xAPI本體模型構(gòu)建研究

陳曦 王芳芳 林龍成

摘要：跟蹤和分析教育大數(shù)據(jù)對(duì)提高學(xué)習(xí)效率具有重要意義，xAPI（experienceapi，xAPI）作為具有數(shù)據(jù)互操作性的e-learning標(biāo)準(zhǔn)之一，如何有效利用符合xAPI規(guī)范的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)中的語義關(guān)系，在過去幾年中引起了極大的關(guān)注。首先介紹了xAPI規(guī)范的兩個(gè)重要組成部分，學(xué)習(xí)活動(dòng)流語句statement和學(xué)習(xí)記錄存儲(chǔ)（LRS），選擇簡單事件模型（SEM）作為框架構(gòu)建xAPI語義模型，最后借助Protégé工具對(duì)本體進(jìn)行建模，建立核心類Core和類型屬性類Type以及它們的子類。

關(guān)鍵詞：xAPI;本體;語義模型;Protégé

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）15-0015-02

1 xAPI規(guī)范

xAPI（也稱為TIN CAN API）[1]是由Advanced Distributed Learning Initiative（ADL）開發(fā)的，旨在定義一個(gè)數(shù)據(jù)模型，用于記錄有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的數(shù)據(jù)。xAPI標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是確定跟蹤、表達(dá)和存儲(chǔ)學(xué)習(xí)者行為和表現(xiàn)的準(zhǔn)則。xAPI規(guī)范基于兩個(gè)主要部分，第一部分是學(xué)習(xí)活動(dòng)語句statement的格式，第二部分是學(xué)習(xí)記錄存儲(chǔ)（LRS）。

活動(dòng)流語句statement是xAPI數(shù)據(jù)模型的關(guān)鍵部分。所有的學(xué)習(xí)行為都以statement語句的形式存儲(chǔ)和交互，statement語句可以包含標(biāo)識(shí)符（ID）、參與者（actor）、動(dòng)作（verb）、對(duì)象（object）、結(jié)果（result）、情境（context）、時(shí)間戳（timestamp）、存儲(chǔ)時(shí)間（stored）、授權(quán)（authority）、版本（version）、附件（attachments）這些屬性，在這些屬性中，參與者（actor）、動(dòng)作（verb）和對(duì)象（object）三個(gè)屬性是一條活動(dòng)流語句statement必須要包含的屬性。因此一條最簡單的活動(dòng)流語句statement可以表示為<參與者（actor）+動(dòng)作（verb）+對(duì)象（object）>，其中參與者（actor）是主體，相當(dāng)于statement語句的主語，通常是指參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的學(xué)生或者教師;動(dòng)作（verb）是參與者的交互行為，相當(dāng)于statement語句的謂語，比如瀏覽、完成、觀看等行為;對(duì)象（object）是活動(dòng)的交互對(duì)象，相當(dāng)于statement語句的賓語，通常是指課件、測驗(yàn)等。

學(xué)習(xí)記錄存儲(chǔ)（LRS）是xAPI生態(tài)系統(tǒng)的核心，按照xAPI規(guī)范的定義，LRS是“一個(gè)服務(wù)器（即能夠接收和處理web請(qǐng)求的系統(tǒng)），負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)和提供對(duì)學(xué)習(xí)記錄的訪問?！备M(jìn)一步，LRS的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)和檢索xAPI語句、存儲(chǔ)xAPI狀態(tài)，并存儲(chǔ)來自其他系統(tǒng)的各種其他xAPI元數(shù)據(jù)。許多LRS已經(jīng)擴(kuò)展到不僅僅存儲(chǔ)xAPI數(shù)據(jù)，現(xiàn)在還包含了幫助用戶使用存儲(chǔ)的xAPI數(shù)據(jù)，這些擴(kuò)展的服務(wù)超越了LRS的核心定義，實(shí)現(xiàn)了一系列功能，包括報(bào)告儀表盤、學(xué)習(xí)分析、推薦引擎等。

2 xAPI語義模型設(shè)計(jì)

事件是描述、組織多元化信息資源的基礎(chǔ)單元之一，不同領(lǐng)域內(nèi)事件的定義各不相同[2]。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)事件的共享、重用和互操作，需要對(duì)事件知識(shí)進(jìn)行語義化表示，使其成為機(jī)器可讀可理解的結(jié)構(gòu)化知識(shí)。事件語義模型是描述事件內(nèi)容的語義框架，包括 Event、SEM、LODE、ABC、LODE、EBSTDM等通用事件語義模型。一次學(xué)習(xí)活動(dòng)可以理解為教育領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)事件，結(jié)合教育領(lǐng)域?qū)W習(xí)行為規(guī)范表示及不同事件語義模型的特點(diǎn)，本文選擇簡單事件模型（SEM）[3]作為在線學(xué)習(xí)行為描述的語義框架，并根據(jù)學(xué)習(xí)行為活動(dòng)流Statement語句的屬性對(duì)簡單事件模型SEM的類和屬性關(guān)系進(jìn)行擴(kuò)展。

基于簡單事件模型的xAPI語義模型由核心類、類型系統(tǒng)和屬性關(guān)系組成，核心類包括Statement、Actor、Verb、Object、Result、Context、Time，它們是Core的子類，類型系統(tǒng)包括StatementType、ActorType、VerbType、ObjectType、ResultType、ContextType、TimeType，如圖1所示。

xAPI語義模型中最重要的類和關(guān)系如圖1所示。Statement語句是xAPI規(guī)范的核心，Statement類代表“I did this”這樣的學(xué)習(xí)行為活動(dòng)流Statement語句，其中，“I”、“did”和“this”分別對(duì)應(yīng)Actor類、Verb類和Object類。在Statement語句的中，還可以包括結(jié)果（result）、情境（context）、時(shí)間戳（timestamp）等屬性，分別對(duì)應(yīng)語義模型中的Result類、Context類和Time類。Statement類、Actor類、Verb類、Object類、Result類、Context類、Time類都是核心類Core的子類，形式化xAPI規(guī)范中的在線學(xué)習(xí)行為Statement語句。StatementType類、ActorType類、VerbType類、ObjectType類、ResultType類、ContextType類、TimeType類是與核心類分別對(duì)應(yīng)的類型類，類之間的屬性關(guān)系如表1所示。

3 xAPI本體建模

本文選擇Protégé 作為本體建模工具，在“Entities”項(xiàng)目下面的“Classes”選項(xiàng)卡中，新建“owl：Thing”的子類“CORE”和“Type”，依次添加核心類Core的子類：Statement、Actor、Verb、Object、Result、Context和Time，類型系統(tǒng)類Type的子類StatementType、ActorType、VerbType、ObjectType、ResultType、ContextType和TimeType，如圖2所示。8039FACF-0513-41CA-B3B3-E2FAF4178601

完成類的創(chuàng)建后，打開“Entities”項(xiàng)目下面的“Object properties”選項(xiàng)卡，添加以下類對(duì)象屬性：has Actor、hasVerb、hasObject、hasResult、hasContext、hasTime、statementType、actorType、verbType、objectType、resultType、contextType和timeType，設(shè)置對(duì)象屬性的Domains和Ranges。例如將actorType的Domains設(shè)置為“Actor”，Ranges設(shè)置為“ActorType”，如圖3所示。

4 xAPI本體模型實(shí)例

xAPI是描述在線學(xué)習(xí)行為的規(guī)范，xAPI本體模型是對(duì)在線學(xué)習(xí)行為活動(dòng)流語句Statement的形式化描述。我們以“張三觀看學(xué)習(xí)視頻”為例，構(gòu)建xAPI本體的模式層和數(shù)據(jù)層，如圖4所示?！癝1”是Statement類的一個(gè)實(shí)例，也就是一條在線學(xué)習(xí)行為活動(dòng)流語句，“觀看”“張三”和“LO1”分別是Verb類、Actor類和Object類的實(shí)例，其中，“張三”是一個(gè)學(xué)生，“LO1”是視頻，因此“學(xué)生”和“視頻”分別是類型類“ActorType”和“ObjectType”的實(shí)例。

5 小結(jié)

本文在分析xAPI規(guī)范的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于簡單事件模型（SEM）的xAPI語義模型，對(duì)在線行為活動(dòng)流語句Statement的屬性形式化，設(shè)計(jì)了七個(gè)核心類和與之對(duì)應(yīng)的類型類;并借助本體建模工具Protégé對(duì)xAPI本體進(jìn)行建模，定義類的關(guān)系屬性;最后以實(shí)例介紹了xAPI本體的模式層和數(shù)據(jù)層，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] xAPI [EB/OL].[2021-04-26].https：//xapi.com/.

[2] 陳金菊，歐石燕，林澤斐.典型通用事件語義模型比較分析研究[J].現(xiàn)代情報(bào)，2021，41（2）：55-64，77.

[3] van Hage W R，Malaisé V，Segers R，et al.Design and use of the simple event model （SEM）[J].Journal of Web Semantics，2011，9（2）：128-136.

【通聯(lián)編輯：光文玲】8039FACF-0513-41CA-B3B3-E2FAF4178601