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。
2 xAPI 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、查看微信文章、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]。
2.2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、查看微信文章、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）。
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。
Rustici软件公司已建立了公共LRS大数据库DEMO，台湾VisCa（Visual Catch）已建立了公共LRS大数据库。
2.2 基于xAPI与LRS的学习行为获取与共享
xAPI包含4个接口，分别为语句接口(Statement API)、状态接口(State API)、活动描述接口(Activity Profile API)以及代理描述接口(Agent Profile API)。语句接口负责语句在LRS中的存储以及取出；状态接口用于暂存活动内容的状态，以便在不同的会话、设备中重现学习活动；活动描述接口用于存放和获取活动的完整描述；代理描述接口向LRS内添加与代理（即应用接口）相关的数据[7]。4个接口都是RESTful架构，语句(Statement)采用JSON规范，支持对LRS中数据以Web资源请求操作的方式进行处理，包括获取、更新、增加以及删除。基于xAPI与LRS的LMS平台获取与共享学习行为，其开发模式如表1所示。
2案例设计与实现
xAPI项目网站（http://tincanapi.com/）上列出了目前已实现XAPI 的一百多家公司和机构，包括Adobe、Articulate，Blackboard、Aquafadas等。在制造业在线教育平台——“智胜现场”（http://www.zsxc100.com）项目中，我们采用平台开发模式，基于SCORM、xAPI与LRS实现了一套LMS平台。
3.1 基于SCORM、xAPI与LRS的LMS平台架构
基于SCORM、xAPI与LRS的LMS平台架构如下图所示。
LMS平台必须承载课程内容，而目前大量课程课件格式以视频、SCORM课件（AICC课件与SCORM课件类似）为主，LMS平台必须兼容这些课程内容；新的xAPI规范课件则必须要求LMS平台调整或新建，来支持其内容。因此建立兼容SCORM、适应xAPI与LRS的LMS平台，是LMS实现学习行为大数据的一种途径。
”智胜现场”主要基于SCORM、xAPI与LRS实现以下内容：
1）LMS平台仍采用SCORM API兼容SCORM课件，仍采用固有模式承载视频等其他课程内容；针对xAPI课件（其课程包形式仍为SCORM课程包，只是其遵循xAPI规范），采用xAPI与LMS平台进行交互；此作为LMS平台的核心业务实现（例如学习、查询、统计、报表等），其数据保存入LMS业务数据库中，同时抽取学习行为数据调用xAPI接口记录入LRS中。
2）其他LMS的关联独立应用系统，直接调用xAPI接口记录学习行为数据入LRS中，实现学习行为跨系统共享。
3）LRS中的学习行为数据，主要用于LMS平台的学习行为分析功能及与外部系统交换学习行为数据，此子系统实际也可成为LMS平台的日志子系统。LRS数据库采用HBASE，便于以后进行大数据分析。
3.2 智胜现场LMS平台学习行为
xAPI规范规定了30种常用动作【Verb】类别，15种常用活动【Activity】类别。“智胜现场”LMS平台学习行为必须与这些类别进行对应。“智胜现场”LMS平台首先，总结系统涉及与学习相关的学习行为，然后通过选择xAPI规范对应的动作和活动将所有的学习行为映射为xAPI规范中的语句Statement，从而记录下完整的学习行为。例如，在针对百度知道类似的问答应用：第一步，归纳有哪些学习行为，主要包括提问、回答、采纳回答、补充提问、对回答点赞、对回答评论等。第二步，对第一步提出的学习行为筛选出需要记录为学习行为的，包括：提问，表明学习需求；回答，反映回答者对学习需求的帮助；采纳回答，说明回答者的帮助解决了学习的需求等。第三步，选择xAPI规范对应的动作和活动进行Statement映射。“智胜现场”LMS平台的学习行为的对应的动作【Verb】类别，常用活动【Activity】类别如下表所示。
4. 总结与展望
本文探讨了xAPI规范及与学习行为大数据的关系，提出基于xAPI并兼容SCORM的LMS学习行为大数据系统架构。该系统架构应用于“智胜现场”LMS平台，将SCORM、xAPI、LRS与LMS平台相融合，运用xAPI中的语义与接口框架对学习行为数据进行统一记录，能够跟踪包括LMS内外的正式与非正式学习的学习行为，有效得将正式学习与非正式学习及应用系统的学习行为数据相融合，从而实现统一的学习行为大数据获取与共享，并可将所有学习行为数据完整准确得展示给学习者。下一步将在学习行为大数据的基础上进行分析与挖掘应用；并将对公共LRS大数据库进行研究，探索更大范围的学习行为大数据共享、分析及挖掘。
参考文献：
[1]李曼丽,黄振中.MOOCs 平台大数据的教育实证[J].科学通报,2015,（5-6）:570-580.
[2]张羽,李越.基于MOOCs大数据的学习分析和教育测量介绍[J].清华大学教育研究,(2013)(4):22-26.
[3]李青, 孔冲. 下一代S C O R M 标准的新动向—— A D L T L A 和Experience API解读[J].电化教育研究,2013,(8): 61-67.
[4]孙兴华,郝丽,叶永飞.SCORM标准学习跟踪机制的研究与实现[J].网络教育，2010，(7)：65-68.
[5]顾小清,郑隆,威简菁.获取教育大数据：基于xAPI规范对学习经历数据的获取与共享[J].现代远程教育研究,2014,(5):13-23
[6]ADL.Experience API Version 1.0.1[EB/OL].2016-2-1.
https://github.com/adlnet/xAPI-Spec/blob/master/xAPI.md.
[7]方海光，胡祎祎，杜舟. 基于xAPI学习记录的LMS网络系统架构研究[J].中国电化教育,2015,(2):65-69.
[8]ADL Vocabulary[EB/OL].2016-2-1.http://xapi.vocab.pub/datasets/adl/.