基于xAPI的三分屏課件學(xué)習(xí)跟蹤研究

蒙江 勞傳媛

關(guān)鍵詞：xAPI；三分屏課件；學(xué)習(xí)跟蹤；Statement；LRS

0 引言

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展引發(fā)了數(shù)據(jù)的井噴式增長(zhǎng)，由此步入大數(shù)據(jù)時(shí)代。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)正與教育深度融合，助力教育向規(guī)范化、科學(xué)化、智能化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展，教育亟待變革，其中就包括教育資源的革新[1]。學(xué)習(xí)者與教育資源的互動(dòng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)雙向促進(jìn)的過程，學(xué)習(xí)者在互動(dòng)中進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)、優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，教育資源在互動(dòng)中積累數(shù)據(jù)、優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)。教育資源的優(yōu)化關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的跟蹤和收集，采用適切的技術(shù)規(guī)范能夠提升數(shù)據(jù)跟蹤和組織的效率，而Experience API（xAPI） 就是這樣的一種技術(shù)規(guī)范。

xAPI是一種簡(jiǎn)單、靈活的技術(shù)規(guī)范，它定義了如何存儲(chǔ)和檢索學(xué)習(xí)者在活動(dòng)中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，這種靈活的記錄方式提高了理解和比較學(xué)習(xí)經(jīng)歷及其結(jié)果的能力[2]。xAPI基于“活動(dòng)流”（Activity Stream） 規(guī)范來描述學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)歷[3]。“活動(dòng)流”規(guī)范強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)經(jīng)歷的可讀性，例如“小明播放了視頻”即為一條可讀的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。在xAPI 規(guī)范中有兩個(gè)關(guān)鍵元素：Statement和學(xué)習(xí)記錄倉(cāng)儲(chǔ)（LRS） ，其中Statement就遵從了“活動(dòng)流”規(guī)范。Statement采用“Actor+Verb+Ob? ject”的形式來創(chuàng)建學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，Actor即為學(xué)習(xí)者，Verb為學(xué)習(xí)者與資源的交互行為，Object為行為作用對(duì)象。除此之外，還可以包括Result（結(jié)果）、Timestamp（時(shí)間戳）等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。LRS是負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)學(xué)習(xí)經(jīng)歷的系統(tǒng)，它使得學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)能夠規(guī)范化存儲(chǔ)和共享。

三分屏課件是學(xué)習(xí)資源的常見呈現(xiàn)形式，它將課件劃分為視頻區(qū)、文檔區(qū)和章節(jié)索引區(qū)三部分：視頻區(qū)通常放置教師講課時(shí)的錄屏；文檔區(qū)通常放置PPT或WORD文檔，還可以在適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)顯示章節(jié)測(cè)試題；章節(jié)索引區(qū)放置當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的目錄結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)者可以點(diǎn)擊章節(jié)目錄調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度。使用三分屏課件進(jìn)行學(xué)習(xí)，遵循了雙通道假設(shè)理論[4]，能夠充分利用視覺和聽覺通道，提高學(xué)習(xí)者信息獲取、組織和處理的能力，從而提高學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，由于文檔區(qū)可以放置圖文并茂的PPT，基于雙重編碼理論[5]，有助于減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，提高其記憶力和想象力。三分屏課件的資源多元化特性，使得學(xué)習(xí)者在與三分屏課件的交互中，會(huì)產(chǎn)生多樣化的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，有利于學(xué)習(xí)行為的分析。基于以上考慮，設(shè)計(jì)基于xAPI的三分屏課件學(xué)習(xí)跟蹤機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)化跟蹤和保存學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。

1 跟蹤設(shè)計(jì)

基于xAPI的三分屏課件學(xué)習(xí)跟蹤模型如圖1所示。學(xué)習(xí)者進(jìn)入三分屏課件平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可以創(chuàng)建為xAPI Statement的形式，Statement記錄的數(shù)據(jù)包括：學(xué)習(xí)者的身份標(biāo)識(shí)（Who） ，可以設(shè)置為用戶名；學(xué)習(xí)者與課件的互動(dòng)行為（Did） ，例如登錄、播放、提交等；學(xué)習(xí)行為的作用對(duì)象（What） ，可將三分屏課件細(xì)分為視頻、文檔、章節(jié)索引和測(cè)試題；學(xué)習(xí)的結(jié)果（Result） ，包括學(xué)習(xí)進(jìn)度和測(cè)試的得分情況等；學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生的時(shí)間（When） ，通常記錄為時(shí)間戳格式。學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的每一條Statement，會(huì)被存儲(chǔ)在LRS中，LRS可以集成可視化分析工具，對(duì)Statement進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如Did在時(shí)間上的變化趨勢(shì)、Did和What的相關(guān)性、Statement 各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)等。

mentS包ta含te“mAenctto采r+用Ve了rb+JOSObjNec語t”三法個(gè)格必式要，簡(jiǎn)屬性單，的描S述tat了e?“Who Did What”。其中，Actor存儲(chǔ)了學(xué)習(xí)者的用戶名，Verb從xAPI提供的動(dòng)詞列表中選取，Object設(shè)計(jì)為xAPI定義的Activity類型[6]。每個(gè)Activity對(duì)象中均以URI（IRI） 的形式描述了學(xué)習(xí)活動(dòng)的類型（Activity vTiydpeeo）” ，描如述UR了“I一ht個(gè)tps視：//w頻3id（v.iodrego/x） a活pi/動(dòng)vid。eo/顯act然ivi在ty-進(jìn)typ行e/Statement設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵在于Verb和Activity Type的定義和選擇。

表1展示了基于三分屏課件的動(dòng)詞設(shè)計(jì)及其釋義。在三分屏課件的學(xué)習(xí)情境下，需要分別為視頻、文檔、測(cè)試題、章節(jié)索引四種不同類型的資源設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的Verb，以便準(zhǔn)確、詳細(xì)地記錄學(xué)習(xí)者的行為。表中前三行的動(dòng)詞針對(duì)整個(gè)課件，例如學(xué)習(xí)者的一條學(xué)習(xí)軌跡為“打開（open） 課件，跳過（skipped） 前導(dǎo)章節(jié)，完成（completed） 后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)后關(guān)閉（closed） 課件”，同時(shí)平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者觀看視頻的時(shí)長(zhǎng)和測(cè)試題的得分情況等數(shù)據(jù)來判定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，給出及格（qualified） 或掌握（mastered） 的評(píng)價(jià)反饋。表中后四行的動(dòng)詞針對(duì)具體的四種類型資源，按照視頻、文檔、測(cè)試題、章節(jié)索引的順序進(jìn)行描述，如“選擇（se? lected） 第一章目錄，播放（played） 視頻，閱讀（read） PPT 文檔，提交（submited） 測(cè)試題結(jié)果，通過（passed） 測(cè)試”即為一條針對(duì)具體資源的學(xué)習(xí)軌跡描述。

表2展示了基于三分屏課件的活動(dòng)類型設(shè)計(jì)及其釋義。其中視頻區(qū)的活動(dòng)類型為video，文檔區(qū)由于可以呈現(xiàn)PPT、Word、測(cè)試題等內(nèi)容，所以其活動(dòng)類型包括document、question、unit-test，章節(jié)索引區(qū)的活動(dòng)類型包括chapter、section、module，最后是針對(duì)整個(gè)課件的course。

2 跟蹤實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)基于xAPI的三分屏課件的學(xué)習(xí)跟蹤，關(guān)鍵在于xAPI Statement的創(chuàng)建、接收和存儲(chǔ)。其中，負(fù)責(zé)創(chuàng)建Statement的是進(jìn)行三分屏課件學(xué)習(xí)的平臺(tái)，該平臺(tái)根據(jù)用戶的操作生成相應(yīng)的Statement語句，并將其發(fā)送出去；負(fù)責(zé)接收Statement的是LRS，本研究使用了開源的LRS——Learning Locker，它負(fù)責(zé)接收State? ment并將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；負(fù)責(zé)存儲(chǔ)Statement的是MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，這是一個(gè)面向文檔存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，適合JSON 格式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而Statement 就采用了JSON格式。

JSON格式的Statement 如圖2所示，actor屬性記錄了學(xué)習(xí)者的用戶名及郵箱，verb屬性和object屬性都采用了URI的方式，分別描述了學(xué)習(xí)動(dòng)作和作用對(duì)象，同時(shí)還對(duì)該URI進(jìn)行了具體的闡釋。timestamp屬性指明了學(xué)習(xí)動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，stored屬性為State? ment存入Learning Locker的時(shí)間。id屬性唯一標(biāo)識(shí)一條Statement語句，version為當(dāng)前使用的xAPI版本號(hào)。除了以上屬性之外，通常還可以定義Result屬性，保存學(xué)習(xí)的結(jié)果。

創(chuàng)建了Statement之后，就可以發(fā)送到Learning Locker中了。Learning Locker分為兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)是Learning Locker應(yīng)用，一個(gè)是 xAPI服務(wù)。Learning Locker應(yīng)用提供瀏覽器UI和API接口，UI使得用戶可以直接在瀏覽器上操作界面，API則為用戶訪問數(shù)據(jù)庫(kù)提供了RESTful風(fēng)格的路由。xAPI服務(wù)提供對(duì)API 接口的訪問，以便與xAPI規(guī)范中定義的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行交互，故三分屏課件學(xué)習(xí)平臺(tái)創(chuàng)建的Statement將直接由xAPI服務(wù)負(fù)責(zé)接收和處理。

以圖3所示的三分屏課件為例，學(xué)習(xí)者操作界面時(shí)所產(chǎn)生的Statement數(shù)據(jù)會(huì)被平臺(tái)跟蹤和捕捉，并發(fā)送給Learning Locker。圖4為L(zhǎng)earning Locker的State? mmeenntt明展細(xì)示（界圖面6，） 由構(gòu)左成邊。的通過過濾在器過（濾圖器5中） 和篩右選邊學(xué)的習(xí)S者tat和e?學(xué)習(xí)時(shí)間，得到了學(xué)習(xí)者admin在5月17日當(dāng)天的11 條Statement數(shù)據(jù)，從上到下在時(shí)間上的呈現(xiàn)順序?yàn)橛山斑h(yuǎn)。分析這11條數(shù)據(jù)，可以得知admin的一條學(xué)習(xí)軌跡：打開（opened） 課件，平臺(tái)自動(dòng)定位到上一次學(xué)習(xí)的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行斷點(diǎn)續(xù)播（resumed） —選擇（selected） 10.3.1小節(jié)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)—觀看完（played，read） 視頻和文檔內(nèi)容后出現(xiàn)了測(cè)試題，提交（submitted） 答案—完成（completed） 該小節(jié)全部?jī)?nèi)容的學(xué)習(xí)，關(guān)閉（closed） 課件。在這過程中依次用到了course、section、video、document、question五種活動(dòng)類型，界面上展示的是這幾種活動(dòng)的詳細(xì)定義（definition） 。

3 結(jié)束語

三分屏課件作為一種常見的教育資源，通常僅作為承擔(dān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的載體。在教育大數(shù)據(jù)的背景下，我們需要重新審視它在教學(xué)過程中扮演的角色，化其被動(dòng)為主動(dòng)，變其僵化為靈活。本文在xAPI技術(shù)規(guī)范的支持下，構(gòu)建了三分屏課件學(xué)習(xí)跟蹤模型，深入剖析了Statement的屬性，對(duì)其Verb和Activity Type進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并基于此實(shí)現(xiàn)了對(duì)三分屏課件學(xué)習(xí)的全過程跟蹤和規(guī)范化記錄。這些多樣化的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，是分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果的依據(jù)，同時(shí)其分析結(jié)果既能作為資源內(nèi)容重構(gòu)的重要支撐，又可以通過結(jié)果的反饋促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。基于xAPI的三分屏課件學(xué)習(xí)跟蹤研究，是改進(jìn)和優(yōu)化三分屏資源、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與資源的雙向促進(jìn)的有益嘗試。