基于xAPI的学习行为大数据研究与实现
沈伟
摘要: 在线教育和大数据为教育的发展带来了创新,教育大数据的最佳实现首先依赖于对来源广泛的学习行为数据获取,而来源广泛的学习行为存在于多种在线教育应用中,其多种在线教育应用的独立性、复杂性、多样性等特点阻碍了学习行为数据获取。由美国“高级分布式学习”组织发布的Experience API(xAPI)规范为破解这一难题提供了可行途径,可基于xAPI规范实现学习行为大数据的获取、整合和共享,为进一步的分析与挖掘奠定基础。基于SCORM、xAPI与LRS实现LMS平台是进行学习行为大数据研究与实现的一种有效实践探索。
关键词:教育大数据;学习行为;xAPI;LMS
1.背景
随着在线教育的发展和大数据的崛起,教育大数据越来越多地被应用,特别是近年互联网MOOC对教育大数据的应用,已影响到教育研究[1];基于教学设计、以学习者为中心、以教
育大数据为依据的适应性学习系统[2],已从理论走向应用。2016年好未来(前身学而思)公司投资了一个世界范围内领先的自适应学习平台——Knewton(目前全球范围内拥有学习数据最多的公司之一),好未来未来的十年的10000亿条学习数据将成为Knewton的优质数据样本;Knewton的学习数据库就是独立的、公共的学习行为大数据库,其收集的用户数据越多,一个用户在平台上的使用频次越高,它所推送的学习内容准确率就越高。
教育大数据在带来机遇的同时,也意味着多方面的挑战,其中最突出的挑战是如何获取及共享来源广泛的教育数据,例如互联网不同MOOC平台间、在线教育平台(例如MOOC平台)与知识平台(例如百度知道或文库)间、互联网与移动互联网间、互联网与企业内网间等的同一个人的学习行为获取与共享。当然,如何发挥教育数据潜在的教育价值,也是待研究的挑战。
Experience API规范提出并提供了学习行为数据记录框架,为学习行为教育大数据的获取及共享的实现提供了技术基础。Experience API ( 简称xAPI, 原称Tin Can API)由美国“高级分布式学习”组织(Advanced Distributed Learning,ADL)创建,在美国奥兰多的iFest 2012 会议上正式命名了“ 培训与学习框架” (Training & Learning Architecture, TLA)
,其中“ 学习行为跟踪”(Experience Tracking)组件的一个核心部分就是xAPI,于2013年发布了1.0.0版本[3]。
在此背景下,本文试图基于xAPI规范以学习行为教育大数据的获取及共享为切入点,首先分析xAPI与学习行为大数据的运行模式,然后构建基于xAPI规范的学习行为大数据模型,并尝试基于xAPI规范的学习行为大数据应用,以期进一步探索教育大数据的应用。
2xAPI 与学习行为大数据
2.1 xAPI概述
典型的网络学习资源技术规范和标准包括:ADL的SCORM标准、AICC的CMI系统规范、IMS的学习技术系统规范、IEEE的学习对象(LOM)标准、我国的CELTS标准等。其中,SCORM标准是目前应用较多的标准,SCORM标准主要为学习内容(符合SCORM标准的课件)与学习管理系统(LMS)间的交互提供了技术上的支持,非常详细地跟踪和记录每个学习者的学习进度、学习成绩、学习状态、学习时间以及学习交互等学习行为[4],但SCORM标准只记录了LMS内部的学习行为,无法支持来源广泛的网络学习行为(例如互
联网学习、移动学习、游戏学习、虚拟/模拟、百度文库阅读与下载,百度知道提问与回答、观看土豆学习视频、查看文章、百度搜索、社交网络等正式与非正式学习),ADL提出了TLA架构及其运行时的接口规范——xAPI(Experience API)。xAPI提供了一个以学习者为中心的采集学习行为数据模型,特别是对多数据来源系统的学习记录数据的支持,摆脱了完全依靠单一LMS平台的学习记录采集的传统模式,可以跟踪跨平台和跨设备的学习行为,如断开或偶尔连上网络的环境、在任何设备(如智能手机,潜艇的声纳系统)、来自任何服务器、外部网络浏览器(如本地Iphone应用程序,F-16飞行模拟器)等,特别适合对移动学习和互联网学习的支持。
培训和学习体系架构TLA 的顶层架构包括四个部分:学习行为跟踪(Experience Tracking)、学习者档案(Learner Profile)、内容代理(Content Brokering)、能力认证(Competency Infrastructure)。学习行为跟踪部分包含两个项目, 一个是接口规范xAPI;另一个是学习行为库(Learning Record Store,LRS)。两个项目时紧密相关的,接口规范xAPI所产生的学习行为记录入LRS(学习行为库)中。
2.2 xAPI与学习行为数据
xAPI的学习行为Statement是xAPI规范定义的学习行为数据结构,它通过“活动流”(Activity Stream)模式简化并规范了学习行为数据[5]。Statement主要包含三种元素:操作者(Actor)、动作(Verbs)以及与学习行为的对象(Object)。这三种元素可组合成一组最简洁的活动流格式: < 操作者(Actor), 动作(Verb) 和对象(Object)>。例如:“小沈(Actor)学习了(Verb)5S改善课程(Object)”,“小李(Actor)观看了(Verb)介绍xAPI的YouTube视频(Object)”。Statement的所有元素组成可如下图所示[6]。
图1 xAPI的学习行为数据Statement结构
影视资源站采集api接口数据2.3 基于xAPI的LRS学习行为大数据
互联网学习、移动学习、游戏学习、虚拟/模拟、百度文库阅读与下载,百度知道提问与回答、观看土豆学习视频、查看文章、百度搜索、社交网络等正式与非正式学习系统采用xAPI规范建立接口程序,为学习行为生成Statement记录入LRS(学习行为大数据库)中,如下图所示(以LMS平台为例)。
图2 基于xAPI的LRS学习行为获取
LRS是存储学习行为记录大数据的数据库。LRS可作为LMS的一部分,LMS可直接利用LRS中的学习行为大数据进行业务查询与统计,也可利用LRS中的学习行为大数据进行大数据分析。LRS也可是独立的、公共的学习行为大数据库,来源广泛的网络学习行为(不同学习应用系统、平台,或个人主动上传的学习行为)都可进行存储,这样就能实现学习
行为的共享;LRS间能共享数据,因此学习者和数据能从一个组织传向另一个组织。学习行为记录(语句)也能被发送到多个LRS,我的学习记录能记录在公司的LRS,也能记录在自己私人的LRS。
应用系统只要获得LRS的授权,便可以从中获取学习行为数据,对学习行为数据进行查询、统计、分析及可视化展现等处理,但这些处理与xAPI与LRS无关。这样xAPI与LRS与应用系统解耦,它仅关注数据存储与接口,使数据与接口更易标准化、数据服务更加灵活、更易扩展。
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