高校智慧學(xué)習(xí)環(huán)境技術(shù)架構(gòu)研究

張書欽 王金洋 白光耀 張敏智

摘 ? 要：智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是以學(xué)生為中心，由功能各異的學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過集成和互操作形成的學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)，為學(xué)生提供一體化、智能化的學(xué)習(xí)支持。文章深入研究了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的技術(shù)架構(gòu)，分析了其中數(shù)據(jù)和資源的交換和共享問題，以及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐中間件，通過標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議和規(guī)范實(shí)現(xiàn)各學(xué)習(xí)系統(tǒng)的集成，并通過微服務(wù)和消息總線將分散的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、資源匯聚成為共性服務(wù)組件，形成統(tǒng)一的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境公共服務(wù)支撐體系，推動(dòng)學(xué)習(xí)形態(tài)和教學(xué)模式的變革。

關(guān)鍵詞：智慧學(xué)習(xí)環(huán)境;學(xué)習(xí)管理系統(tǒng);學(xué)習(xí)分析;中間件

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）21-0062-05

隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)的發(fā)展，人們的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生了巨大的變化，可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過各類終端實(shí)現(xiàn)開放式學(xué)習(xí)、線上線下混合式學(xué)習(xí)，迫切需要在信息技術(shù)、數(shù)字資源的基礎(chǔ)上建立智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。[1]智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是服務(wù)學(xué)生的一體化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，提供學(xué)習(xí)資源、協(xié)作工具、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)工具等。[2-3]智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支持學(xué)生開展更豐富的課程內(nèi)外學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)生提供個(gè)性化、智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)，催生出新型的人才培養(yǎng)模式。[4]

近年來，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS）在高校得到了廣泛應(yīng)用，但LMS側(cè)重于輔助教師對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行管理，主要用于課程內(nèi)容的分發(fā)和管理。隨著更多新的學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)資源，及碎片化學(xué)習(xí)方式的引入，LMS暴露出了功能單一的缺陷。而智慧學(xué)習(xí)環(huán)境則是以學(xué)生為中心，由功能各異的學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過共享、互動(dòng)和協(xié)同形成的學(xué)習(xí)生態(tài)空間。

當(dāng)前高校在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)中存在幾個(gè)問題：①缺乏系統(tǒng)化設(shè)計(jì)理念，各學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間缺乏集成和融合，學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)據(jù)、資源缺乏互通、共享;②缺乏學(xué)習(xí)分析框架設(shè)計(jì)，沒有對(duì)學(xué)生以及學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、收集、分析和報(bào)告，無法幫助學(xué)生開展以目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)，難以為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù);③缺乏共性服務(wù)支撐平臺(tái)來將各種局部應(yīng)用、單一功能的學(xué)習(xí)服務(wù)由封閉轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的、標(biāo)準(zhǔn)化的、可跨領(lǐng)域應(yīng)用的共享資源。

本文深入研究了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的技術(shù)架構(gòu)，分析了其中數(shù)據(jù)和資源的交換和共享問題，以及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐中間件來實(shí)現(xiàn)各學(xué)習(xí)系統(tǒng)的集成，并通過信息集成技術(shù)將分散的、局部的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、資源匯聚集成為共性的服務(wù)組件，形成統(tǒng)一的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境公共服務(wù)支撐體系。

一、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境概念

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境方便學(xué)生在不同學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間無縫切換，為學(xué)習(xí)提供了情境感知、跟蹤記錄、學(xué)習(xí)分析、診斷與評(píng)價(jià)等諸多智能化的支持。

1.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的需求

一般來說，LMS通常能完成課件資源、交互協(xié)作、成績(jī)成果等方面的課程管理。但除了LMS外，高校還有更多的學(xué)習(xí)系統(tǒng)、工具，應(yīng)通過建設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境來提供學(xué)習(xí)系統(tǒng)的靈活集成、學(xué)習(xí)資源的共享推送、學(xué)習(xí)活動(dòng)的高效協(xié)作、學(xué)習(xí)過程的動(dòng)態(tài)感知、學(xué)習(xí)結(jié)果的智能分析。

從技術(shù)上講，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境通過對(duì)眾多平臺(tái)、系統(tǒng)、工具、服務(wù)的有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和資源的綜合利用。從教學(xué)形態(tài)上講，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境可支持更加多元、更加精準(zhǔn)的智能導(dǎo)學(xué)與過程化評(píng)價(jià)，為每名學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支持，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；囊虿氖┙?，充分發(fā)揮教學(xué)效能。

2.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的數(shù)據(jù)和資源

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境需要解決學(xué)習(xí)系統(tǒng)間的互操作性問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的交換共享和綜合利用。[5-8]

（1）互操作性

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，系統(tǒng)之間利用兼容的數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議來進(jìn)行信息交換，通過互操作來協(xié)作完成更復(fù)雜的功能。[9]學(xué)校網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（CoSN）[10]在教育互操作性標(biāo)準(zhǔn)中列出的領(lǐng)域主要有數(shù)字內(nèi)容、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)集成、身份驗(yàn)證、授權(quán)和身份管理、課表、門戶和Portlet、文件共享、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字輔助功能等。系統(tǒng)間互操作性的關(guān)鍵是相關(guān)信息系統(tǒng)采用開放標(biāo)準(zhǔn)，教育行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)主要有美國(guó)的學(xué)校互操作框架（SIF）[11]、我國(guó)教育部制定的教育管理信息系統(tǒng)互操作框架（EMIF）等。

（2）學(xué)習(xí)資源

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境以標(biāo)準(zhǔn)化支持電子教材、電子課件等數(shù)字資源，包括學(xué)習(xí)內(nèi)容的封裝和傳遞格式，及圍繞學(xué)習(xí)內(nèi)容的訪問授權(quán)、使用記錄與跟蹤等方面。數(shù)字資源通過標(biāo)準(zhǔn)化可以在不同學(xué)習(xí)系統(tǒng)間共享和重用，便利了數(shù)字資源的廣泛使用。當(dāng)前數(shù)字資源標(biāo)準(zhǔn)主要有可共享內(nèi)容對(duì)象參考模型（SCORM）[12]、CC[13]。SCORM是目前各類學(xué)習(xí)平臺(tái)和學(xué)習(xí)資源支持最廣泛的一種標(biāo)準(zhǔn)。

（3）學(xué)習(xí)分析

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)的泛在性會(huì)產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)，連同教學(xué)管理、教育評(píng)價(jià)等數(shù)據(jù)可進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)效果等。學(xué)習(xí)分析可有效地支持個(gè)性化、自適應(yīng)的教與學(xué)，最能體現(xiàn)出智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的目標(biāo)。

學(xué)習(xí)分析面臨的困難是數(shù)據(jù)來源多樣、數(shù)據(jù)體系不一、格式繁雜，即使是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)也存在數(shù)據(jù)模型多樣、難以共享和互操作的問題，還需要結(jié)合大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的技術(shù)，如異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘、可視化分析等。一些知名的標(biāo)準(zhǔn)化組織從學(xué)習(xí)活動(dòng)模型、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)流程以及傳輸機(jī)制等方面來定義學(xué)習(xí)分析的技術(shù)規(guī)范，如xAPI[14]和CA[15]。

二、主要的學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（IEEE LTSC）[16]、IMS全球?qū)W習(xí)聯(lián)盟（IMS GLC）[17]、高級(jí)分布式學(xué)習(xí)計(jì)劃（ADL）[18]等組織已經(jīng)制定了很多學(xué)習(xí)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也推動(dòng)了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的不斷應(yīng)用、擴(kuò)展、豐富。[19]主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織及制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如表1所示。

1.SCORM

ADL于2000年初發(fā)布了可共享內(nèi)容對(duì)象參考模型（SCORM），這是第一個(gè)被廣泛使用的學(xué)習(xí)資源規(guī)范，多數(shù)的LMS都支持SCORM 1.2或SCORM 2004。SCORM定義了內(nèi)容聚合模型（CAM）和學(xué)習(xí)對(duì)象實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境（RTE）。CAM的核心是使用元數(shù)據(jù)來描述學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，而RTE定義了通用的內(nèi)容對(duì)象運(yùn)行機(jī)制，包括啟動(dòng)機(jī)制、內(nèi)容對(duì)象與LMS的API接口，以及跟蹤用戶學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模型。通過SCORM，可以在不同的LMS上打包、部署學(xué)習(xí)內(nèi)容，并以標(biāo)準(zhǔn)化的方式跟蹤記錄用戶的基本學(xué)習(xí)活動(dòng)，如完成時(shí)間、花費(fèi)時(shí)間、及格/不及格、成績(jī)等。

SCORM適用于單機(jī)或Web課程。在分布式、網(wǎng)絡(luò)化的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下，SCORM暴露了一定的局限性，包括：不支持LMS之外的學(xué)習(xí)活動(dòng)，如虛擬仿真、Wiki、社交工具等;學(xué)習(xí)活動(dòng)只能在同一Web服務(wù)器上，外部系統(tǒng)不易提取學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù);學(xué)習(xí)內(nèi)容必須在瀏覽器中使用，不支持移動(dòng)設(shè)備;不支持基于虛擬仿真的學(xué)習(xí)。

2.LTI

IMS GLC 于2010年發(fā)布了LTI，主要用于LMS與其他各類學(xué)習(xí)工具之間交換課程和用戶信息。LTI的協(xié)議框架包括Consumer和Provider：前者通常是LMS，提供用戶信息和環(huán)境，支持用戶登錄，管理各種學(xué)習(xí)內(nèi)容和應(yīng)用;后者是考試、作業(yè)查重等工具應(yīng)用。Consumer和Provider之間通過URL進(jìn)行用戶身份認(rèn)證，采用JSON交換數(shù)據(jù)。

LTI與SCORM、CC等標(biāo)準(zhǔn)有較大區(qū)別。LTI將學(xué)習(xí)內(nèi)容、系統(tǒng)、工具集成到LMS中，得到了廣泛的應(yīng)用。SCORM和CC是數(shù)字化學(xué)習(xí)內(nèi)容的封裝標(biāo)準(zhǔn)，可確保學(xué)習(xí)內(nèi)容在各種學(xué)習(xí)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)平臺(tái)之間共享、傳遞。LIS實(shí)現(xiàn)在學(xué)生信息管理系統(tǒng)和學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間傳輸學(xué)生相關(guān)的基本信息。QTI允許在制作工具、考試系統(tǒng)、LMS、評(píng)估/測(cè)評(píng)/分析引擎之間交換測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試結(jié)果。在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，LTI等標(biāo)準(zhǔn)支持構(gòu)建以LMS為核心的學(xué)習(xí)系統(tǒng)集成。

3.xAPI

ADL于2010年開始研究新一代學(xué)習(xí)技術(shù)規(guī)范項(xiàng)目Tin Can API，并于2013年更名為xAPI。xAPI規(guī)范用于跟蹤記錄學(xué)生在各類學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并存儲(chǔ)到學(xué)習(xí)記錄庫（LRS）。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入任意學(xué)習(xí)系統(tǒng)時(shí)，xAPI活動(dòng)代理會(huì)記錄如瀏覽網(wǎng)頁、閱讀筆記、答題等這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并生成“Actor（操作者）+Verb（動(dòng)作）+ Object（目標(biāo)對(duì)象）”學(xué)習(xí)活動(dòng)記錄語句，最后通過JSON數(shù)據(jù)服務(wù)存入LRS?；贚RS收集學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)分析、智能推薦等。

xAPI有許多優(yōu)點(diǎn)：可以全面、詳細(xì)地收集和共享學(xué)生在各學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù);支持RESTful和JSON數(shù)據(jù)傳輸;支持移動(dòng)設(shè)備、游戲仿真等各種類型的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。xAPI具有很好的適應(yīng)性，已得到了LMS、虛擬仿真、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等學(xué)習(xí)系統(tǒng)的廣泛支持，其他標(biāo)準(zhǔn)也在向xAPI對(duì)齊，如AICC聯(lián)合ADL于2016年6月推出的CMI-5利用xAPI作為通信協(xié)議和數(shù)據(jù)模型，并將SCORM融入到xAPI協(xié)議體系中去。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境可利用xAPI實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)收集和集中存儲(chǔ)，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的集成和綜合利用。

4.CA

IMS于2015年發(fā)布了CA[15]，定義了支持學(xué)習(xí)分析的數(shù)據(jù)開放框架。CA主要包含計(jì)量配置（Metric Profiles）和傳感器API（Sensor API）：前者確立了標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)活動(dòng)計(jì)量體系，便于記錄各類學(xué)習(xí)活動(dòng)信息，并用“Actor（操作者）+Action（動(dòng)作）+Event（事件）”語句描述學(xué)習(xí)事件;后者定義了采集和傳輸學(xué)習(xí)事件數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，還定義了綁定在計(jì)量配置中的學(xué)習(xí)事件及接收學(xué)習(xí)事件的傳感器端點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)事件之間的關(guān)聯(lián)。CA通信模型如圖1所示。

CA和xAPI都可以從分布的學(xué)習(xí)系統(tǒng)中收集學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)，定義了記錄學(xué)習(xí)活動(dòng)的數(shù)據(jù)格式，但若沒有本體映射，很難完成從xAPI到CA的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。反之，由CA映射到xAPI是容易的。xAPI支持LRS的數(shù)據(jù)寫入和讀取，而CA的Sensor API只規(guī)范了數(shù)據(jù)的寫入，沒有定義數(shù)據(jù)的讀取。CA充分兼容IMS其他標(biāo)準(zhǔn)（如LTI、QTI等），可無縫集成符合IMS標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。無論是xAPI還是CA，都定義了如何測(cè)量和分析學(xué)習(xí)活動(dòng)及其績(jī)效的通用準(zhǔn)則，可全面立體地分析智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

三、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境探索

近幾年一些組織對(duì)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，也提出了一些概念性的框架。這些工作大體上有兩個(gè)著眼點(diǎn)：①利用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和開放的軟硬件系統(tǒng)，支持各類學(xué)習(xí)組件的靈活重組和擴(kuò)展;②對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，識(shí)別學(xué)生個(gè)性和學(xué)習(xí)情境，為學(xué)生成長(zhǎng)提供個(gè)性化指導(dǎo)。

1.全面學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)（TLA）

ADL于2013年首次提出了TLA[21]概念。最初“TLA”是指“培訓(xùn)和學(xué)習(xí)架構(gòu)（Training & Learning Architecture）”，在2015年更新為“全面學(xué)習(xí)架構(gòu)（Total Learning Architecture）”。TLA的目標(biāo)是利用一組規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)接口，創(chuàng)建一個(gè)豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，提供自動(dòng)化、智能化的學(xué)習(xí)服務(wù)。TLA具體包括：①學(xué)習(xí)活動(dòng)追蹤（Experience Tracking），采用xAPI來規(guī)范學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)機(jī)制;②內(nèi)容代理（Content Brokering），根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化需求來安排學(xué)習(xí)計(jì)劃;③學(xué)生畫像（Learner Profile），根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)完成情況、能力、偏好、習(xí)慣等;④能力網(wǎng)絡(luò)（Competency Networks），針對(duì)技能要求來設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)、能力、任務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)等。

TLA力圖為分布式學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)建立一套標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，通過通用接口、數(shù)據(jù)模型、中間件在應(yīng)用之間共享基本的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。xAPI就是TLA的一部分，也是TLA中最核心的規(guī)范。目前TLA正在細(xì)化相關(guān)的需求、規(guī)范和架構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是數(shù)據(jù)架構(gòu)、內(nèi)容元數(shù)據(jù)、學(xué)生能力數(shù)據(jù)定義，還有學(xué)習(xí)分析和可視化、自適應(yīng)隱私保護(hù)、xAPI配置文件等方面的工作。

2.下一代數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境（NGDLE）

2015年，美國(guó)高等教育信息化協(xié)會(huì)（EDUCAUSE）提出了下一代數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境（NGDLE）[22-23]。NGDLE是一個(gè)數(shù)字化組件的集群，集合了各種學(xué)習(xí)應(yīng)用和數(shù)字服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)。NGDLE的目標(biāo)是提供一個(gè)開放式系統(tǒng)：①互操作性，各種學(xué)習(xí)工具的無縫式集成和互操作性;②個(gè)性化，可根據(jù)需要搭建屬于學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)情境;③學(xué)習(xí)分析和評(píng)估，可以更好地跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;④協(xié)作，支持學(xué)生、教師、管理者之間的跨時(shí)空協(xié)作;⑤可訪問性和通用設(shè)計(jì)，方便每個(gè)人使用。

NGDLE是要構(gòu)建一個(gè)可靈活裝配的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。NGDLE不是單個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，而是遵守共同標(biāo)準(zhǔn)的信息系統(tǒng)和組件的集合，圍繞學(xué)生的各類學(xué)習(xí)活動(dòng)提供所需的學(xué)習(xí)服務(wù)。NGDLE驅(qū)動(dòng)了以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)理論模型，培養(yǎng)學(xué)生的分析、創(chuàng)造、解決問題、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等高階思維能力。佐治亞理工學(xué)院提出的可擴(kuò)展高級(jí)學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)（SALE）[24]，被認(rèn)為是NGDLE的一種實(shí)踐。

四、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐中間件

針對(duì)高校的教學(xué)信息化現(xiàn)狀，本文提出了一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐平臺(tái)中間件，如圖2所示，利用開放標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)現(xiàn)各種學(xué)習(xí)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和資源、UI的集成，全面記錄和分析學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)生提供一體化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)推薦等。該中間件利用微服務(wù)和消息總線實(shí)現(xiàn)各學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間復(fù)雜的事務(wù)消息交換，包括三類組件：①數(shù)據(jù)和存儲(chǔ);②平臺(tái)服務(wù);③學(xué)習(xí)應(yīng)用。

1.數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和資源的存儲(chǔ)管理，有三個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫：學(xué)習(xí)資源庫，用于保存課程內(nèi)容、錄播視頻，及其元數(shù)據(jù);LRS用于保存學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)，底層采用MongoDB數(shù)據(jù)庫，并支持xAPI等協(xié)議的讀寫接口;用戶和注冊(cè)數(shù)據(jù)庫，用于管理課程參與者。該層還提供了數(shù)據(jù)訪問接口，方便上層使用或與外部數(shù)據(jù)交換，還提供了適配功能，如xAPI/Caliper協(xié)議轉(zhuǎn)換，以兼容不同的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。上層的平臺(tái)服務(wù)可以直接使用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫。

2.平臺(tái)層

平臺(tái)層為上層應(yīng)用提供公共微服務(wù)，包括數(shù)據(jù)和資源管理、用戶管理、學(xué)習(xí)分析、推薦引擎、決策支持等。用戶管理負(fù)責(zé)用戶登錄身份管理，并支持學(xué)生在課程、班級(jí)等的組織協(xié)作。資源管理實(shí)現(xiàn)資源訪問和權(quán)限控制，提供資源檢索引擎，以URI的方式進(jìn)行資源的分享、引用等。學(xué)習(xí)分析利用LRS，以及教務(wù)、學(xué)工等數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)、就業(yè)發(fā)展等方面進(jìn)行智能評(píng)價(jià)、學(xué)業(yè)預(yù)警等分析。推薦引擎根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、興趣、意愿等，推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源列表。消息中心集中管理各系統(tǒng)和組件的消息收發(fā)。學(xué)習(xí)門戶為學(xué)生提供訪問各種學(xué)習(xí)服務(wù)、資源、消息通知的統(tǒng)一入口，支持PC和移動(dòng)端。

3.應(yīng)用層

應(yīng)用層集成了各種學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如校內(nèi)LMS、互聯(lián)網(wǎng)MOOC平臺(tái)、虛擬仿真、博客等。這些系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)互操作，并使用平臺(tái)微服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享，為學(xué)生提供融合創(chuàng)新的學(xué)習(xí)服務(wù)。

五、結(jié)語

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)為學(xué)生提供了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的學(xué)習(xí)支持。高校的教育教學(xué)形式多樣，無法通過單一應(yīng)用系統(tǒng)或平臺(tái)提供全面的學(xué)習(xí)服務(wù)，需要通過多種學(xué)習(xí)系統(tǒng)、組件來構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間要通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的交換和共享。一些標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了xAPI、LTI這樣的集成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，也有研究機(jī)構(gòu)提出了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的概念性框架，來支持各類學(xué)習(xí)組件的靈活重組和擴(kuò)展，并通過對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，為學(xué)生成長(zhǎng)提供個(gè)性化指導(dǎo)。

面向智慧學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)，高校普遍還缺乏一套基礎(chǔ)平臺(tái)來支撐學(xué)習(xí)系統(tǒng)的融合集成。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文提出了一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐中間件，通過標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議和規(guī)范實(shí)現(xiàn)各學(xué)習(xí)系統(tǒng)的集成，并通過微服務(wù)和消息總線將分散的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、資源匯聚成為共性服務(wù)組件，形成統(tǒng)一的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境公共服務(wù)支撐體系，為學(xué)生提供一體化的學(xué)習(xí)服務(wù)。該中間件為數(shù)字化的教學(xué)提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，方便各類學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議規(guī)范、服務(wù)接口進(jìn)行集成，方便學(xué)校建設(shè)不同組合、特色、規(guī)模的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)，通過提供數(shù)據(jù)和資源的集成和共享，積累更豐富、完整的教學(xué)數(shù)據(jù)和資源，方便開展基于數(shù)據(jù)的教學(xué)行為分析、教學(xué)成果評(píng)價(jià)、教育質(zhì)量評(píng)估等，推動(dòng)智慧學(xué)習(xí)形態(tài)和教學(xué)模式的變革。

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（編輯：王天鵬）