xAPI本體模型構建研究

陳曦 王芳芳 林龍成

摘要：跟蹤和分析教育大數據對提高學習效率具有重要意義，xAPI（experienceapi，xAPI）作為具有數據互操作性的e-learning標準之一，如何有效利用符合xAPI規范的學習行為數據，挖掘數據中的語義關系，在過去幾年中引起了極大的關注。首先介紹了xAPI規范的兩個重要組成部分，學習活動流語句statement和學習記錄存儲（LRS），選擇簡單事件模型（SEM）作為框架構建xAPI語義模型，最后借助Protégé工具對本體進行建模，建立核心類Core和類型屬性類Type以及它們的子類。

關鍵詞：xAPI;本體;語義模型;Protégé

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）15-0015-02

1 xAPI規范

xAPI（也稱為TIN CAN API）[1]是由Advanced Distributed Learning Initiative（ADL）開發的，旨在定義一個數據模型，用于記錄有關學生學習路徑的數據。xAPI標準的主要目標是確定跟蹤、表達和存儲學習者行為和表現的準則。xAPI規范基于兩個主要部分，第一部分是學習活動語句statement的格式，第二部分是學習記錄存儲（LRS）。

活動流語句statement是xAPI數據模型的關鍵部分。所有的學習行為都以statement語句的形式存儲和交互，statement語句可以包含標識符（ID）、參與者（actor）、動作（verb）、對象（object）、結果（result）、情境（context）、時間戳（timestamp）、存儲時間（stored）、授權（authority）、版本（version）、附件（attachments）這些屬性，在這些屬性中，參與者（actor）、動作（verb）和對象（object）三個屬性是一條活動流語句statement必須要包含的屬性。因此一條最簡單的活動流語句statement可以表示為<參與者（actor）+動作（verb）+對象（object）>，其中參與者（actor）是主體，相當于statement語句的主語，通常是指參與學習活動的學生或者教師;動作（verb）是參與者的交互行為，相當于statement語句的謂語，比如瀏覽、完成、觀看等行為;對象（object）是活動的交互對象，相當于statement語句的賓語，通常是指課件、測驗等。

學習記錄存儲（LRS）是xAPI生態系統的核心，按照xAPI規范的定義，LRS是“一個服務器（即能夠接收和處理web請求的系統），負責接收、存儲和提供對學習記錄的訪問。”更進一步，LRS的設計使系統能夠存儲和檢索xAPI語句、存儲xAPI狀態，并存儲來自其他系統的各種其他xAPI元數據。許多LRS已經擴展到不僅僅存儲xAPI數據，現在還包含了幫助用戶使用存儲的xAPI數據，這些擴展的服務超越了LRS的核心定義，實現了一系列功能，包括報告儀表盤、學習分析、推薦引擎等。

2 xAPI語義模型設計

事件是描述、組織多元化信息資源的基礎單元之一，不同領域內事件的定義各不相同[2]。為了實現對事件的共享、重用和互操作，需要對事件知識進行語義化表示，使其成為機器可讀可理解的結構化知識。事件語義模型是描述事件內容的語義框架，包括 Event、SEM、LODE、ABC、LODE、EBSTDM等通用事件語義模型。一次學習活動可以理解為教育領域內的一個事件，結合教育領域學習行為規范表示及不同事件語義模型的特點，本文選擇簡單事件模型（SEM）[3]作為在線學習行為描述的語義框架，并根據學習行為活動流Statement語句的屬性對簡單事件模型SEM的類和屬性關系進行擴展。

基于簡單事件模型的xAPI語義模型由核心類、類型系統和屬性關系組成，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系如圖1所示。Statement語句是xAPI規范的核心，Statement類代表“I did this”這樣的學習行為活動流Statement語句，其中，“I”、“did”和“this”分別對應Actor類、Verb類和Object類。在Statement語句的中，還可以包括結果（result）、情境（context）、時間戳（timestamp）等屬性，分別對應語義模型中的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規范中的在線學習行為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應的類型類，類之間的屬性關系如表1所示。

3 xAPI本體建模

本文選擇Protégé 作為本體建模工具，在“Entities”項目下面的“Classes”選項卡中，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

完成類的創建后，打開“Entities”項目下面的“Object properties”選項卡，添加以下類對象屬性：has Actor、hasVerb、hasObject、hasResult、hasContext、hasTime、statementType、actorType、verbType、objectType、resultType、contextType和timeType，設置對象屬性的Domains和Ranges。例如將actorType的Domains設置為“Actor”，Ranges設置為“ActorType”，如圖3所示。

4 xAPI本體模型實例

xAPI是描述在線學習行為的規范，xAPI本體模型是對在線學習行為活動流語句Statement的形式化描述。我們以“張三觀看學習視頻”為例，構建xAPI本體的模式層和數據層，如圖4所示?！癝1”是Statement類的一個實例，也就是一條在線學習行為活動流語句，“觀看”“張三”和“LO1”分別是Verb類、Actor類和Object類的實例，其中，“張三”是一個學生，“LO1”是視頻，因此“學生”和“視頻”分別是類型類“ActorType”和“ObjectType”的實例。

5 小結

本文在分析xAPI規范的基礎上，構建了基于簡單事件模型（SEM）的xAPI語義模型，對在線行為活動流語句Statement的屬性形式化，設計了七個核心類和與之對應的類型類;并借助本體建模工具Protégé對xAPI本體進行建模，定義類的關系屬性;最后以實例介紹了xAPI本體的模式層和數據層，為以后進一步學習分析奠定基礎。

參考文獻：

[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].現代情報，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.

【通聯編輯：光文玲】8039FACF-0513-41CA-B3B3-E2FAF4178601