和活動將所有的學習行為映射為*API規(guī)中的語句Statement，從而記錄下完整的學習行為。例如，在針對百度知道類似的問容許用：第一步，歸納有哪些學習行為，主要包括提問、答復、采納答復、補充提問、對答復點贊、對答復評論等。第二步，對第一步提出的學習行為篩選出需要記錄為學習行為的，包括：提問，說明學習需求；答復，反映答復者對學習需求的幫助；采納答復，說明答復者的幫助解決了學習的需求等。第三步，選擇*API規(guī)對應的動作和活動進展Statement映射。“智勝現(xiàn)場〞LMS平臺的學習行為的對應的動作【Verb】類別，常用活動【Activity】類別如下表所示。表2智勝現(xiàn)場LMS平臺的學習行為Verb表[8]序號Verb描述1answered答復：學員答復了一個問題，對象【object】通常是對應這個問題的活動，問題文本通常被放在對應的結果【result】中2asked提問3mented評論：學員進展對對象【object】進展了評分或評論4pleted完成：學員通常已完成一個對象【object】或對一個對象【object】得出了結論5failed未通過6launched開場：學員嘗試開場一個活動7logged-in登錄8logged-out退出9mastered掌握：學員在一個活動中獲得了高水平的理解或能力10passed通過：學員在一個活動中到達了預定水平11preferred偏好：選定的選擇，學員關于對象【object】或活動【activity】的趨向的選項或設置12registered注冊：學員正式參與一個活動13scored得分14shared分享15terminated完畢：成功完畢了一個活動【activity】表3智勝現(xiàn)場LMS平臺的學習行為Activity表序號Activity描述1assessment評估:判定學習者對于特殊專業(yè)領域掌握程度的活動。評估通常有1個或多個問題【questions】。2course課程:包含各種教學素材的整個容包。最大粒度層級。如不是單一的，一個課程包含多個模塊【modules】或課【lesson】。3file文件:與【link】類似，只是其可在不同時間、離線狀態(tài)且或在不同系統(tǒng)間被使用。文件【file】不被認為是學習容orSCOs(課程的資源)，否則它應被重組織。4interaction交互:通常是更大一級活動〔例如assessment、game或simulation〕的一局部，其指向為學習者提供錄入的控制。交互可能一個獨立的功能，或可能是一個有用的東西。5lesson課:學習容，可以是以SCO的形式呈現(xiàn)，也可以不是；課可以是獨立的，也可以是更大的course的一局部。6link:是相對活動【activity】的部或外部另一資源的。一個不等于啟動另一個資源，應該被視為當前資源的外部資源。不被認為是學習容orSCOs(課程的資源)，否則它應被重組織。7media媒體:用來傳遞信息的文字、音頻或視頻。媒體可跟蹤進度〔跟蹤、完成〕，但它不是可交互的容〔產生成績、成功或失敗〕。8meeting會議:將一些人以同一目標或興趣聚集在一起。9module模塊：是在課程【course】的下一級的任何的“容聚合〞。為了分層模塊可以含下級模塊。模塊不是容，模塊是一個層次的所有容。10performance技能：是嘗試任務或者在特定上下文中的一系列任務。任務有可能以交互的形式存在，也可以是獨立的容。它強調學生或學習者能夠做或執(zhí)行一個教學的結果的具體技能。11question問題：通常是評估【assessment】的一局部，需要學習者答復，答復結果需評判是否正確?？偨Y與展望本文探討了*API規(guī)及與學習行為大數(shù)據(jù)的關系，提出基于*API并兼容SCORM的LMS學習行為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構。該系統(tǒng)架構應用于“智勝現(xiàn)場〞LMS平臺，將SCORM、*API、LRS與LMS平臺相融合，運用*API中的語義與接口框架對學習行為數(shù)據(jù)進展統(tǒng)一記錄，能夠跟蹤包括LMS外的正式與非正式學習的學習行為，有效得將正式學習與非正式學習及應用系統(tǒng)的學習行為數(shù)據(jù)相融合，從而實現(xiàn)統(tǒng)一的學習行為大數(shù)據(jù)獲取與共享，并可將所有學習行為數(shù)據(jù)完整準確得展示給學習者。下一步將在學習行為大數(shù)據(jù)的根底上進展分析與挖掘應用；并將對公共LRS大數(shù)據(jù)庫進展研究，探索更大圍的學習行為大數(shù)據(jù)共享、分析及挖掘。參考文獻：[1]曼麗,黃振中.MOOCs平臺大數(shù)據(jù)的教育實證[J].科學通報,2015,〔5-6〕:570-580.[2]羽,越.基于MOOCs大數(shù)據(jù)的學習分析和教育測量介紹[J].清華大學教育研究,(2013)(4):22-26.[3]青,孔沖.下一代SCORM標準的新動向——ADLTLA和E*perienceAPI解讀[J].電化教育研究,2013,(8):61-67.[4]興華,郝麗,葉永飛.SCORM標準學習跟蹤機制的研究與實現(xiàn)[J].網絡教育，2010，(7)：65-68.[5]顧小清,隆,威簡菁.獲取教育大數(shù)據(jù)：基于*API規(guī)對學習經歷數(shù)據(jù)的獲取與共享[J].現(xiàn)代遠程教育研究,2014,(5):13-23[6]ADL.E*perienceAPIVersion1.0.1[EB/OL].2016-2-1.s://github./adlnet/*API-Spec/blob/master/*API.md.[7]方海光，胡祎祎，杜舟.基于*API學習記錄的LMS網絡系統(tǒng)架構研究[J].中國電化教育,2015,(2):65-69.ResearchandImplementationonLearningE*perienceBigDataBasedon*APIShenWei,LiuZhenhai,*uChuanAbstract：Onlineeducationandbigdataforthedevelopmentofeducationhasbroughttheinnovation,bestimplementationofeducatio