摘要：在線教育和大數(shù)據(jù)為教育的發(fā)展帶來(lái)了創(chuàng)新，教育大數(shù)據(jù)的最佳實(shí)現(xiàn)首先依賴(lài)于對(duì)來(lái)源廣泛的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)獲取，而來(lái)源廣泛的學(xué)習(xí)行為存在于多種在線教育應(yīng)用中，其多種在線教育應(yīng)用的獨(dú)立性、復(fù)雜性、多樣性等特點(diǎn)阻礙了學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)獲取。由美國(guó)“高級(jí)分布式學(xué)習(xí)”組織發(fā)布的Experience API（xAPI）規(guī)范為破解這一難題提供了可行途徑，可基于xAPI規(guī)范實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)的獲取、整合和共享，為進(jìn)一步的分析與挖掘奠定基礎(chǔ)?；赟CORM、xAPI與LRS實(shí)現(xiàn)LMS平臺(tái)是進(jìn)行學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)研究與實(shí)現(xiàn)的一種有效實(shí)踐探索。
關(guān)鍵詞：教育大數(shù)據(jù)；學(xué)習(xí)行為；xAPI；LMS
1. 背景
隨著在線教育的發(fā)展和大數(shù)據(jù)的崛起，教育大數(shù)據(jù)越來(lái)越多地被應(yīng)用，特別是近年互聯(lián)網(wǎng)MOOC對(duì)教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，已影響到教育研究[1]；基于教學(xué)設(shè)計(jì)、以學(xué)習(xí)者為中心、以教育大數(shù)據(jù)為依據(jù)的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)[2]，已從理論走向應(yīng)用。2016年好未來(lái)（前身學(xué)而思）公司投資了一個(gè)世界范圍內(nèi)領(lǐng)先的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)——Knewton（目前全球范圍內(nèi)擁有學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)最多的公司之一），好未來(lái)未來(lái)的十年的10000億條學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)將成為Knewton的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)樣本；Knewton的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)就是獨(dú)立的、公共的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)庫(kù)，其收集的用戶(hù)數(shù)據(jù)越多，一個(gè)用戶(hù)在平臺(tái)上的使用頻次越高，它所推送的學(xué)習(xí)內(nèi)容準(zhǔn)確率就越高。
教育大數(shù)據(jù)在帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，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(lái)源廣泛的教育數(shù)據(jù)，例如互聯(lián)網(wǎng)不同MOOC平臺(tái)間、在線教育平臺(tái)（例如MOOC平臺(tái)）與知識(shí)平臺(tái)（例如百度知道或文庫(kù)）間、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)間、互聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)間等的同一個(gè)人的學(xué)習(xí)行為獲取與共享。當(dāng)然，如何發(fā)揮教育數(shù)據(jù)潛在的教育價(jià)值，也是待研究的挑戰(zhàn)。
Experience?API規(guī)范提出并提供了學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)記錄框架，為學(xué)習(xí)行為教育大數(shù)據(jù)的獲取及共享的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。Experience API （簡(jiǎn)稱(chēng)xAPI，原稱(chēng)Tin Can?API）由美國(guó)“高級(jí)分布式學(xué)習(xí)”組織（Advanced?Distributed Learning，ADL）創(chuàng)建，在美國(guó)奧蘭多的iFest 2012 會(huì)議上正式命名了“ 培訓(xùn)與學(xué)習(xí)框架” （Training & Learning?Architecture，TLA），其中“ 學(xué)習(xí)行為跟蹤”（Experience Tracking）組件的一個(gè)核心部分就是xAPI，于2013年發(fā)布了1.0.0版本[3]。
在此背景下，本文試圖基于xAPI規(guī)范以學(xué)習(xí)行為教育大數(shù)據(jù)的獲取及共享為切入點(diǎn)，首先分析xAPI與學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)的運(yùn)行模式，然后構(gòu)建基于xAPI規(guī)范的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)模型，并嘗試基于xAPI規(guī)范的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)應(yīng)用，以期進(jìn)一步探索教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
2 xAPI 與學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)
2.1?xAPI概述
典型的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)包括：ADL的SCORM標(biāo)準(zhǔn)、AICC的CMI系統(tǒng)規(guī)范、IMS的學(xué)習(xí)技術(shù)系統(tǒng)規(guī)范、IEEE的學(xué)習(xí)對(duì)象(LOM)標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)的CELTS標(biāo)準(zhǔn)等。其中，SCORM標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)，SCORM標(biāo)準(zhǔn)主要為學(xué)習(xí)內(nèi)容（符合SCORM標(biāo)準(zhǔn)的課件）與學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)間的交互提供了技術(shù)上的支持，非常詳細(xì)地跟蹤和記錄每個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)時(shí)間以及學(xué)習(xí)交互等學(xué)習(xí)行為[4]，但SCORM標(biāo)準(zhǔn)只記錄了LMS內(nèi)部的學(xué)習(xí)行為，無(wú)法支持來(lái)源廣泛的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為（例如互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)、游戲?qū)W習(xí)、虛擬/模擬、百度文庫(kù)閱讀與下載，百度知道提問(wèn)與回答、觀看土豆學(xué)習(xí)視頻、查看微信文章、百度搜索、社交網(wǎng)絡(luò)等正式與非正式學(xué)習(xí)），ADL提出了TLA架構(gòu)及其運(yùn)行時(shí)的接口規(guī)范——xAPI(Experience API)。xAPI提供了一個(gè)以學(xué)習(xí)者為中心的采集學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)模型，特別是對(duì)多數(shù)據(jù)來(lái)源系統(tǒng)的學(xué)習(xí)記錄數(shù)據(jù)的支持，擺脫了完全依靠單一LMS平臺(tái)的學(xué)習(xí)記錄采集的傳統(tǒng)模式，可以跟蹤跨平臺(tái)和跨設(shè)備的學(xué)習(xí)行為，如斷開(kāi)或偶爾連上網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境、在任何設(shè)備（如智能手機(jī)，潛艇的聲納系統(tǒng)）、來(lái)自任何服務(wù)器、外部網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（如本地Iphone應(yīng)用程序，F(xiàn)-16飛行模擬器）等，特別適合對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)和互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的支持。
培訓(xùn)和學(xué)習(xí)體系架構(gòu)TLA 的頂層架構(gòu)包括四個(gè)部分：學(xué)習(xí)行為跟蹤（Experience Tracking）、學(xué)習(xí)者檔案（Learner Profile）、內(nèi)容代理（Content Brokering）、能力認(rèn)證（Competency Infrastructure）。學(xué)習(xí)行為跟蹤部分包含兩個(gè)項(xiàng)目， 一個(gè)是接口規(guī)范xAPI；另一個(gè)是學(xué)習(xí)行為庫(kù)（Learning Record Store，LRS）。兩個(gè)項(xiàng)目時(shí)緊密相關(guān)的，接口規(guī)范xAPI所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)行為記錄入LRS（學(xué)習(xí)行為庫(kù)）中。
2.2 xAPI與學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)
xAPI的學(xué)習(xí)行為Statement是xAPI規(guī)范定義的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)“活動(dòng)流”（Activity Stream）模式簡(jiǎn)化并規(guī)范了學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)[5]。Statement主要包含三種元素：操作者（Actor）、動(dòng)作（Verbs）以及與學(xué)習(xí)行為的對(duì)象（Object）。這三種元素可組合成一組最簡(jiǎn)潔的活動(dòng)流格式：< 操作者（Actor），動(dòng)作（Verb）和對(duì)象（Object）>。例如：“小沈（Actor）學(xué)習(xí)了（Verb）5S改善課程（Object）”，“小李（Actor）觀看了（Verb）介紹xAPI的YouTube視頻（Object）”。Statement的所有元素組成可如下圖所示[6]。
2.2基于xAPI的LRS學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)
互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)、游戲?qū)W習(xí)、虛擬/模擬、百度文庫(kù)閱讀與下載，百度知道提問(wèn)與回答、觀看土豆學(xué)習(xí)視頻、查看微信文章、百度搜索、社交網(wǎng)絡(luò)等正式與非正式學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用xAPI規(guī)范建立接口程序，為學(xué)習(xí)行為生成Statement記錄入LRS（學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)庫(kù)）中，如下圖所示（以LMS平臺(tái)為例）。
LRS是存儲(chǔ)學(xué)習(xí)行為記錄大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。LRS可作為L(zhǎng)MS的一部分，LMS可直接利用LRS中的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)，也可利用LRS中的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。LRS也可是獨(dú)立的、公共的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)源廣泛的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為（不同學(xué)習(xí)應(yīng)用系統(tǒng)、平臺(tái)，或個(gè)人主動(dòng)上傳的學(xué)習(xí)行為）都可進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣就能實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為的共享；LRS間能共享數(shù)據(jù)，因此學(xué)習(xí)者和數(shù)據(jù)能從一個(gè)組織傳向另一個(gè)組織。學(xué)習(xí)行為記錄（語(yǔ)句）也能被發(fā)送到多個(gè)LRS，我的學(xué)習(xí)記錄能記錄在公司的LRS，也能記錄在自己私人的LRS。
應(yīng)用系統(tǒng)只要獲得LRS的授權(quán)，便可以從中獲取學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析及可視化展現(xiàn)等處理，但這些處理與xAPI與LRS無(wú)關(guān)。這樣xAPI與LRS與應(yīng)用系統(tǒng)解耦，它僅關(guān)注數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與接口，使數(shù)據(jù)與接口更易標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)服務(wù)更加靈活、更易擴(kuò)展。
Rustici軟件公司已建立了公共LRS大數(shù)據(jù)庫(kù)DEMO，臺(tái)灣VisCa（Visual Catch）已建立了公共LRS大數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.2 基于xAPI與LRS的學(xué)習(xí)行為獲取與共享
xAPI包含4個(gè)接口，分別為語(yǔ)句接口(Statement API)、狀態(tài)接口(State API)、活動(dòng)描述接口(Activity Profile API)以及代理描述接口(Agent Profile API)。語(yǔ)句接口負(fù)責(zé)語(yǔ)句在LRS中的存儲(chǔ)以及取出；狀態(tài)接口用于暫存活動(dòng)內(nèi)容的狀態(tài)，以便在不同的會(huì)話(huà)、設(shè)備中重現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)；活動(dòng)描述接口用于存放和獲取活動(dòng)的完整描述；代理描述接口向LRS內(nèi)添加與代理（即應(yīng)用接口）相關(guān)的數(shù)據(jù)[7]。4個(gè)接口都是RESTful架構(gòu)，語(yǔ)句(Statement)采用JSON規(guī)范，支持對(duì)LRS中數(shù)據(jù)以Web資源請(qǐng)求操作的方式進(jìn)行處理，包括獲取、更新、增加以及刪除?；趚API與LRS的LMS平臺(tái)獲取與共享學(xué)習(xí)行為，其開(kāi)發(fā)模式如表1所示。
2案例設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
xAPI項(xiàng)目網(wǎng)站（http://tincanapi.com/）上列出了目前已實(shí)現(xiàn)XAPI 的一百多家公司和機(jī)構(gòu)，包括Adobe、Articulate，Blackboard、Aquafadas等。在制造業(yè)在線教育平臺(tái)——“智勝現(xiàn)場(chǎng)”（http://www.zsxc100.com）項(xiàng)目中，我們采用平臺(tái)開(kāi)發(fā)模式，基于SCORM、xAPI與LRS實(shí)現(xiàn)了一套LMS平臺(tái)。
3.1?基于SCORM、xAPI與LRS的LMS平臺(tái)架構(gòu)
基于SCORM、xAPI與LRS的LMS平臺(tái)架構(gòu)如下圖所示。
LMS平臺(tái)必須承載課程內(nèi)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(lèi)似）為主，LMS平臺(tái)必須兼容這些課程內(nèi)容；新的xAPI規(guī)范課件則必須要求LMS平臺(tái)調(diào)整或新建，來(lái)支持其內(nèi)容。因此建立兼容SCORM、適應(yīng)xAPI與LRS的LMS平臺(tái)，是LMS實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)的一種途徑。
”智勝現(xiàn)場(chǎng)”主要基于SCORM、xAPI與LRS實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：
1）LMS平臺(tái)仍采用SCORM API兼容SCORM課件，仍采用固有模式承載視頻等其他課程內(nèi)容；針對(duì)xAPI課件（其課程包形式仍為SCORM課程包，只是其遵循xAPI規(guī)范），采用xAPI與LMS平臺(tái)進(jìn)行交互；此作為L(zhǎng)MS平臺(tái)的核心業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)（例如學(xué)習(xí)、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等），其數(shù)據(jù)保存入LMS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)抽取學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)調(diào)用xAPI接口記錄入LRS中。
2）其他LMS的關(guān)聯(lián)獨(dú)立應(yīng)用系統(tǒng)，直接調(diào)用xAPI接口記錄學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)入LRS中，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為跨系統(tǒng)共享。
3）LRS中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，主要用于LMS平臺(tái)的學(xué)習(xí)行為分析功能及與外部系統(tǒng)交換學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，此子系統(tǒng)實(shí)際也可成為L(zhǎng)MS平臺(tái)的日志子系統(tǒng)。LRS數(shù)據(jù)庫(kù)采用HBASE，便于以后進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。
3.2 智勝現(xiàn)場(chǎng)LMS平臺(tái)學(xué)習(xí)行為
xAPI規(guī)范規(guī)定了30種常用動(dòng)作【Verb】類(lèi)別，15種常用活動(dòng)【Activity】類(lèi)別。“智勝現(xiàn)場(chǎng)”LMS平臺(tái)學(xué)習(xí)行為必須與這些類(lèi)別進(jìn)行對(duì)應(yīng)?！爸莿佻F(xiàn)場(chǎng)”LMS平臺(tái)首先，總結(jié)系統(tǒng)涉及與學(xué)習(xí)相關(guān)的學(xué)習(xí)行為，然后通過(guò)選擇xAPI規(guī)范對(duì)應(yīng)的動(dòng)作和活動(dòng)將所有的學(xué)習(xí)行為映射為xAPI規(guī)范中的語(yǔ)句Statement，從而記錄下完整的學(xué)習(xí)行為。例如，在針對(duì)百度知道類(lèi)似的問(wèn)答應(yīng)用：第一步，歸納有哪些學(xué)習(xí)行為，主要包括提問(wèn)、回答、采納回答、補(bǔ)充提問(wèn)、對(duì)回答點(diǎn)贊、對(duì)回答評(píng)論等。第二步，對(duì)第一步提出的學(xué)習(xí)行為篩選出需要記錄為學(xué)習(xí)行為的，包括：提問(wèn)，表明學(xué)習(xí)需求；回答，反映回答者對(duì)學(xué)習(xí)需求的幫助；采納回答，說(shuō)明回答者的幫助解決了學(xué)習(xí)的需求等。第三步，選擇xAPI規(guī)范對(duì)應(yīng)的動(dòng)作和活動(dòng)進(jìn)行Statement映射?！爸莿佻F(xiàn)場(chǎng)”LMS平臺(tái)的學(xué)習(xí)行為的對(duì)應(yīng)的動(dòng)作【Verb】類(lèi)別，常用活動(dòng)【Activity】類(lèi)別如下表所示。
4. 總結(jié)與展望
本文探討了xAPI規(guī)范及與學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)的關(guān)系，提出基于xAPI并兼容SCORM的LMS學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用于“智勝現(xiàn)場(chǎng)”LMS平臺(tái)，將SCORM、xAPI、LRS與LMS平臺(tái)相融合，運(yùn)用xAPI中的語(yǔ)義與接口框架對(duì)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一記錄，能夠跟蹤包括LMS內(nèi)外的正式與非正式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)行為，有效得將正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)及應(yīng)用系統(tǒng)的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)相融合，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)獲取與共享，并可將所有學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確得展示給學(xué)習(xí)者。下一步將在學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析與挖掘應(yīng)用；并將對(duì)公共LRS大數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行研究，探索更大范圍的學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)共享、分析及挖掘。
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