學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準體系的概述及應用

許 哲 徐和祥

上海市電化教育館

一、研制背景

教育信息化，標準先行［1］。教育信息化標準是保障教育信息化良性發(fā)展的基礎支撐，教育信息化發(fā)展的不同階段對教育信息化標準研制的方向也不同［2］。我國教育信息化發(fā)展由教育數(shù)字化邁向教育智慧化，數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育變革似呈必然趨勢［3］。與該趨勢相對應，數(shù)據(jù)標準的研制對推動教育信息化發(fā)展發(fā)揮著關鍵的作用。

在信息技術發(fā)展迅猛的時代背景下，數(shù)據(jù)即資源，數(shù)據(jù)即財富，教育領域亦然。上海市經(jīng)濟和信息化委員會《上海市推進智慧城市建設“十三五”規(guī)劃》中 “提升教育信息化水平”任務中指出“建設上海教育數(shù)據(jù)中心，匯聚整合各級各類教育數(shù)據(jù)，構建教育綜合管理決策平臺。［4］”《上海市教育綜合改革方案（2014—2020年）》明確提出“建立基于大數(shù)據(jù)的決策咨詢機制，完善基于大數(shù)據(jù)的教育決策主體功能”。上海市大數(shù)據(jù)中心的成立是上海智慧城市建設的里程碑式突破，為全市各級各類數(shù)據(jù)匯集互聯(lián)和共享應用提供支持［5］。智慧教育作為智慧城市建設的重要方面，各級各類教育數(shù)據(jù)的匯聚也成為具有挑戰(zhàn)性和突破性的工作，學生成長數(shù)據(jù)是教育數(shù)據(jù)中的重要組成部分。

根據(jù)國家教育部《關于中小學生綜合素質(zhì)評價工作的實施意見》，在上海市教委領導下，上海市電化教育館承擔規(guī)劃和建設了多個教育信息化平臺，涵蓋在線學習、管理、研究等業(yè)務，業(yè)務數(shù)據(jù)的源頭、類型、維度等各不相同，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化匯聚成為至關重要的工作，這關系到數(shù)據(jù)將來是否可用、能用到何種程度，決定了數(shù)據(jù)價值的大小。因此，筆者所在團隊將領域內(nèi)先進的教育信息標準與信息化業(yè)務系統(tǒng)的實際情況相結合，創(chuàng)見性地研制了學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準，以支持和服務綜合素質(zhì)評價各相關業(yè)務系統(tǒng)，并作為未來開展學生成長數(shù)據(jù)挖掘分析的數(shù)據(jù)平臺。

二、研究基礎

（一）理論依據(jù)

隨著移動智能終端的發(fā)展、泛在學習環(huán)境的發(fā)展和終身學習理念的深入，學習隨時隨地發(fā)生，學習者通過與人、內(nèi)容、系統(tǒng)等“交互”進行學習，獲取知識。xAPI（the Experience API）作為一項新的輕量級學習技術標準，它重塑了企業(yè)級學習生態(tài)系統(tǒng)；它可以跟蹤和記錄線上、線下不同場景下各種類型的學習經(jīng)歷和學習行為，建立人、內(nèi)容和系統(tǒng)之間的聯(lián)系［6］，即“experience”的內(nèi)涵所在。xAPI簡單靈活易用，它適用于移動學習、虛擬學習、離線學習、社會性學習等各類場景，使得“數(shù)據(jù)隨人走”可行。API語法的基礎是活動流 (Activity Streams)，它提供一套用以描述用戶學習經(jīng)歷的語法和詞庫，各個系統(tǒng)遵循該規(guī)則進行活動流的記錄。

學習記錄存儲庫（Learning Record Store，簡稱LRS)是xAPI生態(tài)系統(tǒng)的核心，是與xAPI標準相配套而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲機制。xAPI規(guī)范將其定義為：一個用于接受、存儲和訪問學習數(shù)據(jù)的服務器［7］。LRS用于存儲不同情境、不同種類的基于xAPI標準生成的學習經(jīng)歷和行為數(shù)據(jù)。同時，存儲在LRS中的學習經(jīng)歷可以與其他系統(tǒng)共享。LRS既可以作為一個獨立的數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)，同時也可整合到其他學習管理平臺（LMS）為其提供數(shù)據(jù)分析支持。不同LRS之間的數(shù)據(jù)可以共享，這也是xAPI創(chuàng)新性的特征。

（二）基于xAPI規(guī)范的行為描述語法

xAPI的工作機制由Statement和LRS兩個核心要素支持。學生學習行為數(shù)據(jù)采集通過xAPI標準Statement實現(xiàn)學習活動（行為）流采集和匯聚。一個活動的描述通過“主謂賓”的語法結構來表示，在xAPI 中被描述為：“Actor+Verb+Object”，具體描述如下：

（1）主語（Actor）：活動的作用者，可以是個人，可以是團體，例如學習者、學習小組。

（2）動詞（Verb）：表示活動的行為。

（3）與學習經(jīng)歷相關的對象（Object）：操作者（主語）交互的對象，通常指一種學習活動或?qū)W習對象，例如一堂課、一項測試、一本書、一部視頻。

這三種元素相組合可以用來描述最基礎的活動流數(shù)據(jù)：〈操作者，動作和對象〉，它反映了通過交互進行學習的特征，保持了學習情境的意義，同時使得活動流數(shù)據(jù)可以交換。除了最基礎的描述外，基于xAPI的Statement支持情境信息的描述和拓展，如“Zhang Completed Reading Training with a Result on 21st Jan 2018 at 16 : 35”。Statement中的屬性順序是可變化的，其屬性格式可以是JSON或XML格式。Statement共有10個屬性，具體如表1。

表1 Statement屬性描述

三、學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準

（一）標準概述

對上海市電化教育館已建設使用的多個學生在線學習業(yè)務系統(tǒng)的學習活動進行梳理、采集和匯聚，再經(jīng)過多輪專家論證后，本規(guī)范目前定義了三類40種行為。如現(xiàn)有動詞無法涵蓋用戶學習行為，使用該標準的業(yè)務方可申請進行詞庫拓展。學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準使用和繼承了xAPI規(guī)范，對學生成長行為的描述通過Statement語句來實現(xiàn)，學生成長數(shù)據(jù)的屬性及其參數(shù)說明見表2。

表2 學生成長數(shù)據(jù)的屬性及其參數(shù)

（二）行為動作描述

以xAPI標準為基礎，對學生學習行為的數(shù)據(jù)進行結構化描述，建立學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準，行為動詞可分為學習行為、學習互動、學習結果三個類別，見于上海市普通高中學生綜合素質(zhì)評價信息管理系統(tǒng)專用動詞表。表3暫只描述三類40個行為。

表3 學生成長數(shù)據(jù)行為動作

四、標準應用及驗證

上海市基礎教育統(tǒng)一身份認證體系是開展學生行為數(shù)據(jù)匯聚的基礎?；诖?，可實現(xiàn)“數(shù)據(jù)跟人走”，同時這也是標準跨平臺有效使用的前提。本研究建立了一套數(shù)據(jù)匯聚中心按xAPI格式存儲跨學習系統(tǒng)的行為數(shù)據(jù)。各業(yè)務系統(tǒng)與學生數(shù)據(jù)匯聚中心通過xAPI數(shù)據(jù)接口傳輸數(shù)據(jù)。xAPI接口具體對接流程如圖1所示。

圖1 xAPI接口對接流程

（一）接口對接前提

（1）業(yè)務系統(tǒng)接入上海市基礎教育統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)，或本系統(tǒng)用戶ID能與上海市基礎教育統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)的用戶ID關聯(lián)。

（2）匯聚的每條用戶數(shù)據(jù)均需提供統(tǒng)一身份認證用戶ID號。

（二）接口對接方式

1.準備工作

各業(yè)務系統(tǒng)接入方提供基本信息，如名稱、類型。數(shù)據(jù)匯聚服務中心返回相關對接密鑰。通過上海市電化教育館數(shù)據(jù)匯聚服務中心提供的標準數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)對接上傳。

2.xAPI活動事件提交

各業(yè)務系統(tǒng)的活動流記錄以JSON格式在消息體中提交，多個事件使用JSONArray。使用數(shù)據(jù)匯聚服務提供方提供的對接密鑰，活動流的語法和動詞見前述的詞庫，規(guī)范語句參考前述的xAPI規(guī)范語句示例。

3.傳輸成功驗證

數(shù)據(jù)傳輸成功后，xAPI接口返回添加事件ID。按照該標準對已有業(yè)務數(shù)據(jù)匯聚后的結果如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)匯聚結果

五、總結

智慧城市的美好愿景是“讓數(shù)據(jù)多跑路，構建一個永不打烊的智慧政府”，“讓數(shù)據(jù)隨人走，構建輔助成長的智慧教育環(huán)境”成為教育信息化的未來藍圖。標準是構建教育信息化良好生態(tài)的基礎，教育信息化的發(fā)展趨勢已從重復建設系統(tǒng)向整合應用轉變。同時，學生評價體系已從曾經(jīng)單一、靜態(tài)、結果導向轉向多維、動態(tài)、過程并重，同時評價方式也從基于檔案袋登記的評價轉變?yōu)榛跀?shù)據(jù)分析的評價，將學生分散、孤立在各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行標準化的匯集勢在必行。本研究提出的學生成長數(shù)據(jù)匯聚標準吸收了國際先進學習技術標準的經(jīng)驗，根據(jù)本地化應用需求進行了優(yōu)化和完善，以期能滿足對學生在線學習行為的描述和記錄需求。而標準研制是一項漫長的工作，該標準雖然已經(jīng)過上海市電化教育館多個業(yè)務系統(tǒng)的檢驗和論證，但仍可能有一定的局限和不足。本研究接下來計劃與更多教育信息化企業(yè)、學校進行合作試點，在使用中共同推動標準的優(yōu)化和發(fā)展，推升學習行為描述的準確度，增強標準在教育信息化領域的適用性。